專利名稱：等離子體裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通過高頻波乃至電磁場生成等離子體，進行規(guī)定處理的等離子體裝置。
背景技術：
在半導體器件的制造中，為了進行氧化膜形成或半導體層的結晶生長、蝕刻或研磨拋光等處理，多采用等離子體裝置。在這些等離子體裝置中，有著通過天線向處理容器內(nèi)導入高頻波、產(chǎn)生高密度等離子體的高頻等離子體裝置。因為該高頻等離子體裝置即使在等離子體氣體的壓力較低時也可以生成穩(wěn)定的等離子體，所以具有所謂用途廣泛的特征。
最近，在該高頻等離子體裝置中，作為向處理容器內(nèi)供給高頻波的天線，研究了平板型(Patch)天線的使用。圖37A～37C示出在該高頻等離子體裝置內(nèi)使用的常規(guī)的平板型天線的一構成例。在這里，圖37A是從發(fā)射面?zhèn)瓤雌桨逍吞炀€時的平面圖，圖37B是圖37A所示的XXXVIIB-XXXVIIB線方向的截面圖，圖37C是示出與圖37A對應的座標系的圖。
該平板型天線，如圖37B所示，具有由接地的導體板構成的地板531和構成諧振器的導體板532。在介電體板534的兩面分別設置地板531及導體板532，通過貫通介電體板534的導體線533使導體板532在其中心O與地板531連接。
導體板532的平面形狀，如圖37A所示，為長邊的長度為L1，短邊的長度為L2(L2＜L1)的長方形。如果令平板型天線內(nèi)的電磁場的波長為λg，則長邊的長度L1設定為L1≈λg/2。為了說明的方便，X軸及Y軸分別與導體板532的長邊及短邊平行，并將該坐標系的原點置于導體板532的中心O上。
該平板型天線，如圖37B所示，經(jīng)同軸線路541與高頻電源545連接。在這里，同軸線路541的外部導體542與地板531連接，同軸線路541的內(nèi)部導體543貫通地板542的開口部及介電體板534，在X軸上的一點PP上與導體板532連接。
圖38A、圖38B是用于說明通過該平板型天線產(chǎn)生的電磁場的發(fā)射原理的圖。在這里，圖38A是示出導體板532的圖，圖38B是示出在導體板532中的X軸方向的電流分布(虛線)及電壓分布(實線)的圖。
因為導體板532的長邊的長度L1約為λg/2，所以從高頻電源545供給至導體板532的電流在長邊方向即X軸方向諧振而成為駐波，其電流分布為如圖38B的虛線所示的兩端固定為0(零)的正弦波狀。在這樣諧振而成為駐波電流時，如圖38B的實線所示，電壓的波形相對于電流波形，相位只偏移90°。
因為在圖38B所示的狀態(tài)中，導體板532左端的電壓為正，所以電力線從導體板532指向地板531。與此相反，因為導體板532的右端電壓為負，所以電力線從地板531指向導體板532。因為電力線方向與位移電流方向相同，所以如圖38A所示，沿著導體板532的左端及右端，磁流同方向流動。因為電磁場以該磁流作為波源進行幅射，所以該電磁場形成磁場與Y軸平行的TM10模式。
圖39A、39B是該平板型天線構成的電場強度分布的概略圖。圖39A示出在XZ面上的電場強度分布，圖39B示出在YZ面上的電場強度分布。
如以上所述，因為從該平板型天線發(fā)射的電磁場形成磁場與Y軸平行的TM10模式，所以其電場強度分布示出與圖39A、39B所示的偶極子天線同樣的特性。即，在XZ面上如圖39A所示是比較均勻的，而在YZ面上發(fā)生如圖39B所示大的偏移。在YZ面的電場強度分布在導體板532的中心O的電場為最大，隨著離開中心O，電場急劇變?nèi)酢?br> 因此，一旦通過具有這樣的空間分布的電磁場生成等離子體，因為在X軸上的電場強度比其周圍更大，所以X軸正下方區(qū)域的等離子體密度比其周圍更高。因此，通過應用進行這樣的偶極子動作的單一平板型天線的常規(guī)等離子體處理裝置來構成蝕刻裝置時，正如越接近等離子體密度變高的X軸正下方的區(qū)域，進行蝕刻得越快，存在所謂處理速度依場所而產(chǎn)生偏差的情況。此為第一問題。
近年來，伴隨著晶片或LCD(Liquid Crystal Display)尺寸大型化，處理容器也正在大口徑化?？墒?，處理容器口徑從相當于使用高頻波的半波長(λg/2)的長度到相當1波長(λg)的長度，進而，在超過相當1波長的長度的更長的情況下，在處理容器內(nèi)在徑向或圓周方向上產(chǎn)生駐波。因為在駐波的波腹處，電場變高，在波節(jié)處電場變小，所以，一旦在處理容器內(nèi)產(chǎn)生駐波，則使等離子體均勻化的控制變得困難。因此，在使處理容器大口徑化時，與此相應，有必要增長使用高頻波的波長，不使駐波產(chǎn)生。
為了抑制在處理容器內(nèi)產(chǎn)生駐波，作為對處理容器內(nèi)供給高頻電磁場的天線，存在使用偶極子天線的常規(guī)例。圖40是該偶極子天線的俯視圖。
該偶極子天線3530配置于從生成等離子體的處理容器(未圖示)隔離天線的介電體板3512上，由與該介電體板3512的主面平行呈直線狀配置的2支導體棒3531、3532構成。導體棒3531、3432相對靠近的端部隔開一定間距，供電用的高頻電源545與這些端部相連接。偶極子天線3530為了利用諧振現(xiàn)象并發(fā)射強的高頻波，半波長的奇數(shù)倍(即如果令λg為偶極子天線3530上電磁場的波長，N為自然數(shù)，則為(2N-1)×λg/2))的長度是必要的。
由于是所謂該(2N-1)×λg/2的天線尺寸，所以偶極子天線3530只在口徑L大致比λg/2更大的處理容器內(nèi)使用。相反，一旦使用偶極子天線3530，則在口徑L的處理容器上不能使用波長大致比2L更長的高頻波(換言之，不能用頻率大致比c/(2L)，(c為光速)更低的高頻波)。這樣，如果在等離子體裝置內(nèi)使用偶極子天線3530，則對所使用的處理容器產(chǎn)生限制，或者，存在所謂對高頻波的頻率產(chǎn)生限制的問題。此為第二問題。
圖41是示出利用常規(guī)的高頻等離子體裝置的蝕刻裝置的一構成例的截面圖。此外，圖42A、42B是示出在該蝕刻裝置內(nèi)使用的平板型天線結構的圖。在這里，圖42A是從圖41的平板型天線4530下側看時的俯視圖，圖42B是示出坐標系的圖。
在圖41所示的蝕刻裝置中，通過上部開口的圓筒狀的處理容器511和堵塞該處理容器511的上部開口的介電體板512，形成密閉容器。在處理容器511的底部設置真空排氣用的排氣口515，此外，在處理容器511的側壁上設置用于導入蝕刻氣體的處理氣體供給噴嘴517。在處理容器511內(nèi)，收容用于載置蝕刻對象的基板512的載置臺522。在該載置臺522上連接偏置用的高頻電源526。
在介電體板512的上部，配置經(jīng)該介電體板512將高頻電磁場供給至處理容器511內(nèi)的平板型天線4530。此外，通過密封材料518覆蓋介電體板512及天線4530的周圍。天線4530與供電用的高頻電源545連接。
平板型天線4530包含由接地的導體板形成的地板4531和構成與該地板4531對置配置的諧振器的導體板(以下稱為平板件)4532。如圖42A所示，插接件4532作成直徑L1≌λg的圓形(俯視)。λg是在平板件4532和地板4531之間電磁場的波長。在這里，平板件4532處于XY平面上，其中心O為坐標系的原點。
如圖41所示，在該平板型天線4530中，在平板件4532的中心O上設置供電點。向天線4530供電是用了同軸線路541，其外部導體542與地板4531連接，內(nèi)部導體543與平板件4532的中心O連接。
平板件4532在從其中心O看大致離開λg/4的各向同性的位置上的3點P1、P2、P3上，經(jīng)短路銷4533與地板4531連接。點P1為X軸上的點。
圖43A、43B是平板型天線4530工作原理的說明圖。因為平板件4532的直徑L1大致為λg，所以從高頻電源545供給平板件4532中心O的電流諧振成為駐波。這時，在X軸上的電壓波形，如圖43B所示，在作為供電點的中心O上成為波腹，在接地的點P1上成為波節(jié)。因為在平板件4532的周緣部上電壓以同相位變化，所以沿平板件4532的外周部的磁流，如圖43A所示，從中心O看遍及全周成為相同方向。因此，在平板型天線4530上激勵TM01模式，不激勵TM11模式。
平板型天線4530以上述磁流作為波源，發(fā)射高頻波。如果經(jīng)介電體板512將該高頻波的電磁場供給至處理容器511內(nèi)，則該電磁場使處理容器511內(nèi)的氣體電離，在處理對象的基板521的上部空間550上生成等離子體。該等離子體向處理容器511內(nèi)進行擴散，通過在載置臺522上施加的偏置電壓，等離子體的能量或各向異性受到控制，從而用于蝕刻處理。
可是，在平板型天線4530的模式是TM01模式的情況下，高頻磁場的定向性如圖41所示，成為與平板件4532的主面(即XY面)平行的水平方向。因此，因為對等離子體生成作貢獻前，通過密封材料518或處理容器511變換為熱能的電功率變大，所以存在所謂不能生成高效率的等離子體的問題。此為第三問題。

發(fā)明內(nèi)容
第一及第二發(fā)明是為了解決第一問題而完成的。即，其目的是使比常規(guī)方式更均勻的等離子處理成為可能。
第三發(fā)明是為了解決第二問題而完成的。即，其目的是增大由天線尺寸所限制的等離子體裝置的設計自由度。
第四發(fā)明是為了解決第三問題而完成的。即，其目的是為了提高等離子體生成之際的電功率效率。
第一～第四發(fā)明的共同目的是通過解決這些第一～第三問題，提供可以高效進行更高品質的等離子體處理的等離子體裝置。
為了達到上述目的，第一發(fā)明的等離子體裝置的特征為，在處理容器內(nèi)發(fā)射高頻波的天線，具有構成與處理容器內(nèi)配置的載置臺對置配置的諧振器的導體板、和與該導體板上的載置臺相反一側對置配置的地板。對天線的導體板供電以使放射的高頻波成為圓極化波。通過這樣使從天線發(fā)射的高頻波作成圓極化波，可以使處理容器內(nèi)的電磁場的空間分布比常規(guī)方式更加均勻。可是，從天線發(fā)射的高頻波也可以不是完全的圓極化波，也可以是極化率至少50％以上，優(yōu)選為70％以上的圓極化波。
在這里，也可以用2條供電線給導電板供電。即，通過二點供電也可以生成圓極化波。
這時2條供電線各自也可以以發(fā)射振幅相等、相位相互相差90°、空間正交的2個直線極化波的方式供電。據(jù)此，因為從天線發(fā)射的高頻波成為圓極化波，所以在處理容器內(nèi)的電磁場的空間分布變得更加均勻。
在導體板的平面形狀為90°旋轉對稱形狀時，2條供電線可以各自與處于與導體板中心大致等距離，而且從中心看正交的2個方向的導體板上的二點連接，以等振幅，而且相互呈90°相位差供電。
在上述的等離子體裝置中，對天線導電板供電也可以用1條供電線。即也可以通過1點供電產(chǎn)生圓極化波。這時，使導體板的平面形狀為從其中心看正交的二方向的長度不同的形狀，也可以在導體板上的二方向所夾持的方向上的某一點上連接供電線。這時，導體板的平面形狀可以是圓的周緣區(qū)域的一部分為缺口的形狀，也可以是橢圓或矩形。
為了達到這樣的目的，本發(fā)明的等離子體處理裝置的特征為其構成是這樣的，在向與處理容器內(nèi)配置的載置臺的載置面對置配置的處理容器內(nèi)供給電磁場的天線由多只單極天線構成，使其電磁場形成圓極化波。據(jù)此，使電磁場圍繞與載置臺的載置面垂直的軸旋轉，因為通過該電磁場生成的等離子體的分布也旋轉，所以可改善取時間平均時的等離子體分布的均勻性。
在這里，從天線發(fā)射的電磁場可以不是完全的圓極化波，也可以是極化率至少在50％以上，優(yōu)選在70％以上圓極化波。
本發(fā)明的等離子體處理裝置的特征為，其構成是這樣的，在向與處理容器內(nèi)配置的載置臺的載置面對置配置的處理容器內(nèi)供給電磁場的天線由多只單極天線構成，使其電磁場形成近似TM01模式。因為在近似TM01模式中的電場以與載置臺的載置面垂直的軸作為中心，大致呈幅射狀分布，所以可以改善與上述載置面平行的平面內(nèi)的等離子體分布的均勻性。
作為單極天線，優(yōu)選用平板型天線。通過用平板型天線，使磁流形成部增長，可以提高電磁場的發(fā)射效率。
該平板型天線包含與載置臺的載置面對置配置的導體板、從該導體板看與載置臺相反一側對置的地板、使導體板一端與地板連接的導體構件、和在從導體板一端離開的地點上與該導體板連接的供電線；平板型天線的導體板也可以這樣構成，經(jīng)導體構件與地板連接的上述一端作成大致直線狀，與該端正交的方向的長度是平板型天線內(nèi)電磁場波長的大致1/4以下。
或者，也可以是具有以下部件的構成，即與載置臺的載置面對置配置，具有大致直線狀的一端和與該端對置的圓弧狀的另一端，該一端和另一端之間的長度為平板型天線內(nèi)的電磁場波長的(1.17±0.05)/4以下的導體板；從該導體板看與載置臺相反一側對置配置的地板；使導體板的一端與地板連接的導體構件；和在離開導體板一端的地點上與導體板連接的供電線。這里所謂的大致直線狀不只是直線，也包含變化緩慢的曲線的概念。
平板型天線的導體板與連接于導體構件的一端對置的另一端向地板方向彎曲，平板型天線的導電構件也可以形成為在與導體板一端相同方向的長度比該導體板一端的長度更短。通過這樣的結構，可以使平板型天線小型化。
天線包含以下部件，即與載置臺的載置面對置的同一平面上配置且具有平行的二端、該二端間的長度為天線內(nèi)的電磁場波長的大致1/4以下的至少2塊導體板；從這些導體板看與載置臺相反一側對置配置的地板；使導體板各自的一端與地板連接的至少2個導體構件；以及在離開導體板各自一端的地點上與導體板各自連接的至少2條供電線；天線的各導體板配置成使一塊導體板的另一端與另一塊導體板的另一端正交，天線的各供電線通過以相互不同的相位供電，可以將圓極化波的電磁場供給至處理容器內(nèi)。
天線包含以下部件，即與載置臺的載置面對置的同一平面上配置且具有大致直線狀的一端，與該一端正交的方向的長度為天線內(nèi)電磁場波長的大致1/4以下的多塊導體板；從這些導體板看與載置臺相反一側對置配置的地板；使導體板的各自的一端與地板連接的多個導電構件；和在離開導體板各自的一端的地點上與導體板分別連接的多條供電線；天線的多塊導體板以其一端作為內(nèi)側，而以與一端對置的另一端作為外側，圈繞天線中心等同配置，天線的多條供電線以同相位供電給對應的導體板，可以將近似TM01模式的電磁場供給到處理容器內(nèi)。
為了達到上述目的，本發(fā)明的等離子體裝置的特征為，將高頻電磁場供給到處理容器內(nèi)的天線由單極天線構成。如果天線上的電磁場波長為λg，則單極天線可以以大致λg/4以下的尺寸構成，而且可以發(fā)射與偶極子天線同等的高頻波。因此，可以利用口徑L比λg/2更小的處理容器，或頻率大致比c/(2L)(c為光速)更低的高頻波。
在這里，作為單極天線優(yōu)選用平板型天線。通過用平板型天線，可以增長磁流形成部，提高高頻波的發(fā)射效率。
該平板型天線也可以包含以下部件，即具有與載量臺對置配置而且大致呈直線狀的一端，與該端正交的方向的長度為平板型天線內(nèi)的電磁場波長大致1/4以下的導體板；從該導體板看與載置臺反對一側對置配置的地板；使導體板一端與地板連接的導體構件；和在離開導體板一端的地點上連接的供電線。
在這里，平板型導體板的與連接于導體構件的一端對置的另一端向地板的方向彎曲，平板型天線的導體構件在與導體板一端同方向的長度也可以形成為比其導電板一端長度更短。通過這樣的構成，可以使平板型天線小型化。也可以在導體板和地板之間配置介電體板。據(jù)此，因為在導體板上的電磁場波長變短，所以可以進一步使平板型天線小型化。
為了達到上述目的，本發(fā)明的等離子體裝置的特征為，將高頻波供給到處理容器內(nèi)的天線包含與處理容器內(nèi)配置的載置臺對置配置的導體板；從該導體板看與載置臺相反一側對置配置的地板；和與導體板連接的多條第一供電線，各條第一供電線每2條相互隔開地連接在與導體板外周正交的導體板上至少1條的第一直線上，在導體板和地板之間的電磁場波長為λg時，第一直線的各條長度為大致(N+1/2)×λg(N為0以上的整數(shù))。在這里，與導體板外周正交的第一直線，在例如導體板的平面形狀為矩形時，是與矩形的一邊平行的直線，在為圓形時，是通過圓中心的直線。
在導體板的1條第一直線上連接2條第一供電線，因為其第一直線長度為大致(N+1/2)λg，所以從這些2條供電線供給的電流在第一直線上諧振而成為駐波。這時，通過由2條供電線供電來規(guī)定駐波的模式。由于第一直線上的電壓波形是兩端為波腹，波數(shù)為N+1/2，所以，在兩端的電壓變化變?yōu)橄嗷ツ嫦辔?。因此，沿著第一直線的兩端，從導體板中心看可為相互逆向的磁流。因此，在該天線中，可知為有選擇地激勵TM11模式。在TM11模式中，由于高頻波的指向性為相當于導體板的主面的垂直方向，所以高頻波直接指向配置被處理體的載置臺的方向。因此，降低了被處理容器等所吸收的功率，可以增加對生成等離子體所貢獻的功率。
在這里，構成天線的導體板上的第一直線也可以通過導體板中心。據(jù)此，因為在導體板上沿著與第一直線正交的方向沒有電流流過，所以可以抑制向該方向的高頻波幅射。
在上述的等離子體裝置中，天線還包含與對應的第一直線正交的導體板上至少1條第二直線上至少每2條相互隔開、與導體板連接的多條第二供電線，第二直線各自的長度為大致(M+1/2)λg(M為0以上的整數(shù))，為使高頻波成為圓極化波，第二供電線也可以分別構成為以與對應的第一供電線相同程度延遲的相位供電。這種情況下，按照與上述相同的原理，也在第二直線方向激勵TM11模式。此外，使從天線供給處理容器內(nèi)的高頻波為圓極化波，因為通過使電磁場圍繞與載置被處理體的載置臺的載置面垂直的軸旋轉，由該電磁場生成的等離子體分布也旋轉，所以可以改善取時間平均時的等離子體分布的均勻性。
在這里，從天線供給的高頻波也可以不是完全的圓極化波，也可以是極化率至少在50％以上、優(yōu)選在70％以上的圓極化波。
在這里，構成天線的導體板上的第一及第二直線也可以通過導體板的中心。據(jù)此，從第一供電線供給的電流不在導體板的第二直線上流過，與此相反，從第二供電線供給的電流不在第一直線上流過，所以可以抑制與所希望的圓極化波相逆旋轉的圓極化波(交叉極化)的發(fā)生。
在相同第一直線上連接的2條第一供電線的間隔，或者在相同第二直線上連接的2條第二供電線的間隔也可以為λg/2。據(jù)此，使天線的設計變得容易。


圖1是示出本發(fā)明的第1實施方式的蝕刻裝置結構的圖。
圖2A是示出圖1所示的平板型天線的導體板的一構成例的俯視圖。
圖2B是示出坐標系的圖。
圖3A、3B是對圖1所示的平板型天線構成的取時間平均的電場分布概念圖。
圖4是示出圖1所示的平板型天線變形例的截面圖。
圖5是用于說明圓極化波的極化率的圖。
圖6是示出圓極化波的極化率的相位差依存性的圖。
圖7是示出本發(fā)明的第2實施方式的蝕刻裝置結構的圖。
圖8是示出圖7所示的平板型天線的導體板的一構成例的俯視圖。
圖9A、9B是示出圖7所示平板型天線的導體板的另一構成例的俯視圖。
圖10是示出本發(fā)明的第3實施方式的蝕刻裝置的一部分結構的截面圖。
圖11是從圖10的II-II’線方向看的天線的平面結構及其供電系統(tǒng)的一構成例的圖。
圖12A是示出構成圖10所示天線的平板型天線結構的立體圖。
圖12B是示出坐標系的圖。
圖13A、13B是用于說明圖12所示的平板型天線產(chǎn)生的電磁場的幅射原理的圖。
圖14是示出在某瞬間平板型天線形成的磁流狀態(tài)的概念圖。
圖15是用于說明圓極化波的極化率的圖。
圖16是示出圓極化波的極化率的相位差依存性的圖。
圖17A、17B是示出構成圖12A、12B所示的平板型天線的變形例的圖。
圖18是示出本發(fā)明的第5實施方式的蝕刻裝置上用的天線的平面構成及其供電系統(tǒng)的一構成例的圖。
圖19是示出某瞬間平板型天線所形成的磁流狀態(tài)的概念圖。
圖20A、20B是圖18示出的天線構成的電場強度分布的概念圖。
圖21是示出本發(fā)明的第6實施方式的蝕刻裝置結構的圖。
圖22A是示出圖21所示的平板型天線結構的立體圖。
圖22B是示出坐標系的圖。
圖23A、23B是用于說明圖21所示的平板型天線產(chǎn)生的電磁波的幅射原理的圖。
圖24是示出圖21所示的平板型天線的一變形例的結構的圖。
圖25A是示出圖21所示的平板型天線另一變形例的結構的圖。
圖25B是示出坐標系的圖。
圖26是示出本發(fā)明的第8實施方式的蝕刻裝置結構的圖。
圖27A是從下面看圖26的平板件4032時的平板件的俯視圖。
圖27B是示出圖27A的X方向的電壓波形的圖。
圖27C是示出坐標系的圖。
圖28是示出平板件變形例的俯視圖。
圖29是示出平板型天線的變形例的截面圖。
圖30是示出平板型天線的變形例的圖。
圖31是示出用圖26所示的平板型天線生成圓極化波時的結構的圖。
圖32A、32B、32C是4點供電的平板型天線工作原理的說明圖。
圖33A、33B是圖26所示的平板型天線構成的電場分布的概念圖。
圖34是用于說明圓極化波的極化率的圖。
圖35是示出圓極化波的極化率的相位差依存關系的圖。
圖36是示出平板型天線變形例的圖。
圖37A、37B是示出在高頻等離子體處理裝置內(nèi)使用的常規(guī)平板型天線的一構成例的圖。
圖37C是示出坐標系的圖。
圖38A、38B是用于說明由圖37A～37C示出的平板型天線產(chǎn)生的電磁場的幅射原理的圖。
圖39A、39B是圖37A～37C示出的平板型天線構成的電場強度分布的概念圖。
圖40是在等離體裝置中常規(guī)使用的偶極子天線的俯視圖。
圖41是示出用常規(guī)的高頻等離子體裝置的蝕刻裝置一構成例的圖。
圖42A是示出圖41所示的平板型天線結構的圖。
圖42B是示出坐標系的圖。
圖43A、43B是圖41所示的平板型天線工作原理的說明圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖，詳細說明根據(jù)本發(fā)明中的第一發(fā)明的實施方式。在這里，以在蝕刻裝置使用第一發(fā)明的等離子體裝置的情況為例加以說明。
(第1實施方式)圖1是示出本發(fā)明的第1實施方式的蝕刻裝置結構的圖。在該圖1中對一部分結構示出截面構造。
圖1所示的蝕刻裝置具有上部開口的圓筒形狀的處理容器11。該處理容器11通過鋁等的導電構件形成。在處理容器11的上部開口配置由厚度20-30mm左右的石英玻璃或(Al2O3或AlN等的)陶瓷等構成的介電體板。在處理容器11和介電體板12的接合部使O型環(huán)等密封部件13介入其內(nèi)，據(jù)此確保處理容器11內(nèi)部的氣密性。
在處理容器11的底部上，設置由陶瓷等構成的絕緣板14。此外，設置貫通該絕緣板14及處理容器11底部的排氣口15，通過與該排氣口15連通的真空泵(未圖示)，可以使處理容器11內(nèi)達到所希望的真空度。
在處理容器11的側壁，上下設置用于將Ar等等離子體氣體導入處理容器11內(nèi)的等離子體氣體供給噴嘴16和用于導入蝕刻氣體的處理氣體供給噴嘴17。這些等離子體氣體供給噴嘴16及處理氣體供給噴嘴17通過石英管等形成。
在處理容器11內(nèi)，收存有在其上面載置有蝕刻對象的基板(被處理體)21的載置臺22。該載置臺22通過貫通處理容器11底部的升降軸23得到支持，并上下移動自如。載置臺22還經(jīng)匹配盒25與偏置用的高頻電源26連接。為了確保處理容器11內(nèi)的氣密性，在載置臺22和絕緣板14之間設置波紋管24，以包圍升降軸23。
在介電體板12的上部配置經(jīng)該介電體板12將高頻波供給至處理容器11內(nèi)的平板型天線1030。該平板型天線1030通過介電體板12與處理容器11隔離，為處理容器11內(nèi)生成的等離子體所保護。此外，介電體板12及平板型天線1030的周圍通過密封材料進行覆蓋。
平板型天線1030具有由接地的導體板形成的地板1031和構成諧振器的導體板1032。該導體板1032以預定的間隔相對地板1031對置配置，其間隔通過連接其各自中心的導體柱1031保持。以上的地板1031、導體板1032及導體柱1031通過銅或鋁等形成。這樣構成的平板型天線1030配置成使導體板1032側為下，與介電體板12對置。
圖2A、2B是示出導體板1032的一構成例的圖。圖2A是從下看圖1的導體板1032時的俯視圖，圖2B是示出坐標系的圖。導體板1032的平面形狀為一邊大致為λg/2的正方形。Λg指的是平板型天線1030內(nèi)的電磁場的波長。在這里，導體板1032的中心O處于坐標系原點，導體板1032的各邊分別與X軸、Y軸平行。這時，導體板1032的2個供電點P、Q分別處在X軸、Y軸上，而且設置在離開中心點O大致等距離的二點上。
如圖1所示，平板型天線1030的供電使用2條同軸線路1041A、1041B。同軸線路1041A、1041B的外部導體1042A、1042B與地板1031連接，同軸線路1041A、1041B的內(nèi)部導體(供電線)1043A、1043B貫通地板1031的開口部，分別與導體板1032上的供電點P、Q連接?？墒?，在這里，同軸線路1041B的電氣長比同軸線路1041B電氣長僅長90°。
這些同軸線路1041A、1041B分別經(jīng)匹配盒1044A、1044B與供電用的高頻電源45連接。從該高頻電源45輸出頻率為100MHz-8GHz的高頻波。通過由匹配盒44實現(xiàn)阻抗匹配，可以提高電功率的使用效率。
其次，說明圖1所示的蝕刻裝置的工作。
在載置臺22上面載置有基板21的狀態(tài)下，使處理容器11達到例如0.1-10Pa左右的真空度。其次，邊維持該真空度，邊從等離子體氣體供給噴嘴16供給Ar作為等離子體氣體，對從處理氣體供給噴嘴17來的CF4等蝕刻氣體進行流量控制來供給。
在向等離子體11內(nèi)供給等離子體氣體及蝕刻氣體的狀態(tài)下，對平板型天線1030的導體板1032上的2個供電點P、Q以等振幅電壓供電。這時，因同軸線路1041B的電氣長比同軸線路1041A僅長90°，所以供電點Q的供電相位可以比供電點P僅延遲90°。
供電至供電點P的電流在X軸方向諧振，以與用圖38A、38B說明的相同的原理，發(fā)射與X軸平行的直線極化波的高頻波。另一方面，供電至供電點Q的電流在Y軸方向諧振，同樣地發(fā)射與Y軸平行的直線極化波的高頻波?？墒?，與該Y軸平行的直線極化波比與X軸平行的直線極化波相位落后90°。這二種直線極化波，幅射相等，在空間正交，且相位相差90°，所以形成圓極化波。如圖2B所示，向Z軸正方向為右旋圓極化波。
這樣，從平板型天線1030發(fā)射的高頻波成為圓極化波，透過介電體板12導入處理容器11內(nèi)。通過該高頻波在處理容器11內(nèi)形成電場，使Ar電離，從而在處理對象的基板21的上部空間A生成等離子體。
在該蝕刻裝置中，因為在載置臺22上負電位偏置，所以從生成的等離子體引出離子，對基板21進行蝕刻處理。
圖3A、3B是平板型天線1030構成的取時間平均的電場分布的概念圖。圖3A示出XZ面的電場分布，圖3B示出YZ面的電場分布。如上述所示，因為該平板型天線1030發(fā)射的高頻波為圓極化波，所以其電場分布如圖3A、3B所示，在XZ面及YZ面上形成同樣的大致均勻的分布。如果與圖39A、39B所示的常規(guī)的平板型天線構成的電場分布加以比較，則可知電場分布得到改善。
因為通過由具有這樣的空間分布的電磁場生成等離子體，等離子體分布也均勻化，所以可以在基板21的全區(qū)域上以均勻的速度進行蝕刻處理。
導體板1032的平面形狀除了圖2A所示的正方形之外，也可以是圓形等90°旋轉對稱形狀(在圍繞導體板1032的中心軸90°旋轉時重疊的形狀)。但是在圓形的情況下，可以取直徑大約為1.17λg/2。
進一步說，導體板1032的平面形狀也可以是長方形等、從其中心看正交的二方向的長度各異的形狀。這時，如果由2個供電點P、Q的供電相位差不是90°，則可以通過上述二方向的長度加以調整。
在圖1所示的蝕刻裝置中，向圖2B所示的Z軸正方向發(fā)射右旋圓極化波，然而在幅射左旋圓極化波中，相反地，也可以使同軸線路1041A的電氣長比同軸線路1041B僅長90°。
如圖4所示，也可以使構成平板型天線的地板1031及導體板1032在與由陶瓷等構成的介電體板34對置的二面上形成。據(jù)此，可以使平板型天線小型化。
平板型天線發(fā)射的高頻波也可以不是完全的圓極化波。如果定義如圖5所示的長軸長度為2a、短軸長度為2b的圓極化波的極化率為b/a(×100)％，則通過生成極化率50％以上、優(yōu)選70％以上的圓偏極化波，可以改善等離子體的分布。
在這里，簡單說明圓極化波的極化率的調整方法。
首先，相互正交的2個直線極化波的相位差為90°，然而在振幅值相互不同時，如果對2個直線極化波表示為asin(ωt+π/2)，bsin(ωt)，則極化率只通過振幅值比b/a(×100)％求得。因此，為了得到70％以上的極化率，可使振幅值比為70％以上。
在相互正交的2個直線極化波的振幅值相等，然而在相位差不是90°時，如果表示2個直線極化波為sin(ωt-θ)、sin(ωt)，則在相位差θ為90°附近值時的極化率的相位差依存性變?yōu)槿鐖D6所示。因此，為了得到70％以上的極化率，可以使相位差調整在大約70°-110°左右。
(第2實施方式)其次，說明本發(fā)明的第2實施方式。在第1實施方式中，對平板型天線1030的二點進行供電，并發(fā)射圓極化波，然而也可以通過只1點供電來發(fā)射圓極化波。
圖7是示出本發(fā)明的第2實施方式的蝕刻裝置結構的圖。在該圖上對與圖1同一部分用同一符號示出，適宜省略其說明。
圖7所示的平板型天線1230具有地板1231、構成諧振器的導體板1232、和使該導體板1232的中心O與地板1231連接的導體柱233。
圖8是示出導體板1232一構成例的俯視圖，示出在從下看圖7中的導體板1232時的平面形狀。在該圖中，與圖2A、2B相同的部分用同一符號示出，適宜省略其說明。
該導體板1232的平面形狀作成使圓1232A的周緣區(qū)域的一部分為缺口的形狀。如果更詳細地說，使圓周和Y軸交叉的附近的2區(qū)域作成矩形狀缺口的形狀。缺口面積也可以為圓1232A面積的3％左右。導體板1232在X軸方向的長度為1.17×λg/2，Y軸方向長度為1.17×λg/2-2d。
供電點V設置在與X軸、Y軸呈45°角度交叉的直線上的一點上。如圖7所示，該供電點V連接有與高頻電源45相接的同軸線路1041的內(nèi)部導體1043。
通過高頻電源45供給至導體板1232的供電點V的電流在X軸方向及Y軸方向各自獨立流動。因為這時Y軸方向的長度比1.17×λg/2只短2d，所以電磁場的介電常數(shù)變大，Y軸方向流動的電流的相位延遲。通過設定2d的值和缺口長度使該相位落后90°，導體板1232的X軸方向及Y軸方向上能以90°的相位差流過電流，所以可以通過插板式天線1230發(fā)射圓極化波。
供電點V在以與X軸、Y軸呈45°角度交叉的直線上的一點上設置，然而也可以不是完全的圓極化波，可在X軸方向和Y軸方向所夾持的方向上的某一點上設置供電點。
導體板1232的平面形狀不限于圖8所示的形狀，也可以至少是從導體板1232的中心O看正交的二方向的長度不同的形狀。因此，可以是例如圖9A所示那樣的橢圓形。也可以是如圖9B所示那樣的、長邊的長度L1大致為λg/2、短邊的長度L2大致不足λg/2的矩形。
如第1實施方式所示，可以在地板1231和導體板1232之間，與圖4同樣地配置由陶瓷等構成的介電體板。據(jù)此，可以使平板型天線小型化。
以上，將第一發(fā)明的等離子體裝置用于蝕刻裝置的情況為例加以說明，然而不消說也可以用于例如等離子體CVD裝置等其它等離子體裝置。
如以上說明所示，第一發(fā)明的等離子裝置使用包含構成諧振器的導體板和與該導體板對置配置的地板的天線，使由該天線發(fā)射的高頻波為圓極化波。據(jù)此，因為處理容器內(nèi)的電磁場的空間分布比常規(guī)方式更均勻，所以可以使等離子體分布也比常規(guī)方式更加均勻化。
以下，參照附圖，根據(jù)本發(fā)明中的第二發(fā)明，詳細說明發(fā)明的實施方式。在這里，對將第二發(fā)明的等離子體處理裝置用于蝕刻裝置的情況為例加以說明。
(第3實施方式)圖10是示出本發(fā)明的第3實施方式的蝕刻裝置一部分結構的截面圖。
圖10所示的蝕刻裝置具有上部開口的圓筒形狀的處理容器11。該處理容器11通過鋁等的導電部件形成。
在處理容器11的上部開口配置由厚度20～30mm左右的石英玻璃或陶瓷(例如Al2O3或AlN)等形成的介電體板12。在處理容器11和介電體板12之間的接合部將O型環(huán)等密封部件13介于其間，據(jù)此確保處理容器11內(nèi)部的氣密性。
在處理容器11的底部上設置由陶瓷等構成的絕緣板14。此外，設置貫通該絕緣板14及處理容器11底部的排氣口15，通過與該排氣口15連通的真空泵(未圖示)，可以使處理容器11內(nèi)達到所希望的真空度。
在處理容器11的側壁，上下設置用于將Ar等等離子體氣體導入處理容器11內(nèi)的等離子體氣體供給噴嘴16，和用于導入蝕刻氣體的處理氣體供給噴嘴17。這些等離子體氣體供給噴嘴16以及處理氣體供給噴嘴17由石英管等形成。
在處理容器11內(nèi)收容有在其上面(載置面)上載置有蝕刻對象的基板(被處理體)21的載置臺22。該載置臺22通過貫通處理容器11底部的升降軸23進行支持，而可上下移動自如。載置臺22還經(jīng)匹配盒25與偏置用的高頻電源26連接。該高頻電流26的輸出頻率為幾百kHz～十幾MHz范圍內(nèi)的預定頻率。為了確保處理容器11內(nèi)的氣密性，在載置臺21和絕緣板14之間設置波紋管24，以包圍升降軸。
在介電體板12的上部，配置天線2030，它經(jīng)該介電體板12將高頻電磁場供給到處理容器11內(nèi)。該天線2030通過介電體板12被處理容器隔離，為在處理容器11內(nèi)生成的等離子體所保護。此外，因為介電體板12及天線2030的周圍通過密封材料18覆蓋，所以從天線2030發(fā)射的電磁場不會漏泄到蝕刻裝置的外部。
圖11是示出從下看圖10的天線2030時的平面結構及其供電系的一構成例的圖。該天線2030組合具有各自俯視為梯形的導體板2032的4個單極平板型天線2030A、2030B、2030C、2030D。如果將導體板2032的平行二邊中的短邊及長邊分別稱為端2032A及2032B，則平板型天線2030A～2030D以導體板2032端2032A向著內(nèi)側，以端2032B端向著外側，圍繞天線2030的中心O等分配置。而且，如圖10所示，以導體板2032側為下，使其與介電體板12對置地配置。
為了對平板型天線2030A-2030D分別供電，使用同軸線路2041A、2041B、2041C、2041D。
構成天線3030的4個平板型天線2030A-2030D都作成同樣的結構。在這里，平板型天線2030A-2030D總稱為平板型天線2030X(X為A、B、C、D)。此外，同軸線路2041A-2041D總稱為同軸線路2041X(X為A、B、C、D)。圖12A、12B是示出平板型天線2030X結構的圖。在這里，圖12A為立體圖，圖12B是示出坐標系的圖。
平板型天線2030X，如圖12A所示，具有由接地的導體板構成的地板2031、構成諧振器的俯視為梯形的導體板2032、和將該導體板2032的端2032A與地板2031連接的導體構件2033。
在這里，為了說明的方便，如下所示設定坐標系。即，將導體板2032的梯形的高度方向取作X軸，將與上述梯形的平行2邊平行的方向取作Y軸，從地板2031向導體板203二方向的導體板2032的法線方向取作Z軸。
構成諧振器的導體板2032對地板2031平行地對置配置。該導體板2032如上述所示作成梯形，如果令在該導體板2032和地板2031之間的電磁場波長為λg，則梯形高度(即，與端2032A正交的X軸方向的長度)設定為約λg/4。優(yōu)選導體板2032的端32B的長度不足約λg/2。
連接導體板2032端2032A與地板2031的導體構件2033是相對地板2031垂直地直立設置的板狀構件。該導體構件2033的Y軸方向長度與導體板2032的端2032A的長度相等，優(yōu)選Z軸方向長度(即高度)為5～50mm左右。
因為導體板2032的端2032A通過導體構件2033與地板2031短路，所以，即使在從同軸線路2041X供電的情況下，在端2032A的電位也固定在0(零)。因此，將端2032A稱為固定端2032A。另一方面，因為和該固定端2032A離開λg/4并對置的端32B被開放，所以稱為開放端32B。
地板2031是與平板型天線2030A-2030D的各天線共同的構件，作成與介電體板12相同的圓形。
以上的地板2031、導體板2032及導體構件2033由銅或鋁等形成。
在這里，對通過平板型天線2030X產(chǎn)生的電磁場的發(fā)射原理加以說明。圖13A、13B是其說明圖。圖13A是示出導體板2032的圖，圖13B是示出導體板2032的X軸方向的電壓分布的圖。
導體板2032的固定端2032A的電位固定在0(零)，可是因為導體板2032的X軸方向的長度為λg/4，所以由高頻電源45供給至導體板2032的電流與在導體板2032的X軸方向的長度為λg/2的情況同樣地動作，在X軸方向諧振并成為駐波。這時，電壓波形重復如圖13B的實線和虛線所示那樣的變化。
在導體板2032的開放端32B的電壓為正時，電力線如圖13A的實線所示，從導體板2032指向地板2031，相反，在開放端32B的電壓為負時，電力線如圖13B的虛線所示地從地板2031指向導體板2032。因此電力線方向與位移電流的方向相同，所以重復接照圖13A的實線和虛線那樣變化的磁流沿開放端2032B與Y軸平行地發(fā)生。因為以該磁流作為波源，發(fā)射電磁波，所以該電磁場成為與X軸平行的直線極化波。
因為該平板型天線2030X作為磁流形成部發(fā)揮功能的開放端32B的長度較長，所以電磁場的發(fā)射效率好。如果從該發(fā)射效率的觀點來說，則導體板2032的Y軸方向的長度越長越好。為了減少平板型天線2030X的與X軸平行的側面上形成的磁流影響，優(yōu)選取導體板2032在Y軸方向長度在λg/8以上。
另一方面，如圖12A所示，同軸線路2041X的外部導體2042X(X為A、B、C、D)與地板2031連接，同軸線路2041X的內(nèi)部導體(供電線)43X(X為A、B、C、D)貫通地板2031的開口部，與導體板2032上的供電點P連接。該供電點P設定在離開導體板2032的固定端2032A的地點上，然而如果考慮阻抗匹配，則希望設定在導體板2032的中心附近。
如圖11所示，與平板型天線2030A～2030D分別連接的同軸線路2041A-2041D與供電用高頻電源45連接?？墒牵S線路2041A-2041D的電氣長以同軸線路2041A作為基準，各變長90°。即如果令同軸線路2041A的電氣長為θ，則同軸線路2041B、2041C、2041D的電氣長分別為θ+90°、θ+180°、θ+270°。據(jù)此，通過每90°偏差的相位，對各平板型天線2030A～2030D進行供電。這時，對各平板型天線2030A～2030D的供電的功率相等。
供電用的高頻電源45的輸出頻率取大約為100MHz-8GHz的范圍內(nèi)的預定頻率。通過在同軸線路2041A-2041D各自插入匹配盒2044A、2044B、2044C、2044D，實現(xiàn)阻抗匹配，可以提高電功率的使用效率。
其次，說明圖10所示的蝕刻裝置。
在載置臺22上面載置基板21的狀態(tài)下，使處理容器11內(nèi)達到例如0.01～10Pa左右的真空度。邊維持該真空度，邊從等離子體氣體供給噴嘴16供給Ar作為等離子體氣體，對從處理氣體供給噴嘴17來的CF4等的蝕刻氣體進行流量控制來進行供給。
在供給等離子體氣體及蝕刻氣體至處理容器11內(nèi)的狀態(tài)下，開始從高頻電源45供電給天線2030。這時，以每相差90°的不同相位分別供電給平板型天線2030A-2030D。
圖14是示出某瞬間平板型天線2030A-2030D所形成的磁流狀態(tài)的概念圖。因為對平板型天線2030A、2030C的供電相位差為180°，所以平板型天線2030A、2030C形成與Y軸平行同向的磁流。因此從平板型天線2030A、2030C發(fā)射與X軸平行的同相位的直線極化波。同樣地，因為對平板型天線2030B、2030D的供電相位差為180°，所以從平板型天線2030B、2030D發(fā)射與Y軸平行的同相位的直線極化波。可是，因為對平板型天線2030A、2030B(或2030C、2030D)的供電相位差為90°，所以X軸方向的直線極化波與Y軸方向的直線極化波的相位差為90°。這兩個直線極化波的振幅相等，空間正交，可是因為相位相差90°，所以形成圓極化波。
這樣一來，從天線2030發(fā)射的電磁場形成圓極化波，透過介電體板12導入處理容器11內(nèi)。而且通過在處理容器11內(nèi)形成電場使Ar電離，在處理對象的基板21的上部空間A上生成等離子體。該等離子體向處理容器11內(nèi)進行擴散，通過在載置臺22上所加的偏置電壓控制等離子體的能量或各向異性，并在蝕刻處理中加以利用。
通過平板型天線2030A、2030C(或平板型天線2030B、2030D)所發(fā)射的直線極化波產(chǎn)生的電場強度分布有與圖39A、39B相同的偏移，通過形成圓極化波并使電場圍繞與載置臺22上面垂直的軸旋轉，因為由該電場生成的等離子體的分布也旋轉，所以以時間平均較常規(guī)方式更均勻的蝕刻處理是可能的。
在這里，示出使用4個平板型天線2030A-2030D使電磁場為圓極化波的實例，如果平板型天線2030X的數(shù)為2個以上，則可以生成圓極化波。
供給至處理容器11內(nèi)的電磁場也可以不是完全的圓極化波。如果將如圖15所示的長軸長度為2a、短軸的長度為2b的圓極化波的極化率定義為b/a(×100)％，則通過生成極化率為50％以上，優(yōu)選為70％以上的圓極化波，可以改善處理面內(nèi)的均勻性。
在這里簡單地說明圓極化波的極化率的調整方法。
首先，相互正交的2個直線極化波的相位差為90°，然而在振幅值相互不同的情況下，如果2個直線極化波表示為asin(ωtπ/2)、bsin(ωt)，則極化率只由振幅比b/a(×100)％求得。因此，為了得到70％以上的極化率，可以使振幅值比在70％以上。
相互正交的2個直線極化波的振幅值相等，而在相位差不是90°的情況下，如果使2個直線極化波表示為sin(ωt-θ)、sin(ωt)，則在相位差θ為90°附近的值時的極化率的相位依存性如圖16所示。因此，為了得到70％以上的極化率，也可以將相位差值θ調整在70°～110°左右。
使圖12A所示的平板型天線2032X的導體板2032為俯視梯形，然而也可以是具有直線狀的固定端2032A、與該固定端2032A正交的X方向的長度為約λg/4的形狀。因此，也可以是俯視矩形或半圓形。正如后揭示的圖18所示，也可以使用導體板的開放端為圓弧狀的平板型天線。此外，開放端及固定端雙方也可以是圓弧狀。
在構成平板型天線2030X的地板2031和導體板2032之間也可以配置介電體板。據(jù)此，因為在導體板2032和地板2031之間的電磁場波長λg變短，所以可以使平板型天線2030X小型化。
(第4實施方式)其次，說明圖12A所示的平板型天線2030X的變形例。圖17A、17B是示出其變形例構成的圖。圖17A是平板型天線2030X的立體圖，圖17B是示出坐標系的圖。在該圖上，與圖12A、12B相同的部分用同一符號表示，適宜省略其說明。
圖17A示出的平板型天線2130X是在圖12A中示出的平板型無線2030X中使導體板2032的開放端2032B向地板2031的方向彎曲，使導體構件2033的一部分為缺口，變細。
以下進行詳細說明。在該平板型天線2130X中，構成諧振器的導體板2132在X軸方向的長度為約λg/8以上、約不足于λg/4。
在另一方面，在導體板2132上，連接有從開放端2132B向著地板2031的導體板2134。該導體板2134在Y軸方向的長度與導體板2132是相同的，Z軸方向的長度比導電構件2133更短。因此，導體板2134的前端不與地板2031接觸。該導體板2134由與導體板2132等相同的材料，即銅或鋁形成。
將導體板2132的固定端2132A與地板連接的導體構件2133在Y軸方向的長度也比導體板2132短。
如果供電給這樣構成的平板型天線2130X，則在導體板2134和地板2031之間形成大電容。在細的導電構件2133上形成大的電感。因為通過這樣設計，使該電容和電感抵消，可以使導體板2132在X軸方向的長度縮短到λg/8，所以可以使平板型天線小型化。相反，因為通過同一天線尺寸，可以發(fā)射更低頻率的電磁場，所以通過處理容器11的口徑可以增加受到天線尺寸制約的蝕刻裝置的設計自由度。
可是，因為該平板型天線2130X可以發(fā)射與圖12A所示的平板型天線2030X相同的電磁場，所以即使使用該平板型天線2130X構成供給電磁場的天線，也可以得到與通過第3實施方式的蝕刻裝置處理相同程度的面內(nèi)均勻性。
(第5實施方式)第3實施方式的蝕刻裝置是用多個平板型天線2030X，使供給直處理容器11內(nèi)的電磁場為圓極化波，然而第3實施方式的蝕刻裝置使上述電磁場為近似TM01模式。由于第3實施方式的蝕刻裝置中與圖10相當?shù)臉嫵膳c第3實施方式是同樣的，所以省略其說明。
圖18是示出在本發(fā)明第5實施方式的蝕刻裝置中使用的天線2230的平面構成及其供電系統(tǒng)的一構成例的圖。在該圖中，與圖11相同的部分具有同一符號，適宜省略其說明。
該天線2230組合4個單極平板型天線2230A-2230D。這些平板型天線2230A-2230D作為全體為與圖12A所示的平板型天線2030X同樣的構成，然而在構成諧振器的導體板2232的開放端2232B作成圓弧狀這一點上不同。使其開放端2232B向外側將4個平板型天線2230A-2230D圍線天線2230的中心O等分配置時，連系開放端2232B的線優(yōu)選為大致圓形。這時，從各平板型天線2230A-2230D的固定端2232直到開放端2232B的長度在X軸或Y軸上為(1.17±0.05)×λg/4左右。
為了對各個平板型天線2230A-2230D的供電，使用同軸線路2241A、2241B、2241C、2241D。這些同軸線路2241A-2241D的電氣長與同軸線路2041A-2041D的情況不同，全部同長。因此，對平板型天線2230A-2230D全部同相位供電。
圖19是示出某瞬間平板型天線2230A-2230D所形成的磁流狀態(tài)的概略圖。因為向平板型天線2230A-2230D進行同相位供電，所以平板型天線2230A-2230D分別沿其開放端2232B形成同方向的磁流。因為該磁流在同一圓周上形成，所以以該磁流作為波源的電磁場的電場以天線2230的中心作為中心，大致呈幅射狀分布。在這里將表示這樣的電場分布的電磁場模式稱為近似TM01模式。在該近似TM01模式的XZ面及YZ面上的電場強度分布分別如圖20A、20B所示，大致為均勻分布。如果進行圖14所示的偶極子動作的單一平板型天線所構成的電場強度分布加以比較，則可以看到改善了通過圖18所示的天線2230產(chǎn)生的電場強度分布。
因為通過由具有圖20A、20B所示的均勻空間分布的電場生成等離子體，可以使等離子體分布均勻化，所以能以均勻速度在基板21的全區(qū)域上進行蝕刻處理。
在這里示出使用4個平板型天線2230A-2230D使電磁場為近似TM01模式的例子，然而如果導體板2232的開放端2232B為圓弧狀的平板型天線，如果其數(shù)在2個以上，則可以形成近似TM01模式。此外，使用3個以上如圖12A所示的導體板2032的開放端32B為直線狀的平板型天線2030X，也可以構成天線。
為了使從圖19所示的天線2230發(fā)射的電磁場與完全的TM01模式接近，則也可以使各平板型天線2230A-2230D間的間隙更小。
也可以在構成平板型天線2230A-2230D的地板2031和導體板2232之間配置介電體板。
也可以用圖17A所示那樣構成的平板型天線。這時，可以使導體板2132的開放端2132B為圓弧狀。這時，從固定端2132A直到開放端2232B的長度在X軸或Y軸上為約1.17×λg/8以上，不足約1.17×λg/4。
以上，以第二發(fā)明的等離子體處理裝置用于蝕刻裝置的情況為例加以說明，然而，不消說也可以適用于例如等離子體CVD裝置等其它等離子體處理裝置。
正如以上說明所示，在第二發(fā)明的等離子體處理裝置中使用由多個單極天線構成的天線，將圓極化的電磁場供給到處理容器內(nèi)。因為通過圓極化波使電磁場圍繞與載置臺的載置面垂直的軸旋轉，而由該電磁場生成的等離子體的分布也旋轉，所以使按時間平均比常規(guī)方式更均勻的等離子體處理成為可能。
使用由多個單極天線構成的天線，將近似TM01模式的電磁場供給到處理容器內(nèi)。由于近似TM01模式的電場以與載置臺的載置面垂直的軸為中心大致呈幅射狀分布，所以可以改善與上述載置面平行的平面內(nèi)的等離子體分布的均勻性。據(jù)此，使比常規(guī)方式更均勻地進行等離子體處理成為可能。
通過使用平板型天線作為單極天線，可以提高電磁場的發(fā)射效率。
以下，參照附圖，根據(jù)本發(fā)明中的第三發(fā)明，詳細說明實施方式。在這里，對第三發(fā)明的等離子體裝置使用于蝕刻裝置的情況為例加以說明。
(第6實施方式)圖21是示出本發(fā)明的第6實施方式中的蝕刻裝置結構的圖。在該圖21中，對一部分構造示出截面結構。
圖21所示的蝕刻裝置具有上部開口的圓筒形狀的處理容器11。該處理容器11由鋁等導電構件形成。
在處理容器11的上部開口上配置由厚度20～300mm左右的石英玻璃或陶瓷(例如Al2O3、AlN等)等構成的介電體板12。在處理容器11和介電體板12的接合部，O型環(huán)等密封部件13介于其內(nèi)，據(jù)此，確保處理容器11內(nèi)部的氣密性。
處理容器11的底部上設置由陶瓷等構成的絕緣板14。此外，設置貫通該絕緣板14及處理容器11底部的排氣口15，通過與該排氣口15連通的真空泵(未圖示)可以使處理容器11內(nèi)達到所希望的真空度。
在處理容器11的側壁上，上下地設置用于向處理容器11內(nèi)導入Ar等的等離子體氣體的等離子體氣體供給噴嘴16，和用于導入蝕刻氣體的處理氣體供給噴嘴17。等離子體氣體供給噴嘴16及處理氣體供給噴嘴17由石英管等形成。
在處理容器11內(nèi)收容了其上面載置了蝕刻對象的晶片等的基板21的載置臺22。該載置臺22通過貫穿處理容器11底部的升降軸23得到支持，從而上下移動自如。載置臺22還經(jīng)匹配盒25與偏置用的高頻電源26連接。該高頻電源26的輸出頻率為數(shù)百kHz～十幾MHz左右。為了確保處理容器11內(nèi)的氣密性，所以在載置臺22和絕緣板14之間設置波紋管24，以包圍升降軸23。
在介電體板12的上部配置經(jīng)該介電體板12向處理容器11內(nèi)供給高頻電磁場的平板型天線3030。該平板型天線3030通過介電體板12與處理容器11隔離，為處理容器11內(nèi)生成的等離子體所保護。此外，因為介電體板12及平板型天線3030的周圍通過密封材料18進行覆蓋，所以從平板型天線3030發(fā)射的高頻波不會泄漏到蝕刻裝置的外部。
在平板型天線3030的供電中使用同軸線路3041。該同軸線路3041經(jīng)匹配盒3044與供電用高頻電源45連接。該高頻電源45的輸出頻率大約為100MHz～8GHz。通過匹配盒3044實現(xiàn)阻撓匹配，可以提高電功率的使用效率。
圖22A、22B是示出圖21所示的平板型天線3030構成的圖。在這里，圖22A是平板型天線3030的立體圖，圖22B是示出坐標系的圖。
平板型天線3030是單極平板型天線，如圖22A所示，具有由接地的導體板構成的地板3031、構成諧振器的俯視為矩形的導體板3032、和將該導體板3032一端3032A與地板3031連接的導體構件3033。
在這里，為了說明的方便，如下所示地設定正交坐標系。即，設定Y軸與導體板3032一端3032A平行，設定X軸與鄰接于該端3032A的另一端平行，設置Z軸為從地板3031向導體板3032的方向上。
構成諧振器的導體板3032如上述所示為矩形。如果令平板型天線3030內(nèi)的電磁場的波長為λg，則導體板3032在X軸方向的長度設定在約λg/4。希望導體板3032在Y軸方向的長度不足約λg/2。該導體板3032相對于地板3031平行對置地配置。
將導體板3032的端3032A與地板3031連接的導體構件3033是相對于地板3031垂直地豎立設置的板狀構件。該導體構件3033在Y軸方向的長度與導體板3032在Y軸方向的長度相等，Z軸方向的長度(即高度)期望為5～50mm。
因為導體板3032的端3032A通過導體構件3033與地板3031短路，所以端3032A的電位固定在O(零)。因此，將端3032A稱為固定端3032A。另一方面，因為與該固定端3032A對置的端3032B被開放，所以稱為開放端3032B。
以上的地板3031、導體板3032及導體構件3033通過銅或鋁等形成。這樣構成的平板型天線3030，如圖21所示配置，使導體板3032為下，與介電體板12對置。
如上述所示，為了平板型天線3030的供電使用同軸線路3041。如圖21所示，同軸線路3041的外部導體3042與地板3031連接，同軸線路3041的內(nèi)部導體(供電線)3043貫通地板3031的開口部，并與導體板3032上的供電點P連接。該供電點P設定在離開導體板的3032端3032A的地點上，然而如果考慮阻抗匹配，則如圖22A所示，希望設定在導體板3032中心附近。
其次，說明通過平板型天線3030產(chǎn)生的電磁波的發(fā)射原理。圖23A、23B是其說明圖。圖23是示出導體板3032的圖，圖23B是示出導體板3032在X軸方向的電壓分布的圖。
導體板3032的固定端3032A的電位固定在O(零)，可是因為導體板3032在X軸方向的長度為λg/4，所以由高頻電源45供給至導體板3032的電流與導體板3032在X軸方向的長度為λg/2的情況同樣地動作，在X軸方向諧振而成為駐波。這時，電壓波形重復如圖23B所示的變化。
在導體板3032的開放端3032B的電壓為正時，電力線從導體板3032指向地板3031，相反，開放端3032B的電壓為負時，電力線從地板3031指向導體板3032。因為電力線方向與位移電流的方向相同，所以，如圖23A所示，磁流與Y軸平行地發(fā)生。以該磁流作波源，從平板型天線3030在Z軸方向發(fā)射高頻波。
因為該平板型天線3030與常規(guī)使用的偶極子天線530比較，磁流形成部的長度(即，導體板3032在Y軸方向的長度)長，高頻波的發(fā)射效率好。如果從發(fā)射效率的觀點說，則導體板3032在Y軸方向的長度越長越好。為了減少平板型天線3030在與X軸平行的側面形成的磁流的影響，優(yōu)選令導體板3030在Y軸方向的長度為在λg/8左右。
其次，說明圖21所示的蝕刻裝置的工作。
在載置臺22的上面載置有基板21的狀態(tài)下，可以使處理容器11內(nèi)達到例如0.01～10Pa左右的真空度。其次，邊維持該真空度，邊從等離子體供給噴嘴16供給Ar作為等離子體氣體、從處理氣體供給噴嘴17供給CF4等蝕刻氣體并進行流量控制。
在將等離子體氣體及蝕刻氣體供給到處理容器11內(nèi)的狀態(tài)下，一旦對平板型天線3030供電，則如上述所示從平板型天線3030發(fā)射高頻波。因為平板型天線3030的上方向通過地板3031、或橫方向通過密封材料16進行遮蔽，所以該高頻波透過介電體板12導入處理容器11內(nèi)。而且，通過在處理容器11內(nèi)形成電場使Ar電離，在處理對象的基板21的上部空間A生成等離子體。該等離子體向處理容器11內(nèi)進行擴散，通過在載置臺22上所加的偏置電壓控制等離子體的能量或各向異性，并用于蝕刻處理。
在該蝕刻裝置內(nèi)使用的平板型天線3030是單極天線，與常規(guī)使用的偶極子天線530比較，可以使天線尺寸小型化。例如以λg/4方形形成諧振器的導體板時，可以利用常規(guī)方式不能利用的口徑L約為λg/4～λg/2的處理容器或頻率約為C/(4L)～C/(2L)的高頻波。這樣一來，可以增大由天線尺寸限制的蝕刻裝置的設計自由度。
圖22A所示的平板型天線3030的導體板3032為俯視矩形，可具有大致直線狀的固定端，與該固定端3032正交的方向(X軸方向)的長度可以為約λg/4。在這里，所謂的大致直線狀指的不僅是直線，也包含緩慢變化的曲線的概念。在固定端3032A是緩慢變化的曲線時，與該固定端3032A對置的開放端3032B也可以使固定端3032A平行移動，而成為重疊的形狀。導體板3032也可以為俯視梯形或半圓形。
如圖24所示，在構成平板型天線3030A的地板3031和導體板3032之間配置介電體板3035。因為據(jù)此導體板3032上的電磁場波長λg變短，所以可以使平板型天線更加小型化。
(第7實施方式)其次，說明圖21所示的平板型天線3030的變形例。圖25A、25B是示出其變形例構成的圖。圖25A是立體圖，圖25B是示出坐標系的圖。在這些圖中，與圖22A、22B相同的部分用相同符號表示，適當省略其說明。
圖25A所示的平板型天線3130是在圖21所示的平板型天線3030中，使導體板3032的開放端3032B向地板3031方向彎曲，使導體構件3033的一部分成缺口而變細。
以下，進行詳細說明。在該平板型天線3130中，構成諧振器的導體板3132在X軸方向的長度為約λg/8以上，而不足約λg/4。
在其一方面，從開放端3132B向地板3031方向的導體板3134與導體板3132連接。該導體板3134在Y軸方向長度與導體板3132相同，在Z軸方向的長度比導體構件3133更短。因此，導體板3134的前端并不與地板3031連接。該導體板3134通過與導體板3132等相同的材料，即由銅或鋁等形成。
使導體板3132的固定端3132A與地板連接的導體構件3133在Y軸方向的長度比導體板3132更短。
如果給這樣構成的平板型天線3130供電，則在導體板3134和地板3031之間形成大的電容。通過設計使該電容和電感抵消，則可以使導體板3132在X軸方向的長度縮短至λg/8左右。
該平板型天線3130是比圖21所示的平板型天線3030更小型，然而，可以發(fā)射與平板型天線3030同等的高頻波。
即使在該平板型天線3130中，通過在地板3031和導體板3132之間配置圖24所示的介電體板3035，可以使平板型天線進一步小型化。
在以上，對在蝕刻裝置中使用第三發(fā)明的等離子體裝置的情況為例加以說明，然而不消說也可以適用于例如等離子體CVD裝置等其它等離子體裝置。
如以上說明所示，第三發(fā)明的等離子體裝置通過單極天線構成將高頻電磁場供給至處理容器內(nèi)的天線，使天線小型化，可以增大由天線尺寸限制的等離子體裝置的設計自由度。
通過用平板型天線作為單極天線，可以提高高頻波的發(fā)射效率。
以下，參照附圖，根據(jù)本發(fā)明中的第四發(fā)明，詳細說明實施方式。在這里，對在蝕刻裝置中使用第四發(fā)明的等離子體裝置的情況為例，加以說明。
(第8實施方式)圖26是示出本發(fā)明的第8實施方式的蝕刻裝置結構的圖。在該圖26上對一部分構成示出截面構造。
圖26所示的蝕刻裝置具有上部開口的圓筒形狀的處理裝置11。該處理裝置11由鋁等導電構件形成。
在處理容器11的上部開口上配置厚度20～30mm左右的由石英玻璃或陶瓷(Al2O3或AlN等)等構成的介電體板12。在處理容器11和介電體板12之間的接合部，O型環(huán)等密封部件13介于其內(nèi)，據(jù)此確保處理容器11內(nèi)部的気密性。
在處理容器11的底部設置由陶瓷等構成的絕緣板14。此外，設置貫通該絕緣板14及處理容器11底部的排氣口15，通過與該排氣口15連通的真空泵(未圖示)，可以使處理容器11內(nèi)達到所希望的真空度。
在處理容器11的側壁上，上下設置用于將Ar等的等離子體氣體導入處理容器11內(nèi)的等離子體氣體供給噴嘴16和用于導入蝕刻氣體的處理氣體供給噴嘴17。等離子體氣體供給噴嘴16和處理氣體供給噴嘴17由石英管等形成。
在處理容器11內(nèi)收容有在載置面上載置的蝕刻對象的基板(被處理體)的載置臺22。該載置臺22通過貫通處理容器11底部的升降軸而得到支持，從而上下移動自如。載置臺22經(jīng)匹配盒25連接偏置用的高頻電源26。該高頻電源26的輸出頻率為數(shù)百kHz～十幾MHz范圍內(nèi)的預定頻率。為了確保處理容器11內(nèi)的氣密性，在載置臺22和絕緣板14之間設置波紋管24，以包圍升降軸23。
在介電體板12的上部經(jīng)該介電體板12配置將高頻電磁場供給到處理容器11內(nèi)的平板型天線4030。該平板型天線4030通過介電體板12從處理容器11隔離，為在處理容器11內(nèi)生成的等離子體所保護。因為介電體板12及平板型天線4030周圍通過密封材料18覆蓋，所以從平板型天線4030來的高頻電場不會泄漏到蝕刻裝置的外部。
平板型天線4030包含由接地的導體板構成的地板4031和構成諧振器的導體板(以下稱為平板件)4032。該平板件4032相對于地板4031以預定間隔對置配置，其間隔通過各自連接中心的短路銷4033得到保持。以上的地板4031、平板件4032及短路銷通過銅或鋁等形成。而且，平板型天線4030配置成，使平板件4032側為下，與載置臺22的載置面及介電體板12對置。
在平板型天線4030上進行二點供點。在該供電中使用2條同軸線路(第一供電線)4041A、4041B?？墒?，同軸線路4041B與同軸線路4041A相比電氣長長180°。在這里所謂的電氣長指的是用各自通過供電電力時的相位差來表示同軸線路4041A、4041B的長度，這時，意味著對平板型天線4030的供電相位差相差180°同軸線路4041A、4041B各自經(jīng)匹配盒4044A、4044B與供電用高頻電源45連接。該高頻電源45的輸出頻率為大約100MHz～8GHz范圍內(nèi)的規(guī)定頻率。匹配盒4044A、4044B分別插入同軸線路4041A、4041B內(nèi)，通過實現(xiàn)阻抗匹配，可以提高電功率的使用效率。
圖27A是從下看圖26的平板件4032時的俯視圖。平板件4032的平面形狀如圖27A所示，作成一邊長度L約為3×λg/2的正方形。λg是在平板件4032和地板4031之間的電磁場的波長，其值通過平板件4032和地板4031之間的介電常數(shù)決定。在這里，平板件4032的中心O處于坐標系的原點上，平板件4032的各邊分別與X軸、Y軸平行。
這時，平板件4032的2個供電點P、Q設置在X軸(第一直線)上從中心O，在相反方向離開約為λg/4的二點上。如圖26所示，同軸線路4041A、4041B的內(nèi)部導體4043A、4043B分別與各供電點P、Q連接，然而與供電點Q連接的同軸線路4041B比與供電點P連接的同軸線路4041A的電氣長只長180°，正如上述之所示。同軸線路4041A、4041B的外部導體4042A、4042B與地板4031連接。
在這里，參照圖27A-27C說明平板型天線4030的工作原理。
2條同軸線路4041A、4041B在平板件4032的X軸上連接，因為平板件4032在X軸方向的長度約為3×λg/2，所以從2條同軸線路4041A、4041B供給的電流在X軸方向諧振而成為駐波。這時，通過在2個供電點P、Q供電來規(guī)定駐波模式。X方向的電壓波形如圖27B所示，因為兩端為波腹，波數(shù)為3/2，所以在兩端的電壓變化為相互逆相位。因此，如圖27A所示，沿著與平板件4032的X軸方向的兩端，即與Y軸平行的2邊，從平板件4032的中心看產(chǎn)生逆向的磁流。即，在一方的磁流方向在Y軸的正方向(或負方向)時，另一方的磁流方向也成為Y軸的正方向(或負方向)。因此，在該平板型天線4030中，只激勵TM11模式，而不激勵TM01模式。再有，以2磁流作為波源，發(fā)射高頻波。
其次，說明圖26所示的蝕刻裝置。
在將基板21載置在載置臺22的載置面的狀態(tài)下，使處理容器11內(nèi)達到例如0.01～10Pa左右的真空度。其次，邊維持該真空度，邊從等離子體氣體供給噴嘴16供給Ar作為等離子體氣體，從處理氣體供給噴嘴17對CF4等的蝕刻氣體進行流量控制以進行供給。
在將等離子體氣體及蝕刻氣體供給至處理容器11內(nèi)狀態(tài)下，在平板型天線4030的2個供電點P、Q上以相互等振幅而且以180°相位差進行供電。據(jù)此，平板型天線4030有選擇地激勵TM11模式。因為在TM11模式中高頻電磁場的指向性為相對于平板件4032的主面(XY)垂直的Z軸方向，所以電磁場直接指向作為蝕刻對象的基板21的所在方向。
該電磁場使處理容器11內(nèi)的Ar電離，在基板21的上部空間50內(nèi)產(chǎn)生等離子體。該等離子體向處理容器11內(nèi)進行擴散，通過加在載置臺22上的偏置電壓控制等離子體的能量或各向異性。
因為在該蝕刻裝置中，如上述所示，電磁場直接指向基板21的方向，所以與圖41所示常規(guī)的蝕刻裝置比較，在對等離子體生成作貢獻前通過密封材料18或處理容器11降低變換成熱能的電功率，可以增加對等離子體生成作貢獻的功率。因此，可以比常規(guī)方式提高在等離子體生成之際的電功率效率。
在圖27A中，使2個供電點P、Q處于平板件4032的X軸上，據(jù)此，因為在平板件4032上Y軸方向上沒有電流流過，所以可以抑制從平板件4032與X軸平行的2邊的高頻波的發(fā)射?？墒?，在由該發(fā)射產(chǎn)生的影響在允許的范圍內(nèi)，也可以在從X軸向外的位置上設置供電點P、Q。
2個供電點P、Q設置在離開平板件4032的中心等距離的位置上，然而也可以在離開中心點O的距離各自不同的位置上設置供電點P、Q?？墒?，因為在與駐波波節(jié)的位置上電位為O(零)，所以在該位置或其近旁上設置供電點P、Q不是上策，優(yōu)選在從駐波波節(jié)的位置離開有λg/16以上的位置上設置供電點P、Q。
此外，也可以通過二點供電規(guī)定在平板件4032上產(chǎn)生的駐波模式，所以不必要一定取2個供電點P、Q間的距離d為λg/2，供電相位差為180°。也不必要使兩者有相關關系?？墒牵瑥纳鲜鲴v波節(jié)點和供電點P、Q之間的關系出發(fā)，供電點P、Q間的距離d優(yōu)選最小值為λg/8左右。
平板型天線4030的平板件4032一邊的長度L也可以是大致(N+1/2)×λg(N為0以上的整數(shù))。
平板件4032的平面形狀也可以不是正方形的矩形。這時，在X軸方向的長度L1≌(N+1/2)×λg時，Y軸方向的長度也可以取[(N’-1)+1/2]×λg＜L2＜(N’+1/2)×λg(N’為0≤N’≤N的整數(shù))。
平板件的平面形狀也可以如圖28所示的平板件4132那樣是圓形。這時，圓的直徑可以是大約1.17×(N+1/2)×λg。該尺寸是在上述大約(N+1/2)×λg內(nèi)包含的概念。圖28所示的L≌1.8×λg是N＝1的情況下的例。
如圖29所示，構成平板型天線4030的地板4031和平板件4032之間可以插入由陶瓷構成的介電體板4034。據(jù)此，可以使平板件小型化。這時，也可以不一定設置連接平板件4032和地板4031的短路銷4033。
在圖27中，假定在平板件4032的X軸上設置2個供電點P、Q，則如圖30所示，即使在與平板件4032的外周正交的2條以上直線(第一直線)X1、X2上各設置2個供電點(P1、Q1)，(P2、Q2)也沒有問題。此外，在圖30中省略了匹配盒的記載。
(第9實施方式)圖31是示出使用圖26所示的平板型天線4030生成圓極化波時的結構示意圖。在該圖中，與圖26、圖27A-圖27C相同的部分用同一符號示出，適宜省略其說明。
在生成圓極化波時，在構成諧振器的平板件4032上進一步還設置2個供電點R、S。這些供電點R、S設置在Y軸(第二直線)上從中心O在反對方向離開約λg/4的二點上。
各供電點R、S分別連接同軸線路(第二供電線)4041C、40C1D的內(nèi)部導體4043C、4043D，而與供電點S連接的同軸線路4041D比與供電點R連接的同軸線路4041C的電氣長只長180°。此外，同軸線路4041C、4041D比同軸線路4041A、4041B的電氣長分別只長90°。因此，對供電點R、S的供電相位差變?yōu)?80°，對供電點R、S比對供電點P、Q分別以落后90°的相位供電。此外，在同軸線路4041C、4041D上分別插入匹配盒4044C、4044D。
圖32A-32C是對圖31所示的4點供電的平板型天線4030工作原理的說明圖，在圖32A中示出在平板件4032的周圍產(chǎn)生的磁流，在圖31B上示出X軸上的電壓波形，在圖31C上示出Y軸上的電壓波形。
如果對平板件4032處于X軸上的2個供電點P、Q以等振幅供電，則與用圖27A-27C說明的相同原理，以與Y軸平行的2條磁流作為波源發(fā)射高頻波。該高頻波成為與Y軸平行的直線極化波。同樣，如果對平板件4032處于Y軸上的2個供電點R、S以等振幅供電，則以與X軸平行的2條磁流作為波源發(fā)射高頻波。該高頻波成為與Y軸平行的直線極化波。這時，因為對供電點Q、R分別比供電點P、Q以落后90°的相位供電，所以與Y軸平行的直線極化波比與X軸平行的直線極化波的相位落后90°。這兩條直線極化波的振幅相等，空間正交，可是因為相位有90°差，所以成為圓極化波。在這種情況下，對圖26垂直方向(Z軸的正方向)形成右旋圓極化波。
在如圖26、圖27A所示進行二點供電時，因為平板型天線4030所發(fā)射的高頻波成為與X軸平行的直線極化波，其電場分布如圖33A、33B所示。即，在XZ面上，如圖33A所示是比較均勻的，然而在YZ面上，如圖33B所示存在偏移。
即使如圖31所示地進行4點供電時，與X軸或Y軸平行的直線極化波本身電場分布存在偏移，然而通過生成圓極化波并使電磁場圍繞與載置臺22的載置面垂直的軸旋轉，由于由該電磁場生成的等離子體分布也旋轉，所以使時間平均的均勻的蝕刻處理成為可能。
作為進行4點供電生成圓極化波的情況，平板件4032的平面形狀也可以是正方形及圓形等90°旋轉對稱形狀(圍繞平板件4032的中心軸90°旋轉時的重疊形狀)，也可以是長方形等從其中心O看正交的二方向的長度各異的形狀。在后一情況下，供電點P、R及供電點Q、S的供電相位差不為90°，通過上述二方向的長度加以調整。即使在前者及后者的任一情況下，以直行的二方向的長度取大致為(N+1/2)×λg、(M+1/2)×λg(N、M為0以上的整數(shù))作為條件。
在圖31所示的4點供電方式構成為使在圖26的垂直方向(Z軸的正方向)成為右旋圓極化波，然而為了構成左旋圓極化波，也可以使同軸線路4041C、4041D的電氣長分別只比同軸線路4041A、4041B短90°。
平板型天線4030所發(fā)射的高頻波也可以不是完全的圓極化波。如果圖34所示的長軸長度為2a、短軸為2b的圓極化波的極化率定義為b/a(×100)％，則通過生成極化率50％以上、優(yōu)選70％以上的圓極化波，可以改善等離子體的分布。在這里，簡單說明圓極化波的極化率的調整方法。
首先，在相互正交的2個直線極化波的相位差為90°、而振幅值各異的情況下，如果用asin(ωt+π/2)、bin(ωt)表示2個直線極化波，則極化率只通過振幅值比b/a(×100)％求得。因此，為了得到70％以上的極化率，也可以使振幅值比為70％以上。
在相互正交的2個直線極化波的振幅值相等、而相位差不是90°的情況下，如果用sin(ωt-θ)、sin(ωt)表示2個直線極化波，則在相位差θ為90°附近的值時的極化率的相位依存性為如圖35所示。因此，為了得到70％以上的極化率，也可以調整相位差θ大約在70-110°左右。
與圖30同樣地，在2條直線X1、X2上各設置2個供電點(P1、Q1)、(P2、Q2)時，如圖36所示的平板件4132那樣，在直線X1、X2上分別正交的2條直線(第二直線)Y1、Y2上各設置2個供電點(R1、S1)、(R2、S2)。而且也可以以使在供電點P1、R1之間，供電點Q1、S1之間，供電點P2、R2之間，供電點Q2、S2之間的供電相位差為相同程度的方式供電。
以上，以將第四發(fā)明的等離子體裝置使用于蝕刻裝置的情況為例加以說明，然而不消說也可以使用于例如等離子體CVD裝置等其它等離子體裝置。
正如以上說明所示，在第四發(fā)明的等離子體裝置中，對天線進行二點供電并有選擇地激勵TM11模式。據(jù)此，因為高頻波直接指向配置被處理體的方向，所以，降低被處理容器等中所吸收的功率，從而可以增加對等離子體生成作貢獻的電功率。據(jù)此，可以提高等離子體生成之際的電力效率。
使從天線供給至處理容器內(nèi)的高頻波為圓極化波，通過使電磁場圍繞與載置被處理體的載置臺的載置面垂直的軸進行旋轉，由于由該電磁場生成的等離子體的分布也旋轉，所以可以改善取時間平均時的等離子體分布的均勻性。
這次公開的上述實施方式在所有點上都不受例示的限制。本發(fā)明的范圍不是上述的說明，而是通過權利要求的范圍示出，它包含著與權利要求的范圍均等意義及范圍內(nèi)的所有變更。
工業(yè)上利用的可能性上述各發(fā)明在半導體器件的制造中可以利用于氧化膜的形成或半導體層的結晶成長、蝕刻，此外用于進行拋光等處理的等離子體裝置中。因此，可以對半導體器件制造技術的進步作貢獻。
權利要求
1.一種等離子體裝置，設置有載置配置于氣密的處理容器(11)內(nèi)的被處理體(21)的載置臺(22)，和向與該載置臺對置配置的所述處理容器內(nèi)供給高頻波的天線(1030)，其特征在于，所述天線具有構成與所述載置臺對置配置的諧振器的導體板(1032)和與該導體板的所述載置臺相反一側對置配置的地板(1031)，對所述導體板供電，使所述高頻波為圓極化波。
2.根據(jù)權利要求1所述的等離子體裝置，其特征在于，對所述導體板供電，使所述高頻波為極化率在50％以上的圓極化波。
3.根據(jù)權利要求1所述的等離子體裝置，其特征在于，進而包含對所述導體板(1032)供電的2條供電線(1041A、1041B)。
4.根據(jù)權利要求3所述的等離子體裝置，其特征在于，所述的2條供電線分別供電，以發(fā)射振幅相等、相位相互相差90°、空間正交的2個直線極化波。
5.根據(jù)權利要求4所述的等離子體裝置，其特征在于，所述導體板的平面形狀是90°旋轉對稱的形狀，所述2條供電線離所述導體板中心大致等距離、而且從所述中心看分別與處于正交的二方向上的所述導體板上的二點連接，以等振幅、且相互相差90°的相位供電。
6.根據(jù)權利要求1所述的等離子體裝置，其特征在于，所述導體板的平面形狀是從所述導體板中心看正交的二方向的長度為不同的形狀，進而，在所述導體板上具有與處于所述二方向所夾持的方向上的一點連接、并對所述導體板供電的供電線。
7.根據(jù)權利要求6所述的等離子體裝置，其特征在于，所述導體板的平面形狀是使圓的周邊緣區(qū)域的一部分為缺口的形狀。
8.根據(jù)權利要求6所述的等離子體裝置，其特征在于，所述導體板的平面形狀是橢圓形或矩形。
9.一種等離子體處理裝置，設置有具有載置配置于氣密的處理容器(11)內(nèi)的被處理體(21)的載置面的載置臺(22)，和與該載置臺的載置面對置配置的、向所述處理容器內(nèi)供給高頻電磁場的天線(2030)，其特征在于，所述天線由多個單極天線構成，其結構為使所述電磁場形成圓極化波。
10.根據(jù)權利要求9所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述天線所發(fā)射的電磁場的極化率為50％以上。
11.一種等離子體處理裝置，設置有具有載置配置于氣密的處理容器(11)內(nèi)的被處理體(21)的載置面的載置臺(22)，和與該載置臺的載置面對置配置、向所述處理容器內(nèi)供給高頻電磁場的天線，其特征在于，所述天線由多個單極天線構成，其結構為使所述電磁場形成近似TM01模式。
12.根據(jù)權利要求9所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述多個單極天線的每一個是平板型天線。
13.根據(jù)權利要求12所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述平板型天線包含與所述載置臺的載置面對置配置的導體板；從該導體板看，與所述載置臺反對一側對置配置的地板(2031)；將所述導體板的一端與所述地板相連接的導體構件；以及在與所述導體板的所述一端偏離的地點上與所述導體板連接的供電線，所述平板型天線的導體板的所述一端作成大致直線狀，與所述一端正交的方向的長度為所述平板型天線內(nèi)的電磁場波長的大致1/4以下。
14.根據(jù)權利要求13所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述平板型天線的所述導體板的與連接于所述導體構件的所述一端(2132A)對置的另一端(2132B)向所述地板方向彎曲，形成所述平板型天線的所述導體構件為使與所述導體板的所述一端相同方向的長度比所述一端的長度更短。
15.根據(jù)權利要求12所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述平板型天線包含導體板，該導體板與所述載置臺的載置面對置配置，具有大致直線狀的一端和與該端對置的圓弧狀的另一端，在這些一端和另一端之間的長度為所述平板型天線內(nèi)的所述電磁場波長的(1.17±0.05)/4以下；從該導體板看與所述載置臺相反一側對置配置的地板；將所述導體板的所述一端與所述地板連接的導體構件；以及在從所述導體板的所述一端離開的地點上與所述導體板連接的供電線。
16.根據(jù)權利要求15所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述平板型天線的所述導體板的所述另一端向所述地板方向彎曲，形成所述平板型天線的所述導體構件為使與所述導體板的所述一端相同方向的長度比所述一端的長度更短。
17.一種等離子體處理裝置，設置有載置配置于氣密的處理容器(11)內(nèi)的被處理體(21)的載置臺(22)，和與該載置臺對置配置、將高頻電磁場供給到所述處理容器內(nèi)的天線(3030)，其特征在于，所述天線是單極天線。
18.根據(jù)權利要求17所述的等離子體裝置，其特征在于，所述單極天線是平板型天線。
19.根據(jù)權利要求18所述的等離子體裝置，其特征在于，所述平板型天線包含導體板，該導體板與所述載置臺對置配置，具有大致直線狀的一端，與該一端正交的方向的長度為在所述平板型天線內(nèi)的所述電磁場的波長的大致1/4以下；從該導體板看，與所述載置臺相反一側對置配置的地板(3031)；將所述導體板的所述一端與所述地板連接的導體構件；以及在從所述導體板的所述一端離開的地點上連接的供電線。
20.根據(jù)權利要求19所述的等離子體裝置，其特征在于，所述平板型天線的所述導體板的與連接于所述導體構件的所述一端對置的另一端(3132B)向所述地板方向彎曲，形成所述平板型天線的所述導體構件為使與所述導體板的所述一端相同方向的長度比所述一端的長度更短。
21.根據(jù)權利要求19所述的等離子體裝置，其特征在于，進而還包含配置于所述導體板和所述地板之間的介電體板(3035)。
22.一種等離子體裝置，設置有載置配置于氣密的處理容器(11)內(nèi)的被處理體(21)的載置臺(22)和與該載置臺對置配置的、將高頻波供給到所述容器內(nèi)的天線(4030)，其特征在于，所述天線包含與所述載置臺對置配置的導體板(4032)；從該導體板看與所述載置臺相反一側對置配置的地板(4031)；與所述導體板連接的多條第一供電線，所述各第一供電線每二條相互分開地連接在與所述導體板外周正交的所述導體板上的至少1條第一直線上。在所述導體板和所述地板之間的電磁場波長為λg時，所述第一直線的各自的長度大致為(N+1/2)×λg(N為0以上的整數(shù))。
23.根據(jù)權利要求22所述的等離子體裝置，其特征在于，所述第一直線通過所述導體板的中心。
24.根據(jù)權利要求22所述的等離子體裝置，其特征在于，所述天線進而還包含在與對應的所述第一直線正交的所述導體板上的至少1條第二直線上，每2條相互分開地與所述導體板連接的多條第二供電線，所述第二直線各自的長度大致為(M+1/2)×λg(M為0以上的整數(shù))，所述第二供電線的每一條以與對應的所述第一供電線以相同程度延遲的相位供電，使所述高頻波成為圓極化波。
25.根據(jù)權利要求24所述的等離子體裝置，其特征在于，所述第二供電線的各條以使所述高頻波為極化率在50％以上的圓極化波的方式供電。
26.根據(jù)權利要求24所述的等離子體裝置，其特征在于，所述第一及第二直線通過所述導體板的中心。
27.根據(jù)權利要求22所述的等離子體裝置，其特征在于，連接于相同的第一直線上的2條第一供電線的間隔為λg/2。
28.根據(jù)權利要求24所述的等離子體裝置，其特征在于，連接于相同的第一直線上的2條第一供電線的間隔及連接于相同第二直線上的2條第二供電線間隔為λg/2。
全文摘要
本發(fā)明提供一種等離子體裝置，在處理容器(11)內(nèi)設置有發(fā)射高頻波的平板型天線(1030)。平板型天線(1030)具有構成諧振器的導體板(1032)和地板(1031)。對平板型天線(1030)的導體板(1032)供電使被發(fā)射的高頻波成為圓極化波。
文檔編號H01J37/32GK1543671SQ0281621
公開日2004年11月3日 申請日期2002年3月8日 優(yōu)先權日2002年3月8日
發(fā)明者石井信雄 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社