等离子体处理装置
阅读：1023发布：2020-07-15
专利汇可以提供等离子体处理装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种即便在延长高频天线的情况下也能够效率优良地产生感应耦合型 等离子体 的等离子体处理装置。所述等离子体处理装置包括高频天线(18)，所述高频天线(18)配置于被 真空 排气且导入了气体(8)的真空容器(2)内。所述等离子体处理装置进而包括：副天线(20)，在真空容器(2)内沿着高频天线(18)配置且其两端部附近隔着绝缘物(22)由真空容器(2)支持，且以电性浮动状态放置；以及绝缘罩体(24)，将位于真空容器(2)内的部分的高频天线(18)、副天线(20)统一 覆盖 。，下面是等离子体处理装置专利的具体信息内容。
1.一种等离子体处理装置，其为感应耦合型的等离子体处理装置，通过使高频电流自高频电源向配置于被真空排气且导入了气体的真空容器内的高频天线流动，使所述真空容器内产生感应电场而生成等离子体，使用所述等离子体对基板实施处理，所述等离子体处理装置的特征在于包括：
副天线，在所述真空容器内沿着所述高频天线配置，仅于其两端部附近隔着绝缘物由所述真空容器支持，且以电性浮动状态放置，且相对于所述高频天线配置于所述基板的相反侧；以及
绝缘罩体，将位于所述真空容器内的部分的所述高频天线及所述副天线统一覆盖。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，将所述高频天线的表面与所述副天线的表面之间的距离设为超过0mm、25mm以下。
3.根据权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其中，所述高频天线及所述副天线隔着空间配置于所述绝缘罩体内。
等离子体处理装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种感应耦合型的等离子体处理装置，所述等离子体处理装置通过使高频电流自高频电源向高频天线流动而使真空容器内产生感应电场从而生成等离子体(感应耦合型等离子体，简称作ICP(inductively coupled plasma))，使用所述等离子体对基板实施例如利用等离子体化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)法的膜形成、蚀刻、灰化、溅镀等处理。
背景技术
[0002] 作为感应耦合型的等离子体处理装置的一例，专利文献1中记载了如下的等离子体处理装置，即，将平板状的高频天线隔着绝缘框安装于真空容器的开口部，自高频电源向所述高频天线的一端与另一端间供给高频电力而使高频电流流动，利用由此所产生的感应电场生成等离子体，使用所述等离子体对基板实施处理。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1国际公开第WO 2009/142016号手册(段落0024-段落0026，图1)发明内容
[0006] 发明所要解决的问题
[0007] 所述现有的等离子体处理装置中，若为了应对大型基板等而延长高频天线，则所述高频天线的阻抗(尤其电感)增大而高频电流变得不易流动，由此抑制高频天线所产生的感应电场，因而存在难以效率优良地产生感应耦合型等离子体的课题。
[0008] 因此，本发明的主要目的在于提供如下的等离子体处理装置：即便在延长高频天线的情况下，也可效率优良地产生感应耦合型等离子体。
[0009] 解决问题的技术手段
[0010] 本发明的等离子体处理装置是感应耦合型的等离子体处理装置，通过使高频电流自高频电源向配置于被真空排气且导入了气体的真空容器内的高频天线流动，使所述真空容器内产生感应电场而生成等离子体，使用所述等离子体对基板实施处理，所述等离子体处理装置的特征在于包括：副天线，在所述真空容器内沿着所述高频天线配置，其两端部附近隔着绝缘物由所述真空容器支持，且以电性浮动状态放置；以及绝缘罩体(cover)，将位于所述真空容器内的部分的所述高频天线及所述副天线统一覆盖。
[0011] 根据所述等离子体处理装置，通过使高频电流向高频天线流动而在副天线产生感应电动势(induced electromotive force)，由此，即便将副天线以电性浮动状态放置，感应电流也会经由主要自然存在于副天线的两端部附近的绝缘物部分的静电电容而向副天线流动。若流经所述副天线的感应电流引起的感应电场与流经高频天线的高频电流引起的感应电场协作，则可效率优良地产生感应耦合型等离子体。因此，即便在延长高频天线的情况下也可效率优良地产生感应耦合型等离子体。
[0012] 可将所述高频天线的表面与所述副天线的表面之间的距离设为25mm以下(不含0)。
[0013] 所述高频天线及所述副天线可隔着空间配置于所述绝缘罩体内。
[0014] 发明的效果
[0015] 根据技术方案1中记载的发明，通过使高频电流向高频天线流动而在副天线产生感应电动势，由此，即便将副天线以电性浮动状态放置，感应电流也会经由主要自然存在于副天线的两端部附近的绝缘物部分的静电电容而向副天线流动。若流经所述副天线的感应电流引起的感应电场与流经高频天线的高频电流引起的感应电场协作，则可效率优良地产生感应耦合型等离子体。因此，即便在延长高频天线的情况下也可效率优良地产生感应耦合型等离子体。
[0016] 并且，因由绝缘罩体将位于真空容器内的部分的高频天线及副天线统一覆盖，故防止在高频天线与副天线之间产生等离子体，即便在真空容器内产生等离子体时，也可确保副天线的电性浮动状态。进而，因可防止等离子体中的带电粒子向高频天线及副天线入射，故可抑制因等离子体向两天线入射而引起的等离子体电位的上升，并且可抑制两天线被等离子体中的带电粒子溅镀而对等离子体及基板产生金属污染(metal contamination)的情况。
[0017] 根据技术方案2中记载的发明，进一步实现下述效果。即，因将高频天线的表面与副天线的表面之间的距离设为25mm以下(不含0)，故两天线非常接近，可进一步提高下述作用效果：通过流经副天线的感应电流引起的感应电场与流经高频天线的高频电流引起的感应电场的协作，而效率优良地产生感应耦合型等离子体。进而，即便气体进入至绝缘罩体内，因两天线间的距离小而电子的移动距离短，故可防止两天线间产生等离子体，从而使副天线的电性浮动状态更确实。
[0018] 根据技术方案3中记载的发明，进一步实现下述效果。即，因高频天线及副天线隔着空间配置于绝缘罩体内，故可利用所述空间的存在而抑制绝缘罩体表面的电位上升，由此可抑制等离子体电位的上升。附图说明
[0019] 图1是表示本发明的等离子体处理装置的一实施形态的概略剖面图。
[0021] 图3(A)、图3(B)、图3(C)是用以说明获得图2的结果的理由的天线周围的等效电路图。
[0022] [符号的说明]
[0023] 2：真空容器
[0024] 4：真空排气装置
[0025] 6：气体导入口
[0026] 8：气体
[0027] 10：基板
[0028] 12：基板架
[0029] 14：偏压电源
[0030] 16：开口部
[0031] 18：高频天线
[0032] 20：副天线
[0033] 22：绝缘物
[0034] 23：空间
[0035] 24：绝缘罩体
[0036] 26：高频电源
[0037] 28：匹配电路
[0038] 30：等离子体
[0039] C2：静电电容
[0040] D：距离
[0041] I2：感应电流
[0042] IR：高频电流
[0043] L1、L2：自感系数
[0044] M：互感系数
[0045] Z1、Z2：阻抗
具体实施方式
[0046] 图1表示本发明的等离子体处理装置的一实施形态。所述等离子体处理装置构成为如下：使高频电流IR自高频电源26向配置于被真空排气且导入了气体8的真空容器2内的高频天线18流动，由此在所述真空容器2内产生感应电场而生成等离子体(感应耦合型等离子体)30，使用所述等离子体30对基板10实施处理。
[0047] 基板10例如为构成半导体装置或太阳电池的基板、构成液晶显示器或有机电致发光(Electroluminescence，EL)显示器等平板显示器(flat panel display，FPD)的基板等，但不限于此。
[0048] 对基板10实施的处理例如为利用等离子体CVD法的膜形成、蚀刻、灰化、溅镀等。
[0049] 所述等离子体处理装置在利用等离子体CVD法进行膜形成的情况下被称作等离子体CVD装置，在进行蚀刻的情况下被称作等离子体蚀刻装置，在进行灰化的情况下被称作等离子体灰化装置，在进行溅镀的情况下被称作等离子体溅镀装置。
[0050] 真空容器2例如为金属制的容器，其内部利用真空排气装置4而真空排气。真空容器2在所述例中电性接地。
[0051] 经由例如在沿流量调节器(图示省略)及高频天线18的方向上配置的多个气体导入口6，向真空容器2内导入气体8。气体8设为与对基板10实施的处理内容相应的气体即可。例如，在利用等离子体CVD法在基板10进行膜形成的情况下，气体8为原料气体或将所述原料气体以稀释气体(例如H2)稀释所得的气体。若列举更具体的示例，则在原料气体为SiH4的情况下，可将Si膜形成于基板10上；在为SiH4+NH3的情况下，可将SiN膜形成于基板10上；在为SiH4+O2的情况下，可将SiO2膜形成于基板10上；在为SiF4+N2的情况下，可将SiN：F膜(氟化氮化硅膜)形成于基板10上。
[0052] 真空容器2内设置着保持基板10的基板架12。如所述例那样，也可自偏压电源14向基板架12施加偏压电压。偏压电压例如为负的直流电压、负的脉冲电压等，但不限于此。利用此种偏压电压，例如可对等离子体30中的正离子入射至基板10时的能量进行控制，从而进行形成于基板10的表面的膜的结晶化度的控制等。基板架12内也可设置对基板10进行加热的加热器。
[0053] 高频天线18在所述例中为直线状的天线，在真空容器2内的基板10的上方，以沿着基板10的表面的方式(例如与基板10的表面实质平行地)配置。所述高频天线18的两端部附近分别将设置于真空容器2的相向的壁面的两个开口部16贯通。在各开口部16，以将各开口部16气密堵住的方式设置有绝缘物(例如绝缘凸缘)22。高频天线18的两端部附近贯通所述各绝缘物22，隔着各绝缘物22由真空容器2支持。
[0054] 从高频天线18到基板架12的距离例如为50mm～250mm左右，更具体而言，作为一例为100mm，但不限于此。
[0055] 另外，在各绝缘物22与真空容器2之间、高频天线18与绝缘物22之间以及后述的副天线20与绝缘物22之间，设置着真空密封用的衬垫(例如O型环)，但省略这些的图示。
[0056] 使高频电流IR自高频电源26经由匹配电路28向高频天线18流动。高频电流IR的频率例如为一般的13.56MHz，但不限于此。
[0057] 在真空容器2内，沿着高频天线18(例如实质平行地)配置着副天线20。所述副天线20在所述例中配合高频天线18而也呈直线状。副天线20例如设为与高频天线18同等程度的长度即可。副天线20的两端部附近隔着所述绝缘物22由真空容器2支持，且以电性浮动状态(浮动的状态)放置。
[0058] 尽管副天线20相对于高频天线18的位置可为高频天线18的上下、左右中的任一个，但如所述例那样，优选为配置在高频天线18的上方，即相对于高频天线配置于基板10的相反侧。如此，能够使其中流动高频电流IR而主要产生等离子体30的高频天线18更靠近基板10，因而在基板10的处理中能够效率更优良地使用等离子体30。
[0059] 另外，图1所示的示例中，副天线20的两端部附近贯通各绝缘物22，但这是为了进行后述的副天线20的两端接地的实验等，并非必须贯通。而且，可将绝缘物22分为支持高频天线18者与支持副天线20者。
[0062] 高频天线18、副天线20的直径(外径)大者阻抗(尤其电感)小，因而优选。例如，高频天线18、副天线20的直径可为12mm以上。高频天线18、副天线20的直径可彼此相同，也可使高频天线18的直径大于副天线20的直径。在为后者的情况下，作为主要天线的高频天线18的阻抗(尤其电感)更小，因而高频电流IR容易流向高频天线18。
[0063] 绝缘物22的材质例如为氧化铝等陶瓷、石英、或聚苯硫醚(polyphenylene sulfide，PPS)、聚醚醚酮(polyether ether ketone，PEEK)等工程塑料(engineering plastic)等，但不限于此。
[0064] 所述等离子体处理装置进而包括筒状绝缘罩体24，所述筒状绝缘罩体24将位于真空容器2内的部分的高频天线18及副天线20统一覆盖，且为绝缘物制。绝缘罩体24的两端部与真空容器2之间也可不密封。这是因为，即便气体8进入至绝缘罩体24内的空间，因所述空间小而电子的移动距离短，故通常所述空间内不会产生等离子体。
[0066] 所述等离子体处理装置中，通过使高频电流IR向高频天线18流动，而在高频天线18的周围产生高频磁场，由此，在与高频电流IR相反的方向产生感应电场。通过所述感应电场，在真空容器2内，电子受到加速而使高频天线18的附近的气体8电离，从而在高频天线18的附近产生等离子体(即感应耦合型等离子体)30。所述等离子体30扩散至基板10的附近，可利用所述等离子体30对基板10实施所述处理。
[0067] 进而，根据所述等离子体处理装置，通过使高频电流IR向高频天线18流动而在副天线20产生感应电动势，由此，即便将副天线20以电性浮动状态放置，感应电流(参照图3(C)中的感应电流I2)也会经由主要自然存在于副天线20的两端部附近的绝缘物22部分的静电电容流向副天线20。流经所述副天线20的感应电流引起的感应电场与流经高频天线18的高频电流IR引起的感应电场协作，可效率优良地产生感应耦合型等离子体30。因此，即便在延长高频天线18的情况下，也可效率优良地产生感应耦合型等离子体30。其结果为，延长高频天线18而容易应对基板10的大型化等。例如，也能够应用于高频天线18的长度超过2000mm的情况。
[0068] 并且，因由绝缘罩体24将位于真空容器2内的部分的高频天线18及副天线20统一覆盖，故防止在高频天线18与副天线20之间产生等离子体，即便在真空容器2内产生等离子体30时，也可确保副天线20的电性浮动状态。进而，可防止等离子体30中的带电粒子入射至高频天线18及副天线20，因而可抑制因等离子体30入射至高频天线18、副天线20而引起的等离子体电位的上升，并且可抑制因高频天线18、副天线20由等离子体30中的带电粒子溅镀而对等离子体30及基板10产生金属污染(metal contamination)的情况。
[0069] 关于可效率优良地产生所述等离子体30的情况，以下将参照实验结果进行更详细的说明。
[0070] 图1所示的构成的等离子体处理装置中，将高频天线18及副天线20的长度均设为1340mm，将高频天线18、副天线20的表面间的距离D设为25mm，使用SiF4(四氟化硅气体)及N2气体(氮气)的混合气体作为气体8，自高频电源26向高频天线18供给13.56MHz的高频电流IR，通过所述感应电场在真空容器2内产生感应耦合型等离子体30，在基板10上形成SiN：F膜(氟化氮化硅膜)。而且，将测定所述SiN：F膜的成膜速度的结果的一例作为图2中的(C)实施例来表示。
[0071] 将所述实施例的天线周围的等效电路表示于图3(C)。另外，为了简化图示，图3(A)、图3(B)、图3(C)中省略了匹配电路28(参照图1)的图示。
[0072] 而且，为了与所述实施例进行比较，将测定卸下了所述副天线20时的成膜速度的结果作为图2中的(A)比较例1来表示。将所述比较例1的天线周围的等效电路表示于图3(A)。所述比较例1因不具有副天线20，故相当于与所述专利文献1中记载的技术相同的现有技术。进而，将测定使所述副天线20的两端部接地时的成膜速度的结果作为图2中的(B)比较例2来表示。将所述比较例2的天线周围的等效电路表示于图3(B)。另外，比较例1及比较例2中，除关于副天线20的部分以外，设为与所述实施例的情况相同的成膜条件。
[0073] 如图2所示，比较例1的成膜速度最小。而且，比起比较例1，比较例2的成膜速度增加了十分之一左右。另一方面，比起比较例1及比较例2，实施例的成膜速度大幅增加。
[0074] 使所述高频电流IR向高频天线18流动时的高频天线18附近的高频的行为的分析并不容易，认为获得所述测定结果的理由为如下所述。
[0075] 在图3(A)所示的比较例1的情况下，天线仅为高频天线18，若如所述那样其长度变长，则其阻抗Z1、尤其其自感系数L1增大，而高频电流IR不易流动，因而等离子体30的密度小，因此成膜速度也小。
[0076] 与此相对，在图3(C)所示的实施例的情况下，即便将副天线20以电性地浮动状态放置，静电电容C2也主要分别自然存在(尤其指即便未设置电容器也存在)于副天线20的两端部附近的绝缘物22(参照图1)的部分。而且，两静电电容C2经由金属制的真空容器2等接地电路而串联连接于副天线20的两端部间，且与副天线20一并形成闭合电路。概括来说，可认为两静电电容C2的值彼此大致相等，彼此串联连接的两个静电电容C2的合成的静电电容C0由下式表示。
[0077] [数式1]
[0078] C0＝C2/2
[0079] 通过使高频电流IR自高频电源26向高频天线18流动，而在与由此所形成的磁通链接的副天线20中，根据法拉第(Faraday)定律，产生由下式表示的感应电动势V2。此处，ω为高频电流IR的角频率，M为高频天线18、副天线20间的互感系数，j为虚数单位。
[0080] [数式2]
[0081]
[0082] 副天线20的电阻通常比由其自感系数L2引起的电抗小很多，因此若使用电抗来近似地表示包含副天线20的闭合电路的阻抗Z2，则通过所述感应电动势V2，副天线20中流动由下式表示的感应电流I2。C0为数式1所示的合成的静电电容。另外，此处，将图3(A)、图3(B)、图3(C)所示的高频电流IR及感应电流的I2的方向设为正。
[0083] [数式3]
[0084]
[0085] 所述静电电容C2如所述那样为主要自然存在于副天线20的两端部附近的绝缘物22部分的静电电容，因而通常小，因此其合成的静电电容C0也小。因此，所述数式3中的电抗(ωL2-1/ωC0)为负值，其结果为，感应电流I2为正值。即，如图3(C)所示，副天线20中流动着与流经高频天线18的高频电流IR相同方向的感应电流I2。
[0086] 若感应电流I2向与高频电流IR相同的方向流动，则认为构成高频天线18的阻抗Z1的电感，比起自感系数L1加入了互感系数M，从而稍微增大，但因产生流经高频天线18的高频电流IR的高频磁场与产生流经副天线20的感应电流I2的高频磁场为相同方向，使流经高频天线18的高频电流IR引起的感应电场发挥作用，以使流经副天线20的感应电流I2引起的感应电场增强，故可效率优良地产生感应耦合型等离子体30。综合所述作用的结果后认为，等离子体30的密度大幅增加，成膜速度比起比较例1、比较例2也大幅增加。
[0087] 并且，在所述实施例的情况下，灵活地利用了自然存在于以电性地浮动状态放置的副天线20的两端部附近的绝缘物22部分的静电电容C2，不特别设置与副天线20一并形成闭合电路的电容器也无妨。因此，比起设置电容器的情况，可实现零件个数的削减、组装作业步骤的削减等。
[0088] 另一方面，在图3(B)所示的比较例2的情况下，因使副天线20的两端部接地，故不存在所述静电电容C2，因此数式3中的电抗1/ωC0为0，从而感应电流I2为负值。即，副天线20中，感应电流I2向与图3(B)所示的方向相反的方向，即向与流经高频天线18的高频电流IR相反的方向流动。并且所述感应电流I2比所述实施形态的情况下的感应电流有所增大。
[0089] 若感应电流I2向与高频电流IR相反的方向流动，则构成高频天线18的阻抗Z1的电感比起自感系数L1加入了互感系数M，而稍小，由此，高频电流IR容易向高频天线18流动，另一方面，使流经高频天线18的高频电流IR引起的感应电场发挥作用，以使流经副天线20的感应电流I2引起的感应电场减弱。综合所述作用的结果后认为，等离子体30的密度并未怎么增加，因此，成膜速度比起比较例1，也未怎么增加。
[0090] 再次参照图1，优选为将高频天线18的表面与副天线20的表面之间的距离D设为25mm以下(不含0)。如此，高频天线18、副天线20非常接近，可进一步提高如下的所述作用效果，即，通过流经副天线20的感应电流I2引起的感应电场与流经高频天线18的高频电流IR引起的感应电场的协作，效率优良地产生感应耦合型等离子体30。进而，即便气体8进入至绝缘罩体24内，高频天线18、副天线20间的距离小而电子的移动距离短，因而可防止高频天线
18、副天线20间产生等离子体，从而使副天线20的电性浮动状态更确实。
18、副天线20间产生等离子体，从而使副天线20的电性浮动状态更确实。
[0091] 也可向所述绝缘罩体24内的高频天线18、副天线20以外的部分填充树脂等绝缘物。如此，可更确实地防止绝缘罩体24内产生等离子体。
[0092] 而且，高频天线18及副天线20如所述实施形态那样，也可隔着空间23配置于绝缘罩体24内。如此，可利用所述空间23的存在来抑制绝缘罩体24的表面的电位上升，由此可抑制等离子体30的电位的上升。
[0093] 也可通过使副天线20弯曲等，将高频天线18与副天线20之间的所述距离D在所述范围内、例如在5mm～25mm的范围内，在高频天线18的长边方向上变化。如此，能够对高频天线18的长边方向上的等离子体30的密度分布进行控制，而对形成于基板10上的膜的密度分布进行控制。
[0094] 也可将由绝缘罩体24覆盖的高频天线18及副天线20设为一个天线单元，根据基板10的大小等，将多个天线单元在沿着基板10的表面的方向上并列设置。如此，能够产生面积更大的等离子体30，而对更大型的基板10实施处理。
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