微波导入机构、微波等离子体源和微波等离子体处理装置的制作方法

专利名称：微波导入机构、微波等离子体源和微波等离子体处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及向进行等离子体处理的腔室内导入微波的微波导入机构、使用这样的微波导入机构的微波等离子体源，和微波等离子体处理装置。
背景技术：
半导体设备或液晶显示装置的制造工序中，为了对半导体晶片或玻璃基板这样的被处理基板实施蚀刻处理或成膜处理等的等离子体处理，使用等离子体蚀刻装置或等离子体CVD成膜装置等的等离子体处理装置。最近，作为这样的等离子体处理装置，能够均匀形成高密度、低电子温度的等离子体的RLSA (Radial Line Slot Antenna)微波等离子处理装置受到关注(例如，专利文献I)。·RLSA微波等离子体处理装置在腔室的上部设置以规定的图案形成多个缝隙的平面天线(Radial Line Slot Antenna),从微波发生源导入的微波从平面天线的缝隙被发射，并且经由在其下设置的电介体形成的微波透过板发射到保持为真空的腔室内，通过该微波电场使得导入腔室内的气体等离子体化，通过如此形成的等离子体处理半导体晶片等的被处理体。此外，提案有微波等离子体处理装置，其具有将微波分配为多个、经由具有上述平面天线的多个天线组件将微波导入腔室内、在腔室内空间合成微波的微波等离子体源(专利文献2)。这种微波等离子体处理装置中，为了进行负荷(等离子体)的阻抗的调整，需要阻抗匹配部(调谐器)。作为这样的阻抗匹配部，已知有使用具有多个芯部件的芯部件调谐器(专利文献3等)。芯部件调谐器，通过管状的外部导体和设置于外部导体内的内部导体形成同轴状的微波传送路径，由在外部导体的内面与内部导体的外面之间的缝隙内设置有沿着内部导体的长度方向自由移动的至少2个电介体形成的芯部件，这些芯部件通过驱动机构移动，由此，进行阻抗调整。由此，能够实现小型、低损失的调谐器。现有技术文献专利文献I :日本特开2007-109457号公报专利文献2 :日本国际公开第2008/013112号小册子专利文献3 :日本特开2003-347808号公报

发明内容
但是，这样的微波等离子体源，当投入的微波的电力增大，由于等离子体的热量输入和微波的损失所致的热量，会使得天线或微波透过板的温度升高，由于该热量，芯部件调谐器中的芯部件的移动性有可能受到影响。在此，本发明的目的在于，提供一种能够抑制对于芯部件(slug)移动性的热的影响的微波导入机构、微波等离子体源和微波等离子体装置。本发明的第一观点为一种微波导入机构，其设置于微波传送路径，将微波导入腔室内，其中，微波传送路径传送从用于在腔室内形成微波等离子体的微波等离子体源的微波输出部输出的微波，该微波导入机构的特征在于，包括天线部，其具有经由所述微波传送路径将微波发射到所述腔室内的平面天线；调谐器，其设置在所述微波传送路径，调整所述微波传送路径的阻抗；和将所述天线部的热进行散热的散热机构，所述调谐器，包括主体，其为微波传送路径的一部分，具有呈筒状的外侧导体和在外侧导体中同轴地设置的呈筒状的内侧导体；芯部件，其设置于所述外侧导体与所述内侧导体之间，并沿内侧导体的长度方向能够移动，呈环状且包含电介体；和使所述芯部件移动的驱动机构，所述散热机构，包括热管，其具有热量输入端和散热端，所述热量输入端位于所述天线部，将所述天线部的热从所述热量输入端输送到所述散热端；和散热部，其设置在所述热管的所述散热端，将所述散热端的热进行散热。上述第一观点中，所述热管优选设置在所述内侧导体内。此外，所述散热部优选包 括散热器或冷却部件。此外，所述驱动机构包括施加驱动力的驱动部；将来自驱动部的驱动力传达至所述芯部件的驱动传达部；引导所述芯部件的移动的驱动引导部；和将所述芯部件保持在所述驱动传达部的保持部，所述驱动传达部、所述驱动引导部和所述保持部被收容在所述内侧导体的内部。这种情况下，所述驱动机构嵌入所述芯部件的内部，以与所述内侧导体的内周接触的状态在所述内侧导体的内部滑动移动，所述驱动机构包括具有螺纹孔的滑动部件；和在所述内侧导体的内部沿长度方向设置的、由与所述芯部件的所述滑动部件的螺纹孔螺合的螺纹棒形成的芯部件移动轴，通过所述芯部件移动轴和所述滑动部件构成包括螺纹机构的驱动传达部，通过所述滑动部件和所述内侧导体的内周面构成包括滑动引导机构的驱动引导部，所述滑动部件构成所述保持部，所述驱动部具有使所述芯部件移动轴旋转的电动机，通过所述电动机使所述芯部件移动轴旋转，由此使得被所述滑动部件保持的所述芯部件，以所述滑动部件在所述内侧导体的内周被滑动引导的状态被驱动。作为所述滑动部件优选包含具有滑动性的树脂。所述滑动部件通过固定用螺栓被固定于所述芯部件。所述滑动部件的螺纹孔，优选在与由所述固定用螺栓固定的部位对应的部分未形成螺纹。所述滑动部件，在其两端部的外周具有压入用突起，通过压入被固定于所述芯部件，所述滑动部件的螺纹孔在与所述压入用突起对应的部分未形成螺纹。所述热管优选被设置为在所述内侧导体的内部插入贯通(插通)所述滑动部件。根据本发明的第二观点，提供一种微波等离子体源，其包括输出微波的微波输出部、将输出的微波传送的微波传送路径和设置于所述微波传送路径并将被传送的微波导入腔室内的微波导入机构，所述微波等离子体源将微波导入所述腔室内并将供给至所述腔室内的气体等离子体化，所述微波等离子体源的特征在于所述微波导入机构包括天线部，其具有经由所述微波传送路径将微波发射到所述腔室内的平面天线；调谐器，其设置在所述微波传送路径，调整所述微波传送路径的阻抗；和将所述天线部的热进行散热的散热机构，所述调谐器，包括主体，其为微波传送路径的一部分，具有呈筒状的外侧导体和在外侧导体中同轴地设置的呈筒状的内侧导体；和芯部件，其设置于所述外侧导体与所述内侧导体之间，并沿内侧导体的长度方向能够移动，呈环状且包含电介体；和使所述芯部件移动的驱动机构，所述散热机构，包括热管，其具有热量输入端和散热端，所述热量输入端位于所述天线部，将所述天线部的热从所述热量输入端输送到所述散热端；和散热部，其设置在所述热管的所述散热端并将所述散热端的热进行散热。根据本发明的第三观点，提供一种微波等离子体处理装置，其包括收容被处理基板的腔室；向所述腔室内供给气体的气体供给机构；和微波等离子体源，其将微波导入所述腔室内，并将供给至所述腔室内的气体等离子体化，具有生成微波的微波生成机构、将输出的微波传送的微波传送路径和设置于所述微波传送路径并将被传送的微波导入腔室内的微波导入机构，所述微波等离子体处理装置通过等离子体对所述腔室内的被处理基板实施处理，所述微波等离子体处理装置的特征在于所述微波导入机构包括天线部，其具有经由所述微波传送路径将微波发射至所述腔室内的平面天线；调谐器，其设置于所述微波传送路径并调整所述微波传送路径的阻抗；和将所述天线部的热进行散热的散热机构，所述调谐器，包括主体，其为微波传送路径的一部分，具有 呈筒状的外侧导体和在外侧导体中同轴地设置的呈筒状的内侧导体；芯部件，其设置于所述外侧导体与所述内侧导体之间并沿内侧导体的长度方向能够移动，呈环状且包含电介体；和使所述芯部件移动的驱动机构，所述散热机构，包括热管，其具有热量输入端和散热端，所述热量输入端位于所述天线部，将所述天线部的热从所述热量输入端输送至所述散热端；和散热部，其设置于所述热管的所述散热端并将所述散热端的热进行散热。


图I为表示搭载具有本发明的一实施方式的微波导入机构的微波等离子体源的等离子体处理装置的概略结构的截面图。图2为表示图I的微波等离子体源的结构的构成图。图3为表不本发明的一实施方式的微波导入机构的纵截面图。图4为表示调谐器的主体中的芯部件和滑动部件的水平截面图。图5为表示调谐器的主体中的内侧导体的立体图。图6为表示搭载在微波导入机构的平面天线的平面图。图7为表不本发明的一实施方式中微波导入机构使用的热管的结构的模式图。图8为表示滑动部件固定在芯部件上的状态的水平截面图。图9为表示滑动部件固定在芯部件上的状态的截面图。图10为扩大表示滑动部件和芯部件的安装部的图。图11为表示滑动部件在芯部件上的固定方法的其它例的截面图。图12为表示本发明的其它实施方式的具有微波导入机构的微波等离子体源的构成图。图13为表示本发明的其它实施方式的微波导入机构的纵截面图。图14为图13的AA’线的横截面图。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施方式详细说明。图I为表示搭载具有本发明的一实施方式的微波导入机构的微波等离子体源的等离子体处理装置的概略结构的截面图。图2为表示图I的微波等离子体源的结构的构成图。 等离子体处理装置100作为对晶片实施等离子体处理例如实施蚀刻处理的等离子体蚀刻装置而构成，具有气密地构成的铝或不锈钢等的金属材料形成的大致圆筒状的接地的腔室I、在腔室I内形成微波等离子体用的微波等离子体源2。腔室I的上部形成有开口部la，微波等离子体源2设置成从该开口部Ia朝向腔室I的内部。在腔室I内水平支承作为被处理体的晶片W用的基座11，设置为由经由绝缘部件12a立设于腔室I的底部中央的筒状的支承部件12支承的状态。构成基座11和支承部件12的材料，可以示例表面经过氧化铝膜处理(阳极氧化处理)的铝等。此外，虽然未图示，但在基座11设置有静电吸附晶片W用的静电卡盘、温度控制机构、在晶片W的背面供给热传递用的气体的气体流路和用于搬送晶片W而进行升降的升降销等。在基座11上经由匹配器13电连接高频偏置电源14。从该高频偏置电源14向基座11供给高频电力，由此，在晶片W侧引入等离子体中的离子。腔室I的底部连接排气管15，该排气管15连接包括真空泵的排气装置16。通过使得该排气装置16动作，腔室I内被排气，腔室I内能够高速减压到规定的真空度。此外，在腔室I的侧壁设置有进行晶片W的搬入搬出用的搬入搬出口 17和开闭该搬入搬出口 17的门阀18。在腔室I内的基座11的上方位置，水平设置有向晶片W喷出等离子体蚀刻用的处理气体的喷淋板(shower plate) 20。该喷淋板20具有形成为格子状的气体流路21和在该气体流路21形成的多个气体喷出孔22，格子状的气体流路21之间为空间部23。在该喷淋板20的气体流路21连接有在腔室I的外侧延伸的配管24，在该配管24连接有处理气体供给源25。另一方面，在腔室I的喷淋板20的上方位置，沿着腔室壁设置有环状的等离子体生成导入部件26，在该等离子体生成导入部件26的内周设置有多个气体喷出孔。在该等离子体生成导入部件26，经由配管28连接有供给等离子体生成气体的等离子体生成气体供给源27。作为等离子体生成气体，优选使用Ar气体等。从等离子体生成气体导入部件26导入腔室I内的等离子体生成气体通过从微波等离子体源2导入腔室I内的微波等离子体化，如此生成的等离子体，激发例如Ar等离子体通过喷淋板20的空间部23，从喷淋板20的气体喷出孔22喷出的处理气体，生成处理气体的等离子体。微波等离子体源2通过设置在腔室I的上部的支承环29而被支承，这些之间被气密地密封。如图2所示，微波等离子体源2具有分配为多个路径来输出微波的微波输出部30、将微波导入腔室I用的微波导入部40、从微波输出部30输出的微波供给到微波导部40的微波供给部50。微波输出部30输出的微波传送到微波传送路径，经过微波供给部50和微波导入部40，被导入腔室I内。微波输出部30,具有电源部31、微波振荡器32、对振荡的微波进行增幅的放大器33、将增幅的微波多个分配的分配器34。微波振荡器32对规定频率(例如2. 45GHz )的微波进行例如PLL振荡。分配器34以尽可能不引起微波的损失的方式对进行输入侧和输出侧的阻抗匹配，并对在放大器33增幅的微波进行分配。其中，作为微波的频率，除了 2. 45GHz，可以使用8. 35GHz、5. 8GHz、I. 98GHz。微波供给部50具有主要将在分配器34分配的微波增幅的多个放大器部42。放大器部42具有相位器45、可变增益放大器46、构成固态放大器(solid state amplifier)的主放大器47、隔离器48。相位器45构成为通过芯部件调谐器能够使得微波的相位变化，通过对其调整，能够改变发射特性。例如，通过对各天线组件逐一调整相位，能够控制指向性，使得等离子体分布变化，以及如后述能够在相邻的天线组件中每90°逐一错开相位来得到圆偏振波。此夕卜，相位器45调整放大器内的部件间的延迟特性，能够作为在调谐器内的空间合成目的而使用。但是，在不需要这种发射特性的改变或放大器内的部件间的延迟特性的调整的情况下不需要设置相位器45。 可变增益放大器46用于调整输入主放大器47的微波的电力水平，调整各个天线组件的差异或调整等离子体强度。通过使得可变增益放大器46以每个天线组件逐一变化，能够在生成的等离子体产生分布。构成固态放大器的主放大器47，例如，能够构成为具有输入匹配电路、半导体增幅元件、输出匹配电路、高Q共振电路。隔离器48为将在微波导入部40反射并向着主放大器47的反射微波进行分离的部件，具有循环器和虚拟载荷(同轴终端器)。循环器将在后述的天线部80反射的微波导入虚拟载荷，虚拟载荷将通过循环器导入的反射微波转换为热。微波导入部40,如图2所不，具有多个微波导入机构41。分别从两个放大器部42向各微波导入机构41上供给微波电力,各微波导入机构41将其合成,发射到腔室I内。图3为表示微波导入机构41的截面图。如图3所示，微波导入机构41具有调谐器60和天线部80，这些一体地构成。此外，微波导入机构41还具有将天线部80的热释放的散热机构90。调谐器60调整微波传送路径的阻抗，将腔室I内的负荷(等离子体)的阻抗与微波输出部30中的微波电源的特性阻抗匹配，具有呈筒状的外侧导体52和外侧导体52中同轴设置的呈筒状的内侧导体53，还具有成为微波传送路径的一部分的主体51。主体51的基端侧成为供电·电力合成部54。此外，调谐器60具有设置在供电·电力合成部54上的芯部件驱动部70。供电·电力合成部54具有设置在外侧导体52的侧面的导入微波电力用的2个微波电力导入端口 55。在微波电力导入端口 55连接有供给来自放大器部42的被增幅的微波用的同轴线路56。同轴线路56的内侧导体57的前端连接有向着主体51的外侧导体52的内部水平延伸的供电天线58。供电天线58的上下由石英等的电介体形成的电介体部件59a、59b夹持。从2个供电天线58发射微波(电磁波)，由此，在外侧导体52与内侧导体53之间的空间被供电，并且从2个供电天线58发射的微波电力被合成。在供电·电力合成部54空间合成的微波电力向着天线部80传播。主体51的供电·电力合成部54的天线部80侧(下方侧)，由电介体形成的、呈圆环状的2个芯部件61a、61b以能够上下移动的方式设置在外侧导体52与内侧导体53之间。这些芯部件中，芯部件61a设置在驱动部70侧，芯部件61b设置在天线部80侧。此外，在内侧导体53的内部空间，沿着其长度方向(垂直方向)设置有例如由形成有梯形螺纹的螺纹棒组成的芯部件移动用的2根芯部件移动轴64a、64b。芯部件61a、61b的内侧嵌入具有滑动性的树脂形成的滑动部件63而被固定。如图4所示，在嵌入芯部件61a的滑动部件63设置有螺合芯部件移动轴64a的螺纹孔65a和插入贯通芯部件移动轴64b的通孔65b。另一方面，在嵌入芯部件61b的滑动部件63也同样设置有螺纹孔65a和通孔65b。只是，嵌入芯部件61b中的滑动部件63与嵌入芯部件61a中的滑动部件63相反，螺纹孔65a与芯部件移动轴64b螺合，芯部件移动轴64a插入贯通通孔65b。如此，通过使芯部件移动轴64a旋转，芯部件61a升降移动，通过使芯部件移动轴64b旋转，芯部件61b升降移动。即，芯部件移动轴64a、64b和滑动部件63组成的螺纹机构使得芯部件6la、6Ib升降移动。如图4和图5所示，在内侧导体53上沿着长度方向等间隔地形成有3个狭长切口(slit) 53a。滑动部件63以与这些狭长切口 53a对应的方式等间隔地设置有3个突出部63a。这些突出部63a以与芯部件61a、61b的内周抵接的状态滑动部件63嵌入芯部件61a、61b的内部、并被固定。滑动部件63的外周面与内侧导体53的内周面不留缝隙地接触，芯部件移动轴64a、64b旋转，由此，滑动部件63在内侧导体53滑动升降。S卩，内侧导体53的·内周面作为芯部件61a、61b的滑动引导起作用。其中，狭长切口 53a的宽度优选为5_以下。由此，如后所述，能够实质上消除微波电力向内侧导体53的内部的泄漏，能够维持高的微波电力发射效率。作为构成滑动部件63的树脂材料，可以举出具有良好的滑动性、加工比较容易的树脂，例如聚苯硫醚(PPS)树脂(商品名 7 U — AS5000 (NTN株式会社制造)。如图3所示，主体51的上部设置有遮蔽上部开口的遮蔽板66。芯部件移动轴64a、64b贯穿该遮蔽板66和后述的散热机构90的散热部92，延伸至芯部件驱动部70。芯部件移动轴64a、64b和遮蔽板66之间设置轴承(未图不)。此外，内侧导体53的下端设置有导体形成的底板67。芯部件移动轴64a、64b的下端为了吸收驱动时的振动，通常设置为开放端，从这些芯部件移动轴64a、64b的下端隔开2 5mm左右设置底板67。此外,底板67也可以作为轴支承芯部件移动轴64a、64b的轴承部件起作用。芯部件驱动部70具有框体71，芯部件移动轴64a和64b在框体71内延伸，芯部件移动轴64a和64b的上端分别安装有齿轮72a和72b。此外，在芯部件驱动部70设置有使得芯部件移动轴64a旋转的电动机73a和使得芯部件移动轴64b旋转的电动机73b。电动机73a的轴安装有齿轮74a，电动机73b的轴安装有齿轮74b，齿轮74a和齿轮72a啮合，齿轮74b和齿轮72b啮合。因此，电动机73a通过齿轮74a和72a使得芯部件移动轴64a旋转，电动机73b通过齿轮74b和72b使得芯部件移动轴64b旋转。电动机73a、73b例如为步进电动机。芯部件移动轴64b比芯部件移动轴64a长，达到更上方，因此，齿轮72a和72b的位置在上下偏移，电动机73a和73b在上下偏移。由此，电动机和齿轮等的动力传达机构的空间能够变小，收容这些的框体71与外侧导体52能够为相同直径。电动机73a和73b上，以直接连结这些的输出轴的方式，设置分别检测芯部件61a和61b的位置用的增量型的编码器75a和75b。增量型的编码器通常仅能检测与移动方向相对位置关系，但在本实施方式中，由此能够把握绝对的位置。顺序如下所述。
首先，缓慢转动芯部件移动轴64a，以一定速度将芯部件61a —边观察编码器75a的计算器一边移动。芯部件61a到达机械止动器(mechanical stop)(未图示)时，电动机73a失步，停止。停止是能够检测到编码器75a的计算器不变化，此时的芯部件61a的位置或者从此偏移规定的脉冲的位置为原点。该原点位置为基准，计算离开原点的脉冲数，由此能够检测芯部件61a的绝对位置。芯部件61b也通过把握原点检测绝对位置。由此，不需要位置检测用的传感器。芯部件61a和61b的位置通过芯部件控制器68控制。具体来说，基于未图示的阻抗检测器检测的输入端的阻抗值和通过编码器75a和75b检测的芯部件61a和61b的位置信息，芯部件控制器68向电动器73a和73b输送控制信号,控制芯部件61a和61b的位置，由此调整阻抗。芯部件控制器68执行阻抗匹配，使得终端例如为50 Ω。只动2个芯部件的一个，描绘通过史密斯圆图的原点的轨迹，两者同时动则只有相位旋转。芯部件移动轴64a、64b具有梯形螺纹的情况下，有可能因为间隙(back lash)降低芯部件61a和61b的位置精度，但是，这种情况下，在芯部件61a和61b例如通过线圈 弹簧施加力能够消除间隙的影响。天线部80作为微波发射天线起作用，具有呈平面状的具有缝隙(slot)81a的平面天线81。此外，天线部80具有设置在平面天线81的上表面的滞波件82和设置在平面天线81的最前端侧的用于真空密封的电介体部件例如石英和陶瓷等构成的顶板83。导体形成的圆柱部件82a贯穿滞波件82的中心，连接底板67和平面天线81。因此，内侧导体53经由底板67和圆柱部件82a与平面天线81连接。此外，构成调谐器60的主体51的外侧导体52的下端延伸至平面天线81，滞波件82的周围被外侧导体52覆盖。此外，平面天线81和顶板83的周围被覆盖导体84覆盖。滞波件82具有比真空大的介电常数，例如，由石英、陶瓷、聚四氟乙烯等的氟类树脂或聚酰亚胺类树脂构成，在真空中，微波的波长变长，因此具有缩短微波的波长缩小天线的功能。滞波件82能够通过其厚度调整微波的相位，调整其厚度以使得平面天线81成为驻波的“腹”。由此，能够使得反射最小，平面天线81的发射能量最大。在主放大器47被增幅的微波通过内侧导体53与外侧导体52的周壁之间从平面天线81的缝隙81a透过顶板83被发射到腔室I内的空间。如图6所示，缝隙81a优选为扇形，优选设置图示的2个或4个。由此，微波能够以TEM模式有效地传递。本实施方式中，主放大器47、调谐器60和平面天线81接近配置。调谐器60和平面天线81构成1/2波长内存在的集总常数电路，并且平面天线81、滞波件82、顶板83的合成阻抗设定为50 Ω，因此，调谐器60相对于等离子体负荷能够直接调整，能够有效地向等离子体传递能量。散热机构90具有释放天线部80的热的功能，如图3、4所示，在调谐器60的内侧导体53的内部具有沿着其长度方向直线状设置的2根热管91，和将热管91从天线部80夺取的热释放的散热部92。散热部92设置在遮蔽板66的上侧，例如，由散热器(heat sink)构成。散热器可以内置风扇。此外，散热部92由冷却部件构成，使得冷却水等的冷却介质循环。热管91，一端位于天线部80，另一端贯穿遮蔽板66，达到散热部92的内部，具有将天线部80的热输送到散热部92的功能。本实施方式中，热管91的一端贯穿底板67，到达设置在滞波件82的中心的圆柱部件82a的内部。热管91的天线部80侧的一端为热量输入端，散热部92侧的一端为散热端。热管91，如图7所示，具有闭塞两端的筒状的由金属、例如铜或铜合金形成的作为壳体部件的壳体(container) 94、设置在其内周壁的由多孔质部件或网状部件构成的灯芯(wick) 95，具有其中填充水等的工作液的密闭结构。灯芯95利用毛细管现象具有移动工作液的功能。热管91，利用内部填充的工作液的蒸发现象和冷凝现象，具有从一端到另一端容易输送大量的热的功能。具体来说，来自等离子体的热量输入和微波的损失造成的高温的天线部80上配置的热量输入端，通过来自天线部80的热量输入使得工作液蒸发、成为蒸汽流向散热部92配置的散热端高速移动，蒸汽流的热在散热端与散热部92进行热交换，蒸汽流被冷却成为冷凝液。冷凝液通过灯芯95的毛细管现象返回热量输入端。如图4所示，在上述滑动部件63形成有插入贯通热管91的2个插入贯通孔93。插入贯通孔93具有不与热管91接触的程度的大小的直径。但是，热管91与插入贯通孔93的内周也可以没有缝隙地接触。这种情况下，热管91能够作为滑动部件63的引导部件起 作用。滑动部件63，如图8 10所示，通过固定用螺栓120固定于芯部件61a。对于芯部件61b同样利用固定用螺栓120固定。固定用螺栓120为陶瓷或树脂等的电介体，优选由与芯部件61a (61b)相同的组成的材料构成，如图8所示，在对应于3个突出部63a的位置设置3根。该固定用螺栓120，如图9所示，与在对应于芯部件61a的突出部63a的位置从外侧向内侧贯穿的方式设置的螺纹孔121螺合，通过紧固3个固定用螺栓120，这些的前端与滑动部件63抵接，滑动部件63被均匀固定。由此，芯部件61a即使受到热影响也能够可靠地保持滑动部件63。固定用螺栓120以不与外侧导体52接触的方式，其头部设置在比芯部件61a (61b)的外周面更位于内侧的位置。图8为了方便，省略了滑动部件63内部的结构。这种情况下，在螺纹孔65a全部形成螺纹(螺纹牙和螺纹槽)，受到热影响的情况下，通过固定用螺栓120对紧固部分施加的压力，阻止芯部件移动轴64a的旋转，芯部件61a有可能不动。为了防止这样，如图9所示，优选，螺纹孔65a的固定用螺栓120所固定的部位对应的部分132 (包括含有3根固定用螺栓120的轴的平面和螺纹孔65a交叉的部分，接受固定用螺栓120的紧固的影响的部分)不形成螺纹，在其它部分131形成螺纹。此外，通过固定用螺栓120来固定滑动部件63，即使由于热变形等，如图10所示，滑动部件63与芯部件6Ia之间形成间隙122，通过螺栓也能够可靠地固定滑动部件63和芯部件61a。此外,通过压入能够将滑动部件63固定在芯部件61a (61b)。这种情况下,如图11所示，在滑动部件63的突出部63a的轴方向两端部设置压入用突起63b，向滑动部件63施加压入的压力，压入芯部件61a内。由此，通过从压入用突起63b施加到芯部件61a的内面的压力来固定滑动部件63。这种情况下，在螺纹孔65a全部形成螺纹(螺纹牙和螺纹槽)，受到热影响的情况下，由于施加到压入的滑动部件63的压入用突起63b上的压力，存在螺纹孔65a变形，芯部件移动轴64a的旋转被阻止，芯部件61a不动的可能。为了防止这样，如图11所示，优选螺纹孔65a的压入用突起63b对应的两端部142不形成螺纹，在其它部分141形成螺纹。
等离子体处理装置100中的各构成部分通过具备微处理器的控制部110进行控制。控制部Iio具备存储等离子体处理装置100的工序程序和作为控制参数的工序方法的存储部、输入单元和显示器等，依照选择的工序方法控制等离子体处理装置。接着，对以上构成的等离子体处理装置100的动作进行说明。首先，晶片W搬入腔室I内，载置在基座11上。从等离子体生成气体供给源27经由配管28和等离子体生成气体导入部件26向腔室I内导入等离子体生成气体,例如Ar气体，并从微波等离子体源2向腔室I内导入微波，生成等离子体。如此生成等离子体之后，处理气体、例如Cl2气体等的蚀刻气体从处理气体供给源25经由配管24和喷淋板20排出到腔室I内。排出的处理气体通过喷淋板20的空间部23的等离子体被激发，等离子体化或自由基化，通过该处理气体的等离子体或自由基对晶片W实施等离子体处理例如蚀刻处理。生成上述微波等离子体时，微波等离子体源2，从微波输出部30的微波振荡器32 被振荡的微波在放大器33被增幅，之后，通过分配器34分配为多个，分配的微波经由微波供给部50导入微波导入部40。为了构成微波导入部40的各微波导入机构41获得充分的输出，从2个放大器部42经由同轴线路56经过在供电·电力合成部54设置的2个微波电力导入端口 55和供电天线58向主体51内供给微波电力并被合成。由此,能够抑制发热，并极简单地进行电力合成。此外,来自一个放大器部42的电力充分的情况下，能够省略上述电力合成。此外，也可以同样的微波电力导入端口 55设置3个以上，合成来自3个以上的放大器部42的电力。在微波导入机构41的调谐器60，阻抗自动匹配，在实质上没有电力反射的状态下，微波电力经由天线部80的平面天线81和顶板83发射到腔室I内。如此，分配为多个的微波在构成固态放大器的主放大器47分别增幅，使用平面天线81分别发射之后，在腔室I内合成，因此不需要大型的隔离器或合成器。此外，微波导入机构41为天线部80和调谐器60设置在主体51内的构造，因此极其紧凑。因此，微波等离子体源2本身能够小型化。并且，主放大器47、调谐器60和平面天线81接近设置，特别是调谐器60和平面天线81能够作为集总常数电路构成。因此，平面天线81、滞波件82、顶板83的合成阻抗设置为50 Ω，通过调谐器60能够以高精度调整等离子体的负荷。此外，调谐器60构成为只移动2个芯部件61a、61b就能够进行阻抗匹配的芯部件调谐器，小型并且低损失。如此，调谐器60与平面天线81接近，构成集总常数电路，并且作为共振器起作用，由此，达到平面天线81的阻抗不匹配被高精度的消除，实质上不匹配部分能够成为等离子体空间，因此通过调谐器60能够高精度的等离子体控制。此外，通过相位器45使得各天线组件的相位变化，由此能够进行微波的指向性控制，容易进行等离子体等的分布的调整。此外，调谐器60中，驱动阻抗匹配的芯部件61a、61b用的驱动机构，现有技术中需要设置在调谐器60的主体部分的外侧，电动机等的驱动部、滚珠螺杆(ball screw)等的驱动传达部、LM引导等的驱动引导部、支架等的保持部，其本身大型，并且需要在外侧导体设置为了保持部移动的缝隙，为了防止从该缝隙泄漏电磁波，需要非常大的屏蔽机构，电动机也需要大型化，包括驱动机构和屏蔽机构成为大型的机构。与此相对，本实施方式中，在内侧导体53的内部设置驱动相当于传达部、驱动引导部、保持部的部件，能够缩小机械元件的重量和力矩，此外，不需要在外侧导体52设置保持机构移动用的缝隙，因此不需要用于防止电磁波泄漏的屏蔽机构。因此，芯部件61a、61b的驱动机构与现有相比能够小型化，并且调谐器60整体能够小型化。此外，芯部件61a、61b本身安装有具有滑动性的树脂形成的滑动部件63，该滑动部件63的螺纹孔65a上螺合有芯部件移动轴64a或64b，构成螺纹机构，通过电动机73a、73b使芯部件移动轴64a、64b旋转，滑动部件63的外周以在内侧导体53的内周滑动的方式被引导，芯部件6la、6Ib移动，滑动部件63和芯部件移动轴64a、64b兼有驱动传达机构、驱动引导机构、保持机构的3个功能，因此，能够显著缩小驱动机构，调谐器60能够进一步小型化。但是，这样的等离子体处理时，从微波输出部30投入大电力密度的微波，如此，由于来自等离子体的热量输入和微波的损失所致的热使得天线部80特别是平面天线81和电介体部件形成的顶板83的温度非常高。在不存在散热机构90的结构中，天线部80的热只 能传至内侧导体53，内侧导体53的温度就非常高。内侧导体53的温度变高，由于内侧导体53的热变形、来自内侧导体53的传热所致的芯部件61a、61b的热膨胀等，使得沿内侧导体53移动的芯部件61a、61b的移动性下降。特别是，本实施方式的情况下，滑动部件63的外周面与内侧导体53的内周面无间隙的接触，因此，这样的内侧导体53的热变形等的影响大。本实施方式中，设置散热机构90，通过热管91将天线部80的热散热到散热部92，因此能够解除这些缺陷。即，热管91在高温的天线部80配置热量输入端，设置在遮蔽板66的上表面的散热部92配置散热端，因此，在热量输入端来自天线部80的热被热量输入，工作液蒸发，成为蒸汽流，高速移动到配置在散热部92的散热端，蒸汽流的热在散热端与散热部92热交换，由此冷却的蒸汽流成为冷凝液。因此，大量的热能够从天线部80输送到散热部。因此，能够抑制天线部80的热传递到内侧导体53，能够抑制内侧导体53的热变形或芯部件的热膨胀，因此对芯部件61a、61b的移动性的热影响被抑制，这些的移动性能够保持良好。此外，内侧导体53内部设置有热管91，微波传送路径传送的微波不会受到影响，天线部80的热能够传递到散热部92。此外，滑动部件63通过固定用螺栓120均等地固定在芯部件61a (61b)，芯部件61a受到热影响，例如即使滑动部件63的突出部63a与芯部件61a之间存在间隙的情况下，也能够可靠地保持滑动部件63。此时，固定用螺栓120使用与芯部件61a(61b)组成相同的材料，由此能够缩小热膨胀差，能够减少热影响。此外，固定用螺栓120与芯部件61a(61b)使用组成相同的材料，能够几乎消除由于固定用螺栓120所致的介电常数的变动。此外，在螺合有芯部件移动轴64a的螺纹孔65a中，在与固定用螺栓120对应的部分132不形成螺纹，由此，受到热影响的情况下，能够防止由于固定用螺栓120向紧固部分施加的压力会阻止芯部件移动轴64a的旋转，芯部件61a不动的情况发生。如此，通过固定用螺栓120来固定滑动部件63，由此，能够缓和热影响，因此即使不设置散热机构90也能够回避由于热对芯部件的移动性的影响。通过压入来将滑动部件63固定在芯部件61a (6lb)的情况下，在螺纹孔65a的压入用突起63b对应的两端部142不形成螺纹，由此，在受到热的影响的情况下，能够防止由于波及至被压入的滑动部件63的压入用突起63b的压力而阻止芯部件移动轴64a的旋转，芯部件61a不动的情况的发生。这种情况下，能够缓和热的影响，因此，即使不设置散热机构90也能够回避热对芯部件的移动性产生的影响。上述结构中，在滑动部件63设置通孔65b，没有螺合于螺纹孔65a的那个芯部件移动轴穿通该通孔65b，在内侧导体53内设置分别驱动芯部件61a和61b用的2个芯部件移动轴64a、64b，通过螺纹机构2个芯部件61a和61b能够独立移动。此外，芯部件驱动部70中，电动机73a和73b以及作为动力传送机构的齿轮72a和72b上下偏移，因此能够缩小电动机和齿轮等的动力传递机构的空间，收容这些的框体71能够与外侧导体52为相同的直径。因此，能够使得调谐器60进一步小型化。此外，芯部件6la、61b，由于滑动部件63在内侧导体53滑动移动，移动负荷小，因此，芯部件移动轴64a、64b的螺纹可以为梯形螺纹，便宜。此时所担心的由于螺纹的间隙所致的位置精度降低的问题也能够通过设置线圈弹簧等的施力单元来消除。
此外，以与电动机73a、73b的输出轴直接连结的方式设置增量型编码器75a、75b，进行芯部件61a、61b的位置检测，因此，不需要现有技术中使用的位置检测用的传感器，能够回避系统复杂化，设置传感器的空间大型化。此外，增量型编码器比绝对型编码器便宜。因此，不提高成本而能够实现小型且高精度的调谐器。此外，在内侧导体53设置有滑动部件63的突出部63a移动用的缝隙53a，存在从该缝隙53a向内侧导体53的内部泄露微波电力产生电力损失的担忧，但是通过将缝隙53a的宽度设置在5mm以下，能够实质上消除向内侧导体53的内部泄露微波电力，维持高效的微波电力发射效率。接着，对微波导入机构41的其它实施方式进行说明。上述实施方式中，表不了将从2个微波电力导入端口 55向微波导入机构41导入的微波进行空间合成，将微波传递到天线部80的例子，本实施方式中表示从I个位置导入微波的例子。图12为具有本发明的其它实施方式的微波导入机构的微波等离子体源的结构图，图13为表示本发明的其它实施方式的微波导入机构的纵截面图，图14为图13的AA’线的横截面图。其中，本实施方式中，与先前的实施方式相同的部件付以相同的符号，省略说明。本实施方式中，如图12所示，微波等离子体源2将在微波供给部50的一个放大器部42被增幅的微波供给到一个微波导入机构41。如图13所示，在微波导入机构41中的调谐器60的外侧导体52的基端侧设置有供给微波的供电机构154。供电机构154具有在外侧导体52的侧面设置的导入微波电力用的微波电力导入端口 155。微波电力导入端口 155连接有由内侧导体156a和外侧导体156b构成的同轴线路156，其用作供给由放大器部42被增幅的微波的供电线。在同轴线路156的内侧导体156a的前端连接有向着外侧导体52的内部水平延伸的供电天线160。供电天线160例如将铝等的金属板进行切削加工之后，嵌入特氟隆(Teflon)(注册商标)等的电介体部件的模具中形成。从反射板158到供电天线160之间设置缩短反射波的实际波长用的Teflon (注册商标)等的电介体形成的滞波件159。其中，使用2. 45G等的频率高的微波的情况下，可以不设置滞波件159。此时，从供电天线160发射的电磁波在反射板158被反射，由此最大的电磁波传递到同轴结构的主体51内。这种情况下，从供电天线160到反射板158之间的距离设定为约λ g/4的半波长倍。但是，频率低的微波，由于径方向的制约，也存在不适用于此的情况。这种情况下,通过供电天线160产生的电磁波的腹不是在供电天线160，而是以在供电天线160的下方感应的方式优选将供电天线160的形状最优化。供电天线160，如图14所示，在微波电力导入端口 155中，与同轴线路156的内侧导体156a连接，具有 具有供给电磁波的第一极162和发射供给的电磁波的第二极163的天线主体161 ;从天线主体161的两侧沿着内侧导体53的外侧延伸、呈环状的反射部164，入射到天线主体161的电磁波和在反射部164反射的电磁波形成为驻波而构成。天线主体161的第二极163接触内侧导体53。供电天线160发射微波，由此，向外侧导体52和内侧导体53之间的空间供给微波电力。供给到供电机构154的微波电力向着天线部80传播。此外，本发明不限于上述实施方式，在本发明的思想范围内能够进行各种变形。例如，微波输出部30的电路结构、微波导入部40、主放大器47的电路结构等，不限于上述实施方式。具体来说，不需要进行从平面天线发射的微波的指向性控制，成为圆偏振波的情况下，不需要相位器。此外，微波导入部40，不一定必须由多个微波导入机构41构成，微波导入机构41也可以为I个。示例了平面天线81的切口 81a为扇形设置2个或4个的情况，但不限于此，根据条件能够采用各种的切口图案。此外，上述实施方式中，示例了设置2个芯部件的例子，但芯部件数可以多于2个，在限定预定调整范围的情况下也可以为I个。上述实施方式中，示例了芯部件的驱动机构包括将来自驱动部的驱动力传递到芯部件61a、61b的驱动传达部、引导芯部件的移动的驱动引导部、将芯部件61a、61b保持在所述驱动传达部的保持部收容在内侧导体53的内部的结构，但是不限于此，也可以具有这些设置在调谐器60的主体部分的外侧的驱动机构。此外，上述实施方式中，作为芯部件的驱动机构，使用包括组合具有梯形螺纹的芯部件移动轴和与其螺合的滑动部件的螺纹机构的部件，但是不限于此，作为螺纹能够使用三角螺纹、直角螺纹、锯齿螺纹等。此外，芯部件移动轴和滑动部件不直接螺合，使用滚珠螺杆也可以，作为驱动传达机构能够使用齿轮机构、带(belt)机构等的其它机构。此外，作为驱动引导机构，不限于滑动机构，能够使用LM引导等的其它引导。此外，电动机和芯部件移动轴之间的动力传递通过齿轮机构进行，但是不限于此，也可以通过带机构等其它机构进行。此外，上述实施方式中，示例了散热机构使用2根热管的例子，但不限于此，热管的根数可以对应于天线部产生的热适宜选择。此外，热管的热量输入端的位置如果能够有效对天线部的热进行散热，就不限于上述实施方式的位置。此外，热管不一定必须配置在内侧导体，散热部的位置也不限于上述实施方式记载的位置。此外，上述实施方式中，作为等离子体处理装置示例了蚀刻处理装置，但不限于此，也能够在成膜处理、氧氮化膜处理、灰化处理等的其它的等离子体处理中使用。此外，被处理基板不限于半导体晶片，也可以是LCD (液晶显示器)用基板为代表的FPD (平板显示器)基板、陶瓷基板等的其它基板。
权利要求
1.一种微波导入机构，其设置于微波传送路径，将微波导入腔室内，其中，微波传送路径传送从用于在腔室内形成微波等离子体的微波等离子体源的微波输出部输出的微波，该微波导入机构的特征在于，包括 天线部，其具有经由所述微波传送路径将微波发射到所述腔室内的平面天线； 调谐器，其设置在所述微波传送路径，调整所述微波传送路径的阻抗；和 将所述天线部的热进行散热的散热机构， 所述调谐器，包括 主体，其为微波传送路径的一部分，具有呈筒状的外侧导体和在外侧导体中同轴地设置的呈筒状的内侧导体； 芯部件，其设置于所述外侧导体与所述内侧导体之间，并沿内侧导体的长度方向能够移动，呈环状且包含电介体；和使所述芯部件移动的驱动机构， 所述散热机构，包括 热管，其具有热量输入端和散热端，所述热量输入端位于所述天线部，将所述天线部的热从所述热量输入端输送到所述散热端；和 散热部，其设置在所述热管的所述散热端，将所述散热端的热进行散热。
2.如权利要求I所述的微波导入机构，其特征在于 所述热管设置于所述内侧导体内。
3.如权利要求I所述的微波导入机构，其特征在于 所述散热部包括散热器或冷却部件。
4.如权利要求I所述的微波导入机构，其特征在于 所述驱动机构包括施加驱动力的驱动部；将来自驱动部的驱动力传达至所述芯部件的驱动传达部；引导所述芯部件的移动的驱动引导部；和将所述芯部件保持在所述驱动传达部的保持部， 所述驱动传达部、所述驱动引导部和所述保持部被收容在所述内侧导体的内部。
5.如权利要求4所述的微波导入机构，其特征在于 所述驱动机构嵌入所述芯部件的内部，以与所述内侧导体的内周接触的状态在所述内侧导体的内部滑动移动，所述驱动机构包括具有螺纹孔的滑动部件；和在所述内侧导体的内部沿长度方向设置的、由与所述芯部件的所述滑动部件的螺纹孔螺合的螺纹棒形成的芯部件移动轴，通过所述芯部件移动轴和所述滑动部件构成包括螺纹机构的驱动传达部，通过所述滑动部件和所述内侧导体的内周面构成包括滑动引导机构的驱动引导部，所述滑动部件构成所述保持部，所述驱动部具有使所述芯部件移动轴旋转的电动机，通过所述电动机使所述芯部件移动轴旋转，由此使得被所述滑动部件保持的所述芯部件，以所述滑动部件在所述内侧导体的内周被滑动弓I导的状态被驱动。
6.如权利要求5所述的微波导入机构,其特征在于 所述滑动部件包含具有滑动性的树脂。
7.如权利要求5所述的微波导入机构，其特征在于 所述滑动部件通过固定用螺栓被固定于所述芯部件。
8.如权利要求7所述的微波导入机构，其特征在于所述滑动部件的螺纹孔，在与由所述固定用螺栓固定的部位对应的部分未形成螺纹。
9.如权利要求5所述的微波导入机构，其特征在于 所述滑动部件，在其两端部的外周具有压入用突起，通过压入被固定于所述芯部件，所述滑动部件的螺纹孔在与所述压入用突起对应的部分未形成螺纹。
10.如权利要求5所述的微波导入机构，其特征在于 所述热管被设置为在所述内侧导体的内部插入贯通所述滑动部件。
11.如权利要求10所述的微波导入机构，其特征在于 所述天线部与所述调谐器一体地构成。
12.—种微波等离子体源，其包括输出微波的微波输出部、将输出的微波传送的微波传送路径和设置于所述微波传送路径并将被传送的微波导入腔室内的微波导入机构， 所述微波等离子体源将微波导入所述腔室内并将供给至所述腔室内的气体等离子体化，所述微波等离子体源的特征在于 所述微波导入机构包括 天线部，其具有经由所述微波传送路径将微波发射到所述腔室内的平面天线； 调谐器，其设置在所述微波传送路径，调整所述微波传送路径的阻抗；和 将所述天线部的热进行散热的散热机构， 所述调谐器，包括 主体，其为微波传送路径的一部分，具有呈筒状的外侧导体和在外侧导体中同轴地设置的呈筒状的内侧导体；和 芯部件，其设置于所述外侧导体与所述内侧导体之间，并沿内侧导体的长度方向能够移动，呈环状且包含电介体；和使所述芯部件移动的驱动机构， 所述散热机构，包括 热管，其具有热量输入端和散热端，所述热量输入端位于所述天线部，将所述天线部的热从所述热量输入端输送到所述散热端；和 散热部，其设置在所述热管的所述散热端并将所述散热端的热进行散热。
13.—种微波等离子体处理装置，其包括收容被处理基板的腔室； 向所述腔室内供给气体的气体供给机构；和 微波等离子体源，其将微波导入所述腔室内，并将供给至所述腔室内的气体等离子体化，具有生成微波的微波生成机构、将输出的微波传送的微波传送路径和设置于所述微波传送路径并将被传送的微波导入腔室内的微波导入机构， 所述微波等离子体处理装置通过等离子体对所述腔室内的被处理基板实施处理，所述微波等离子体处理装置的特征在于 所述微波导入机构包括 天线部，其具有经由所述微波传送路径将微波发射至所述腔室内的平面天线； 调谐器，其设置于所述微波传送路径并调整所述微波传送路径的阻抗；和 将所述天线部的热进行散热的散热机构， 所述调谐器，包括 主体，其为微波传送路径的一部分，具有呈筒状的外侧导体和在外侧导体中同轴地设置的呈筒状的内侧导体； 芯部件，其设置于所述外侧导体与所述内侧导体之间并沿内侧导体的长度方向能够移动，呈环状且包含电介体；和 使所述芯部件移动的驱动机构， 所述散热机构，包括 热管，其具有热量输入端和散热端，所述热量输入端位于所述天线部，将所述天线部的热从所述热量输入端输送至所述散热端；和 散热部，其设置于所述热管的所述散热端并将所述散热端的热进行散热。·
全文摘要
微波导入机构(41)包括具有将微波发射到腔室内的平面天线(81)的天线部(80)、匹配阻抗用的调谐器(60)、用于将天线部(80)的热散热的散热机构(90)，调谐器(60)包括具有呈筒状的外侧导体(52)和内侧导体(53)成为微波传递路径的一部分的主体(51)、在外侧导体(52)与内侧导体(53)之间能够移动的设置的芯部件(61a、61b)、使得芯部件移动的芯部件驱动部(70)，散热机构(90)具有热量输入端和位于天线部(80)、从热量输入端向散热端输送天线部(80)的热的热管(91)和设置于散热端的散热部(92)。
文档编号H05H1/46GK102918932SQ20118002698
公开日2013年2月6日 申请日期2011年8月25日 优先权日2010年9月9日
发明者池田太郎, 长田勇辉, 河西繁, 宫下大幸 申请人:东京毅力科创株式会社