專利名稱：等離子體加工裝置和處理裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是涉及等離子體加工裝置和處理裝置，特別是涉及利用了微波的等離子體加工裝置和處理裝置。
背景技術：
以往在半導體器件和液晶顯示裝置的制造工程中，為了在半導體器件和液晶顯示裝置的襯底上進行成膜和腐蝕處理，使用利用了等離子體的等離子體加工裝置。近年來，隨著半導體器件和液晶顯示裝置的襯底的大型化，能夠處理大面積襯底的等離子體加工裝置被開發(fā)。特別是關于液晶顯示裝置，為了研究所用的襯底尺寸大于1m2的矩形襯底，而開發(fā)可能處理這樣大型襯底的等離子體加工裝置。對這樣的等離子體加工裝置而言，提高加工的均勻性和可控性，即改善改善等離子體的均勻性和可控性，將成為大的課題之一。
這里電感耦合型的等離子體源和利用了微波的等離子體源，與以往主要被使用的電容耦合型的等離子體源不同，由于能獨立地控制等離子體源和襯底的偏置狀態(tài)，所以，在加工控制上，自由度大。因此，當考慮上述的加工均勻性和可控性時，電感耦合型的等離子體源和利用了微波的等離子體源，比以往主要被使用的電容耦合型的等離子體源更被廣泛使用。
但是，上述方式的等離子體源，在把為了產(chǎn)生等離子體的能量，供給到進行等離子體處理的處理室的內(nèi)部時，利用了如電介質(zhì)窗等由電介質(zhì)所構(gòu)成的構(gòu)件。因而，為了有效地向處理室內(nèi)部供給上述能量，則必須適當?shù)卦O定由電介質(zhì)構(gòu)成的構(gòu)件的形狀和大小。特別是，關于如微波那樣的波長短的電磁波，由于它的波長與處理室的尺寸相比十分小，所以，由電介質(zhì)構(gòu)成的構(gòu)件的尺寸和透過由電介質(zhì)構(gòu)成的構(gòu)件的微波的模式，對微波的傳播效率影響很大。微波的傳播效率，影響到對等離子體生成效率，即對能使等離子體產(chǎn)生的加工條件范圍的廣度。
為使上述微波的傳播效率達到最佳值，而規(guī)定了由電介質(zhì)構(gòu)成的構(gòu)件的尺寸的技術，可以舉出如特開平8-315998號公報。特開平8-315998號公報是通過將由電介質(zhì)構(gòu)成的微波透過構(gòu)件的板厚，設定為微波透過構(gòu)件中的微波的波長的約1/2的整數(shù)倍，從而，能使微波的透過率達到最佳化。
另外，為了均勻性良好地生成等離子體，而考慮了微波模式的技術，可以舉出如特開平5-275196號公報。特開平5-275196號公報，為了提高微波的傳播效率，使用模式濾波器來限制具有含高次模式的復數(shù)模式的微波的傳播模式數(shù)，而獲得大致單一模式的微波。然后，使用這種單一模式的微波，則能生成均勻性高的等離子體。
但是，在上面所講的以往的技術中，尚存在以下的問題。
特開平8-315998號公報所披露的技術，如同已敘述過的那樣，是將微波透過構(gòu)件的板厚，設為微波的波長的約1/2的整數(shù)倍。并且，在上述特開平8-315998號公報中，石英作為構(gòu)成微波透過構(gòu)件的材料被例舉出來，同時，作為在由石英所構(gòu)成的微波透過構(gòu)件中的微波的波長，是用考慮了石英相對介電常數(shù)的自由空間內(nèi)的微波的波長。然而，微波透過構(gòu)件是具有有限大小的構(gòu)件。因而，在微波透過構(gòu)件中傳播的微波的波長，比在自由空間內(nèi)傳播的微波的波長變長。而且，在上述微波透過構(gòu)件中傳播的微波的波長，按照微波的模式和形狀發(fā)生變化。在上述特開平8-315998號公報中，由于未考慮到這樣的問題，所以可以認為有效地使微波傳播效率達到最佳化是困難的。
另外，在特開平5-275196號公報中，如同已敘述過的那樣，通過限制具有含高次模式的復數(shù)模式的微波的傳播模式數(shù)，使用大致單一模式的微波進行等離子體的生成。但是，上述特開平5-275196號公報，指出在使微波傳播的波導管內(nèi)部，設微波為大致單一模式，而對在由使微波傳播的電介質(zhì)構(gòu)成的構(gòu)件內(nèi)部的微波的模式未作特別的考慮。因此，被認為存在難以有效地改善改善由電介質(zhì)構(gòu)成的構(gòu)件中的微波的傳播效率的情況。
本發(fā)明是為解決上述那樣的課題的發(fā)明，本發(fā)明的目的在于提供通過提高微波傳播效率，能擴大可形成等離子體的加工條件范圍的等離子體加工裝置和處理裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的1局面下的等離子體加工裝置，是具有使用了等離子體進行處理的處理室、和使被供給到處理室的反應氣體變成等離子體狀態(tài)所用的微波導入到處理室的微波導入單元的等離子體加工裝置，微波導入單元包括使微波透過的電介質(zhì)構(gòu)件。與微波透過電介質(zhì)構(gòu)件的透過方向大致垂直的方向上的電介質(zhì)構(gòu)件的斷面形狀是可以使大致單一模式的微波透過的形狀。當設透過電介質(zhì)構(gòu)件的單一模式的微波的波長為λ，任意整數(shù)為m時，在透過方向上的電介質(zhì)構(gòu)件的厚度T，滿足(λ×(2m+0.7)/4)≤T≤(λ×(2m+1.3)/4)這樣的條件。
如果這樣，則能使電介質(zhì)構(gòu)件的微波的透過效率成為足夠大。因此，當作為微波的發(fā)生源，在使用了與以往同等性能的裝置時，通過電介質(zhì)構(gòu)件，能夠比以往更有效地向處理室的內(nèi)部導入微波。其結(jié)果，在處理室內(nèi)部，在用于形成等離子體的反應氣體的壓力比以往低的條件(即，以往等離子體產(chǎn)生是困難的條件)下，能容易地產(chǎn)生等離子體。另外，由于改善了在電介質(zhì)構(gòu)件中的微波透過率，所以，即使向電介質(zhì)構(gòu)件傳播的微波的功率降低得比以往小，也能在處理室內(nèi)部產(chǎn)生等離子體。從而，使能產(chǎn)生等離子體的氣體壓力和微波的功率等加工條件的范圍，能比以往更擴寬。
還有，在電介質(zhì)構(gòu)件的厚度T不滿足上述的(λ×(2m+0.7)/4)≤T≤(λ×(2m+1.3)/4)這樣的條件時，電介質(zhì)構(gòu)件中的微波的透過率下降(例如，變成60％以下)，因此，擴寬用于產(chǎn)生等離子體的加工條件范圍變得困難。
另外，這里所講的使大致單一模式的微波透過的電介質(zhì)構(gòu)件包括，當向電介質(zhì)構(gòu)件上照射單一模式(例如TE(1，0)模式)的微波時，在電介質(zhì)構(gòu)件的內(nèi)部，使微波的模式改變，發(fā)射與被照射的微波模式不同的單一模式(例如TE(2，1)模式)的微波的電介質(zhì)構(gòu)件。
上述局面下的等離子體加工裝置，期望與透過方向大致垂直方向上的電介質(zhì)構(gòu)件的斷面形狀大致為矩形。
這時，大致單一模式的微波能確實地透過電介質(zhì)構(gòu)件。因此，在等離子體的形成工程中，能有效地利用單一模式的微波。
上述局面下的等離子體加工裝置，當設任意整數(shù)為n和1時，電介質(zhì)構(gòu)件可以為能使TE(n，1)模式中的一個模式的微波通過。
這時，能把僅在與透過方向大致垂直方向上的電介質(zhì)構(gòu)件的斷面內(nèi)，存在電場的模式-TE模式的微波，通過電介質(zhì)構(gòu)件導入處理室內(nèi)部。從而，如使用這樣的TE模式的微波，則能高效率地產(chǎn)生均勻的等離子體。
上述局面下的等離子體加工裝置，透過方向上的電介質(zhì)構(gòu)件的厚度T，也可以是透過電介質(zhì)構(gòu)件的單一模式的微波的波長λ的大致((2m+1)/4)倍。
這時，能特別改善電介質(zhì)構(gòu)件上的微波透過效率，因而，能確實地擴大可形成等離子體加工條件的范圍。
上述局面下的等離子體加工裝置，也可用于液晶顯示裝置的制造工程中。
本發(fā)明的另一局面下的處理裝置是利用微波的處理裝置，具有使實質(zhì)上單一模式的微波透過的電介質(zhì)構(gòu)件，當設透過電介質(zhì)構(gòu)件的單一模式的微波的波長為λ，任意整數(shù)為m時，在微波透過電介質(zhì)構(gòu)件的透過方向上的電介質(zhì)構(gòu)件的厚度T，滿足(λ×(2m+0.7)/4)≤T≤(λ×(2m+1.3)/4)這樣的條件。
如果這樣，能使在電介質(zhì)構(gòu)件中的微波的透過效率變?yōu)樽銐虼蟆Ｒ蚨?，例如在通過電介質(zhì)構(gòu)件向處理裝置的處理室內(nèi)部導入微波時，作為微波的發(fā)生源，即使用與以往相同性能的裝置，也能比以往更有效地向處理室的內(nèi)部導入微波。其結(jié)果，在處理室內(nèi)部進行利用微波的處理時，也能改善這種處理中的微波的利用效率。
并且，例如，在利用微波在處理室內(nèi)部產(chǎn)生等離子體時，如果利用本發(fā)明，由于能比以往有效地向處理室的內(nèi)部導入微波，所以在處理室內(nèi)部，在用于形成等離子體的反應氣體的壓力，比以往變低的條件下，能容易地產(chǎn)生等離子體。另外，由于電介質(zhì)構(gòu)件中的微波的透過效率的改善，即使向電介質(zhì)構(gòu)件傳播的微波的功率比以往小，也能在處理室內(nèi)部產(chǎn)生等離子體。從而，使能夠產(chǎn)生等離子體的氣體壓力和微波的功率等加工條件的范圍，能比以往更擴寬。
上述的另一局面下的處理裝置，與透過方向大致垂直的方向上的電介質(zhì)構(gòu)件的斷面形狀，也可以是能使實質(zhì)上單一模式的微波透過的形狀。
這時，由于使電介質(zhì)構(gòu)件的斷面形狀最佳化，而能容易地實現(xiàn)使大致單一模式的微波能夠透過的電介質(zhì)構(gòu)件。
上述的另一局面下的處理裝置，與透過方向大致垂直方向上的電介質(zhì)構(gòu)件的斷面形狀，也可以大致為矩形。
這時，大致單一模式的微波，能大致確實地透過電介質(zhì)構(gòu)件。從而，在等離子體的形成工程等所規(guī)定的處理中，能有效地利用單一模式的微波。
上述的另一局面下的處理裝置，在設任意整數(shù)為n和1時，電介質(zhì)構(gòu)件也可為能使TE(n，1)模式中的一個模式的微波透過。
這里所謂的微波的TE(n，1)模式的微波，如已經(jīng)敘述過的那樣，是僅在與微波透過電介質(zhì)構(gòu)件的透過方向大致垂直的方向上的電介質(zhì)構(gòu)件的斷面內(nèi)，存在電場的模式。而且上述的另一局面下的處理裝置，能通過電介質(zhì)構(gòu)件，向處理室內(nèi)部等導入TE模式的微波。這樣的TE模式的微波，如用于形成等離子體，則能高效率地產(chǎn)生均勻的等離子體。
上述的另一局面下的處理裝置，其電介質(zhì)構(gòu)件的厚度T，也可是單一模式的微波的波長λ的大致((2m+1)/4)倍。
這時，能特別改善電介質(zhì)構(gòu)件的微波的透過效率。
上述的另一局面下的處理裝置，也可以是利用由透過電介質(zhì)構(gòu)件的微波，使反應氣體變成等離子體狀態(tài)而獲得的等離子體，進行處理的處理裝置。
上述的另一局面下的處理裝置，也可用于液晶顯示裝置的制造工程中。


圖1是示出了利用本發(fā)明的等離子體加工裝置的實施方式1的斷面模式圖。
圖2是有關圖1的沿線II-II的斷面模式圖。
圖3是示出了圖1和圖2所示的等離子體加工裝置中被使用的電介質(zhì)形狀的斜視模式圖。
圖4是示出了電介質(zhì)的厚度和微波透過率之間的關系曲線圖。
圖5是示出了利用本發(fā)明的等離子體加工裝置的實施方式2的斷面模式圖。
圖6是示出了在圖5所示的等離子體加工裝置中，電介質(zhì)厚度與透過電介質(zhì)而被發(fā)射到室內(nèi)部的微波的透過率之間的關系曲線圖。
圖7是示出使用不同厚度的電介質(zhì)樣品時的放電范圍的曲線圖。
具體實施例方式
下面，基于圖來說明本發(fā)明的實施方式。而且在下面圖中相同或相當部分，附有相同參照號，不再重復說明。
(實施方式1)參照圖1～圖3，說明利用本發(fā)明的等離子體加工裝置的實施方式1。
參照圖1～圖3，等離子體加工裝置18，是為了進行采用等離子體的成膜處理或腐蝕處理等的等離子體處理的處理裝置，具有由鋁或在鋁上施行了涂層處理的構(gòu)件等所構(gòu)成的加工室主體2、配置在加工室主體2上部的室蓋1、配置在室蓋1上部的導入波導管4a，4b、分別與導入波導管4a，4b相接的波導管3a，3b。由加工室主體2和室蓋1構(gòu)成作為處理室的室。在室內(nèi)部13中，配置為了保持被處理物襯底9的襯底支架7。襯底支架7是由金屬等導電體構(gòu)成。在襯底支架7的下面，設置了支持襯底支架7的架臺。架臺穿透加工室主體2的底壁。在架臺和加工室主體2之間配置絕緣體14。通過絕緣體14，加工室主體2和襯底支架7以及架臺之間被電絕緣。另外，襯底支架7通過架臺與電源電連接。
室蓋1配置在與襯底支架7上的裝載襯底9的面相對的位置上。室蓋1和加工室主體2之間由墊圈10密封。在室蓋1上形成平面形狀為矩形的開口部15a，15b。在開口部15a，15b分別插入并固定有如圖3所示的形狀的電介質(zhì)5a，5b。電介質(zhì)5a，5b如下面所述的那樣，被形成為能使大致單一模式的微波透過的形狀。構(gòu)成作為電介質(zhì)構(gòu)件的電介質(zhì)5a，5b的材料，可使用例如二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)或者氮化鋁(AlN)等材料。
在室蓋1和電介質(zhì)5a，5b的結(jié)合面上，配置墊圈11。由墊圈11，使室蓋1和電介質(zhì)5a，5b之間密封。這樣，由于設置有墊圈10、11，所以能使室內(nèi)部13與等離子體加工裝置18的外部隔離，保持氣密性。從而，通過利用與加工室主體2相連接的真空泵(圖中未示出)，排出室內(nèi)部13的氣體，能使室內(nèi)部13的壓力保持在10-4～10-5Pa程度的真空狀態(tài)。
在電介質(zhì)5a，5b上分別配置形成了多個縫隙17的縫隙天線板6a，6b。在縫隙天線板6a，6b上，分別配置導入波導管4a，4b。在導入波導管4a，4b的上部分別配置波導管3a，3b。圖中雖未示出，但波導管3a，3b與作為微波振蕩源的磁控管相連接。磁控管和波導管3a，3b之間，通過單向波導管、自動匹配器、還有，直波導管、角形波導管、錐形波導管、分路波導管等規(guī)定形狀的波導管相連接。這些單向波導管、自動匹配器、直波導管、角形波導管、錐形波導管、分路波導管等構(gòu)成微波立體回路。磁控管、微波立體回路、波導管3a，3b、導入波導管4a，4b、縫隙天線板6a，6b、以及電介質(zhì)5a，5b構(gòu)成微波導入單元。通過調(diào)整微波立體回路的形狀和尺寸，而使TE(1，0)模式等的單一模式的微波傳播到波導管3a，3b。
在室蓋1上，位于開口部15a，15b之間的區(qū)域，形成穿透室蓋1的氣體供給用孔16。在室蓋1的上部表面上，配置與氣體供給用孔16相連接的氣體供給管12。圖中雖未示出但氣體供給管12與反應氣體或加工氣體等的罐，并且與用來按所規(guī)定的流量向室內(nèi)部13供給這些氣體的供給用泵等相連接。室蓋1接地。另外，為了使各構(gòu)件的溫度保持在所規(guī)定的值，在室蓋1、加工室主體2、襯底支架7等上，設置加熱器和冷卻裝置等溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件。
下面對圖1～3所示出的等離子體加工裝置18的操作進行簡單說明。首先，由圖中未示出的磁控管使微波振蕩。微波的頻率采用了，例如2.45GHz的值。該微波通過由單向波導管、自動匹配器、直波導管等構(gòu)成的微波立體回路，傳播到波導管3a，3b。傳播到波導管3a，3b上的微波是TE(1，0)模式等的單一模式的微波。進而，通過選擇導入波導管4a，4b的尺寸(寬W1和高W2等)為恰當?shù)某叽?，則可將微波的模式變換成TE(m，0)模式(m為整數(shù))等的單一模式的微波。并且模式被變換了的微波，通過縫隙天線板6a，6b的縫隙17，被導入到電介質(zhì)5a，5b上。
這時的電介質(zhì)5a，5b的形狀，為大致單一模式的微波能透過的形狀。具體講，就是在圖1～3所示的等離子體加工裝置18中，從室蓋1的上表面看到的電介質(zhì)5a，5b的上表面的平面形狀和與微波入射到電介質(zhì)5a，5b的方向大致垂直方向(與室蓋1的上部表面大致平行的方向)上的斷面形狀為矩形形狀。因此，在等離子體的形成工程中，能有效地利用單一模式的微波。
另外，設電介質(zhì)5a，5b的厚度T為在電介質(zhì)5a，5b的內(nèi)部傳播并輻射出的單一模式的微波的波長λg的大致((2n+1)/4)倍(n為整數(shù))的厚度。還希望電介質(zhì)5a，5b的厚度T滿足(λg.(2n+0.7)/4)≤T≤(λg.(2n+1.3)/4)這樣的條件。
通過縫隙17被導入到電介質(zhì)5a，5b的微波，在電介質(zhì)5a，5b的內(nèi)部，被變換成TE(m1，n1)模式(m1，n1為整數(shù))的大致單一模式的微波。并從電介質(zhì)5a，5b的下部表面向室內(nèi)部13發(fā)射大致單一模式的微波。這樣的大致單一的TE模式的微波，適用于均勻的等離子體的形成。
然后，在電介質(zhì)5a，5b內(nèi)部的微波的模式是大致單一模式，并且如同上面所敘述的那樣設定電介質(zhì)5a，5b的厚度T時，發(fā)明者發(fā)現(xiàn)了能夠提高被發(fā)射到室內(nèi)部13的微波的發(fā)射效率。也就是，通過如同上面所講到的那樣設定電介質(zhì)5a，5b的厚度T，則能使微波的駐波的波節(jié)位于電介質(zhì)5a，5b的上表面(大氣側(cè)的面)，同時能使微波的駐波的波腹位于電介質(zhì)5a，5b的下表面(保持真空的室內(nèi)部13側(cè)的面)。如此，因能改善透過電介質(zhì)5a，5b的微波的透過效率，所以能夠提高被發(fā)射到室內(nèi)部13的微波的發(fā)射效率。
然后，通過氣體供給管12，氣體供給孔16，從用于等離子體加工的反應氣體的罐，向室內(nèi)部13導入反應氣體。在將室內(nèi)部13的壓力調(diào)節(jié)成為所規(guī)定的值之后，如上面所講的那樣，通過電介質(zhì)5a，5b，將微波導入室內(nèi)部13。其結(jié)果，能在室內(nèi)部13中生成等離子體。并且，能用該等離子體對襯底9的表面進行成膜處理或腐蝕處理等。
這時，由于從電介質(zhì)5a，5b向室內(nèi)部13導入的微波的發(fā)射效率，比以往高，所以與使用以往的等離子體加工裝置相比，即便是在室內(nèi)部13中的反應氣體的壓力和微波的功率低時，也能在室內(nèi)部13中發(fā)生放電。其結(jié)果，即便在氣體壓力和微波的功率比以往低的條件下，也能在室內(nèi)部13中產(chǎn)生等離子體。也就是說，能夠擴寬可生成等離子體的加工條件的范圍。
這里，對圖1～3所示的等離子體加工裝置的微波導入部分的結(jié)構(gòu)進行更詳細地說明。參照圖1～3，波導管3a，3b具有，例如，像JIS規(guī)格的波導管那樣的只能傳播TE(1，0)模式的斷面形狀。而導入波導管4a，4b，在其上部表面中央有分別與波導管3a，3b相連接的開口部。導入波導管4a，4b作為將由波導管3a，3b分別導入的TE(1，0)模式的微波變換成TE(7，0)模式的微波的模式變換器而發(fā)揮作用。
至于導入波導管4a，4b，可設縱方向上的內(nèi)側(cè)壁之間的距離W1例如為530mm，與導入波導管4a，4b的縱方向的垂直方向上內(nèi)側(cè)壁面之間的距離W8例如為16mm，從位于導入波導管4a，4b下方的縫隙天線板6a，6b的上部表面到導入波導管4a，4b的上部的內(nèi)壁面之間的距離W2例如為100mm。
并且，在設置在導入波導管4a，4b下的縫隙天線板6a，6b上，在6個地方形成縫隙17。并且縫隙17的個數(shù)和配置，可如適應于加工條件等任意變更。
在縫隙天線板6a，6b下，分別配置電介質(zhì)5a，5b。電介質(zhì)5a，5b的形狀是概略圖3所示那樣的形狀。于是，參照圖3，對電介質(zhì)5a，可以設在與微波的發(fā)射方向大致垂直方向上延伸的上部表面的長度W3例如為580mm，寬度W4例如為110mm。另外，對電介質(zhì)5a，可以設與室內(nèi)部13相對的表面的長度W5例如為551mm，寬度W6為81mm。電介質(zhì)5b的形狀大致與電介質(zhì)5a的形狀相同。如從圖1～圖3所知道的那樣，在與電介質(zhì)5a，5b的微波的發(fā)射方向平行的方向上的斷面形狀是所謂的逆凸形。
又，如圖1～3所示的那樣，使單一模式的微波透過的電介質(zhì)5a，5b，如像上述那樣規(guī)定它的厚度T為電介質(zhì)5a，5b內(nèi)部的微波的波長的((2n+1)/4)倍(n為整數(shù))的話，則如同所講過的那樣，在反應氣體的壓力和等離子體的功率比以往還低時，也能充分地產(chǎn)生等離子體。根據(jù)發(fā)明者的研究，像上述那樣規(guī)定電介質(zhì)5a，5b的厚度T，被認為在理論上可以進行如下說明。
也就是說，圖1～3所示的等離子體加工裝置18，當根據(jù)與電介質(zhì)5a，5b的微波的發(fā)射方向大致垂直的面的平面形狀(電介質(zhì)5a，5b的上部表面形狀和與發(fā)射方向大致垂直方向的斷面形狀)來考慮時，可以認為在電介質(zhì)5a，5b上，傳播大致TE(7，1)模式的單一模式的微波。這時，當用下面所示的矩形波導管的邏輯數(shù)式1時，則能算出電介質(zhì)內(nèi)部的微波的波長。
λg＝(λ/SQRT(εr))/SQRT{1-(λ/SQRT(εr))2/2×((7/L1)2+(1/L2)2)} (數(shù)式1)λg矩形電介質(zhì)內(nèi)部的波長λ在空氣或者真空中的自由空間傳播的微波波長εr電介質(zhì)的相對介電常數(shù)L1電介質(zhì)的長邊長度L2電介質(zhì)的短邊長度這里，例如，在構(gòu)成電介質(zhì)5a，5b的材料為氧化鋁(Al2O3)，在微波的頻率為2.45GHz時的電介質(zhì)5a，5b的相對介電常數(shù)為9的條件下，由上述數(shù)式1，計算出電介質(zhì)5a，5b內(nèi)部的TE(6，1)模式的微波的波長為44.8mm。如果像相當于該微波的波長的((2n+1)/4)倍(n為整數(shù))的長度的值那樣，來決定沿微波透過電介質(zhì)5a，5b方向上的電介質(zhì)5a，5b的厚度T的話，則同上述所說那樣，能提高微波的發(fā)射效率。
也就是說，例如，當設電介質(zhì)5a，5b的厚度T，為與上述微波的波長(44.8mm)的((2n+1)/4)倍(n為整數(shù))的長度的值相對應的11.2mm或者33.6mm的話，則能提高電介質(zhì)5a，5b中的微波的透過效率。再者，當厚度T變成為相當于上述微波的波長的(n/2)倍(n為整數(shù))的值——22.4mm那樣來形成電介質(zhì)5a，5b時，電介質(zhì)5a，5b中的微波透過效率變低。
發(fā)明者還考慮了圖1～3所示的等離子體加工裝置上的波導管3a，3b以及導入波導管4a，4b等的形狀，并根據(jù)模擬求出了電介質(zhì)5a，5b中的微波發(fā)射方向上的厚度T和微波透過效率(微波透過率)之間的關系。其結(jié)果示于圖4。再者，在該圖4中示出的數(shù)據(jù)，表示電介質(zhì)5a，5b中的微波的波長如上面所講的那樣為44.8mm時的數(shù)據(jù)。
從圖4還可以知道，在電介質(zhì)5a，5b的厚度T，為電介質(zhì)5a，5b中的微波的波長λg的大致((2n+1)/4)倍(n為整數(shù))(具體講，電介質(zhì)5a，5b的厚度T約為11.2mm和約為33.6mm)時，微波透過率顯示出極大值。并且，從圖4還可以知道，在電介質(zhì)的厚度T，滿足(λg(2n+0.7)/4)≤T≤(λg(2n+1.3)/4)這樣的條件時，微波透過率為足夠大，約60％以上。
再者，對圖1～3已示出的等離子體加工裝置18的電介質(zhì)5a，5b而言，平面形狀(與微波的傳播方向大致垂直方向上的斷面形狀)也可是矩形。另外，在與微波發(fā)射方向大致平行方向上的電介質(zhì)5a，5b的斷面形狀，也可以不是圖1～3所示出的逆凸形，而是矩形。盡管如此，也能得到與圖1～3所示的等離子體加工裝置同樣的效果。
再者，上述那樣的電介質(zhì)的厚度和微波透過率之間的關系，也適用于與圖1～3所示的電介質(zhì)5a，5b不同形狀的電介質(zhì)。例如，在電介質(zhì)5a，5b的平面形狀為矩形以外的形狀時，比如，是圓形時，本發(fā)明也適用。也就是說，即便在電介質(zhì)5a，5b的平面形狀為圓形時，如果電介質(zhì)5a，5b的平面形狀是可以傳播TM(n，1)模式(n、1為整數(shù))等的大致單一模式的微波的形狀的話，通過像上述那樣來規(guī)定電介質(zhì)的厚度，則能提高微波的發(fā)射效率。
具體講，設，在與電介質(zhì)的微波發(fā)射方向平行的方向上的厚度T，為電介質(zhì)內(nèi)部傳播的上述單一模式的微波的波長λg的((2n+0.7)/4)倍以上，((2n+1.3)/4)倍以下(但n為整數(shù))。另外，更希望能設電介質(zhì)的厚度T為微波的波長λg的((2n+1)/4)倍(n為整數(shù))。如果這樣，則能提高電介質(zhì)中的微波的透過率。其結(jié)果，能擴寬在室內(nèi)部13中能形成等離子體的加工條件的范圍。
另外，在等離子體加工裝置18中被處理的襯底9是大型的矩形襯底時，在室蓋1，與襯底9相對的位置上，也可以配置多個矩形形狀的電介質(zhì)。在這種情況下，在室蓋1上，能容易地配置與襯底9的尺寸和形狀等相適應的多個矩形電介質(zhì)。因此，在與襯底9相對的區(qū)域能有效地產(chǎn)生等離子體。
另外，圖1～3所示的等離子體加工裝置18，使用了縫隙天線板6a，6b，但對不使用縫隙天線板6a，6b那樣的等離子體加工裝置，本發(fā)明也能適用。也就是說，在導入波導管4a，4b和電介質(zhì)5a，5b具有所謂的模式變換器的功能，并電介質(zhì)的形狀為能傳播大致單一模式的微波那樣的形狀時，如上所述，設在電介質(zhì)5a，5b的微波的發(fā)射方向上的厚度T，為在電介質(zhì)內(nèi)傳播的單一模式的微波的波長λg的((2n+0.7)/4)倍以上，((2n+1.3)/4)倍以下(但n為整數(shù))。如這樣，則能提高在電介質(zhì)5a，5b中的微波的透過率。因此，能擴寬在室內(nèi)部13中可能產(chǎn)生等離子體的加工條件的范圍。
另外，圖1～3所示的等離子體加工裝置18，由作為微波源的磁控管發(fā)射2.45GHz頻率的微波，并被使用，但被使用的微波的頻率并非只限于2.45GHz。本發(fā)明能適用于所用的微波的波長，比由等離子體加工裝置18的加工室主體2和室蓋1所構(gòu)成的室的尺寸小的情況。
(實施方式2)參照圖5，說明用本發(fā)明的等離子體加工裝置的實施方式2。并圖5與圖2相對應。
參照圖5，等離子體加工裝置18，基本上具有與圖1～圖3所示的等離子體加工裝置同樣的結(jié)構(gòu)，但電介質(zhì)19a，19b的配置和個數(shù)不同。圖5所示的等離子體加工裝置18中，在位于導入波導管4a的下方的區(qū)域，沿導入波導管4a的縱方向，在室蓋1上形成兩個開口部20a，20b。在開口部20a，20b上，分別嵌入在與微波發(fā)射方向大致垂直方向上的斷面形狀為矩形的電介質(zhì)19a，19b。另外，在導入波導管4b(參照圖1)的下方，也同樣在室蓋1形成2個開口部。并在2個開口部上，分別嵌入同在圖5中所示的電介質(zhì)19a，19b形狀相同的電介質(zhì)。
對于電介質(zhì)19a，19b，可設，與導入波導管4a的縱方向大致平行的方向上的上部表面的長度W7，如為283mm。另外，可設，與導入波導管4a的縱方向垂直方向上的電介質(zhì)19a，19b的寬度，如為80mm。另外，從圖5還可以知道，與微波發(fā)射方向平行的方向上的電介質(zhì)19a，19b的斷面形狀，大致成逆凸形。
對于圖5所示的等離子體加工裝置，同本發(fā)明的實施方式1的情況一樣，根據(jù)模擬也能求出了電介質(zhì)19a，19b的厚度T和微波透過率之間的關系。其結(jié)果，示于圖6。再者，與作為模擬對象的電介質(zhì)19a，19b的微波發(fā)射方向大致垂直方向上的平面形狀(斷面形狀)，是能夠傳播大致TE(7，1)模式的微波的形狀。
當用上述數(shù)式1來計算在電介質(zhì)19a，19b內(nèi)的TE(7，1)模式的微波的波長時，其波長為68.9mm。又，如從圖6所示的曲線還知道的那樣，當設，電介質(zhì)19a，19b的厚度T，為相當于在上述電介質(zhì)19a，19b內(nèi)傳播的微波的波長λg的(1/4)倍(1/4波長)的17.2mm(設電解質(zhì)的厚度T為微波的波長λg的((2n+1)/4)倍時，n＝0的情況)時，微波的透過率變成為足夠大。
(實施例)為了確認上述實施方式2所示的模擬結(jié)果，在圖5所示的等離子體加工裝置上，關于電介質(zhì)19a，19b，準備了其厚度T為15.0mm和27.5mm的2種電介質(zhì)試樣。然后，將這些電解質(zhì)試樣分別設置到等離子體加工裝置18上，并測定了放電開始功率的值。作為測定條件，為模擬反應氣體，將氬(Ar)氣供給到室內(nèi)部13的狀態(tài)下，使其發(fā)生放電。設氬氣的流量條件為500sccm(0.5l/分)。其結(jié)果，示于圖7。
參照圖7，橫軸表示室內(nèi)部的氣體壓力，縱軸表示微波功率。而且，用實線表示電介質(zhì)19a，19b的厚度T為15.0mm時的放電范圍(能發(fā)生等離子體的條件范圍)的下限。另外，用虛線表示在電介質(zhì)19a，19b的厚度T為27.5mm時的放電范圍的下限。
參照圖7可知，在氣體壓力低且微波功率小的區(qū)域內(nèi)，使用電介質(zhì)19a，19b的厚度T為15.0mm的試料，比使用厚度T為27.5mm的試料，更能發(fā)生放電。也就是說，在設電介質(zhì)19a，19b的厚度T為15.0mm時，能放寬可發(fā)生等離子體的加工條件的范圍。
還有在電介質(zhì)內(nèi)的微波的波長λg為68.9mm時，作為其一試料的電介質(zhì)的厚度T為15.0mm，是被包括在上述波長λg的((2n+0.7)/4)倍以上，((2n+1.3)/4)倍以下(n為整數(shù))這樣的數(shù)值范圍內(nèi)。具體而言，15.0mm這樣的數(shù)值，被包括在設n為0時的上述數(shù)值范圍內(nèi)。同時作為另一試料的另一個電介質(zhì)的厚度T的值為27.5mm這樣的數(shù)值，不包含在上述的數(shù)值范圍內(nèi)。
這樣，圖5所示的等離子體加工裝置，在設電介質(zhì)19a，19b的厚度T為在電介質(zhì)內(nèi)傳播的單一模式的微波的波長λg的((2n+0.7)/4)倍以上，((2n+1.3)/4)倍以下(但n為整數(shù))時，也能改善透過電介質(zhì)19a，19b的微波的透過率。從而，能擴展室內(nèi)部13中的等離子體的放電范圍(能產(chǎn)生等離子體的加工條件范圍)。
這一次所展示的實施方式和實施例，在各個方面應該被認為是例示性的的和非限制性的。本發(fā)明的范圍不僅包括上述的實施方式和實施例，而且還意圖包括按權(quán)利要求書所示出的，與權(quán)利要求范圍等價意義上和范圍內(nèi)的所有變更。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性像上述那樣，與本發(fā)明有關的等離子體加工裝置和處理裝置，能用于半導體存儲裝置等的半導體裝置和液晶顯示裝置的制造工程中，特別適用于大面積的襯底的處理。
權(quán)利要求
1.一種等離子體加工裝置，具有使用等離子體進行處理的處理室(1，2)和向上述處理室(1，2)導入使已被供給到上述處理室(1，2)的反應氣體變成等離子體狀態(tài)所用的微波的微波導入單元(3a～6a，3b～6b，19a，19b)，其特征在于上述微波導入單元(3a～6a，3b～6b，19a，19b)包括使上述微波透過的電介質(zhì)構(gòu)件(5a，5b，19a，19b)，在與上述微波透過上述電介質(zhì)構(gòu)件(5a，5b，19a，19b)的透過方向大致垂直的方向上的上述電介質(zhì)構(gòu)件(5a，5b，19a，19b)的斷面形狀，是可以使大致單一模式的上述微波透過的形狀，當設透過上述電介質(zhì)構(gòu)件(5a，5b，19a，19b)的上述單一模式的微波的波長為λ、任意整數(shù)為m時，上述透過方向上的上述電介質(zhì)構(gòu)件(5a，5b，19a，19b)的厚度T滿足(λ×(2m+0.7)/4)≤T≤(λ×(2m+1.3)/4))這樣的條件。
2.權(quán)利要求1所記載的等離子體加工裝置，其特征在于與上述透過方向大致垂直的方向上的上述電介質(zhì)構(gòu)件(5a，5b，19a，19b)的斷面形狀大致為矩形。
3.權(quán)利要求1所記載的等離子體加工裝置，其特征在于當設任意整數(shù)為n和1時，上述電介質(zhì)構(gòu)件(5a，5b，19a，19b)能使TE(n，1)模式中的一個模式的微波透過。
4.權(quán)利要求1所記載的等離子體加工裝置，其特征在于在上述透過方向上的上述電介質(zhì)構(gòu)件(5a，5b，19a，19b)的厚度T，大致是透過上述電介質(zhì)構(gòu)件(5a，5b，19a，19b)的上述單一模式的微波的波長λ的((2m+1)/4)倍。
5.一種利用微波的處理裝置，其特征在于具備使實質(zhì)上單一模式的微波透過的電介質(zhì)構(gòu)件(5a，5b，19a，19b)，在設透過上述電介質(zhì)構(gòu)件(5a，5b，19a，19b)的上述單一模式的微波的波長為λ、任意整數(shù)為m時，在上述微波透過上述電介質(zhì)構(gòu)件(5a，5b，19a，19b)的透過方向上的上述電介質(zhì)構(gòu)件(5a，5b，19a，19b)的厚度T，滿足(λ×(2m+0.7)/4)≤T≤(λ×(2m+1.3)/4)這樣的條件。
6.權(quán)利要求5所記載的處理裝置，其特征在于與上述透過方向大致垂直方向上的上述電介質(zhì)構(gòu)件(5a，5b，19a，19b)的斷面形狀，是能使實質(zhì)上單一模式的上述微波透過的形狀。
7.權(quán)利要求6所記載的處理裝置，其特征在于與上述透過方向大致垂直方向上的上述電介質(zhì)構(gòu)件(5a，5b，19a，19b)的斷面形狀，大致為矩形。
8.權(quán)利要求6所記載的處理裝置，其特征在于在設任意整數(shù)為n和1時，上述電介質(zhì)構(gòu)件能使TE(n，1)模式中的一個模式的微波透過。
9.權(quán)利要求5所記載的處理裝置，其特征在于上述電介質(zhì)構(gòu)件(5a，5b，19a，19b)的厚度T，大致是上述單一模式的微波的波長λ的((2m+1)/4)倍。
全文摘要
通過提高微波的傳播效率，得到能擴寬可形成等離子體加工條件范圍的等離子體加工裝置和處理裝置。等離子體加工裝置是具有用等離子體進行處理的處理室(1，2)和將微波導入處理室的微波導入單元(3a～6a，3b～6b，19a，19b)的等離子體加工裝置，微波導入單元(3a～6a，3b～6b，19a，19b)包括使微波透過的電介質(zhì)構(gòu)件(5a，5b，19a，19b)。與微波透過的電介質(zhì)構(gòu)件的透過方向大致垂直方向上的電介質(zhì)構(gòu)件的斷面形狀，是可使大致單一模式的微波透過的形狀。在設透過電介質(zhì)構(gòu)件的單一模式的微波的波長為λ，任意整數(shù)為m時，透過方向上的電介質(zhì)構(gòu)件的厚度T，滿足(λ×(2m+0.7)/4)≤T≤(λ×(2m+1.3)/4)這樣的條件。
文檔編號C23C16/511GK1613279SQ0282688
公開日2005年5月4日 申請日期2002年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月8日
發(fā)明者大見忠弘, 山本直子, 山本達志, 平山昌樹 申請人:夏普株式會社, 大見忠弘