专利名称：波导管内的驻波测量部及驻波测量方法、电磁波利用装置、等离子体处理装置及等离子体 ...的制作方法
技术领域：
本发明是涉及测量在使电磁波传播的波导管内产生的驻波的测量 部及测量方法，进一步涉及电磁波利用装置和利用了微波的等离子体 处理装置及方法。
背景技术：
在例如LCD装置等的制造工序中，使用如下的装置利用作为电
磁波的微波在处理室内生成等离子体，对LCD衬底实施CVD处理和 蚀刻处理等。作为该等离子体处理装置，已知在处理室的上方平行排 列有多根波导管的装置(例如参照专利文献l、 2)。在该波导管的下 表面等间隔地并排开设有多个狭缝，进而，沿波导管的下表面设置平 板状的电介质。而且，具有将波导管内的微波通过狭缝而传播到电介 质的表面并由微波的能量(电磁场)使被供给到处理室内的规定的气 体(等离子体激励用的稀有气体和/或等离子体处理用的气体)等离子 体化的结构。
专利文献l:日本专利2004-200646号公报
专利文献2:日本专利2004-152876号公报
发明内容
在这些专利文献1、 2中，将狭缝之间的间隔设定为规定的等间隔 (大约为初始设定时的管内波长人g'的一半(XgV2)的间隔)，使得从 设于波导管的下表面的多个狭缝高效率地传播微波。但是，在波导管 内传播的微波的实际管内波长人g并非恒定，具有当在处理室内(腔体 内)的阻抗因在处理室内进行的等离子体处理的条件、例如气体种类、 压力等而变化时管内波长人g也变化的性质。因此，像专利文献l、 2 那样，在波导管的下表面以规定的等间隔形成有多个狭缝的情况下，
8由于管内波长人g因等离子体处理的条件(阻抗)而变化，所以在初始 设定时的管内波长Xg'与实际的管内波长Xg之间发生偏差。其结果是， 不能使微波从多个各狭缝通过电介质而均匀地传播到处理室内。
然而，管内波长人g不能从波导管的外部容易地测量。以往，知晓 以下的方法例如在方形波导管的H面(宽壁面)并在波导管长度方 向上形成狭缝，将电场探针从狭缝插入波导管内，并使之沿狭缝移动， 由此测量电场强度分布。但是，当在波导管上形成狭缝时，有微波从 这里向外部泄漏的担忧。另外，也可能由于插入电场探针而对波导管 内的电磁场分布产生不良影响。而且，在利用微波在处理室内生成等 离子体的等离子体处理装置中，在波导管H面上形成狭缝并插入电场 探针会受到装置的限制，在很多情况下不能实现。因此，在现实中难 以实现等离子体处理装置中的管内波长人g的测量。
另一方面， 一般地，在波导管内，微波的入射波与反射波干涉而 产生驻波。该驻波的周期(驻波中相邻的波腹部分的间隔(或相邻的 波节部分的间隔)相同)，虽然因微波通过狭缝而进入到处理容器内 的影响或通过狭缝而进入到波导管内的反射波的影响等而变动，但可 以作为管内波长Xg的参考值，驻波的周期可以视为与作为在波导管内 传播的微波波长的管内波长人g的一半人g/2大体相等。
而且，通过测量该驻波，除了管内波长之外，还能够得知频率、 驻波比、传播常数、衰减常数、相位常数等。此外，还能够得到连接 于波导管的负载的反射系数、阻抗等。
因此，本发明的目的在于，能够正确地测量为了掌握波导管内的 管内波长人g等而作为参考值的驻波，进而，提供使微波从多个各狭缝 通过电介质而均匀地传播到处理室内的等离子体处理装置。
为了解决上述课题，按照本发明，提供一种驻波测量部，其测量 在使电磁波传播的波导管内产生的驻波，其特征在于包括沿着所述 波导管的长度方向配置以构成所述波导管的管壁的至少一部分的导电 性部件；以及在所述波导管的长度方向的多个部位检测所述导电性部 件的温度的温度检测单元。
在该驻波测量部中，可以是，所述波导管例如是方形波导管，在 所述方形波导管的窄壁面配置有所述导电性部件。并且，所述导电性部件例如是板状，当在所述波导管内传播的电磁波的角频率为co、检 测温度的所述导电性部件的磁导率为^电阻率为p时，所述导电性 部件的厚度d，满足下面的式(1)的关系。
所述导电性部件例如是板状，开设有多个孔。并且，所述导电性 部件是例如由金属构成的网状物。并且，所述导电性部件例如具有将 在与所述波导管的长度方向正交的方向上延伸的多个导电部以规定的 间隔并排配置的结构。
也可以包括控制所述导电性部件的周围的温度的调温机构。 也可以是，所述温度检测单元能测量所述导电性部件的周围的温 度。并且，也可以包括测量所述导电性部件的周围的温度的其它温度 检测单元。
所述温度检测单元例如具有如下结构，包括检测所述导电性部 件的温度的温度传感器、对所述来自所述温度传感器的电信号进行处 理的计量电路、以及电连接所述温度传感器和所述计量电路的布线， 沿着所述导波管的长度方向排列有多个所述温度传感器。在这种情况 下，所述布线例如包括抑制经由所述布线的热传递的热传递抑制部。 并且，例如，所述温度传感器包括多个电极，所述多个电极中的至少 一个与所述波导管电气短路。并且，例如，具有在所述导电性部件上 安装有包括所述温度传感器的印刷电路板的结构。并且，例如，具有 在所述波导管的外部配置有所述温度传感器的结构。并且，例如，包 括使所述导电性部件的温度传递到所述温度传感器的热传递路径。此 外，所述温度传感器例如是热敏电阻、测温电阻体、二极管、晶体管、 温度计量用IC、热电偶、珀耳帖元件中的任意一种。
所述温度检测单元例如具有使检测所述导电性部件的温度的1个 或2个以上的温度传感器沿着所述波导管的长度方向移动的结构。在 这种情况下，也可以是在所述波导管的外部配置有所述温度传感器。 并且，所述温度传感器可以是红外线温度传感器。
所述温度检测单元例如是红外线照相机。
本发明的驻波测量部，可以测量在所述波导管内传播的电磁波的 管内波长、频率、驻波比、传播常数、衰减常数、相位常数、传播模
10式、入射功率、反射功率、传送功率中的任意一个，或连接于所述波 导管的负载的反射系数、阻抗中的任意一个。
所述波导管的长度方向的多个部位可以是固定的，所述波导管的 长度方向的多个部位也可以是可移动的。
按照本发明，提供一种驻波测量方法，其测量在使电磁波传播的 波导管内产生的驻波，其特征在于检测对于所述波导管的长度方向 的、构成所述波导管的管壁的至少一部分的导电性部件的温度分布， 根据所述温度分布测量驻波。此外，也可以在所述波导管内没有传播 电磁波的状态下测量导电性部件的基准温度，根据与所述基准温度的 温度差检测所述导电性部件的温度分布。
按照本发明，提供一种驻波测量方法，其测量在使电磁波传播的 波导管内产生的驻波，其特征在于检测在构成所述波导管的管壁的 至少一部分的导电性部件中流动的电流，根据对于所述波导管的长度 方向的所述电流的分布测量驻波。
以上本发明的驻波测量方法，可以测量在所述波导管内传播的电 磁波的管内波长、频率、驻波比、传播常数、衰减常数、相位常数、 传播模式、入射功率、反射功率、传送功率中的任意一个，或连接于 所述波导管的负载的反射系数、阻抗中的任意一个。
按照本发明，提供一种驻波测量部，其测量在使电磁波传播的波 导管内产生的驻波，其特征在于包括沿着所述波导管的长度方向配 置以构成所述波导管的管壁的至少一部分的导电性部件；以及在所述 波导管的长度方向的多个部位检测流过所述导电性部件的电流的电流 检测单元。
按照本发明，提供一种电磁波利用装置，包括发生电磁波的电磁 波供给源、使电磁波传播的波导管、以及利用从所述波导管供给的电 磁波进行规定的处理的波利用单元，其特征在于在所述波导管中设 置有上述本发明的驻波测量部。
按照本发明，提供一种等离子体处理装置，包括在内部激励用 于衬底处理的等离子体的处理容器、向所述处理容器内供给等离子体 激励用的微波的微波供给源、与所述微波供给源连接的开设有多个狭 缝的波导管、以及使从所述狭缝放出的微波传播到等离子体的电介质
11板，其特征在于包括用于测量在所述波导管内产生的驻波的、上述 本发明的驻波测量部。
在该等离子体处理装置中，也可以包括控制在所述波导管内传播 的微波的波长的波长控制机构。在这种情况下，所述波导管例如是方 形波导管，所述波长控制机构具有使所述方形波导管的窄壁面与所述 波导管内的微波的传播方向垂直地移动的结构。
按照本发明，提供一种等离子体处理方法，使在波导管内传播的
微波从开设于所述波导管的多个狭缝放出而传播到电介质板上，在处 理容器内激励等离子体来进行衬底处理，其特征在于检测对于所述
波导管的长度方向的、构成所述波导管的管壁的至少二部分的导电性 部件的温度分布，根据所述温度分布测量驻波，根据所述所测量的驻 波控制在所述波导管内传播的微波的波长。
在该等离子体处理方法中，也可以是，所述波导管例如是方形波 导管，通过使所述方形波导管的窄壁面与所述波导管内的微波的传播 方向垂直地移动，来控制在所述波导管内传播的微波的波长。在这种 情况下，也可以是，控制在所述波导管内传播的微波的波长，使得在 所述波导管内产生的驻波的波腹部分与所述狭缝一致。
按照本发明的驻波测量部及测量方法，能够通过检测对于波导管 的长度方向的、构成波导管的管壁的至少一部分的导电性部件的温度 来测量驻波。对于波导管的长度方向的导电性部件的温度分布，能够 利用沿波导管的长度方向配置有多个的温度传感器、沿波导管的长度 方向移动的温度传感器、或者红外线照相机而正确地测量。而且，根 据所测量的驻波的周期，能够得知管内波长、其频率、驻波比、传播 常数、衰减常数、相位常数等。还能够得知连接于波导管的负载的反 射系数、阻抗等。
而且，按照本发明的等离子体处理装置及测量方法，通过根据所 测量的驻波的周期来控制在波导管内传播的微波的波长，由此能够使
微波的波长人g的一半的间隔ag/2)与狭缝之间的间隔ag'/2) —致 而消除二者的偏差，使微波从多个各狭缝通过电介质而高效率地传播 到处理室内。
图1是包括本发明的实施方式的驻波测量部的波导管的立体图。
图2是本发明的实施方式的驻波测量部的局部放大图。 图3是图2中的A-A截面处的放大图。
图4是在方形波导管内部形成的电磁场和在方形波导管的上下表 面流动的E面电流的说明图。
图5是电源与负载相对于波导管的位置关系的示意图。 图6是波导管内的驻波的说明图。
图7是导电性部件的温度分布的说明图(上图)和波导管的纵截
面图(下图)。
图8是本发明的第二实施方式的驻波测量部的说明图。
图9是将在与方形波导管的长度方向正交的方向上延伸的导电部
以规定的等间隔并列配置的导电性部件的说明图。 图IO是构成为网状的导电性部件的说明图。 图11是构成为冲孔金属状的导电性部件的说明图。 图12是表示本发明的实施方式的等离子体处理装置的示意结构
的纵截面图(图13中的X-X截面)。 图13是盖体的下表面图。
图14是盖体的局部放大纵截面图(图13中的Y-Y截面)。
图15是从盖体的下方观察的电介质的放大图。
图16是图15中的X-X线处的电介质的截面图。
图17是表示使方形波导管的上表面高度变化而研究了膜厚相对 于距方形波导管的终端的距离的变化的实施例的结果的曲线图。
图18是示意地表示使方形波导管的上表面的高度变化时的方形 波导管内发生的驻波的波腹部分的位置的说明图。
图19是表示使方形波导管的上表面的高度变化时的导电性部件 对于方形波导管的长度方向的温度变化的曲线图。
图20是将管内波长(实测值)与da的关系与理论值进行比较而 表示的曲线图。
符号说明
13E—电场
G—衬底
H—磁场
I_E面电流
l一等离子体处理装置
2— 处理容器
3— 盖体 4一处理室 IO—基座
ll一供电部
12— 加热器
13— 高频电源 14一匹配器
15— 高压直流电源
16— 线圈
17— 交流电源
20— 升降板
21— 筒体
22— 波纹管
23— 排气口
24— 整流板
30— 盖本体
31— 狭缝天线
32— 电介质
33— O型圈
35— 方形波导管
36— 电介质部件 40—微波供给装置 41一Y分歧管
45— 上表面
46— 升降机构50—盖体 51 —引导部
52—升降部
54— 刻度
55— 导杆
56— 升降杆
57— 螺母
58— 孔部
60— 导向部
61— 同步带轮
62— 同步带
63— 旋转把手
66— 印刷电路板 67a—导体
67— 布线图案
68— 通孔
69— 热敏电阻
70— 狭缝
71— 电介质部件 75—梁
80a、 80b、 80c、 80d、 80e、 80f、 80g—凹部
81—壁面
85—气体喷射口
90— 气体管道
91— 冷却水管道 95—气体供给源
100— 氩气供给源
101— 硅院气体供给源
102— 氢气供给源 105—冷却水供给源 200—驻波测量部201— 方形波导管
202— 导电性部件
203— 金属壁
204— 印刷电路板
205— 通孔
206— 焊锡 208—热敏电阻 209、 210—电极
211— 布线图案
212— 连接器
213— 电缆
214— 计量电路
217— 冷却介质路径
218— 屏蔽罩
具体实施例方式
下面说明本发明优选的实施方式。图1是本发明的实施方式的包 括驻波测量部200的波导管的立体图。该驻波测量部200，构成为测 量在使作为电磁波的微波传播的方形波导管201内产生的驻波的分布 的装置。图2是用于说明驻波测量部200的方形波导管201的俯视图。 图3是图2的A-A截面图。此外，在本说明书和附图中，对实质上具 有相同功能结构的结构要素标记同样的符号由此省略重复说明。
图示的方形波导管201，上下表面是E面(窄壁面)，而左右的 侧面构成为H面(宽壁面)。方形波导管201的两个E面(窄壁面) 中的上表面由板状的导电性部件202构成，其它的面(下表面及左右 的侧面)，由铝的金属壁203构成。此外，导电性部件202与金属壁 203电气短路。导电性部件202的厚度例如为O.lmm，材质例如为不 锈钢。在导电性部件202的上部，设置有印刷电路板204。在印刷电 路板204上，沿着导电性部件202的中心线，在方形波导管201的长 度方向上，直列等间隔(间隔4mm)地设置有贯通衬底的多个通孔 205。印刷电路板204与导电性部件202，由通孔205内填充的焊锡206热连接。在该连接部，在导电性部件202的表面施加镀金207，使得 可靠地由焊锡206连接。
在印刷电路板204的上表面，在各个通孔205的附近，配置有作 为温度传感器的热敏电阻208。由焊锡206填充的通孔205，成为使导 电性部件202的温度传递到热敏电阻208的热传递路径，当由在方形 波导管201内传播的微波的能量使电流在导电性部件202中流动时， 导电性部件202根据其电流的大小发热，其发生的热通过各通孔205 传递到印刷电路板204上表面的各热敏电阻208。由此，各热敏电阻 208的电阻值变化，使得以电学方式检测方形波导管201的长度方向 上的导电性部件202的温度分布。
在本实施方式中，作为热敏电阻208，可以使用温度系数为负的 NTC类型的、无引脚的芯片部件。尺寸为长度1.6mm，宽度0.8mm， 高度0.8mm。这样，通过作为温度传感器使用小型的芯片部件(热敏 电阻208)，能够使温度计量点(通孔205的位置)间的节距变窄， 所以能更精密地测量方形波导管201的长度方向上的导电性部件202 的温度分布。另外，由于能够将温度传感器(热敏电阻208)的热容 量抑制得较小，所以能够縮短响应时间。
虽然作为温度传感器说明了热敏电阻208，但也可以使用测温电 阻体或热电偶作为温度传感器。而且，也可以使用二极管、双极性晶 体管、结型场效应晶体管、珀耳帖元件、温度计量用IC等作为温度传 感器。在这种情况下，通过利用pn结的内建电压随温度变化的现象， 由电信号换算温度。
热敏电阻208具有两个电极209、210。一个电极209经由通孔205 及导电性部件202与地电连接。另一个电极210经由印刷电路板204 上形成的铜的布线图案211、连接器212以及电缆213与计量电路214 电连接。
当热从热敏电阻208通过布线图案211流出到外部时，热敏电阻 208的温度下降，导致测量的温度不正确。因此，在布线图案211的 至少一部分上，预先形成抑制经由布线的热的传递的热传递抑制部。 在图示的例子中，通过将布线图案2U全体作为尽量细长的路径来形 成抑制热传递的形状而形成热传递抑制部，抑制从热敏电阻208通过布线图案211流出的热。布线图案211的热阻，与布线的长度成正比， 与宽度成反比。为了在有限的衬底上的空间配置热阻大的细长布线图 案，优选布线图案211形成为S形连结状等。此外，不必将布线图案
211全体形成为热传递抑制部，例如，也可以将布线图案211的一部
分形成为能够抑制热的传递的形状。
在金属壁203的左右的侧面(宽壁面)的上部，形成有作为调温 机构的热介质路径217。通过在该热介质路径217中流动一定温度的 调温水，能够调节导电性部件202周围的温度，使导电性部件202周 围的温度保持为恒定。而且，收纳有印刷电路板204的空间由屏蔽218 所覆盖，抑制来自外部的噪音的进入。
图4是作为在方形波导管201内传播的电磁波(微波)的基本模 式的TEu)模式的某一瞬间的电磁场分布。在方形波导管201的内部， 与E面(窄壁面)平行并与波导管201的长度方向220垂直的电场E 形成于2个H面(宽壁面)之间，并形成与H面平行且与电场E垂 直的涡形磁场H。而且，在E面的内侧，流动与波导管长度方向220 垂直的E面电流I。在电场E最大的位置，E面电流I为O，而在电场 E为O的位置，E面电流I最大。这样的波导管内的电磁场，维持着 其分布形状地随着时间的经过在波导管长度方向220上行进。
一般地，波导管内存在入射波和与之反向传播的反射波，由入射 波与反射波的干涉而产生驻波。例如，如图5所示，在波导管300内， 当连接角频率co的电源301时，入射波从电源301向负载302侧，由 负载302以反射系数r反射而在波导管300内形成驻波。在波导管300 的损失小到可以忽略的情况下，基于入射波的E面电流可以表示为 A一、这里，A是基于入射波的E面电流的振幅，是复数。(3是相位 常数，与管内波长Xg之间有以下式(2)的关系。
卩二2兀从g (2)
另一方面，基于反射波的E面电流，是入射波与反射系数的积，
表示为rAe—jPz。当设反射系数r的相位角为ci)时，反射系数r可以写
作下面的式(3)。
r二lrl一 (3)
结果是，基于驻波与反射波的代数和的E面电流I，为下式(4)。1=八,(1+ I r I 一-胸) (4)
由式(4)，驻波的振幅为下式(5)。
111 = I a I I i+ I r I ,胸I (5)
图6表示E面电流的驻波的形态。E面电流的驻波，以管内波长 人g的1/2 (即人g/2)作为周期，周期性地反复增减。就是说，如果已 知驻波的相邻的波节间或波腹间的间隔，则通过取其2倍能够求出管 内波长Xg。(在后述的等离子体处理装置l等中，由于从波导管内射 出的微波或从外部进入波导管内的反射波等的影响，管内波长Xg的一 半(Xg/2)与驻波的周期没有严格地一致。但是，驻波的周期，与在 波导管内传播的微波的波长即管内波长Xg的一半ag/2)大体相等， 可以作为管内波长Xg的参考值。所以，以下假定驻波的周期Xg与管 内波长的一半ag/2)相等来进行说明。)
这里，E面电流的振幅的最大值用I I I max表示，E面电流的振幅 的最小值用I I I min表示。驻波比(SWR) cj定义为以下的式(6)。 <7= I I I隨/ I I I min (6)
而且，由式(5)、式(6)，可以导出下式(7)。 cj=(1+ I r I )/( 1- I r I ) (7)
当设从负载302到成为I I I ,的位置的距离为z,时，反射系数 r的相位角cp，表示为以下的式(8)。
(p二-兀+4兀Zmir/Xg ( 8 )
就是说，如果己知I I I max与I I I min的比以及成为I I I min的位
置，则根据式(6) 、 (7) 、 (8)，能求出驻波比(SWR) o、反射
系数r (包含振幅与相位)。负载阻抗则z可使用反射系数r由下面
的式(9)给出。
z=zH(i+r)/( i陽r) (9)
在此，ZH是波导管300的特性阻抗。 对负载302的入射功率Pi由下式(10)求得。 PH A I 2 ab/4(2aAg)2ZH (10)
在此，a、 b分别是如图1所述的E面之间的间隔和H面之间的 间隔。
进而，反射功率^与等效功率Pt，分别由下面的式(ll)、式U2)
19给出。
pr/Pi=|r|2 (11) pt/Pi= (i-1 r 12) (12)
所以，如果已知入射功率Pi、I I I max与I I I min的比、以及成为 llimin的位置，则可以求出反射功率&与等效功率Pt。而且，如果 已知I I I ,与I I I min的值，则可以由式(10)求出入射功率Pj。
由于沿着在前面图1 图3说明的方形波导管201的E面的内侧
流动电流I，导电性部件202由焦耳热加热而温度上升。当导电性部 件202的温度上升时，从导电性部件202的左右端向金属壁203传导 的热量增加，达到某种平衡状态。此时的导电性部件202的温度分布 在图7中示出。导电性部件202的温度分布呈在中心线上(y=0)的 位置温度最高、在两端低的二次曲线。
设导电性部件202的中心线上(y=0)的温度为T、端部(y=±b/2) 的温度为To。其温度差AT=T-TQ，由以下的式(13)给出。
△T=pb2I2/(4, (13)
在此，p、 d、和k分别是导电性部件202的电阻率、厚度及热传 导率。S是由下式(14)所表示的趋肤深度。 S=(2p/(o^))1/2 (14)
由式(13)可知，温度差AT与E面电流I的平方成正比。所以， 当设温度差AT的极大值为ATm^、极小值为AT,时，使用式(6)， 驻波比(SWR) a可表示为下面的式(15)。
c^(AT醒/AT誦)"2 (15)
由导电性部件202对于波导管长度方向的温度分布，使用式(15) 可求出驻波比cj。管内波长人g，可通过将AT为极小值的位置间的间 隔、或AT为极大值的位置间的间隔乘以二而得到。波导管传播的电 磁波的频率可由管内波长人g而求出。而且，根据式(7) 、 (8)及(15)， 可得到反射系数r (包含振幅与相位)。虽然可使用式(10)及(13) 由温度分布求出入射功率P。但是在这样求得的入射功率Pi的值的精 度不够的情况下，优选使用由其它功率计量方法计量的入射功率进行 校正。如果已知入射功率Pi，则可以由式(11)及式(12)求出反射 功率Pr与等效功率Pt。
20以上假定波导管的损失小到可以忽略，但在不能忽略的情况下如 下所述。这里，设波导管的负载侧连接有匹配负载，并没有反射。E 面电流I表示为下面的式(16)。
I=AeYZ=Aea+jP (16) 在此，^a+j卩是传播常数，a是衰减常数。 当对两边取绝对值时，可以得到下式(17)。 I I I / I A I =eaa(AT)1/2 (17)
由导电性部件102的温度分布，使用式(17)可求出衰减常数a。 而且，相位常数(3可由式(2)得出。结果是，能够求出传播常数Y。
以上虽然是对方形波导管内的TEu)模式的情况进行的说明，但 是，即使是TE,。模式以外，也能用同样的方法求出各参数的值。而且， 由导电性部件202的温度分布，还可以推测以怎样的传播模式进行传 播。此外，也不限于方形波导管，对于圆形波导管、同轴波导管、脊 峰波导管等其它波导管，都能够应用同样的计量方法。这样，通过测 量导电性部件202的温度分布，能够求出在波导管内传播的电磁波的 管内波长、频率、驻波比、传播常数、衰减常数、相位常数、传播模 式、入射功率、反射功率、传送功率等，还可以求出负载的反射系数、 阻抗。
为了在本实施方式中正确地测量波导管内的驻波，正确地测量温 度差AT和将导电性部件202对电磁波的传播的影响抑制得较小是不 可或缺的。为了正确地测量温度差AT，优选在流动所希望的E面电 流时温度差AT尽量大。由式(13)，由于温度差AT与导电性部件 202的厚度d成反比，所以可知如果减小厚度d则温度差AT变大。
但是，当厚度d小到式(14)所表示的电磁波的趋肤深度的数倍 以下时，构成波导管的壁作为完全的导体壁而不动作，会对波导管内 的电磁波的传播产生影响，因此，厚度d不能过小。对电磁波的传播 所产生的影响的程度用exp(-d/5)表示。由于一般的波导管的机械精度 及稳定度好，为lppm左右，所以，如果exp(-d/S)的值为lppm以上就 足够。而且，由于在一般的计量仪器中，最低必须是5%以上的精度， 所以exp(-d/S)的值必须为5%以下。由这些条件，得到以下的式(18)。
4<d/5<14 (18)而且，根据式(14)及式(18)，得到下面的式(1)
3x(2p/(，))1/2< d <14x(2p/(。(a))1/2 (1)
在本实施方式的驻波测量部200中，构成为测量导电性部件202 的中心线上(图7中的y=0的位置)的温度T。温度差AT通过从该 中心线上温度T减去端部(y=±b/2)温度T。而得到。所以，当不知道 作为基准温度的端部温度To时就不能进行正确的计量。在本实施方式 中，如图1所示，通过设置热介质路径217而在热介质路径217流动 恒定温度的调温水，使导电性部件202的端部温度T。保持为恒定。
为了预先测量该端部温度T。，在方形波导管201中没有传播电磁 波的状态下由各个热敏电阻208测量中心线上温度T。此时，由于对 于导电性部件202没有热的移动，所以中心线上温度T与端部温度To 相等。以这样测量出的端部温度To为基准，能够求出温度差AT。这 样，在传播电磁波的状态下和没有传播电磁波的状态下分别测量中心 线上温度T，通过由它们的差值而求出温度差AT，能够同时降低热敏 电阻208的特性偏差的影响，能够更正确地求出温度差AT的分布。
在难以设置热介质路径217的情况下，也可以另外设置测量导电 性部件202的端部温度TQ的热敏电阻、测温电阻体、二极管、晶体管、 温度计量用IC、热电偶等温度传感器。而且，如果使用珀耳帖元件取 代热敏电阻208作为测量中心线上温度T的温度传感器，直接输出与 温度差AT成正比的电流或电压，则能够构成更简单结构的驻波测量 装置。
为了正确地求得温度差AT的极大值ATm^、极小值ATmm、或成
为极小值AT,的位置，需要相对于波导管的长度方向连续的AT的数 据。但是，在本实施方式中，各通孔205的位置是导电性部件202的 温度计量点，温度计量点被限制。因此，利用与计量电路213连接的 个人电脑，由离散的AT的测量数据通过使用了傅立叶变换的差值运 算计算出连续的AT的数据。构成为由计算出的连续的AT的数据正
确地求出ATmax、 ATmin、以及取为ATmin的位置，由这些值而自动地
计算管内波长、频率、驻波比、传播常数、衰减常数、相位常数、传 播模式、入射功率、反射功率、传送功率、负载的反射系数、阻抗。 图8是表示本发明的驻波测量部200的第二实施方式的、方形波
22导管201的纵截面图。方形波导管201的上侧的E面(窄壁面)由导
电性部件202构成，其它面(下表面及左右的侧面)由金属壁203构 成。导电性部件202及金属壁203电气短路。导电性部件202的厚度 例如为O.lmm，材质例如为不锈钢。在导电性部件202的上部，在导 电性部件202的中心线上等间隔地配置有作为温度传感器的4个红外 线传感器230。在导电性部件202与红外线传感器230之间，形成有 2mm的间隙。各个红外线传感器230由连结板231所连结。连结板 231上设置有2根支撑棒232，由支撑棒232进行保持。可以具有使支 撑棒232在波导管长度方向上往返移动的机构(未图示)，使红外线 传感器230与连结板231—起在波导管的长度方向上往返移动。
由在方形波导管201内传播的微波的能量使电流在导电性部件 202中流动时，导电性部件202根据其电流的大小而发热，温度上升。 从导电性部件202的表面放出对应于其温度的红外线。通过将其红外 线由红外线传感器230接收并转换为电信号，使得以电学的方式检测 导电性部件202的温度。通过使多个红外线传感器230在波导管长度 方向上移动的同时进行温度计量，能够测量导电性部件202对于方形 波导管201的长度方向的温度分布。采用与第一实施方式相同的方法， 可由导电性部件202的温度分布，求出在波导管内传播的电磁波(微 波)的管内波长、频率、驻波比、传播常数、衰减常数、相位常数、 传播模式、入射功率、反射功率、传送功率，还可以求出负载的反射 系数、阻抗。
具有红外线传感器230的空间，由遮光盖235及支撑棒盖236所 覆盖，使得红外线不从外部进入。在它们的内表面上，施加了吸收红 外线的黑色涂层。而且，在导电性部件202的红外线传感器230侧的 面(上表面)上，也施加了黑色的涂层。通过这样施加吸收红外线的 黑色涂层，能够防止红外线的漫反射，更可靠地计量导电性部件202 的温度。此外，在本实施方式中，施加了涂层，但是贴附吸收红外线 的黑色薄膜等，也能够得到同样的效果。
在图8所示的实施方式中，使用了 4个红外线传感器230，但也 可以是一个，也可以是4个以外的多个。
此外，在图1、图8等中，作为导电性部件202示出了清洁的平
23板，但导电性部件202并不限于此。例如也可以是如图9所示作为导
电性部件202以规定的等间隔并排配置有在与方形波导管201的长度 方向正交的方向上延伸的导电部240的结构。按照这样在方形波导管 201的长度方向上并排配置有多个导电部240的结构，具有以下的优 点在方形波导管201的长度方向220上，不使各导电部240的温度 互相干涉，能够正确地检测。
而且，例如，作为导电性部件202，可以是如图IO所示的网状的 结构，也可以是如图11所示形成了多个圆孔241的冲孔金属状的结构 等。通过使用如图IO所示的网状的结构或如图11所示的冲孔金属状 的结构的导电性部件202，由于与洁净的平板相比电阻大、热传导小， 所以即使厚度较大也能够将导电性部件202的中心线上与端部的温度 差AT取得大。
在第一及第二实施方式中，作为导电性部件202使用了不锈钢， 但是也可以使用铜、铝、铁、黄铜、镍、铬、金、银、铂、钨等的板 或网等。而且，方形波导管201是单纯的直管，但也可以在H面或E 面上形成狭缝等。由此，能够计量在存在狭缝等的情况下的方形波导 管201内的管内波长及传播常数、传播模式等。而且，也可以利用红 外线照相机来测量导电性部件202的温度分布。
接着，基于作为进行等离子体处理的一例的CVD (chemical vapor deposition:化学气相沉积)处理的等离子体处理装置1 ，对本发明的 实施方式进行说明。图12是表示本发明的实施方式的等离子体处理 装置1的示意结构的纵截面图(图13中的X-X截面)。图13是该 等离子体处理装置1具有的盖体3的下表面图。图14是盖体3的局 部放大纵截面图(图13中的Y-Y截面)。
该等离子体处理装置1，具有上部开口的有底立方体形状的处理 容器2、以及堵塞该处理容器2的上方的盖体3。通过由盖体3堵塞处 理容器2的上方，在处理容器2的内部形成有作为密闭空间的处理室 4。这些处理容器2与盖体3由具有导电性的非磁性材料、例如铝构成， 都处于电气接地的状态。
在处理室4的内部，设置有作为用于作为衬底载置例如玻璃衬底 (以下称为衬底)G的载置台的基座10。该基座IO例如由氮化铝构
24成，在其内部，设置有用于静电吸附衬底G并且对处理室4的内部施 加规定的偏置电压的供电部11、以及将衬底G加热到规定温度的加热 器12。在供电部ll上，经由具有电容器等的匹配器14连接有在处理
室4的外部设置的偏置电压施加用的高频电源13，并且经由线圈16 连接有静电吸附用的高压直流电源15。在加热器12上，连接有同样 设置于处理室4的外部的交流电源17。
基座10通过筒体21支撑于在处理室4的外部下方设置的升降板 20之上，通过与升降板20—体地升降，能调整处理室4内的基座10 的高度。但是，由于在处理容器2的底面与升降板20之间安装有波纹 管22，所以能够保持处理室4内的气密性。
在处理容器2的底部设置有排气口 23，用于由设置于处理室4外 部的真空泵等排气装置(未图示)对处理室4内的气氛进行排气。而 且在处理室4内，在基座IO的周围，设置有用于将处理室4内的气体 流控制为优选状态的整流板24。
盖体3具有在盖本体30的下表面与狭缝天线31 —体形成并在狭 缝天线31的下表面安装有多枚瓦状的电介质32的结构。盖本体30 与狭缝天线31，例如由铝等导电性材料一体构成，是电气接地的状态。 在如图12所示由盖体3堵塞了处理容器2的上方的状态下，由在盖本 体30的下表面周边部与处理容器2的上表面之间配置的0型圈33与 在后述的各狭缝70的周围配置的O型圈(O型圈的配置位置在图15 中由点划线70'所示)，保持着处理室4内的气密性。
在盖本体30的内部，水平配置有多根截面形状为矩形的方形波导 管35。在该实施方式中，具有都在直线上延伸的6根方形波导管35， 各方形波导管35相互平行地并排配置。各方形波导管35的截面形状 (矩形)的长边方向(宽壁面)为H面，垂直地配置，短边方向(窄 壁面)为E面，平行地配置。此外，长边方向与短边方向如何配置， 可以根据模式而改变。而且，在各方形波导管35的内部，例如分别填 充有氟树脂(例如Teflon (注册商标))的电介质部件36。此外，电 介质部件36的材质，除了氟树脂以外，还可以使用八1203、石英等介 电材料。
在处理室4的外部，如图13所示，在该实施方式中，设置有3个微波供给装置(电源)40，使得从各微波供给装置40，对在盖本体
30的内部设置的各2根方形波导管35分别导入例如2.45GHz的微波。 在各微波供给装置40与各2根方形波导管35之间，分别连接用于对 2根方形波导管35分配微波进行导入的Y分歧管41 。
如图12所示，在盖本体30的内部形成的各方形波导管35的上部 在盖体30的上表面开口，从这样开口的各方形波导管35的上方，上 表面部件45可自由升降地插入各方形波导管35内。该上表面部件45
由具有导电性的非磁性材料、例如铝构成。
另一方面，在盖本体30的内部形成的各方形波导管35的下表面， 构成在盖本体30的下表面一体形成的狭缝天线31。如上所述，由于 截面形状形成为矩形的各方形波导管35的内表面的短边方向为E面， 所以与方形波导管35的内部相邻的这些上表面部件45的下表面和狭 缝天线31的上表面成为E面。在盖本体30的上方，对每个方形波导 管35设置有使方形波导管35的上表面部件45保持为水平姿势地相对 于方形波导管35的下表面(狭缝天线31)升降移动的升降机构46。
如图14所示，方形波导管35的上表面部件45，配置于覆盖盖本 体30的上表面而安装的盖体50内。在盖体50的内部，形成有为了使 方形波导管35的上表面部件45升降而具有充分高度的空间。在盖体 50的上表面，配置有在一对的引导部51与引导部51之间配置的升降 部52，由这些引导部51与升降部52构成使方形波导管35的上表面 部件45保持为水平状态的同时进行升降移动的升降机构46。
方形波导管35的上表面部件45，通过设于各引导部51的-对导 杆55与设于升降部52的一对升降杆56，从盖体50的上表面吊下。 升降杆56由螺丝构成，通过使升降杆56的下端螺丝结合(拧接)于 在上表面部件45的上表面形成的螺丝孔53中，由此在盖体50的内部， 支撑方形波导管35的上表面部件45使其不落下。
在导杆55的下端，安装有停止用的螺母57，通过将该螺母57在 形成于方形波导管35的上表面部件45的内部的孔部58内扣紧进行固 定，成为在上表面部件45的上表面垂直固定了一对导杆55的状态。
这些导杆55与升降杆56的上端，贯通盖体50的上表面，向上方 突出。在引导部51突出的导杆55的上端，贯通在盖体50的上表面固
26定的导向部60内，使得在导向部60内导杆55能够在垂直方向上滑动 移动。通过这样使导杆55在垂直方向上滑动移动，能够使方形波导管 35的上表面部件45始终保持水平状态，使方形波导管35的E面之间 (上表面部件45与下表面(狭缝天线31的上表面))始终平行。 另一方面，在升降部52突出的升降杆56的上端，固定有同步带 轮61。该同步带轮61装载于盖体50的上表面，由此，在升降杆56 的下端螺丝结合(拧接)的上表面部件45在盖体50的内部被支撑而 不落下。
在一对升降杆56上安装的各同步带轮61 ，由同步带62同步旋转。 而且，在升降杆56的上端部，安装有旋转把手63。通过旋转操作该 旋转把手63，使一对升降杆56通过同步带轮61及同步带62而同步 旋转，由此，使得在升降杆56的下端螺丝结合(拧接)的上表面部件 45能够在盖体50的内部升降。
在该升降机构46中，通过对旋转把手63进行旋转操作，能够使 方形波导管35的上表面部件45在盖体50的内部升降移动，此时，由 于在导向部51设置的导杆55在导向部60内在垂直方向上滑动移动， 所以方形波导管35的上表面部件45能够始终被保持为水平姿势，使 E面与E面(方形波导管35的上表面部件45与下表面(狭缝天线31 的上表面))始终平行。
如上所述，由于在方形波导管35的内部填充有电介质部件36， 所以方形波导管35的上表面部件45能够下降到与电介质部件36的上 表面接触的位置。而且，以这样与电介质部件36的上表面接触的位置 作为下限，使方形波导管35的上表面部件45在盖体50的内部升降移 动，由此能够任意改变E面之间的宽度a(方形波导管35的上表面(上 表面部件45的下表面)相对于方形波导管35的下表面(狭缝天线31 的上表面)的高度)。此外，盖体50的高度被设定为，在如后面所述 按照在处理室4内进行的等离子体处理的条件而使方形波导管35的上 表面部件45升降移动时，能够使上表面部件45移动到足够的高度。
上表面部件45例如由铝等导电性非磁性材料构成，在上表面部件 45的外围部，安装有用于相对于盖本体30电气导通的屏蔽螺旋(shied spiral) 65。在该屏蔽螺旋65的表面，为了降低电阻而实施例如镀金等。所以，方形波导管35的整个内壁面由相互电气导通的导电性部件 构成，构成为电流沿着方形波导管35的整个内壁面顺畅流过而不发生 放电。
在上表面部件45上安装有3处测量在方形波导管35的内部发生 的驻波的分布的驻波测量部200。在上表面部件45上，形成有使这些 驻波测量部200插入的凹部66，各驻波测量部200分别配置于凹部66， 由此，设定为驻波测量部200的下表面(导电性部件202)与上表面 部件45的下表面为大致同一高度。
驻波测量部200具有前面图1 图11所说明的结构，配置有沿着 方形波导管35的长度方向配置以构成方形波导管35的E面的至少一 部分的导电性部件202，并具有在方形波导管35的外侧检测导电性部 件202对于方形波导管35的长度方向的温度变化的温度变化检测单 元。而且，温度变化检测单元，例如由沿着方形波导管35的长度方向 配置的多个热敏电阻208，检测导电性部件202对于方形波导管35的 长度方向的温度变化，由此求出驻波的相邻的波节间或波腹间的间隔， 进而能够测量管内波长入g。
如图12所示，在构成狭缝天线31的各方形波导管35的下表面， 沿各方形波导管35的长度方向等间隔地配置有作为透孔的多个狭缝 70。在该实施方式中，在每个方形波导管35上分别直列并排设置有 12个(相当于G5)狭缝70，在整个狭缝天线31上，12个X6歹卜72 处的狭缝70在盖本体30的整个下表面(狭缝天线31)上均匀分布配 置。各狭缝70之间的间隔被设定为，在各方形波导管35的长度方向 上彼此相邻的狭缝70间从中心轴到中心轴为例如Xg'/2ag'为2.45GHz 的情况下的初始设定时的微波的波导管内波长)。此外，在各方形波 导管35中形成的狭缝70的数目为任意，例如可以在每个方形波导管 35上分别设置13个狭缝70，在整个狭缝天线31上，将13X6歹1」=78 处的狭缝70在盖本体30的整个下表面(狭缝天线31)上均匀分布。
这样，在狭缝天线31的全体上均匀分布配置的各狭缝70的内部， 例如分别填充由八1203构成的电介质部件71。此外，作为电介质部件 71，例如可以使用氟树脂、石英等介电材料。而且，在这些各狭缝70 的下方，分别配置有如上所述在狭缝天线31的下表面安装的多块电介
28质32。各电介质32呈长方形的平板状，例如由石英玻璃、A1N、 A1203、 蓝宝石、SiN、陶瓷等电介质材料构成。
如图13所示，各电介质32分别以跨越对一个微波供给装置40 经由Y分歧管41而连接的2根方形波导管35的方式配置。如上所述， 在盖本体30的内部，总共6根方形波导管35平行配置，各电介质32 分别与2根方形波导管35相对应地配置为3列。
而且，如上所述，在各方形波导管35的下表面(狭缝天线31)， 直列并排配置有12个狭缝70，各电介质32，以跨越彼此相邻的2根 方形波导管35 (经由Y分歧管41而与相同微波供给装置40连接的2 根方形波导管35)的各狭缝70之间的方式而安装。由此，在狭缝天 线31的下表面，共安装有12个X3歹—36块电介质32。在狭缝天线 31的下表面，设置有用于以排列成12个X3列的状态支撑该36个电 介质32的、形成为格子状的梁75。此外，在各方形波导管35的下表 面形成的狭缝70的个数为任意，例如可以在各方形波导管35的下表 面分别设置13个狭缝70，在狭缝天线31的下表面，共排列13个X3 列=39块电介质32。
这里，图15是从盖体3的下方观察的电介质32的放大图。图16 是图15中的X-X线的电介质32的纵截面。梁75以包围各电介质32 的周围的方式配置，以与狭缝天线31的下表面贴紧的状态支撑各电介 质32。梁75例如由铝等非磁性的导电性材料所构成，与狭缝天线31 及盖本体30 —起处于电气接地的状态。通过由该梁75支撑各电介质 32的周围，形成使各电介质32的下表面的大部分在处理室4内露出 的状态。
各电介质32与各狭缝70之间，使用0型圈70'等密封部件，使 之成为密封状态。对在盖本体30内部形成的各方形波导管35，例如 在大气压的状态下导入微波，但是，由于这样将各电介质32与各狭缝 70之间分别密封，所以能够保持处理室4内的气密性。
各电介质32，形成为长度方向的长度L比被抽真空后的处理室4 内的微波的自由空间波长人=约120mm要长、宽度方向的长度M比自 由空间波长X要短的长方形。在微波供给装置40中发生例如2.45GHz 的微波的情况下，在电介质表面传播的微波的波长X与自由空间波长入大体相等。因此，各电介质32的长度方向的长度L被设定为大于
120mm，例如为188mm。而且，各电介质32宽度方向的长度M被设 定为小于120mm，例如为40mm。
而且，在各电介质32的下表面形成有凹凸。就是说，在该实施方 式中，在形成为长方形的各电介质32的下表面，沿其长度方向直列并 排配置有7个凹部80a、 80b、 80c、 80d、 80e、 80f、 80g。这些凹部 80a 80g，在俯视时都呈大体相等的大致长方形。而且，各凹部80a 80g的内侧面为大体垂直的壁面81。
各凹部80a 80g的深度d，不是全部相同的深度，而是构成为各 凹部80a 80g的深度的一部分或全部的深度d不同。在图7所示的实 施方式中，距离狭缝70最近的凹部80b、 80f的深度d最小，而距离 狭缝70最远的凹部80d的深度d最大。而且，位于狭缝70正下方的 凹部80b、 80f的两侧的凹部80a、 80c及凹部80e、 80g，是在狭缝70 正下方的凹部80b、 80f的深度d与距离狭缝70最远的凹部80d的深 度d的中间的深度d。
但是，关于位于电介质32的长度方向两端的凹部80a、 80g以及 两个位于狭缝70的里面的凹部80c、 80e，两端的凹部80a、 80g的深 度d比位于狭缝70的里面的凹部80c、 80e的深度d要浅。所以，在 该实施方式中，各凹部80a 80g的深度d的关系是，距离狭缝70最 近的凹部80b、 80f的深度cK位于电介质32的长度方向两端的凹部 80a、 80g的深度d〈位于狭缝70的里面的凹部80c、 80e的深度cK距 离狭缝70最远的凹部80d的深度d。
而且，凹部80a与凹部80g的位置上的电介质32的厚度t,、凹部 80b与凹部80f的位置上的电介质32的厚度t2、凹部80c与凹部80e 的位置上的电介质32的厚度t3，都被设定为，在如后所述在电介质 32的内部传播微波时分别在实质上不妨碍凹部80a 80c的位置上的 微波的传播和凹部80e 80g的位置上的微波的传播的厚度。与此相 比，凹部80d的位置上的电介质32的厚度tt被设定为，在如后所述 在电介质32的内部传播微波时，在凹部80d的位置上产生所谓的切断 (cutoff)并在凹部80d的位置实质上不传播微波的厚度。由此，配 置于一方的方形波导管35的狭缝70侧的凹部80a 80c的位置的微波的传播与配置于另一方的方形波导管35的狭缝70侧的凹部80e 80g 的位置的微波的传播，在凹部80d的位置被切断而不会相互干涉，能 防止从一方的方形波导管35的狭缝70发出的微波与从另一方的方形 波导管35的狭缝70发出的微波的干涉。
在支撑各电介质32的梁75的下表面，在各电介质22的周围分别 设置有用于对处理室4内供给规定的气体的气体喷射口 85。通过对每 个电介质22以包围其周围的方式在多处形成气体喷射口 85，能够在 处理室4的整个上表面均匀分布配置气体喷射口 85。
如图12所示，在盖本体30的内部设置有规定的气体供给用的气 体管道90和冷却水供给用的冷却水管道91。气体管道90与在梁75 下表面设置的各气体喷射口 85连通。
在气体管道90上，连接有配置于处理室4外部的规定的气体供给 源95。在该实施方式中，作为规定的气体供给源95，准备了氩气供给 源IOO、作为成膜气体的硅烷气体供给源101、以及氢气供给源102， 经由各个阀门100a、 101a、 102a、质量流控制器100b、 101b、 102b， 阀门100c、 101c、 102c，与气体管道90连接。由此，从规定的气体 供给源95向气体管道90供给的规定的气体，从气体喷射口 85喷射到 处理室4内。
在冷却水管道91上，连接有从配置于处理室4的外部的冷却水供 给源105循环供给冷却水的冷却水供给管道106及冷却水返回管道 107。通过这些冷却水供给管道106与冷却水返回管道107从冷却水供 给源105向冷却水管道91循环供给冷却水，由此使盖本体30保持为 规定的温度。
对在如上构成的本发明实施方式的等离子体处理装置1中进行例 如非晶硅成膜的情况进行说明。在处理时，在处理室4内的基座10 上载置衬底G，从规定的气体供给源95经过气体管道90、气体喷射 口 85，将规定的气体、例如氩气/硅垸/氢气的混合气体供给到处理室 4，同时从排气口 23进行排气，将处理室4内设定为规定的压力。在 这种情况下，通过从分布配置于盖本体30的整个下表面的气体喷射口 85喷出规定的气体，能够对基座10上所载置的衬底G的整个表面均 匀地供给规定的气体。而且，这样对处理室4内供给规定的气体，另一方面由加热器12将衬底G加热到规定的温度。而且，由图2所示的微波供给装置40
所发生的、例如2.45GHz的微波，经过Y分歧管41而被导入方形波导管35，分别通过各狭缝70，在各电介质32中传播。
这里，在各方形波导管35的内部，从微波供给装置40导入的微波的入射波与反射波发生干涉，由此发生驻波，形成如前面图4中说明的电场E与磁场H。而且，在作为E面的方形波导管35的上表面与下表面(上表面部件45的下表面与狭缝天线31的上表面)，在与方形波导管35的长度方向220正交的方向(即方形波导管35的上表面与下表面的宽度方向)上流动E面电流I。而且，这样在方形波导管35的上表面与下表面流动的E面电流I，在方形波导管35的长度方向220上，以与管内波长Xg相同的振幅以正弦波的周期变化，以管内波长Xg的一半的长度^g/2的间隔重复示出正的最大值与负的最大值。
这样在方形波导管35的上表面与下表面流动的E面电流I的在方形波导管35的长度方向35'上的周期与管内波长人g始终一致，具有如果管内波长Xg变化，则流过方形波导管35的上表面与下表面的E面电流I的在方形波导管35的长度方向35'上的周期也同样变化的关系。
就是说，如图6所示，由于在方形波导管35的内部传播的微波的能量，在方形波导管35的上表面与下表面上并在宽度方向上流动的E面电流I，以管内波长^g的一半的间隔人g/2的周期重复正方向(一个宽度方向)的最大值与负方向(另一个宽度方向)的最大值。而且，在方形波导管35的内部，由微波的能量所产生的驻波，同样以间隔Xg/2的周期重复强弱。
另一方面，由这样从微波供给装置40所导入的微波的能量，在方形波导管35的上表面(上表面部件45的下表面)，E面电流I以管内波长人g的一半的间隔人g/2的周期在正负方向交替流动，由此，设置于驻波测量部200的导电性部件202，根据该E面电流I的大小而发热。在这种情况下，流过导电性部件202的E面电流I的大小，由在导电性部件202的长度方向(方形波导管35的长度方向)上以间隔入g/2的周期重复强弱，所以对于方形波导管35的长度方向，导电性
32部件202的温度分布以间隔Xg/2的周期而重复温度的高低。
另一方面，在驻波测量部200中，例如由前面图1 图3等中说明的多个热敏电阻208在方形波导管35的长度方向的各位置检测导电性部件202的温度。这样由热敏电阻208检测出的方形波导管35的长度方向的各位置的导电性部件202的各温度经由电缆213而被输入到计量电路214，测量导电性部件202对于方形波导管35的长度方向的温度分布。
这样由计量电路214检测的导电性部件202对于方形波导管35的长度方向的温度分布，与在导电性部件202的各位置分别流过的E面电流I的大小的变化相等，在温度表示出极大值的位置，在导电性部件202中流过正的最大值或负的最大值的E面电流I。这样，使得在驻波测量部200的计量电路214中，能够测量方形波导管35的长度方向220上的驻波的周期(即管内波长人g的一半的间隔人g/2)。而且，能够由这 样检测出的驻波的周期正确地测量在方形波导管35内传播的实际的微波的波长(管内波长)入g。
此外，在使被导入方形波导管35的微波从各狭缝70传播到各电介质32的情况下，由于在各狭缝70内填充有例如氟树脂、A1203、石英等比空气的介电常数高的电介质部件71，所以，能够使被导入方形波导管35的微波从各狭缝70可靠地传播到各电介质32。
这样，由各电介质32中传播的微波的能量在各电介质32的表面并在处理室4内形成电磁场，由电场能量使处理容器2内的上述气体等离子体化，由此对衬底G上的表面进行非晶硅成膜。在这种情况下，由于在各电介质32的下表面形成有凹部80a 80g，所以能够由电介质32中传播的微波能量形成相对于这些凹部80a 80g的内侧面(壁面81)大体垂直的电场，能够在其附近高效率地生成等离子体。而且，能够使等离子体的生成部位稳定。而且，通过使在各电介质32的下表面形成的凹部80a 80g的深度d彼此不同，能够在各电介质32的整个下表面大体均匀地生成等离子体。而且，通过使电介质32的横向宽度为例如40mm、小于微波的自由空间波长人=约120mm，使电介质32的长度方向的长度为例如188mm、大于微波的自由空间波长入管内波长Xg，能够使表面波仅在电介质32的长度方向上传播。而且，通过在各电介质32的中央设置的凹部80d，能够防止从2个狭缝70
传播的微波之间的干涉。
此外，在处理室4的内部，由例如0.7eV 2.0eV的低电子温度、10" 10 m—s的高密度等离子体进行对衬底G的损伤小的、均匀的成膜。非晶硅成膜的条件，例如处理室4内的压力为5-100Pa，优选为10 60Pa，衬底G的温度为200 450°C ，优选250 380°C比较合适。而且，处理室4的大小为G3以上比较合适(G3是衬底G的尺寸400mmX500mm，处理室4的内部尺寸720mmX720mm)，例如G4.5(衬底G的尺寸730mmX920mm，处理室4的内部尺寸1000mmX1190mm) ， G5 (衬底G的尺寸1100mmX 1300mm，处理室4的内部尺寸1470mmX 1590mm)，微波供给装置的功率输出为1 4W/cn^，优选为3 W/cn^。只要微波供给装置的功率输出为1 W/cm2以上，就能够引发等离子体，并比较稳定地产生等离子体。如果微波供给装置的功率输出不到1 W/cm2，则不引发等离子体，或产生的等离子体非常不稳定，工艺也不稳定，不均匀，不能实用。
这里，在处理室4内进行的这样的等离子体处理的条件(例如气体种类、压力、微波供给装置的功率输出等)，可以根据处理的种类等适宜地设定，但另一方面，具有在对于等离子体生成的处理室4内的阻抗因改变等离子体处理的条件而变化时，在各方形波导管35内传播的微波波长(管内波长Xg)也随之变化的性质。而且，另一方面，如上所述在每个方形波导管35中都以规定的间隔(Xg'/2)设有狭缝70，所以当阻抗因等离子体处理的条件而改变，由此管内波长人g发生变化时，狭缝70与狭缝70的间隔ag'/2)，与驻波的波腹部分的间隔(管内波长、g的一半的距离ag/2))不一致。其结果是，驻波的波腹部分与沿各方形波导管35的长度方向排列的多个狭缝70不一致，就不能从各狭缝70向处理室4上表面的各电介质32高效率地传播微波。
然而，在本发明的实施方式中，如上所述在安装于上表面部件45的驻波测量部200中，根据由各热敏电阻208以电学的方式检测出的导电性部件202的温度变化，由计量电路214求出方形波导管35的长度方向220上的驻波的周期Xg/2，能够正确地测量在方形波导管35
34内传播的实际微波的波长(管内波长)人g。而且，计量电路214对这
样测量的驻波的周期Xg/2与狭缝70之间的间隔(XgV2)进行比较，由此能够即时检测狭缝70之间的间隔(入g'/2)与驻波的波腹部分的间隔不一致的情况。
而且，在本发明的实施方式中，在这样检测出狭缝70之间的间隔ag'/2)与驻波的波腹部分的间隔不一致的情况下，通过使E各方形波导管35的上表面部件45相对于下表面(狭缝天线31的上表面)升降移动，能够修正管内波长Xg，使驻波的波腹部分与各狭缝70—致。
此外，上表面部件45的升降移动，能够通过对升降机构46的旋转把手63进行旋转操作而容易地进行。例如，在管内波长人g因处理室4内的等离子体处理条件而变短的情况下，通过对升降机构46的旋转把手63进行旋转操作，使方形波导管35的上表面部件45在盖体50的内部下降。这样，使得当E面之间的间隔a (上表面部件45相对于各方形波导管35的下表面的高度)下降时，管内波长Xg变长。反之，在管内波长人g因处理室4内的等离子体处理条件而变长的情况下，通过对升降机构46的旋转把手63进行旋转操作，使方形波导管35的上表面部件45在盖体50的内部上升。这样，使得当E面之间的间隔a (上表面部件45相对于各方形波导管35的下表面的高度)上升时，管内波长Xg变短。这样，通过适宜地改变E面之间的间隔a，
能够使驻波的波腹部分之间的间隔ag/2)与狭缝之间的间隔ag'/2)
一致。结果是，能够从在方形波导管35的下表面形成的多个各狭缝70向处理室4上表面的各电介质32高效率地传播微波，在衬底G的整个上方形成均匀的电磁场，能够对衬底G的整个表面进行均匀的等离子体处理。通过改变微波的管内波长Xg，不必按每个等离子体处理的条件改变狭缝70之间的间隔，所以能够降低设备成本，进而，能够在同一处理室4内连续进行不同种类的等离子体处理。此外，像这样根据检测出的驻波的周期使上表面部件45升降的动作，可以手动进行，也可以由公知的自动控制的方法设置根据驻波的周期性变化使上表面部件45自动升降的控制部。
此外，按照该实施方式的等离子体处理装置1，通过在处理室4的上表面安装多个瓦状的电介质32，能够使各电介质32小型化且轻
35量化。因此，等离子体处理装置1的制造容易，且成本低，能够提高 对于衬底G的大面积化的应对能力。而且，对各电介质32分别设置
狭缝70，且各电介质32每一个的面积非常小，且在其下表面形成有 凹部80a 80g，所以能够使微波在各电介质32的内部均匀地传播， 能够在各电介质32的整个下表面高效率地生成等离子体。因此，能够 在整个处理室4内进行均匀的等离子体处理。而且，由于支撑电介质 32的梁75 (支撑部件)可以较细，所以各电介质32的下表面的大部 分从处理室4内露出，在处理室4内形成电磁场时梁75几乎不成为障 碍，所以能够在衬底G的整个上方形成均匀的电磁场，能够在处理室 4内生成均匀的等离子体。
而且，还可以像该实施方式的等离子体处理装置l那样，在支撑 电介质32的梁75上设置供给处理气体的气体喷射口 85。而且，如该 实施方式中所说明的，如果梁75由例如铝等金属构成，则气体喷射口 85等的加工容易。
以上说明了本发明优选的实施方式的一例，但本发明并不限于这
里示出的实施方式。以上假定管内波长xg的一半ag/2)与驻波的周 期相等而进行了说明，但是，如前面的说明，在等离子体处理装置1
中，由于通过狭缝70而在处理室4内传播的微波的影响、或通过狭缝 70从处理室4进入方形波导管35内的反射波的影响等，驻波的周期 与管内波长Xg的一半ag/2)没有严格地一致。但是，驻波的周期与 作为在波导管内传播的微波的波长的管内波长人g的一半Xg/2大体相 等，可以作为管内波长Xg的参考值。因此，在认为驻波的周期与管内 波长Xg的一半ag/2)实质上相等的情况下，通过根据以上的假定控 制管内波长Xg，能够使微波高效率地从方形波导管35下表面的各狭 缝70传播到各电介质32。而另一方面，在不能认为驻波的周期与管 内波长Xg的一半ag/2)实质上相等的情况下，通过预先研究驻波的 周期与管内波长入g的关系，同样也能够以驻波的周期作为参考值来控 制管内波长Xg。
而且，例如，作为温度传感器的一例，示出了热敏电阻208，但 是也可以使用其它的测温电阻体、热电偶、温度标贴等温度传感器。 而且，例如，还可以排列多个红外线传感器来测量从波导管放射的红外线从而间接地测量温度。而且，例如，还可以使红外线传感器沿波 导管的长度方向移动而间接地测量温度分布。此外，还可以使用热象 图仪等红外线照相机间接地测量温度。
而且，以上根据导电性部件202对于波导管长度方向的温度分布
测量了驻波的周期，如图4的说明，在方形波导管201的内部，在E 面(窄壁面)的内侧，流过与波导管长度方向220垂直的E面电流I， 在电场E为最大的位置，E面电流I为O，反之，在电场E为O的位 置，E面电流I最大。因此，能够检测在导电性部件202中与波导管 长度方向垂直地流动的电流，并根据对于波导管长度方向的电流分布
此外，如果像图示的等离子体处理装置l的实施方式那样，使方 形波导管35的截面形状(矩形)的长边方向垂直而作为H面，使短 边方向水平而作为E面而配置，则能够增大各方形波导管35之间的 间隙，所以，例如能够容易地进行气体管道90及冷却水管道91的配 置等，而且，易于进一步增加方形波导管35的根数。
在以上的实施方式中，对进行作为等离子体处理的一例的非晶硅 成膜进行了说明，但是本发明也能够应用于非晶硅成膜以外的氧化物 成膜、多晶硅成膜、硅垸氨(silane ammonia)处理、硅烷氢处理、氧 化膜处理、硅烷氧处理、其它的CVD处理、以及蚀刻处理。
实施例 (实施例1)
研究了在图12等说明的本发明的实施方式的等离子体处理装置1 中，在对衬底G的表面进行SiN成膜处理时，改变方形波导管35的 上表面部件45的高度a，方形波导管35内的电场E的位置变化以及 对处理室4内生成的等离子体的影响。此外，在实施例1中，使等离 子体处理装置1的处理室4的内径为720mmX720mm，在基座10上 载置大小为400mmX500mm的玻璃衬底G进行了实验。
关于在衬底G的表面上形成的SiN膜，研究了膜厚A相对于距方 形波导管35的终端的距离的变化之后，得到图17。图17表示了SiN 膜的厚度(A)与距方形波导管35的终端的距离的(mm)的关系。 当等离子体密度增大时，沉积速度(Deposition Rate)增大。其结果是，由于SiN膜的厚度增大，所以，可以认为膜厚与等离子体密度有成比
例的关系。使方形波导管35的上表面部件45的高度a变化为78mm、 80mm、 82mm、 84mm，研究了各高度时的膜厚A， a=84mm时，膜厚 A相对于距方形波导管35的终端的距离的变化最小，能够在衬底G 的整个表面形成均匀厚度A的SiN膜。与此相对，a=78mm、 80mm、 82mm时，都是膜厚A在方形波导管35的前端侧增大，而越向方形 波导管35的终端侧膜厚A越小。可以认为，除了a-84mm时以外， 驻波的波腹部分之间的间隔(管内波长Xg的一半的距离)与狭缝70 的规定间隔(入gV2)不一致。
方形波导管35的上表面部件45的高度a为78mm、 84mm附近 时在形波导管35内产生的驻波的变化在图18中示意地示出。在 a=78mm附近时，由于驻波的波腹部分之间的间隔(入g/2)比较长， 所以如图18 (a)所示，与在方形波导管35的下表面(狭缝天线31) 上形成的狭缝70的间隔ag'/2)相比，驻波的波腹部分之间的间隔较 长。所以，驻波的波腹部分，越是靠近方形波导管35的始端侧，越是 从狭缝70的位置偏离。由于该影响，在方形波导管35的终端侧，从 狭缝70向电介质32传播的微波减少，发生电场能量的不均匀，等离 子体不均匀，结果成膜不均匀。与此相对，在『84mm附近时，如图 18 (b)所示，驻波的波腹部分与在方形波导管35的下表面(狭缝天 线31)上形成的狭缝70的位置大体一致。因此，在处理室4内在方 形波导管35的长度方向上生成均匀的等离子体，膜厚也大体均匀。这 样，得知通过改变方形波导管35的上表面部件45的高度a，调节在 方形波导管35内传播的微波的实际的管内波长Xg，能够使驻波的波 腹部分与狭缝70的位置一致，能够高效率地向处理室4上表面的电介 质32传播微波。 (实施例2)
在图12等说明的本发明的实施方式的等离子体处理装置1中，对 衬底G的表面进行了非晶硅成膜处理。此时，在方形波导管35的上 表面沿波导管长度方向220以适当的间隔安装3个驻波测量部200， 在这些驻波测量部200中分别检测出驻波的波腹部分的间隔。而且， 使方形波导管35的E面之间的间隔(上表面部件45的高度)a相对
38于82mm的基准高度分别变化da=-4mm、 +2mm、 +5mm、 +8mm、 +12mm。
首先，研究了 3个驻波测量部200的各导电性部件202的温度变 化与距方形波导管35的终端的距离的关系，如图19所示，无论da 是哪一个，相对于距方形波导管35的终端的距离，各导电性部件202 的温度都大体以正弦波的形式而周期性地变化，示出了大体恒定间隔 的峰值温度。但是，表示峰值温度的位置(距方形波导管35的终端的 距离)，在各da的情况下彼此不一致，在各da时表示峰值温度的间 隔有偏差。
另一方面，如前面图4等的说明，由于方形波导管35内产生的驻 波的影响，在导电性部件202中在宽度方向流动的E面电流I，以管 内波长Xg的一半的间隔人g/2的周期，重复正方向的最大值+I与负方 向的最大值-I。因此，由驻波测量部200的计量电路214所检测的温 度变化的周期(驻波的波腹部分之间的间隔)，与该管内波长人g的一 半的间隔Xg/2—致。所以，可以预想如果使该计量电路214所检测的 驻波的波腹部分之间的间隔增大为2倍，则与管内波长Xg大体相等。
因此，将在各da时由各驻波测量部200检测出的驻波的波腹部分 之间的间隔乘以2而求得的管内波长Xg (实测值)示于图20。此外， 对于各da，表示峰值温度的间隔产生偏差，在图20中，以横坐标为 da、纵坐标为管内波长入g而示出了二者的关系。从温度变化的周期求 得的管内波长人g (实测值)，表现出当da增大时减小的倾向。
而且，在各da的情况下，管内波长人g的理论值也一并记入图20 中。二者(实测值与理论值)大体一致。由此，证明了能够由导电性 部件202的温度变化测量管内波长Xg。
工业上的可利用性
本发明例如能够应用于CVD处理、蚀刻处理等。
权利要求
1.一种驻波测量部，其测量在使电磁波传播的波导管内产生的驻波，其特征在于包括沿着所述波导管的长度方向配置以构成所述波导管的管壁的至少一部分的导电性部件；以及在所述波导管的长度方向的多个部位检测所述导电性部件的温度的温度检测单元。
2. 根据权利要求l所述的驻波测量部，其特征在于 所述波导管是方形波导管。
3. 根据权利要求2所述的驻波测量部，其特征在于 在所述方形波导管的窄壁面配置有所述导电性部件。
4. 根据权利要求1所述的驻波测量部，其特征在于所述导电性 部件是板状，当在所述波导管内传播的电磁波的角频率为CO、检测温 度的所述导电性部件的磁导率为p、电阻率为p时，所述导电性部件 的厚度d，满足下面的式(1)的关系，
5. 根据权利要求l所述的驻波测量部，其特征在于 所述导电性部件是板状，开设有多个孔。
6. 根据权利要求l所述的驻波测量部，其特征在于 所述导电性部件是由金属构成的网状物。
7. 根据权利要求1所述的驻波测量部，其特征在于 所述导电性部件具有将在与所述波导管的长度方向正交的方向上延伸的多个导电部以规定的间隔并排配置的结构。
8. 根据权利要求l所述的驻波测量部，其特征在于 包括控制所述导电性部件的周围的温度的调温机构。
9. 根据权利要求8所述的驻波测量部，其特征在于 所述温度检测单元能测量所述导电性部件的周围的温度。
10. 根据权利要求8所述的驻波测量部，其特征在于 包括测量所述导电性部件的周围的温度的其它温度检测单元。
11. 根据权利要求1所述的驻波测量部，其特征在于 所述温度检测单元包括检测所述导电性部件的温度的温度传感器、对来自所述温度传感器的电信号进行处理的计量电路、以及电连 接所述温度传感器和所述计量电路的布线，沿着所述导波管的长度方向排列有多个所述温度传感器。
12. 根据权利要求ll所述的驻波测量部，其特征在于 所述布线包括抑制经由所述布线的热传递的热传递抑制部。
13. 根据权利要求ll所述的驻波测量部，其特征在于 所述温度传感器包括多个电极，所述多个电极中的至少一个与所述波导管电气短路。
14. 根据权利要求ll所述的驻波测量部，其特征在于 在所述导电性部件上安装有包括所述温度传感器的印刷电路板。
15. 根据权利要求ll所述的驻波测量部，其特征在于 在所述波导管的外部配置有所述温度传感器。
16. 根据权利要求11所述的驻波测量部，其特征在于 包括使所述导电性部件的温度传递到所述温度传感器的热传递路径。
17. 根据权利要求ll所述的驻波测量部，其特征在于 所述温度传感器是热敏电阻、测温电阻体、二极管、晶体管、温度计量用IC、热电偶、珀耳帖元件中的任意一种。
18. 根据权利要求1所述的驻波测量部，其特征在于 所述温度检测单元具有使检测所述导电性部件的温度的1个或2个以上的温度传感器沿着所述波导管的长度方向移动的结构。
19. 根据权利要求18所述的驻波测量部，其特征在于 在所述波导管的外部配置有所述温度传感器。
20. 根据权利要求18所述的驻波测量部，其特征在于 所述温度传感器是红外线温度传感器。
21. 根据权利要求1所述的驻波测量部，其特征在于 所述温度检测单元是红外线照相机。
22. 根据权利要求1所述的驻波测量部，其特征在于 测量在所述波导管内传播的电磁波的管内波长、频率、驻波比、传播常数、衰减常数、相位常数、传播模式、入射功率、反射功率、 传送功率中的任意一个，或连接于所述波导管的负载的反射系数、阻 抗中的任意一个。
23. 根据权利要求1所述的驻波测量部，其特征在于-所述波导管的长度方向的多个部位是固定的。
24. 根据权利要求1所述的驻波测量部，其特征在于所述波导管的长度方向的多个部位是可移动的。
25. —种电磁波利用装置，包括发生电磁波的电磁波供给源、使电磁波传播的波导管、以及利用从所述波导管供给的电磁波进行规定的处理的波利用单元，其特征在于在所述波导管中设置有权利要求1所述的驻波测量部。
26. —种驻波测量部，其测量在使电磁波传播的波导管内产生的 驻波，其特征在于包括沿着所述波导管的长度方向配置以构成所述波导管的管壁的 至少一部分的导电性部件；以及在所述波导管的长度方向的多个部位 检测在所述导电性部件中流动的电流的电流检测单元。
27. —种电磁波利用装置，包括发生电磁波的电磁波供给源、使电磁波传播的波导管、以及利用从所述波导管供给的电磁波进行规定的处理的波利用单元，其特征在于在所述波导管中设置有权利要求26所述的驻波测量部。
28. —种驻波测量方法，其测量在使电磁波传播的波导管内产生 的驻波，其特征在于检测对于所述波导管的长度方向的、构成所述波导管的管壁的至 少一部分的导电性部件的温度分布， 根据所述温度分布测量驻波。
29. 根据权利要求28所述的驻波测量方法，其特征在于在所述波导管内没有传播电磁波的状态下，测量导电性部件的基 准温度，根据与所述基准温度的温度差检测所述导电性部件的温度分 布。
30. 根据权利要求28所述的驻波测量方法，其特征在于测量在所述波导管内传播的电磁波的管内波长、频率、驻波比、传播常数、 衰减常数、相位常数、传播模式、入射功率、反射功率、传送功率中 的任意一个，或连接于所述波导管的负载的反射系数、阻抗中的任意一个。
31. —种驻波测量方法，其测量在使电磁波传播的波导管内产生 的驻波，其特征在于检测流过构成所述波导管的管壁的至少一部分的导电性部件的电流，根据对于所述波导管的长度方向的所述电流的分布测量驻波。
32. 根据权利要求31所述的驻波测量方法，其特征在于 测量在所述波导管内传播的电磁波的管内波长、频率、驻波比、传播常数、衰减常数、相位常数、传播模式、入射功率、反射功率、 传送功率中的任意一个，或连接于所述波导管的负载的反射系数、阻 抗中的任意一个。
33. —种等离子体处理装置，包括在内部激励用于衬底处理的 等离子体的处理容器、向所述处理容器内供给等离子体激励用的微波 的微波供给源、与所述微波供给源连接的开设有多个狭缝的波导管、 以及使从所述狭缝放出的微波传播到等离子体的电介质板，其特征在 于包括用于测量在所述波导管内产生的驻波的、权利要求1所述的 驻波测量部。
34. 根据权利要求33所述的等离子体处理装置，其特征在于 还包括控制在所述波导管内传播的微波的波长的波长控制机构。
35. 根据权利要求34所述的等离子体处理装置，其特征在于 所述波导管是方形波导管，所述波长控制机构使所述方形波导管的窄壁面与所述波导管内的微波的传播方向垂直地移动。
36. —种等离子体处理方法，使在波导管内传播的微波从开设于 所述波导管的多个狭缝放出而传播到电介质板上，在处理容器内激励等离子体来进行衬底处理，其特征在于检测对于所述波导管的长度方向的、构成所述波导管的管壁的至 少一部分的导电性部件的温度分布，根据所述温度分布测量驻波， 根据所述所测量的驻波，控制在所述波导管内传播的微波的波长。
37. 根据权利要求36所述的等离子体处理方法，其特征在于所述波导管是方形波导管，通过使所述方形波导管的窄壁面与所 述波导管内的微波的传播方向垂直地移动，来控制在所述波导管内传 播的微波的波长。
38.根据权利要求36所述的等离子体处理方法，其特征在于 控制在所述波导管内传播的微波的波长，使得在所述波导管内产 生的驻波的波腹部分与所述狭缝一致。
全文摘要
检测对于使电磁波传播的波导管的长度方向的、构成波导管的管壁的至少一部分的导电性部件的温度分布，根据其温度分布，测量波导管内产生的驻波。对于波导管长度方向的导电性部件的温度分布能够由沿着波导管的长度方向排列了多个的温度传感器、沿着波导管的长度方向移动的温度传感器、或红外线照相机正确地测量。由此能够正确地测量作为为了掌握波导管内的管内波长λg等而作为指标的驻波。
文档编号G01R29/08GK101495875SQ20078002872
公开日2009年7月29日 申请日期2007年7月18日 优先权日2006年7月28日
发明者大见忠弘, 平山昌树 申请人:东京毅力科创株式会社;国立大学法人东北大学