专利名称：等离子体处理装置和等离子体处理方法
技术领域：
本发明涉及利用微波使气体等离子体化，对被处理体进行等离子体处理的等离子体处理装置和等离子体处理方法。更详细地说，本发明涉及使用所希望的波长可变物质使波导管的长度最优化的等离子体处理装置和等离子体处理方法。
背景技术：
如图7所示，在现有技术中，已知下述技术，在A1～A3各个地点使波导管90分支(在图7中为π分支)，在所分支的多个波导管91a～91f的下部，等间隔地设置多个槽缝(slot)92，并且，在槽缝92的下部设置电介体93，由此，将微波供给等离子体处理装置的处理室内(参照专利文献1)。根据这种供给方法，微波从微波发生器94射出，经由调谐器(tuner)95，在波导管90中传播，分支并从各波导管91的入口附近的、例如槽缝92a，依次通过至槽缝92e，分别透过各槽下部的电介体93，入射到处理室内。利用这样入射的微波的电场能量使供给到处理室内的气体等离子体化，由此，对被处理体进行等离子体处理。
如在图7的II-II截面切断等离子体处理装置的图8(a)所示，在这种供给方法中，每当微波从波导管91a的入口附近的槽缝92a依次通向位于里面的槽缝92b→92c→92d→92e时，驻波T的振幅减小，该驻波T是在波导管91a中行进的微波和在波导管端面C反射的反射波的合成波。由此，如图8(b)的电场能量Emax所示，通过各槽缝92、入射到处理室内的微波的电场能量为，越接近波导管入口的槽缝92a下方的处理室内Ua越强，越接近波导管前端的槽缝92e下方的处理室内Ue越弱。结果，等离子体密度为，越接近各波导管的入口则越高，越接近各波导管的前端则越低。这样，当在波导管的长边方向上不均匀地生成等离子体时，就不能高精度地对被处理体进行等离子体处理。
另外，为了使在多个槽缝92中通过、入射到处理室内的微波的电场能量变得均匀，考虑以下的对策。即槽缝92e的位置是使从端面C至最短槽缝92e的物理特性上的距离为微波的管内波长λg的1/4；槽缝92a～槽缝92d的位置分别为，使得越接近波导管91的入口，相邻的槽缝92间的物理特性上的距离偏离管内波长λg的1/2越大。
由此，在槽缝92e中，由于驻波的波腹位置Pe和槽缝92e的中央位置Se一致(W1＝0)，通过槽缝92e并供给至处理室的位置Ue的微波的电场能量，等于该位置上的最大能量Emax。另一方面，从槽缝92d至槽缝92a，越接近波导管91的入口，则各槽的中央和驻波的波腹位置的偏离越大(W5＞W4＞W3＞W2＞W1)。这个偏离越大，则从槽缝92供给处理室的各位置Ud、Uc、Ub、Ua上的微波的电场能量比该位置的最大能量越小。结果，如图8(b)的线E所示，能够使经由槽缝92a～92e入射到处理室中的微波的电场能量大致相同。
日本特开2004-200646号公报。
然而，近年来，随着基板的大型化，配置在槽上部的波导管91也大型化，其长边方向的长度有在1m以上的情况。因此，沿波导管91的长边方向并排的槽的数目有时达到20个以上的非常多的数量。这样，波导管91的长度和槽的个数越多，则利用在现有技术中的对策，进行控制使得从各槽缝92均等地供给微波的电场能量就越困难，在波导管30的长边方向上，生成的等离子体不均匀。
另外，当这样从各槽缝92输出的微波的电场能量有偏差时，由于等离子体为导体，等离子体内的阻抗发生变动。对于这样的阻抗的变动来说，虽然设置有匹配阻抗的变动用的调谐器，但当等离子体内的阻抗经常变动时，该阻抗匹配成为不稳定状态，就更加难以使从各槽缝92输出的微波的电场能量大致相同。结果，在处理大型基板的等离子体处理装置中，只利用在现有技术中的对策，难以消除在波导管长边方向产生的等离子体的不均匀。
发明内容
为了解决上述问题，在本发明中，提供了通过使用所希望的波长可变物质使波导管的长度最优化、生成均匀的等离子体的新颖并且经过改良的等离子体处理装置和等离子体处理方法。
即为了解决上述问题，根据本发明的观点，提供了一种等离子体处理装置，包括传播微波的波导管；具有与上述波导管邻接的多个槽缝，使在上述波导管中传播的微波通向上述多个槽缝的槽缝天线；第一波长可变物质，填充在上述波导管内部并使微波的管内波长λg变化为第一波长；第二波长可变物质，代替上述第一波长可变物质插入从反射微波的上述波导管的端面至最接近该端面的槽缝中央之间，使在该插入部分中传播的微波的管内波长λg变化为比第一波长短的第二波长；多个电介体，与上述槽缝天线邻接配置并使通向上述槽缝天线的多个槽缝的微波透过；和处理室，利用透过上述多个电介体后的微波使气体等离子体化，对被处理体进行等离子体处理。
这样，将第一波长可变物质填充在波导管的内部，同时，第二波长可变物质代替第一波长可变物质插入从反射微波的波导管端面至最接近该端面的槽缝中央之间，由此，能够使在第二波长可变物质的插入部中传播的微波的管内波长λg，变化为比第一波长短的第二波长。结果，能够将从波导管端面至最接近该端面的槽缝中央的物理特性上的距离(即微波的管内波长)保持为所希望的长度，并缩短其间的机械距离(即实际的视觉距离)。
这样，与只将单一的波长可变物质填充在波导管内部的现有技术中的情况比较，能够缩短从波导管的端面至与该端面最接近的槽缝中央之间的机械长度，结果，能够将在波导管端面下方附近产生的死空间(参照图4(a)的死空间D)抑制至最小限度(参照图4(b)。这样，能够在现有技术中成为死空间D的波导管端面的下方附近配置电介体。结果，能够在处理室的顶棚全部表面，在与槽缝邻接的状态下等间隔地配置多个电介体。结果，可将经由各槽缝透过各电介体的微波均匀地供给处理室的顶棚面，能够在处理室的顶棚面下方，生成均匀的等离子体。这样，能够高精度地对被处理体进行所希望的等离子体处理。
上述第二波长可变物质通过使在上述插入部分中传播的微波的管内波长λg变化为比第一波长短的第二波长，将从上述波导管端面至最接近该端面的槽缝中央之间的物理特性上的长度保持为管内波长λg的1/4，并将其间的波导管的机械长度缩短至所希望的长度。
这样，可将波导管端面和与该端面最接近的槽缝中心之间的物理特性上的距离保持为微波的管内波长λg的1/4。这样，由于微波的驻波的波腹位于自波导管端面的最短的槽缝中央，所以通过该最短槽缝并供给处理室的微波的电场能量为该位置上的最大能量。结果，利用在该位置具有最大值的微波的电场能量，能够均匀地生成等离子体密度高的等离子体。
上述波导管具有多个，各波导管在其端面与其他任意波导管的端面相对配置。
近年来，如图7所示，当将多个波导管与槽缝的上部邻接配置时，伴随着基板的大型化(730mm×920mm以上)，有时波导管的长边方向达1m以上。由此，位于同一波导管下部的槽缝数为20个以上，非常多，由于上述理由，进行控制使得通向各槽缝的微波的电场能量相同是非常困难的。
与此相对，根据本发明，例如，如图2所示，各波导管的端面与其他任何波导管的端面相对配置。这样，能够使各波导管的长边方向的长度为在现有技术中的1/2。这样，也能够使在其长边方向并排的槽缝的个数为在现有技术中的1/2。结果，容易将从在长边方向并排的各槽缝供给的微波的电场能量控制为相同。
另外，图2所示的等离子体处理装置利用从每4台相对设置的8台微波发生器(34)输出的微波的功率处理1100mm×1300mm(G5基板尺寸)的基板G。与此相对，处理730mm×920mm(G4.5基板尺寸)的基板G的装置，图中没有示出，为从中央沿纵方向将图2的等离子体处理装置分割成一半的结构，即波导管(30)、调谐器(38)和微波发生器(34)为图2的等离子体处理装置的一半的结构。在该装置中，利用从每2台相对设置的4台微波发生器34输出的微波的功率，处理G4.5基板尺寸的基板G。
另一方面，如上所述，即使相对配置各波导管，根据本发明，通过将第二波长可变物质插入波导管的端部附近，能够将从波导管端面至最短槽缝中央之间的物理特性上的长度保持为管内波长λg的1/4，并且能够缩短其间的机械距离(参照图4(b))。结果，可使从与相对配置的一个波导管的端面最接近的槽缝至与另一波导管的端部最接近的槽缝为止的机械(实际视觉的)长度，与位于同一波导管下部的槽缝之间的机械(实际视觉的)距离大致一致，同时，能够使通过该最短槽缝供给至处理室的微波的电场能量为该位置的最大能量。
这样，设置在槽缝下部的多个电介体可在处理室的顶棚全部表面上等间隔地配置。结果，能够将通向各槽缝的相同而且大功率的微波均匀地供给处理室的顶棚全部表面，这样，能够在处理室的顶棚全部表面均匀而稳定地生成等离子体。结果，能够高精度地对被处理体进行所希望的等离子体处理。
上述第二波长可变物质和上述第一波长可变物质为电介体，上述第二波长可变物质具有比上述第一波长可变物质高的介电常数。
微波的管内波长λg用λg＝λc/(ε)1/2式子表示。式中λc为自由空间中的波长，ε为电介体的介电常数。根据该式，电介体的介电常数ε越高，管内波长λg越短。因此，通过将介电常数比第一波长可变物质高的电介体的第二波长可变物质插入从波导管的端面至最短槽缝中央之间，与只将第一波长可变物质填充在波导管内部的现有技术中的情况相比，可将其间的物理特性上的长度保持为微波的管内波长λg的1/4，并且能够在该状态下缩短其间的机械长度。这样，没有在波导管端部下生成的死空间D，能够相互等间隔地配置多个电介体。
上述各波导管与和其长边方向的轴平行并排的20个以内的槽缝邻接，上述槽缝和槽缝的间隔(即物理特性上的长度)也可以为管内波长λg的1/2。
这样，与同一波导管的长边方向并排的槽缝数为20个以下。由此，容易将从沿长边方向并排的各槽缝供给的微波的电场能量控制为相同。此外，槽缝之间的物理特性上的长度为微波的管内波长λg的1/2。由此，微波的驻波的波腹位于各槽缝的中央。这样，通向各槽缝供给到处理室的微波的电场能量为各槽缝位置上的最大能量。结果，利用具有各槽缝位置上的最大值的微波的电场能量，能够生成等离子体密度高而且均匀的等离子体。
在上述多个电介体上，在与被处理体相对的面上形成凹部或凸部的至少任意一个。
这样，利用在各电介体中形成的凹部或凸部，能够增加表面波在各电介体下面传播时的电场能量的损失。这样，能够抑制表面波的传播，抑制驻波的发生，能够生成更均匀的等离子体。
另外，为了解决上述课题，根据本发明的另一观点提供了一种等离子体处理方法，该方法使用等离子体处理装置对被处理体进行等离子体处理，该等离子体处理装置包括在内部填充有第一波长可变物质的波导管、具有与上述波导管邻接的多个槽缝的槽缝天线和与上述槽缝天线邻接配置的多个电介体，该等离子体处理方法利用填充在上述波导管内部的第一波长可变物质，使微波的管内波长λg变化为第一波长并传播微波，利用代替上述第一波长可变物质插入从上述波导管的端面至最接近该端面的槽缝中央之间的第二波长可变物质，使在该插入部分中传播的微波的管内波长λg变化为比第一波长短的第二波长，并传播微波，使经由上述波导管通向上述多个槽缝的微波透过上述多个电介体，利用透过上述多个电介体的微波使气体等离子体化，对被处理体进行等离子体处理。
这样，使用代替填充在波导管内部的第一波长可变物质，第二波长可变物质插入从波导管的端面至最短槽缝中央之间的等离子体处理装置，能够使在第二波长可变物质的插入部分中传播的微波的管内波长λg变化为比第一波长短的第二波长。结果，与只将第一波长可变物质填充在波导管内部的现有技术中的情况比较，能够将从波导管端面至最短槽缝中央之间的物理特性上的长度保持为所希望的值，并能够缩短其间的机械长度。这样，没有在现有技术中的在波导管端面下方产生的死空间D，能够在处理室的顶棚全部表面等间隔地配置多个电介体。结果，能够将通向各槽缝的相同功率的微波均匀地供给处理室的顶棚全面，从而，在处理室的顶棚全面均匀而稳定地生成等离子体。
发明的效果如上所述，根据本发明，通过使用所希望的波长可变物质，优化波导管的长度，能够生成均匀的等离子体。
图1为与本发明一个实施方式的等离子体处理装置的y轴垂直的纵截面图；图2为表示该实施方式的等离子体处理装置的处理室内部的顶棚面的图；图3为在图2的I-I面上切断等离子体处理装置时的盖本体附近的纵截面图；图4(a)为表示只填充着特氟隆(Teflon)的波导管端部附近的图；图4(b)为表示填充着特氟隆和氧化铝的波导管端部附近的图；图5(a)为表示在波导管中只填充着特氟隆的情况的模拟模型(simulation model)和模拟结果的图；图5(b)为表示在波导管中填充着特氟隆和氧化铝的情况的模拟模型和模拟结果的图；图6为在波导管中只填充特氟隆情况和在波导管中填充特氟隆和氧化铝情况下，证明管内波长一致的图形；图7为配置在关连的等离子体处理装置的顶棚面上的波导管的一个例子；图8(a)为在图7的II-II面上切断等离子体处理装置时的纵截面图；图8(b)为表示处理室内各位置上电场能量的状态的图。
符号的说明100-微波等离子体处理装置11-基座21-盖本体30、30a、30b-波导管31-槽缝32-槽缝天线33-电介体34、94-微波发生器
35-特氟隆36-梁37-气体导入管38-调谐器42-气体供给源50-氧化铝90、91-波导管92-槽缝93-电介体U-处理室M-反射板C-波导管的端面具体实施方式
以下，参照附图，详细地说明本发明的优选实施方式。此外，在以下的说明和附图中，对于具有相同结构和功能的结构元件用相同的符号表示，省略重复说明。
(第一实施方式)首先，参照图1和图2，说明本发明第一实施方式的等离子体处理装置的结构。图1为在纵方向(与y轴垂直的方向)切断等离子体处理装置的截面图，图2为表示等离子体处理装置的处理室的顶棚面的图。在本实施方式中，作为等离子体处理装置的一个例子，以通过使用微波的功率使气体等离子体化而对玻璃基板(以下称为基板)进行等离子体处理的微波等离子体处理装置为例进行说明。
(微波等离子体处理装置的结构)微波等离子体处理装置100具有处理容器10和盖体20。处理容器10的形状为其上部开口的有底立方体形状。处理容器10和盖体20例如由铝等金属制成，电气接地。
在处理容器10中，在其内部设置有载置基板G用的基座11(载置台)。基座11例如由氮化铝制成，在其内部设置有供电部11a和加热器11b。
高频电源12b经由匹配器(例如电容器)12a与供电部11a连接。另外，高压直流电源13b经由线圈13a与供电部11a连接。匹配器12a、高频电源12b、线圈13a和高压直流电源13b设置在处理容器10的外部。另外，高频电源12b和高压直流电源13b接地。
供电部11a利用从高频电源12b输出的高频电力，将规定的偏置电压加在处理容器10的内部。另外，供电部11a利用从高压直流电源13b输出的直流电压静电吸附基板G。
设置在处理容器10的外部的交流电源14与加热器11b连接，利用从交流电源14输出的交流电压，将基板G保持在规定温度。
处理容器10的底面呈筒状开口，波纹管(bellows)15的一端安装在其外部周边上。波纹管15的另一端固定在升降板16上。这样，处理容器10底面的开口部分由波纹管15和升降板16密闭。
基座11由配设在升降板16上的筒体17支承，升降板16和筒体17成为一体升降，这样，可将基座11调整至与处理相应的高度。另外，在基座11的周围设置有挡板(baffle)18，该挡板用于将处理室U的气体流动控制在优选状态。
在处理容器10的底部具有设置在处理容器10的外部的真空泵(图中没有示出)。真空泵经由气体排出管19排出处理容器10内的气体，由此，可将处理室U减压至所希望的真空度。
在盖体20上设置有盖本体21、波导管30、具有多个槽缝31的槽缝天线32和多枚电介体33。在盖本体21的下面外周部和处理容器10的上面外周部的接合面上配设有O形环25。处理容器10和盖体20利用O形环25密闭，这样，形成进行等离子体处理的处理室U。
如图2所示，波导管30的截面形状为矩形，微波发生器34经由调谐器38与其一端连接。调谐器38(例如，短线调谐器(stub tuner))对于等离子体内的阻抗变动进行匹配(matching)。波导管30分支为两股，成为两根波导管，配置在盖本体21上使终端在处理室U的顶棚面中央。这样，在盖本体21的内部，在X轴方向并排配置8根波导管30，并且，相同结构的波导管30、调谐器38和微波发生器34以与顶棚面中央的X轴相平行的轴对称，配置在相反一侧。由此，16根波导管30每8根并排地配置，使两根波导管30的端面互相相对，同时，8台微波发生器34每4台相对设置。如上所述，在这种结构的微波等离子体处理装置100的处理室U中，可处理1100mm×1300mm(腔的内直径1470mm×1590mm)的基板G(G5基板尺寸)。在本实施方式中，将一根波导管分支为两根，但不限于此，例如，使波导管30以1对1的方式与一台微波发生器34连接也可以。
如在图2的I-I截面中切断微波等离子体处理装置100的图3所示，在相对的波导管30a、30b的端面Ca、Cb之间设置有反射板M。反射板M由铝等金属制成，在其端面C反射在波导管30内行进的微波。
在各个波导管30的内部填充氟树脂(例如特氟隆(注册商标)，PTFE(polytetrafluoroethylene聚四氟乙烯))、氧化铝(Al2O3)，石英等介电部件。利用这种介电部件将微波的管内波长λg控制为用λg＝λc/(ε)1/2表示的值。式中，λc为自由空间中的波长，ε为介电材料的介电常数。在本实施方式中，举出特氟隆35(参照图1)作为填充在波导管内的介电部件进行说明。
图1所示的槽缝天线32在各波导管30的下部与盖本体21形成一体。槽缝天线32由铝等非磁性体的导电性材料制成。在槽缝天线32中，在各个波导管30的下表面上，在同一个波导管30(例如图2的波导管30a或波导管30b)上设置有26个槽缝31(开口)，在各个波导管30的长边方向上并排地设置2列，各设置13个。在各个槽缝31的内部填充氟树脂、氧化铝(Al2O3)、石英等介电材料。设置各个槽缝31的位置，使得同一波导管内的长边方向的槽间的间隔(物理特性上的距离)为管内波长λg的大约1/2。形成在各个波导管30的下面的槽缝31的个数只要为20个以内就可以，不限于上述个数。
在槽缝天线32的下部等间隔地配置有相对于同一波导管30形成为砖(tile)状的13个电介体33，使其长边方向与各波导管30的长边方向大致垂直，在各电介体33的上部分别设置有2个槽。通过这种结构，在处理室U的顶棚面上设置有全部208个(＝13×16)电介体33。
多个电介体33由石英玻璃、AlN、Al2O3、蓝宝石(sapphire)、SiN、陶瓷等介电材料制成。另外，虽然图中没有示出，但是在各电介体33上，在与基板G相对的面上，也可以分别形成凹凸。这样，通过在各电介体33上设置凹部或凸部中的至少任何一个，当在电介体下部生成的表面波在各电介体33的表面上传播时，增加其电场能量的损失，这样，能够抑止表面波的传播。结果，抑制驻波的发生，能够生成均匀的等离子体。
各个电介体33用形成为格子状的梁36，分别支承其周边边缘。梁36由铝等非磁性体的导电性材料形成。如图1所示，梁36具有贯通其内部的多个气体导入管37。
配置在微波等离子体处理装置100的外部冷却水供给源41与冷却水管路40连接，从冷却水供给源41供给的冷却水在冷却水管路40内循环，返回冷却水供给源41，这样，将盖本体21保持为所希望的温度。
气体供给源42与质量流量控制器43和阀44连接，还通过气体管路45与多个气体导入管37连接。通过分别控制质量流量控制器43的开度和阀44的开闭，气体供给源42将所希望浓度的气体，从气体管路45通入多个气体导入管37中，供给处理室U内。
采用以上所述的结构，从图2所示的8个微波发生器34输出的、例如2.45GHz×8的微波，在各波导管30中传播，通向各槽缝31，再透过各电介体33，入射到处理室U内。利用这样入射的微波的电场能量使从气体供给源42供给的气体等离子体化，由此，可对基板G进行成膜等的等离子体处理。
(伴随基板G的大型化的问题)近年来，基板G的尺寸增大至730mm×920mm以上，随之而来的是，必需将长边方向的长度在1m以上的波导管30配置在盖本体21上。这样，配置在波导管30下部的槽缝31的数目在波导管30的长边方向上要并排地配置20个以上。这样，当波导管30尺寸大、槽缝31的个数非常多时，如图8所示，通过使驻波的波腹位置与槽中央的位置偏离而使电场能量均匀的现有技术，非常难进行供电控制，控制产生偏差，难以使从各个槽缝31输出的微波的电场能量大致相同，生成的等离子体在波导管30的长边方向上不均匀。
另外，当这样从各个槽缝31输出的微波的电场能量有偏差时，由于等离子体为导体，等离子体内的阻抗变动。对于这样的阻抗的变动来说，虽然设置有匹配阻抗的变动用的调谐器38，但当等离子体内的阻抗经常变动时，该阻抗匹配成为不稳定状态，就更加难以使从各槽缝3 1输出的微波的电场能量大致相同。结果，特别是在波导管30的长边方向，生成的等离子体不均匀。
(波导管的配置)为了解决这个问题，如上所述，发明者进行了以下的发明，使多个1m以下的波导管30在其端面相对，并排配置。这样，发明者将控制微波供给的单位分成图2的B1～B8所示的8个块(即从一个微波发生器34射出的微波传播的范围)。这样，如图2和图3所示，发明者使各波导管30的长度为现有的一半。
另外，发明者在波导管的下部，在波导管30的长边方向上设置13个槽缝31，在这些槽缝31的下部设置13个电介体33。这样，波导管30的长边方向的长度为1m以下，在同一波导管长边方向并排的槽缝31的数目在20个以下。结果，发明者能够将各波导管30和各槽缝31配置在每个如下所述的单位上，所述每个单位能够容易地将从同一波导管30的长边方向上并排的多个槽缝31供给的微波的电场能量控制为相同。
(相对的波导管端面上产生的问题)这样，当配置各波导管30，使其端面相对时，在作为图3的波导管30的端面附近放大图的图4中，如图4(a)所示，在各波导管30的端面下方产生不能配置槽缝31和电介体33的死空间(dead space)D。以下说明其理由。图4(a)(b)的上图为波导管30的平面图，图4(a)、(b)的下图为波导管30、槽缝天线32和电介体33的截面图。
从波导管30a、30b的端面(反向部分)Ca、Cb至最接近各端面Ca、Cb的槽缝31a1、31b1的中央的物理特性上的长度，必需保持为微波的管内波长λg的1/4。这是由于通过使作为微波的行波和其反射波的合成波的驻波的波腹位于槽缝31a1、31b1的中央位置，使得通过槽缝31a1、31b1并透过位于其下部的电介体33a1、33b1供给到处理室U的微波的电场能量为该位置的最大能量的原故。
又如图4(a)所示，在波导管30的内部，只填充有特氟隆35。如上所述，微波的管内波长λg用λg＝λc/(ε)1/2表示。式中λc为自由空间(真空状态)中的波长，ε为电介体的介电常数。因为特氟隆35的介电常数为2，自由空间的波长λc为120mm，当在波导管30的内部只填充特氟隆35时的管内波长λg1，可由式(1)求出。
λg1＝120/(2)1/2......(1)因此，由于λg/4＝λg1/4＝21.3mm，在波导管30a、30b的端面Ca、Cb的下方产生不能配置槽缝31和电介体33的死空间D。
另外，当在各波导管的端面C的下方存在这种死空间D时，死空间D下方的等离子体密度比处理室顶棚面的其他部分的等离子体密度低很多，生成的等离子体不均匀。这是由于不能在死空间D的下方配置槽缝和电介体，在死空间D不能使微波透过的原故。
更详细地说明在同一波导管30的长边方向并排的例如槽缝31a1～31a4、槽缝31b1～31b4的各槽之间为等间隔，而离波导管30a、30b的两端Ca、Cb最短的槽缝31a1、31b1之间，由于存在死空间D，比其他槽缝之间的间隔长。结果，电介体33a1～33a4、电介体33b1～33b4的各电介体33在各槽缝31的下部，以等间隔配置在与波导管30的长边方向平行的轴上，但不能将电介体配置在死空间D，只有电介体33a1和电介体33b1的间隔与其他电介体之间的间隔相比是远离的。这样，由于在死空间D中，微波不能透过，死空间D下方的等离子体密度比处理室顶棚面其他部分的等离子体密度极端的低。结果，生成的等离子体不均匀。这样，当生成的等离子体产生不均匀时，不能在大型的基板G上进行质量好的成膜处理等等离子体处理。
(波导管机械长度的优化)为了消除在这种波导管端部附近的等离子体的不均匀，发明者在从波导管30a、30b的端面Ca、Cb至最接近端面Ca、Cb的槽缝31a1、31b1的中央之间的任何部分(在图4(b)中为波导管30的端部)上，插入氧化铝50代替特氟隆35，考虑是否可由此在处理室顶棚全面等间隔地配置电介体33。这是考虑通过使在插入有氧化铝50的波导管30中传播的微波的管内波长λg2、比在填充有特氟隆35的波导管30中传播的微波的管内波长λg1短，将从波导管30的端面C至最接近该端面的槽中心的物理特性上的长度保持为管内波长λg的1/4，并且缩短其间的波导管30的机械长度，这样，在顶棚全面上等间隔地配置电介体33。具体地是，如式(2)所示，填充着氧化铝50时的波导管30的管内波长λg2相对于填充特氟隆35时的波导管30的管内波长λg1(＝λc/(2)1/2)变短。
λg2＝λc/(9)1/2……(2)根据这个想法，发明者针对在波导管的端面C的附近填充何种程度的量(宽度)的氧化铝50，对在处理室U的顶棚面上能够等间隔地配置208个电介体33的情况进行模拟。这时，在模拟模型中，如图5(a)(b)所示，取其模型的波导管30的短方向的宽度为18mm，槽缝31的短方向的宽度为16mm，槽缝31的长边方向的宽度为20.8mm，填充在波导管30的端部的氧化铝50的端部形状为R3(半径3mm)。又如图4(a)(b)所示，取波导管30的高度为82mm，槽缝31的高度为22mm。取从波导管30的端部C至最短槽缝31中心的长度为21.3mm。因此，端面C至最短槽缝的最短距离为10.9(＝21.3-20.8/2)mm。
如图5(a)所示，在波导管30只用特氟隆35填充的情况下，表示相对于自由空间中机械长度10.9mm的物理特性上的长度之微波的管内波长λgt1(自微波看的长度)，用下式求出。
λgt1＝10.9/(2)1/2……(3)这里，从自由空间的端面C至最短槽缝31的距离10.9mm与自由空间中1个波长λc的比(机械长度的比)，和从端面C至最短槽缝的管内波长λgt1与从在波导管内传播的微波看的一个波长(管内波长)λg的比(物理特性上的长度比)相等。因此，由于λgt1/λg＝10.9/λc，当将它代入式(3)时λgt1＝(10.9/λc)×λg……(4)将式(4)代入式(3)10.9＝(2)1/2×λgt1＝(2)1/2×(10.9/λc×λg)＝((2)1/2×10.9/120)×λg……(5)因为加工上的问题，当考虑波导管端部的形状或槽缝的形状有一些圆度时，式(5)如下这样变形。
10.9≈0.107λg……(6)然后，如图5(b)所示，在将氧化铝50代替特氟隆35插入波导管30的端部的情况下，与插入氧化铝50的(自由空间的)机械长度3.807mm相对的物理特性上的长度(微波的管内波长λga)，如下这样求出。
λga＝3.807/(9)1/2，这样3.807＝3×λga＝3×(3.807/λc×λg)……(7)当因为加工上的问题，考虑在氧化铝50的端部形状上有R3的圆度等时，式(7)如下这样变形。
3.807≈0.0775λg……(8)另外，与填充特氟隆35的(自由空间的)机械长度3mm相对的物理特性上的长度(微波的管内波长λgt2)，如下这样求出。
λgt2＝3/(2)1/2……(9)如果使式(9)变形，则3＝(2)1/2×λgt2＝(2)1/2×(3/λc×λg)…(10)当考虑加工上的问题时，式(10)如下这样变形。
3≈0.0294λg…(11)在插入氧化铝50的情况下，从波导管30的端面C至最短槽缝31中心的物理特性上的长度保持为管内波长λg的1/4。这样，利用式(6)、式(8)和式(11)，计算出下式。
0.107λg(只填充特氟隆的情况)＝0.0775λg+0.0294λg(填充特氟隆和氧化铝的情况)…(12)＝0.107λg这样，发明者以式(12)的右边和左边一致(换句话说，将从端面C至最短槽缝31中央的物理特性上的长度保持为管内波长λg的1/4)为前提条件，为了在处理室顶棚整面上等间隔地配置多个电介体33，得到使自由空间的氧化铝长度为3.807mm，自由空间的特氟隆长度为3mm就可以的模拟结果。
这样，利用图6的实线表示通过在波导管30端部附近填充氧化铝3.807mm、特氟隆3mm，将波导管30的端部缩短4.093mm(＝10.9-3.807-3)时的波导管各位置上的电场能量。另外，利用图6的虚线表示只填充特氟隆35的情况。这样，在填充特氟隆和氧化铝的情况(实线)和只填充特氟隆的情况(虚线)下，波导管端部附近的位置(图6的Q)上的电场能量的位移大致一致。这样，发明者能够进行下述确认，在只将特氟隆35填充在波导管30中的情况和将3mm的特氟隆35和3.807mm的氧化铝50填充在波导管30端部附近的情况下，微波在各个不同的电介体中的管内波长λg大致一致。
根据以上所述的模拟，发明者证明了在从波导管30的端面C至最接近该端面C的槽缝31之间所填充的氧化铝50和特氟隆35的最优值为3.807mm和3mm。
结果，将从波导管30的端面C至与该端面最接近的槽中心的物理特性上的长度保持为管内波长λg的1/4并将其间的波导管30的机械长度缩短至最优的长度，由此，根据在顶部全部表面上等间隔地配置电介体33的巧妙的想法，与只用特氟隆35填充在波导管30内部的现有技术相比，可将从波导管30的端面C至最短槽缝31的中心的物理特性上的长度保持为管内波长λg的1/4，并能将其间的机械长度缩短约4.1mm。这样，消除在现有技术中在波导管30的端面C下方产生的死空间D，能够将多个电介体33等间隔地配置在处理室U的顶棚整面上。
结果，能够向处理室U的顶棚全部表面上均匀地供给通过各槽32后的相同功率的微波，这样，能够在处理室U的顶棚全部表面上均匀且稳定地生成等离子体。这样，能够高精度地在基板G上进行质量优良的成膜处理等所希望的等离子体处理。
以上所述的特氟隆35为使微波的管内波长λg变化为第一波长的第一波长可变物质的一个例子。另外，氧化铝50为使微波的管内波长λg变化为第二波长的第二波长可变物质的一个例子。因此，第一以及第二波长可变物质不限于特氟隆35和氧化铝50，只要具有第二波长可变物质的介电常数ε比第一波长可变物质的介电常数ε高的关系，任何介电体物质都可以。
另外，利用微波等离子体处理装置100进行等离子体处理的基板G的尺寸为730mm×920mm以上也可以。例如，如上所述，在图2所示的微波等离子体处理装置100中，利用从每4台相对设置的8台微波发生器34输出的微波的功率，可对1100mm×1300mm(腔内的直径为1470mm×1590mm)的基板G(G5基板尺寸)进行等离子体处理。但不限于此，也可以利用图2的结构，即在中央沿纵方向将等离子体处理装置分割成一半的结构，即具有波导管30、调谐器38和微波发生器34成为图2的等离子体处理装置一半的结构的等离子体处理装置，利用从每2台相对设置的4台微波发生器34输出的微波功率对730mm×920mm(腔内的直径为1000mm×1190mm)的基板G(G4.5基板尺寸)进行等离子体处理。
在上述实施方式中，各部的动作互相关连，能够考虑到其互相关连并作为一连串的动作进行置换。这样，通过置换，能够将等离子体处理装置的本发明的实施方式，作为使用该等离子体处理装置对被处理体进行等离子体处理的等离子体处理方法的实施方式。
以上，参照
了本发明的优选实施方式，但本发明不是仅限于该例子。技术人员可在权利要求范围所述的范畴内，设想各种变更例子或修正例子。这些当然都属于本发明的技术范围。
例如，在本发明的等离子体处理装置中，可以进行成膜处理、扩散处理、蚀刻处理、灰化处理等所有的等离子体处理。
权利要求
1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括传播微波的波导管；具有与所述波导管邻接的多个槽缝，使在所述波导管中传播的微波通向所述多个槽缝的槽缝天线；第一波长可变物质，填充在所述波导管内部并使微波的管内波长λg变化为第一波长；第二波长可变物质，代替所述第一波长可变物质插入从反射微波的所述波导管的端面至最接近该端面的槽缝中央之间，使在该插入部分中传播的微波的管内波长λg变化为比第一波长短的第二波长；多个电介体，与所述槽缝天线邻接配置并使通向所述槽缝天线的多个槽缝的微波透过；和处理室，利用透过所述多个电介体后的微波使气体等离子体化，对被处理体进行等离子体处理。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于所述第二波长可变物质通过使在所述插入部分中传播的微波的管内波长λg变化为比第一波长短的第二波长，将从所述波导管端面至最接近该端面的槽缝中央之间的物理特性上的长度保持为管内波长λg的1/4，并将其间的波导管的机械长度缩短至所希望的长度。
3.如权利要求1或2中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于所述波导管具有多个，各波导管在其端面与其他任意波导管的端面相对配置。
4.如权利要求1～3中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于所述第二波长可变物质和所述第一波长可变物质为电介体，所述第二波长可变物质具有比所述第一波长可变物质高的介电常数。
5.如权利要求1～4中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于通过将所述第二波长可变物质插入所述波导管中，使所述多个电介体互相等间隔地配置。
6.如权利要求3～5中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于所述各波导管与在和其长边方向平行的轴上并排的20个以内的槽缝邻接，所述槽缝和槽缝的物理特性上的间隔为管内波长λg的1/2。
7.如权利要求1～6中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于在所述多个电介体上，在与被处理体相对的面上形成凹部或凸部的至少任意一个。
8.如权利要求1～7中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于被处理体为730mm×920mm以上。
9.一种等离子体处理方法，使用等离子体处理装置对被处理体进行等离子体处理，该等离子体处理装置包括在内部填充有第一波长可变物质的波导管、具有与所述波导管邻接的多个槽缝的槽缝天线和与所述槽缝天线邻接配置的多个电介体，该方法的特征在于利用填充在所述波导管内部的第一波长可变物质，使微波的管内波长λg变化为第一波长并传播微波，利用代替所述第一波长可变物质插入从所述波导管的端面至最接近该端面的槽缝中央之间的第二波长可变物质，使在该插入部分中传播的微波的管内波长λg变化为比第一波长短的第二波长，并传播微波，使经由所述波导管通向所述多个槽缝的微波透过所述多个电介体，利用透过所述多个电介体的微波使气体等离子体化，对被处理体进行等离子体处理。
全文摘要
本发明涉及微波等离子体处理装置，利用波长可变物质，使波导管长度最优。微波等离子体处理装置(100)包括波导管(30)、有多个槽缝(31)的槽缝天线(32)、多个电介体(33)和处理室(U)。微波依次在波导管(30)、槽缝(31)、电介体(33)传播，供给到处理室(U)，使气体等离子体化，处理基板(G)。在波导管(30)内端面(C)附近填充氧化铝(50)及特氟隆(35)。由于管内波长(λg)在氧化铝(50)中比特氟隆(35)中短，当微波在波导管(30)中传播时，与只填充特氟隆(35)相比，从波导管(30)端面(C)至最短槽缝中央间的物理特性上的长度保持为λg/4，并能缩短其间的机械长度。结果，没有波导管端部的死空间(D)，能够等间隔配置电介体(33)。
文档编号H01L21/02GK101090598SQ20071010917
公开日2007年12月19日 申请日期2007年6月14日 优先权日2006年6月14日
发明者堀口贵弘 申请人:东京毅力科创株式会社