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TW201332402A - 微波放射機構、表面波電漿源及表面波電漿處理裝置 - Google Patents

微波放射機構、表面波電漿源及表面波電漿處理裝置 Download PDF

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TW201332402A
TW201332402A TW101133756A TW101133756A TW201332402A TW 201332402 A TW201332402 A TW 201332402A TW 101133756 A TW101133756 A TW 101133756A TW 101133756 A TW101133756 A TW 101133756A TW 201332402 A TW201332402 A TW 201332402A
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TW
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surface wave
plasma
microwave
electric field
sensor
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Application number
TW101133756A
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English (en)
Inventor
Taro Ikeda
Yuki Osada
Hiroyuki Miyashita
Shigeru Kasai
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Abstract

微波放射機構(41)具備有表面波電漿產生用天線(81)、由介電體所構成之慢波材(82)、藉由從天線(81)被放射之微波形成用以生成表面波電漿之電場之介電體構件(83)、電場感測器(112)或電漿發光感測器(113)，及被設置成貫通慢波材(82)及表面波電漿產生用天線(81)的感測器插入孔(110)。感測器插入孔(110)係在對應於縫槽內側之區域，以縫槽之一個以上之整數倍之個數均等地被形成在同一圓周上，電場感測器(112)或電漿發光感測器(113)被插入至感測器插入孔(110)之至少一個。

Description

微波放射機構、表面波電漿源及表面波電漿處理裝置
本發眀係關於微波放射機構、表面波電漿源及表面波電漿處理裝置。
電漿處理在半導體裝置之製造中為不可欠缺之技術，近來，因應LSI之高積體化、高速化之要求而構成LSI的半導體元件之設計規則越來越微細化，再者半導體晶圓也成大型化，隨此電漿處理裝置也被要求對應如此之微細化及大型化者。
然而，自以往中常被使用之平行平板型或感應耦合型之電漿處理裝置中，因所生成之電漿之電子溫度高，故在微細元件產生電漿損傷，再者因電漿密度高之區域被限定，故難以對大型半導體晶圓均勻且快速地進行電漿處理。
於是，可以高密度均勻地形成低電子溫度之表面波電漿的RLSA(Radial Line Slot Antenna)微波電漿處理裝置則受到注目(例如專利文獻1)。
RLSA微波電漿處理裝置係在腔室之上部以特定圖案設置形成有複數縫槽之徑向線縫槽天線(Radial Line Slot Antenna)以作為表面波電漿產生用天線，使從微波產生源被引導之微波從天線之縫槽放射，並且隔著被設置在其下方之由介電體所構成之微波透過板放射至保持真空的腔室內，藉由該微波電場在腔室內生成表面波電漿，依此對 半導體晶圓等之被處理體進行處理。
再者，也提案有將微波分配成複數，設置複數具有上述般之表面波電漿產生用天線的微波放射部，將自該些放射之微波引導至腔室內，並在腔室內將微波予以空間合成而生成電漿的電漿處理裝置(專利文獻2)。
然後，在該種之電漿處理裝置中，在供電部和調諧器之間的位置進行用以生成電漿之微波之輸出的檢測，再者，實際之電漿狀態之檢測係透過被設置在腔室之小型窗而進行。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2000-294550號公報
[專利文獻2]國際公開第2008/013112號小冊子
於在供電部和調諧器之間之位置進行微波之輸出的檢測時，實際上要掌握從表面波電漿產生用天線是否輸出如同設定般之電力為困難。再者，透過被設置在腔室之小型窗檢測電漿之狀態時，即使複數之天線模組中電漿消火或是產生著火不良，也難以檢測出。
為了解決如此之問題點，雖然考慮有直接檢測出從表面波電漿產生用天線輸出之電力或天線正下方的電漿狀態，但是在該場合有可能使用以生成電漿之電場分布紊亂。
因此，本發眀之目的係提供不會使用以生成電漿之電場分布紊亂而可以直接檢測出從表面波電漿產生用天線輸出之電力或天線正下方之電漿狀態的微波放射機構、以及使用此之表面波電漿源及表面波電漿處理裝置。
若藉由本發明之第1觀點，則提供一種微波放射機構，其係被設置在微波傳送路，對腔室內放射微波，上述微波傳送路係傳送從用以在腔室內形成表面波電漿之表面波電漿源中之微波輸出部被輸出的微波，該微波放射機構具備：表面波電漿產生用天線，其係用以將從上述微波傳送路所傳送的微波經縫槽而放射至上述腔室內使產生表面波電漿；慢波材，其係由被設置在上述微波傳送路之上述表面波電漿產生用天線之上游側的介電體所構成；介電體構件，其係被設置在上述微波傳送路之上述表面波電漿產生用天線之下游側，藉由從上述表面波電漿產生用天線被放射之微波，形成用以生成上述表面波電漿之電場；為了測量從上述表面波電漿產生用天線放射之微波之電力，檢測上述介電體構件之電場的電場感測器，或者隔著上述介電體構件而檢測出表面波電漿之發光的電漿發光感測器；及感測器插入孔，其係被設置成貫通上述慢波材及上述表面波電漿產生用天線，以插入上述電場感測器或是上述電漿發光感測器，上述感測器插入孔係在對應於上述慢波材及上述表面波電漿產生用天線之上述縫槽內側的區域，以上述縫槽之n倍(但是，n為1以上之整數)之個數均等地形成在以上述微波傳送路之軸為中心之同一圓周上，上述 電場感測器或上述電漿發光感測器被插入至上述感測器插入孔之至少一個。
上述電場感測器係由前端具有單極部分之同軸纜線所構成，藉由使上述單極部分接觸或接近於上述介電體構件，監視產生在上述介電體構件的電場為佳。再者。上述電場感測器可以設為具有掌握是否能從上述表面波電漿產生用天線正常地放射電磁波之功能，和掌握用以因應製程而取得適當之電漿條件的電力值的功能，及檢測出電漿之著火或者熄火的功能。
上述電漿發光感測器可以設為具有隔著上述介電體構件而檢測出電漿之發光的受光元件，受光元件接觸或接近於上述介電體構件。
針對上述感測器插入孔中，不插入上述電場感測器或上述電漿發光感測器者，插入有電磁波洩漏防止用之插塞為佳。
若藉由本發明之第2觀點時，則提供一種表面波電漿源，具有生成微波之微波生成機構、傳送所生成之微波的微波傳送路，及被設置在上述微波傳送路，將微波放射至腔室內之複數的微波放射機構，對上述腔室內放射微波而生成被供給至上述腔室內之氣體所產生的表面波電漿，該表面波電漿源之特徵為：上述微波放射機構具有上述第1觀點之構成。
若藉由本發明之第3觀點則提供一種表面波電漿處理裝置，具備：腔室，其係用以收容被處理基板；氣體供給 機構，其係對上述腔室內供給氣體；表面波電漿源，其係具有生成微波之微波生成機構、傳送所生成之微波的微波傳送路，及被設置在上述微波傳送路，將微波放射至腔室內之複數的微波放射機構，對上述腔室內放射微波而生成被供給至上述腔室內之氣體所產生的表面波電漿，對上述腔室內之被處理基板藉由上述表面波電漿施予處理，該表面波電漿處理裝置之特徵為：上述微波放射機構具有上述第1觀點。
以下，參照附件圖面針對本發明之實施型態予以詳細說明。
(表面波電漿處理裝置之構成)
第1圖係表示與具有本發明之實施型態有關之微波放射機構的表面波電漿處理裝置之概略構成的剖面圖，第2圖為表示被使用於第1圖之表面波電漿處理裝置之微波電漿源之構成的構成圖。
表面波電漿處理裝置100係作為對晶圓施予電漿處理例如蝕刻處理的電漿蝕刻裝置而構成，具有被構成氣密的由鋁或不鏽鋼等之金屬材料所構成之略圓筒狀之被接地的腔室1，和用以在腔室1內形成微波電漿之微波電漿源2。在腔室1之上部形成有開口部1a，微波電漿源2係被設置成從該開口部1a面臨腔室1之內部。
在腔室1內，藉由隔著絕緣構件12a被豎立設置在腔室1之底部中央的筒狀支撐構件12而被支撐之狀態下，設置有用以水平支撐屬於被處理體之半導體晶圓W(以下記載為晶圓W)之承載器11。就以構成承載器11及支撐構件12之材料而言，例示有在表面施予氧皮鋁處理(陽極氧化處理)之鋁等。
再者，雖然無圖示，在承載器11，設置有用以靜電吸附晶圓W之靜電吸盤、溫度控制機構、對晶圓W之背面供給熱傳達用之氣體的氣體流路，以及為了搬運晶圓W而升降的升降銷等。並且，在承載器11經整合器13電性連接有高頻偏壓電源14。藉由從該高頻偏壓電壓14供給高頻電力至承載器11，電漿中之離子被拉入晶圓W側。
在腔室1之底部連接有排氣管15，在該排氣管15連接有包含真空泵之排氣裝置16。然後，藉由使該排氣裝置16動作，腔室1內被排氣，腔室1內可高速地減壓至特定之真空度。再者，在腔室1之側壁設置有用以進行晶圓W之搬入搬出的搬入搬出口17，和開關該搬入搬出口17的閘閥18。
在腔室1內之承載器11之上方位置，水平地設置有將電漿蝕刻用之處理氣體朝向晶圓W吐出的噴淋板20。該噴淋板20具有被形成格子狀之氣體流路21，和被形成該氣體流路21之多數氣體吐出孔22，格子狀之氣體流路21之間成為空間部23。在該噴淋板20之氣體流路21連接有延伸於腔室1之外側的配管24，在該配管24連接有 處理氣體供給源25。
另外，在腔室1之噴淋板20之上方位置，沿著腔室壁設置有環狀之電漿導入構件26，在該電漿氣體導入構件26於內周設置有多數氣體吐出孔。在該電漿氣體導入構件26經配管28連接有供給電漿氣體之電漿氣體供給源27。作為電漿生成氣體，適合使用Ar氣體等。
從電漿氣體導入構件26被導入至腔室1內之電漿氣體，藉由從微波電漿源2被導入至腔室1內之微波被電漿化，該電漿通過噴淋板20之空間部23且激起從噴淋板20之氣體吐出孔22被吐出之處理氣體，形成處理氣體之電漿。
微波電漿源2係藉由被設置在腔室1之上部的支撐環29而被支撐，該些之間被氣密密封。如第2圖所示般，微波電漿源2具有分配於複數路徑而輸出微波的微波輸出部30，和用以傳送從微波輸出部30輸出的微波並放射至腔室1內之微波供給部40。
微波輸出部30具有微波電源31、微波振盪器32、放大被振盪之微波的放大器33，和將被放大之微波分配成複數之分配器34。
微波振盪器32係使特定頻率(例如，915MHz)之微波振盪例如PLL。在分配器34中，以盡量不引起微波損失之方式，一面取得輸入側和輸出側之阻抗整合，一面分配在放大器33放大之微波。並且，就以微波之頻率除915MHz之外，亦可以使用700MHz至3GHz。
微波供給部40具有主要放大以分配器34被分配之微波的複數放大器部42，和被連接於複數放大器部42之各個的微波放射機構41。
放大器部42具有相位器45、可變增益放大器46、構成固態放大器之主放大器47，和隔離器48。
相位器45係被構成可以使微波之相位變化，藉由調整此可以調變放射特性。例如，藉由對各天線模組調整相位，控制指向性而使電漿分布變化，或如後述般在相鄰的天線模組中各使相位偏移90°而取得圓偏振波。再者，相位器45係調整放大器內之零件間的延遲特性，可以調諧器內之空間合成為目的而使用。但是，於不需要如此放射特性之調變或放大器內之零件間的延遲特性之調整時，則不需要設置相位器45。
可變增益放大器46係調整輸入至主放大器47之微波之電力位準，用以調整或電漿強度調整各個天線模組之偏差的放大器。藉由使可變增益放大器46在各天線模組變化，亦可以使產生的電漿產生分布。
構成固態放大器之主放大器47係可以成為具有例如輸入整合電路、半導體放大元件、輸出整合電路，和高Q值諧振電路之構成。
隔離器48係分離以微波放射機構41反射而朝向主放大器47之反射微波，具有迴圈器和虛擬負載(同軸終端器)。迴圈器係將在後述之微波放射機構41之天線部43反射之微波引導至虛擬負載，且虛擬負載將藉由迴圈器引 導的反射微波轉換成熱。
微波放射機構41係如第3圖之縱剖面圖、第4圖之橫剖面圖所示般，具有傳送微波之同軸構造之導波路44，和將在導波路44傳送之微波放射至腔室1內之天線部43。然後，從微波放射機構41被放射至腔室1內之微波在腔室1內之空間被合成，成為在腔室1內形成表面波電漿。
導波路44係構成同軸狀地配置筒狀之外側導體52及被設置在其中心的棒狀之內側導體53，在導波路44之前端設置有天線部43。導波路44係內側導體53成為供電測，外側導體52成為接地側。外側導體52及內側導體53之上端成為反射板58。
導波路44之基端側設置有供電微波(電磁波)之供電機構54。供電機構54具有被設置在導波路44(外側導體52)之側面的用以導入微波電力的微波電力導入埠55。在微波電力導入埠55，連接有由內側導體56a及外側導體56b所構成之同軸線路56，以作為用以供給從放大器部42被放大之微波的供電線。然後，在同軸線路56之內側導體56a之前端連接有朝向外側導體52之內部而水平延伸之供電天線90。
供電天線90係削取例如鋁等之金屬板並進行加工之後，套入鐵氟龍(註冊商標)等之介電體構件的模具而形成。從反射板58至供電天線90之間，設置有由有用以縮短反射波之有效波長的鐵氟龍(註冊商標)等之介電體所 構成之慢波材59。
並且，於使用2.45GHz等之頻率高之微波時，即使未設置慢波材59亦可。此時，藉由反射板58使從供電天線90放射之電磁波反射，依此將最大之電磁波傳送至同軸構造之導波路44內。此時，將供電天線90至反射板58為止之距離設定成大約λ g/4之半波長倍。但是，在頻率低之微波中，因有徑向之限制，故也有不適合之時。此時，將供電天線之形狀最佳化成由供電天線90產生之電磁波之腹不向供電天線90而係向供電天線90之下方激起為理想。
供電天線90係如第4圖所示般，被構成具有：在微波電力導入埠55中被連接於同軸線路56之內側導體56a，且具有供給電磁波之第1極92及放射所供給之電磁波之第2極93的天線本體91，和從天線本體91之兩側沿著內側導體53之外側延伸，構成環狀之反射部94，以被射入至天線本體91之電磁波和以反射部94反射之電磁波形成駐波。天線本體91之第2極93接觸於內側導體53。
藉由供電天線90放射微波(電磁波)，在外側導體52和內側導體53之間的空間被供電微波電力。然後，被供給至供電機構54之微波電力朝向天線部43傳播。
在導波路44設置有調諧器60。調諧器60係使腔室1內之負載(電漿)之阻抗與微波輸出部30中之微波電源之特性阻抗整合，具有被設置在外側導體52和內側導體 53之間的兩個動塊61a、61b，和被設置在反射板58之外側(上側)的動塊驅動部70。
在該些動塊中，動塊61a被設置在動塊驅動部70側，動塊61b被設置在天線部43側。再者，內側導體53之內部空間，設置有由沿著其長邊方向形成有例如梯形螺桿的螺棒所構成之動塊移動用之兩根動塊移動軸64a、64b。
動塊61a係如第5圖所示般，構成由介電體所構成之圓環狀，在其內側嵌入有具有滑動性之由樹脂所構成的滑動構件63。在滑動構件63設置有動塊移動軸64a螺合之螺絲孔65a，和動塊移動軸64b被插通的通孔65b。另外，動塊61b係與塊動61a相同，具有螺絲孔65a和通孔65b，但是與此動塊61a相反，螺絲孔65a螺合於動塊移動軸64b，在通孔65b插通動塊移動軸64a。依此，藉由使動塊移動軸64a旋轉，動塊61a升降移動，藉由使動塊移動軸64b旋轉，動塊61b升降移動。即是，藉由動塊移動軸64a、64b和滑動構件63所構成之螺桿機構，動塊61a、61b升降移動。
如第6圖所示般，在內側導體53沿著長邊方向以等間隔地形成有3個縫槽53a。另外，滑動構件63係以對應於該些縫隙53a之方式，等間隔地設置有3個突出部63a。然後，在該些突出部63a抵接於動塊61a、61b之內周之狀態下，滑動構件63嵌入至動塊61a、61b之內部。滑動構件63之外周面與內側導體53之內周面不具有間隙 地接觸，藉由動塊移動軸64a、64b旋轉，滑動構件63在內側導體53滑動而升降。即是，內側導體53之內周面當作動塊61a、61b之滑動導件而發揮功能。並且，縫槽53a之寬度以設為5mm以下為佳。依此，如後述般，可以實質地消除洩漏至內側導體53之內部的微波電力，可以維持高微波電力之放射效率。
就以構成滑動構件63之樹脂材料而言，可以舉出適用具有良好之滑動性，比較容易加工之樹脂，例如聚苯硫醚(PPS)樹脂。
上述動塊移動軸64a、64b係貫通反射板58而延伸於動塊驅動部70。在動塊移動軸64a、64b和反射板58之間設置有軸承(無圖示)。再者，在內側導體53之下端設置有由導體所構成之底板67。動塊移動軸64a、64b之下端為了吸收驅動時之振動，通常成為開放端，從該些動塊移動軸64a、64b之下端距離2~5mm左右，設置有底板67。並且，即使以該底板67作為軸承部，以該軸承部樞軸支撐動塊移動軸64a、64b之下端亦可。
動塊驅動部70具有框體71，動塊移動軸64a及64b在框體71內延伸，在動塊移動軸64a及64b之上端，各安裝有齒輪72a及72b。再者，動塊驅動部70設置有使動塊移動軸64a旋轉之馬達73a，和使動塊移動軸64b旋轉之馬達73b。在馬達73a之軸安裝有齒輪74a，在馬達73b之軸安裝有齒輪74b，齒輪74a與齒輪72a咬合，齒輪74b與齒輪72b咬合。因此，藉由馬達73a動塊移動軸 64a經齒輪74a及72a而旋轉，藉由馬達73b動塊移動軸64b經齒輪74b及72b而旋轉。並且，馬達73a、73b為例如步進馬達。
並且，動塊移動軸64b比動塊移動軸64a長，到達至更上方，因此，齒輪72a及72b之位置上下偏置，馬達73a及73b也上下偏置。依此，可以縮小馬達及齒輪等之動力傳達機構之空間，將收容該些之框體71設成與外側導體52相同之直徑。
在馬達73a及73b之上方，以聯結該些輸出軸之方式，設置有用以各檢測動塊61a及61b之位置的增量型之編碼器75a及75b。
動塊61a及61b之位置係藉由動塊控制器68而被控制。具體而言，根據藉由無圖示之阻抗檢測器而被檢測出之輸入端之阻抗值，和藉由編碼器75a及75b被檢測的動塊61a及61b之位置資訊，動塊控制器68發送控制訊號至馬達73a及73b，且控制動塊61a及61b之位置，依此來調整阻抗。動塊控制器68係以終端成為例如50 Ω之方式實行阻抗整合。當僅使兩個動塊中之一方移動時，描繪通過史密斯圖之原點的軌跡，當雙方同時移動時僅相位旋轉。
天線部43具有構成放射微波之縫槽，且構成平面狀，用以產生表面波電漿之表面波電漿產生用天線81，和被設置在表面波電漿產生用天線81之上面的慢波材82。在慢波材82之中心貫通由導體所構成之圓柱構件82a而 連接底板67和表面波電漿產生用天線81。因此，內側導體53經底板67及圓柱構件82a而連接於表面波電漿產生用天線81。慢波材82及表面波電漿產生用天線81構成直徑大於外側導體52之圓板狀。外側導體52之下端延伸至慢波材82之表面，慢波材82及表面波電漿產生用天線81及後述之天板83之周圍藉由覆蓋導體84被覆蓋。
慢波材82具有大於真空的介電率，例如由石英、陶瓷、聚四氟乙烯等之氟系樹脂或聚醯亞胺系樹脂所構成，在真空中由於微波之波長變長，故具有縮短微波之波長而縮小天線之功能。慢波材82可以藉由其厚度調整微波之相位，並且以表面波電漿產生用天線81成為駐波之「腹」之方式調整其厚度。依此，可以設成反射最小，且表面波電漿產生用天線81之放射能成為最大。
在表面波電漿產生用天線81之更前端側，為了生成表面波電漿而形成電場，並且配置有用以真空密封之介電體構件，例如由石英或陶瓷等所構成之天板83。然後，以主放大器47被放大之微波通過內側導體53和外側導體52之周壁之間而從表面波電漿產生用天線81透過天板83而被放射至腔室1內之空間。
上述表面波電漿產生用天線81係如例如第7圖所示般，全體構成圓板狀(平面狀)，並且6個縫槽131被形成全體形狀成為圓周狀。該些縫槽131全部為相同形狀，沿著圓周形成細長形狀。該些縫槽131中鄰接彼此的接縫部分被構成一方縫槽131之端部和另一方之縫槽131之端 部在內外重疊。即是，縫槽131之中央部係成為連接位於外側之一方之端部和位於內側之另一方之端部的狀態，在以內包6個縫槽131之二點鏈線所示之圓環區域132中傾斜地連結與外周一致的一方端部和與內周一致的另一方之端部之間，在圓周方向鄰接之縫槽和縫槽之接縫部分，被構成被縫槽覆蓋，成為在周方向不存在無縫槽之部分。
縫槽131具有(λ g/2)-δ之長度。但是，λ g為微波之有效波長，δ為在圓周方向(角度方向)微調整成電場強度之均勻性變高之微調整成分(包含0)。並且，縫槽131之長度並不限定於約λ g/2，若從λ g/2之整數倍減去微調整成分(包含0)者即可。縫槽131具有中央部和其兩側之一方之端部及另一方之端部(重疊部分)幾乎均等之長度。即是，中央部成為(λ g/6)-δ1，其兩側之端部各成為(λ g/6)-δ2及(λ g/6)-δ3之長度。但是，δ1,δ2、δ3為在圓周方向(角度方向)微調整成電場強度之均勻性變高之微調整成分(包含0)。鄰接之縫槽因以重疊之部分之長度相等為理想，故以δ2=δ3為理想。於本實施型態之時，一個縫槽131之長度大約為λ g/2，因該為6個，故合計之長度為約3 λ g，其中，由於重疊部分為(λ g/6)×6=λ g，全體之長度為2 λ g，故就以天線而言，與圓周狀地配置4個長度約λ g/2之縫槽的以往天線幾乎等效。縫槽131係其內周被形成從表面波電漿產生用天線81之中心成為(λ g/4)±δ′的位置。但是，δ′係為了使徑向之電場強度分布均勻，而進行微調整之 微調整成分(包含0)。並且，從中心至縫槽內周之長度並不限定於約λ g/4，若為λ g/4之整數倍加上微調整成分(包含0)者即可。
如此之表面波電漿產生用天線81係在縫槽和縫槽之接縫部分，可以迴避電磁波強度變弱，並可以使周方向(角度方向)之電漿均勻性變成良好。
但是，縫槽之數量並不限定於6個，例如5個或4個或者7個以上亦可以取得相同之效果。再者，表面波電漿產生用天線81之縫槽形狀並不限定於第7圖，即使為例如複數之圓弧狀之縫槽均等地形成在圓周上亦可。
如第3圖及第7圖所示般，慢波材82及表面波電漿產生用天線81係在對應於縫槽131之內側的區域，設置有貫通該些而到達至天板83之表面的感測器插入孔110。該感測器插入孔110之個數為表面波電漿產生用天線81之縫槽131之數量的n倍(n為1以上之整數)，使同軸構造之導波路44之軸為中心均等(等角度)地設置在相同之圓周上。於第7圖之時，縫槽131之數量為6個，感測器插入孔110之個數為6個(n=1)。
在感測器插入孔110之至少一個隔著圓筒狀之金屬所構成之反射皮111而被插入電場感測器112或電漿發光感測器113(參考第3圖)。即使在不被插入電場感測器112或電漿發光感測器113之感測器插入孔110中，插入電磁波洩漏防止用之插塞(虛擬插塞)亦可。
電場感測器112構成同軸纜線狀，前端成為單極天線 。具體而言，電場感測器112係如第8圖所示般，由內部導體121、其外側之外部導體122、被設置在該些之間的鐵氟龍(註冊商標)等之介電體123所構成，前端之3mm程度成為不存在外部導體122的缺口部124，前端構成僅有內部導體121之單極天線。然後，藉由使該電場感測器112之前端125接觸或接近於天板83之背面，可以從前端之缺口部124輸入電磁波，取出訊號。
就以感測器插入孔110之直徑而言，可以使用例如3mm左右。依此，就以電場感測器112而言，可以使用規格品之同軸纜線(內部導體： 0.51mm、外部導體： 2.19mm、介電體： 1.67mm)。
本實施型態之時，生成單一模式之表面波電漿，因此生成在構成天板83之介電體內之駐波為相同圖案，駐波之腹節之位置被固定，駐波之大小與天線輸出功率同時變大。電場感測器112利用此。即是，使電場感測器112避開駐波之腹及節之位置而接觸或接近於天板83之背面，可以直接監視來自表面波電漿產生用天線81之輸出功率。
此時之監視電力如同例如第9圖所示般。此時，流通於監視線路之監視電流因藉由前端之單極部分之長度而變化，故藉由調整單極部分之長度，可以抽出期待之監視電力。再者，即使藉由調整電場感測器112之前端部和介電體之天板83之背面的距離，調整所檢測出之電場之強度，亦可以調整檢測電流之強度。
雖然流通於監視線路之監視電流值與電場成比例，但是因通過天板83之電力與電場之平方成比例，故監視電流值之平方與該通過電力成比例，取得例如第10圖之關係。並且，當從電源至天板83傳播電力的電力損失變小成幾乎可以忽略，幾乎所有之能量被電漿吸收時，輸入電力和至天板83之通過電力幾乎相等。
藉由感測器112被檢測出之訊號係藉由測量部126被測量，依據與事先被記憶於測量部126之特定值進行比較，可以掌握是否從表面波電漿產生用天線81正常地放射電磁波。再者，電場感測器112因經天板83而與電漿接觸，故藉由監視使例如電漿之條件(氣體種、壓力等)變化之時的表面波電漿產生用天線81之輸出電場值之變化，可以掌握電漿之阻抗的變化。並且，亦可以當作電漿之著火、熄火檢測手段使用。
於插入至感測器插入孔110之感測器為電漿發光感測器113之時，微波放射機構41放射微波之時，實際上可以檢測出電漿是否著火。就以電漿發光感測器113而言，使用一般之光學性感測器，藉由受光元件通過天板83直接檢測出電漿之發光。依此，可以取得充分之發光強度，並可以取得高的檢測精度。
電漿發光感測器113所檢測出之訊號係在測量部126中被取入至電源放大器控制基板，可想像成若從電源ON開始在特定時間(例如5秒)以內檢測出檢測訊號時，電源OFF電漿則不著火的控制。
在本實施型態中，主放大器47和調諧器60和表面波電漿產生用天線81近接配置。然後，調諧器60和表面波電漿產生用天線81構成存在1/2波長內之集中常數電路，並且因表面波電漿產生用天線81、慢波材82、天板83係合成電阻被設定成50 Ω，故調諧器60直接對電漿負荷調諧，可以有效率地將能量傳達至電漿。
表面波電漿處理裝置100中之各構成部藉由具備有微處理器之控制部140而被控制。控制部140具備有記憶表面波電漿處理裝置100之製程序列及控制參數之製程配方的記憶部，和輸入手段及顯示器等，依照所選擇之製程配方而控制電漿處理裝置。
(表面波電漿處理裝置之動作)
接著，針對如上述般構成之表面波電漿處理裝置100中之動作予以說明。
首先，將晶圓W搬入至腔室1內，並載置在承載器11上。然後，從電漿氣體供給源27經配管28及電漿氣體導入構件26而將電漿氣體例如Ar氣體導入至腔室1內，並且將微波由微波電漿源2導入至腔室1內而生成表面波電漿。
如此生成表面波電漿之後，處理氣體，例如Cl2氣體等之蝕刻氣體從處理氣體供給源25經配管24及噴淋板20被吐出至腔室1內。被吐出之處理氣體藉由通過噴淋板20之空間部23的電漿而被激起成為電漿化，並藉由該 處理氣體之電漿對晶圓W施予電漿處理例如蝕刻處理。
於生成上述表面波電漿之時，在微波電漿源2中，從微波輸出部30之微波振盪器32振盪之微波電力在放大器33被放大之後，藉由分配器34被分配成複數，被分配之微波電力被引導至微波供給部40。在微波供給部40中，如此被分配成複數之微波電力，係在構成固態放大器之主放大器47個別地被放大，被供電至微波放射機構41之導波路44，阻抗藉由調諧器60自動被整合，在實質上無電力反射之狀態下，經天線部43之表面波電漿產生用天線81及天板83而被放射至腔室1內被空間合成。
對微波放射機構41之導波路44的供電，因在同軸構造之導波路44之軸的延長線上設置有動塊驅動部70，故從側面進行。即是，當從同軸線路56傳播的微波(電磁波)在被設置在導波路44之側面的微波電力導入埠55中到達供電天線90之第1極92時，微波(電磁波)沿著天線本體91傳播，從天線本體91之前端的第2極93放射微波(電磁波)。再者，天線本體91傳播之微波(電磁波)在反射部94反射，藉由此與入射波合成，使產生駐波。當在供電天線90之配置位置產生駐波時，沿著內側導體53之外壁產生感應磁場，被此感應而產生感應電場。藉由該些連鎖作用，微波(電磁波)在導波路44內傳播，被引導至天線部43。
此時，在導波路44中，雖然藉由使從供電天線90放射的微波(電磁波)在反射板58反射，可以將最大之微 波(電磁波)電力傳送至同軸構造之導波路44，但是此時為了有效果地進行與反射波合成，以從供電天線90至反射板58之距離成為約λ g/4之半波長倍為理想。
微波放射機構41因天線部43和調諧器60成為一體，故成為極小型。因此，可以使微波電漿源2本身小型化。並且，藉由將主放大器47、調諧器60及表面波電漿產生用天線81接近設置，尤其調諧器60和表面波電漿產生用天線81當作集中常數電路而構成，並且將表面波電漿產生用天線81、慢波材82、天板83之合成電阻設計成50 Ω，可以藉由調諧器60以高精度調諧電漿負荷。再者，調諧器60因構成藉由使兩個動塊61a、61b移動，可以進行阻抗整合之動塊調諧器，故成為小型且低損失。並且，如此一來，由於藉由調諧器60和表面波電漿產生用天線81接近，構成集中常數電路並且當作共振器而發揮功能，可以高精度地解消至表面波電漿產生用天線81為止的阻抗不整合，並且實質上可以將不整合部分當作電漿空間，故能夠藉由調諧器60進行高精度之電漿控制。
並且，因在內側導體53之內部設置有相當於用以使動塊驅動之驅動傳達部、驅動引導部、保持部者，故可以使動塊61a、61b之驅動機構小型化，並可以使微波放射機構41小型化。
然而，如本實施型態般，為了生成電漿，在藉由天線放射電磁波之裝置中，實際上知道從天線被放射之有效電力極為重要。以往，並非從天線放射之電力，而是檢測出 從電源被輸出之電力或是電源和調諧器之間的電力。但是，例如，在調諧器和天線之間產生電力損失或電磁場洩漏之時，即使從電源輸出例如1000W之電力，亦可取得從天線僅放射例如500W之情形。此時，有引起構件變質、變形、燒損等之可能性。
另外，於使電漿源成為ON之時，監視電漿實際是否著火則即為重要。因為，於電漿無著火或即使著火之後也熄火之時，當如此地進行製程時，實際上無進行處理之晶圓被當作進行製程的晶圓而移動至下一個製程，而成為不良品。再者，在電漿不點燈之狀態下電力被送往腔室之時，因成為在幾乎無負載之狀態下發送電力的狀態，故有時會過度的反射電力從腔室被送至電源，對電源或連接電源和腔室之線路造成莫大的損害之可能性。以往，就以檢測出如此之電漿的著火不良、熄火等之手段而言，被形成在腔室側面等之窗使用電漿發光感測器。但是，於如此之電漿發光感測器之時，即使可以掌握全體之電漿有無著火，於使用本實施型態般之複數的微波放射機構41之時，即使其一部分有電漿無著火(點燈)之處也難以將此予以檢測出。
於是，本實施型態中，在各微波放射機構41設置感測器插入孔110，並在其感測器插入孔110插入電場感測器112或電漿發光感測器113，可以掌握從一個微波放射機構41之表面波電漿產生用天線81被放射之微波之電力值，或是一個微波放射機構41中有無電漿著火(點 燈)。
電場感測器112係如上述般，藉由在同軸纜線之前端設置不存在外部導體122之缺口部124而成為單極天線構造，經前端之缺口部124輸入來自天板83之電磁波，檢測出天板83之電場，依此可以直接監視來自表面波電漿產生用天線81之輸出功率。
藉由電場感測器112被檢測出之訊號係藉由測量部126被測量，依據與事先被記憶於測量部126之特定值進行比較，可以掌握是否從表面波電漿產生用天線81正常地放射電磁波。例如，從電源供給1000W電力時，取得適當之電子密度，當取得適當之製程結果時，此時若監視電場感測器112所檢測出之電場值(例如，峰值或有效值)時，藉由比較其值和實測值，可以進行正常電力是否從表面波電漿產生用天線81放射之判斷。
再者，電場感測器112因位於微波被照射之側，且經天板83而與電漿接觸，故藉由監視使例如電漿之條件(氣體種、壓力等)變化之時的表面波電漿產生用天線81之輸出電場值之變化，可以掌握電漿之阻抗的變化。若電漿阻抗之值變高，電場值則變高。依此，可以掌握用以因應製程而取得適合之電漿條件的電力值。
並且，亦可以將電場感測器112當作電漿之著火、熄火檢測手段使用。具體而言，藉由比較來自電場感測器112之訊號和事先測量之著火時之訊號，可以判斷著火、熄火。依此，不需要如以往般在腔室側面設置窗，可以實 現比以往單純之構造且更便宜之著火、熄火檢測手段。
電漿發光感測器113因藉由受光元件通過天板83直接檢測出電漿之發光，故可以取得充分之發光強度，可以高精度地檢測出各微波放射機構41之正下方的電漿著火或熄火。
此時，為了高精度地把握電力之值或電漿有無著火，以在對應於表面波電漿產生用天線81之縫槽之內側的位置檢測出該些為理想。因此，雖然必須在對應於慢波材82及表面波電漿產生用天線81之縫槽之內側的位置設置感測器插入孔，但是當在對應於縫槽之內側的位置形成一處的感測器插入孔時，慢波材82內之電磁波紊亂，朝電漿中放射不均勻之電磁波，電場分布成為偏心。
例如，第11圖A表示使用縫槽為5個之表面波電漿產生用天線，在一處設置有感側器插入孔之時的電場模擬之結果，可知電場分布偏心於感測器插入孔側。
於是，本實施型態中，以同軸構造之導波路44之軸為中心在同一圓周上，均等(等角度)設置表面波電漿產生用天線81之縫槽131之數量的n倍(n為1個以上之整數)之個數的感測器插入孔110，在該些之至少一個插入電場感測器112或電漿發光感測器113。依此，對感測器插入孔之電磁波的影響互相抵銷，不會使電場分布紊亂，可以檢測出從天線被輸出之電力或天線正下方之電漿狀態。
第11圖B為在具有5個縫槽之表面波電漿產生用天 線中，以同軸構造之導波路44之軸為中心而同一圓周上均等(等角度)地設置5個感測器插入孔之時的電場模擬結果，確認出藉由如此地依照本實施型態形成感測器插入孔110，可以防止電場分布之偏心。
調查均等地設置5個感測器插入孔，在感測器插入孔插入插塞之時，由於插塞(感測器插入孔)之旋轉角度、徑向之位置、插塞(感測器插入孔)之直徑所造成之電場偏差。為了比較，即使針對於不設置插塞(感測器插入孔)之時，及僅設置一個插塞(感測器插入孔)之時，也同樣調查電場之偏差。將此時之插塞之旋轉角度、徑向之位置、插塞直徑及電場之偏差之結果表示在第12圖。第13圖為用以說明第12圖中之插塞之旋轉角度、徑向之位置、插塞直徑的圖示。
並且，第12圖中之圓圈1為從天線中心產生半徑65mm之區域的電場偏差，圓圈2係從天線中心產生半徑37.5mm之區域的電場偏差。
在第12圖中，No.1為不設置插塞之時，No.2為僅設置一個插塞之時，No.3~13為設置5個插塞之時，No.3~7為使旋轉角度變化者，No.8~10為使徑向位置變化者，No.11~13為使插塞徑變化者。如第12圖所示般，於僅設置一個插塞之時，在圓圈2中圓周方向之偏差變大，於設置5個插塞之時，插塞在以導波路中心軸為中心之圓的相同圓周上，若以與縫槽相同數量均等設置時，與旋轉角度、徑向之位置、插塞直徑無關係，可取得與無插塞之 時同等之電場分布。
再者，因感測器插入孔110之前端與天板83相接，故電磁波(微波)從感測器插入孔110之內部洩漏，有可能對感測器進行之測量造成壞影響。但是，因距離變大時電磁波衰減，藉由使會影響電磁波之部分，即是在電場感測器112之時使測量基板，在電漿發光感測器113之時使受光元件從天板83之背面分離某程度，依此可以迴避如此之壞影響。例如，微波之波長為348mm(頻率860MHz)，感測器插入孔110之直徑為3.0mm之時，則如第14圖所示般，在從接觸面分離4.0mm之位置，衰減常數成為50dB，可取得充分之衰減常數。因此，此時，若使電場感測器112之測量基板或電漿發光感測器113之受光元件從天板83之背面分離4.0mm以上之時，則可以迴避來自天板83之電磁波之影響。再者，即使比起使用波長充分地縮小感測器插入孔110之直徑，亦可以迴避如此之壞影響。
在本實施型態中，於使用電場感測器112當作感測器之時，因藉由對天板83形成感測器插入孔110，朝大氣中形成細孔空間，而從該些取出電力，故有可能產生在此的電力損失。但是，因取出之電力藉由使感測器插入孔110之直徑、電場感測器112之單極天線最佳化，可以充分對電源輸出電力進行衰減(例如-60dB)，故可以一面充分縮小電力損失一面取出充分之電力。
若如上述般藉由本實施型態時，感測器插入孔在對應 於慢波材及表面波電漿產生用天線之縫槽內側的區域，以縫槽之n倍(但是，n為1以上之整數)的個數均等地形成在以微波傳送路之軸為中心的相同圓周上，故對感測器插入孔之電磁波造成之影響互相取消，不會使電場分布紊亂，可以檢測出從天線被輸出之電力或天線正下方的電漿狀態。
(其他之適用)
並且，本發明並不限定於上述實施型態，在本發明之思想的範圍內可做各種變形。例如，微波輸出部30或微波供給部40之構成等並不限定於上述實施型態。具體而言，於不需要進行從天線被放射之微波的指向性控制或使成為圓偏振波之時，則不需要相位器。
再者，在上述實施型態中，雖然例示蝕刻處理裝置以作為電漿處理裝置，但是並不限定於此，亦可以使用於成膜處理、氧氮化膜處理、灰化處理等之其他之電漿處理。並且，被處理基板並不限定於半導體晶圓W，即使為以LCD(液晶顯示器)用基板為代表之FPD(平面顯示器)基板或陶瓷基板等之其他基板亦可。
1‧‧‧腔室
2‧‧‧微波電漿源
11‧‧‧承載器
12‧‧‧支撐構件
15‧‧‧排氣管
16‧‧‧排氣裝置
17‧‧‧搬入搬出口
20‧‧‧噴淋板
30‧‧‧微波輸出部
31‧‧‧微波電源
32‧‧‧微波振盪器
40‧‧‧微波供給部
41‧‧‧微波放射機構
43‧‧‧天線部
44‧‧‧導波部
52‧‧‧外側導體
53‧‧‧內側導體
54‧‧‧供電機構
55‧‧‧微波電力導入埠
56‧‧‧同軸線路
58‧‧‧反射板
60‧‧‧調諧器
81‧‧‧表面波電漿產生用天線
82‧‧‧慢波材
83‧‧‧天板
100‧‧‧表面波電漿處理裝置
110‧‧‧感測器插入孔
112‧‧‧電場感測器
113‧‧‧電漿發光感測器
140‧‧‧控制部
W‧‧‧半導體晶圓
第1圖為表示具有與本發眀之實施型態有關之微波放射機構的表面波電漿處理裝置之概略構成的剖面圖。
第2圖為表示使用於第1圖之表面波電漿處理裝置之 微波電漿源之構成的構成圖。
第3圖為表示第1圖之表面波電漿處理裝置中之微波放射機構的縱剖面圖。
第4圖為表示微波放射機構的供電機構的橫剖面圖。
第5圖為表示調諧器之本體中之動塊(slug)和滑動構件的俯視圖。
第6圖為表示調諧器之本體中的內側導體的斜視圖。
第7圖為表示表面波電漿產生用天線之一例的俯視圖。
第8圖為表示電場感測器之構造例的剖面圖。
第9圖為表示藉由電場感測器之監視電力的圖示。
第10圖為表示從表面波電漿產生用天線放射出的電力和監視電流的平方之值的關係圖。
第11圖A係表示在具有5個縫槽之表面波電漿產生用天線設置一處感測器插入孔之時的電場模擬結果之圖示。
第11圖B係表示在具有5個縫槽之表面波電漿產生用天線均等地(等角度)於以同軸構造之導波路44之軸為中心的相同圓周上設置5個感測器插入孔之時的電場模擬結果之圖示。
第12圖係表示將均等地設置5個感測器插入孔，並在感測器插入孔插入插塞之時的插塞(感測器插入孔)之旋轉角度、徑向之位置、插塞(感測器插入孔)之直徑所引起的電場偏差，於不設置插塞(感測器插入孔)之時及 僅設置一個插塞(感測器)之時，做比較而進行調查的結果之圖示。
第13圖為用以說明第12圖中之插塞之旋轉角度、徑向之位置、插塞之直徑的圖示。
第14圖為表示從電磁波(介電體構件之背面)的距離和衰減常數之關係圖。
41‧‧‧微波放射機構
43‧‧‧天線部
44‧‧‧導波部
52‧‧‧外側導體
53‧‧‧內側導體
54‧‧‧供電機構
55‧‧‧微波電力導入埠
56‧‧‧同軸線路
56a‧‧‧內側導體
56b‧‧‧外側導體
58‧‧‧反射板
59‧‧‧慢波材
60‧‧‧調諧器
61a、61b‧‧‧動塊
63‧‧‧滑動構件
64a、64b‧‧‧動塊移動軸
67‧‧‧底板
68‧‧‧動塊控制器
70‧‧‧動塊驅動部
71‧‧‧框體
72a、72b‧‧‧齒輪
73a、73b‧‧‧馬達
74a、74b‧‧‧齒輪
75a、75b‧‧‧編碼器
81‧‧‧表面波電漿產生用天線
82‧‧‧慢波材
82a‧‧‧圓柱構件
83‧‧‧天板
84‧‧‧覆蓋導體
90‧‧‧供電天線
91‧‧‧天線本體
92‧‧‧第1極
93‧‧‧第2極
94‧‧‧反射部
110‧‧‧感測器插入孔
111‧‧‧反射皮
112‧‧‧電場感測器
113‧‧‧電漿發光感測器
131‧‧‧縫槽

Claims (7)

  1. 一種微波放射機構，被設置在微波傳送路，對腔室內放射微波，上述微波傳送路係傳送從用以在腔室內形成表面波電漿之表面波電漿源中之微波輸出部被輸出的微波，該微波放射機構之特徵為具備：表面波電漿產生用天線，其係用以將從上述微波傳送路所傳送的微波經縫槽而放射至上述腔室內使產生表面波電漿；慢波材，其係由被設置在上述微波傳送路之上述表面波電漿產生用天線之上游側的介電體所構成；介電體構件，其係被設置在上述微波傳送路之上述表面波電漿產生用天線之下游側，藉由從上述表面波電漿產生用天線被放射之微波，形成用以生成上述表面波電漿之電場；為了測量從上述表面波電漿產生用天線放射之微波之電力，檢測上述介電體構件之電場的電場感測器，或者隔著上述介電體構件而檢測出表面波電漿之發光的電漿發光感測器；及感測器插入孔，其係被設置成貫通上述慢波材及上述表面波電漿產生用天線，以插入上述電場感測器或是上述電漿發光感測器，上述感測器插入孔係在對應於上述慢波材及上述表面波電漿產生用天線之上述縫槽內側的區域，以上述縫槽之n倍(但是，n為1以上之整數)之個數均等地形成在以 上述微波傳送路之軸為中心之同一圓周上，上述電場感測器或上述電漿發光感測器被插入至上述感測器插入孔之至少一個。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之微波放射機構，其中上述電場感測器係由前端具有單極部分之同軸纜線所構成，藉由使上述單極部分接觸或接近於上述介電體構件，監視產生在上述介電體構件的電場。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之微波放射機構，其中上述電場感測器具有掌握是否能從上述表面波電漿產生用天線正常地放射電磁波之功能，和掌握用以因應製程而取得適當之電漿條件的電力值的功能，及檢測出電漿之著火或者熄火的功能。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之微波放射機構，其中上述電漿發光感測器具有隔著上述介電體構件而檢測出電漿之發光的受光元件，受光元件接觸或接近於上述介電體構件。
  5. 如申請專利範圍第1項所記載之微波放射機構，其中針對上述感測器插入孔中，不插入上述電場感測器或上述電漿發光感測器者，插入有電磁波洩漏防止用之插塞。
  6. 一種表面波電漿源，具有生成微波之微波生成機構、傳送所生成之微波的微波傳送路，及被設置在上述微波傳送路，將微波放射至腔室內之複數的微波放射機構，對上述腔室內放射微波而生成被供給至上述腔室內之氣體所產生的表面波電漿，該表面波電漿源之特徵為：上述微波放射機構具有：表面波電漿產生用天線，其係用以將從上述微波傳送路所傳送的微波經縫槽而放射至上述腔室內使產生表面波電漿；慢波材，其係由被設置在上述微波傳送路之上述表面波電漿產生用天線之上游側的介電體所構成；介電體構件，其係被設置在上述微波傳送路之上述表面波電漿產生用天線之下游側，藉由從上述表面波電漿產生用天線被放射之微波，形成用以生成上述表面波電漿之電場；為了測量從上述表面波電漿產生用天線放射之微波之電力，檢測上述介電體構件之電場的電場感測器，或者隔著上述介電體構件而檢測出表面波電漿之發光的電漿發光感測器；及感測器插入孔，其係被設置成貫通上述慢波材及上述表面波電漿產生用天線，以插入上述電場感測器或是上述電漿發光感測器，上述感測器插入孔係在對應於上述慢波材及上述表面波電漿產生用天線之上述縫槽內側的區域，以上述縫槽之 n倍(但是，n為1以上之整數)之個數均等地形成在以上述微波傳送路之軸為中心之同一圓周上，上述電場感測器或上述電漿發光感測器被插入至上述感測器插入孔之至少一個。
  7. 一種表面波電漿處理裝置，具有：腔室，其係用以收容被處理基板；氣體供給機構，其係對上述腔室內供給氣體；表面波電漿源，其係具有生成微波之微波生成機構、傳送所生成之微波的微波傳送路，及被設置在上述微波傳送路，將微波放射至上述腔室內之複數的微波放射機構，對上述腔室內放射微波而生成被供給至上述腔室內之氣體所產生的表面波電漿，對上述腔室內之被處理基板藉由上述表面波電漿而施予處理，該表面波處理裝置之特徵為：上述微波放射機構具有：表面波電漿產生用天線，其係用以將從上述微波傳送路所傳送的微波經縫槽而放射至上述腔室內使產生表面波電漿；慢波材，其係由被設置在上述微波傳送路之上述表面波電漿產生用天線之上游側的介電體所構成；介電體構件，其係被設置在上述微波傳送路之上述表面波電漿產生用天線之下游側，藉由從上述表面波電漿產生用天線被放射之微波，形成用以生成上述表面波電漿之電場； 為了測量從上述表面波電漿產生用天線放射之微波之電力，檢測上述介電體構件之電場的電場感測器，或者隔著上述介電體構件而檢測出表面波電漿之發光的電漿發光感測器；及感測器插入孔，其係被設置成貫通上述慢波材及上述表面波電漿產生用天線，以插入上述電場感測器或是上述電漿發光感測器，上述感測器插入孔係在對應於上述慢波材及上述表面波電漿產生用天線之上述縫槽內側的區域，以上述縫槽之n倍(但是，n為1以上之整數)之個數均等地形成在以上述微波傳送路之軸為中心之同一圓周上，上述電場感測器或上述電漿發光感測器被插入至上述感測器插入孔之至少一個。
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