微波等离子处理装置以及微波的供给方法

专利名称：微波等离子处理装置以及微波的供给方法
技术领域：
本发明涉及微波等离子处理装置以及微波的供给方法。特 别是涉及利用自径向线缝隙天线放出的微波的电场能量激发气 体来对被处理体进行等离子处理的微波等离子处理装置、以及 采用了该装置的微波的供给方法。
背景技术：
通过将微波导入到减压状态的处理容器内，利用被导入的 微波的电场能量激发气体来产生微波等离子体。在微波等离子 处理装置中，在等离子体的电子密度大于截止密度的情况下， 微波无法进入到等离子体内而在电介质板与等离子体之间传 播，其一部分被等离子体吸收，用于保持等离子体。
根据上述等离子体的生成原理，与利用容量耦合型、电感 耦合型的微波等离子处理装置生成的等离子体相比，微波等离
子体的等离子体电子密度Ne较高，电子温度Te较低，因此，能 够利用高速且损坏较少的等离子处理制造高品质的产品。
作为生成微波等离子体的装置之一，提出了一种采用径向 线缝隙天线(RLSA: Radial Line Slot Antenna )的微波等离 子处理装置(例如参照专利文献l)。在将相同形状的滞波板载 置在被切出许多条缝隙的圆盘状的缝隙板上部的状态下，径向 线缝隙天线配置在电介质窗的上部，以其中央部连接于同轴波 导管。
采用该构造，自微波源输出的、例如2.45GHz的微波在同 轴波导管中传播，沿径向线缝隙天线的径向呈放射状传播。由 此，能够将电场强度较高的微波自设置于缝隙板的许多条缝隙经由电介质窗放射到处理容器内。
专利文献l:日本特开平9- 63793号公报
但是，在工艺过程中，处理容器内达到200。C以上的高温。 因此，在工艺过程中，即使利用冷却套210冷却径向线缝隙天 线905的周围，径向线缝隙天线905的温度也会上升至15(TC ~ 165。C左右，天线上部的冷却套210温度上升至80。C ~ IO(TC左 右，外部导体340的温度上升至40。C ~ 6(TC左右，根据工艺过 程，有时在外部导体340附近也达到100°C以上。结果，图6所 示的径向线缝隙天线905及其上部构件(冷却套210、同轴波导 管的外部导体340、矩形波导管305等)进行热膨胀。
这些构件中的径向线缝隙天线905的滞波才反905a由氧化铝 (A1203 )等电介质形成。另一方面，径向线缝隙天线上部的 冷却套210、外部导体340、矩形波导管305、同轴转换机310 由铜(Cu)、铝(Al)等金属形成。相对于氧化铝的线膨胀系 数为7.0x 10—6( / °C )，铜的线膨胀系数为16.7 x 10 —6( / °C ), 铝的线膨胀系数为23.5 x l(T6 ( / 。C ),是氧化铝的2倍以上。 因此，在升温后，位于径向线缝隙天线905上部的冷却套210、 外部导体340及矩形波导管305分别膨胀，如图6所示那样位移 到升温前的上方。
此时，在同轴转换才凡310与内部导体315 —体地形成时，随 着矩形波导管305、同轴转换机310的位置改变，与同轴转换机 310—体地形成的内部导体315也朝向处理容器100的铅直上方 被拉起。
另一方面，通过向内部导体315中通入制冷剂，内部导体 315及同轴转换机310在工艺过程中也被冷却。因此，工艺过程 中的内部导体315及同轴转换机310的温度低于外部导体340、 矩形波导管305的温度。因此，工艺过程中的内部导体315及同轴转换机310的热膨胀比例小于外部导体340及矩形波导管305 的热膨胀比例。
由此，在升温后，连结于内部导体315的锥形连接件320 与内部导体315—同被提起到径向线缝隙天线905的上方，锥形 连接件320与滞波板905a之间、滞波板905a与径向线缝隙天线 905之间、滞波4反905a与冷却套210之间的间隙产生变动。由此， 微波的传输路径发生变动，微波的模式不稳定，等离子体变得 不均匀。结果，工艺过程中的微波等离子处理装置的稳定性及 可靠性受损。

发明内容
因此，为了应对上述问题，本发明提供在使用径向线缝隙 天线向处理容器内供给微波时，通过抑制由热膨胀引起的微波 传输路径的变动来防止等离子体紊乱的微波等离子处理装置以 及采用了该装置的微波的供给方法。
即，为了解决上述问题，根据本发明的一个方式，提供一 种微波等离子处理装置，该微波等离子处理装置利用等离子体 来对被处理体进行等离子处理，该等离子体是采用由径向线缝 隙天线放出的微波而生成的，其中，包括在内部进行等离子处 理的处理容器、输出微波的微波源、对自上述微波源输出的微 波进行传输的矩形波导管、对在上述矩形波导管中传输的微波 的模式进行转换的同轴转换机、可相对于上述同轴转换机滑动 地与其连结的同轴波导管的内部导体、和与上述同轴转换机接 合的、将上述同轴转换机与上述内部导体电连接的第1触点构 件。
由此，内部导体与同轴转换机分别设置，内部导体可相对 于同轴转换机滑动地与其连结。第l触点构件将同轴转换机与内部导体电连接。
由此，在升温后，径向线缝隙天线及其上部的矩形波导管 等构件膨胀而被向上方提起，即使连结于矩形波导管的同轴转 换机随之被向上方提起，由于内部导体可相对于同轴转换机滑 动地与其连结，因此，内部导体也不会与同轴转换机一同被提 起。因此，内部导体的前端部与冷却套的3巨离在升温前后不变。 另外，利用第l触点构件能够确保同轴转换机与内部导体的电 连接。由此，防止传播到径向线缝隙天线的微波的传输路径变 动，使微波的模式稳定，能够均匀地生成等离子体。
上述内部导体的前端也可以至少一部分沿着上述径向线缝 隙天线的被处理体侧的面伸出。
上述径向线缝隙天线也可以由伸出到上述内部导体前端的 锥形状的连接件部与上述同轴波导管的外部导体把持。
采用该夹紧构造，能够防止径向线缝隙天线与内部导体(同 轴波导管)的错位。结果，消除微波传输路径的变动，能够稳 定地生成均匀的等离子体。
上述处理容器在顶棚部具有开口 ，上述内部导体的前端也 可以在如下所述的部分的内侧受限制地突出，该部分在设置于 上述顶棚部的开口的电介质窗的被处理体侧的面的中央向被处 理体侧突出。由此，能够确保装置的机械强度。
也可以在上述同轴波导管的外部导体与上述锥形状的连接
件部的相面对部分具有第2触点构件。由此，能够补充同轴波 导管与径向线缝隙天线的电连接。
也可以具有第l弹簧构件，该第l弹簧构件设置在连结于上
吸收由热膨胀引起的上述径向线缝隙天线及其上部构件的位 移。由此，内部导体不受径向线缝隙天线及其上部构件膨胀的影响，因此，内部导体的位置在升温前后不变。由此，防止传 播到径向线缝隙天线的微波的传输路径变动，使微波的模式稳 定，能够均匀地生成等离子体。
另外，上述第l弹簧构件也可以是螺旋状的弹簧构件、耐 热性的金属密封件或者板状的弹簧构件(例如，弹簧垫圏)。
也可以包括第2弹簧构件，该第2弹簧构件与支承上述矩形 波导管的上述同轴波导管的外部导体相邻地设置，用于克服上 述径向线缝隙天线及其上部构件朝向上述处理容器的外侧热膨 胀的力而对上述外部导体施加朝向上述处理容器内侧的力。
由此，第2弹簧构件克服外部导体及其周围构件的热膨胀， 对外部导体施加朝向处理容器内侧的力。由此，能够吸收径向 线缝隙天线及其上部构件因膨胀而向处理容器的铅直上方位 移。
另外，上述第2弹簧构件也可以是螺旋状弹簧构件或者耐 热性的金属密封件中的任一种。另外，上述第l触点构件也可 以是金属的弹性体。
上述内部导体也可以利用固定于上述同轴转换机的轴承可 滑动地支承。由此，内部导体被第l触点构件和轴承引导。由 此，抑制内部导体的中心轴线的摆动，将内部导体的端部与冷 却套的距离管理为在设计上规定的间隔，能够抑制微波传输路 径的变动。
上述径向线缝隙天线也可以形成为，利用电镀、喷镀及敷 金属法中的任一方法在滞波板的上表面、下表面及外周侧面包 覆导电膜，将上述导电膜作为微波的传输路径，并且，将自上 述同轴波导管在上述滞波板中传播的微波从形成于上述滞波板 的下表面侧导电膜上的多个缝隙放射到上述处理容器内。
由此，利用电镀、喷镀及敷金属法中的任一方法在径向线缝隙天线在滞波板的上表面、下表面及外周侧面包覆导电膜。
在传输路径变形时，微波的传播产生变动。但是，采用该 构造，由于作为传输路径的导电膜与滞波板 一 体地紧贴形成， 利用滞波板的刚性而不会变形，因此，微波无论装置状态如何 都会稳定地传播，能够生成均匀的等离子体。另外，由于滞波 板与导电膜之间等部位不存在间隙而仅由耐电压较高的材料构 成，因此，也不会发生异常放电。
另外，上述导电膜也可以通过喷镀Cu、 Al及Ag中的任一 种来形成。喷镀能够比电镀更厚地成膜，并且能够自由地控制 导电膜的膜厚。
也可以在上述导电膜中设置用于防止微波泄漏的密封构 件。由此，例如，能够防止从缝隙泄漏到顶板与导电膜之间的 间隙等中的微波向冷却套侧漏出。
另外，为了解决上述问题，根据本发明的另一方式，提供 一种微波的供给方法，该方法向利用等离子体来对被处理体进 行等离子处理的微波等离子处理装置中供给微波，该等离子体 是采用由径向线缝隙天线放出的微波而生成的，其中，自微波 源输出微波，将上述输出的微波传输到矩形波导管，利用同轴 转换机转换上述传输的微波的模式，将同轴波导管的内部导体 可相对于上述同轴转换机滑动地与其连结，并且，利用接合于 上述同轴转换机的第1触点构件将上述同轴转换机与上述内部 导体电连接，自上述同轴转换机向上述同轴波导管传输微波， 将在上述同轴波导管中传输的微波传播到上述径向线缝隙天 线。
由此，由于内部导体与同轴转换机分别设置，内部导体可 相对于同轴转换机滑动地与其连结，因此，即使径向线缝隙天 线及其上部构件热膨胀，内部导体也不会被提起到上方。因此，内部导体的前端部与冷却套的距离在升温前后不变。另外，利 用第l触点构件能够确保同轴转换机与内部导体的电连接。由 此，防止传播到径向线缝隙天线的微波的传输路径变动，使微 波的模式稳定，能够均匀地生成等离子体。
像以上说明的那样，采用本发明，能够在使用径向线缝隙 天线向处理容器内供给微波时，通过抑制由热膨胀引起的微波 传输路径的变动来防止等离子体的紊乱。


图1是本发明的 一 个实施方式的微波等离子处理装置的纵 剖视图。
图2是用于说明在该实施方式的微波等离子处理装置中传 播微波的路径的图。
图3是用于说明该实施方式的微波等离子处理装置的升温 前后的状态的图。
图4是表示间隙附近的电场强度分布的模拟结果的图。
图5是用于说明矩形波导管与同轴转换机的嵌合构造的图。
图6是通常的微波等离子处理装置的纵剖视图。 图7是用于说明通常的微波等离子处理装置的升温前后的 状态的图。
图8是用于说明锥形连接件320的下表面与滞波板205a的 下表面的校平的图。
具体实施例方式
下面，参照附图详细说明本发明的一个实施方式。另外， 在以下的说明及附图中，对具有相同的构造及功能的构成要件标注相同的附图标记，从而省略重复的说明。 微波等离子处理装置的整体构造
首先，参照表示其纵截面的图l说明本发明的一个实施方
式的微波等离子处理装置IO。本实施方式的微波等离子处理装 置IO具有处理容器IOO、盖体200、传输路径300、冷却机构400 及气体供给机构500。
处理容器100是顶棚开口的圆筒状的容器，例如由铝等金 属形成。在处理容器100的顶棚开口中嵌入有顶板105 (相当于 电介质窗)。顶板105由电介质形成。顶板105的下表面的中央 突出，并且其中间部向周向突出。在处理容器100与顶板105 的接触面配i史有O型密封圈110。由此，处理室l^皮密闭。
在处理容器100的底部，隔着绝缘体120而设置有载置晶圆 W的基座(susceptor )(载置台)115。在基座115上，通过匹 配器125a而连接有高频电源125b。利用自高频电源125b输出 的高频电力对处理容器100的内部施加规定的偏压。另外，在 基座115上，通过线圏130a而连接有高压直流电源130b,利用 自高压直流电源130b输出的直流电压来静电吸附晶圆W。在处 理容器100上安装有真空泵(未图示)，经由气体排出管135排 出处理容器100内的气体，从而将处理室U减压至期望的真空 度。
盖体200具有径向线缝隙天线205 (以下简称作天线205 )、 冷却套210及微波屏蔽罩215。天线205载置在顶板105的正上 方。
径向线缝隙天线2 0 5是 一 枚圆盘状的平板，如图2中放大天 线205的左纵截面地所示，将滞波板205a作为基体材料而在其 上表面、外周面及下表面预先包覆有金属膜205b。金属膜205b 利用电镀、喷镀及敷金属法中的任一方法紧贴滞波板205a地与其一体地形成。在本实施方式中，金属膜205b通过喷镀铝(Al) 之后将其熔融而形成。另外，金属膜205b也可以通过喷镀导电 性较高的铜(Cu)、金(Au)及银(Ag)中的任一种而形成。 另外，金属膜205b是导电膜的一个例子，导电膜并不限定于金属。
在滞波板205a的下表面设有多个放射^f款波的缝隙St (放射 孔，未图示)。滞波板205a由氧化铝等电介质形成。在天线205 中，微波向天线的径向呈放射状传播，从缝隙St漏出而放射到 处理室内。
在天线205的上部与天线205相邻地设有冷却套210。冷却 套210由铝形成，调整天线205附近的温度。微波屏蔽罩215覆 盖径向线缝隙天线205及冷却套210，将装置屏蔽成使在径向线 缝隙天线2 0 5中传播的微波不被放出到装置外部。
密封构件220、 225用于防止漏出缝隙的微波的一部分从图 2的顶板10 5与金属膜2 0 5 b的间隙向冷却套210侧的间隙、盖体 200与处理容器100的间隙泄漏。
传输路径300主要由矩形波导管305、同轴转换机310、内 部导体315、外部导体340、锥形连接件320和径向线缝隙天线 205形成。微波在由传输路径300限定的空间(以下均称作微波 的传输路径R)传输。此时，樣i波在滞波^反205a的内部传播而 在滞波板205a的端面反射，在利用未图示的调谐器取得放电负 荷与传输路径的阻抗的匹配的同时、利用行波与反射波的干涉 在传输路径的空间中产生驻波。
矩形波导管3 0 5连接于微波源3 3 5 。同轴转换机310形成为 圆锥状，将微波的模式由TE模式转换为TE模式与TM模式的混 合模式。模式转换后的微波被传播到同轴波导管(内部导体315 及外部导体340 )。内部导体315及外部导体340由镀银的铜形成。外部导体340在其上部螺紋固定于矩形波导管305。在外部 导体340的外周设有第2弹簧构件350。第2弹簧构件350在升温 时吸收外部导体340、其周围的位移。外部导体340与锥形连接 件320把持金属膜205b及滞波板205a,防止径向线缝隙天线错位。
锥形连接件320为锥状，其在内部导体315的下表面螺紋固 定于内部导体315。锥形连接件320由镀金的铜形成。锥形连接 件320的下表面在天线205的下方朝向天线205的径向凸缘状地 突出。该锥形连接件320的突出部分埋设于顶板105。为了确保 装置的机械强度，锥形连接件320在设置于顶板105中央部的突 起的内侧受限制地突出。
第1触点构件3 3 0是在同轴转换机310的下端部的开口钎焊 于同轴转换机310的内周缘上的指型的金属弹性体。釆用该构 造，能够使同轴转换机310和内部导体315分离，将内部导体315 可相对于同轴转换机310滑动地与其连结，并且，能够通过第l 触点构件330将同轴转换机310与内部导体315电连接。
在同轴转换机310与内部导体315之间，沿着内部导体315 的外周设有轴承355。轴承355的端部固定于同轴转换机310， 可滑动地引导内部导体315。由此，能够防止在内部导体315 中产生侧向摆动，防止间隙变动。
微波在限定上述微波的传输路径R的构件的金属表面传 播。特别是，在径向线缝隙天线205内，微波自作为传输路径 的金属膜205b通过在金属膜205b上切出的缝隙而被放出到处 理容器内。
在传输路径变形时，微波的传播发生变动。但是，采用本 实施方式，作为传输路径的金属膜205b与滞波板205a—体地紧 贴而形成，利用滞波板205a的刚性而不会变形，因此，微波无论装置状态如何都会稳定地传播，能够生成均匀的等离子体。
另外，由于滞波板205a与金属膜205b之间等不存在间隙而仅由 耐电压较高的材料构成，因此，也不会发生异常放电。
另外，在〗象本实施方式这样地在滞波寺反205a的上下表面及 外周面包覆金属膜205b的情况下，由于替代缝隙板的金属膜 205b较薄，因此无法分接抽头。另外，与以往的缝隙板的构造 不同，金属膜205b不是片状材料，无法利用螺紋固定于锥形连 接件。另外，由于金属膜205b无法期待机械强度，因此，不能 适应由螺紋牢固地固定。因此，最好利用弹簧等，通过适当的 负荷来将其把持。因此，在本实施方式中，利用外部导体与锥
形连接件的相对面从两侧把持一体形成的金属膜205b及滞波 板205a。采用该构造，能够防止包覆有金属膜205b的滞波板 205a与内外导体(同轴波导管)的错位。结果，能够消除微波 传输路径的变动，良好地保持微波的放射特性，稳定地生成均 匀的等离子体。
在外部导体340与锥形连接件320的相面对部分配设有第2 触点构件325。第2触点构件325补充通过上述夹紧构造形成的 同轴波导管(内部导体315、外部导体340)与金属膜205b的电 连接。特别是，由于第2触点构件325由线材的金属密封构件形 成，因此其反作用力小于螺旋密封件，不对金属膜205b施加过 度的负荷就能够将金属膜205b与同轴波导管良好地电连接。
如图l所示，在内部导体315的内部插入有制冷剂配管360。 矩形波导管305及同轴转换机310被盖部365引导。第l弹簧构件 375设置在固定构件370 (即，连结于内部导体315的构件)与 盖部365 (即，连结于同轴转换机310的构件)之间，吸收径向 线缝隙天线205及其上部因升温而产生的位移。结果，在升温 后，径向线缝隙天线205及其上部的矩形波导管305等构件膨胀而被向上方提起，即使连结于矩形波导管3 0 5的同轴转换机310 也随之被向上方提起，由于内部导体315与同轴转换机310分别 设置，内部导体315可相对于同轴转换机310滑动地与其连结， 因此，内部导体315也不会被提起。因此，内部导体315的前端 部(锥形连接件320 )与冷却套210的距离在升温前后不会变动。 另外，通过第1触点构件330能够确保同轴转换机310与内部导 体315的电连接。由此，防止传播到径向线缝隙天线205的微波 的传输路径变动，使微波的模式稳定，能够均匀地生成等离子 体。
如图2所示，矩形波导管305与同轴转换机310在开口的外 周侧具有嵌合构造F，使得设置于矩形波导管305的开口的侧部 壁面、与相面对的同轴转换机310的侧部壁面的间隙G在任一相 对位置都是规定范围内的间隔。对于嵌合构造F的详细说明见后述。
在图l所示的冷却机构400中，制冷剂供给源405与制冷剂 配管360连结，制冷剂供给源405与冷却套210连结。制冷剂配 管360为双层配管，从制冷剂供给源405供给的制冷剂自制冷剂 配管3 6 0的内侧通过外侧而循环，来调整内部导体315的温度。 另外，通过从制冷剂供给源4 0 5供给来的制冷剂在冷却套210 内的流路210a中循环，来调整冷却套210附近的温度。
在气体供给机构500中，气体供给源505与上部气体供给管 线510连结，并且气体供给源505与簇射板515连结。簇射板515 中，朝向晶圆W侧均等地设有多个气体供给孔。从气体供给源 505供给的等离子体激发气体自贯穿处理容器100的侧壁的多 个上部气体供给管线510的贯穿孔，朝向处理室U的内部朝横向
射板515的多个气体供给孔朝下供给。另外，在本实施方式中，内部导体315与锥形连接件320 连结，但也可以i故成^吏内部导体315与锥形连接件320—体化、 且其前端突出为凸缘状的构造。另外，也可以使内部导体315 前端的至少 一 部分沿着径向线缝隙天线205的基板侧表面突出。
由此，能够防止因用于连结内部导体315与锥形连接件320 的螺栓松动等、未将锥形连接件320牢固地固定于内部导体315 而引起的微波传输路径的变动。由此，能够更稳定地传输微波。
同轴转换机与内部导体的分离
在本实施方式中，做成了使同轴转换机310与内部导体315 分离的构造。与同轴转换机3IO和内部导体315 —体化的通常的 装置相比较来说明其理由。
如图6及图7所示，在采用了径向线缝隙天线905的通常的 微波等离子处理装置中，缝隙板905b由金属的片状材料形成， 以被设置于顶棚部的顶板105 (电介质窗)和滞波板905a夹着 的形态载置，螺紋固定在锥形连接件320的下表面，并且，在 其外周利用螺4丁910固定于冷却套210。如图7中左右地表示升 温前后的微波等离子处理装置的状态那样，在升温前的状态下， 滞波板905a的下表面与锥形连接件320的下表面位于同 一 个面 上。
在工艺过程中，处理容器内达到200。C以上的高温。因此， 即使利用冷却套210将径向线缝隙天线905的附近冷却，在工艺 过程中，例如，径向线缝隙天线905的温度也会上升至150。C ~ 165°C,天线上部的冷却套210的温度上升至80。C ~ IO(TC ，外 部导体340的温度上升至40。C ~ 60°C ，根据工艺过程，有时在 外部导体340附近也达到100°C以上。结果，径向线缝隙天线905 的附近、同轴波导管的外部导体340、矩形波导管305等各构件热膨胀。
这些构件中的径向线缝隙天线905的滞波板905a由氧化铝 (Al20s)等电介质形成。另 一方面，冷却套210、外部导体340、 矩形波导管305由铜(Cu)、铝(A1)等金属形成。相对于氧化 铝的线膨胀系数为7.0x 10 —6 ( / °C ),铜的线膨胀系数为16.7 xl(T6(/。C),铝的线膨胀系数为23.5 x 10_6 ( / 。C ),是氧 化铝的2倍以上。因此，在升温后的状态下，冷却套210、外部 导体340、矩形波导管305分别膨胀而位移。例如，冷却套210 的位移P1、矩形波导管305的位移P2 (下部)及P3 (上部)的 关系为P3 > P2 〉 Pl。各构件的位移越向装置的铅直上方去累 计越大。
此时，由于同轴转换机310与内部导体315 —体地形成，因 此，在矩形波导管305因热膨胀而向上方位移时，同轴转换机 310及内部导体315也随之被拉到上方。
特别是，通过在内部导体315的内部自双层配管的制冷剂 酉己管360的内侧向外侧通入制冷剂，内部导体315在工艺过程中 也被冷却。因此，工艺过程中的内部导体315及同轴转换机310 的温度低于外部导体340、矩形波导管305的温度。因此，工艺 过程中的内部导体315及同轴转换机310的热膨胀比例小于外 部导体340及矩形波导管305的热膨胀比例。
由此，在升温后，内部导体315下端的锥形连接件320的位 置变为与周围构件相同(P4)。结果，锥形连接件320被提起到 径向线缝隙天线905的上方，锥形连接件320与冷却套的距离自 在设计上规定的间隔而变动。因此，微波的传播状态变动，微 波的模式不稳定，等离子体的均匀性受损。
在锥形连接件320被提起到径向线缝隙天线905的上方时， 螺紋固定于锥形连接件320下表面的缝隙板905b被拉起到上方。由此，微波的传输路径也会因缝隙板905b的错位而变动， 不均匀地生成等离子体。
如图8所示，在将矩形波导管305、同轴转换机310、锥形 连接件320各构件螺紋固定来进行组装时，在矩形波导管305 与同轴转换机310之间夹入有垫片3 8 0进行校平，使得锥形连接 件320的下表面与滞波板205a的下表面定位在同一个面内。例 如，在图8中，通过夹入2个垫片380a、 380b来将锥形连接件 320的下表面与滞波板205a的下表面校平。通过该校平，能够 在组装时将滞波板205a表面的冷却套210与锥形连接件320的 距离定为在设计上规定的间隔。但是，在工艺过程中，在锥形 连接件3 2 0被提起到径向线缝隙天线9 0 5的上方时，组装时进行 的微细的校平变得没有意义，如上所述，微波的传输路径Ra产 生变动。
以上说明的微波传输路径的变动有损工艺过程中的微波等 离子处理装置的稳定性及可靠性。因此，在本实施方式的微波 等离子处理装置10中，首先如图l及图2所示，使同轴转换机310 与内部导体315分离。
内部导体315可相对于同轴转换才几310滑动地与其连结。在 同轴转换机310与内部导体315之间设有将同轴转换机310和内 部导体315电连结的第l触点构件330。
由此，如图3所示，即使在工艺过程中冷却套210、外部导 体340、矩形波导管305等金属构件因热膨胀而朝向处理容器 IOO的铅直上方位移(P1 P3)的情况下，由于内部导体315 与同轴转换机310分别设置，因此也不会受到矩形波导管305 等的热膨胀的影响，不会被拉起。
第l弹簣构件
此外，第1弹簧构件375安装在连结于内部导体315的构件(固定构件370 )与连结于同轴转换机310的构件(盖部365 ) 之间，根据外部导体340、矩形波导管305的热膨胀程度而收缩， 由此，吸收各构件向上方的位移。利用这样的第1弹簧构件375 的作用，内部导体315在升温后也能够保持升温前的位置。
由此，存在于内部导体315前端部的锥形连接件320与冷却 套210之间的间隙Ra (参照图2)不变动，锥形连接件320与冷 却套210的距离被管理为在设计上规定的距离。由此，能够防 止锥形连接件320与冷却套210的距离变动，避免^b皮传输路径 的变动。结果，能够使微波的模式稳定，均匀地生成等离子体。 由此，能够提高微波等离子处理装置10的稳定性及可靠性。 夹紧构造
发明人还在锥形连接件320的外周设有突出部320a。即， 发明人使锥形连接件320的前端沿着天线的径向突出到径向线 缝隙天线205的晶圆侧的表面。在本实施方式中，在锥形连接 件320中设有凸缘状的突起。
金属膜205b及滞波板205a也可以 一体地紧贴形成，由锥形 连接件320的突起部分和同轴波导管的外部导体340把持。采用 该夹紧构造，能够防止径向线缝隙天线205与内外导体(同轴 波导管)的错位。
另外，设置于锥形连接件320的突出部320a形成为在突出 部分105a的内侧受限制地突出，该突出部分105a在设置于处理 容器100的顶棚部开口的顶板105的中央，自晶圆W侧的表面向 晶圆W突出。
由此，锥形连接件320的突出部320a未突出到顶板105中央 的突出部分105a的外侧。由此，能够确保顶々反105的机械强度。 第2弹簧构件
第2弹簧构件350与支承矩形波导管305的外部导体340相页
邻地设置，克服微波等离子处理装置10朝向处理容器100的铅 直上方热膨胀的力而对外部导体340施加朝向处理容器IOO的 铅直下方的力。
由此，能够吸收外部导体340及其周围构件向处理容器IOO 的铅直上方的位移。结果，通过第1弹簧构件375、第2弹簧构 件350及上述夹紧构造，在升温前后使间隙Ra不变动而将锥形 连接件320与冷却套210的距离管理为在设计上规定的间隔，能 够防止微波传输路径R的变动。
另外，第1弹簧构件375也可以是螺旋状的弹簧构件、耐热 性的金属密封件或者板状的弹簧构件。另外，第2弹簧构件350 也可以是螺旋状的弹簧构件或者耐热性的金属密封件。
防止内部导体的摆动
在同轴转换机310的中空部分设有固定于同轴转换机310 的、可滑动地支承内部导体315的轴承355。由此，内部导体315 能够被第l触点构件330和轴承355引导。由此，能够抑制内部 导体315的轴线Oc的摆动。
金属膜与滞波板的一体化
在径向线缝隙天线205上，利用电镀、喷镀及敷金属法中 的任一方法在滞波^反205a的上表面、下表面及外周侧面包覆有 金属膜205b。天线205将金属膜205b作为微波的传输路径，并 且，将自同轴波导管在滞波板205a中传播的微波从滞波板205a 的形成于下表面侧金属膜205b的多个缝隙放射到处理容器内。
由此，由于作为传输路径的金属膜205b与滞波板205a—体 地紧贴形成，利用滞波板205a的刚性而不会变形，因此，微波 无论装置状态如何都会稳定地传播，能够生成均匀的等离子体。 另外，由于滞波板205a与金属膜205b之间等不存在间隙而仅由 耐电压较高的材料构成，因此，也不会发生异常放电。结果，能够生成均匀的等离子体。
另外，金属膜205b也可以通过喷镀Cu、 Al及Ag中的任一 种来形成。喷镀能够比电镀更厚地成膜，并且能够自由地控制 金属膜205b的膜厚。
间隙G
如图5所示，在通过将同轴转换机310插入矩形波导管305 的开口中来组装将在矩形波导管3 0 5中传输的微波的模式转换 而将其传输的路径时，利用相交在矩形波导管3 0 5的侧部壁面 与相面对的同轴转换机310的侧部壁面中产生间隙G。
该间隙G存在于将微波的模式由TE模式转换为TE模式与 TM模式的混合模式的位置。另外，在间隙G附近，由于在矩形 波导管305的反射端305a反射微波，因此易于扰乱微波的电场。
实际上，虽为了在矩形波导管305的反射端305a及间隙G 的位置出现微波的节而将从反射端305a到间隙G的距离设计为 Xg/2,但未抑制异常放电。因此，除了管理从矩形波导管305 的反射端305a到间隙G的距离之外，还通过在矩形波导管与同 轴转换机中设置嵌合构造来管理间隙G 。
间隙G的管理
首先，为了具体地决定嵌合构造F及间隙G的适当范围，通 过模拟求出间隙G附近的微波的电场强度分布。
通过模拟计算图4 ( a)所示的位置P1 ~ P4的电场强度。将 其结果表示在图4(b)中。由该结果可知，在位置P1、 P3微波 的电场强度变强，在P2、 P4电场强度变弱。还可知，间隙(泄 漏通路厚度)越变大，电场强度就越变大，但只要间隙均匀， 即使间隙的大小变化0.1mm,电场强度也不会变大。
根据帕邢(Paschen)定律，如V- f ( pd)的计算式所示， 用气体压力p及电极间距离d的积的函数表示平行的电极间的放电开始电压V。由于间隙G中的气体压力为大气压(latm = 1.013 x i05Pa)，因此，电极间的距离d越小，越能以最低的电 压V引起放电。另一方面，在间隙G的间隔(相当于距离d)不 均匀时，电场强度易于偏置。因此，通过使间隙G相对于规定 的标准间隔kmm ( k> 0.3 )为(k± n) ( n《0.1 ) mm的范围 内，将间隙G管理成难以引起放电且难以产生电场强度的偏置 的状态，从而能够防止发生异常放电。
因此，以即使形成为环状的间隙G置于任一相对位置也成 为规定范围内的间隔的方式，在间隙G的外周侧，在矩形波导 管305和同轴转换机310中设置高度的嵌合构造F (参照图2、 5)。具体地讲，将间隙G的标准间隔k定为0.3mm，以在环状的 间隙G的任一相对位置也将间隙G管理在(k士n)( n< 0.1 )mm 的范围内的方式，设置嵌合构造F。考虑到组装时产生的公差， 在嵌合构造F中容许比在间隙G中容许的间隙足够小的间隙(例 如，间隙G的间隔差的最大值的大约20%以内)，从而，无论什 么样的作业人员进行组装，都能够将间隙G管理在设计上容许 的间隔差以内。结果，能够避免在矩形波导管305与同轴转换 机310之间的间隙G中发生异常放电。
利用绝缘材料进行涂覆
利用绝缘材料涂覆间隙G周围的矩形波导管305及同轴转 换机310。作为绝缘材料，能够列举PTFE (聚四氟乙烯)、PFA (四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物)、氧化铝(铝阳极化处 理、喷镀)等。由此，能够降低间隙之间的电位差，从而能够 进一步抑制发生异常放电。
像以上说明的那样，采用本实施方式的微波等离子处理装 置IO,能够抑制由热膨胀引起微波传输路径的变动。由此，能 够大幅度提高微波等离子处理装置10的稳定性及可靠性。在上述实施方式中，各部分的动作互相关联，能够在考虑 相互关联的同时、作为一连串的动作而置换。于是，通过这样 地置换，能够将上述微波等离子处理装置的实施方式做成采用
了上述微波等离子处理装置10的微波供给方法的实施方式。
以上，参照

了本发明的较佳实施方式，但不言而 喻，本发明并不限定于该例子。显而易见，只要是本领域技术 人员，就能够在权利要求范围所述的范畴内想到各种变更例或 者改正例，很清楚各种变更例或者改正例也当然属于本发明的 技术范围。
例如，金属膜也可以利用敷金属法形成。在这种情况下，
由于利用敷金属法形成的Mo-Mn层的金属膜的电阻较大，因 此，优选Ag-Cu-Ti层的金属膜。
另外，上述缝隙板与滞波板的一体化(由金属膜覆盖滞波 板而成的天线205 )、嵌合构造F虽优选与将同轴转换机310和内 部导体315分离的构造一同装备于微波等离子处理装置IO，但 并不是本装置的必需要件。
仅从簇射板515供给。另外，也可以替代这些气体供给机构500、 或者除这些气体供给机构500之外，在顶板105中设置气体路径 而将顶板10 5用作簇射板。
2权利要求
1.一种微波等离子处理装置，该微波等离子处理装置利用等离子体来对被处理体进行等离子处理，该等离子体是采用自径向线缝隙天线放出的微波而生成的，其中，包括处理容器，在内部进行等离子处理；微波源，输出微波；矩形波导管，对自上述微波源输出的微波进行传输；同轴转换机，对在上述矩形波导管中传输来的微波的模式进行转换；同轴波导管的内部导体，可相对于上述同轴转换机滑动地与其连结；第1触点构件，与上述同轴转换机接合，将上述同轴转换机与上述内部导体电连接。
2. 根据权利要求l所述的微波等离子处理装置，其特征在于，上述内部导体的前端至少一部分沿着上述径向线缝隙天线 的被处理体侧的面突出。
3. 根据权利要求2所述的微波等离子处理装置，其特征在于，上述处理容器在顶棚部具有开口 ；上述内部导体的前端在如下所述的部分的内侧受限制地突 出，该部分是在设置于上述顶棚部的开口的电介质窗的被处理 体侧的面的中央向一皮处理体侧突出的部分。
4. 根据权利要求2或3所述的微波等离子处理装置，其特征 在于，上述径向线缝隙天线由突出到上述内部导体的前端的锥状 连接件部和上述同轴波导管的外部导体把持。
5. 根据权利要求4所述的微波等离子处理装置，其特征在于，在上述同轴波导管的外部导体与上述锥状的连接件部的相面对部分设置有第2触点构件。
6. 根据权利要求l ~ 5中任一项所述的微波等离子处理装 置，其特征在于，具有第l弹簧构件，该第l弹簧构件设置在连结于上述内部热膨胀引起的上述径向线缝隙天线及其上部构件的位移。
7. 根据权利要求6所述的微波等离子处理装置，其特征在于，上述第l弹簧构件是螺旋状的弹簧构件、耐热性的金属密 封件或者板状的弹簧构件中的任 一 种。
8. 根据权利要求1~ 7中任一项所述的微波等离子处理装 置，其特征在于，具有第2弹簧构件，该第2弹簧构件与支承上述矩形波导管 的上述同轴波导管的外部导体相邻地设置，克服上述径向线缝 隙天线及其上部构件朝向上述处理容器的外侧热膨胀的力而对 上述外部导体施加朝向上述处理容器内侧的力。
9. 根据权利要求8所述的微波等离子处理装置，其特征在于，上述第2弹簧构件是螺旋状弹簧构件或者耐热性的金属密 封件中的任一种。
10. 根据权利要求l ~ 9中任一项所述的微波等离子处理 装置，其特征在于，上述第l触点构件是金属的弹性体。
11. 根据权利要求1 IO中任一项所述的微波等离子处理 装置，其特征在于，上述内部导体可滑动地由固定于上述同轴转换机的轴承支承。
12. 根据权利要求l ~ ll中任一项所述的微波等离子处理 装置，其特征在于，上述径向线缝隙天线形成为，利用电镀、喷镀及敷金属法 中的任一方法在滞波板的上表面、下表面及外周侧面包覆导电 膜，将上述导电膜作为微波的传输路径，并且，将自上述同轴 波导管在上述滞波板中传播的微波从上述滞波板的形成于下表 面侧导电膜的多个缝隙放射到上述处理容器内。
13. 根据权利要求12所述的微波等离子处理装置，其特征 在于，上述导电膜通过喷镀Cu、 Al及Ag中的任一种来形成。
14. 根据权利要求1 13中任一项所述的微波等离子处理 装置，其特征在于，在上述导电膜中设置用于防止微波泄漏的密封构件。
15. —种微波的供给方法，该方法向利用等离子体来对被 处理体进行等离子处理的微波等离子处理装置中供给微波，该 等离子体是采用自径向线缝隙天线放出的微波而生成的，其中，自微波源输出微波；将上述输出的微波传输到矩形波导管；利用同轴转换机转换上述传输的微波的模式；将同轴波导管的内部导体可相对于上述同轴转换机滑动地与其连结，并且，利用接合于上述同轴转换机的第l触点构件将上述同轴转换机与上述内部导体电连接，自上述同轴转换机向上述同轴波导管传输微波；将在上述同轴波导管中传输的微波传播到上述径向线缝隙天线。
全文摘要
本发明提供一种抑制微波传输路径的变动的微波等离子处理装置以及微波的供给方法。微波等离子处理装置(10)利用自径向线缝隙天线(205)放出的微波的电场能量激发气体，等离子处理基板(G)。微波等离子处理装置(10)包括在内部进行等离子处理的处理容器(100)、输出微波的微波源(335)、对自微波源输出的微波进行传输的矩形波导管(305)、转换在矩形波导管中传输的微波的模式的同轴转换机(310)、可相对于同轴转换机滑动地与其连结的同轴波导管的内部导体(315)、与同轴转换机接合的、将上述同轴转换机与上述内部导体电连接的第1触点构件(330)、和吸收由热膨胀引起的径向线缝隙天线及其上部构件的位移的第1弹簧构件(375)。
文档编号H01L21/20GK101609792SQ20091020325
公开日2009年12月23日 申请日期2009年6月2日 优先权日2008年6月18日
发明者西本伸也 申请人:东京毅力科创株式会社