專利名稱：等離子處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠使用在基板表面處理等中的電感耦合型的等離子處理裝置。
背景技術(shù)：
以往，為了進(jìn)行在基板上形成薄膜的制膜處理、對基板的蝕刻處理，而使用等離子處理裝置。在等離子處理裝置中，有利用通過對電極間施加高頻電壓而產(chǎn)生的電磁場來生成等離子的電容耦合型等離子處理裝置、利用通過使高頻電流流過高頻天線(線圈)而產(chǎn)生的電磁場來生成等離子的電感耦合型等離子處理裝置等。其中，電容耦合型等離子處理裝置具有比電感耦合型結(jié)構(gòu)的裝置成本低的優(yōu)點(diǎn)，另一方面，電感耦合型等離子處理裝置能夠生成比電容耦合型結(jié)構(gòu)的密度高的等離子，因此具有制膜速度快的優(yōu)點(diǎn)。在電感耦合型等離子處理裝置中，多使用將用于生成感應(yīng)電磁場的高頻天線配置在真空容器的外側(cè)的外部天線方式。然而，近年來，被處理基板及其上形成的薄膜的大面積化不斷發(fā)展，與此相伴，真空容器變得大型化，由于真空容器內(nèi)外的壓力差的關(guān)系而真空容器的壁變厚。由此，存在導(dǎo)入到真空容器內(nèi)的感應(yīng)電磁場的強(qiáng)度變小，生成的等離子的密度下降這樣的問題。對此，在專利文獻(xiàn)I記載的電感耦合型等離子處理裝置中，使用將高頻天線設(shè)置在真空容器的內(nèi)部的內(nèi)部天線方式。在內(nèi)部天線方式中，與真空容器的壁的厚度無關(guān)而能夠容易地提高等離子的密度，因此適合于被處理基板及薄膜的大面積化。然而，在將高頻天線設(shè)置在真空容器的內(nèi)部時(shí)，會產(chǎn)生裝置的維護(hù)檢修不容易的問題。通常，高頻天線為了防止高頻電流流過天線導(dǎo)體產(chǎn)生的加熱和由此產(chǎn)生的阻抗的上升，而使用內(nèi)部具有空洞的管狀的導(dǎo)體管，通過使制冷劑流過該導(dǎo)體管的內(nèi)部而進(jìn)行天線導(dǎo)體的冷卻。因此，真空容器與高頻天線的連接及導(dǎo)體管端部與制冷劑供給部/排出部的連接變得復(fù)雜，高頻天線的設(shè)置、拆卸變得困難。另外，也存在高頻天線直接暴露在等離子中的問題。在電感耦合型的等離子處理裝置中，在高頻天線與等離子之間產(chǎn)生直流的自偏置電壓。在外部天線方式中，借助該自偏置電壓而加速后的離子被真空容器的壁遮擋，但在內(nèi)部天線方式中，天線導(dǎo)體被濺射。為了防止這種情況，在專利文獻(xiàn)2記載的發(fā)明中，利用由比天線導(dǎo)體難以濺射的陶瓷、石英等構(gòu)成的電介質(zhì)(絕緣體)制的管來覆蓋高頻天線的導(dǎo)體表面。然而，為了對應(yīng)于天線形狀來加工電介質(zhì)管，需要高超的技術(shù)和高的制造成本。而且，如上述那樣，即使在制冷劑流過導(dǎo)體管的內(nèi)部而進(jìn)行天線導(dǎo)體的冷卻的情況下，電介質(zhì)管也未充分地被冷卻，可能達(dá)到幾百。C這樣非常高的溫度。因此，由于熱應(yīng)力而使得電介質(zhì)管容易破損，并且由于來自電介質(zhì)管的熱量的傳播而使得天線導(dǎo)體未充分地被冷卻，天線導(dǎo)體的阻抗上升，而無法穩(wěn)定地供給等離子。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特開平7-18433號公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:日本特開2001-035697號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題本發(fā)明要解決的課題在于廉價(jià)地提供一種維護(hù)檢修容易且能夠穩(wěn)定地供給等離子的內(nèi)部天線方式的等離子處理裝置。用于解決課題的手段為了解決上述課題而作成的本發(fā)明的等離子處理裝置的特征在于，具備:a)真空容器；b)向比所述真空容器的內(nèi)壁靠內(nèi)側(cè)凸出地設(shè)置的高頻天線；以及c)用于從所述真空容器內(nèi)部的氣氛將所述高頻天線隔離的、與該高頻天線非接觸地設(shè)置的電介質(zhì)制的框體。在本發(fā)明的等離子處理裝置中，能夠通過電介質(zhì)制的框體來防止內(nèi)部天線方式的高頻天線發(fā)生濺射的情況。該框體無需像電介質(zhì)管那樣對應(yīng)于高頻天線的形狀進(jìn)行加工，能夠形成容易制造的形狀，因此能夠?qū)⒅圃斐杀疽种频幂^低。而且，具有無論對于何種天線形狀都能夠使用相同形狀的框體這樣的優(yōu)點(diǎn)。此外，通過使高頻天線與框體非接觸，而能夠防止因高頻電流流過天線導(dǎo)體而產(chǎn)生的熱量直接向框體傳播的情況，從而能夠抑制框體的溫度上升。本發(fā)明的等離子處理裝置優(yōu)選具有:設(shè)置在所述真空容器的內(nèi)壁上的將所述電介質(zhì)框體的內(nèi)部與該真空容器的外部連通的天線插入開口 ；以及將所述天線插入開口閉鎖的蓋。由此，能夠通過天線插入開口來拆裝高頻天線，因此裝置的維護(hù)檢修變得容易。這種情況下，更優(yōu)選將所述高頻天線安裝在所述蓋上。由此，僅通過拆裝蓋就能夠容易地取出/放入高頻天線。所述電介質(zhì)框體的內(nèi)部優(yōu)選為由不活潑氣體充滿，或?yàn)檎婵眨蛴晒腆w的電介質(zhì)充滿的任一狀態(tài)。由此，能防止電介質(zhì)框體內(nèi)產(chǎn)生多余的放電。所述高頻天線優(yōu)選由能夠使冷卻用介質(zhì)流過內(nèi)部的管狀導(dǎo)體管構(gòu)成。由此，能夠抑制高頻電流流過引起的天線導(dǎo)體的加熱和由此引起的阻抗的上升。另外，在所述制冷劑為不活潑氣體的情況下，在本發(fā)明的等離子處理裝置中，可以采用具備氣體通過孔和氣體排出孔的結(jié)構(gòu)，該氣體通過孔設(shè)置在所述導(dǎo)體管的收容于所述電介質(zhì)框體內(nèi)的部分的管壁上，該氣體排出孔將從所述氣體通過孔向所述電介質(zhì)框體內(nèi)流出的所述不活潑氣體或空氣向該電介質(zhì)框體及所述真空容器的外部排出。由此，能夠使電介質(zhì)框體內(nèi)由不活潑氣體充滿，能夠防止電介質(zhì)框體內(nèi)產(chǎn)生多余的放電，并且通過從內(nèi)外對導(dǎo)體管進(jìn)行冷卻而能夠防止天線導(dǎo)體的阻抗的上升，并能夠穩(wěn)定地供給等離子。而且，也能夠同時(shí)對電介質(zhì)框體進(jìn)行冷卻，因此能夠防止熱應(yīng)力引起的電介質(zhì)框體的破損。所述高頻天線可以使用在形狀的局部包括U字形或“ ^ ”字形的線狀導(dǎo)體。U字形或“〕”字形的導(dǎo)體具有平行地排列的兩條直線部，當(dāng)電流流過導(dǎo)體時(shí)，流過這兩條直線部的電流的方向相差180°。由此，從流過各個(gè)直線部的電流產(chǎn)生的磁力線的方向在兩條直線部之間的區(qū)域上一致，因此能夠增大該區(qū)域的磁場的強(qiáng)度及等離子密度。本發(fā)明的等離子處理裝置可以具備多個(gè)所述高頻天線及電介質(zhì)框體。由此，能夠在真空容器內(nèi)的各部沒有遺漏地形成等離子，能夠提高等離子密度的均勻性。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的等離子處理裝置，向真空容器的內(nèi)部空間凸出而設(shè)置的高頻天線由與該高頻天線非接觸的電介質(zhì)制的框體包圍，由此，無論高頻天線的形狀如何，都能夠防止高頻天線導(dǎo)體的濺射。該電介質(zhì)框體比電介質(zhì)管的形狀簡單，因此容易制造，能夠?qū)⒅圃斐杀疽种频幂^低。而且，通過設(shè)置將電介質(zhì)框體與真空容器的外部連通的天線插入開口、及將該天線插入開口閉鎖的蓋，而能夠容易地進(jìn)行高頻天線的維護(hù)檢修。而且，電介質(zhì)框體內(nèi)由不活潑氣體充滿，通過使該不活潑氣體循環(huán)，而能夠防止電介質(zhì)框體內(nèi)產(chǎn)生多余的放電，并能夠防止天線導(dǎo)體的溫度上升。由此，能夠穩(wěn)定地供給等離子。


圖1是表示作為本發(fā)明的第一實(shí)施例的等離子處理裝置的縱向剖視圖(a)及高頻天線的周邊的結(jié)構(gòu)的縱向剖視圖(b)。圖2是表示測定了使用第一實(shí)施例的等離子處理裝置生成的等離子的密度的結(jié)果的坐標(biāo)圖。圖3是表示第二實(shí)施例的等離子處理裝置的高頻天線的周邊的結(jié)構(gòu)的縱向剖視圖。圖4是表示第三實(shí)施例的等離子處理裝置的高頻天線的周邊的結(jié)構(gòu)的縱向剖視圖。圖5是表示第四實(shí)施例的等離子處理裝置的高頻天線的周邊的結(jié)構(gòu)的縱向剖視圖。圖6是表示第五實(shí)施例的等離子處理裝置的高頻天線的周邊的結(jié)構(gòu)的縱向剖視圖(a)、及該高頻天線的立體圖(b)及俯視圖(C)。圖7是表示第五實(shí)施例的等離子處理裝置的高頻天線的另一形狀的俯視圖。圖8是第六實(shí)施例的等離子處理裝置的高頻天線的立體圖(a)、俯視圖(b)及側(cè)視圖(C)。圖9是表示第七實(shí)施例的等離子處理裝置的高頻天線的周邊的結(jié)構(gòu)的縱向剖視圖。圖10是第八實(shí)施例的等離子處理裝置的高頻天線的俯視圖。
具體實(shí)施例方式使用圖1 圖8，說明本發(fā)明的等離子處理裝置的實(shí)施例。實(shí)施例1首先，說明第一實(shí)施例的等離子處理裝置10。如圖1(a)所示，等離子處理裝置10具備真空容器11、配置在真空容器11內(nèi)的基體保持部12、設(shè)置在真空容器11的側(cè)壁上的第一氣體排出口 13和第一氣體導(dǎo)入口 14、以及在真空容器11的上壁111上設(shè)置多個(gè)的天線單元20。第一氣體排出口 13與真空泵連接，借助真空泵將真空容器11內(nèi)的空氣、水蒸氣等從第一氣體排出口 13排出，由此使真空容器11內(nèi)成為高真空狀態(tài)。第一氣體導(dǎo)入口 14用于將氫氣等的等離子生成氣體或原料氣體導(dǎo)入到真空容器11內(nèi)。由基體保持部12保持的基體S從設(shè)置在真空容器11的側(cè)壁上的基體搬出搬入口 15被搬入到真空容器11內(nèi)，或從真空容器11內(nèi)被搬出。基體搬出搬入口 15在基體S的搬出搬入時(shí)以外的情況下被氣密地閉鎖。接著，說明天線單元20。如圖1(b)所示，天線單元20具備由電介質(zhì)制的壁構(gòu)成的長方體狀的電介質(zhì)框體21。電介質(zhì)框體21具有凸緣部211和蓋22，從真空容器11的外側(cè)向設(shè)置在該真空容器11的上壁111上的開口部1111插入，凸緣部211卡掛于開口部1111的緣部而安裝于上壁111。而且，在凸緣部211與上壁111之間、及凸緣部211與蓋22之間設(shè)有真空密封件26，以免氣體從它們之間泄漏。另外，作為構(gòu)成框體21的電介質(zhì)的材料，可以使用金屬氧化物、氮化物、碳化物、氟化物等。而且，在這些材料中，優(yōu)選使用石英、氧化鋁、氧化鋯、氧化釔、氮化硅、碳化硅。在電介質(zhì)框體21的內(nèi)部配置有由日語“ - ”字形的導(dǎo)體構(gòu)成的高頻天線23，經(jīng)由用于確保高頻天線23與蓋22之間的氣密性和電絕緣的饋通體(feed through) 24,將“ 2 ”字形導(dǎo)體的兩端附近固定在蓋22上?！?- ”字形導(dǎo)體的一方的端與高頻電源連接，另一方的端接地。“ - ”字形導(dǎo)體為管狀，在管的兩端設(shè)有用于將不活潑氣體導(dǎo)入管內(nèi)的第二氣體導(dǎo)入口 231。而且，在管壁中的“ 3 ”字的外側(cè)、即與電介質(zhì)框體21的電介質(zhì)壁對置的一側(cè)設(shè)有將管內(nèi)的不活潑氣體向電介質(zhì)框體21內(nèi)送出的氣體通過孔232。在蓋22設(shè)有將電介質(zhì)框體21內(nèi)的不活潑氣體或不活潑氣體以外的殘存氣體(空氣)向電介質(zhì)框體21外排出的第二氣體排出口 25。通過上述結(jié)構(gòu)，形成從第二氣體導(dǎo)入口 231經(jīng)由導(dǎo)體管、氣體通過孔232、電介質(zhì)框體21而到達(dá)第二氣體排出口 25的氣體的流路。在本實(shí)施例中，電介質(zhì)框體21的內(nèi)部尺寸為深度(圖1(b)的縱向)5cm、長邊(圖1 (b)的橫向)13cm、短邊(與包括“ ^ ”字的面垂直的方向)1.8cm。高頻天線23的“ - ”字形導(dǎo)體的底部以長度為IOcm且與電介質(zhì)框體21的底之間隔開0.6cm的空間的方式配置?！?3 ”字形導(dǎo)體的外徑為6.4mm。以在基體 S上堆積制膜物質(zhì)的情況為例，說明第一實(shí)施例的等離子處理裝置10的動作。首先，將基體S從基體搬出搬入口 15搬入到真空容器11內(nèi)，載置在基體保持部12之上。接著，將基體搬出搬入口 15閉鎖，使用真空泵，將真空容器11內(nèi)的空氣、水蒸氣等從第一氣體排出口 13排出。另一方面，從第二氣體導(dǎo)入口 231經(jīng)由導(dǎo)體管及氣體通過孔232而向電介質(zhì)框體21內(nèi)導(dǎo)入不活潑氣體。由此，電介質(zhì)框體21內(nèi)的空氣被置換成不活潑氣體，空氣及剩余的不活潑氣體從第二氣體排出口 25向電介質(zhì)框體21外排出。接著，在保持繼續(xù)供給不活潑氣體的狀態(tài)下，從第一氣體導(dǎo)入口 14導(dǎo)入等離子生成用氣體及原料氣體，向高頻天線23投入高頻電力。通過該高頻電力的投入而在高頻天線23的周圍生成感應(yīng)電磁場。該感應(yīng)電磁場通過電介質(zhì)框體21的壁而被導(dǎo)入到真空容器11內(nèi)，對等離子生成用氣體進(jìn)行電離。由此生成等離子。與等離子生成用氣體一起被導(dǎo)入到真空容器11內(nèi)的原料氣體由等離子分解，堆積在基體S上。在向高頻天線23投入高頻電力期間，不活潑氣體通過導(dǎo)體管而從氣體通過孔232吹到電介質(zhì)框體21的電介質(zhì)壁上。由此，不活潑氣體作為制冷劑發(fā)揮作用，抑制因高頻電力的供給而產(chǎn)生的高頻天線23及電介質(zhì)壁的溫度上升。在本實(shí)施例的等離子處理裝置10中，由于在向真空容器11內(nèi)凸出的電介質(zhì)框體21內(nèi)配置有高頻天線23，因此與外部天線方式的情況相比，能夠在真空容器11內(nèi)生成強(qiáng)感應(yīng)電磁場。而且，由于利用電介質(zhì)框體21的壁將高頻天線23從真空容器11內(nèi)分離，因此能夠防止等離子將高頻天線23蝕刻而使高頻天線23的壽命變短的情況、及高頻天線23的材料作為雜質(zhì)而混入到薄膜或被處理基體中的情況。而且，從第二氣體導(dǎo)入口 231經(jīng)由導(dǎo)體管及氣體通過孔232向電介質(zhì)框體21內(nèi)導(dǎo)入不活潑氣體，由此，電介質(zhì)框體21內(nèi)由不活潑氣體充滿，因此能夠防止產(chǎn)生多余的放電，并能夠?qū)⒉换顫姎怏w作為制冷劑而對高頻天線23進(jìn)行冷卻。如此，在本實(shí)施例的等離子處理裝置10中，通過一個(gè)氣體供給手段能夠進(jìn)行放電的防止措施和高頻天線23及電介質(zhì)框體21的冷卻措施這雙方，因此能夠簡化裝置。進(jìn)行了使用本實(shí)施例的等離子處理裝置10生成等離子的實(shí)驗(yàn)。在本實(shí)驗(yàn)中，從第一氣體導(dǎo)入口 14向真空容器11內(nèi)以壓力成為IPa的方式導(dǎo)入気與氫的混合氣體(等離子生成氣體)，并從第二氣體導(dǎo)入口 231將每分鐘2.5升的氮?dú)?不活潑氣體)導(dǎo)入到導(dǎo)體管及電介質(zhì)框體21內(nèi)。并且，向高頻天線23供給頻率13.56MHz、輸出IkW的高頻電力。在經(jīng)過了充分的時(shí)間之后，在距電介質(zhì)框體21的底為IOcm的下方進(jìn)行測定時(shí)，確認(rèn)到了生成密度1.2 X IO1W3的等離子的情況。等離子密度與距“ 口 ”字形導(dǎo)體的底部的距離大致成反t匕。而且，當(dāng)使高頻電力的輸出在I 3kW的范圍內(nèi)變化時(shí)，等離子密度與高頻電力的輸出大致成比例地變化(圖2)。高頻天線23及電介質(zhì)框體21均由不活潑氣體來冷卻，由此能夠?qū)囟缺３殖?0°C以下。實(shí)施例2在第一實(shí)施例的等離子處理裝置10中，如圖3所示，利用連接管27將第二氣體排出口 25與第二氣體導(dǎo)入口 231連接，在兩者之間可以設(shè)置泵及熱交換機(jī)28。在此，與高頻電源側(cè)連接的第二氣體導(dǎo)入口 231和連接管27通過在兩者之間夾插絕緣體或?qū)⑦B接管27形成為絕緣體制，而被電絕緣。通過這樣的結(jié)構(gòu)，利用熱交換機(jī)28對從第二氣體排出口 25排出的不活潑氣體進(jìn)行冷卻，能夠再次向第二氣體導(dǎo)入口 231導(dǎo)入，因此能夠使不活潑氣體循環(huán)而反復(fù)利用。而且，在優(yōu)先考慮經(jīng)濟(jì)性的情況下，可以使大氣循環(huán)而作為冷卻氣體。實(shí)施例3在第一實(shí)施例的等離子處理裝置10中，以從下側(cè)覆蓋真空容器11的開口部1111的方式安裝電介質(zhì)框體21，以從上側(cè)覆蓋開口部1111的方式安裝蓋22 (圖4(a))。這種情況下，將電介質(zhì)框體21的凸緣部211固定在上壁111的下表面，并將蓋22固定在上壁111的上表面。或者可以在沒有開口部的上壁111的下表面安裝電介質(zhì)框體21 (圖4(b))。這種情況下，高頻天線23被固定于上壁111。而且，不需要蓋。實(shí)施例4在電介質(zhì)框體21內(nèi)，也可以取代由不活潑氣體充滿的情況，而使用真空泵從第二氣體排出口 25排出氣體，由此形成為真空(圖5(a))。這種情況下，未設(shè)置氣體通過孔232，但為了高頻天線23的冷卻，優(yōu)選將高頻天線23形成為導(dǎo)體管制而使冷卻氣體或冷卻水等制冷劑流過管內(nèi)。通過這種結(jié)構(gòu)，與使用了不活潑氣體的情況同樣地能夠防止電介質(zhì)框體21內(nèi)的放電，并能夠?qū)Ω哳l天線23與電介質(zhì)框體21的壁之間進(jìn)行隔熱，因此能夠防止電介質(zhì)框體21的溫度上升?；蛘咭部梢允闺娊橘|(zhì)框體21內(nèi)由固體的電介質(zhì)材料29充滿(圖5(b))。電介質(zhì)材料29可以是塊狀，也可以是粉末。在使用粉末時(shí)，為了避免空氣侵入粉末的間隙，而將電介質(zhì)框體21內(nèi)密閉。電介質(zhì)材料29的材料可以使用聚四氟乙烯(f卜9 7 >才口二★ > > ) (PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)及其他的樹脂、氧化鋁、二氧化硅及其他的陶瓷等。通過電介質(zhì)材料29，能夠防止電介質(zhì)框體21內(nèi)的放電。這種情況下，為了高頻天線23的冷卻，也優(yōu)選將高頻天線23形成為導(dǎo)體管制而使冷卻氣體或冷卻水等制冷劑流過管內(nèi)。實(shí)施例5接著，說明使用了具有不同形狀的高頻天線23A的例子(圖6)。本實(shí)施例的等離子處理裝置除了高頻天線23A的形狀、及開口部1111A、電介質(zhì)框體21A和蓋22A的大小之夕卜，具有與第一實(shí)施例的等離子處理裝置10同樣的結(jié)構(gòu)。高頻天線23A具有:從蓋22向下方延伸的兩條管腳311 ;具有U字形的形狀，且以按照U字形成的面與框體21A的底面平行(與高頻天線23A的向真空容器11插入的插入方向垂直)的方式配置的U字部312 JfU字部312的一端與管腳311的一方連接，并將U字部312的另一端與管腳311的另一方連接的兩個(gè)彎曲部313。在本實(shí)施例中，U字部312具有的兩條直線部(第一直線部3121、第二直線部3122)的長度為10cm，第一直線部3121及第二直線部3122的導(dǎo)體間的間隔為3cm。另外，在此所說的“導(dǎo)體間的間隔”是指平行·排列的兩根導(dǎo)體的內(nèi)側(cè)彼此的距離。電介質(zhì)框體21A對應(yīng)于高頻天線23A的形狀而內(nèi)部的短邊形成為比第一實(shí)施例的電介質(zhì)框體21長的6cm。電介質(zhì)框體21A內(nèi)部的深度及長邊的長度與第一實(shí)施例的電介質(zhì)框體21相同。開口部IlllA及蓋22A的大小也對應(yīng)于電介質(zhì)框體21A的內(nèi)部的短邊而在該短邊的方向上比第一實(shí)施例大。在具有圖6的形狀的高頻天線23A中，與框體21A的底面平行配設(shè)的第一直線部3121及第二直線部3122中的高頻電流彼此反向流動，因此在框體21A的正下方，因流過第一直線部3121的電流而形成的磁場的上下方向分量與因流過第二直線部3122的電流而形成的磁場的上下方向分量以同相位振動，能夠?qū)⒖蝮w21A的下方的磁場強(qiáng)度形成為從第一 第四實(shí)施例的磁場強(qiáng)度到約2倍，由此，能夠以比較小的高頻電力來產(chǎn)生放電等離子，并且即使在難以引起放電的例如0.5Pa以下的氣壓區(qū)域也能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生放電等離子。在本實(shí)施例的等離子處理裝置中，以與第一實(shí)施例同樣的條件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。S卩，將氬與氫的混合氣體以壓力成為IPa的方式導(dǎo)入到真空容器11內(nèi)，并從第二氣體導(dǎo)入口 231將每分鐘2.5升的氮?dú)鈱?dǎo)入到導(dǎo)體管及電介質(zhì)框體21內(nèi)，并且向高頻天線23A供給頻率13.56MHz、輸出IkW的高頻電力。在經(jīng)過了充分的時(shí)間之后，在距電介質(zhì)框體21的底為IOcm的下方測定時(shí)，得到了等離子密度為1.8X10nCm_3這樣的、比第一實(shí)施例(1.2X10nCm_3)高的值。另外，在本實(shí)施例中以U字形為例進(jìn)行了說明，但也可以將U字部312的部分置換成與第一 第四實(shí)施例同樣的“ 二 ”字，還可以置換成圖7所示那樣的S字部312A。此外也可以使用N字形或M字形等形狀。另外，在本實(shí)施例的高頻天線23B中，在將U字部312的部分置換成通常使用的圓形的天線導(dǎo)體時(shí)，若其半徑為r、施加的電流為I，則中心部產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度HO由下式表
/Jn οH0 = I/ (2r)另一方面，如本實(shí)施例那樣使用U字形的天線導(dǎo)體時(shí)，若兩條直線部之間的距離為d，則中心部的磁場的強(qiáng)度H11由下式表示。H11 = 21/ ( Ti d)g卩，在U字形的天線導(dǎo)體中，能夠使磁場的強(qiáng)度為圓形的天線導(dǎo)體的4r/ ( π d)倍。這種情況下，由于磁場強(qiáng)度與d成反比，因此通過使兩條直線部之間的距離變窄，而能夠增大感應(yīng)磁場的強(qiáng)度。在本實(shí)施例中，使用相同長度的U字形天線導(dǎo)體，能夠得到圓形天線導(dǎo)體的約1.7倍的磁場強(qiáng)度。另外，U字或“ 口 ”字的兩根平行的導(dǎo)體間的間隔d與這兩根導(dǎo)體的長度方向的長度L之比d/L并為特別限定，但優(yōu)選為處于0.05 0.5之間。而且，天線導(dǎo)體的全長優(yōu)選為向高頻天線供給的高頻電力的頻率的1/4波長以下。實(shí)施例6使用圖8,說明聞頻天線的形狀的另一例。在本實(shí)施例中，聞頻天線23B具備:從蓋22向下方延伸的第一管腳321A及第二管腳321B ;呈U字形成的面與蓋22平行配置的第一 U字部322A及第二 U字部322B ;第一彎曲部323A及第二彎曲部323B ；以及直線狀連接部324。第一管腳321A和第一 U字部322A的一方的端部由第一彎曲部323A連接，第二管腳321B和第二 U字部322B的一方的端部由第二彎曲部323B連接。而且，第一 U字部322A的另一方的端部和第二 U字部322B的另一方的端部由直線狀連接部324連接。在本實(shí)施例中，與第五實(shí)施例同樣，在電介質(zhì)框體的下方能夠使磁場的上下方向分量增大。實(shí)施例7使用圖9，說明高頻天線的形狀的另一例。在本實(shí)施例中，高頻天線23C由導(dǎo)體管構(gòu)成，具備:從蓋22向下方延伸的第一管腳331A及第二管腳331B ;呈U字形成的面與蓋22垂直配置的第一 U字部332A及第二 U字部332B ;第一彎曲部333A及第二彎曲部333B ;以及直線狀連接部334。第一管腳331A和第一 U字部332A的一方的端部由第一彎曲部333A連接，第二管腳331B和第二 U字部332B的一方的端部由第二彎曲部333B連接。而且，第一 U字部332A的另一方的端部和第二 U字部332B的另一方的端部由直線狀連接部334連接。在導(dǎo)體管的管壁上，與第一實(shí)施例同樣地，在與電介質(zhì)框體21的電介質(zhì)壁對置的一側(cè)設(shè)有氣體通過孔232。在本實(shí)施例中，為了縮短第一管腳331A及第二管腳331B之間的距離而省略了饋通體。作為其替代，通過使用絕緣體制的蓋22而與高頻天線23C進(jìn)行電絕緣，并在第一管腳33IA及第二管腳33IB與蓋22之間設(shè)置了真空密封件34。另外，在本實(shí)施例中，高頻天線23C的第一 U字部332A的直線部、直線狀連接部334及第二 U字部332B的直線部相加的長度為10cm，U字部的兩條直線部的間隔為3cm，外徑為6.4mm。電介質(zhì)框體21A的大小與第五實(shí)施例相同(深度5cm,長邊13cm,短邊6cm)。根據(jù)本實(shí)施例，包含第一 U字部332A及第二 U字部332B的面與高頻天線21的插入方向平行配置，由此在該面的兩側(cè)形成強(qiáng)的振動磁場，因此能夠進(jìn)一步提高在真空容器11內(nèi)生成的等離子的密度。而且，從高頻天線23C產(chǎn)生的磁力線與真空容器11的內(nèi)壁面大致平行，因此能抑制由該磁力線束縛的等離子中的電子向真空容器11的內(nèi)壁面的散逸。由此，能夠在真空容器11內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的放電等離子。在本實(shí)施例的等離子處理裝置中，以與第一實(shí)施例及第五實(shí)施例同樣的條件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。即，將氬與氫的混合氣體以壓力成為IPa的方式導(dǎo)入到真空容器11內(nèi)，并從第二氣體導(dǎo)入口 231將每分鐘2.5升的氮?dú)鈱?dǎo)入到導(dǎo)體管及電介質(zhì)框體21內(nèi)，并且向高頻天線23A供給頻率13.56MHz、輸出IkW的高頻電力。在經(jīng)過了充分的時(shí)間之后，在距電介質(zhì)框體21的底為IOcm下方測定時(shí)，得到了等離子密度為2.2X IO11CnT3這樣的比第一實(shí)施例(1.2X IO11CnT3)及第五實(shí)施例(2.2X IO11CnT3)高的值。這是由于在高頻天線23C的U字部的兩側(cè)方生成高密度的等離子且該等離子到達(dá)了電介質(zhì)框體21的下方的緣故。實(shí)施例8使用圖10，說明使用了多個(gè)高頻天線的等離子處理裝置的一例。本實(shí)施例將在第六實(shí)施例中使用的高頻天線23B設(shè)置兩個(gè)，并利用母線(bus bar)41將這兩個(gè)高頻天線的供電側(cè)端部彼此與接地側(cè)端部彼此分別連結(jié)。母線在中心部設(shè)置供電點(diǎn)，在將供電側(cè)端部411連結(jié)的母線的供電點(diǎn)上連接高頻電源。另一方面，將接地側(cè)端部412連結(jié)的母線的供電點(diǎn)接地。從供電點(diǎn)到兩天線23B的供電端子的距離分別大致相同，以相對于高頻電力的兩天線23B的阻抗從供電點(diǎn)觀察時(shí)成為等價(jià)的方式調(diào)整供電點(diǎn)的位置。在本實(shí)施例中，向真空容器內(nèi)導(dǎo)入氣體壓力0.5Pa的氬與氫的混合氣體，將頻率13.56MHz、輸出IkW的高頻電力向供電點(diǎn)供給，從而在真空容器內(nèi)激發(fā)出放電等離子。通過使用這種結(jié)構(gòu)，能夠利用兩方的高頻天線23B在真空容器11內(nèi)產(chǎn)生大致同樣的放電等離子。距上壁111為規(guī)定距離處的等離子密度分布因放電氣體壓力、高頻電力等而變化，但得到同樣的等離子密度分布的條件為設(shè)計(jì)事項(xiàng)，能夠產(chǎn)生任意的面積的放電等離子。另外，既可以將這兩個(gè)高頻天線一起設(shè)置在一個(gè)電介質(zhì)框體內(nèi)，也可以設(shè)置在不同的電介質(zhì)框體內(nèi)。通過如此設(shè)置多個(gè)高頻天線，能夠?qū)崿F(xiàn)被處理基板及堆積于其上的薄膜的大面積化，能夠提高裝置的量產(chǎn)性。另外，在上述實(shí)施例中示出了兩個(gè)高頻天線為一組的結(jié)構(gòu)，但其個(gè)數(shù)并未限定為兩個(gè)，也可以為三個(gè)以上。而且，也可以將多個(gè)高頻天線設(shè)為一組的結(jié)構(gòu)再排列多組。符號說明10...等離子處理裝置11...真空容器111...上壁1111...開口部1111A...開口部12...基體保持部13...第一氣體排出口14...第一氣體導(dǎo)入口15...基體搬出搬入口20...天線單元2U21A...電介質(zhì)框體211...凸緣部22、22A...蓋23、23A、23B、23C...高頻天線231...第二氣體導(dǎo)入口
232...氣體通過孔24...饋通體25.…第二氣體排出口26...真空密封件27...連接 管28...熱交換機(jī)29...電介質(zhì)材料311...管腳312...U字部3121...第一直線部3122...第二直線部312A...S字部313...彎曲部321A...第一管腳321B...第二管腳322A…第一 U字部322B...第二 U 字部323A...第一彎曲部323B...第二彎曲部324、334...直線狀連接部331A...第一管腳331B...第二管腳332A...第一 U 字部332B...第二 U 字部333A...第一彎曲部333B...第二彎曲部34...真空密封件41...母線411...供電側(cè)端部412...接地側(cè)端部S...基體
權(quán)利要求
1.一種等離子處理裝置，其特征在于，具備: a)真空容器； b)向比所述真空容器的內(nèi)壁靠內(nèi)側(cè)凸出地設(shè)置的高頻天線；以及 c)用于將所述高頻天線從所述真空容器內(nèi)部的氣氛隔離的、與該高頻天線非接觸地設(shè)置的電介質(zhì)制的框體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子處理裝置，其特征在于， 具備: 設(shè)置在所述真空容器的內(nèi)壁上的將所述電介質(zhì)框體的內(nèi)部與該真空容器的外部連通的天線插入開口； 將所述天線插入開口閉鎖的蓋。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子處理裝置，其特征在于， 所述高頻天線安裝于所述蓋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的等離子處理裝置，其特征在于， 所述高頻天線由能夠使冷卻用介質(zhì)流過內(nèi)部的管狀導(dǎo)體管構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子處理裝置，其特征在于， 所述冷卻用介質(zhì)是不活潑氣體或空氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的等離子處理裝置，其特征在于， 具備: 氣體通過孔，其設(shè)置在所述導(dǎo)體管的、收容于所述電介質(zhì)框體內(nèi)的部分的管壁上；以及氣體排出孔，其將從所述氣體通過孔向所述電介質(zhì)框體內(nèi)流出的所述不活潑氣體或空氣向該電介質(zhì)框體及所述真空容器的外部排出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的等離子處理裝置，其特征在于， 所述電介質(zhì)框體內(nèi)由不活潑氣體充滿。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的等離子處理裝置，其特征在于， 所述電介質(zhì)框體內(nèi)為真空。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的等離子處理裝置，其特征在于， 所述電介質(zhì)框體內(nèi)由固體的電介質(zhì)充滿。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 9中任一項(xiàng)所述的等離子處理裝置，其特征在于， 所述高頻天線的形狀在局部包括U字形或“ - ”字形。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的等離子處理裝置，其特征在于， 包括所述U字形或“ - ”字形的平面與所述高頻天線的向所述真空容器插入的插入方向垂直或平行。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的等離子處理裝置，其特征在于， 所述U字形或“ - ”字形的兩條平行的直線部中的導(dǎo)體間的間隔與該直線部的長度方向的長度之比處于0.05 0.5之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求1 12中任一項(xiàng)所述的等離子處理裝置，其特征在于， 所述高頻天線的導(dǎo)體的長度為向該高頻天線供給的高頻電力的頻率的1/4波長以下。
14.根據(jù)權(quán)利要求1 13中任一項(xiàng)所述的等離子處理裝置，其特征在于， 所述電介質(zhì)框體的材質(zhì)為金屬氧化物、氮化物、碳化物或氟化物。
15.根據(jù)權(quán)利要求1 14中任一項(xiàng)所述的等離子處理裝置，其特征在于，所述電介質(zhì)框體的材質(zhì)為石英、氧化鋁、氧化鋯、氧化釔、氮化硅或碳化硅。
16.根據(jù)權(quán)利要求1 15中任一項(xiàng)所述的等離子處理裝置，其特征在于，具備多個(gè)所述 高頻天線及所述電介質(zhì)框體。
全文摘要
本發(fā)明目的在于廉價(jià)地提供一種維護(hù)檢修容易且能夠穩(wěn)定地供給等離子的內(nèi)部天線方式的等離子處理裝置。本發(fā)明的等離子處理裝置具備在真空容器(11)的上壁(111)上設(shè)置多個(gè)的天線單元(20)，天線單元(20)具備從真空容器(11)的上壁(111)向真空容器(11)內(nèi)凸出地設(shè)置的電介質(zhì)制的框體(21)；具有將框體內(nèi)的氣氛向真空容器的外部排出的第二氣體排出口(25)的蓋(22)；以及經(jīng)由饋通體(24)而固定于蓋(22)且在管壁上具有氣體通過孔(232)的由導(dǎo)體管構(gòu)成的高頻天線(23)。向高頻天線(23)的管內(nèi)供給不活潑氣體，通過氣體通過孔(232)而將框體(21)的內(nèi)部充滿，通過第二氣體排出口(25)向真空容器(11)的外部排出。
文檔編號H05H1/46GK103155718SQ20108006881
公開日2013年6月12日 申請日期2010年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月6日
發(fā)明者江部明憲, 渡邊正則 申請人:Emd株式會社