本發(fā)明涉及一種感應(yīng)耦合型的等離子體處理裝置，所述等離子體處理裝置通過使高頻電流自高頻電源向高頻天線流動而使真空容器內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電場從而生成等離子體(感應(yīng)耦合型等離子體，簡稱作icp(inductivelycoupledplasma))，使用所述等離子體對基板實施例如利用等離子體化學(xué)氣相沉積(chemicalvapordeposition，cvd)法的膜形成、蝕刻、灰化、濺鍍等處理。

背景技術(shù)：

作為感應(yīng)耦合型的等離子體處理裝置的一例，專利文獻1中記載了如下的等離子體處理裝置，即，將平板狀的高頻天線隔著絕緣框安裝于真空容器的開口部，自高頻電源向所述高頻天線的一端與另一端間供給高頻電力而使高頻電流流動，利用由此所產(chǎn)生的感應(yīng)電場生成等離子體，使用所述等離子體對基板實施處理。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1國際公開第wo2009/142016號手冊(段落0024-段落0026，圖1)

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的問題

所述現(xiàn)有的等離子體處理裝置中，若為了應(yīng)對大型基板等而延長高頻天線，則所述高頻天線的阻抗(尤其電感)增大而高頻電流變得不易流動，由此抑制高頻天線所產(chǎn)生的感應(yīng)電場，因而存在難以效率優(yōu)良地產(chǎn)生感應(yīng)耦合型等離子體的課題。

因此，本發(fā)明的主要目的在于提供如下的等離子體處理裝置：即便在延長高頻天線的情況下，也可效率優(yōu)良地產(chǎn)生感應(yīng)耦合型等離子體。

解決問題的技術(shù)手段

本發(fā)明的等離子體處理裝置是感應(yīng)耦合型的等離子體處理裝置，通過使高頻電流自高頻電源向配置于被真空排氣且導(dǎo)入了氣體的真空容器內(nèi)的高頻天線流動，使所述真空容器內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電場而生成等離子體，使用所述等離子體對基板實施處理，所述等離子體處理裝置的特征在于包括：副天線，在所述真空容器內(nèi)沿著所述高頻天線配置，其兩端部附近隔著絕緣物由所述真空容器支持，且以電性浮動狀態(tài)放置；以及絕緣罩體(cover)，將位于所述真空容器內(nèi)的部分的所述高頻天線及所述副天線統(tǒng)一覆蓋。

根據(jù)所述等離子體處理裝置，通過使高頻電流向高頻天線流動而在副天線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢(inducedelectromotiveforce)，由此，即便將副天線以電性浮動狀態(tài)放置，感應(yīng)電流也會經(jīng)由主要自然存在于副天線的兩端部附近的絕緣物部分的靜電電容而向副天線流動。若流經(jīng)所述副天線的感應(yīng)電流引起的感應(yīng)電場與流經(jīng)高頻天線的高頻電流引起的感應(yīng)電場協(xié)作，則可效率優(yōu)良地產(chǎn)生感應(yīng)耦合型等離子體。因此，即便在延長高頻天線的情況下也可效率優(yōu)良地產(chǎn)生感應(yīng)耦合型等離子體。

可將所述高頻天線的表面與所述副天線的表面之間的距離設(shè)為25mm以下(不含0)。

所述高頻天線及所述副天線可隔著空間配置于所述絕緣罩體內(nèi)。

發(fā)明的效果

根據(jù)技術(shù)方案1中記載的發(fā)明，通過使高頻電流向高頻天線流動而在副天線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由此，即便將副天線以電性浮動狀態(tài)放置，感應(yīng)電流也會經(jīng)由主要自然存在于副天線的兩端部附近的絕緣物部分的靜電電容而向副天線流動。若流經(jīng)所述副天線的感應(yīng)電流引起的感應(yīng)電場與流經(jīng)高頻天線的高頻電流引起的感應(yīng)電場協(xié)作，則可效率優(yōu)良地產(chǎn)生感應(yīng)耦合型等離子體。因此，即便在延長高頻天線的情況下也可效率優(yōu)良地產(chǎn)生感應(yīng)耦合型等離子體。

并且，因由絕緣罩體將位于真空容器內(nèi)的部分的高頻天線及副天線統(tǒng)一覆蓋，故防止在高頻天線與副天線之間產(chǎn)生等離子體，即便在真空容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體時，也可確保副天線的電性浮動狀態(tài)。進而，因可防止等離子體中的帶電粒子向高頻天線及副天線入射，故可抑制因等離子體向兩天線入射而引起的等離子體電位的上升，并且可抑制兩天線被等離子體中的帶電粒子濺鍍而對等離子體及基板產(chǎn)生金屬污染(metalcontamination)的情況。

根據(jù)技術(shù)方案2中記載的發(fā)明，進一步實現(xiàn)下述效果。即，因?qū)⒏哳l天線的表面與副天線的表面之間的距離設(shè)為25mm以下(不含0)，故兩天線非常接近，可進一步提高下述作用效果：通過流經(jīng)副天線的感應(yīng)電流引起的感應(yīng)電場與流經(jīng)高頻天線的高頻電流引起的感應(yīng)電場的協(xié)作，而效率優(yōu)良地產(chǎn)生感應(yīng)耦合型等離子體。進而，即便氣體進入至絕緣罩體內(nèi)，因兩天線間的距離小而電子的移動距離短，故可防止兩天線間產(chǎn)生等離子體，從而使副天線的電性浮動狀態(tài)更確實。

根據(jù)技術(shù)方案3中記載的發(fā)明，進一步實現(xiàn)下述效果。即，因高頻天線及副天線隔著空間配置于絕緣罩體內(nèi)，故可利用所述空間的存在而抑制絕緣罩體表面的電位上升，由此可抑制等離子體電位的上升。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的等離子體處理裝置的一實施形態(tài)的概略剖面圖。

圖2是表示對以不同的構(gòu)成在基板上形成氟化氮化硅膜時的成膜速度進行測定的結(jié)果的一例的圖。

圖3是用以說明獲得圖2的結(jié)果的理由的天線周圍的等效電路圖。

具體實施方式

圖1表示本發(fā)明的等離子體處理裝置的一實施形態(tài)。所述等離子體處理裝置構(gòu)成為如下：使高頻電流ir自高頻電源26向配置于被真空排氣且導(dǎo)入了氣體8的真空容器2內(nèi)的高頻天線18流動，由此在所述真空容器2內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電場而生成等離子體(感應(yīng)耦合型等離子體)30，使用所述等離子體30對基板10實施處理。

基板10例如為構(gòu)成半導(dǎo)體裝置或太陽電池的基板、構(gòu)成液晶顯示器或有機電致發(fā)光(electroluminescence，el)顯示器等平板顯示器(flatpaneldisplay，fpd)的基板等，但不限于此。

對基板10實施的處理例如為利用等離子體cvd法的膜形成、蝕刻、灰化、濺鍍等。

所述等離子體處理裝置在利用等離子體cvd法進行膜形成的情況下被稱作等離子體cvd裝置，在進行蝕刻的情況下被稱作等離子體蝕刻裝置，在進行灰化的情況下被稱作等離子體灰化裝置，在進行濺鍍的情況下被稱作等離子體濺鍍裝置。

真空容器2例如為金屬制的容器，其內(nèi)部利用真空排氣裝置4而真空排氣。真空容器2在所述例中電性接地。

經(jīng)由例如在沿流量調(diào)節(jié)器(圖示省略)及高頻天線18的方向上配置的多個氣體導(dǎo)入口6，向真空容器2內(nèi)導(dǎo)入氣體8。氣體8設(shè)為與對基板10實施的處理內(nèi)容相應(yīng)的氣體即可。例如，在利用等離子體cvd法在基板10進行膜形成的情況下，氣體8為原料氣體或?qū)⑺鲈蠚怏w以稀釋氣體(例如h2)稀釋所得的氣體。若列舉更具體的示例，則在原料氣體為sih4的情況下，可將si膜形成于基板10上；在為sih4+nh3的情況下，可將sin膜形成于基板10上；在為sih4+o2的情況下，可將sio2膜形成于基板10上；在為sif4+n2的情況下，可將sin：f膜(氟化氮化硅膜)形成于基板10上。

真空容器2內(nèi)設(shè)置著保持基板10的基板架12。如所述例那樣，也可自偏壓電源14向基板架12施加偏壓電壓。偏壓電壓例如為負(fù)的直流電壓、負(fù)的脈沖電壓等，但不限于此。利用此種偏壓電壓，例如可對等離子體30中的正離子入射至基板10時的能量進行控制，從而進行形成于基板10的表面的膜的結(jié)晶化度的控制等?；寮?2內(nèi)也可設(shè)置對基板10進行加熱的加熱器。

高頻天線18在所述例中為直線狀的天線，在真空容器2內(nèi)的基板10的上方，以沿著基板10的表面的方式(例如與基板10的表面實質(zhì)平行地)配置。所述高頻天線18的兩端部附近分別將設(shè)置于真空容器2的相向的壁面的兩個開口部16貫通。在各開口部16，以將各開口部16氣密堵住的方式設(shè)置有絕緣物(例如絕緣凸緣)22。高頻天線18的兩端部附近貫通所述各絕緣物22，隔著各絕緣物22由真空容器2支持。

從高頻天線18到基板架12的距離例如為50mm～250mm左右，更具體而言，作為一例為100mm，但不限于此。

另外，在各絕緣物22與真空容器2之間、高頻天線18與絕緣物22之間以及后述的副天線20與絕緣物22之間，設(shè)置著真空密封用的襯墊(例如o型環(huán))，但省略這些的圖示。

使高頻電流ir自高頻電源26經(jīng)由匹配電路28向高頻天線18流動。高頻電流ir的頻率例如為一般的13.56mhz，但不限于此。

在真空容器2內(nèi)，沿著高頻天線18(例如實質(zhì)平行地)配置著副天線20。所述副天線20在所述例中配合高頻天線18而也呈直線狀。副天線20例如設(shè)為與高頻天線18同等程度的長度即可。副天線20的兩端部附近隔著所述絕緣物22由真空容器2支持，且以電性浮動狀態(tài)(浮動的狀態(tài))放置。

盡管副天線20相對于高頻天線18的位置可為高頻天線18的上下、左右中的任一個，但如所述例那樣，優(yōu)選為配置在高頻天線18的上方，即相對于高頻天線配置于基板10的相反側(cè)。如此，能夠使其中流動高頻電流ir而主要產(chǎn)生等離子體30的高頻天線18更靠近基板10，因而在基板10的處理中能夠效率更優(yōu)良地使用等離子體30。

另外，圖1所示的示例中，副天線20的兩端部附近貫通各絕緣物22，但這是為了進行后述的副天線20的兩端接地的實驗等，并非必須貫通。而且，可將絕緣物22分為支持高頻天線18者與支持副天線20者。

高頻天線18及副天線20的材質(zhì)例如為銅、鋁、這些的合金、不銹鋼等，但不限于此。

也可使高頻天線18為空心，并使冷卻水等冷媒在其中流動，而將高頻天線18冷卻。關(guān)于副天線20也相同。

兩天線18、天線20的直徑(外徑)大者阻抗(尤其電感)小，因而優(yōu)選。例如，兩天線18、天線20的直徑可為12mm以上。兩天線18、天線20的直徑可彼此相同，也可使高頻天線18的直徑大于副天線20的直徑。在為后者的情況下，作為主要天線的高頻天線18的阻抗(尤其電感)更小，因而高頻電流ir容易流向高頻天線18。

絕緣物22的材質(zhì)例如為氧化鋁等陶瓷、石英、或聚苯硫醚(polyphenylenesulfide，pps)、聚醚醚酮(polyetheretherketone，peek)等工程塑料(engineeringplastic)等，但不限于此。

所述等離子體處理裝置進而包括筒狀絕緣罩體24，所述筒狀絕緣罩體24將位于真空容器2內(nèi)的部分的高頻天線18及副天線20統(tǒng)一覆蓋，且為絕緣物制。絕緣罩體24的兩端部與真空容器2之間也可不密封。這是因為，即便氣體8進入至絕緣罩體24內(nèi)的空間，因所述空間小而電子的移動距離短，故通常所述空間內(nèi)不會產(chǎn)生等離子體。

絕緣罩體24的材質(zhì)例如為石英、氧化鋁、氟樹脂、氮化硅、碳化硅、硅等，但不限于這些。

所述等離子體處理裝置中，通過使高頻電流ir向高頻天線18流動，而在高頻天線18的周圍產(chǎn)生高頻磁場，由此，在與高頻電流ir相反的方向產(chǎn)生感應(yīng)電場。通過所述感應(yīng)電場，在真空容器2內(nèi)，電子受到加速而使高頻天線18的附近的氣體8電離，從而在高頻天線18的附近產(chǎn)生等離子體(即感應(yīng)耦合型等離子體)30。所述等離子體30擴散至基板10的附近，可利用所述等離子體30對基板10實施所述處理。

進而，根據(jù)所述等離子體處理裝置，通過使高頻電流ir向高頻天線18流動而在副天線20產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由此，即便將副天線20以電性浮動狀態(tài)放置，感應(yīng)電流(參照圖3(c)中的感應(yīng)電流i2)也會經(jīng)由主要自然存在于副天線20的兩端部附近的絕緣物22部分的靜電電容流向副天線20。流經(jīng)所述副天線20的感應(yīng)電流引起的感應(yīng)電場與流經(jīng)高頻天線18的高頻電流ir引起的感應(yīng)電場協(xié)作，可效率優(yōu)良地產(chǎn)生感應(yīng)耦合型等離子體30。因此，即便在延長高頻天線18的情況下，也可效率優(yōu)良地產(chǎn)生感應(yīng)耦合型等離子體30。其結(jié)果為，延長高頻天線18而容易應(yīng)對基板10的大型化等。例如，也能夠應(yīng)用于高頻天線18的長度超過2000mm的情況。

并且，因由絕緣罩體24將位于真空容器2內(nèi)的部分的高頻天線18及副天線20統(tǒng)一覆蓋，故防止在高頻天線18與副天線20之間產(chǎn)生等離子體，即便在真空容器2內(nèi)產(chǎn)生等離子體30時，也可確保副天線20的電性浮動狀態(tài)。進而，可防止等離子體30中的帶電粒子入射至高頻天線18及副天線20，因而可抑制因等離子體30入射至兩天線18、天線20而引起的等離子體電位的上升，并且可抑制因兩天線18、天線20由等離子體30中的帶電粒子濺鍍而對等離子體30及基板10產(chǎn)生金屬污染(metalcontamination)的情況。

關(guān)于可效率優(yōu)良地產(chǎn)生所述等離子體30的情況，以下將參照實驗結(jié)果進行更詳細(xì)的說明。

圖1所示的構(gòu)成的等離子體處理裝置中，將高頻天線18及副天線20的長度均設(shè)為1340mm，將兩天線18、天線20的表面間的距離d設(shè)為25mm，使用sif4(四氟化硅氣體)及n2氣體(氮氣)的混合氣體作為氣體8，自高頻電源26向高頻天線18供給13.56mhz的高頻電流ir，通過所述感應(yīng)電場在真空容器2內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)耦合型等離子體30，在基板10上形成sin：f膜(氟化氮化硅膜)。而且，將測定所述sin：f膜的成膜速度的結(jié)果的一例作為圖2中的(c)實施例來表示。

將所述實施例的天線周圍的等效電路表示于圖3(c)。另外，為了簡化圖示，圖3中省略了匹配電路28(參照圖1)的圖示。

而且，為了與所述實施例進行比較，將測定卸下了所述副天線20時的成膜速度的結(jié)果作為圖2中的(a)比較例1來表示。將所述比較例1的天線周圍的等效電路表示于圖3(a)。所述比較例1因不具有副天線20，故相當(dāng)于與所述專利文獻1中記載的技術(shù)相同的現(xiàn)有技術(shù)。進而，將測定使所述副天線20的兩端部接地時的成膜速度的結(jié)果作為圖2中的(b)比較例2來表示。將所述比較例2的天線周圍的等效電路表示于圖3(b)。另外，比較例1及比較例2中，除關(guān)于副天線20的部分以外，設(shè)為與所述實施例的情況相同的成膜條件。

如圖2所示，比較例1的成膜速度最小。而且，比起比較例1，比較例2的成膜速度增加了十分之一左右。另一方面，比起比較例1及比較例2，實施例的成膜速度大幅增加。

使所述高頻電流ir向高頻天線18流動時的高頻天線18附近的高頻的行為的分析并不容易，認(rèn)為獲得所述測定結(jié)果的理由為如下所述。

在圖3(a)所示的比較例1的情況下，天線僅為高頻天線18，若如所述那樣其長度變長，則其阻抗z1、尤其其自感系數(shù)l1增大，而高頻電流ir不易流動，因而等離子體30的密度小，因此成膜速度也小。

與此相對，在圖3(c)所示的實施例的情況下，即便將副天線20以電性地浮動狀態(tài)放置，靜電電容c2也主要分別自然存在(尤其指即便未設(shè)置電容器也存在)于副天線20的兩端部附近的絕緣物22(參照圖1)的部分。而且，兩靜電電容c2經(jīng)由金屬制的真空容器2等接地電路而串聯(lián)連接于副天線20的兩端部間，且與副天線20一并形成閉合電路。概括來說，可認(rèn)為兩靜電電容c2的值彼此大致相等，彼此串聯(lián)連接的兩個靜電電容c2的合成的靜電電容c0由下式表示。

[數(shù)式1]

c0＝c2/2

通過使高頻電流ir自高頻電源26向高頻天線18流動，而在與由此所形成的磁通鏈接的副天線20中，根據(jù)法拉第(faraday)定律，產(chǎn)生由下式表示的感應(yīng)電動勢v2。此處，ω為高頻電流ir的角頻率，m為兩天線18、天線20間的互感系數(shù)，j為虛數(shù)單位。

[數(shù)式2]

副天線20的電阻通常比由其自感系數(shù)l2引起的電抗小很多，因此若使用電抗來近似地表示包含副天線20的閉合電路的阻抗z2，則通過所述感應(yīng)電動勢v2，副天線20中流動由下式表示的感應(yīng)電流i2。c0為數(shù)式1所示的合成的靜電電容。另外，此處，將圖3所示的高頻電流ir及感應(yīng)電流的i2的方向設(shè)為正。

[數(shù)式3]

所述靜電電容c2如所述那樣為主要自然存在于副天線20的兩端部附近的絕緣物22部分的靜電電容，因而通常小，因此其合成的靜電電容c0也小。因此，所述數(shù)式3中的電抗(ωl2-i/ωc0)為負(fù)值，其結(jié)果為，感應(yīng)電流i2為正值。即，如圖3(c)所示，副天線20中流動著與流經(jīng)高頻天線18的高頻電流ir相同方向的感應(yīng)電流i2。

若感應(yīng)電流i2向與高頻電流ir相同的方向流動，則認(rèn)為構(gòu)成高頻天線18的阻抗z1的電感，比起自感系數(shù)l1加入了互感系數(shù)m，從而稍微增大，但因產(chǎn)生流經(jīng)高頻天線18的高頻電流ir的高頻磁場與產(chǎn)生流經(jīng)副天線20的感應(yīng)電流i2的高頻磁場為相同方向，使流經(jīng)高頻天線18的高頻電流ir引起的感應(yīng)電場發(fā)揮作用，以使流經(jīng)副天線20的感應(yīng)電流i2引起的感應(yīng)電場增強，故可效率優(yōu)良地產(chǎn)生感應(yīng)耦合型等離子體30。綜合所述作用的結(jié)果后認(rèn)為，等離子體30的密度大幅增加，成膜速度比起比較例1、比較例2也大幅增加。

并且，在所述實施例的情況下，靈活地利用了自然存在于以電性地浮動狀態(tài)放置的副天線20的兩端部附近的絕緣物22部分的靜電電容c2，不特別設(shè)置與副天線20一并形成閉合電路的電容器也無妨。因此，比起設(shè)置電容器的情況，可實現(xiàn)零件個數(shù)的削減、組裝作業(yè)步驟的削減等。

另一方面，在圖3(b)所示的比較例2的情況下，因使副天線20的兩端部接地，故不存在所述靜電電容c2，因此數(shù)式3中的電抗1/ωc0為0，從而感應(yīng)電流i2為負(fù)值。即，副天線20中，感應(yīng)電流i2向與圖3(b)所示的方向相反的方向，即向與流經(jīng)高頻天線18的高頻電流ir相反的方向流動。并且所述感應(yīng)電流i2比所述實施形態(tài)的情況下的感應(yīng)電流有所增大。

若感應(yīng)電流i2向與高頻電流ir相反的方向流動，則構(gòu)成高頻天線18的阻抗z1的電感比起自感系數(shù)l1加入了互感系數(shù)m，而稍小，由此，高頻電流ir容易向高頻天線18流動，另一方面，使流經(jīng)高頻天線18的高頻電流ir引起的感應(yīng)電場發(fā)揮作用，以使流經(jīng)副天線20的感應(yīng)電流i2引起的感應(yīng)電場減弱。綜合所述作用的結(jié)果后認(rèn)為，等離子體30的密度并未怎么增加，因此，成膜速度比起比較例1，也未怎么增加。

再次參照圖1，優(yōu)選為將高頻天線18的表面與副天線20的表面之間的距離d設(shè)為25mm以下(不含0)。如此，兩天線18、天線20非常接近，可進一步提高如下的所述作用效果，即，通過流經(jīng)副天線20的感應(yīng)電流i2引起的感應(yīng)電場與流經(jīng)高頻天線18的高頻電流ir引起的感應(yīng)電場的協(xié)作，效率優(yōu)良地產(chǎn)生感應(yīng)耦合型等離子體30。進而，即便氣體8進入至絕緣罩體24內(nèi)，兩天線18、天線20間的距離小而電子的移動距離短，因而可防止兩天線18、天線20間產(chǎn)生等離子體，從而使副天線20的電性浮動狀態(tài)更確實。

也可向所述絕緣罩體24內(nèi)的兩天線18、天線20以外的部分填充樹脂等絕緣物。如此，可更確實地防止絕緣罩體24內(nèi)產(chǎn)生等離子體。

而且，高頻天線18及副天線20如所述實施形態(tài)那樣，也可隔著空間23配置于絕緣罩體24內(nèi)。如此，可利用所述空間23的存在來抑制絕緣罩體24的表面的電位上升，由此可抑制等離子體30的電位的上升。

也可通過使副天線20彎曲等，將高頻天線18與副天線20之間的所述距離d在所述范圍內(nèi)、例如在5mm～25mm的范圍內(nèi)，在高頻天線18的長邊方向上變化。如此，能夠?qū)Ω哳l天線18的長邊方向上的等離子體30的密度分布進行控制，而對形成于基板10上的膜的密度分布進行控制。

也可將由絕緣罩體24覆蓋的高頻天線18及副天線20設(shè)為一個天線單元，根據(jù)基板10的大小等，將多個天線單元在沿著基板10的表面的方向上并列設(shè)置。如此，能夠產(chǎn)生面積更大的等離子體30，而對更大型的基板10實施處理。

[符號的說明]

2：真空容器

8：氣體

10：基板

18：高頻天線

20：副天線

22：絕緣物

24：絕緣罩體

26：高頻電源

30：等離子體