專利名稱：微波導(dǎo)入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在對半導(dǎo)體晶片等作用利用微波產(chǎn)生的等離子體 而實施處理之時所使用的微波導(dǎo)入裝置。
背景技術(shù)：
近年來，伴隨著半導(dǎo)體產(chǎn)品的高密度化及高微細化，在半導(dǎo)體產(chǎn)品
的制造工序中，為了進行成膜、蝕刻、灰化(ashing)等處理而使用等 離子體處理裝置。特別是，由于即使是在0.1mTorr (13.3mPa) ~數(shù)十 mTorr (數(shù)Pa)左右的壓力比較低的高真空狀態(tài)下也可以穩(wěn)定地產(chǎn)生等 離子體，因此使用利用微波來產(chǎn)生高密度等離子體的微波等離子體裝置 成為趨勢。
此種等離子體處理裝置已被日本特開平3 — 191073號公報、日本特 開平5 - 343334號公報、日本特開平9 - 181052號公報、日本特開2003 -332326號公報等所公開。這里，參照圖7對使用了微波的一般的微波 等離子體處理裝置進行概略性的說明。圖7是表示以往的一般的微波等 離子體處理裝置的概略構(gòu)成圖。
如圖7所示，該等離子體處理裝置102具備可以被抽真空的處理 容器104、設(shè)于處理容器104內(nèi)的放置半導(dǎo)體晶片W的放置臺106。在 與放置臺106相對的頂板部，氣密性地設(shè)有透過微波的圓板狀的由氮化 鋁或石英等制成的頂板108。
在頂板108的上表面或上方，設(shè)有厚數(shù)mm左右的圓板狀的平面天 線構(gòu)件IIO。為了縮短平面天線構(gòu)件110的半徑方向的微波的波長，例 如在平面天線構(gòu)件110的上表面或上方設(shè)置了由例如電介質(zhì)制成的慢波 材料112。
在平面天線構(gòu)件110上，形成有多個例如由長槽狀的通孔構(gòu)成的微 波輻射孔114。該微波輻射孔114 一般來說被以同心圓狀配置或以螺旋 狀配置。另外，在平面天線構(gòu)件110的中心部，連接有同軸波導(dǎo)管116200的中心導(dǎo)體118，從而可以對由微波發(fā)生器120產(chǎn)生的例如2.45GHz的 微波在利用模式轉(zhuǎn)換器122轉(zhuǎn)換為規(guī)定的振動模式后進行導(dǎo)引。這樣， 微波一邊以放射狀向天線構(gòu)件110的半徑方向傳播， 一邊從設(shè)于平面天 線構(gòu)件110的微波輻射孔114進行輻射，透過頂板108而導(dǎo)入處理容器 104的內(nèi)部。利用該微波，可以在處理容器104內(nèi)的處理空間S中產(chǎn)生 等離子體，對放置臺106上的半導(dǎo)體晶片W實施蝕刻或成膜等規(guī)定的 等離子體處理。
但是，為了在使用上述等離子體處理裝置進行的某種處理，例如等 離子體蝕刻處理中，識別作為蝕刻處理終點的結(jié)束點(endpoint)，有 時要實時地計測晶片表面的蝕刻對象膜的膜厚。
一般來說，膜厚測定中所用的膜厚測定器采用如下的方式(結(jié)構(gòu))， 即，向測定對象物發(fā)射檢查用的激光，通過檢測出其反射光來測定膜厚。 在將此種膜厚測定器設(shè)于處理容器104的頂板部的情況下，可以考慮在 平面天線構(gòu)件110上形成激光的通過孔，穿過該通過孔向晶片表面照射 激光的方式。但是，如果除了恰當且精度優(yōu)良地找正位置而設(shè)置的多個 微波照射孔114以外，還在平面天線構(gòu)件110上設(shè)置新的激光用通過孔， 則有可能使微波泄漏，對微波的輻射造成不良影響。
所以，可以考慮將穿過同軸波導(dǎo)管116的中心的中心導(dǎo)體U8^L為 空腔狀態(tài)，在其內(nèi)部i殳置空心通路的方式。在日本特開2003 -332326 號公報中，公開了在內(nèi)部導(dǎo)體118中形成了氣體通路的方式。
但是，由于模式轉(zhuǎn)換器122及與之連接的同軸波導(dǎo)管116的各設(shè)計 尺寸是針對利用它們進行傳播的微波進行了最優(yōu)化的尺寸，因此，即使 只是輕微地改變各尺寸，也會在微波中混雜不需要的振動模式，或者微 波的反射率發(fā)生很大的變動。
特別是在以往的等離子體處理裝置中所用的用于例如2.45GHz的 微波傳播的同軸波導(dǎo)管116中，被最優(yōu)化了的該中心導(dǎo)體118的直徑達 到16mm左右。然而，為了使由膜厚測定器發(fā)射的激光通過并使膜厚測 定器接收其反射光所必需的激光通過孔的內(nèi)徑，最小也需要18mm左 右。由此，對于以往的等離子體處理裝置的中心導(dǎo)體118的16mm這樣 的設(shè)計而言，無法應(yīng)對如上所述的尺寸變更的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人等對微波的傳播進行了深入研究。其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)了新的 設(shè)計基準，按照該新的設(shè)計基準可以在維持與微波傳播有關(guān)的基本性能 的同時，擴大形成于中心導(dǎo)體中的空心通路的內(nèi)徑，從而得到了本發(fā)明。
本發(fā)明是著眼于如上所述的問題，為了有效地解決它而創(chuàng)造的發(fā) 明。本發(fā)明的目的在于，基于新的設(shè)計基準，提供一種可以在維持與微 波傳播有關(guān)的基本性能的同時在同軸波導(dǎo)管的中心導(dǎo)體內(nèi)形成內(nèi)徑大 的空心通路的微波導(dǎo)入裝置及使用了它的等離子體處理裝置。
另外，本發(fā)明的其他目的在于，提供一種可以通過使來自膜厚測定 器的激光在形成于中心導(dǎo)體中的空心通路內(nèi)通過，來實時地測定被處理 體的表面膜厚的等離子體處理裝置。
本發(fā)明提供一種微波導(dǎo)入裝置，具備產(chǎn)生規(guī)定頻率的微波的微波 發(fā)生器、將上述微波轉(zhuǎn)換為規(guī)定振動模式的模式轉(zhuǎn)換器、朝向規(guī)定空間 設(shè)置的平面天線構(gòu)件、連結(jié)上述模式轉(zhuǎn)換器和上述平面天線構(gòu)件并傳播 上述微波的同軸波導(dǎo)管，其特征是，上述同軸波導(dǎo)管的中心導(dǎo)體被形成 為筒狀，上述中心導(dǎo)體的內(nèi)徑D1在第一規(guī)定值以上，上述同軸波導(dǎo)管 的外側(cè)導(dǎo)體也被形成為筒狀，上述外側(cè)導(dǎo)體的內(nèi)徑的半徑rl與上述中 心導(dǎo)體的外徑的半徑r2之比rl/r2被維持為第二規(guī)定值，上述外側(cè)導(dǎo)體 的內(nèi)徑D2在第三規(guī)定值以下。
根據(jù)本發(fā)明，特別是通過將外側(cè)導(dǎo)體的內(nèi)徑的半徑rl與上述中心導(dǎo) 體的外徑的半徑r2之比rl/r2維持為第二規(guī)定值，可以維持與微波傳播 有關(guān)的基本性能，另一方面，可以在同軸波導(dǎo)管的中心導(dǎo)體內(nèi)形成內(nèi)徑 大的空心通路。
例如，可以在上述平面天線構(gòu)件的中心部，形成與上述筒狀的中心 導(dǎo)體的內(nèi)部連通的通孔。
另外，例如上述規(guī)定振動模式為TEM模式。
另外，例如上述第一規(guī)定值為16mm。
另外，例如上述第二規(guī)定值為^/3至e (e=2.718...)范圍內(nèi)的一定值。
另外，例如基于上述比rl/r2求得的特性阻抗在40 ~ 60O的范圍內(nèi)。
另外，例如上述第三規(guī)定值為上述微波在大氣中的波長的Xo的 (0.59-0.1)波長。
另外，例如包括上述模式轉(zhuǎn)換器和上述同軸波導(dǎo)管的整體長度可以 設(shè)定為上述微波在大氣中的波長lo的1/4波長的奇數(shù)倍。
另外，例如上述中心導(dǎo)體的基端部通過形成為圓錐形狀的接合部安 裝于上述模式轉(zhuǎn)換器的劃分壁上，位于與進入上述模式轉(zhuǎn)換器的微波的 行進方向相反側(cè)的端面和上述圓錐形狀的接合部的斜面的中間點之間 的距離，被設(shè)定為上述微波在大氣中的波長Xo的1/2波長的整數(shù)倍長度。
另外，例如上述中心導(dǎo)體的內(nèi)徑D1在18mm以上。
另外，例如上述微波的頻率為2.45GHz。
另外，例如在上述平面天線構(gòu)件的上表面?zhèn)?，設(shè)有慢波材料。
另外，本發(fā)明提供一種等離子體處理裝置，其特征是，具備處理 容器，其頂板部形成了開口，內(nèi)部可被抽真空；放置臺，為了放置被處 理體而設(shè)于上述處理容器內(nèi)；頂板，氣密性地安裝于上述頂板部的開口， 透過微波，由電介質(zhì)制成；氣體導(dǎo)入機構(gòu)，向上述處理容器中導(dǎo)入規(guī)定 氣體；設(shè)于上述頂板上的具有任意一個上述特征的微波導(dǎo)入裝置，用于 在上述處理容器內(nèi)利用微波產(chǎn)生等離子體。
最好在上述微波導(dǎo)入裝置中，設(shè)有膜厚測定器，該膜厚測定器通過 沿著該微波導(dǎo)入裝置的同軸波導(dǎo)管的中心導(dǎo)體的空心通路射出激光，來 測定上述被處理體的表面的薄膜厚度。
該情況下，可以在維持與微波傳播有關(guān)的基本性能的同時，實時地 測定被處理體表面的薄膜厚度。


圖l是表示本發(fā)明的一個實施方式的等離子體處理裝置的構(gòu)成圖。圖2是表示圖1所示的等離子體處理裝置的平面天線構(gòu)件的俯視圖。
圖3是表示圖l所示的等離子體處理裝置的微波導(dǎo)入裝置的放大剖 視圖。
圖4是圖3的A- A線剖視圖。
圖5是表示圖l所示的等離子體處理裝置的模式轉(zhuǎn)換器的俯視圖。
圖6A是表示針對本發(fā)明的一個實施方式的微波導(dǎo)入裝置的利用模 擬得到的電場分布的照片。圖6B是表示針對以往的微波導(dǎo)入裝置的利 用模擬得到的電場分布的照片。
圖7是表示以往的一般的等離子體處理裝置的概略構(gòu)成圖。
具體實施例方式
下面，基于附圖對本發(fā)明的微波導(dǎo)入裝置及等離子體處理裝置的實 施方式進行詳述。
圖l是表示本發(fā)明的一個實施方式的等離子體處理裝置的構(gòu)成圖。 圖2是表示圖l所示的等離子體處理裝置的平面天線構(gòu)件的俯視圖。圖 3是表示圖1所示的等離子體處理裝置的微波導(dǎo)入裝置的放大剖視圖。 圖4是圖3的A-A線剖視圖。圖5是表示圖l所示的等離子體處理裝 置的模式轉(zhuǎn)換器的俯視圖。這里，作為等離子體處理，以蝕刻處理為例 進行說明。
如圖l所示，本實施方式的等離子體處理裝置(等離子體蝕刻裝置) 32具有整體形成為筒體狀的處理容器34。處理容器34的側(cè)壁和底部由 鋁等導(dǎo)體構(gòu)成并被接地。處理容器34的內(nèi)部構(gòu)成為密閉了的處理空間 S,從而可以在該處理空間S內(nèi)形成等離子體。
在處理容器34內(nèi)，收容有在上表面放置作為被處理體的例如半導(dǎo) 體晶片W的放置臺36。放置臺36例如被形成為由進行了氧化鋁膜處理 的鋁等構(gòu)成的平坦圓板狀。放置臺36由從處理容器34的底部立起的例 如由絕緣性材料制成的支柱38支承。在放置臺36的上表面，設(shè)有用于保持半導(dǎo)體晶片W的靜電卡盤或 夾鉗機構(gòu)(未圖示)。另外，放置臺36例如可以與13.56MHz的偏壓用 高頻電源連接。另外，根據(jù)需要，還可以在放置臺36的內(nèi)部設(shè)置加熱 用加熱器。
在處理容器34的側(cè)壁上，作為氣體導(dǎo)入機構(gòu)40，設(shè)有用于向處理 容器34內(nèi)供給等離子體用氣體，例如氬氣的例如石英管制的等離子體 氣體供給噴嘴40A,另外，設(shè)有用于向處理容器34內(nèi)導(dǎo)入處理氣體， 例如蝕刻氣體的例如石英管制的處理氣體供給噴嘴40B?？梢愿鶕?jù)需要 一邊控制從這些噴嘴40A、 40B流出的上述氣體的流量一邊供給上述各 氣體。
另外，在處理容器34的側(cè)壁上，設(shè)有為了向處理容器34的內(nèi)部送 入晶片、從處理容器34的內(nèi)部送出晶片而開閉的閘閥44。另外，在處 理容器34的底部，設(shè)有排氣口 46。在排氣口 46上，連接有夾設(shè)了未圖 示的真空泵的排氣路48。這樣，可以根據(jù)需要將處理容器34內(nèi)抽真空 至規(guī)定的壓力。
另外，處理容器34的頂板部是開口的(具有開口部)。在這里，利 用O形圏等密封構(gòu)件52氣密性地設(shè)有對微波具有透過性的頂板50。頂 板50例如由石英或陶瓷材料等制成。考慮到耐壓性，頂板50的厚度例 如i殳定為20mm左右。
此外，在頂板50的上表面，設(shè)有本實施方式的微波導(dǎo)入裝置54。 具體來說，微波導(dǎo)入裝置54具有與頂板50的上表面接觸地設(shè)置的圓板 狀的平面天線構(gòu)件56。平面天線構(gòu)件56朝向處理空間S配置，從而可 以如后所述地向處理空間S中導(dǎo)入微波。此外，進而在平面天線構(gòu)件 56的上表面?zhèn)龋O(shè)有具有高介電常數(shù)特性的板狀的慢波材料57。慢波 材料57會縮短所傳播的微波的波長。
平面天線構(gòu)件56在對應(yīng)8英寸大小的晶片的情況下，例如由直徑 300~400mm、厚1 ~數(shù)mm左右的導(dǎo)電性材料構(gòu)成。更具體來說，例 如可以由表面鍍銀的銅板或鋁板構(gòu)成。在平面天線構(gòu)件56上，如圖2 所示，形成有例如由長槽狀的通孔構(gòu)成的多個微波輻射孔58。微波輻射 孔58的配置方式?jīng)]有特別限定。例如可以以同心圓狀、螺旋狀、輻射 狀等配置?；蛘呖梢跃鶆虻胤植加谄矫嫣炀€構(gòu)件的整個面。例如，圖2所示的例子中，將2個微波輻射孔58略為分離地以T字形配置，將如 此配置而形成的紐在中心部側(cè)配置6組，在周邊部側(cè)配置24組，由此 在整體上實現(xiàn)了 2個同心圓狀的配置。
在平面天線構(gòu)件56的中心部，形成有規(guī)定大小的通孔60。如后所 述，膜厚測定用的激光穿過該通孔60。
回到圖1，慢波材料57的上方及側(cè)方的大致整個面被由導(dǎo)電性的空 心圓筒狀容器制成的波導(dǎo)箱62覆蓋。平面天線構(gòu)件56構(gòu)成為波導(dǎo)箱62 的底板，與放置臺36相面對。
波導(dǎo)箱62及平面天線構(gòu)件56的周邊部都與處理容器34導(dǎo)通并被 接地。在波導(dǎo)箱62的上表面，連接有作為本發(fā)明的特征的同軸波導(dǎo)管 64的外側(cè)導(dǎo)體68。同軸波導(dǎo)管64由中心導(dǎo)體66和例如截面為圓形的 筒狀的外側(cè)導(dǎo)體68構(gòu)成，其中，外側(cè)導(dǎo)體68設(shè)置成以規(guī)定間隔與該中 心導(dǎo)體66分開且同軸狀地包圍該中心導(dǎo)體66的周圍。這些中心導(dǎo)體66 及外側(cè)導(dǎo)體68例如由不銹鋼或銅等導(dǎo)體制成。在波導(dǎo)箱62的上部中心， 連接有同軸波導(dǎo)管64的筒狀的外側(cè)導(dǎo)體68 ，內(nèi)部的中心導(dǎo)體66穿過形 成于慢波材料57的中心的孔70與平面天線構(gòu)件56的中心部連接。
同軸波導(dǎo)管64通過夾設(shè)有模式轉(zhuǎn)換器72及匹配電路78的波導(dǎo)管 74，與例如2.45GHz的微波發(fā)生器79連接。由此可以向平面天線構(gòu)件 56傳播微波。微波的頻率并不限定于2.45GHz，也可以是其他頻率，例 如為8.35GHz等。
作為波導(dǎo)管74，可以使用截面為圓形或截面為矩形的波導(dǎo)管。另外， 在波導(dǎo)箱62的上部，也可以設(shè)置未圖示的頂板冷卻套。此外，設(shè)于波 導(dǎo)箱62內(nèi)且是設(shè)于平面天線構(gòu)件56的上表面?zhèn)鹊木哂懈呓殡姵?shù)特性 的慢波材料57，利用其波長縮短效應(yīng)，將微波的波長縮短。另外，作為 慢波材料57，例如可以使用石英或氮化鋁等。
這里，參照圖3至圖5對作為本發(fā)明的特征的同軸波導(dǎo)管64的結(jié) 構(gòu)進行更為詳細的說明。
本實施方式中，在模式轉(zhuǎn)換器72中，由微波發(fā)生器79產(chǎn)生的微波 的振動模式，被從TE模式轉(zhuǎn)換為TEM模式，并且微波的行進方向被彎曲卯度。如圖5所示，模式轉(zhuǎn)換器72的外側(cè)劃分壁80被形成為矩 形的箱體。此外，作為同軸波導(dǎo)管64的中心導(dǎo)體66的上端部的基端部， 成為上方側(cè)形成為大徑的圓錐形狀的接合部82，與作為模式轉(zhuǎn)換器72 的頂板的劃分壁80A接合。為了將從波導(dǎo)管74側(cè)傳播過來的微波的行 進方向彎曲90度而朝向下方，該圓錐形狀的接合部82的圓錐面的傾斜 角度e被設(shè)定為45度。
此外，同軸波導(dǎo)管64的中心導(dǎo)體66與外側(cè)導(dǎo)體68的直徑，與以 往的等離子體處理裝置的情況相比，在可以維持與微波傳播有關(guān)的基本 性能的范圍內(nèi)，都被設(shè)定得更大。此外，中心導(dǎo)體66被設(shè)為空心(空 腔)，在中心導(dǎo)體66內(nèi)沿著其長度方向形成有內(nèi)徑D1在第一規(guī)定值以 上的空心通路84。該空心通路84的下端部與平面天線構(gòu)件56的中央的 通孔60 (參照圖2)連通。這里，第一規(guī)定值是作為以往的微波發(fā)生裝 置的中心導(dǎo)體的一般粗細的16mm左右。即，內(nèi)徑Dl被設(shè)定為16mm 以上的較大的值。
另外，中心導(dǎo)體66及外側(cè)導(dǎo)體68的厚度都至少被設(shè)定為2mm左 右。如果厚度比之更小，則會導(dǎo)致被微波加熱。
這里，如果只是單純地將中心導(dǎo)體66和外側(cè)導(dǎo)體68的直徑設(shè)定得 較大，則會產(chǎn)生在微波中混雜多個振動模式，或者微波的反射特性變差 等不良狀況。所以，需要滿足如下說明所示的設(shè)計基準。
作為第一基準，是外側(cè)導(dǎo)體68的內(nèi)徑的半徑rl與中心導(dǎo)體66的外 徑的半徑r2之比rl/r2被維持為第二規(guī)定值，并且外側(cè)導(dǎo)體68的內(nèi)徑 D2 (=2xrl)被i殳定為第三規(guī)定值以下。
該情況下，可以求出基于下述式1和上述比rl/r2求得的特性阻抗 Zo例如落入40 60Q的范圍內(nèi)。具體來說，滿足此種特性阻抗值的第 二規(guī)定值是e"3 e (e=2.718 )范圍內(nèi)的一定值。
Zo=h/27r.ln ( rl/r2 )……式1
h:電波阻抗(電場與磁場之比)
ln:自然對數(shù)(式1中，如果設(shè)40芻Zo舀60，則比rl/r2的范圍將確定。)
而且，對于同軸線路的特性阻抗的求法及限定為TEM模式的微波 傳播，在文獻"7一夕口波工學(xué)"(森北電気工學(xué)、乂y—乂3， ^一夕口 波光學(xué)-基礎(chǔ)^原理-著者中島將光，発光所森北出版，1998年 12月18日発行)的"同軸線路"(67-70頁)中已詳細給出。所以， 在這里省略其說明。
另外，作為第三規(guī)定值，考慮到經(jīng)驗性的安全系數(shù)，是所傳播的微 波在大氣中的波長Xo的"0.59-0.1" (=0.49)波長。所以，如下述式2 所示，將上述內(nèi)徑D2設(shè)定為達到0.49xXo以下的值。
D2^Xo (0.59-0.1)......式2
通過滿足該條件，可以使模式轉(zhuǎn)換后的在同軸波導(dǎo)管64內(nèi)傳播的 微波的振動模式僅為TEM模式，即，可以設(shè)定成不混雜其他的振動模 式的狀態(tài)。
式2所示的條件式可以如下求得。即，除了 TEM模式以外最容易 在圓形波導(dǎo)管(并非同軸波導(dǎo)管)中傳播的模式，從傳播系數(shù)高的方面 考慮是TE11模式，該情況下的截止頻率fc為以下的式子。
/c = 1.841 /2;zr_/~(//s )
這里，上述fc、 r、 n、 s分別為截止頻率、圓形波導(dǎo)管的半徑、大 氣中的導(dǎo)磁率、大氣中的介電常數(shù)。
如果將該式變形，則變成r一.295)a) (Xo:微波在大氣中的波長)， 圓形波導(dǎo)管的直徑2r=0.59Xo。
這里，如果使用波長比Xo更長的微波，則會僅傳播TEM模式。另 外，如果將圓形波導(dǎo)管看作同軸波導(dǎo)管，則在2r —2rl=D2^0.591o這 樣的條件下會僅傳播TEM模式。另外，如果考慮經(jīng)驗性的安全系數(shù)， 則變成"D2^ (0.59-0.1) Xo"，從而可以導(dǎo)出上述式2。
其結(jié)果是，可以使外側(cè)導(dǎo)體68的內(nèi)徑D2: (2xrl)最大為60mm, 另外，可以使中心導(dǎo)體66的外徑(2xr2)最大為30mm左右，如果將 中心導(dǎo)體66的厚度設(shè)為2mm，則可以使其內(nèi)徑Dl為26mm左右。另外，優(yōu)選作為第二基準，如下述式3所示，將包括模式轉(zhuǎn)換器72 和同軸波導(dǎo)管64的整體長度Hl設(shè)定為微波在大氣中的波長Xo的1/4 波長的奇數(shù)倍。
Hl=l/4xkox (2n-l)......式3
n: 正整數(shù)
高度Hl具體來說是模式轉(zhuǎn)換器72的頂板的劃分壁80A與波導(dǎo)箱 62的頂板之間的距離。通過滿足該第二基準，可以使在同軸波導(dǎo)管64 內(nèi)行進的行波與來自平面天線構(gòu)件56側(cè)的反射波有效地相互抵消。
另外，進一步優(yōu)選作為第三基準，如下述式4所示，將位于進入模 式轉(zhuǎn)換器72的微波的行進方向的里側(cè)的端面(圖3的左端面)、也就是 短路板80B與接合部82的該側(cè)的圓錐面的中間點之間的距離H3 ，設(shè)定 為微波在大氣中的波長Xo的1/2波長的整數(shù)倍的長度。
H3=l/2xX0xn......式4
n: 正整數(shù)
這里，接合部82的圓錐狀斜面的中間點的位置，位于同軸波導(dǎo)管 64的筒狀的外側(cè)導(dǎo)體68的鉛垂方向的延長線上。
通過滿足該第三基準，可以將從波導(dǎo)管74內(nèi)傳播來的行波和由模 式轉(zhuǎn)換器72的短路板80B反射的反射波同步地有效合成，其合成波可 朝向下方的同軸波導(dǎo)管64 (將行進方向改變卯度)行進。
如上所述，通過滿足上述第一基準，可以在維持有關(guān)微波的基本性 能的同時，擴大形成于中心導(dǎo)體中的空心通路84的內(nèi)徑。另外，通過 滿足上述第二及第三基準，可以進一步提高上述作用效果。
此外，回到圖l，在模式轉(zhuǎn)換器72的上端部，設(shè)有用于使用激光測 定晶片表面的膜厚的膜厚測定器86。這樣，可以沿著設(shè)于中心導(dǎo)體66 中的空心通路84，射出膜厚檢查用的激光。此外，膜厚測定器86通過 接收來自晶片的反射光，可以測定膜厚。
下面，對使用如上述那樣構(gòu)成的等離子體處理裝置32進行的處理方法(蝕刻方法)進行說明。
首先，經(jīng)由閘閥44,將半導(dǎo)體晶片W利用輸送臂(未圖示)收容 于處理容器34內(nèi)。通過使升降銷釘上下移動，將半導(dǎo)體晶片W放置于 作為放置臺36的上表面的放置面上。
另外，從氣體導(dǎo)入機構(gòu)40的等離子體氣體供給噴嘴40A向處理容 器34內(nèi)，在控制流量的同時供給例如氬氣。同時，從氣體導(dǎo)入機構(gòu)40 的處理氣體供給噴嘴40B向處理容器34內(nèi)，在控制流量的同時供給例 如蝕刻氣體。此外，將處理容器34內(nèi)維持為規(guī)定的處理壓力，例如維 持在0.01 數(shù)Pa的范圍內(nèi)。
與此同時，由微波導(dǎo)入裝置54的微波發(fā)生器79產(chǎn)生的TE模式的 微波經(jīng)由波導(dǎo)管74向模式轉(zhuǎn)換器72傳播，在該處將振動模式轉(zhuǎn)換為 TEM模式后，經(jīng)由同軸波導(dǎo)管64向平面天線構(gòu)件56供給。從平面天 線構(gòu)件56向處理空間S導(dǎo)入利用慢波材料57將波長縮短了的微波。由 此在處理空間S內(nèi)產(chǎn)生等離子體，從而進行規(guī)定的蝕刻處理。
這里，由微波發(fā)生器79產(chǎn)生的例如2.45GHz的微波如上所述，在 同軸波導(dǎo)管64內(nèi)傳播，并向波導(dǎo)箱62內(nèi)的平面天線構(gòu)件56傳播。此 外，在從圓板狀的平面天線構(gòu)件56的中心部向周邊部以放射狀傳播的 期間，微波從形成于平面天線構(gòu)件56上的多個微波輻射孔58，透過頂 板50,導(dǎo)入到平面天線構(gòu)件56的正下方的處理空間S。氬氣被該微波 激發(fā)而等離子體化，向下方擴散，使蝕刻氣體活化而制成活性種。此后， 利用該活性種的作用，蝕刻晶片W表面的薄膜。
這里，在上述蝕刻處理中，從安裝于模式轉(zhuǎn)換器72的上部的膜厚 測定器86中射出膜厚檢查用的激光。該激光在設(shè)于同軸波導(dǎo)管64的中 心導(dǎo)體66的空穴通路84內(nèi)穿過，然后，穿過設(shè)于平面天線構(gòu)件56的 中心部的通孔60,繼而透過由石英制成的透明的頂板50,向放置臺36 上的晶片W的表面照射。此后，來自晶片W表面的該激光的反射光穿 過與上述路徑相反的路徑，射入膜厚測定器86。由此可以實時地測定蝕 刻中的薄膜的厚度。
此外，在膜厚測定器86的測定值減少到預(yù)先設(shè)定的膜厚時，即可 知曉作為終點的結(jié)束點。此時，未圖示的控制機構(gòu)會結(jié)束該蝕刻處理。這里，在利用膜厚測定器86以激光測定膜厚的情況下，中心導(dǎo)體66的 空心通路84的內(nèi)徑Dl需要在16mm以上，優(yōu)選在18mm以上。在這 一點上，根據(jù)本實施方式，如前所述，可以在維持與微波傳播有關(guān)的基 本性能的同時，也就是可以在不混雜TEM模式以外的其他振動模式的 情況下有效地消去反射波的同時，進而可以在有效地供給微波的同時， 擴大空心通路84的內(nèi)徑D1。
具體來說，如前所述，如果只是單純地將中心導(dǎo)體66和外側(cè)導(dǎo)體 68的直徑設(shè)定得較大，則會產(chǎn)生在微波中混雜多個振動模式，或者微波 的反射特性變差等不良狀況。所以，需要滿足作為本發(fā)明的特征的設(shè)計 基準。
作為第 一基準，是外側(cè)導(dǎo)體68的內(nèi)徑的半徑rl與中心導(dǎo)體66的外 徑的半徑r2之比rl/r2被維持為第二規(guī)定值，并且外側(cè)導(dǎo)體68的內(nèi)徑 D2 (-2xrl)被設(shè)為第三規(guī)定值以下。
該情況下，可以求出基于上述式1和上述比rl/r2求得的特性阻抗 Zo例如落入40 60Q的范圍內(nèi)。具體來說，滿足這樣的特性阻抗值的 第二規(guī)定值是e^ e (e=2.718...)范圍內(nèi)的一定值。
通常來說，同軸波導(dǎo)管64的特性阻抗Zo被設(shè)定為500，來構(gòu)建微 波發(fā)生裝置的整體。所以，這里也最好將特性阻抗Zo的值例如設(shè)定為 50Q。由此可以實現(xiàn)微波在傳播路徑中的阻抗匹配。另外，在不滿足上 述式l的情況下，會產(chǎn)生阻抗不匹配，使功率利用系數(shù)明顯地降低。
另外，作為第三規(guī)定值，考慮到經(jīng)驗性的安全系數(shù)，是所傳播的微 波在大氣中的波長Xo的"0.59-0.1" (=0.49)波長。所以，如上述式2 所示，將上述內(nèi)徑D2設(shè)定為0.49xko以下的值。
通過滿足式2的條件，可以使模式轉(zhuǎn)換后的在同軸波導(dǎo)管64內(nèi)傳 播的微波的振動模式僅為TEM模式，即，可以成為不混雜其他振動模 式的狀態(tài)。即，利用上述式2，可以不產(chǎn)生TEM模式以外的高次模式， 例如TE模式或TM模式，而使這些模式截止。在不滿足上述式2的條 件的情況下，就會混雜高次模式，由平面天線構(gòu)件56輻射出的微波就 會變?yōu)椴痪鶆蚍植?，因而不夠理想。其結(jié)果是，可以使外側(cè)導(dǎo)體68的 內(nèi)徑D2:(2xrl)最大為60mm,另夕卜，可以使中心導(dǎo)體66的外徑(2xr2)最大為30mm左右，如果將中心導(dǎo)體66的厚度i殳定為2mm，則可以將 其內(nèi)徑Dl i殳定為26mm。
另外，優(yōu)選作為第二基準，如上述式3所示，將包括模式轉(zhuǎn)換器72 和同軸波導(dǎo)管64的整體長度Hl設(shè)定為微波在大氣中的波長Xo的1/4 波長的奇數(shù)倍。
如前所述，高度Hl具體來說是模式轉(zhuǎn)換器72的頂板的劃分壁80A 與波導(dǎo)箱62的頂板之間的距離。通過滿足該第二基準，可以使在同軸 波導(dǎo)管64內(nèi)行進的行波和來自平面天線構(gòu)件56側(cè)的反射波有效地相互 抵消。其結(jié)果是，可以將用于等離子體產(chǎn)生的微波的功率利用系數(shù)維持 得較高。在不滿足上述式3的條件的情況下，由于無法抵消反射波，因 此會降低微波的功率利用系數(shù)。
另外，進一步優(yōu)選作為第三基準，如上述式4所示，將位于進入模 式轉(zhuǎn)換器72的微波的行進方向的里側(cè)的端面(圖3的左端面)、也就是 短路板80B與接合部82的該側(cè)的圓錐面的中間點之間的距離H3,設(shè)定 為微波在大氣中的波長Xo的1/2波長的整數(shù)倍的長度。這里，接合部 82的圓錐狀斜面的中間點的位置位于同軸波導(dǎo)管64的筒狀的外側(cè)導(dǎo)體 68的鉛垂方向的延長線上。
通過滿足該第三基準，可以將從波導(dǎo)管74內(nèi)傳播來的行波和由模 式轉(zhuǎn)換器72的短路板80B反射的反射波同步地有效合成，其合成波可 朝向下方的同軸波導(dǎo)管64 (將行進方向改變90度)行進。在不滿足上 述式4的條件的情況下，由于行波與來自短路板80B的反射波不能被同 步地有效合成，因此會降低微波的功率利用系數(shù)。
如上所述，通過滿足上述第一基準，可以在維持有關(guān)微波的基本性 能的同時，擴大形成于中心導(dǎo)體中的空心通路84的內(nèi)徑。另外，通過 滿足上述第二及第三基準，可以進一步提高上述作用效果。
而且，上述第一~第三基準中所說明的各尺寸的公差在第一基準中 為士Xo/20左右，在第二及第三基準中為士Xo/10 (Xo:微波在大氣中的波 長)左右。如果是這樣的公差，則基本上不會對作為傳播TEM模式的 同軸波導(dǎo)管的性能造成影響。這里，對基于上述第一~第三基準制作的微波導(dǎo)入裝置實施模擬， 進行了它的評價。對其評價結(jié)果進行說明。
圖6A是表示針對本發(fā)明的微波導(dǎo)入裝置的利用模擬得到的電場分 布的照片。圖6B是表示針對以往的微波導(dǎo)入裝置的利用模擬得到的電 場分布的照片。為了使理解更為容易，同時給出示意圖。
圖6A中，電場的分布以中心導(dǎo)體66為中心軸而左右對稱。即，可 以確認產(chǎn)生了良好的電場分布。這里，圖6A的微波導(dǎo)入裝置的各尺寸
為rl=30mm， r2=15mm， Hl=100mm， H3=50mm，滿足第--第三基準。
與之不同，圖6B中，電場的分布不是以中心導(dǎo)體66為中心軸而左 右對稱，產(chǎn)生了偏移。即，可以確認電場分布變得不均勻，不夠好。這 里，圖6B的微波導(dǎo)入裝置的各尺寸為rl=75mm，r2=32mm,Hl=135mm， H3=40mm,不滿足第一~第三基準。
如上說明所述，通過至少滿足第一基準，可以在一定程度上維持與 微波傳播有關(guān)的基本性能的同時，擴大形成于中心導(dǎo)體66中的空心通 路84的內(nèi)才圣。
另外，通過進一步滿足第二和/或第三基準，可以使模式轉(zhuǎn)換器72 內(nèi)和同軸波導(dǎo)管64內(nèi)的電場分布更加均勻化、恰當化，可以將與微波 傳播有關(guān)的基本性能維持得更高。
另外，這里作為等離子體處理裝置，以等離子體蝕刻裝置為例進行 了說明，然而并不限定于此。也可以將本發(fā)明應(yīng)用于等離子體CVD裝 置、等離子體灰化裝置、氧化裝置、氮化裝置等中。另外，當然可以才艮 據(jù)需要來設(shè)置膜厚測定器86。
另外，上述的實施方式中，雖然作為被處理體以半導(dǎo)體晶片為例進 行了說明，然而并不限定于此。也可以將本發(fā)明應(yīng)用于LCD基板、玻 璃基板、陶瓷基板等。
權(quán)利要求
1. 一種微波導(dǎo)入裝置，具備產(chǎn)生規(guī)定頻率的微波的微波發(fā)生器、 將上述微波轉(zhuǎn)換為規(guī)定振動模式的模式轉(zhuǎn)換器、朝向規(guī)定空間而設(shè)置的 平面天線構(gòu)件、連結(jié)上述模式轉(zhuǎn)換器和上述平面天線構(gòu)件并傳播上述微 波的同軸波導(dǎo)管，其特征是，上述同軸波導(dǎo)管的中心導(dǎo)體形成為筒狀，上述中心導(dǎo)體的內(nèi)徑Dl在第一規(guī)定值以上，上述同軸波導(dǎo)管的外側(cè)導(dǎo)體也形成為筒狀，上述外側(cè)導(dǎo)體的內(nèi)徑的半徑rl與上述中心導(dǎo)體的外徑的半徑r2之 比rl/r2被維持為第二規(guī)定值，上述外側(cè)導(dǎo)體的內(nèi)徑D2在第三規(guī)定值以下。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波導(dǎo)入裝置，其特征是，在上述平面 天線構(gòu)件的中心部，形成有與上述筒狀的中心導(dǎo)體的內(nèi)部連通的通孔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微波導(dǎo)入裝置，其特征是，上述規(guī)定 振動模式為TEM模式。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的微波導(dǎo)入裝置，其特征是， 上述第一規(guī)定值為16mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項所述的微波導(dǎo)入裝置，其特征是， 上述第二規(guī)定值為e^至e的范圍內(nèi)的一定值，其中e=2.718 。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的微波導(dǎo)入裝置，其特征是，基于上述比 rl/r2求得的特性阻抗在40 ~ 60n的范圍內(nèi)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項所述的微波導(dǎo)入裝置，其特征是， 上述第三規(guī)定值為上述微波在大氣中的波長3io的(0.59-0.1)波長。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項所述的微波導(dǎo)入裝置，其特征是， 包括上述模式轉(zhuǎn)換器和上述同軸波導(dǎo)管的整體長度被設(shè)定為上述微波 在大氣中的波長Xo的1/4波長的奇數(shù)倍。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項所述的微波導(dǎo)入裝置，其特征是，上述中心導(dǎo)體的基端部通過形成為圓錐形狀的接合部而安裝于上 述模式轉(zhuǎn)換器的劃分壁上，位于進入上述模式轉(zhuǎn)換器的微波的行進方向的里側(cè)的端面、與上述 圓錐形狀的接合部的斜面的中間點之間的距離，被設(shè)定為上述微波在大 氣中的波長Xo的1/2波長的整數(shù)倍長度。
10. 才艮據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項所述的微波導(dǎo)入裝置，其特征 是，上述中心導(dǎo)體的內(nèi)徑Dl在18mm以上。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任意一項所述的微波導(dǎo)入裝置，其特征 是，上述微波的頻率為2.45GHz。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任意一項所述的微波導(dǎo)入裝置，其特征 是，在上述平面天線構(gòu)件的上表面?zhèn)?，設(shè)有慢波材料。
13. —種等離子體處理裝置，其特征是，具備處理容器，其頂板部形成有開口，內(nèi)部可被抽真空，放置臺，設(shè)于上述處理容器內(nèi)，以便放置被處理體，頂板，氣密性地安裝于上述頂板部的開口，可透過微波，由電介質(zhì) 制成，氣體導(dǎo)入機構(gòu)，向上述處理容器內(nèi)導(dǎo)入規(guī)定氣體，以及權(quán)利要求1至11中任意一項所述的微波導(dǎo)入裝置，設(shè)于上述頂板 上，以便在上述處理容器內(nèi)利用微波產(chǎn)生等離子體。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的等離子體處理裝置，其特征是，在上述 微波導(dǎo)入裝置中，設(shè)有膜厚測定器，該膜厚測定器通過沿著該微波導(dǎo)入 裝置的同軸波導(dǎo)管的中心導(dǎo)體的空心通路射出激光，來測定上述被處理 體的表面的薄膜厚度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種微波導(dǎo)入裝置，具備產(chǎn)生規(guī)定頻率的微波的微波發(fā)生器、將上述微波轉(zhuǎn)換為規(guī)定振動模式的模式轉(zhuǎn)換器、朝向規(guī)定空間而設(shè)置的平面天線構(gòu)件、連結(jié)上述模式轉(zhuǎn)換器和上述平面天線構(gòu)件并傳播上述微波的同軸波導(dǎo)管，其特征是，上述同軸波導(dǎo)管的中心導(dǎo)體形成為筒狀，上述中心導(dǎo)體的內(nèi)徑(D1)在第一規(guī)定值以上，上述同軸波導(dǎo)管的外側(cè)導(dǎo)體也形成為筒狀，上述外側(cè)導(dǎo)體的內(nèi)徑的半徑(r1)與上述中心導(dǎo)體的外徑的半徑(r2)之比(r1/r2)被維持為第二規(guī)定值，上述外側(cè)導(dǎo)體的內(nèi)徑(D2)在第三規(guī)定值以下。
文檔編號H01L21/3065GK101313390SQ20068004379
公開日2008年11月26日 申請日期2006年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月25日
發(fā)明者湯淺珠樹, 田才忠, 野沢俊久 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社