TWI281365B - Radial antenna and plasma device using the same - Google Patents

Description

1281365 A7 _ B7 五、發明説明（1 ~' 【發明之詳細說明】 【發明之技術領域】 本發明係關於放射狀天線及使用其之電聚裝置。 【先前技藝】 於半導體裝置之製造中，為進行氧化膜之形成及半導體 層之結晶成長、蝕刻或去除光阻等的處理，經常使用電聚 裝置。該電漿處理裝置中，包含有通過放射狀天線將微^ 導入處理容器内，使其產生高密度電漿之微波電漿裝置。 該微波電漿裝置，因即使其壓力較低亦可安定地產生電聚 ，故具有用途廣泛之特色。 圖7係顯不於如此之微波電裝裝置中，至此所使用之放射 狀天線之一構成例，及電場放射分佈圖。在此，圖7(a)係 顯示放射狀天線之放射面之概念圖。圖7(b)係顯示圖7(a) 之Vllb-VIIb'線方向之剖面圖。圖7(c)係顯示依據放射狀天 線之放射電場之分佈之概念圖。圖7(c)中，橫軸係由放射 狀天線之中心向徑方向之距離，縱軸係放射狀天線所放射 之電場之強度。另外，圖8係顯示圖7所示之放射狀天線之 放射面處所形成之縫隙形狀圖。 電漿裝置中之以往所使用之放射狀天線230，係如圖7(b) 所示’由形成放射狀波導路233之互相平行的2片導電板23 1 、232，及連接該等導電板κι、232周邊之環構件234所構 成。導電板232之中央部，導入由微波發生器（圖中未示）產 生之微波之微波導入口 23 5呈開口狀。又於導電板23 1處形 成有多數之縫隙236，以將於放射狀波導路233内傳播之微 -4- 尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇X297公复) 1281365 A7 B7 五、發明説明（2 ) 波放射於處理容器内（圖中未示）。若考慮對放射狀波導路 233内之電磁場之影響，缝隙236之寬幅W2係越窄越好，但 若過於狹窄則會成為異常放電之原因，故通常設定為2mm 左右。（若設定放射狀波導路233内之微波波長為Ag，則 W2S λ g/4) 〇 由微波導入口 235所導入之微波，係由放射狀波導路233 之中央部向周邊部作放射狀傳播。此時微波係因由多數個 縫隙236—點一滴的放射而出，故其放射狀波導路233内之 電力密度’則順著接近周邊部徐徐降低。另一方面，縫隙 236之電場放射效率，係隨著縫隙236之長度，即縫隙長度 L2由0逐漸增長變大，當縫隙長度L2相當於几g/2i長度時 則為極大。 在如此之條件下，為得到如圖7(c)所示之放射電場分佈 ’以往係藉著調整縫隙長度L2來控制放射電場強度。亦 即’如圖7(a)所示，隨著離開導電板231之中心，增長縫隙 長度L2，而在電力密度小之周邊部，藉由其縫隙長度乙2 接近相當於；I g/2之長度時，而實現如圖7(c)所示之放射電 場分佈。 【發明所欲解決之問題】 但是，若縫隙23 6之電場放射效率成為極大之L2= λ g/2 之時’會引起微波之共振，特別是縫隙236的寬幅W2為2 mm 之狹窄場合，會引起異常放電。此放電一旦使縫隙236之周 圍加熱，則會造成縫隙236之周圍扭曲或溶化之問題。 本發明係為解決如此之問題而成，其目的在於使其無法 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐)

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引起異常放電’並可得到所希望之電場放射分佈。 【課題之解決手段】

為達成如此之目的，本發明之放射狀天線，其特徵係具 備由複數的隙縫所形成之第丨導電板；含有微波導入口且與 第1導電板成相對配置之第2導電板；連接第i及第2導電板 周邊之環構件；設置在由第i及第2導電板所形成之放射狀 波導路内之第2導電板上；以調整至第1導電板的距離之導 電性調整構件。藉由縮小從第2導電板到第i導電板之距離 ，可加大在第1及第2導電板間之電力密度。因此於第丨導電 板所形成縫隙之縫隙長度，比相當於λ g/2之長度為短時， 亦可加大放射電場強度。 .裝 在此，可將複數_整構件作+面放身I狀之g己置，亦可 將丨個或複數個調整構件沿著第2導電板之周邊作配置。 訂

另外可將導電構件之〶度，設^成隨著離開第2導電板 之中心而變高。藉此’彳變更在放射狀波導路内之徑方向 之電力密度。 又，在上述之放射狀天線中，_求設定為略矩形狀或 圓弧狀時’使其縫隙長度較相當於Ag/3之長度為短時較佳 。藉此’即使縫隙之寬幅過於狹窄，亦可有效的防止引起 異常放電。 另外’本發明之電《置’其特徵在使用上述放射狀天 線，以做為提供微波至產生電毁之容器内之天線機構。 【發明之實施例】 以下，參照圖面，詳細說明本發明之實施例。在此說明

1281365 A7 _____wr 五、發明説明（4 ) 運用依據本發明之使用放射狀天線之電漿裝置於蝕刻裝置 之例。 (第1實施例） 圖1為本發明之實施例之蝕刻裝置構成圖。於該圖1中， 係顯示關於一部份構成之剖面構造。 圖1所示之蝕刻裝置，具有上部呈開口之圓筒形狀之處理 容器11。該處理容器11，係由鋁等之導電構件所形成。 處理容器11之底部，設有連通真空幫蒲（圖中未示）之排 氣口 14’可設定處理容器11内部所希望之真空度。 另外，於處理容器11側壁之上下，設置有為導入氬等之 電漿氣體於處理容器11内之電漿氣體供給喷嘴15,及為了 導入蝕刻氣體之處理氣體供給喷嘴16。該喷嘴15、16係由 石英管萼所構成。 在處理容器11内之蝕刻對象基板（被處理體）2 1，於其上 面收容有載置台22，其被固定於透過絕緣板24而固定在處 理容器1 1底部之支持台23上。該載置台22係又通過匹配盒 25而連接於偏壓用之高頻電源26。 在處理容器11之上部開口，係配置有成水平狀態，呈平 板狀之電介質板13。該電介質板13,係採用厚度20〜30 mm 左右之石英玻璃，或（Al2〇3或A1N等）陶瓷等所製成。處理 容器11及電介質板13之接合部，係以〇環等之密封構件12 介於其中，藉此確保處理容器11内之氣密性。 另外’在電介質板13上部，配置有將放射面（後述之導電 板31)朝下之放射狀天線30〇該放射狀天線3〇，係通過電介 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇 x 297公釐) 1281365 A7 B7 五、發明説明（5 ) 質板13而提供微波MW給處理容器11内之天線方法。電介質 板13係與放射狀天線3〇之放射面成相對配置，藉由覆蓋該 放射面全域，保護放射狀天線30免於處理容器1 1内所產生 之電漿。又電介質板13及放射狀天線30之周圍，係藉由屏 障材17所覆蓋。 圖2係顯示放射狀天線3〇之構成，及電場放射之分佈之圖 面。在此，圖2(a)係顯示放射狀天線30之放射面之平面圖 。圖2(b)係顯示在圖2(a)IIb-IIb·線方向之剖面圖，圖2(c)係 顯示依據放射狀天線30之放射電場分佈之概念圖。另外， 圖2(a)係將本發明之特徵作明確之概念顯示。又，在圖2(c) ’橫軸係由放射狀天線30之中心向徑方向之距離，縱軸係 指由放射狀天線30所放射之電場之強度。 放射狀天線30係如圖2(b)所示，由構成上述放射面之第i 導電板3 1 ’該導電板3 1相對而在上方位置成相對配置之第2 導電板32，及連接導電板3丨、32周邊之環構件34所構成。 藉由環構件34，將導電板31及導電板32之間隔維持在“。 如此構成之放射狀天線30，係呈中空圓筒形狀，藉著2片導 電板31、32，構成引導微波MW之放射狀波導路33。導電板 3 1、32及環構件34，係由銅或鋁等之導電體所形成。 導電板32之中央部，導入微波Mw之微波導入口 35係呈 開口狀。又，於構成放射面之導電板31，如圖所示， 形成有多數向四周方向延伸之縫隙36，呈同心圓狀。 圖3係顯不縫隙36之形狀例之圖面。縫隙36之形狀，係如 圖3(a)所示之矩形，但如圖3(c)所示之圓弧狀亦可。又，將 •1 •裝 訂

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圖3(a)、（c、玲疼- 其稍成圓形亦；之個角’如圖3(b)、⑷所示’使 • 了。在圖3⑷〜⑷所示之縫隙36中，長方向之 、又°又”、、縫隙長L1，短方向之長度則設為寬W1。 開導：板(;)ι所不’各縫隙36之縫隙長乙1，原則上以隨著離 开 之中心而變長。但在徑方向，因與後述不相對 隆起37之區域A1及相對區域八2之境界前後變成不連續。若 狀波導路33内之微伽之波長為^，而將縫隙長 X定為即使最大亦比相當λ g/2之長度短許多。於該放射 狀天線3〇中，設其最大之縫隙長L1為;lg/3。 考慮對放射狀波導路33内之電磁場之影響，各縫隙％之 寬中田W1设定為2 mm左右。 在拴方向之縫隙3 6間之間距，係根據^ g設定。在實現 如，4⑷所不之放射型之天線之場合，將上述間距設定為 相田於λ g左右之長度。又，實現如圖4(b)所示之漏洩型之 天線之場合，將上述間距設定為相當於又g/2〇〜又g/3〇左右 之長度。 如圖1所示，於放射狀天線30之中央部連接同軸線路41 。該同軸線路41之外部導體41A ,係連接導體板32之微波 導入口 35。又，同軸線路41之中心導體41B之前端係呈圓錐 狀’該圓錐之底部連接導體板3 1之中心。 如此連接放射狀天線3 0之同軸線路4 1，係通過矩形•同 軸變換器42及矩形導波管43而連接微波發生器45。該微波 發生器45係發生例如2.45 GHz之微波MW。另外，微波MW 之周波數，在1 GHz〜10數GHz之範圍内即可。又，藉由在 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

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矩T導波管43之途中設置進行阻抗之微調之匹配電路44， 可提升電力的使用效率。 另外，如圖2(b)所示，在放射狀波導路33内之導電板 下面，固設有複數之隆起37。該等隆起37,係由銅或鋁等 之導電體所形成，由導電板32側以小螺釘固定住。隆起37 係高度h較dl低之四角柱狀之構件，將其作為調整手段，以 调整至導電板31上面的距離。又，在各隆起37之邊緣之中

裝 最接近放射狀波導路33中心之邊緣37E，如圖2(b)所示呈 切面。 訂

線 各隆起37如圖2(a)所示，於自導電板32之中心離開一定 距離以上，欲增大放射電場強度之區域八2，配置成放射狀 。此時’隆起37配置於與縫隙36相對之區域。另外，如圖 4(a)、（b)所示，於除了導電板31中央部外之全域形成縫隙 36A、36B之場合，其各隆起37係向四周方向做連續配置。 在無配置隆起37之區域A1中，放射狀波導路33之高度， 係由導電板32到導電板3 1的距離dl。相對於此，在配置有 隆起37之區域A2中，其放射狀波導路33之高度，則是變成 由隆起37到導電板31的距離d2= dl-h (<dl)。藉由設置隆起 37而使放射狀波導路33之高度變低之區域A2中，其電力密 度會變大。為此，在設置有隆起3 7之區域A2中，即使使縫 隙長度L1為較相當於又g/2之長度短許多時，亦可增大其放 射電場強度。 因若使縫隙長度L 1較相當於；I g/2之長度短相當多就可 抑制共振，故儘管縫隙36之寬幅W1只有2 mm之窄度，即可 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 1281365

防止異吊放電之感應。更為理想者是為，藉由設定I!〈入 g/3 ’可更有效的防止異常放電之感應。 此外，藉由配合自導電板32中心之距離而調整各縫隙刊 之縫隙長度L1以控制放射電場強度，可使其引起異常放電 ’而可得到如圖2(c)所示之電場放射分佈。 另外，亦可於放射狀波導路33内配置包含陶瓷等之比電 今率大於1之電介質材料之遲延構件。藉由使用該遲延構件 ’可使其電場放射效率提昇。 其次，說明於圖1所示之蝕刻裝置之動作。 於將基板21置放於載置台22上面之狀態，設定處理容器 11内之真空度為0.01〜10 pa左右。接著持續維持該真空度， 由電漿氣體供給噴嘴15供給作為電漿氣體之氬，由處理氣 體供給喷嘴1 6控制流量而供給cf4等之姑刻氣體。 在供給電漿氣體及蝕刻氣體於處理容器丨丨内之狀態，將 由微波舍生益45產生之微波MW，通過矩形導波管43、矩形 •同軸變換器42及同軸線路41而供給放射狀天線3〇。 k供給放射狀天線3 0之微波]VIW，由導電板3 1、3 2所形 成之放射狀波導路3 3之中央部，開始向周邊部作放射狀之 傳播。此時因微波MW，係由各縫隙3 6 —點一滴的放射而出 ’所以傳播放射狀波導路3 3内之微波μ W之電力密度，乃順 著接近周邊部徐徐的下降。但從導電板3 2之中心離開一定 距離以上，到配置有隆起37之區域Α2中，放射狀波導路33 之高度則由d 1變為d2，僅低了隆起3 7之高度h，故其放射狀 波導路3 3内之電力密度無法像先前那樣小。故即使缝隙長 -11- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公复) 1281365 A7 ___B7 五、發明説明（9 ) 度L1較相當於又g/3之長度為短時，由其全部縫隙36所放射 之微波MW之電場強度亦變得相當大。 另一方面’因L 1 <又g/3，所以即使縫隙3 6之寬幅W1只 有2 mm如此窄，亦不會引起異常放電。因此，不會像以往 因放電而產生縫隙36周圍之扭曲及溶解。 由放射狀天線3 0所放射之微波MW，係透過電介質板1 3 而導入於處理容器11内。藉由該微波M W於處理容器11内形 成電場而使氬電離，在處理對象之基板2丨之上部空間s i產 生電漿。 於該姓刻裝置中，因在載置台22之負電位係為偏壓，故 離子從所產生之電漿中被吸出，而對基板21進行蝕刻處 理。 另外，於圖2所示之放射狀天線3〇中，係使用特定高度之 隆起37，但如圖5所示之放射狀天線30A，可將其高度向於 徑方向做連續性變化之隆起37A配置於導電板32下面，且 使與導電板3 1相對之下面成傾斜狀。此時，因考慮到放射 狀天線30A内外之阻抗匹配，亦可將隆起37 a設計成傾斜 (第2實施例） 於圖2所示之放射狀天線30中，其隆起37係配置成放射狀 ’但亦可將隆起沿著導電板32之周邊做配置。圖6係為如此 之隆起所配置之放射狀天線之構成圖。在此，圖6(a)係顯 示放射狀天線之放射面之平面圖，圖6(b)係指在圖6(a)之 VIb-VIb\.方向之剖面圖。另外，圖6(a)係將本發明之特徵 -12-

1281365 A7 _______ B7 五、發明説明（1〇 ) 明確之概念顯示。又，在圖6中顯示出與圖2之相同部份具 相同符號者，省略其說明。 如圖6所示，在放射狀波導路133内之導電板32之下面， 有3個作為調整手段作用之隆起i37A、137B、137C，其係 沿著周邊被固設住。該等隆起137A〜137C，係沿著導電板 3 2之周邊，依序由内側呈同心圓狀而配置。又，將各隆起 137A、137B、137C之高度，各自設定為hi、h2、h3 ,則hi <h2<h3。亦即，隆起137A〜137C之高度，係隨著離開導 電板3 2之中心而變高。因此，放射狀波導路丨3 3之高度，亦 隨著離開放射狀波導路133之中心而變低。藉此，可改變在 放射狀波導路133内之徑方向之電力密度。 因此’與圖2所示之放射狀天線3 0相同，即使使縫隙長度 L 1車乂相^於又g/2之長度相當短，例如較相當於又g/3之長 度為短時，因設置有隆起137八〜137(：，可增大放射電場強 度。又，即使縫隙36之寬幅W1只有2 mm如此窄，亦可防止 引起異常放電。 另外’在此舉3個隆起13 7 A〜13 7 C呈同心圓狀配置之例， 但其隆起之個數不限定只有3個。 又’隆起137A〜137C之高度hi、h2、h3係各自為一定， 但與圖5所示之隆起37相同，其高度亦可向徑方向做連續性 之變化。 以上係說明依據本發明使用放射狀天線之電衆裝置，其 適用於蝕刻裝置之例。但其適用於電漿CVD裝置等之其他 之電漿裝置則自不待言。 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)

裝 1281365 11 發明説明 另外’依據本發明之放射狀天線之用途並不限定於上述 之電裳裝置.。例如依據本發明之放射狀天線亦可使用於通 ^用之天線’特別是利用於將矩陣型天線之輸出入信號做 分配合成之分配合成器。 【發明之效果】 如以上所說明的，於本發明之放射狀天線中，具備有調 整由形成放射狀波導路之第2導電板到第1導電板為止之距 離之調整構件。所以，在以往電力密度變小之放射狀波導 路之周邊部份，因藉由降低放射狀波導路之高度，可增大 電力密度’故即使使縫隙長度！^較相當於λ g/2之長度短許 夕’亦可增大放射電場強度。所以，配合欲加大放射電場 強度之區域’藉由設置調整構件，使其無法感應到異常放 電’並可得到所希望之電場放射分佈。 【圖面之簡要說明】 ij •d 4 【圖1】本發明之第1實施例之蝕刻裝置之構成圖。 【圖2】係顯示放射狀天線之一構成例，及電場放射之分 佈圖。 【圖3】係顯示圖2所示之形成放射狀天線之縫隙形狀之 圖。 【圖4】係顯示構成放射面之導電板之構成例之平面圖。 【圖5】係顯示隆起之變形例之剖面圖。 【圖6】係顯示放射狀天線之其他構成例，及電場放射之 分佈圖。 【圖7】係顯示於微波電漿裝置中，以往所使用之放射狀 ㈣14-

1281365 A7 B7 五、發明説明（12 ) 天線之一構成例，及電場放射之分佈圖。 【圖8】係顯示圖7所示之形成放射狀天線之縫隙形狀之 圖。 【構件符號之說明】 11···處理容器、21···被處理體、22···載置台、30，30 A ，130···放射狀天線、31，32，131···導電板、33，133·.·放 射狀波導路、37，37A，137A〜137C···隆起、36，136···縫 隙、L1···缝隙長度、MW···微波、h，hi〜h3···隆起之高度。 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂

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Claims (1)

1. 導=上天線，其具備··由複數個隙縫所形成之第1 =，含有微波導入口且與前述第i導電板相對配置之 ί特1為連接前述第1及第2導電板周邊之環構件， :備有設置於由前述第i及第2導電板所形成之放射狀 波導路内之前述第2導電板上，以調整至前述第i導電板 之距離之導電性調整構件。 2·如申請專利範圍第丨項之放射狀天線，其中 複數個前述調整構件係配置成平面放射狀。 3·如申請專利範圍第1項之放射狀天線，其中 七述凋正構件係沿著前述第2導電板之周邊配置。 4.如:請專利範目帛卜3項中任一項之放射狀天線，其中 七述凋整構件之南度係設定成隨著離開前述第2導電 板之中心而變高。 女申明專利範圍第1〜3項中任一項之放射狀天線，其中 前述縫隙係呈略矩形狀或圓弧狀， 别述縫隙之缝隙長度，係較相當於在前述放射狀波導 路内傳播之微波波長之1/3之長度為短。 6 ·如申睛專利範圍第4項之放射狀天線，其中 前述縫隙係呈略矩形狀或圓弧狀， 則述縫隙之缝隙長度，係較相當於在前述放射狀波導 路内傳播之微波波長之1/3之長度為短。 7 ·種電裝處理裝置，其具備：於内部配置有置放被處硬 體之载置台之氣密性處理容器，及配置於前述載置台支 本紙張足度相中_家鮮(咖）A视格(謂〉<挪公釐) 12 12 A8 B8 C8 D8 換頁 l〇V\4〇^ 申請專利範圍 其特徵 項之放 上方而供給微波至前述處理容器内之天線機構 為 前述天線機構，係申請專利範圍第1〜6項中任 射狀天線。 -2- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)