DE112008001130T5

DE112008001130T5 - Plasmabearbeitungsvorrichtung, Energieversorgungsvorrichtung sowie Verfahren zum Betrieb der Plasmabearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112008001130T5
Application number: DE112008001130T
Authority: DE
Inventors: Masaki Sendai-shi Hirayama; Tadahiro Sendai-shi Ohmi
Original assignee: Tohoku University NUC; Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tohoku University NUC; Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2010-04-29
Also published as: KR101088876B1; JPWO2008153053A1; TW200913799A; KR20090117806A; US20100096362A1; CN101632330A; WO2008153053A1; CN101632330B

Abstract

Plasmabearbeitungsvorrichtung, die eine Plasmabearbeitung an einem Zielobjekt durch Erregen eines Gases durch eine elektromagnetische Welle ausführt, wobei die Vorrichtung umfasst:
eine Bearbeitungskammer;
eine Quelle für elektromagnetische Wellen, die derart ausgebildet ist, um die elektromagnetische Welle auszugeben;
eine Übertragungsleitung, die derart ausgebildet ist, um die von der Quelle für elektromagnetische Wellen ausgegebene elektromagnetische Welle zu übertragen;
eine Vielzahl dielektrischer Platten, die an einer Innenwand der Bearbeitungskammer angebracht und derart ausgebildet sind, um zu ermöglichen, dass die elektromagnetische Welle hindurchgelangen und an eine Innenseite der Bearbeitungskammer emittiert werden kann;
eine Vielzahl leitender Stangen, die benachbart zu oder nahe der Vielzahl dielektrischer Platten positioniert und derart ausgebildet sind, um die elektromagnetische Welle an die Vielzahl dielektrischer Platten zu übertragen; und
eine Verzweigungseinheit, die derart ausgebildet ist, um die durch die Übertragungsleitung übertragene elektromagnetische Welle in eine Vielzahl elektromagnetischer Wellen zu teilen und diese an die Vielzahl leitender...

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Plasmabearbeitungsvorrichtung, die derart ausgebildet ist, um eine Plasmabearbeitung an einem Zielobjekt durch Erregen eines Gases durch Verwendung einer elektromagnetischen Welle auszuführen; und insbesondere eine Übertragungsleitung für elektromagnetische Wellen unter Verwendung eines koaxialen Wellenleiters.
[Hintergrundtechnik]
Herkömmlich ist ein Wellenleiter oder ein koaxialer Wellenleiter als eine Übertragungsleitung zur Lieferung einer elektromagnetischen Welle an eine Plasmabearbeitungsvorrichtung verwendet worden (siehe beispielsweise Patentdokument 1). In dem Patentdokument 1 gelangt eine durch einen koaxialen Wellenleiter übertragene Mikrowelle durch einen linienförmigen Schlitz, der in einer Radial-Linienschlitz-Antenne geformt ist, und die Mikrowelle verläuft durch eine großformatige dielektrische Platte und wird dann in eine Bearbeitungskammer geliefert.
Wenn eine Elektronendichte n_e von Plasma höher als eine Grenzdichte n_c (um exakt zu sein, eine Oberflächenwellenresonanzdichte n_s) ist, kann die in die Bearbeitungskammer gelieferte Mikrowelle nicht in das Plasma eindringen und wird eine Oberflächenwelle und breitet sich zwischen der dielektrischen Platte und dem Plasma aus.
Allgemein wird eine Oberflächenwelle als eine Kombination von Mehrfach- bzw. Multimoden ausgedrückt. Derweil variiert eine Plasmadichte abhängig von einer Oberflächenwellenmode. Daher kann die Oberflächenwelle einer Multimode ein ungleichförmiges Plasma erzeugen, das zur Bearbeitung nicht geeignet ist.
Wenn die Mikrowelle durch die großformatige dielektrische Platte übertragen wird, kann eine Mode der sich durch die dielektrische Platte ausbreitenden Mikrowelle nicht gesteuert werden und wird eine Multimode. In letzter Zeit ist, da ein Zielobjekt großformatig wird, eine dielektrische Platte allmählich großformatig worden, so dass die Oberflächenwelle der durch die dielektrische Platte gelangenden Mikrowelle eine Multimode besitzt, wodurch die Möglichkeit der Erzeugung eines ungleichförmigen Plasmas erhöht wird.
Aus diesem Grund wird ein Verfahren zur Erzeugung eines gleichförmigen Plasmas in Betracht gezogen. Gemäß dem Verfahren wird die dielektrische Platte in eine Vielzahl von dielektrischen Platten geteilt, um so zu ermöglichen, dass jede dielektrische Platte eine kleine Größe besitzt, so dass die Anzahl von Ausbreitungsmoden der Mikrowelle abnimmt, wenn die Mikrowelle durch jede dielektrische Platte gelangt, und somit wird das Plasma gleichförmig erzeugt.
In diesem Fall muss, um die Mikrowelle an die Vielzahl von dielektrischen Platten zu übertragen, die Übertragungsleitung mehrfach verzweigt sein. Als ein Beispiel ist ein Verfahren vorgesehen, bei dem ein Wellenleiter verzweigt ist, so dass die Mikrowelle geteilt und übertragen wird (siehe beispielsweise Patentdokumente 2 und 3).

Patentdokument 1: Japanische Patentveröffentlichung Anmeldungsnummer H 11-297672
Patentdokument 2: Japanische Patentveröffentlichung Anmeldungsnummer 2004-200646
Patentdokument 3: Japanische Patentveröffentlichung Anmeldungsnummer 2005-268653

[Offenbarung der Erfindung]
[Durch die Erfindung zu lösende Probleme]
Wenn jedoch eine mehrfach verzweigte Übertragungsleitung, die an einem oberen Teil einer Bearbeitungskammer montiert ist, kompliziert und großformatig ist, wird sie ein Hindernis für einen Wartungsvorgang. Insbesondere wenn eine Frequenz einer Mikrowelle auf kleiner als etwa 2,45 GHz eingestellt ist, kann eine Grenzdichte n_c, die proportional zu einem Quadrat der Frequenz der Mikrowelle ist, scharf reduziert sein, jedoch eine Wellenlänge der Mikrowelle lang werden. Daher wird eine Größe eines Wellenleiters groß.
Wenn beispielsweise eine Frequenz der Mikrowelle etwa 915 MHz beträgt, besitzt der verwendete Wellenleiter eine Querschnittsfläche von etwa 247,7 mm × 123,8 mm. Dies ist etwa fünf Mal so groß wie eine Querschnittsfläche eines Wellenleiters, der verwendet wird, wenn eine Frequenz der Mikrowelle etwa 2,45 GHz beträgt. Demgemäß ist es schwierig, einen derart großen Wellenleiter an einem oberen Teil einer klein bemessenen Plasmabearbeitungsvorrichtung kompakt und integral anzu bringen. Daher ist es notwendig, eine kompakte, mehrfach verzweigte Übertragungsleitung durch Verwendung eines koaxialen Wellenleiters zu konstruieren, um eine Niederfrequenz-Mikrowelle zu übertragen.
[Mittel zum Lösen der Probleme]
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Plasmabearbeitungsvorrichtung vorgesehen, die eine Plasmabearbeitung an einem Zielobjekt durch Erregen eines Gases durch eine elektromagnetische Welle ausführt, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Bearbeitungskammer; eine Quelle für elektromagnetische Wellen, die derart ausgebildet ist, um die elektromagnetische Welle auszugeben; eine Übertragungsleitung, die derart ausgebildet ist, um die von der Quelle für elektromagnetische Wellen ausgegebene elektromagnetische Welle zu übertragen; eine Vielzahl dielektrischer Platten, die an einer Innenwand der Bearbeitungskammer angebracht und derart ausgebildet sind, um zu ermöglichen, dass die elektromagnetische Welle hindurch gelangen und zu einer Innenseite der Bearbeitungskammer emittiert werden kann; eine Vielzahl leitender Stangen bzw. Stäbe, die benachbart zu oder nahe der Vielzahl dielektrischer Platten positioniert und derart ausgebildet sind, um die elektromagnetische Welle an die Vielzahl von dielektrischen Platten zu übertragen; und eine Verzweigungseinheit, die derart ausgebildet ist, um die durch die Übertragungsleitung übertragene elektromagnetische Welle in eine Vielzahl von elektromagnetischen Wellen zu teilen und diese an die Vielzahl leitender Stangen zu übertragen, wobei sich eine oder mehrere leitende Stangen benachbart zu oder nahe jeder der dielektrischen Platten befinden.
Mit dieser Konfiguration wird die elektromagnetische Welle, die von der Quelle für elektromagnetische Wellen an die Übertragungslei tung übertragen wird, durch die Verzweigungseinheit in die Vielzahl von elektromagnetischen Wellen aufgeteilt und an die Vielzahl leitender Stangen übertragen. Eine oder mehrere leitende Stangen befinden sich benachbart zu oder nahe jeder der dielektrischen Platten. Jede leitende Stange überträgt die elektromagnetische Welle an die dielektrische Platte benachbart oder nahe dazu, und die elektromagnetische Welle wird von jeder dielektrischen Platte in die Bearbeitungskammer geliefert.
Auf diese Weise kann durch Verwendung der leitenden Stange beim Übertragen der elektromagnetischen Welle eine niederfrequente elektromagnetische Welle geliefert werden und kann eine einfache und kompakte Übertragungsleitung konstruiert werden. Infolgedessen kann ein Wartungsvorgang vereinfacht werden. Ferner wird die Vielzahl von dielektrischen Platten dazu verwendet, die elektromagnetischen Wellen auszubreiten, so dass eine Ausbreitungsmode im Vergleich zu einem Fall leicht gesteuert werden kann, bei dem eine Lage einer großformatigen dielektrischen Platte verwendet wird, und somit kann ein gleichförmigeres Plasma erzeugt werden.
Die Übertragungsleitung kann einen ersten koaxialen Wellenleiter aufweisen, und die Verzweigungseinheit kann ein Verzweigungselement sein, das derart ausgebildet ist, um einen Innenleiter des ersten koaxialen Wellenleiters mit jeder der leitenden Stangen zu verbinden. Ferner kann die Übertragungsleitung einen ersten koaxialen Wellenleiter aufweisen, und die Verzweigungseinheit kann ein Verteilungswellenleiter sein, in den ein Innenleiter des ersten koaxialen Wellenleiters und die Vielzahl leitender Stangen eingesetzt sind.
In diesem Fall kann die Vielzahl leitender Stangen konzentrisch in Bezug auf eine Zentralachse des Innenleiters des ersten koaxia len Wellenleiters in demselben Intervall angeordnet sein, während sie im Wesentlichen parallel zueinander sind, oder kann in einer Punktsymmetrie in Bezug auf eine Zentralachse des Innenleiters des ersten koaxialen Wellenleiters angeordnet sein, während sie im Wesentlichen parallel zueinander sind.
Demgemäß sind die leitenden Stangen symmetrisch in Bezug auf den Innenleiter des ersten koaxialen Wellenleiters angeordnet. Mit dieser Konfiguration wird es möglich, die Phase wie auch die Leistung der elektromagnetischen Welle zu steuern, die geteilt und an die Vielzahl leitender Stangen durch den Innenleiter des ersten koaxialen Wellenleiters übertragen wird.
Ferner kann die Verzweigungseinheit so angebracht sein, dass sie sich im Wesentlichen parallel zu der Vielzahl dielektrischer Platten befindet, und die Verzweigungseinheit kann ein Innenleiter eines zweiten koaxialen Wellenleiters sein, der die Übertragungsleitung mit der Vielzahl leitender Stangen verbindet. In diesem Fall kann die Übertragungsleitung ein erster koaxialer Wellenleiter oder ein Wellenleiter sein.
Demgemäß kann durch Verwendung des Innenleiters des zweiten koaxialen Wellenleiters als der Verzweigungseinheit die elektromagnetische Welle, die durch die Übertragungsleitung übertragen ist, geteilt und an die Vielzahl leitender Stangen über den Innenleiter des zweiten koaxialen Wellenleiters geliefert werden.
Die Vielzahl leitender Stangen kann mit dem Innenleiter des zweiten koaxialen Wellenleiters in demselben Intervall verbunden sein, während sie im Wesentlichen parallel zueinander sind. Ein Abstand zwischen den dielektrischen Platten kann auf etwa n₁ × λg/2 eingestellt sein, wobei λg eine Wellenleiter-Wellenlange der elektromagnetischen Welle ist, die durch den zweiten koaxialen Wellenleiter übertragen wird, und n₁ eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist.
Durch Einstellen des Abstands zwischen den dielektrischen Platten auf etwa n₁ × λg/2 (λg ist eine Wellenleiter-Wellenlange der elektromagnetischen Welle ist, die durch den zweiten koaxialen Wellenleiter übertragen wird, n₁ ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 und n₂ ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 1), kann die an jeder Verzweigungsposition geteilte elektromagnetische Welle übertragen werden, während ihre Phase synchronisiert und ihre Leistung gleichförmig geteilt ist.
Die Plasmabearbeitungsvorrichtung kann ferner umfassen: eine Kurzschlusseinheit, die derart ausgebildet ist, um eine Abdeckung der Bearbeitungskammer und jede der leitenden Stangen kurzzuschließen, wobei eine Distanz von einer Position, an der das Verzweigungselement mit jeder der leitenden Stangen verbunden ist, zu der Kurzschlusseinheit auf etwa λg/4 eingestellt ist, wobei λg eine Wellenlänge der durch jede der leitenden Stangen übertragene elektromagnetischen Welle ist.
Die Plasmabearbeitungskammer kann ferner umfassen: eine Kurzschlusseinheit, die derart ausgebildet ist, um eine Abdeckung der Bearbeitungskammer und jede der leitenden Stangen kurzzuschließen, wobei eine Distanz von einer Position, an der der Innenleiter des zweiten koaxialen Wellenleiters mit jeder der leitenden Stangen verbunden ist, zu der Kurzschlusseinheit auf etwa λg/4 eingestellt ist, wobei λg eine Wellenlänge der durch jede der leitenden Stangen übertragenen elektromagnetischen Welle ist.
Auf dieselbe Weise kann die Plasmabearbeitungsvorrichtung ferner umfassen: eine Kurzschlusseinheit, die derart ausgebildet ist, um eine Abdeckung der Bearbeitungskammer und jede der leitenden Stangen kurzzuschließen, wobei ein Endabschnitt der Abdeckung der Bearbeitungskammer einen Endabschnitt des Verteilungswellenleiters in einer Längsrichtung desselben oder Endabschnitte, die in einer L-Form an beiden Enden des Verteilungswellenleiters geformt sind, aufweist; und eine Distanz von jeder der leitenden Stangen zu dem Endabschnitt der Abdeckung der Bearbeitungskammer ist auf etwa λg/4 eingestellt, wobei λg eine Wellenleiter-Wellenlänge der durch den Verteilungswellenleiter übertragenen elektromagnetischen Welle ist.
Auf dieselbe Art und Weise kann die Plasmabearbeitungsvorrichtung ferner umfassen: eine Kurzschlusseinheit, die derart ausgebildet ist, um eine Abdeckung der Bearbeitungskammer und den Innenleiter des zweiten koaxialen Wellenleiters kurzzuschließen, wobei eine Distanz von einer Position, an der der Innenleiter des zweiten koaxialen Wellenleiters mit jeder der leitenden Stangen verbunden ist, zu der Kurzschlusseinheit auf etwa λg/4 eingestellt ist, wobei λg eine Wellenleiter-Wellenlänge der durch den zweiten koaxialen Wellenleiter übertragenen elektromagnetischen Welle ist.
Beispielsweise beträgt, wie auf der linken Seite von 3 gezeigt ist, wenn eine Spitze bzw. ein Scheitel der Mikrowelle an der Position Dp eingestellt ist, die Energie der Mikrowelle an der Kurzschlusseinheit 520 gleich 0. Eine Leitung zwischen der Kurzschlusseinheit und der Position Dp kann als eine Leitung mit verteiltem Parameter betrachtet werden, von der ihr eines Ende kurzgeschlossen ist. Die Impedanz der Leitung mit verteiltem Parameter, von der ihr eines Ende kurzgeschlossen ist und die eine Länge von λg/4 aufweist, erscheint im Wesentlichen unendlich bei Betrachtung von ihrem anderen Ende. Daher kann die Leitung von der Position Dp zu der Kurzschlusseinheit während der Übertragung der Mikrowelle als nicht existent betrachtet werden. Demgemäß wird es leicht, die Übertragungsleitung zu konstruieren.
Ein dielektrisches Element zur Impedanzanpassung kann in einem Verzweigungspunkt der Verzweigungseinheit angebracht werden. Auf diese Weise kann eine Reflexion in der Übertragungsleitung unterdrückt werden, so dass die Mikrowelle effizient übertragen werden kann.
Die Übertragungsleitung kann eine Vielzahl erster koaxialer Wellenleiter aufweisen, wobei jeder der Vielzahl erster koaxialer Wellenleiter derart ausgebildet sein kann, um die elektromagnetische Welle an die Vielzahl der leitenden Stangen über die Verzweigungseinheit zu übertragen, die Übertragungsleitung kann ferner zumindest einen dritten koaxialen Wellenleiter aufweisen, der im Wesentlichen parallel zu der Vielzahl dielektrischer Platten positioniert ist, und Innenleiter der Vielzahl erster koaxialer Wellenleiter können mit einem Innenleiter des dritten koaxialen Wellenleiters verbunden sein.
Die Innenleiter der Vielzahl erster koaxialer Wellenleiter, die mit dem Innenleiter des dritten koaxialen Wellenleiters verbunden sind, können in einem Intervall von etwa n₂ × λg/2 angeordnet sein, wobei λg eine Wellenleiter-Wellenlänge der elektromagnetischen Welle ist, die durch den dritten koaxialen Wellenleiter übertragen wird, und n₂ eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist.
Die Übertragungsleitung kann eine Vielzahl der dritten koaxialen Wellenleiter aufweisen und ferner eine Vielzahl vierter koaxialer Wellenleiter aufweisen, wobei jeder Innenleiter der vierten koaxialen Wellenleiter mit jedem Innenleiter der dritten koaxialen Wellenleiter verbunden sein kann, und die Innenleiter der Vielzahl von vierten koaxialen Wellenleitern über den Innenleitern der Vielzahl der ersten koaxialen Wellenleiter positioniert sein können und in einem Intervall von etwa n₂ × λg/2 angeordnet sein können, wobei n₂ eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist.
Mit dieser Konfiguration können die ersten bis vierten koaxialen Wellenleiter in Mehrfach-Niveaus mit einer vorbestimmten Regelmäßigkeit verbunden und verzweigt werden. Demgemäß kann die elektromagnetische Welle übertragen werden, während ihre Phase synchronisiert ist und ihre Energie an jedem Verzweigungspunkt gleichförmig geteilt ist.
Es ist erwünscht, dass n₁ und n₂ gleich 1 oder 2 sind. Der Grund hierfür besteht darin, dass, wenn der Wert von n₁ oder n₂ größer wird, die Verlaufsdistanz der elektromagnetischen Welle lang wird, so dass die Synchronisierung von Phasen und die Verteilung von Energie ungleichförmig werden und es somit schwierig wird, die elektromagnetische Welle gleichförmig zu teilen und zu übertragen. Ferner besteht der Grund hierfür darin, dass, wenn der Wert von n₁ oder n₂ größer wird, die Übertragungsleitung kompliziert und größer wird, so dass es schwierig wird, den Wartungsvorgang auszuführen. Wenn der Wert von n₁ oder n₂ gleich 1 ist, beträgt die Distanz zwischen den Innenleitern der zweiten koaxialen Wellenleiter etwa λg/2. In diesem Fall ist es besser, eine niederfrequente elektromagnetische Welle zu liefern, anstatt einer hochfrequenten elektromagnetischen Welle. Wenn die hochfrequente elektromagnetische Welle geliefert wird, wird die Wellenleiter-Wellenlänge λg der elektromagnetischen Welle kurz, so dass die Distanz zwischen den Innenleitern der zweiten koaxialen Wellenleiter kurz wird. Daher nimmt die Anzahl der dielektrischen Platten zu und somit steigen die Kosten.
Die Quelle für elektromagnetische Wellen kann mit einem Verzweigungswellenleiter verbunden sein, der eine Turnierstruktur (engl. tournament structure) besitzt, bei der eine Zweifachverzweigung ein oder mehrmals wiederholt ist. Ein Verzweigungspunkt des Verzweigungswellenleiters kann eine T-Verzweigungs- oder eine Y-Verzweigungsstruktur besitzen.
Mit dieser Konfiguration kann an jedem Verzweigungsendpunkt des Verzweigungswellenleiters, der eine mehrfach verzweigte Turnierstruktur besitzt, jeder Innenleiter der Vielzahl koaxialer Wellenleiter oder ein bestimmter Wellenleiter verbunden werden. Ferner kann auf diese Art und Weise die Distanz von einem Eintritt des Verzweigungswellenleiters zu jedem Verzweigungsendpunkt gleich sein. Demgemäß kann die elektromagnetische Welle übertragen werden, während ihre Phase synchronisiert ist und ihre Energie gleichförmig aufgeteilt ist.
In dem Innenleiter des zweiten koaxialen Wellenleiters kann ein Kühlmittelströmungspfad angebracht sein. Ferner kann ein Kühlmittelströmungspfad in dem Innenleiter des dritten koaxialen Wellenleiters angebracht sein.
Der Innenleiter des zweiten oder dritten koaxialen Wellenleiters kann eine Doppelstruktur besitzen, die aus einem Außenrohr und einem Innenrohr besteht.
Ferner kann der Innenleiter des zweiten oder dritten koaxialen Wellenleiters in zwei oder mehr Innenleiter geteilt sein, und die geteilten zwei oder mehr Innenleiter des zweiten oder dritten koaxialen Wellenleiters können durch einen Verbinder miteinander verbunden sein. Ferner kann der Verbinder an dem Außenrohr angebracht sein. Mit dieser Konfiguration verbindet der Verbinder die Rohre elektrisch miteinander und der Verbinder absorbiert eine thermische Expansion oder thermische Kontraktion, um zu verhindern, dass eine durch die thermische Expansion oder die thermische Kontraktion bewirkte Spannung auf die Rohre ausgeübt wird.
Ferner kann, da das Rohr in einer Doppelstruktur geformt ist und der Verbinder angebracht ist, das Außenrohr in einer horizontalen Richtung gleiten, ohne einen Einfluss auf das Innenrohr auszuüben. Demgemäß kann das Verwinden bzw. Verziehen der Übertragungsleitung, die durch die thermische Expansion oder die thermische Kontraktion bewirkt wird, durch den Verbinder mit wenig Spannung absorbiert werden.
In diesem Fall kann dadurch, dass ermöglicht wird, dass das Kühlmittel in dem Innenrohr strömen kann, der Innenleiter (Rohr) effizient durch Wärmeleitung gekühlt werden. Ferner kann durch Anbringen einer Halteeinheit, die den zweiten oder dritten koaxialen Wellenleiter in der Nähe des Verbinders hält, das Innenrohr in dem Zentrum des Außenrohrs positioniert sein.
Die Vielzahl leitender Stangen kann verschiebbar mit dem Innenleiter des zweiten koaxialen Wellenleiters an einem Verbindungspunkt dazwischen in einer Längsrichtung des zweiten koaxialen Wellenleiters in Eingriff stehen. Ferner kann die Vielzahl leitender Stangen verschiebbar mit der Abdeckung der Bearbeitungskammer an der Kurzschlusseinheit in Eingriff stehen. Demgemäß gleiten die leitenden Stangen oder die Innenleiter aufgrund einer durch die Wärme bewirkten Spannung, so dass es möglich ist, zu verhindern, dass Spannung auf die Übertragungsleitung ausgeübt wird.
Die Quelle für elektromagnetische Wellen kann eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von etwa 1 GHz oder weniger ausgeben. Auf diese Art und Weise kann eine Grenzdichte reduziert werden. Demgemäß kann ein Prozessfenster vergrößert werden, und somit können verschiedene Prozesse durch eine einzelne Vorrichtung implementiert werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Energieversorgungsvorrichtung vorgesehen, die in der Lage ist, eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von etwa 1 GHz oder weniger an eine Plasmabearbeitungsvorrichtung zu liefern, wobei die Energieversorgungsvorrichtung umfasst: eine Quelle für elektromagnetische Wellen, die derart ausgebildet ist, um die elektromagnetische Welle auszugeben; eine Übertragungsleitung, die derart ausgebildet ist, um die von der Quelle für elektromagnetische Wellen ausgegebene elektromagnetische Welle zu übertragen; eine Vielzahl leitender Stangen, die benachbart zu oder nahe einer Vielzahl dielektrischer Platten positioniert sind, die an einer Innenwand der Bearbeitungskammer angebracht sind, und die derart ausgebildet sind, um die elektromagnetische Welle an die Vielzahl dielektrischer Platten zu übertragen; und eine Verzweigungseinheit, die derart ausgebildet ist, um die durch die Übertragungsleitung übertragene elektromagnetische Welle in eine Vielzahl elektromagnetischer Wellen zu teilen und diese an die Vielzahl der leitenden Stangen zu übertragen, wobei sich eine oder mehrere leitende Stangen benachbart zu oder nahe jeder der dielektrischen Platten befinden.
Mit dieser Konfiguration wird ein koaxialer Wellenleiter mit einer Größe, die unabhängig von der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle ist, in der Übertragungsleitung verwendet, wenn die elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von etwa 1 GHz oder weniger geliefert wird. Daher ist es möglich, eine niederfrequente elektromagnetische Welle zu liefern und das Vergrößern der Übertragungsleitung zu verhindern, das für die Lieferung der niederfrequenten Mikrowelle erforderlich wäre. Demgemäß kann eine einfache und kompakte Übertragungsleitung konstruiert werden.
Ferner ist gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Plasmabearbeitungsvorrichtung vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von etwa 1 GHz oder weniger von einer Quelle für elektromagnetische Wellen ausgegeben wird; die von der Quelle für elektromagnetische Wellen ausgegebene elektromagnetische Welle an eine Übertragungsleitung übertragen wird; die durch die Übertragungsleitung übertragene elektromagnetische Welle in eine Vielzahl elektromagnetischer Wellen geteilt wird und diese an eine Vielzahl leitender Stangen übertragen werden; die elektromagnetische Welle in die Bearbeitungskammer von einer oder mehreren leitenden Stangen benachbart zu oder nahe jeder von dielektrischen Platten über jede der dielektrischen Platten emittiert wird; und eine gewünschte Plasmabearbeitung an einem Zielobjekt durch Erregen eines Prozessgases, das in die Bearbeitungskammer eingeführt wird, durch die emittierte elektromagnetische Welle ausgeführt wird.
Ferner ist gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Reinigen einer Plasmabearbeitungsvorrichtung vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine elektro magnetische Welle mit einer Frequenz von etwa 1 GHz oder weniger von einer Quelle für elektromagnetische Wellen ausgegeben wird; die von der Quelle für elektromagnetische Wellen ausgegebene elektromagnetische Welle an eine Übertragungsleitung übertragen wird; die durch die Übertragungsleitung übertragene elektromagnetische Welle in eine Vielzahl elektromagnetischer Wellen geteilt wird und diese an eine Vielzahl leitender Stangen übertragen werden; die elektromagnetische Welle in die Bearbeitungskammer von einer oder mehreren leitenden Stangen benachbart zu oder nahe jeder von dielektrischen Platten über jede der dielektrischen Platten emittiert wird; und die Plasmabearbeitungsvorrichtung durch Erregen eines Reinigungsgases, das in die Bearbeitungskammer eingeführt wird, durch die emittierte elektromagnetische Welle gereinigt wird.
Mit diesem Verfahren kann durch Liefern der elektromagnetischen Welle mit der Frequenz von oberhalb 1 GHz oder weniger an die Plasmabearbeitungsvorrichtung die Grenzdichte n_c, die proportional zu dem Quadrat der Frequenz der elektromagnetischen Welle ist, scharf reduziert werden. Demgemäß kann ein Prozessfenster vergrößert werden und somit können verschiedene Prozesse durch eine einzelne Vorrichtung implementiert werden.
Beispielsweise könnte ein F-basiertes einzelnes Gas kein gleichförmiges und stabiles Plasma durch Verwendung der elektromagnetischen Welle mit einer Frequenz von etwa 2,45 GHz erregen, da sie sich nicht als eine Oberflächenwelle in einem Einzelgaszustand mit einem bestimmten Energieniveau ausbreitet. Jedoch kann das F-basierte Einzelgas das gleichförmige und stabile Plasma erregen, wenn die elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von etwa 1 GHz oder weniger verwendet wird. Demgemäß kann das Reinigungsgas durch die nutzbare Energie der elektromagnetischen Welle erregt werden und somit kann das Innere der Plasmabearbeitungsvorrichtung durch das erzeugte Plasma gereinigt werden.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
1 ist eine Längsschnittansicht entlang der Ebene X-Z einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Ansicht, die eine Deckenfläche der Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform zeigt;
3 ist eine vergrößerte Schnittansicht der Nachbarschaft einer Verzweigungsplatte gemäß der Ausführungsform;
4 ist eine Ansicht, die einen oberen Teil einer Längsschnittansicht entlang der Ebene Y-Z der Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform zeigt;
5 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines koaxialen Verzweigungswellenleiters gemäß der Ausführungsform;
6 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Wellenleiters mit einer Turnierstruktur gemäß der Ausführungsform;
7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C von 3;
8 ist eine Längsschnittansicht einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-X von 8;
10 ist eine Schnittansicht entlang der Linie F-F von 8;
11 ist eine Längsschnittansicht einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einem Modifikationsbeispiel der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine Schnittansicht entlang der Linie G-G von 11;
13 ist eine Längsschnittansicht einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 ist eine Schnittansicht entlang der Linie P-P von 13;
15 ist eine Schnittansicht entlang der Linie U-U von 13;
16 ist eine Längsschnittansicht einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einem Modifikationsbeispiel der dritten Ausführungsform;
17 ist eine Längsschnittansicht einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einem Modifikationsbeispiel der dritten Ausführungsform;
18 zeigt eine vergrößerte Ansicht und eine Schnittansicht eines Teils eines koaxialen Verzweigungswellenleiters;
19 ist eine Längsschnittansicht einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
20 ist eine Schnittansicht entlang der Linie V-V von 19;
21 ist eine Schnittansicht entlang der Linie W-W von 19;
22 ist eine Längsschnittansicht einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einem Modifikationsbeispiel;
23 ist eine Schnittansicht entlang der Linie Z-Z von 22;
24 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen einer Energiedichte einer Mikrowelle und einer Elektronendichte von Plasma darstellt;
25 ist eine Ansicht, die ein Modifikationsbeispiel eines Verzweigungswellenleiters zeigt; und
26 ist eine Schnittansicht entlang der Linie I-I von 25.

10: Plasmabearbeitungsvorrichtung
100: Bearbeitungskammer
200: Kammerhauptkörper
205, 415a, 415b, 530: O-Ring
300: Abdeckkörper
300d: Abdeckabschnitt
305: dielektrische Platte
315: koaxialer Wellenleiter
315a: Innenleiter
410, 615, 630: dielektrisches Element
500: Fixiermechanismus
520, 640: Kurzschlusseinheit
525: ringförmiges dielektrisches Element
535: Dämpfungsring
600, 620: koaxialer Wellenleiter
600a, 620a, 670a:: Innenleiter
605: Wandler für koaxialen Wellenleiter
635: Fixiervorrichtung
670: koaxialer Verzweigungswellenleiter
610: Verzweigungsplatte
645, 665: Verbinder
900: Mikrowellenquelle
905: Verzweigungswellenleiter
910: Verteilungswellenleiter
U: Bearbeitungsraum

[Geeignetste Ausführungsform der Erfindung]
(Erste Ausführungsform)
Nachfolgend wird eine Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. 1 ist eine schematische Ansicht (eine Schnittansicht entlang der Linie O-O von 2), die einen Längsschnitt der Vorrichtung zeigt, und 2 ist eine Ansicht, die eine Deckenfläche einer Bearbeitungskammer zeigt. Ferner sind Teile mit denselben Konfigurationen und Funktionen gleichen Bezugszeichen in der folgenden Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen zugeordnet, und eine redundante Beschreibung derselben wird weggelassen.
(Konfiguration der Plasmabearbeitungsvorrichtung)
Eine Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 umfasst eine Bearbeitungskammer 100, die derart ausgebildet ist, um darin eine Plasmabearbeitung an einem Glassubstrat (nachfolgend als ”Substrat G” bezeichnet) auszuführen. Die Bearbeitungskammer 100 besteht aus einem Kammerhauptkörper 200 sowie einem Abdeckkörper 300. Der Kammerhauptkörper 200 besitzt eine Würfelform mit einer Bodenfläche und einer oberen Öffnung, und die Öffnung ist durch den Abdeckkörper 300 geschlossen. Ein O-Ring 205 ist an einer Kontaktfläche zwischen dem Kammerhauptkörper 200 und dem Abdeckkörper 300 angebracht, so dass der Kammerhauptkörper 200 und der Abdeckkörper 300 hermetisch abgedichtet sind, wodurch ein Bearbeitungsraum U gebildet wird. Der Kammerhauptkörper 200 und der Abdeckkörper 300 bestehen aus Metall, wie Aluminium, und sind elektrisch geerdet.
In der Bearbeitungskammer 100 ist ein Suszeptor (Objekttisch) 105 angebracht, der derart ausgebildet ist, um das Substrat G zu montieren. Der Suszeptor 105 besteht beispielsweise aus Aluminiumnitrid, und es sind eine Energieversorgungseinheit 110 wie auch ein Heizer 115 darin angebracht.
Die Energieversorgungseinheit 110 ist mit einer Hochfrequenzenergieversorgung 125 über eine Anpass- bzw. Abstimmeinheit 120 (beispielsweise einen Kondensator) verbunden. Ferner ist die Energieversorgungseinheit 110 mit einer Hochspannungs-DC-Energieversorgung 135 über eine Wicklung 130 verbunden. Die Anpasseinheit 120, die Hochfrequenzenergieversorgung 125, die Wicklung 130 wie auch die Hochspannungs-DC-Energieversorgung 135 sind außerhalb der Bearbeitungskammer 100 angebracht. Ferner sind die Hochfrequenzenergieversorgung 125 wie auch die Hochspannungs-DC-Energieversorgung 135 geerdet.
Die Energieversorgungseinheit 110 ist derart ausgebildet, um eine vorbestimmte Vorspannung an das Innere der Bearbeitungskammer 100 durch Hochfrequenzenergie anzulegen, die von der Hochfrequenzenergieversorgung 125 ausgegeben wird. Überdies ist die Energieversorgungseinheit 110 derart ausgebildet, dass sie das Substrat G durch eine DC-Spannung elektrostatisch anzieht, die von der Hochspannungs-DC-Energieversorgung 135 ausgegeben wird.
Der Heizer 115 ist mit einer AC-Energieversorgung 140 verbunden, die außerhalb der Bearbeitungskammer 100 angebracht und derart ausgebildet ist, um das Substrat G durch eine von der AC-Energieversorgung 140 ausgegebene AC-Spannung auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten. Der Suszeptor 105 wird durch einen Trägerkörper 145 getragen und ist von einer Ablenkplatte 150 umgeben, die derart ausgebildet ist, um eine Gasströmung in dem Bearbeitungsraum U so zu steuern, dass sie sich in einem gewünschten Zustand befindet.
Eine Gasaustragsleitung 155 ist an einem Bodenabschnitt der Bearbeitungskammer 100 angebracht. Ein Gas in der Bearbeitungskammer 100 wird durch die Gasaustragsleitung 155 mittels einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) ausgetragen, die außerhalb der Bearbeitungskammer 100 angebracht ist, so dass der Bearbeitungsraum U auf ein gewünschtes Unterdruckniveau druckgemindert werden kann.
Es sind eine Vielzahl dielektrischer Platten 305, eine Vielzahl von Metallelektroden 310 sowie eine Vielzahl von Innenleitern 315a von koaxialen Wellenleitern in dem Abdeckkörper 300 angebracht. Bezug nehmend auf 2 besteht jede dielektrische Platte 305 aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) und ist eine Platte mit einer im Wesentlichen quadratischen Form, die eine Größe von 148 mm × 148 mm aufweist. Die dielektrischen Platten 305 sind spaltenartig und zeilenartig in demselben Intervall eines ganzzahligen Mehrfachen von λg/2 (hier ist die ganze Zahl 1) angeordnet, wenn eine Wellenlänge in einem koaxialen Verzweigungswellenleiter 670 auf λg eingestellt ist (etwa 328 mm bei einer Frequenz von etwa 915 MHz). Demgemäß werden 224 (= 14 × 16) Lagen der dielektrischen Platten 305 gleichförmig an einer Deckenfläche der Bearbeitungskammer 100 mit einer Größe von 2277,4 mm × 2605 mm angeordnet.
Wie oben angemerkt ist, wird es, da die dielektrische Platte 305 eine gute symmetrische Form besitzt, leicht, ein gleichförmiges Plasma an einer Lage der dielektrischen Platte 305 zu erzeugen. Ferner ist es, da die Vielzahl von dielektrischen Platten 305 in demselben Intervall des ganzzahligen Mehrfachen von λg/2 angeordnet ist, durch die Verwendung der Innenleiter 315a der koaxialen Wellenleiter möglich, ein gleichförmiges Plasma zu erzeugen, wenn eine Mikrowelle eingeführt wird.
Nochmals Bezug nehmend auf 1 sind in 1 gezeigte Nuten 300a in einer Metallfläche des Abdeckkörpers 300 geformt und derart ausgebildet, um eine Ausbreitung einer Leiteroberflächenwelle zu unterdrücken. Hier bedingt die Leiteroberflächenwelle eine Welle, die sich zwischen der Metalloberfläche und dem Plasma ausbreitet.
An einem vorausgehenden Ende des Innenleiters 315a, das durch die dielektrische Platte 305 verläuft, ist die Metallelektrode 310 so angebracht, dass sie in Richtung des Substrats G freiliegt. Die dielektrische Platte 305 wird durch den Innenleiter 315a und die Metallelektrode 310 gehalten. An der zu dem Substrat weisenden Oberfläche der Metallelektrode 310 ist eine dielektrische Abdeckung 320 angebracht, um eine Konzentration eines elektrischen Feldes zu verhindern.
Eine zusätzliche Erläuterung wird unter Bezugnahme auf 3 vorgesehen, die eine Schnittansicht entlang der Linie A-A'-A von 2 zeigt. Ein koaxialer Wellenleiter 315 umfasst einen Außenleiter 315b und den Innenleiter (Achsenteil) 315a mit einer Zylinderform und besteht aus Metall (erwünschtermaßen Kupfer). Ein ringförmiges dielektrisches Element 410 und O-Ringe 415a und 415b, die derart ausgebildet sind, um den Bearbeitungsraum U an beiden Seiten des dielektrischen Elements 410 über Vakuum abzudichten, sind zwischen dem Abdeckkörper 300 und dem Innenleiter 315a angebracht.
Der Innenleiter 315a ist derart ausgebildet, dass er durch einen Abdeckungsabschnitt 300d verläuft und außerhalb der Bearbeitungskammer 100 vorragt. Der Innenleiter 315a ist in Richtung der Außenseite der Bearbeitungskammer 100 durch einen Fixiermechanismus 500 durch Verwendung einer elastischen Kraft eines Federelements 515 angehoben. Der Fixiermechanismus 500 umfasst eine Verbindungseinheit 510, das Federelement 515 wie auch eine Kurzschlusseinheit 520. Ferner ist der Abdeckabschnitt 300d ein Abschnitt, der mit dem Abdeckkörper 300 und dem Außenleiter 315b an der oberen Fläche des Abdeckkörpers 300 integriert ist.
Die Kurzschlusseinheit, die an einem Durchgangsabschnitt des Innenleiters 315a angebracht ist, ist derart ausgebildet, um den Innenleiter 315a des koaxialen Wellenleiters 315 und des Abdeckungsabschnitts 300d elektrisch kurzzuschließen. Die Kurzschlusseinheit 520 ist als eine Abschirmspirale konfiguriert, so dass der Innenleiter 315a aufwärts und abwärts gleiten kann. Ferner kann eine Metallbürste in der Kurzschlusseinheit 520 verwendet werden.
Durch Anbringen der Kurzschlusseinheit 520, wie oben beschrieben ist, kann Wärme, die in die Metallelektrode 320 von dem Plasma eingeführt wird, effizient an die Abdeckung über den Innenleiter 315a und die Kurzschlusseinheit übertragen werden. Demgemäß wird eine Erwärmung des Innenleiters 315a unterdrückt, so dass verhindert werden kann, dass die O-Ringe 415a und 415b benachbart dem Innenleiter 315a geschädigt werden. Ferner tritt, da die Kurzschlusseinheit 520 verhindert, dass die Mikrowelle an das Federelement 515 durch den Innenleiter 315a übertragen wird, keine unnormale elektrische Entladung oder ein unnormaler Leistungsverlust in der Nähe des Federelements 515 auf. Überdies verhindert die Kurzschlusseinheit 520, dass eine Achse des Innenleiters 315a zittert bzw. erschüttert wird, und stützt den Innenleiter 315a fest ab.
Ferner sind die O-Ringe (nicht gezeigt) so angebracht, dass sie einen Spalt zwischen dem Abdeckabschnitt 300d und dem Innenleiter 315a an der Kurzschlusseinheit 520 und einen Spalt zwischen einem später beschriebenen dielektrischen Element 615 und dem Abdeckabschnitt 300d über Vakuum abdichten. Ferner ist ein Raum in dem Abdeckabschnitt 300d mit einem nicht reaktiven Gas gefüllt, so dass verhindert werden kann, dass Unreinheiten in einer Atmosphäre in den Bearbeitungsraum gemischt werden können.
Eine Kühlmittellieferquelle 700 von 1 ist mit einer Kühlmittelleitung 705 verbunden. Das von der Kühlmittellieferquelle 700 gelieferte Kühlmittel zirkuliert in der Kühlmittelleitung 705 und kehrt zu der Kühlmittellieferquelle 700 zurück, so dass die Bearbeitungskammer 100 auf einer erwünschten Temperatur beibehalten werden kann.
Eine Gaslieferquelle 800 führt ein Gas in den Bearbeitungsraum von einem Gasströmungspfad in dem Innenleiter 315a, wie in 3 gezeigt ist, über eine Gasleitung 805 ein.
Eine Mikrowelle mit 120 kW (= 60 kW × 2 (2 W/cm²)), die von zwei Mikrowellenquellen 900 ausgegeben wird, wird durch einen Verzweigungswellenleiter 905, acht Wandler 605 für koaxiale Wellenleiter, acht koaxiale Wellenleiter 620, sieben koaxiale Wellenleiter 600, die mit jedem von acht koaxialen Verzweigungswellenleitern 670 (siehe 2 und 4) verbunden und parallel zueinander in einer Rückseitenrichtung von 1 angeordnet sind, eine Verzweigungsplatte 610 und den koaxialen Wellenleiter 315 übertragen. Anschließend gelangt die Mikrowelle durch die Vielzahl dielektrischer Platten 305 und wird in den Bearbeitungsraum geliefert. Die an den Bearbeitungsraum U emittierte Mikrowelle regt ein Prozessgas an, das von der Gaslieferquelle 800 in das Plasma geliefert wird, und durch Verwendung des erzeugten Plasmas wird eine gewünschte Plasmabearbeitung an dem Substrat G ausgeführt.
Ferner sind der Verzweigungswellenleiter 905 und die koaxialen Wellenleiter 600, 620, 670 und 315 Beispiele einer Übertragungsleitung. Insbesondere ist der koaxiale Wellenleiter 600 ein Beispiel eines ersten koaxialen Wellenleiters, und der Innenleiter 315a des koaxialen Wellenleiters 315 ist ein Beispiel einer leitenden Stange. Ferner ist die Verzweigungsplatte 610 ein Beispiel eines Verzweigungselements, das zwischen dem ersten koaxialen Wellenleiter und der leitenden Stange angebracht ist. Beispielsweise muss das Verzweigungselement keine Plattenform besitzen, sondern kann eine Stangenform besitzen
<Übertragungsleitungen>
Bei der oben erläuterten Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 ist die Übertragungsleitung derart ausgebildet, um zu ermöglichen, dass eine Mikrowelle mit einer geringen Frequenz von etwa 1 GHz oder weniger an die Bearbeitungskammer 100 geliefert werden kann, und um zu ermöglichen, dass ein oberer Teil der Bearbeitungskammer 100 eine einfache Struktur besitzt. Hier folgend wird die Übertragungsleitung gemäß der vorliegenden Ausführungsform detaillierter erläutert.
(Koaxialer Verzweigungswellenleiter)
4 ist eine Schnittansicht (um 90 Grad von der Schnittansicht von 1 verschieden) entlang der Linie B-B von 2, und sie zeigt nur ein oberes Teil der Vorrichtung. Unter Bezugnahme auf 4 ist der koaxiale Wellenleiter 620 mit der Vielzahl koaxialer Wellenleiter 600 über den koaxialen Verzweigungswellenleiter 670 verbunden. Der koaxiale Verzweigungswellenleiter 670 ist ein Beispiel eines zweiten koaxialen Wellenleiters (parallelen koaxialen Wellenleiters), der im Wesentlichen parallel zu der Vielzahl dielektrischer Platten 305 positioniert ist, und die koaxialen Wellenleiter 600 und 620 sind Beispiele von einem oder mehreren vertikalen koaxialen Wellenleitern, die im Wesentlichen rechtwinklig zu der Vielzahl dielektrischer Platten 305 angeordnet sind.
Ein Innenleiter 670a des koaxialen Verzweigungswellenleiters 670 ist mit sieben Innenleitern 600a der koaxialen Wellenleiter 600 verbunden, und ein Abstand zwischen den Innenleitern 600a ist auf etwa n₁ × λg/2 (hier n₁ = 2) eingestellt. Durch Einstellen des Abstandes zwischen den Innenleitern 600a auf etwa ein ganzzahliges Mehrfaches von λg/2 (λg ist eine Wellenleiter-Wellenlänge der Mikrowelle, die durch den koaxialen Verzweigungswellenleiter 670 übertragen wird), ist es möglich, Leistung gleichförmig an die Innenleiter 600a zu verteilen. Ferner wird, wie in 2 gezeigt ist, ein Abstand zwischen den koaxialen Verzweigungswellenleitern 670 auf etwa λg eingestellt, der derselbe wie der Abstand zwischen den koaxialen Wellenleitern 600 ist. Demgemäß werden die dielektrischen Platten 305, die mit den Innenleitern 315a über die koaxialen Wellenleiter 600 wie auch die Verzweigungsplatten 610 verbunden sind, an der gesamten Deckenfläche der Bearbeitungskammer 100 spaltenartig und zeilenartig in einem Intervall von λg/2 aufgehängt. Infolgedessen besitzt die dielektrische Platte spaltenmäßig und zeilenmäßig im Wesentlichen dieselbe Größe, und eine Ausbreitungsmode der Oberflächenwelle besitzt eine gute Symmetrie, so dass es leicht wird, eine Gleichförmigkeit des Plasmas in der Oberfläche der dielektrischen Platte zu erhalten.
5 ist eine vergrößerte Ansicht des koaxialen Verzweigungswellenleiters 670 von 4. Bezug nehmend auf 5 ist der Innenleiter 670a an einem Außenrahmen (Abdeckungsabschnitt 300d) durch Fixiervorrichtungen 635 an seinen beiden Enden fixiert, und die Fixiervorrichtungen 635 bestimmen eine Position einer axialen Richtung des Innenleiters 670a. Ferner sind an eindringenden Abschnitten desselben Kurzschlusseinheiten 640 angebracht, die den Innenleiter 670a des koaxialen Verzweigungswellenleiters 670 und den Außenrahmen (Abdeckungsabschnitt 300d) elektrisch kurzschließen.
In der unteren Seite von 5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Verbindungspunkts zwischen den Innenleitern 670a und 600a an deren rechten Seite dargestellt, und eine Schnittansicht entlang der Linie H-H von 5 ist an deren linken Seite dargestellt. Der Innenleiter 670a des koaxialen Verzweigungswellenleiters 670 ist mit einem zylindrischen Verbinder 645 verbunden. Zwei Abschirmspiralen 650a und 650b sind an einer Innenfläche des Verbinders 645 angebracht, so dass der Innenleiter 670a in einer horizontalen Richtung gleiten kann. Da der Innenleiter 670a aufgrund einer durch die Wärme bewirkten Spannung gleitet, ist es möglich, zu verhindern, dass eine Spannung auf die Übertragungsleitung ausgeübt wird.
(Kühlmechanismus)
Ein Pfad 655 zum Strömen von Kühlmittel verläuft durch die Innenseite des Innenleiters 670a. Das von der Kühlmittellieferquelle 700 gelieferte Kühlmittel zirkuliert durch den Pfad 655, der mit der Kühlmittelleitung 705 verbunden ist. Der Kühlmechanismus kann innerhalb des Innenleiters 315a angebracht sein. Demgemäß kann der Innenleiter 670a oder der Innenleiter 315a vor einer Überhitzung geschützt werden. Ferner ist eine Halteeinheit 660, die den Innenleiter 315a hält, an dem Innenleiter 315a angebracht. Die Halteeinheit 660 besitzt eine Ringform und besteht aus Teflon (registriertes Warenzeichen).
(Verzweigungswellenleiter)
Ein Magnetron, das eine Mikrowelle erzeugt, ist allgemein mit einem Wellenleiter verbunden; eine elektrische Entladung kann in einem koaxialen Wellenleiter stattfinden, und dessen Inneres kann erhitzt werden, wenn eine hohe Leistung von mehreren zehn kW direkt an den koaxialen Wellenleiter von einer Mikrowellenquelle ausgegeben wird; und es wird hinsichtlich einer Übertragungsmode oder einer Anpassung schwierig, eine Mikrowelle durch einen koaxialen Hochleistungs-Wellenleiter mit einem großen Durchmesser zu übertragen, wenn eine Wellenlänge der Mikrowelle kurz wird. Demgemäß ist die Mikrowellenquelle allgemein mit dem Wellenleiter verbunden.
Daher ist in der Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Verzweigungswellenleiter 905 an einer Position von Mehrfach-Verzweigungsleitungen angebracht, und die Position befindet sich benachbart der Mikrowellenquelle, die eine Hochleistungsmikrowelle überträgt.
Wie in 6 gezeigt ist, besitzt der Verzweigungswellenleiter 905 eine Turnierstruktur, bei der eine Zweifachverzweigung (T-Verzweigung einmal oder öfters (hier dreimal) wiederholt ist. Verzweigungsendpunkte des Verzweigungswellenleiters 905 sind mit den koaxialen Wellenleitern 620 über acht Wandler 605 für koaxiale Wellenleiter verbunden. Wenn eine Wellenlänge in dem Verzweigungspunkt des koaxialen Wellenleiters λg ist, sind die Distanzen zwischen den Wellenleitern an einem oberen Teil 905a, einem mittleren Teil 905b und einem unteren Teil 905c des erzweigungswellenleiters 905 auf 4λg(= 8 × λg/2), 2λg(= 4 × λg/2) bzw. λg(= 2 × λg/2) eingestellt. Dies bedeutet, alle Distanzen sind auf m × λg/2 eingestellt (λg ist eine Wellenleiter-Wellenlänge und m ist eine ganze Zahl). Derweil muss, solange der Verzweigungswellenleiter 905 Verzweigungspunkte besitzt, dieser nicht in einer Turnierstruktur verzweigt sein.
Demgemäß sind die Verlaufsdistanzen der von der Mikrowellenquelle 900 zu den Verzweigungsendpunkten übertragenen Mikrowelle gleich. Infolgedessen kann eine Leistung der Mikrowelle gleichförmig aufgeteilt und in acht koaxiale Wellenleiter 620 geliefert werden, während Phasen der geteilten Mikrowelle synchronisiert sind.
Ferner kann der Verzweigungswellenleiter 905 mit einem Innenleiter eines parallelen koaxialen Wellenleiters, einem Innenleiter eines vertikalen koaxialen Wellenleiters oder einem bestimmten Wellenleiter verbunden sein.
Der Wandler 905 für den koaxialen Wellenleiter, der in 1 gezeigt ist, überträgt die durch den Verzweigungswellenleiter 905 übertragene Mikrowelle an den koaxialen Wellenleiter 620. Der koaxiale Wellenleiter 620 ist mit der Vielzahl von koaxialen Wellenleitern 600 über den koaxialen Verzweigungswellenleiter 670 verbunden und ferner mit der Verzweigungsplatte 610 verbunden.
(Verzweigungsplatte)
7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C von 3. Unter Bezugnahme auf 7 besitzt die Verzweigungsplatte 610 eine Kreuzform, deren Zentrum sich an einer Verbindungsposition Bp mit dem Innenleiter 600a befindet. Die Verzweigungsplatte 610 besteht aus Metall, wie Kupfer. Die Verzweigungsplatte 610 ist mit dem Innenleiter 315a des koaxialen Wellenleiters 315 an jedem von vier Endpunkten (Positionen Dp) verbunden.
Ferner muss die Verzweigungsplatte 610 derart ausgebildet sein, dass sie zwei oder mehr Innenleiter 315a verbindet, jedoch muss sie nicht in einer Kreuzform geformt sein. Beispielsweise kann die Verzweigungsplatte 610 derart ausgebildet sein, dass die Innenleiter 315a in Bezug auf eine Zentralachse des koaxialen Wellenleiters 600 im gleichen Intervall konzentrisch angeordnet sind. Alternativ dazu kann sie derart ausgebildet sein, dass die Innenleiter 315a in Punktsymmetrie in Bezug auf eine Zentralachse des koaxialen Wellenleiters 600 angeordnet sind.
(Dielektrisches Element: Impedanzanpassung)
Die dielektrischen Elemente 615, die aus Teflon (registriertes Warenzeichen) bestehen, sind an oberen und unteren Seiten der Position Bp von 3 angebracht. Die dielektrischen Elemente 615 sind derart angebracht, um die Verzweigungsplatte 610 zu stützen und eine Impedanzanpassfunktion bereitzustellen. Mit dieser Konfiguration kann eine schnelle Änderung der Impedanz an dem Verbindungspunkt zwischen der Verzweigungsplatte 610 und dem Innenleiter 600a verhindert werden. Infolgedessen kann eine Reflexion in der Übertragungsleitung unterdrückt werden, so dass die Mikrowelle effizient übertragen werden kann.
(Kurzschlusseinheit)
Eine Distanz von der Verbindungsposition Dp zwischen der Verzweigungsplatte 610 und dem Innenleiter 315a zu der Kurzschlusseinheit 520 ist auf λg/4 (λg ist eine Wellenleiter-Wellenlange der Mikrowelle) eingestellt. Wie an der linken Seite von 3 gezeigt ist, ist, wenn ein Scheitel der Mikrowelle an der Position Dp eingestellt ist, eine Leistung der Mikrowelle an der Kurzschlusseinheit 520 gleich 0. Eine Leitung zwischen der Kurzschlusseinheit 520 und der Position Dp kann als eine Leitung mit verteiltem Parameter betrachtet werden, von der ihr eines Ende kurzgeschlossen ist. Eine Impedanz der Leitung mit verteiltem Parameter, von der ihr eines Ende kurzgeschlossen ist und die eine Länge von λg/4 aufweist, erscheint im Wesentlichen unendlich bei Betrachtung von deren anderem Ende. Daher kann die Leitung von der Position Dp zu der Kurzschlusseinheit 520 während der Übertragung der Mikrowelle als nicht existent betrachtet werden. Demgemäß wird es leicht, die Übertragungsleitung zu konstruieren.
Jedoch kann die Länge von der Position Dp zu der Kurzschlusseinheit 520 auf einer Basis von λg/4 eingestellt werden. Dies bedeutet, die Länge kann unter Berücksichtigung dessen eingestellt werden, dass, wenn die Länge kürzer als λg/4 ist, sie äquivalent zu einer Übertragungsleitung ist, die eine hinzugefügte Kondensator-(C)-Komponente aufweist, und wenn die Länge länger als λg/4 ist, ist sie äquivalent zu einer Übertragungsleitung, die eine hinzugefügte Induktivitäts-(L)-Komponente aufweist.
Die durch den koaxialen Wellenleiter 600 übertragene Mikrowelle wird durch die Verzweigungsplatte 610 in eine Vielzahl von Mikrowellen geteilt und dann an die Vielzahl von Innenleitern 315a übertragen und weiter an die Vielzahl dielektrischer Platten 305 übertragen. Demgemäß wird die Mikrowelle mit gleichförmiger Leistung in die Bearbeitungskammer von 224 Lagen der dielektrischen Platten 305 geliefert, die gleichförmig an der Deckenfläche angeordnet sind.
Gemäß der Plasmabearbeitungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschrieben ist, wird es möglich, eine Niederfrequenzmikrowelle zu liefern und das Vergrößern der Übertragungsleitung zu verhindern, was zur Lieferung der Niederfrequenzmikrowelle erforderlich wäre. Demgemäß kann eine einfache und kompakte Übertragungsleitung konstruiert werden und deren Wartung kann vereinfacht werden. Ferner wird die Mikrowelle in die Bearbeitungskammer von der Vielzahl dielektrischer Platten geliefert, die jeweils eine relativ kleine Größe besitzen, so dass die Erzeugung einer Mikrowelle mit einer Mehrfachmode unterdrückt und somit ein gleichförmiges Plasma erzeugt werden kann.
(Zweite Ausführungsform)
Nachfolgend wird eine Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 8 bis 10 erläutert. 9 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie X-X von 8. 8 ist eine Ansicht entlang der Linie Y-Y von 9. Wie in 8 gezeigt ist, unterscheidet sich die Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 gemäß der zweiten Ausführungsform von der Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass die Erstere eine Verzweigungseinheit (einen Verteilungswellenleiter 910) aufweist, jedoch keinen koaxialen Verzweigungswellenleiter und keinen Verzweigungswellenleiter aufweist. Demgemäß wird der Verteilungswellenleiter 910 der Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 gemäß der zweiten Ausführungsform nachfolgend erläutert. Der Verteilungswellenleiter 910 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Beispiel der Verzweigungseinheit.
Der Verteilungswellenleiter 910, der mit einem Abdeckabschnitt 300d integriert ist, ist an einem oberen Abschnitt eines Abdeckkörpers 300 angebracht. Der Verteilungswellenleiter 910 ist ein hohler Wellenleiter mit einer Form mit einer im Wesentlichen sechsflächigen Struktur, und das Innere des Verteilungswellenleiters 910 ist mit Luft gefüllt. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind vier dielektrische Platten 305, die eine im Wesentlichen quadratische Form besitzen, unter demselben Intervall angeordnet, wie in 9 gezeigt ist.
Wie in 10 gezeigt ist, die eine Schnittdarstellung entlang der Linie F-F von 8 darstellt, ist in einem Innenraum des Verteilungswellenleiters 910 ein Innenleiter 600a eines koaxialen Wellenleiters in dessen Zentrum eingesetzt, und vier Innenleiter 315a sind in Positionen in Punktsymmetrie in Bezug auf eine Zentralachse des koaxialen Wellenlei ters 600 eingesetzt. Da die elektrische Feldstärke an einem Endabschnitt des Verteilungswellenleiters 910 schwach ist, wird die Mikrowelle an einen koaxialen Wellenleiter 315 nicht effizient übertragen, wenn der Innenleiter 315a in der Nähe des Endabschnitts desselben positioniert ist. Aus diesem Grund ist eine Distanz zwischen dem Endabschnitt des Verteilungswellenleiters 910 und der zentralen Achse des Innenleiters 315a auf etwa λg/4 eingestellt, wenn eine Wellenlänge in dem Verteilungswellenleiter 910 λg ist, so dass der Innenleiter 315a an einer Position eines Scheitels einer stehenden Welle des elektrischen Feldes positioniert ist. Alternativ dazu muss die Distanz nicht etwa λg/4 sein.
Bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die wie oben beschrieben ausgebildet ist, wird die von einer Mikrowellenquelle 900 ausgegebene Mikrowelle von einem Wellenleiter 950 (nicht verzweigt) und dem koaxialen Wellenleiter 600 zu dem Verteilungswellenleiter 910 übertragen und von dem Innenleiter 600a zu dem Innenleiter 315a übertragen.
Wie in 7 sind bei der vorliegenden Ausführungsform vier Innenleiter 315a ebenfalls in Punktsymmetrie in Bezug auf den Innenleiter 600a angeordnet. Durch eine derartige Symmetrie ist eine Phase der durch den Verteilungswellenleiter 910 übertragenen Mikrowelle synchronisiert, und die Mikrowelle wird an jeden Innenleiter 315a übertragen, während eine Leistung der Mikrowelle gleichförmig aufgeteilt ist.
Gemäß der Plasmabearbeitungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, kann durch Verwendung des Verteilungswellenleiters 910 als eine symmetrische Verzweigung (Verzweigungseinheit) die Mikrowelle gleichförmig an die Innenleiter 315a von dem koaxialen Wellenleiter 600 ohne die Verzweigungsplatte 610 übertragen werden.
Ferner unterscheidet sich die Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 gemäß der zweiten Ausführungsform von der Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass die Erstere eine andere Form der dielektrischen Platte 305 oder eine Metallelektrode 310 aufweist, als die der letztgenannten; die Erstere umfasst nicht die dielektrische Abdeckung 320; die Erstere besitzt ferner ein Nut 300b, die die gesamten dielektrischen Platten umgibt, zusätzlich zu Nuten 300a, die jede der dielektrischen Platten 305 umgeben; und die Erstere besitzt eine Verriegelungsvorrichtung 425, um zu verhindern, dass sich die dielektrische Platte 305 und die Metallelektrode 310 drehen können. Gleichermaßen kann die Plasmabearbeitungsvorrichtung derart ausgebildet sein, dass sie verschiedene Formen der dielektrischen Platte 305 oder der Metallelektrode 310 besitzt oder die dielektrische Abdeckung 320 darin enthält oder die dielektrische Abdeckung 320 darin weggelassen ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind vier Lagen der rechtwinkligen dielektrischen Platten spaltenartig und zeilenartig angeordnet, wobei jedoch die Form oder die Anordnung der dielektrischen Platten nicht darauf beschränkt ist. Beispielsweise kann eine Vielzahl bogenförmiger dielektrischer Platten in einer konzentrischen Kreisform oder in einer Ringform angeordnet sein.
(Modifikationsbeispiel der zweiten Ausführungsform)
Nachfolgend wird eine Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 gemäß eines Modifikationsbeispiels der zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 11 und 12 erläutert. Das Modifikationsbeispiel der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform darin, dass bei dem Modifikationsbeispiel ein Innenleiter 600a nicht elektrisch mit einem Abdeckabschnitt 300d in der Ersteren verbunden ist; und ein Endraum S eines Verteilungswellenleiters 910 durch Anbringen einer Nut in einem Abdeckkörper 300 ausgebildet ist. Daher wird die Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 gemäß dem Modifikationsbeispiel der zweiten Ausführungsform unter speziellem Fokus auf diese Unterschiede erläutert.
Bei dem vorliegenden Modifikationsbeispiel ist ein dielektrisches Element 610 aus einem Fluorharz (beispielsweise Teflon (registriertes Warenzeichen)), Aluminiumdioxid (Al₂O₃), Quarz oder dergleichen hergestellt und besitzt eine Form, die zur Unterdrückung einer Reflexion einer Mikrowelle optimiert ist. Auf diese Art und Weise kann, während ein Übertragungsverlust der Mikrowelle unterdrückt ist und eine Phase der Mikrowelle an jedem Verzweigungspunkt Dp synchronisiert ist, die Mikrowelle gleichförmig geteilt und an jedem Innenleiter 315a übertragen werden.
Da die elektrische Feldstärke an einem Endabschnitt des Verteilungswellenleiters 910 schwach ist, wird die Mikrowelle an einen koaxialen Wellenleiter 315 nicht effektiv übertragen, wenn der Innenleiter 315a in der Nähe des Endabschnitts desselben positioniert ist. Aus diesem Grund ist eine Distanz zwischen dem Endabschnitt des Verteilungswellenleiters 910 (Endabschnitt des Raums S) und einer Zentralachse des Innenleiters 315a auf etwa λg/4 eingestellt, wenn eine Wellenlänge in dem Verteilungswellenleiter 910 λg ist, so dass der Innenleiter 315a an einer Position eines Scheitels einer stehenden Welle des elektrischen Feldes positioniert ist. Alternativ dazu muss die Distanz nicht etwa λg/4 sein.
Anstelle der Ausbildung des Raumes S in dem Abdeckkörper 300 kann der Raum S auch dadurch geformt werden, dass der Endabschnitt des Verteilungswellenleiters 910 in Richtung der Außenseite einer Bearbeitungskammer 100 vorragt. Alternativ dazu kann, wie in 12 gezeigt ist, die eine Schnittansicht entlang der Linie G-G von 11 ist, der Raum S eine Vielzahl von Nuten umfassen, die in dem Abdeckkörper 300 geformt sind, oder kann eine einzelne Nut umfassen, die jeden Innenleiter 315a umgibt. Ferner ist 9 eine Schnittansicht entlang der Linie X-X von 11 ähnlich der zweiten Ausführungsform.
Gemäß der Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 des oben beschriebenen Modifikationsbeispiels kann durch Verwendung des Verteilungswellenleiters 910 und des dielektrischen Elements 630 die Mikrowelle an den Innenleiter 315a von dem Innenleiter 600a ohne Verwendung der Verzweigungsplatte 610 übertragen werden. Überdies kann durch Bildung des Raumes S in dem Abdeckkörper 300 der Verteilungswellenleiter 910 kompakter ausgebildet werden. Infolgedessen kann ein oberes Teil der Bearbeitungskammer 100 einfacher konstruiert werden.
(Dritte Ausführungsform)
Nachfolgend wird eine Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 gemäß einer dritten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 13 bis 15 erläutert. Die Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass die Erstere nicht die Verzweigungsplatte 610 (Verzweigungseinheit) der letztgenannten aufweist; und die Erstere besitzt eine andere Art eines Federelements. Mit Ausnahme dieser Unterschiede besitzen beide nahezu dieselbe Konfiguration.
14 ist eine Schnittansicht entlang der Linie P-P von 13. Wie in den 13 und 14 gezeigt ist, ist bei der vorliegenden Ausführungsform eine Vielzahl von Innenleitern 315a direkt mit einem Innenleiter 670a eines koaxialen Verzweigungswellenleiters 670 mit einem Abstand von einer Hälfte einer Wellenlänge λg in dem koaxialen Verzweigungswellenleiter 670 verbunden. Ferner ist 15 eine Schnittansicht entlang der Linie U-U von 13. Eine Y-Verzweigung von 15 wird in einem Verzweigungswellenleiter 905 verwendet.
Vier Innenleiter 315a hängen an dem Innenleiter 670a des koaxialen Verzweigungswellenleiters 670 in einem Intervall von etwa n₁ × λg/2 (hier ist n₁ = 1). Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Abstand zwischen den koaxialen Verzweigungswellenleitern 670 gleich einem Abstand zwischen koaxialen Wellenleitern 315 eingestellt, so dass eine dielektrische Platte spaltenartig und zeilenartig dieselbe Größe aufweist, und eine Oberflächen-Ausbreitungsmode eine gute Symmetrie besitzt. Daher wird es leicht, eine Gleichförmigkeit des Plasmas in der Oberfläche der dielektrischen Platte zu erhalten.
Ein Verbinder 665, der einen oberen Innenleiter 315a1 und einen unteren Innenleiter 315a2 verbindet, ist in dem Innenleiter 315a angebracht. Demgemäß absorbiert, während der obere Innenleiter 315a1 mit dem unteren Innenleiter 315a2 elektrisch verbunden ist, der Verbinder 665 eine thermische Expansion oder thermische Kontraktion, um zu verhindern, dass durch die thermische Expansion oder die thermische Kontraktion bewirkte Spannung auf den Innenleiter 315a ausgeübt wird.
Gemäß der Plasmabearbeitungsvorrichtung der dritten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, kann durch Verbinden von vier Innenleitern 315a mit dem Innenleiter 670a des koaxialen Verzweigungswellenleiters in demselben Intervall an einer geraden Linie eine Mikrowelle von dem Innenleiter 670a des koaxialen Verzweigungswellenleiters zu den Innenleitern 315a ohne die Verwendung der Verzweigungsplatte 610 übertragen werden.
Ferner wird eine dielektrische Platte 305 durch Verwendung eines O-Rings 530 anstelle des Federelements, das bei der ersten Ausführungsform verwendet ist, angehoben. Genauer ist ein ringförmiges dielektrisches Element 525, durch das der Innenleiter 315a verläuft, derart angebracht, um einen Raum zwischen einem Abdeckelement 300 und dem Innenleiter 315a zu füllen, und der O-Ring 530 zum Anheben des Innenleiters 315a ist an einem Bodenabschnitt eines Außenumfangs des ringförmigen dielektrischen Elements 525 angebracht. Ferner ist an einem oberen Abschnitt eines Innenumfangs des ringförmigen dielektrischen Elements 525 ein Dämpfungsring 535 zur Aufnahme einer lokalen Spannung angebracht, die auf den Innenleiter 315a ausgeübt wird, wenn der Innenleiter 315a angehoben wird.
(Modifikationsbeispiel der dritten Ausführungsform)
Ferner existieren Modifikationsbeispiele 1 bis 3 der dritten Ausführungsform, wie folgt.
(Modifikationsbeispiel 1)
Eine Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 gemäß dem Modifikationsbeispiel 1 der dritten Ausführungsform, wie in 16 gezeigt ist, unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform in der Anwesenheit eines vertikalen koaxialen Wellenleiters und der Installationsrichtung eines Verzweigungswellenleiters. Dies bedeutet, dass bei dem vorliegenden Modifikationsbeispiel kein vertikaler koaxialer Wellenleiter vorhanden ist und ein Verzweigungswellenleiter 905 mit einem Innenleiter 670a an einem Endabschnitt eines koaxialen Verzweigungswellenleiters 670 verbunden ist.
In diesem Fall wird ein Abstand zwischen koaxialen Wellenleitern 315 auch bei etwa n₁ × λg/2 beibehalten, und eine Mikrowellenenergie wird gleichförmig geteilt und an jeden koaxialen Wellenleiter 315 geliefert.
(Modifikationsbeispiel 2)
Bei einem Modifikationsbeispiel 2 der dritten Ausführungsform, wie in 17 gezeigt ist, sind keine vertikalen koaxialen Wellenleiter vorhanden und ein Verzweigungswellenleiter 905 ist mit einem Innenleiter 670a an einem Zentralabschnitt eines koaxialen Verzweigungswellenleiters 670 verbunden.
In diesem Fall wird ein Abstand zwischen koaxialen Wellenleitern 315 bei etwa n₁ × λg/2 beibehalten. Bei dem vorliegenden Modifikationsbeispiel ist eine Übertragungsleitung derart ausgebildet, dass eine Synchronisierung von Phasen von Mikrowellen wie auch eine Reflexion an einem Endabschnitt gut gesteuert werden können. Demgemäß kann die Mikrowelle an eine Vielzahl dielektrischer Platten 305 übertragen werden, während die Leistung gleichförmig geteilt wird.
(Modifikationsbeispiel 3)
Eine vergrößerte Ansicht eines koaxialen Verzweigungswellenleiters 670 eines Modifikationsbeispiels 3 der dritten Ausführungsform ist auf der rechten Seite von 18 dargestellt, und eine Schnittansicht entlang der Linie I-I von 18 ist an deren linker Seite dargestellt. Wie in 18 gezeigt ist, besteht ein Innenleiter des koaxialen Verzweigungswellenleiters 670 gemäß dem Modifikationsbeispiel 3 aus einem Außenrohr 670b und einem Innenrohr 670c. Ein Pfad 655 zum Strömen von Kühlmittel ist in dem Innenrohr 670c angebracht. Ferner ist eine Halteeinheit 660 an dem Außenrohr 670b angebracht, so dass der Innenleiter an einer zentralen Achse des koaxialen Verzweigungswellenleiters 670 positioniert ist.
Das innere Rohr 670c ist derart angebracht, um einen Kontakt mit einem Innenumfang des Außenrohres 670b herzustellen. Das Außenrohr 670b ist in eine Vielzahl von Rohren getrennt, die durch einen Verbinder 665 miteinander verbunden sind. Dies bedeutet, durch Verbinden eines ausgenommenen Abschnitts eines Rohres 670b1 des Außenrohres 670b mit einem vorragenden Abschnitt eines Rohres 670b2 des Außenrohres 670b werden die getrennten Rohre elektrisch miteinander verbunden. Ferner absorbiert der Verbinder 665 eine thermische Expansion oder thermische Kontraktion, um zu verhindern, dass eine durch die thermische Expansion oder die thermische Kontraktion bewirkte Spannung an die Rohre angelegt wird.
Gemäß dem vorliegenden Modifikationsbeispiel kann, da das Rohr in einer Doppelstruktur geformt und der Verbinder 665 angebracht ist, das Außenrohr 670b in einer horizontalen Richtung gleiten, ohne einen Einfluss auf das Innenrohr 670c auszuüben, und die Spannung, die durch die thermische Expansion oder die thermische Kontraktion bewirkt wird und auf eine Übertragungsleitung ausgeübt wird, kann durch den Verbinder 665 absorbiert werden. Ferner kann durch eine Strömung des Kühlmittels in dem Innenrohr 670c der Innenleiter (Rohr) effizient durch Wärmeleitung gekühlt werden.
(Vierte Ausführungsform)
Nachfolgend wird eine Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 gemäß einer vierten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 19 bis 21 beschrieben. Die Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 gemäß der vierten Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen der ersten Ausführungsform darin, dass die Erstere einen Verteilungswellenleiter 910 als eine Verzweigungseinheit anstelle der Verwendung einer Verzweigungsplatte 610 der ersten Ausführungsform verwendet.
Bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie in 20 gezeigt ist, die eine Schnittansicht entlang der Linie V-V von 19 ist, besitzt jede dielektrische Platte 305 eine gute Symmetrie, so dass es leicht wird, ein gleichförmiges Plasma innerhalb einer einzelnen Lage der dielektrischen Platte 305 zu erzeugen. Ferner ist unter Bezugnahme auf 21, die eine Schnittansicht entlang der Linie W-W von 19 ist, die Vielzahl dielektrischer Platten 305 in demselben Intervall eines ganzzahligen Mehrfachen von λg/2 angeordnet, so dass es durch Verwendung eines Innenleiters 315a des koaxialen Wellenleiters möglich wird, ein gleichförmiges Plasma zu erzeugen, wenn eine Mikrowelle eingeführt wird.
Ferner ist ein koaxialer Verzweigungswellenleiter 670 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Beispiel eines dritten koaxialen Wellenleiters, der im Wesentlichen parallel zu der Vielzahl dielektrischer Platten 305 positioniert ist. Eine Übertragungsleitung umfasst eine Vielzahl dritter koaxialer Wellenleiter und umfasst ferner eine Vielzahl vierter koaxialer Wellenleiter. Jeder Innenleiter der vierten koaxialen Wellenleiter ist mit jedem Innenleiter der dritten koaxialen Wellenleiter verbunden und über jedem Innenleiter einer Vielzahl erster koaxialer Wellenleiter positioniert. Ferner können die Innenleiter der Vielzahl von vierten koaxialen Wellenleitern in einem Intervall von etwa n₂ × λg/2 angeordnet sein, und n₂ ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 1.
Auf diese Weise ist es möglich, eine Übertragungsleitung zu bilden, die in mehrere Niveaus verzweigt ist, und zwar unter Verwendung koaxialer Wellenleiter oder einem oder mehreren Wellenleitern und einem oder mehreren koaxialen Wellenleitern. Demgemäß kann eine Mikrowelle gleichförmig an 64 Lagen der dielektrischen Platten 305 übertragen werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Mikrowelle gleichförmig in einen Bearbeitungsraum U von der Vielzahl dielektrischer Platten 305 geliefert werden, die gleichförmig an der gesamten Deckenfläche einer Bearbeitungskammer 100 angeordnet sind, und somit kann ein gleichförmiges Plasma erzeugt werden.
Gemäß jeder Ausführungsform, die oben beschrieben ist, kann ein oberer Teil der Bearbeitungskammer 100 einfach konstruiert werden. Ferner können verschiedene Plasmaprozesse durch Verwendung einer niederfrequenten Mikrowelle ausgeführt werden.
Überdies ist es erwünscht, dass n₁ und n₂ gleich 1 oder 2 sind. Der Grund hiefür besteht darin, dass, wenn der Wert von n₁ oder n₂ größer wird, die Verlaufsdistanz der Mikrowelle lang wird, so dass die Synchronisierung von Phasen und die Energieverteilung ungleichförmig werden, und somit wird es schwierig, die Mikrowelle gleichförmig zu teilen und zu übertragen. Ferner ist der Grund hierfür, dass, wenn der Wert von n₁ oder n₂ größer wird, die Übertragungsleitung komplizierter und größer wird, so dass es schwierig wird, den Wartungsbetrieb auszuführen. Ferner beträgt, wenn der Wert von n₁ oder n₂ gleich 1 ist, die Distanz zwischen den Innenleitern der zweiten koaxialen Wellenleiter etwa λg/2. In diesem Fall ist es besser, eine niederfrequente Mikrowelle zu liefern, anstatt einer hochfrequenten Mikrowelle. Wenn die hochfrequente Mikrowelle geliefert wird, wird die Wellenleiter-Wellenlänge λg der Mikrowelle kurz, so dass die Distanz zwischen den Innenleitern der zweiten koaxialen Wellenleiter kurz wird. Daher steigt die Anzahl der dielektrischen Platten und somit steigen die Kosten.
Ferner ist es bei jeder Ausführungsform, wie oben beschrieben ist, erwünscht, dass der Innenleiter jedes koaxialen Wellenleiters aus Kupfer besteht, das eine thermische Leitfähigkeit und eine elektrische Leitfähigkeit besitzt. Demgemäß kann Wärme, die an den Innenleiter des koaxialen Wellenleiters von der Mikrowelle oder dem Plasma angelegt wird, effizient übermittelt werden, und auch die Mikrowelle kann gut übertragen werden.
Ferner befindet sich, wie oben beschrieben ist, der Innenleiter 315a benachbart zu oder nahe der Vielzahl dielektrischer Platten 305 und ist ein Beispiel einer leitenden Stange, die die Mikrowelle an die Vielzahl dielektrischer Platten 305 überträgt. Hier kann die leitende Stange elektromagnetisch oder mechanisch mit den dielektrischen Platten 305 verbunden sein. Überdies kann die leitende Stange benachbart der Vielzahl dielektrischer Platten 305 angeordnet sein, wie in 22 gezeigt ist (23 ist eine Schnittansicht entlang der Linie Z-Z von 22). Ferner kann, obwohl es nicht gezeigt ist, die leitende Stange nahe der Vielzahl dielektrischer Platten 305 liegen und kann damit elektromagnetisch verbunden sein, jedoch nicht mechanisch damit verbunden sein. Ferner kann die leitende Stange eine Plattenform oder eine verjüngte Form besitzen.
Insbesondere verschlechtert ein nicht gesteuerter Spalt, der durch mechanische Differenz oder thermische Ausdehnung erzeugt wird, eine elektrische Eigenschaft der Vorrichtung. Jedoch kann in dem Fall, dass zwischen der leitenden Stange und der dielektrischen Platte 305 ein gesteuerter Spalt durch Positionierung der leitenden Stange nahe der dielektrischen Platte 305 gebildet wird, die Mikrowelle an die dielektrische Platte 305 ohne Änderung der elektrischen Eigenschaft der Vorrichtung effizient übertragen werden.
25 zeigt ein Modifikationsbeispiel eines Verzweigungswellenleiters 905. Der Verzweigungswellenleiter 905 gemäß dem Modifikationsbeispiel ist derart ausgebildet, so dass er 2 × 2 × 2 Verzweigungen einer Turnierstruktur in einer ebenen Form besitzt. Der Wellenleiter ist in Bezug auf zwei Seiten einer Mikrowellenquelle 900 symmetrisch verzweigt. Da der Verzweigungswellenleiter in der ebenen Form konfiguriert ist, besitzt er eine dünne Dicke (eine Länge in einer vertikalen Richtung der Papierfläche von 25), so dass er leicht an der Vorrichtung angebracht werden kann.
26 ist eine Schnittansicht entlang der Linie I-I von 25. In dem Verzweigungswellenleiter 905 des vorliegenden Modifikationsbeispiels ist, wenn koaxiale Wellenleiter 620 mit dem Verzweigungswellenleiter 905 über acht Wandler 605 für koaxiale Wellenleiter verbunden sind, ein Abschnitt, bei dem der Verzweigungswellenleiter 905 mit einem Innenleiter 620a des koaxialen Wellenleiters 620 verbunden ist, derart ausgebildet, dass er eine verjüngte Form besitzt, und auch ein Abschnitt, bei dem der Verzweigungswellenleiter 905 mit einem Außenleiter 620b verbunden ist, derart ausgebildet, dass er eine verjüngte Form besitzt, so dass eine Reflexion der Mikrowelle unterdrückt wird.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen stehen die Betriebsabläufe der jeweiligen Teile miteinander in Verbindung und können durch eine Serie von Betriebsabläufen unter Berücksichtigung einer derartigen Beziehung ersetzt werden. Ferner können durch eine derartige Substitution die Ausführungsformen der Plasmabearbeitungsvorrichtung als Ausführungsformen eines Verfahrens zum Betrieb der Plasmabearbeitungsvorrichtung oder eines Verfahrens zum Reinigen der Plasmabearbeitungsvorrichtung verwendet werden.
(Frequenzbegrenzung)
Eine Mikrowelle mit einer Frequenz von etwa 1 GHz oder weniger wird von der Mikrowellenquelle 900 durch Verwendung der Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 gemäß jeder Ausführungsform ausgegeben, so dass eine gute Plasmabearbeitung erreicht werden kann. Ein Grund hierfür wird nachfolgend erläutert.
Bei einem Plasma-CVD-Prozess, der einen dünnen Film auf einer Oberfläche eines Substrats durch eine chemische Reaktion abscheidet, wird der Film an einer Innenfläche einer Bearbeitungskammer wie auch der Fläche des Substrats angehaftet. Wenn der an der innen liegenden Fläche der Bearbeitungskammer angehaftete Film abgezogen und dann an dem Substrat angehaftet wird, ist der Nutzen verringert. Ferner kann ein Unreinheitsgas, das von dem an der Innenfläche der Bearbeitungskammer angehafteten Film erzeugt wird, von dem dünnen Film absorbiert werden, wodurch die Filmqualität verschlechtert wird. Daher sollte die Innenfläche der Kammer regelmäßig gereinigt werden, um einen Prozess mit hoher Qualität auszuführen.
F-Radikale werden oftmals zur Reinigung eines Siliziumoxidfilms oder eines Siliziumnitridfilms verwendet. Die F-Radikale ätzen diese Filme mit einer hohen Geschwindigkeit. Die F-Radikale werden durch Erregen eines Plasmas mit F-haltigen Gasen, wie NF₃ oder SF₆, und Zersetzen von Gasmolekülen erzeugt. Wenn das Plasma durch Verwendung eines Mischgases, das F und O enthält, erregt wird, werden F oder O mit Elektronen in dem Plasma rekombiniert, so dass eine Elektronendichte in dem Plasma reduziert ist. Insbesondere wird, wenn das Plasma durch Verwendung eines Gases, das F enthält, das die höchste Elektronegativität unter allen Materialien besitzt, erregt wird, die Elektronendichte merklich reduziert.
Um dies zu zeigen, haben die Erfinder eine Elektronendichte von Plasma nach einer Erzeugung von Plasma unter einer Bedingung einer Mikrowellenfrequenz von etwa 2,45 GHz, einer Mikrowellenenergiedichte von etwa 1,6 W/cm^–2 und einem Druck von etwa 13,3 Pa gemessen. Als ein Ergebnis betrug in dem Fall der Verwendung eines Ar-Gases eine Elektronendichte etwa 2,3 × 10¹² cm^–3, während in dem Fall der Verwendung eines NF₃-Gases eine Elektronendichte etwa 6,3 × 10¹⁰ cm^–3 betrug, was um eine Stelle oder mehr kleiner im Vergleich zu dem Fall der Verwendung eines Ar-Gases ist.
Wie in 24 gezeigt ist, steigt, wenn eine Mikrowellenenergiedichte zunimmt, eine Elektronendichte von Plasma. Genauer steigt, wenn die Energiedichte von etwa 1,6 W/cm² auf etwa 2,4 W/cm² steigt, die Elektronendichte des Plasmas von etwa 6,3 × 10¹⁰ cm^–3 auf etwa 1,4 × 10¹¹ cm^–3.
Derweil besteht, wenn eine Mikrowelle von etwa 2,5 W/cm² oder mehr angelegt wird, ein hohes Risiko, dass eine dielektrische Platte erhitzt werden und brechen kann oder eine unnormale elektrische Entladung in jedem Teil stattfinden kann, wodurch dies unwirtschaftlich wird. Daher ist es praktisch schwierig, eine Elektronendichte von etwa 1,4 × 10¹¹ cm^–3 oder mehr durch Verwendung des NF₃-Gases bereitzustellen. Dies bedeutet, um ein gleichförmiges und stabiles Plasma durch Verwendung des NF₃-Gases mit einer sehr geringen Elektronendichte zu erzeugen, sollte eine Oberflächenwellenresonanzdichte n₂ etwa 1,4 × 10¹¹ cm^–3 oder weniger sein.
Die Oberflächenwellenresonanzdichte n_s repräsentiert die geringste Elektronendichte, bei der eine Oberflächenwelle sich zwischen der dielektrischen Platte und dem Plasma ausbreiten kann. Wenn die Elektronendichte geringer als die Oberflächenwellenresonanzdichte n_s ist, breitet sich die Oberflächenwelle nicht aus und somit wird ein äußerst ungleichförmiges Plasma erregt. Wie durch Formel (2) dargestellt ist, ist die Oberflächenwellenresonanzdichte n_s proportional zu einer Grenzdichte n_c, die repräsentiert ist durch Formel (1). nc = ε0meω2/e2 (1) ns = nc(1 + εr) (2)
Hierbei ist ε₀ eine Vakuumpermittivität, m_e ist eine Masse eines Elektrons, ω ist eine Mikrowellenwinkelfrequenz, e ist eine elementare elektrische Ladung und ε_r ist eine dielektrische Konstante einer dielektrischen Platte.
Wie aus den Formeln (1) und (2) zu sehen ist, ist die Oberflächenwellenresonanzdichte n_s proportional zu dem Quadrat der Mikrowellenfrequenz. Daher kann eine geringe Frequenz gewählt werden, so dass die Oberflächenwelle bei einer geringeren Elektronendichte ausgebreitet wird und somit ein gleichförmiges Plasma erhalten wird. Wenn beispielsweise die Mikrowellenfrequenz auf 1/2 reduziert ist, kann ein gleichförmiges Plasma sogar mit 1/4 der Elektronendichte erreicht werden. Demgemäß ist eine derartige Reduzierung der Mikrowellenfrequenz sehr effizient, um ein Prozessfenster zu vergrößern.
Bei einer Frequenz von etwa 1 GHz wird die Oberflächenwellenresonanzdichte n_s gleich einer praktischen Elektronendichte von etwa 1,4 × 10¹¹ cm^–3 bei Verwendung des NF₃-Gases. Dies bedeutet, wenn eine Mikrowellenfrequenz von etwa 1 GHz oder weniger gewählt wird, ist es möglich, ein gleichförmiges Plasma mit einer praktischen Energiedichte durch Verwendung eines beliebigen Gases zu erregen.
Bezüglich des Obigen wird eine Mikrowelle mit einer Frequenz von etwa 1 GHz oder weniger von der Mikrowellenquelle 900 ausgegeben; die von der Mikrowellenquelle 900 ausgegebene Mikrowelle wird an die Übertragungsleitung (beispielsweise den koaxialen Wellenleiter 600) übertragen; die durch die Übertragungsleitung übertragene Mikrowelle wird in eine Vielzahl von Mikrowellen durch die Verzweigungseinheit (beispielsweise die Verzweigungsplatte 610 oder den Verteilungswellenleiter 910) geteilt und dann an die Vielzahl leitender Stangen übertragen; die Mikrowelle wird von einer oder mehreren leitenden Stangen benachbart zu oder nahe jeder dielektrischen Platte in die Bearbeitungskammer über jede dielektrische Platte emittiert; ein Prozessgas, das in die Bearbeitungskammer eingeführt wird, wird durch die emittierte Mikrowelle erregt; und somit kann eine gute Plasmabearbeitung an dem Zielobjekt (beispielsweise dem Substrat G) ausgeführt werden.
Insbesondere wird beispielsweise eine Mikrowelle mit einer Frequenz von etwa 1 GHz oder weniger von der Mikrowellenquelle 900 der Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 gemäß jeder Ausführungsform ausgegeben; die von der Mikrowellenquelle 900 ausgegebene Mikrowelle wird an die Übertragungsleitung übertragen; die durch die Übertragungsleitung übertragene Mikrowelle wird in eine Vielzahl von Mikrowellen durch die Verzweigungseinheit geteilt und dann an die Vielzahl leitender Stangen übertragen; die Mikrowelle wird von der einen oder den mehreren leitenden Stangen benachbart zu oder nahe jeder dielektrischen Platte in die Bearbeitungskammer über jede dielektrische Platte emittiert; ein in die Bearbeitungskammer eingeführtes Reinigungsgas wird durch die emittierte Mikrowelle erregt; und somit kann die Plasmabearbeitungsvorrichtung nur durch Verwendung eines einzelnen Gases gut gereinigt werden.
Ferner kann eine Energieversorgungsvorrichtung, die in der Lage ist, eine Mikrowelle mit einer Frequenz von etwa 1 GHz oder weniger an die Plasmabearbeitungsvorrichtung zu liefern, und insbesondere eine Energieversorgungsvorrichtung, die in der Lage ist, eine Mikrowelle mit einer Frequenz von etwa 1 GHz oder weniger an die Plasmabearbeitungsvorrichtung durch die Übertragungsleitung der Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 gemäß jeder Ausführungsform zu liefern, derart ausgebildet sein, dass sie umfasst: eine Mikrowellenquelle, die eine Mikrowelle ausgibt; eine Übertragungsleitung, die die von der Mikrowellenquelle ausgegebene Mikrowelle überträgt; eine Vielzahl leitender Stangen benachbart zu oder nahe einer Vielzahl dielektrischer Platten, die an einer Innenwand einer Bearbeitungskammer angebracht sind, und die derart ausgebildet sind, um die Mikrowelle an die Vielzahl dielektrischer Platten zu übertra gen; und eine Verzweigungseinheit, die die durch die Übertragungsleitung übertragene Mikrowelle in eine Vielzahl von Mikrowellen teilt und diese an die Vielzahl leitender Stangen überträgt, wobei sich eine oder mehrere leitende Stangen benachbart zu oder nahe jeder dielektrischen Platte befinden.
Ferner wird bei den oben beschriebenen Ausführungsformen die Mikrowellenquelle 900, die eine Mikrowelle von etwa 915 MHz ausgibt, verwendet, wobei jedoch die Mikrowellenquelle, die eine Mikrowelle von etwa 896 MHz, 922 MHz oder 2,45 GHz ausgibt, verwendet werden kann. Ferner entspricht die Mikrowellenquelle einer Quelle für elektromagnetische Wellen, die eine elektromagnetische Welle zur Erregung von Plasma ausgibt.
Wie oben beschrieben ist, sind die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert worden, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es wird deutlich, dass verschiedene Änderungen und Abwandlungen durch den Fachmann innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche durchgeführt werden können, und es sei zu verstehen, dass alle Änderungen und Abwandlungen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
Beispielsweise ist die Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise können benachbarte koaxiale Wellenleiter unter parallelen koaxialen Wellenleitern und vertikalen koaxialen Wellenleitern miteinander mit einer Regelmäßigkeit eines Intervalls von etwa n × λg/2 (n ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 1) verbunden sein, und Endabschnitte können mit einer Regelmäßigkeit von λg/4 beendet werden. Auf diese Art und Weise kann eine Übertragungsleitung mit Mehrfachniveau-Verzweigungen auf freie Art und Weise konfiguriert werden, um eine Mikrowelle gleichförmig ohne Verlust zu übertragen.
Ferner kann die Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beispielsweise ein großformatiges Glassubstrat, einen kreisförmigen Siliziumwafer oder einen quadratischen Silicon-On-Insulator (Silizium auf einem Isolator) (SOI) bearbeiten.
Ferner kann die Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verschiedene Plasmaprozesse ausführen, wie einen Filmbildungsprozess, einen Diffusionsprozess, einen Ätzprozess sowie einen Veraschungsprozess.
Zusammenfassung
Es ist eine Mikrowellenübertragungsleitung vorgesehen, die einen koaxialen Wellenleiter verwendet. Bei einer Plasmabearbeitungsvorrichtung (10) wird eine Mikrowelle, die von einer Mikrowellenquelle (900) an einen koaxialen Wellenleiter (600) über einen Verzweigungswellenleiter (905) übertragen wird, durch eine Verzweigungsplatte (610) in eine Vielzahl von Mikrowellen geteilt und dann an jeden Innenleiter (315a) einer Vielzahl koaxialer Wellenleiter übertragen. Die durch jeden Innenleiter (315a) der koaxialen Wellenleiter übertragene Mikrowelle wird von jeder dielektrischen Platte (305), die mit jedem Innenleiter (315a) verbunden ist, in eine Bearbeitungskammer (100) emittiert. Eine gewünschte Plasmabearbeitung wird an dem Substrat (G) durch Erregen eines in die Bearbeitungskammer (100) eingeführten Prozessgases durch die emittierte Mikrowelle ausgeführt. Durch Verwendung der Vielzahl dielektrischer Platten (305) ist die Erweiterbarkeit für die Vergrößerung verbessert. Es ist möglich, eine kompakte Übertragungsleitung zu konstruieren und eine niederfrequente Mikrowelle durch Verwendung des koaxialen Wellenleiters in der Übertragungsleitung zu liefern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 11-297672 [0007]
- JP 2004-200646 [0007]
- JP 2005-268653 [0007]

Claims

Plasmabearbeitungsvorrichtung, die eine Plasmabearbeitung an einem Zielobjekt durch Erregen eines Gases durch eine elektromagnetische Welle ausführt, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Bearbeitungskammer; eine Quelle für elektromagnetische Wellen, die derart ausgebildet ist, um die elektromagnetische Welle auszugeben; eine Übertragungsleitung, die derart ausgebildet ist, um die von der Quelle für elektromagnetische Wellen ausgegebene elektromagnetische Welle zu übertragen; eine Vielzahl dielektrischer Platten, die an einer Innenwand der Bearbeitungskammer angebracht und derart ausgebildet sind, um zu ermöglichen, dass die elektromagnetische Welle hindurchgelangen und an eine Innenseite der Bearbeitungskammer emittiert werden kann; eine Vielzahl leitender Stangen, die benachbart zu oder nahe der Vielzahl dielektrischer Platten positioniert und derart ausgebildet sind, um die elektromagnetische Welle an die Vielzahl dielektrischer Platten zu übertragen; und eine Verzweigungseinheit, die derart ausgebildet ist, um die durch die Übertragungsleitung übertragene elektromagnetische Welle in eine Vielzahl elektromagnetischer Wellen zu teilen und diese an die Vielzahl leitender Stangen zu übertragen, wobei eine oder mehrere leitende Stangen benachbart zu oder nahe jeder der dielektrischen Platten angeordnet sind.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Übertragungsleitung einen ersten koaxialen Wellenleiter aufweist, und die Verzweigungseinheit ein Verzweigungselement ist, das derart ausgebildet ist, um einen Innenleiter des ersten koaxialen Wellenleiters mit jeder der leitenden Stangen zu verbinden.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Übertragungsleitung einen ersten koaxialen Wellenleiter aufweist, und die Verzweigungseinheit ein Verteilungswellenleiter ist, in den ein Innenleiter des ersten koaxialen Wellenleiters und die Vielzahl leitender Stangen eingesetzt sind.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vielzahl leitender Stangen konzentrisch in Bezug auf eine Zentralachse des Innenleiters des ersten koaxialen Wellenleiters in demselben Intervall angeordnet ist, während sie im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vielzahl leitender Stangen in einer Punktsymmetrie in Bezug auf eine Zentralachse des Innenleiters des ersten koaxialen Wellenleiters angeordnet ist, während sie im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verzweigungseinheit so angebracht ist, dass sie im Wesentlichen parallel zu der Vielzahl dielektrischer Platten ist, und die Verzweigungseinheit ein Innenleiter eines zweiten koaxialen Wellenleiters ist, der die Übertragungsleitung mit der Vielzahl leitender Stangen verbindet.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Übertragungsleitung ein erster koaxialer Wellenleiter oder ein Wellenleiter ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Vielzahl leitender Stangen mit dem Innenleiter des zweiten koaxialen Wellenleiters in demselben Intervall verbunden ist, während sie im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei ein Abstand zwischen den dielektrischen Platten auf etwa n₁ × λg/2 eingestellt ist, wobei λg eine Wellenleiter-Wellenlänge der durch den zweiten koaxialen Wellenleiter übertragenen elektromagnetischen Welle ist und n₁ eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend: eine Kurzschlusseinheit, die derart ausgebildet ist, um eine Abdeckung der Bearbeitungskammer und jede der leitenden Stangen kurzzuschließen, wobei eine Distanz von einer Position, an der das Verzweigungselement mit jeder der leitenden Stangen verbunden ist, zu der Kurzschlusseinheit auf etwa λg/4 eingestellt ist, wobei λg eine Wellenlänge der durch jede der leitenden Stangen übertragenen elektromagnetischen Welle ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6, ferner umfassend: eine Kurzschlusseinheit, die derart ausgebildet ist, um eine Abdeckung der Bearbeitungskammer und jede der leitenden Stangen kurzzuschließen, wobei eine Distanz von einer Position, an der der Innenleiter des zweiten koaxialen Wellenleiters mit jeder der leitenden Stangen verbunden ist, zu der Kurzschlusseinheit auf etwa λg/4 eingestellt ist, wobei λg eine Wellenlänge der durch jede der leitenden Stangen übertragenen elektromagnetischen Welle ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, ferner umfassend: eine Kurzschlusseinheit, die derart ausgebildet ist, um eine Abdeckung der Bearbeitungskammer und jede der leitenden Stangen kurzzuschließen, wobei ein Endabschnitt der Abdeckung der Bearbeitungskammer einen Endabschnitt des Verteilungswellenleiters in einer Längsrichtung desselben oder Endabschnitte aufweist, die in einer L-Form an beiden Enden des Verteilungswellenleiters geformt sind; und wobei eine Distanz von jeder der leitenden Stangen zu dem Endabschnitt der Abdeckung der Bearbeitungskammer auf etwa λg/4 eingestellt ist, wobei λg eine Wellenleiter-Wellenlange der durch den Verteilungswellenleiter übertragenen elektromagnetischen Welle ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6, ferner umfassend: eine Kurzschlusseinheit, die derart ausgebildet ist, um eine Abdeckung der Bearbeitungskammer und den Innenleiter des zweiten koaxialen Wellenleiters kurzzuschließen, wobei eine Distanz von einer Position, an der der Innenleiter des zweiten koaxialen Wellenleiters mit jeder der leitenden Stangen verbunden ist, zu der Kurzschlusseinheit auf etwa λg/4 eingestellt ist, wobei λg eine Wellenleiter-Wellenlänge der durch den zweiten koaxialen Wellenleiter übertragenen elektromagnetischen Welle ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei ein dielektrisches Element zur Impedanzanpassung in einem Verzweigungspunkt der Verzweigungseinheit angebracht ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Übertragungsleitung eine Vielzahl erster koaxialer Wellenleiter aufweist, wobei jeder der Vielzahl erster koaxialer Wellenleiter derart ausgebildet ist, um die elektromagnetische Welle an die Vielzahl der leitenden Stangen über die Verzweigungseinheit zu übertragen, wobei die Übertragungsleitung ferner zumindest einen dritten koaxialen Wellenleiter aufweist, der im Wesentlichen parallel zu der Vielzahl dielektrischer Platten positioniert ist, und wobei Innenleiter der Vielzahl von ersten koaxialen Wellenleitern mit einem Innenleiter des dritten koaxialen Wellenleiters verbunden sind.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Innenleiter der Vielzahl erster koaxialer Wellenleiter, die mit dem Innenleiter des dritten koaxialen Wellenleiters verbunden sind, in einem Intervall von etwa n₂ × λg/2 angeordnet sind, wobei λg eine Wellenleiter-Wellenlänge der durch den dritten koaxialen Wellenleiter übertragenen elektromagnetischen Welle ist und n₂ eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Übertragungsleitung eine Vielzahl der dritten koaxialen Wellenleiter aufweist und ferner eine Vielzahl von vierten koaxialen Wellenleitern aufweist, wobei jeder Innenleiter der vierten koaxialen Wellenleiter mit jedem Innenleiter der dritten koaxialen Wellenleiter verbunden ist, und die Innenleiter der Vielzahl von vierten koaxialen Wellenleitern über den Innenleitern der Vielzahl der ersten koaxialen Wellenleiter positioniert und in einem Intervall von etwa n₂ × λg/2 angeordnet sind, wobei n₂ eine ganze Zahl gleich oder größer 1 ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Quelle für elektromagnetische Wellen mit einem Verzweigungswellenleiter verbunden ist, der eine Turnierstruktur besitzt, bei der eine Zweifachverzweigung einmal oder mehrmals wiederholt ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 18, wobei ein Verzweigungspunkt des Verzweigungswellenleiters eine T-Verzweigungs- oder eine Y-Verzweigungsstruktur besitzt.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Verzweigungswellenleiter dieselbe Distanz von einem Verbindungspunkt mit der Quelle für elektromagnetische Wellen zu jedem Verzweigungsendpunkt des Verzweigungswellenleiters aufweist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die ganze Zahl n₁ oder n₂ gleich 1 oder 2 ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei ein Kühlmittelströmungspfad in dem Innenleiter des zweiten koaxialen Wellenleiters angebracht ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei ein Kühlmittelströmungspfad in dem Innenleiter des dritten koaxialen Wellenleiters angebracht ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 22, wobei der Innenleiter des zweiten oder dritten koaxialen Wellenleiters aus einem Außenrohr und einem Innenrohr besteht.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 22, wobei ein Kühlmittel durch eine Innenseite des Innenrohres geführt wird.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Innenleiter des zweiten oder dritten koaxialen Wellenleiters in zwei oder mehr Innenleiter geteilt ist, und die geteilten zwei oder mehr Innenleiter des zweiten oder dritten koaxialen Wellenleiters miteinander durch einen Verbinder verbunden sind.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 26, wobei der Verbinder an dem Außenrohr angebracht ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 26, wobei eine Halteeinheit, die derart ausgebildet ist, um den Innenleiter des zwei ten oder dritten koaxialen Wellenleiters zu halten, in der Nähe des Verbinders angebracht ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Vielzahl leitender Stangen mit dem Innenleiter des zweiten koaxialen Wellenleiters an einem Verbindungspunkt dazwischen in einer Längsrichtung des zweiten koaxialen Wellenleiters verschiebbar in Eingriff steht.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Vielzahl leitender Stangen mit der Abdeckung der Bearbeitungskammer an der Kurzschlusseinheit verschiebbar in Eingriff steht.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Quelle für elektromagnetische Wellen eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von etwa 1 GHz oder weniger ausgibt.
Energieversorgungsvorrichtung, die in der Lage ist, eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von etwa 1 GHz oder weniger an eine Plasmabearbeitungsvorrichtung zu liefern, wobei die Energieversorgungsvorrichtung umfasst: eine Quelle für elektromagnetische Wellen, die derart ausgebildet ist, um die elektromagnetische Welle auszugeben; eine Übertragungsleitung, die derart ausgebildet ist, um die von der Quelle für elektromagnetische Wellen ausgegebene elektromagnetische Welle zu übertragen; eine Vielzahl leitender Stangen, die benachbart zu oder nahe einer Vielzahl dielektrischer Platten positioniert ist, die an einer Innenwand der Bearbeitungskammer angebracht sind, und die derart ausgebildet ist, um die elektromagnetische Welle an die Vielzahl dielektrischer Platten zu übertragen; und eine Verzweigungseinheit, die derart ausgebildet ist, um die durch die Übertragungsleitung übertragene elektromagnetische Welle in eine Vielzahl elektromagnetischer Wellen zu teilen und diese an die Vielzahl der leitenden Stangen zu übertragen, wobei eine oder mehrere leitende Stangen benachbart zu oder nahe jeder der dielektrischen Platten angeordnet sind.
Verfahren zum Betrieb einer Plasmabearbeitungsvorrichtung, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von etwa 1 GHz oder weniger von einer Quelle für elektromagnetische Wellen ausgegeben wird; die von der Quelle für elektromagnetische Wellen ausgegebene elektromagnetische Welle an eine Übertragungsleitung übertragen wird; die durch die Übertragungsleitung übertragene elektromagnetische Welle in eine Vielzahl elektromagnetischer Wellen geteilt wird und diese an eine Vielzahl leitender Stangen übertragen werden; die elektromagnetische Welle in die Bearbeitungskammer von einer oder mehreren leitenden Stangen benachbart zu oder nahe jeder von dielektrischen Platten über jede der dielektrischen Platten emittiert wird; und eine gewünschte Plasmabearbeitung an einem Zielobjekt durch Erregen eines in die Bearbeitungskammer eingeführten Prozessgases durch die emittierte elektromagnetische Welle ausgeführt wird.
Verfahren zum Reinigen einer Plasmabearbeitungsvorrichtung, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von etwa 1 GHz oder weniger von einer Quelle für elektromagnetische Wellen ausgegeben wird; die von der Quelle für elektromagnetische Wellen ausgegebene elektromagnetische Welle an eine Übertragungsleitung übertragen wird; die durch die Übertragungsleitung übertragene elektromagnetische Welle in eine Vielzahl elektromagnetischer Wellen geteilt wird und diese an eine Vielzahl leitender Stangen übertragen werden; die elektromagnetische Welle in die Bearbeitungskammer von einer oder mehreren leitenden Stangen benachbart zu oder nahe jeder von dielektrischen Platten über jede der dielektrischen Platten emittiert wird; und die Plasmabearbeitungsvorrichtung durch Erregen eines in die Bearbeitungskammer eingeführten Reinigungsgases durch die emittierte elektromagnetische Welle gereinigt wird.