專利名稱：表面波等離子體產生用天線及表面波等離子體處理裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及表面波等離子體產生用天線以及表面波等離子體處理裝置。
背景技術：
等離子體處理是半導體器件的制造中不可缺少的技術，近些年，由于LSI的高集成化、高速化的需求，構成LSI的半導體元件的設計規則日益微細化，并且，半導體晶片被大型化，隨之，等離子體處理裝置也正在要求能夠滿足這樣微細化以及大型化。但是，在從以往開始被廣為使用的平行平板型、感應耦合型等離子體處理裝置中，由于所生成的等離子體的電子溫度高而導致在微小元件中產生等離子體損傷，并且，由于限定了等離子體密度高的區域，所以難以均勻且高速地對大型的半導體晶片進行等離子體 處理。因此，能夠均勻地形成高密度且低電子溫度的表面波等離子體的RLSA(RadialLine Slot Antenna :徑向線縫隙天線)微波等離子體處理裝置越發被關注。(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)來作為表面波等離子體產生用天線,將從微波產生源導入的微波從平面天線的縫隙放射，并且，在通過由設置在其下方的電介質構成的微波透過板而放射到被保持為真空的腔室內，通過該微波電場在腔室內生成表面波等離子體，從而對半導體晶片等被處理體進行處理。作為用作表面波等離子體產生用天線的平面天線，公知有一種如專利文獻2中公開的那樣，均勻地形成多個圓弧狀的縫隙、例如4個圓周狀。專利文獻I :日本特開2000-294550號公報；專利文獻2 :日本特開2009-224493號公報。然而，在使用了如引用文獻2中公開的那樣的、多個圓弧狀的縫隙被圓周狀均勻地形成的平面天線的情況下，電磁波強度在縫隙與縫隙間沒有開ロ部的部分變弱，等離子體密度也減少該部分的量，結果存在圓周方向(角度方向)的等離子體均勻性劣化這ー問題。
發明內容
本發明是鑒于該情況而提出的，其目的在于提供一種能夠形成均勻的表面波等離子體的表面波等離子體產生用天線以及表面波等離子體處理裝置。 為了解決上述課題，在本發明的第I觀點中，提供ー種表面波等離子體產生用天線，用于將從微波輸出部通過由外側導體與內側導體構成的同軸狀的波導傳輸來的微波放射到腔室內，在腔室內產生表面波等離子體，其特征在于，該表面波等離子體產生用天線構成為形成平面狀，并且多個縫隙形成為圓周狀，并且，在圓周方向上鄰接的縫隙與縫隙的 相接部分為被縫隙包圍。
上述鄰接的縫隙與縫隙可以被設成在該相接部分為徑向重疊的結構。此時，上述縫隙可以被構成為，具有中央部和從中央部向兩側延伸的第I端部以及第2端部，且鄰接的縫隙中的一方的第I端部與另一方的第2端部在徑向重疊。優選上述中央部、上述第I端部以及上述第2端部實質上具有相同的長度。在該情況下，上述縫隙的上述中央部具有規定寬度，上述第I端部以及上述第2端部具有上述中央部的寬度的一半以下的寬度，上述第I端部與上述第2端部重疊部分可以形成為具有與上述中央部相同的寬度，上述多個縫隙的所在區域形成圓環狀。另外，上述縫隙形成細長的形狀，上述多個縫隙被設置成被包圍在圓環區域內，上述第I端部形成在鄰接的縫隙的第2端部的外側，上述第2端部形成在鄰接的縫隙的第I端部的內側，上述中央部可以被設置成從外側的第I端部朝向內側的第2端部，并且從上述圓環區域的外側部分開始傾斜地橫切內側部分。上述多個縫隙被設置成由圓周狀地形成了多個的外側圓弧狀縫隙和在其內側圓周狀地形成了多個的內側圓弧狀縫隙構成，并且上述外側圓弧狀縫隙之間的相接部分與上述內側圓弧狀縫隙之間的相接部分在徑向上不重疊。根據本發明的第2觀點，提供ー種表面波等離子體處理裝置，其特征在于，具有腔室，其收容被處理基板；氣體供給機構，其向上述腔室內供給氣體；及微波等離子體源，其具有微波輸出部，其生成并輸出微波，并具有微波電源；以及微波導入機構，其將輸出的微波導入到上述腔室內，該微波等離子體源通過將微波導入到上述腔室內，使供給到上述腔室內的氣體產生表面波等離子體，上述微波導入機構具有同軸狀的波導，其由外側導體與內側導體構成；和表面波等離子體產生用天線，其用于將經由波導傳輸來的微波放射到腔室內，作為上述表面波等離子體產生用天線，可以使用第I觀點所述的表面波等離子體產生用天線。上述微波導入機構還可以具有調諧器，該調諧器被設置于上述波導，用于使上述腔室內的負載的阻抗與上述微波電源的特性阻抗匹配。另外，還可以具有多個上述微波導入機構。發明效果根據本發明，由于多個縫隙形成為圓周狀，并且，在圓周方向上鄰接的縫隙與縫隙的相接部分被縫隙包圍，所以能夠防止電磁波強度在縫隙的相接部分的不存在縫隙的部分變弱。因此，能夠使得圓周方向(角度方向)上的等離子體均勻性良好。
圖I是表示具有本發明的實施方式的表面波等離子體產生用天線的表面波等離子體處理裝置的概略構成的剖視圖。圖2是表示圖I的表面波等離子體處理裝置所使用的微波等離子體源的構成的構成圖。圖3是表示圖I的表面波等離子體處理裝置中的微波導入機構的縱剖視圖。
圖4是表示微波導入機構的供電機構的橫剖視圖。圖5是表示調諧器的主體中的芯塊與滑動部件的俯視圖。圖6是表示調諧器的主體中的內側導體的立體圖。
圖7是第I實施方式的表面波等離子體產生用天線的俯視圖。圖8是第2實施方式的表面波等離子體產生用天線的俯視圖。
圖9是第3實施方式的表面波等離子體產生用天線的俯視圖。圖10是表示以往的表面波等離子體產生用天線中的等離子體密度測量位置的俯視圖。圖11是表示使用了圖10的天線的情況下的縫隙的中央位置、縫隙中央與梁之間的位置、梁位置的正下方的等離子體密度的圖。圖12是表示模擬以往的表面波等離子體產生用天線中圓周方向的電場強度的圓周I以及圓周2的圖。圖13是表示使用了圖12的天線的情況下的圓周I以及圓周2處的圓周方向的電場強度分布的圖。圖14是表示使用了圖7的第I實施方式的表面波等離子體產生用天線的情況下的圓周I以及圓周2處的圓周方向的電場強度分布的圖。圖15是表示使用了圖8的第2實施方式的表面波等離子體產生用天線的情況下的圓周I以及圓周2處的圓周方向的電場強度分布的圖。圖16是表示使用了圖9的第3實施方式的表面波等離子體產生用天線的情況下的圓周I以及圓周2處的圓周方向的電場強度分布的圖。附圖標記說明I...腔室，2...微波等離子體源，11...底座，12...支承部件，15...排氣管，
16...排氣裝置，17...搬入搬出ロ，20...噴淋板，30...微波輸出部，31...微波電源，
32...微波振蕩器，40...微波供給部,41...微波導入機構，43...天線部,44...波導， 52...外側導體，53...內側導體，54...供電機構，55...微波功率導入口，56...同軸線路，
58...反射板，59...滯波部件，60...調諧器，81...表面波等離子體產生用天線，90...供電天線，100...表面波等離子體處理裝置，110. . 控制部，121、131、141、142. . 縫隙，121a、131a.中央部，121b、131b.第 I 端部，121c、131c.第 2 端部，W.半導體晶片。
具體實施例方式下面，參照添付附圖對本發明的實施方式詳細進行說明。<表面波等離子體處理裝置的構成>圖I是表示具有本發明的實施方式的表面波等離子體產生用天線的表面波等離子體處理裝置的概略結構的剖視圖，圖2是表示在圖I的表面波等離子體處理裝置中所使用的微波等離子體源的構成的構成圖。表面波等離子體處理裝置100被構成為對晶片實施如作為等離子體處理的蝕刻處理的等離子體蝕刻裝置，其具有構成密封的并由鋁或者不銹鋼等金屬材料構成的近似圓筒狀的接地的腔室I ;和用于在腔室I內形成微波等離子體的微波等離子體源2。在腔室I的上部形成開ロ部la，微波等離子體源2被設置成從該開ロ部Ia面對腔室I的內部。在腔室I內用于將被處理體、即晶片W水平支承的底座11以被圓筒狀的支承部件12支承的狀態進行設置，所述支承部件12借助在腔室I的底部中央的絕緣部件12a被直立設置。作為構成底座11以及支承部件12的材料例舉了對表面進行了耐酸鋁處理(anodizing on alminum)的招等。另外，雖然未圖示，但還對底座11設置了用于靜電吸附晶片W的靜電卡盤、溫度控制機構、向晶片W的背面提供熱傳遞用的氣體的氣體流路以及用于搬運晶片W而進行升降的升降銷等。并且，高頻偏置電源14經由匹配器13與底座11電連接。通過從該高頻偏置電源14向底座11供給高頻功率，等離子體中的離子被導入晶片W—側。在腔室I的底部連接有排氣管15，該排氣管15連接有具有真空泵的排氣裝置16。并且通過使該排氣裝置16動作，腔室I內的氣體被排出，從而腔室I內能夠迅速減壓到規定的真空度。另外，在腔室I的側壁設置有用于進行晶片W的搬入搬出的搬入搬出ロ 17;和開關該搬入出口 17的閘閥18。在腔室I內的底座11的上方位置水平地設置有朝向晶片W噴出等尚子體蝕刻用的處理氣體的噴淋板20。該噴淋板20具有形成格子狀的氣體流路21、形成于該氣體流路 21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。該噴淋板20的氣體流路21與在腔室I的外側延伸的配管24連接，該配管24與處理氣體供給源25連接。另ー方面，在腔室I的噴淋板20的上方位置沿腔室壁設置有環狀的等離子體氣體導入部件26，在該等離子體氣體導入部件26的內圓周設置有多個氣體噴出孔。供給等離子體氣體的等離子體氣體提供源27經由配管28與該等離子體氣體導入部件26連接。等離子體生成氣體優選使用Ar氣體等。從等離子體氣體導入部件26導入到腔室I內的等離子體氣體借助從微波等離子體源2導入到腔室I內的微波而被等離子體化，該等離子體通過噴淋板20的空間部23后激勵從噴淋板20的氣體噴出孔22噴出的處理氣體，形成處理氣體的等離子體。微波等離子體源2被設置在腔室I的上部的支承環29支承，它們之間被氣密性地密封。如圖2所示，微波等離子體源2具有將微波向多個路徑分配來輸出的微波輸出部30 ;用于傳輸從微波輸出部30輸出的微波并放射到腔室I內的微波供給部40。微波輸出部30具有微波電源31、微波振蕩器32、放大被振蕩的微波的放大器33、將放大后的微波分為多路的分配器34。微波振蕩器32使規定頻率(例如，915MHz)的微波進行例如PLL振蕩。在分配器34中，ー邊取得輸入側與輸出側的阻抗匹配，ー邊分配由放大器33放大后的微波，以使得盡可能地不產生微波的損失。其中，作為微波的頻率，除了 915MHz以外還可以使用700MHz 3GHz。微波供給部40具有主要將由分配器34分配的微波放大的多個放大器部42 ;和與多個放大器部42分別連接的微波導入機構41。放大器部42具有相位器45、可變增益放大器46、構成固態放大器的主放大器47、隔離器48。相位器45被構成為能夠使微波的相位變化，通過調整相位器可以調制放射特性。例如，通過按每一個天線模塊調整相位來控制指向性，可以使等離子體分布變化、或如后述那樣，可以在相鄰的天線模塊中使相位分別相差90°地偏移來取得圓偏振波。另外，相位器45調整放大器內的部件間的延遲特性，是為了實現調諧器內的空間合成。但是，在不需要這樣的放射特性的調制、放大器內的部件間的延遲特性的調整的情況下，就沒有必要設置相位器45。
可變增益放大器46是用于調整向主放大器47輸入的微波的功率大小、調整各個天線模塊的偏差、或者調整等離子體強度的放大器。通過按每一個天線模塊使可變增益放大器46變化，在所生成的等離子體中產生分布。構成固態放大器的主放大器47例如可以構成為具有輸入匹配電路、半導體放大元件、輸出匹配電路、高Q諧振電路。隔離器48將由微波導入機構41反射而朝向主放大器47的反射微波分離，其具有循環器和虛擬負載(同軸終端器)。循環器將由后述的微波導入機構41的天線部43反射的微波導向虛擬負載，虛擬負載將由循環器導入的反射微波轉換成熱。微波導入機構41如圖3的縱剖視圖和圖4的橫剖視圖所不,具有傳輸微波的同軸構造的波導44、將在波導44中傳輸的微波放射到腔室I內的天線部43。并且，從微波導入機構41放射到腔室I內的微波在腔室I內的空間被合成，以使得在腔室I內形成表面波等離子體。 波導44被構成為由筒狀的外側導體52及在其中心設置的棒狀的內側導體53同軸狀地配置，在波導44的前端設置有天線部43。波導44的內側導體53為供電側，其外側導體52為接地側。外側導體52以及內側導體53的上端為反射板58。在波導44的基端側設置有供給微波(電磁波)的供電機構54。供電機構54具有設置在波導44(外側導體52)的側面的、用于導入微波功率的微波功率導入口 55。微波功率導入口 55與作為用于供給被放大器部42放大的微波的供電線的、由內側導體56a以及外側導體56b構成的同軸線路56連接。并且，同軸線路56的內側導體56a的前端與向外側導體52的內部水平延伸的供電天線90連接。供電天線90例如通過對鋁等金屬板進行切削加工后，嵌入特氟龍(注冊商標)等電介質部件的模具而形成。從反射板58到供電天線90之間設置有用于縮短反射波的有效波長的、由特氟龍(注冊商標)等電介質構成的滯波構件59。另外，在使用了 2. 45GHz等頻率高的微波的情況下，不需要設置滯波部件59。此時，通過使用反射板58使從供電天線90放射的電磁波反射,來使最大的電磁波在同軸構造的波導44內傳輸。該情況下，將從供電天線90到反射板58的距離設定成約Xg/4的半波長倍。但是，如果使用頻率低的微波，由于徑向的制約，也存在不適用的情況。該情況下，優選按照使由供電天線90產生的電磁波的波腹不在供電天線90處而在供電天線90的下方被激發的方式，將供電天線的形狀最佳化。供電天線90如圖4所示，被構成為在微波功率導入口 55處與同軸線路56的內側導體56a連接，并具有天線本體91和反射部94，所述天線本體91具有供給電磁波的第I極92以及反射供給的電磁波的第2極93，所述反射部94從天線本體91的兩側沿內側導體53的外側延伸且呈環狀，使得入射到天線本體91的電磁波與由反射部94反射的電磁波形成駐波。天線本體91的第2極93與內側導體53接觸。 通過供電天線90放射微波(電磁波)，微波功率被供給到外側導體52與內側導體53之間的空間內。并且，被供給到供電機構54的微波功率朝向天線部43傳輸。在波導44中設置有調諧器60。調諧器60使腔室I內的負載(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，并具有在外側導體52與內側導體53間上下移動的兩個芯塊61a、61b、設置在反射板58的外側(上側)的芯塊驅動部70。
這些芯塊中的芯塊61a設置在芯塊驅動部70 —側，芯塊61b設置在天線部43 —偵U。另外，在內側導體53的內部空間中設置有沿其長度方向例如形成梯形螺紋的螺桿構成的芯塊移動用的2根芯塊移動軸64a、64b。芯塊61a如圖5所示，由電介質構成，呈圓環狀，其內側嵌入有由具有滑動性的樹脂構成的滑動部件63。在滑動部件63中設置有與芯塊移動軸64a螺合的螺紋孔65a、和插入芯塊移動軸64b的通孔65b。另ー方面，芯塊61b與芯塊61a同樣地具有螺紋孔65a與通孔65b，但與芯塊61a相反，其螺紋孔65a與芯塊移動軸64b螺合，芯塊移動軸64a插入通孔65b。由此芯塊61a通過使芯塊移動軸64a旋轉而升降移動，芯塊61b通過使芯塊移動軸64b旋轉而升降移動。即、利用由芯塊移動軸64a、64b與滑動部件63構成的螺合機構，使芯塊6la、6Ib升降移動。如圖6所示，在內側導體53中沿長度方向等間隔地形成有3個狹縫53a。另一方面，滑動部件63按照與這些狹縫53a對應的方式等間隔地設置3個突出部63a。并且，滑動 部件63以這些突出部63a與芯塊61a、61b的內圓周抵接的狀態嵌入芯塊61a、61b的內部。滑動部件63的外周面與內側導體53的內周面無間隙地接觸，通過芯塊移動軸64a、64b被旋轉，滑動部件63沿內側導體53滑動地升降。即內側導體53的內周面作為芯塊61a、61b的滑動軌道發揮功能。其中，優選狹縫53a的寬度在5mm以下。由此，如后述那樣，可以使向內側導體53的內部泄漏的微波功率實質性地消失，并且可以較高地維持微波功率的放射效率。作為構成滑動部件63的樹脂材料，可以舉出優選具有良好的滑動性、且比較容易加工的樹脂，例如聚苯硫醚(PPS)樹脂。上述芯塊移動軸64a、64b貫通反射板58并延伸至芯塊驅動部70。在芯塊移動軸64a、64b與反射板58之間設置有軸承(未圖不)。另外，在內側導體53的下端設置有由導體構成的軸承部67，芯塊移動軸64a、64b的下端被該軸承部67軸支承。芯塊驅動部70具有殼體71，芯塊移動軸64a以及64b在殼體71內延伸，在芯塊移動軸64a以及64b的上端分別安裝有齒輪72a以及72b。另外，在芯塊驅動部70中設置有使芯塊移動軸64a旋轉的電機73a、和使芯塊移動軸64b旋轉的電機73b。在電機73a的軸安裝有齒輪74a，在電機73b的軸安裝有齒輪74b，齒輪74a與齒輪72a嚙合，齒輪74b與齒輪72b嚙合。因此，芯塊移動軸64a利用電機73a并借助齒輪74a以及72a旋轉，芯塊移動軸64b利用電機73b并借助齒輪74b以及72b旋轉。其中，電機73a、73b例如為步進電機。此外，芯塊移動軸64b比芯塊移動軸64a長，而到達更上方，因此，齒輪72a以及72b的位置上下偏移，電機73a以及73b也上下偏移。由此，可以減小電機以及齒輪等動カ傳遞機構的空間，并可以使收容它們的殼體71與外側導體52為相同的直徑。在電機73a以及73b的上面按照與它們的輸出軸直接連結的方式，設置有増量型的編碼器75a以及75b，所述增量型的編碼器75a以及75b分別用于檢測芯塊61a以及61b的位置。芯塊61a以及61b的位置被芯塊控制器68控制。具體而言，根據通過未圖示的阻抗檢測器檢測出的輸入端的阻抗值、和由編碼器75a以及75b檢測出的芯塊61a以及61b的位置信息，芯塊控制器68向電機73a以及73b發送控制信號，來對芯塊61a以及61b的位置進行控制，從而對阻抗進行調整。芯塊控制器68執行阻抗匹配，以使得終端成為例如50Q。若兩個芯塊中的一方僅有ー個動作,貝U描繪通過史密斯原圖(smith chart)的原點的軌跡，若兩方同時動作，則僅有相位旋轉。天線部43具有放射微波的縫隙，且呈平面狀，并具有用于發生表面波等離子體的表面波等離子體產生用天線81。將后面詳細說明表面波等離子體產生用天線81。天線部43具有被設置在表面波等離子體產生用天線81的上表面的滯波部件82。由導體構成的圓柱部件8 2a貫通滯波部件82的中心，將軸承部67與表面波等離子體產生用天線81連接起來。因此，內側導體53經由軸承部67以及圓柱部件82a與表面波等離子體產生用天線81連接。此外，外側導體52的下端延伸到表面波等離子體產生用天線81，滯波部件82的周圍被外側導體52包覆。另外，表面波等離子體產生用天線81以及后述的頂板83的周圍被包覆導體84包覆。滯波部件82具有比真空大的介電常數，例如由石英、陶瓷、聚四氟こ烯等氟系樹月旨、聚酰亞胺系樹脂構成，由于在真空中微波的波長變長，因而滯波部件82具有縮短微波的波長，使天線小型化的功能。滯波部件82利用其厚度可以調整微波的相位，按照使表面波等離子體產生用天線81成為駐波的“波腹”的方式對其厚度進行調整。由此，可以使得反射最小，表面波等離子體產生用天線81的放射能最大。另外，在表面波等離子體產生用天線81的更前端側，配置有用于真空密封的電介質部件，例如由石英、陶瓷等構成的頂板83。并且，由主放大器47放大后的微波通過內側導體53與外側導體52的周壁之間，從表面波等離子體產生用天線81透過頂板83放射至腔室I內的空間。在本實施方式中，主放大器47、調諧器60、表面波等離子體產生用天線81接近地配置。并且，調諧器60與表面波等離子體產生用天線81構成在1/2波長內存在的集中常數電路，并且表面波等離子體產生用天線81、滯波部件82、頂板83的合成電阻被設定為50 Q，通過調諧器60對等離子體負載直接調諧，能夠高效地向等離子體傳遞能量。表面波等離子體處理裝置100中的各構成部被具備微處理器的控制部110控制。控制部110具有存儲表面波等離子體處理裝置100的處理順序以及控制參數、即處理配方的存儲部、輸入單元以及顯示器等，其按照所選擇的處理配方控制等離子體處理裝置。<表面波等離子體產生用天線的構成>接下來，對上述表面波等離子體產生用天線81的構成進行說明。[表面波等離子體產生用天線的第I實施方式]圖7是表示表面波等離子體產生用天線的第I實施方式的俯視圖。在本實施方式中，表面波等離子體產生用天線81整體呈圓板狀(平面狀)，并且6個的縫隙121形成圓周狀。這些縫隙121全部呈相同形狀的圓弧狀，均具有呈粗圓弧狀的中央部121a、從中央部121a的圓周方向端部的兩側圓弧狀地延伸的第I端部121b以及第2端部121c。并且,這些縫隙121中的鄰接合隙間的相接部分被構成為，一個縫隙121的第I端部121b與另ー縫隙121的第2端部121c在徑向重疊。即，圓周方向上鄰接的縫隙與縫隙的相接部分被構成為被縫隙包圍，在圓周方向上不存在無縫隙的部分。第I端部121b以及第2端部121c的徑向的寬度在中央部121a的徑向的寬度的一半以下，第I端部121b從中央部121a的一方的圓周方向端部的外側(外周側)在圓周方向延伸，第2端部121c從中央部121a的另ー方的圓周方向端部的內側(內周側)在圓周方向延伸。并且，第I端部121b的外周與中央部121a的外周連續，第2端部121c的內周與中央部121a的內周連續。因此，在鄰接的縫隙121的相接部分處，以第I端部121b成為外側，第2端部121c成為內側的方式重疊，6個縫隙121被設置成整體上形成將連結中央部121a與第I端部121b的外周的線作為外周，將連結中央部121a與第2端部121c的內周的線作為內周的相同寬度的圓環區域。縫隙121具有ひg/2)_S的長度。其中，Ag為微波的有效波長，6為按照使電場強度的均勻性在圓周方向(角度方向)變高的方式進行微調的微調分量(包括O)。其中，縫隙121的長度并不局限于約\ g/2，還可以使從\ g/2的整數倍減去微調分量(包括0)后的長度。中央部121a、第I端部121b、第2端部121c幾乎具有均等的長度。S卩、縫隙121的長度為U g/2)-S時，中央部121a、第I端部121b、第2端部121c分別為Ug/e)-、、(入g/6)_し、(Xg/6)-S3的長度。其中，52、S3是按照使電場強度的均勻性在圓周方向(角度方向)變高的方式微調的微調分量(包括O)。優選鄰接的縫隙重疊的部分的長度相等，因此優選S2= S30本實施方式的情況下，一個縫隙121的長度約為Xg/2，共6個因此總的長度約為3 A g,其中重疊部分為ひg/6) X6 = A g,全體的長度為2 X g，因此作為天線，與將長度約為、g/2的縫隙圓周狀地配置4個的、以往的天線幾乎等價。 縫隙121被形成在其內周距離表面波等離子體產生用天線81的中心為(入g/4)+S'的位置。其中，5 '是為使徑向的電場強度分布均勻而進行微調的微調分量(包括O)。其中，從中心到縫隙內周的長度并不局限于約Xg/4，還可以對Xg/4的整數倍加上微調分量(包括0)。[表面波等離子體產生用天線的第2實施方式]圖8是表示表面波等離子體產生用天線的第2實施方式的俯視圖。在本實施方式中，表面波等離子體產生用天線81整體呈圓板狀(平面狀)，并且6個縫隙131形成為整體形狀呈圓周狀。這些縫隙131全部為相同形狀，沿圓周形成細長形狀。這些縫隙131中的鄰接的縫隙的相接部分被構成為一方縫隙131的端部與另一方縫隙131的端部重疊。S卩、在圓周方向上鄰接的縫隙與縫隙的相接部分被構成為被縫隙包圍，使得圓周方向上不存在無縫隙的部分。具體而言，在縫隙131的兩端分別具有與鄰接的縫隙131重疊第I端部131b以及第2端部131c，第I端部131b與第2端部131的間的不重疊的部分為中央部131a。并且，鄰接的縫隙131中的、一方的第I端部131b與另一方的第2端部131c按照使第I端部131b在外側，第2端部131c在內側的方式重疊。由于中央部131a將位于外側的第I端部131b和位于內側的第2端部131c連接，所以在圖8所示的6個縫隙131包圍的兩點劃線所示的圓環區域132中，傾斜地將與外周一致的第I端部131b和與內周一致的第2端部131c之間連結。縫隙131與第I實施方式的縫隙121相同，具有(Xg/2)-S的長度。S也與第I實施方式相同。在該實施方式中，縫隙131的長度也不局限于約Xg/2，可以是從入g/2的整數倍減去微調分量(包括0)的長度。中央部131a、第I端部131b、第2端部131c與第I實施方式的中央部121a、第I端部121b、第2端部121c相同，具有幾乎均等的長度。即，縫隙131的長度為(入g/2)-6吋，中央部131a、第I端部131b、第2端部131c分別為(入g/6)-5丨、ひg/6)-5 2、ひg/6)-5 3的長度。5い5 2、5 3與第I實施方式相同。另外，由于優選鄰接的縫隙重疊的部分的長度相等，所以優選S2 = S3。本實施方式的ー縫隙131的長度與第I實施方式的縫隙121相同，約為入g/2，并由于共有6個所以總長度約為3入g，其中重疊部分為(Xg/6)X6= Ag，整體長度為2 Ag，所以該天線與將長度約為Xg/2的縫隙圓周狀地配置4個的以往的天線幾乎等價。縫隙131形成為其內周(上述圓環區域132的內周)與第I實施方式的縫隙121同樣、位于距表面波等離子體產生用天線81的中心(入g/4)+S '的位置。此外，從中心到縫隙內周的長度約并不局限于、g/4，還可以對\ g/4的整數倍加上微調分量(包括0)。[表面波等離子體產生用天線的第3實施方式]圖9是表示表面波等離子體產生用天線的第3實施方式的俯視圖。在本實施方式中，表面波等離子體產生用天線81整體呈圓板狀(平面狀)，并且4個圓弧狀的縫隙141以規定間隔圓周狀地形成，在其內側，4個圓弧狀的縫隙142以規定間隔圓周狀地形成。并且，從外側的縫隙141的外周到內側的縫隙142的內周的長度L與將4個縫隙圓周狀地配置的、以往的縫隙的寬度幾乎相等，外側的縫隙141間的框部分141a(相接部分)與內側的縫隙142間的框部分142a(相接部分)不在徑向重疊。即、在圓周方向上鄰接的縫隙與縫隙的相接部分被構成為被縫隙包圍，在圓周方向上至少存在外側的縫隙141以及內側的縫隙142的一方。在圖9中，外側的縫隙141間的框部分141a位于內側的縫隙142的中央，內側的縫隙142間的框部分142a位于外側的縫隙141的中央。縫隙141具有ひg/2)_ S4的長度，縫隙142具有ひg/2)_ S5的長度。8 4、8 5是按照使電場強度的均勻性在圓周方向(角度方向)變高的方式進行微調的微調分量(包括O)。其中，縫隙141、142的長度并不局限于約Xg/2，還可以是從入g/2的整數倍減輕微調分量(包括0)后的長度。縫隙141、142被形成為內側的縫隙142的內周與第I實施方式的縫隙121同樣位于距表面波等離子體產生用天線81的中心(入g/4)+S '的位置。其中，從中心到縫隙內周的長度并不局限于約Xg/4，還可以是對入g/4的整數倍加上微調分量(包括0)后的長度。<表面波等離子體處理裝置的動作>接下來，對如上述那樣構成的表面波等離子體處理裝置100中的動作進行說明。首先，將晶片W搬入腔室I內，放置在底座11上。然后，從等離子體氣體供給源27經由配管28以及等離子體氣體導入部件26向腔室I內導入等離子體氣體、例如Ar氣體，并且從微波等離子體源2向腔室I內導入微波來生成表面波等離子體。這樣生成表面波等離子體后，處理氣體、例如Cl2氣體等蝕刻氣體從處理氣體供給源25經由配管24以及噴淋板20向腔室I內噴出。噴出的處理氣體被通過噴淋板20的空間部23后的等離子體激發而等離子體化，利用該處理氣體的等離子體對晶片W實施等離子體處理、例如蝕刻處理。生成上述表面波等離子體時，在微波等離子體源2中，由微波輸出部30的微波振蕩器32振蕩后的微波功率被放大器33放大后,被分配器34分配成多個,分配后的微波功率被導向微波供給部40。在微波供給部40中，這樣被分配為多個的微波功率由構成固態放大器的主放大器47分別進行放大，并被供給到微波導入機構41的波導44，在被調諧器60中自動進行阻抗匹配，在實質性沒有功率反射的狀態下，經由天線部43的表面波等離子體產生用天線81以及頂板83向腔室I內放射而被空間合成。由于在同軸構造的波導44的軸的延長線上設置有芯塊驅動部70，所以向微波導、入機構41的波導44的供給被從側面進行。即、當從同軸線路56傳輸來的微波(電磁波)在設置于波導44的側面的微波功率導入口 55處到達供電天線90的第I極92時，微波(電磁波)沿天線本體91傳輸，并從天線本體91的前端的第2極93放射微波(電磁波)。另夕卜，在天線本體91中傳輸的微波(電磁波)被反射部94反射，并通過其與入射波合成，而產生駐波。當供電天線90的配置位置產生駐波時，沿內側導體53的外壁產生感應磁場，通過其感應而產生引導電場。利用這些連鎖作用，微波(電磁波)在波導44內傳輸，并被導向天線部43。]此時，在波導44中，通過使從供電天線90放射的微波(電磁波)由反射板58反射，可以將最大的微波(電磁波)功率向同軸構造的波導44傳輸，該情況下，為了有效地進行與反射波的合成，優選使從供電天線90到反射板58的距離成為約\ g/4的半波長倍。將這樣分配成多個的微波使用構成固態放大器的主放大器47分別進行放大，并使用表面波等離子體產生用天線81分別放射后，在腔室I內進行合成，因此不需要大型的隔離器、合成器。另外，微波導入機構41由于天線部43與調諧器60為一體，因而非常緊湊。因此，能夠使微波等離子體源2本身小型化。并且，通過主放大器47、調諧器60以及表面波等離子體產生用天線81接近地設置，尤其是調諧器60與表面波等離子體產生用天線81能夠構成為集中常數電路，并且將表面波等離子體產生用天線81、滯波部件82、頂板83的合成電阻設計為50 Q，從而可以利用調諧器60高精度地調整等離子體負載。另外，調諧器60構成了僅移動2個芯塊61a、61b就能夠進行阻抗匹配的芯塊調諧器，因此緊湊且低損失。并且，這樣，通過調諧器60與表面波等離子體產生用天線81接近而構成集中常數電路，并且作為諧振器發揮功能，能夠高精度消除到表面波等離子體產生用天線81為止的阻抗不匹配，并可以將實際上不匹配部分作為等離子體空間，因此能夠利用調諧器60進行高精度的等離子體控制。并且，由于將使芯塊驅動的驅動傳遞部、驅動引導部、相當于保持部的機構設置于內側導體53的內部，所以能夠使芯塊61a、61b的驅動機構小型化，并且能夠使微波導入機構41小型化。然而，如上述那樣，對微波導入機構41的波導44供電的微波經由天線部43的表面波等離子體產生用天線81以及頂板83放射到腔室I內，但是，如以往那樣，多個圓弧狀的縫隙圓周狀地均等地形成在表面波等離子體產生用天線81的情況下，在縫隙與縫隙的接合的沒有開ロ部的部分(梁部分)，電磁波強度變弱，等離子體密度減少了該部分的量。在例如圖10所示那樣的、4個圓弧狀的縫隙81a圓周狀地均等地形成的、以往表面波等離子體產生用天線81'的情況下，由于縫隙81a的中央位置A、縫隙中央與梁之間的位置B、梁位置C處的電磁波強度不同，其正下位置的電場變弱，導致等離子體密度如圖11所 示那樣地偏差。其中，圖11的橫軸示出了從石英頂板的端部的徑向的距離。圖13表不了模擬基于此時的圖12所不的圓周I以及圓周2處的電磁場的電場強度。圖12的圓周I在圓周方向(角度方向)上沿著縫隙81a的外圓周位置，圓周2在圓周方向(角度方向)上沿著比縫隙81a的內周更內側部分。圖13的橫軸取從圓周I以及圓周2的基準位置的長度，縱軸取基于電磁場模擬的電場強度。如圖13所示，可知在縫隙與縫隙間的梁位置處電場強度降低，該影響也表現在縫隙的內側。
因此，將表面波等離子體產生用天線81設為如上述的圖7 9所示的第I 第3實施方式那樣的天線，在圓周方向鄰接的縫隙與縫隙的相接部分被構成為被縫隙包圍，使得在圓周方向上不存在沒有縫隙的部分。由此，可以防止由于縫隙與縫隙的相接部分不存在縫隙而導致的電磁波強度變弱，并且圓周方向(角度方向)的電場強度變得均勻。因此能夠得到均勻的等離子體密度。
將在使用了上述圖7 9所示的第I 第3實施方式的表面波等離子體產生用天線的情況下的、基于電磁場模擬的圓周方向(角度方向)的電場強度分布表示在圖14 16。在這些圖中，表示了上述圖12所示的圓周I以及圓周2的位置處的電場強度。如這些圖所示那樣，確認了在使用了上述第I 第3實施方式的表面波等離子體用天線的情況下，圓周方向(角度方向)的電場強度變得均勻。此外，本發明并不局限于上述實施方式，可以在本發明的思想的范圍內進行各種變形。例如，微波輸出部30、微波供給部40的構成等并不局限于上述實施方式。具體而言，在不需要進行從天線放射的微波的指向性控制、不需要圓偏振波的情況下，不需要相位器。另外，上述表面波等離子體產生用天線的縫隙的形狀、數量以及配置只不過是例示性的，還可以圓周狀地配置多個縫隙，鄰接的縫隙間的相接部分只要被縫隙包圍即可，并對對縫隙的數量、形狀以及配置進行限定。尤其，縫隙的數量可以從2以上的自然數中任意選擇。并且，在上述實施方式中，作為等離子體處理裝置，例示了蝕刻處理裝置，但并不局限于此，還可以用于成膜處理、氧氮化膜處理、灰化處理等其他等離子體處理。另外，被處理基板并不局限于半導體晶片W，還可以是IXD (液晶顯示器)用基板所代表的FPD (平板顯示器)基板、陶瓷基板等其他基板。
權利要求
1.ー種表面波等離子體產生用天線，其將從微波輸出部通過由外側導體與內側導體構成的同軸狀的波導傳輸來的微波放射到腔室內，在腔室內產生表面波等離子體，其特征在于， 該表面波等離子體產生用天線呈平面狀，并且多個縫隙被形成為圓周狀，并且在圓周方向上鄰接的縫隙與縫隙的相接部分被縫隙包圍。
2.根據權利要求I所述的表面波等離子體產生用天線，其特征在干， 上述鄰接的縫隙與縫隙在其相接部分在徑向上重疊。
3.根據權利要求2所述的表面波等離子體產生用天線，其特征在干， 上述縫隙具有中央部和從該中央部向兩側延伸的第I端部以及第2端部，鄰接的縫隙中的一方的第I端部與另一方的第2端部在徑向上重疊。
4.根據權利要求3所述的表面波等離子體產生用天線，其特征在干， 上述中央部、上述第I端部以及上述第2端部實質上具有相同的長度。
5.根據權利要求3或者4所述的表面波等離子體產生用天線，其特征在干， 上述縫隙的上述中央部具有規定寬度，上述第I端部以及上述第2端部具有上述中央部的寬度的一半以下的寬度，上述第I端部與上述第2端部重疊的部分具有與上述中央部相同的寬度，上述多個縫隙的所在區域形成為圓環狀。
6.根據權利要求3或者4所述的表面波等離子體產生用天線，其特征在干， 上述縫隙形成細長的形狀，上述多個縫隙設置成被包圍在圓環區域內，上述第I端部形成在鄰接的縫隙的第2端部的外側，上述第2端部形成在鄰接的縫隙的第I端部的內側，上述中央部被設置成從外側的第I端部朝向內側的第2端部，從上述圓環區域的外側部分開始傾斜地橫切內側部分。
7.根據權利要求I所述的表面波等離子體產生用天線，其特征在干， 上述多個縫隙被設置成，由圓周狀地形成了多個的外側圓弧狀縫隙和在其內側圓周狀地形成了多個的內側圓弧狀縫隙構成，且上述外側圓弧狀縫隙彼此間的相接部分與上述內側圓弧狀縫隙彼此間的相接部分在徑向上不重疊。
8.ー種表面波等離子體處理裝置，其特征在干， 具有腔室，其收容被處理基板； 氣體供給機構，其向上述腔室內供給氣體 '及 微波等離子體源，該微波等離子體源具有微波輸出部，其生成并輸出微波，并具有微波電源；及微波導入機構，其將輸出的微波導入到上述腔室內，該微波等離子體源通過將微波導入到上述腔室內，使供給到上述腔室內的氣體產生表面波等離子體， 上述微波導入機構具有同軸狀的波導，其由外側導體與內側導體構成；和表面波等離子體產生用天線，其用于將經由波導傳輸來的微波放射到腔室內，作為上述表面波等離子體產生用天線，使用權利要求I至權利要求7中任意一項所述的表面波等離子體產生用天線。
9.根據權利要求8所述的表面波等離子體處理裝置，其特征在干， 上述微波導入機構還具有調諧器，該調諧器被設置于上述波導，用于使上述腔室內的負載的阻抗與上述微波電源的特性阻抗匹配。
10.根據權利要求8或者9所述的表面波等離子體處理裝置，其特征在干， 具有多個上述微波導入機構。
全文摘要
本發明涉及表面波等離子體產生用天線及表面波等離子體處理裝置。該表面波等離子體產生用天線用于將從微波輸出部通過由外側導體與內側導體構成的同軸狀的波導傳輸來的微波放射到腔室內，在腔室內產生表面波等離子體，該表面波等離子體產生用天線呈平面狀，并且多個縫隙形成為圓周狀，并且，在圓周方向上鄰接的縫隙與縫隙的相接部分處，這些縫隙在徑向上重疊，其相接部分呈被縫隙包圍的狀態。
文檔編號H05H1/46GK102655708SQ20121005040
公開日2012年9月5日 申請日期2012年2月29日 優先權日2011年3月2日
發明者池田太郎, 河西繁, 長田勇輝 申請人:東京毅力科創株式會社