等離子體產(chǎn)生用的天線及具備該天線的等離子體處理裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種天線W及等離子體處理裝置，所述天線用于使高頻電流流經(jīng)而使 真空容器內(nèi)產(chǎn)生電感禪合型等離子體，所述等離子體處理裝置通過使高頻電流流經(jīng)配置在 真空容器內(nèi)的天線而使真空容器內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電場W生成電感禪合型等離子體，并使用該等 離子體來對基板實施處理。另外，本申請中，離子（ion)是指正離子。而且，對基板實施的處 理例如是借助等離子體化學(xué)氣相沉積煙lemical Vapor D巧osition，CVD)法等的膜形成、 蝕刻（etching)、灰化（ashing)、瓣鍛（sputtering)等。
【背景技術(shù)】
[0002] W往，提出有一種天線W及具備該天線的等離子體處理裝置，其是用于使高頻電 流流經(jīng)天線，并利用由此產(chǎn)生的感應(yīng)電場來使真空容器內(nèi)產(chǎn)生電感禪合型等離子體（簡稱 ICP (Inductively Coupled Plasma))。
[0003] 此種等離子體處理裝置中，若為了應(yīng)對大型基板等而加長天線，則該天線的阻抗 (impedance)將變大，由此會在天線的兩端間產(chǎn)生大的電位差。其結(jié)果，存在下述問題：受 到該大的電位差影響，等離子體的密度分布、電位分布、電子溫度分布等的等離子體的均勻 性將變差，甚而基板處理的均勻性將變差。而且，還存在下述問題：若天線的阻抗變大，將難 W使高頻電流流經(jīng)天線。
[0004] 為了解決此類問題等，提出有若干種將天線與電容器串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)的等離子體 處理裝置。
[0005] 例如，專利文獻1中提出了一種具有外部天線（即配置在真空容器外部的天線，W 下同樣）的等離子體處理裝置，該裝置中，將構(gòu)成環(huán)（loop)狀天線的多個直線導(dǎo)體排列配 置在構(gòu)成真空容器的一部分的介電體窗的上部（外部），且將電容器串聯(lián)連接于該環(huán)狀天 線的遠離介電體窗的返回導(dǎo)體。
[0006] 專利文獻2中記載了一種具有內(nèi)部天線（即配置在真空容器內(nèi)的天線，W下同樣） 的等離子體處理裝置，該裝置中，將多根使天線導(dǎo)體穿過絕緣管內(nèi)而構(gòu)成的直線狀的天線 排列配置在真空容器內(nèi)，且利用設(shè)置在真空容器外的電容器將各天線間串聯(lián)連接。
[0007] 專利文獻3中記載了一種具有內(nèi)部天線的等離子體處理裝置，該裝置中，在其中 一個主面位于真空容器內(nèi)的平面狀天線（平面導(dǎo)體）的該主面上，形成1條W上的沿著與 高頻電流的流動方向交叉的方向延伸的槽，W將該主面分割成多個區(qū)域，且在各槽內(nèi)分別 設(shè)置電容器，W將平面狀天線的各區(qū)域與各電容器彼此電性串聯(lián)連接。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)文獻 [000引專利文獻
[0010] 專利文獻1 :日本專利特表2002-510841號公報（段落0014、段落0028、圖3、圖 10)
[0011] 專利文獻2 :日本專利特開平11-317299號公報（段落0044、段落0109、圖1、圖 12、圖 22)
[0012] 專利文獻3 :日本專利特開2012-133899號公報（段落0006、圖1、圖2)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] [發(fā)明所要解決的問題]
[0014] 所述專利文獻1所記載的技術(shù)采用了將天線導(dǎo)體與電容器串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，因此 盡管能夠使因電位反轉(zhuǎn)引起的環(huán)狀天線整體的兩端間的電位差降低，但由于與等離子體產(chǎn) 生直接相關(guān)的、接近介電體窗的導(dǎo)體為直線狀導(dǎo)體，因此若為了應(yīng)對基板的大型化等而加 長該直線狀導(dǎo)體，則伴隨于此，各直線狀導(dǎo)體的阻抗將增加。其結(jié)果，在接近介電體窗的各 直線狀導(dǎo)體的兩端間產(chǎn)生的電位差將變大，從而導(dǎo)致等離子體的均勻性下降。而且，伴隨各 直線狀導(dǎo)體的阻抗增加，高頻電流變得難W流動，從而無法有效率地獲得電感禪合狀態(tài)。
[0015] 進而，由于為外部天線且為通過介電體窗的電感禪合，因此，因介電體窗材的厚 度，距等離子體空間的距離遠，與內(nèi)部天線相比，等離子體生成的效率下降。
[0016] 所述專利文獻2所記載的技術(shù)中，若為了應(yīng)對基板的大型化等而加長各天線，貝U 伴隨于此，各天線的阻抗將增加。其結(jié)果，在各天線的兩端間產(chǎn)生的電位差變大，從而導(dǎo)致 等離子體的均勻性下降。而且，伴隨各天線的阻抗增加，高頻電流變得難W流動，從而無法 有效率地獲得電感禪合狀態(tài)。
[0017] 所述專利文獻3所記載的技術(shù)具有下述優(yōu)點，即，由于為內(nèi)部天線，因此與外部天 線相比，等離子體生成的效率高，且由于在平面狀天線的真空容器內(nèi)側(cè)的主面上所設(shè)置的1 條W上的槽內(nèi)分別設(shè)置有電容器，因此即使為了應(yīng)對基板的大型化等而加長平面狀天線， 也能夠?qū)⑵鋬啥碎g產(chǎn)生的電位差抑制得較小，盡管如此，但平面狀天線容易在其平面內(nèi)具 備二維方向的電位分布，從而產(chǎn)生與此相當(dāng)?shù)牡入x子體分布，且該等離子體分布容易被轉(zhuǎn) 印到基板表面的膜上，因此，從改善此點的觀點考慮，天線導(dǎo)體優(yōu)選為管狀導(dǎo)體。然而，在將 天線導(dǎo)體設(shè)為管狀導(dǎo)體的情況下，無法適用專利文獻3中記載的在平面狀天線的槽內(nèi)設(shè)置 電容器的技術(shù)。必須對電容器周邊進行新的設(shè)計。
[0018] 而且，所述專利文獻3所記載的技術(shù)具有下述優(yōu)點，即，由于為內(nèi)部天線，因此與 外部天線相比，等離子體生成的效率高，且由于在平面狀天線的真空容器內(nèi)側(cè)的主面上所 設(shè)置的1條W上的槽內(nèi)分別設(shè)置有電容器，因此即使為了應(yīng)對基板的大型化等而加長平面 狀天線，也能夠?qū)⑵鋬啥碎g產(chǎn)生的電位差抑制得較小，盡管如此，但存在下述問題，即：與管 狀的天線相比，平面狀天線容易在其平面內(nèi)具備二維方向的電位分布，從而產(chǎn)生與此相當(dāng) 的等離子體分布，且該等離子體分布容易被轉(zhuǎn)印到基板表面的膜上。
[0019] 因此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種天線，該天線是配置在真空容器內(nèi)W用于 產(chǎn)生電感禪合型等離子體的天線，對于天線導(dǎo)體使用金屬管，并且即使在加長天線的情況 下，也能夠抑制其阻抗的增大。而且，因此，本發(fā)明的另一目的在于提供一種等離子體處理 裝置，該等離子體處理裝置是通過使高頻電流流經(jīng)配置在真空容器內(nèi)的天線而使真空容器 內(nèi)生成電感禪合型等離子體的裝置，對于天線導(dǎo)體使用金屬管，并且即使在加長天線的情 況下，也能夠抑制其阻抗的增大。
[0020] [解決問題的技術(shù)手段]
[0021] 本發(fā)明的天線之一配置在真空容器內(nèi)，且用于使高頻電流流經(jīng)而使所述真空容器 內(nèi)產(chǎn)生電感禪合型等離子體，所述天線的特征在于包括：絕緣管；W及中空的天線本體，配 置于所述絕緣管中，且內(nèi)部流經(jīng)有冷卻水，所述天線本體（a)采用使中空絕緣體介隔在相 鄰的金屬管間而將多個金屬管串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，各連接部具有相對于真空及所述冷卻水的 密封功能。
[0022] 所述天線的特征在于，化）還具有與所述中空絕緣體兩側(cè)的所述金屬管電性串聯(lián) 地相連的電容器，所述中空絕緣體及所述電容器被配置在所述真空容器內(nèi)，若將所述中空 絕緣體的其中一個端部與所述金屬管的連接部稱作第1連接部，另一端部與所述金屬管的 連接部稱作第2連接部，則所述電容器（a)兼用所述第1連接部側(cè)的所述金屬管的一部分 來作為所述電容器的第1電極，且包括：化）介電體，設(shè)置在從所述第1連接部側(cè)的所述金 屬管的外周部直到所述中空絕緣體的外周部的區(qū)域內(nèi)；W及（C)第2電極，所述第2電極是 設(shè)置在從所述介電體的外周部直到所述第2連接部側(cè)的所述金屬管的外周部的區(qū)域內(nèi)，并 與所述第2連接部側(cè)的金屬管電連接的電極，且具有介隔所述介電體而重疊于所述第1連 接部側(cè)的所述金屬管的區(qū)域。
[0023] 所述天線的特征在于，化）還具有配置在各所述中空絕緣體外周部的層狀的電容 器，并采用將各中空絕緣體兩側(cè)的所述金屬管與所述電容器電性串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，各所述 電容器具有：(a)第1電極，所述第1電極是配置在所述中空絕緣體的外周部的電極，且與 連接于所述中空絕緣體的其中一側(cè)的所述金屬管電連接；化）第2電極，所述第2電極是W 與所述第1電極重疊的方式配置在所述中空絕緣體的外周部的電極，且與連接于所述中空 絕緣體的另一側(cè)的所述金屬管電連接；W及（C)介電體，配置在所述第1電極及第2電極 間。
[0024] 本發(fā)明的等離子體處理裝置之一通過使高頻電流流經(jīng)配置在真空容器內(nèi)的天線 而使所述真空容器內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電場W產(chǎn)生電感禪合型等離子體，并使用所述等離子體來對 基板實施處理，所述等離子體處理裝置的特征在于，所述天線包括：絕緣管；W及中空的天 線本體，配置在所述絕緣管中，且內(nèi)部流經(jīng)有冷卻水，所述天線本體（a)采用使中空絕緣體 介隔在相鄰的金屬管間而將多個金屬管串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，所述連接部具有相對于真空及所 述冷卻水的密封功能。
[0025] 所述等離子體處理裝置的特征在于，化）還具有設(shè)置在所述中空絕緣體的部分的 電容器，并采用將所述中空絕緣體兩側(cè)的所述金屬管與所述電容器電性串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)， 所述中空絕緣體及所述電容器被配置在所述真空容器內(nèi)，所述等離子體處理裝置還包括高 頻電源，所述高頻電源連接于所述天線本體的其中一個端部即供電端部，W對所述天線本 體供給所述高頻電流，且將所述天線本體的另一端部即末端部經(jīng)由線圈而接地。
【附圖說明】
[0026] 圖1是表示具備本發(fā)明的一實施方式的天線的等離子體處理裝置的一例的概略 縱剖面圖。
[0027] 圖2是將圖1中的天線的電容器周邊的一例放大表示的概略剖面圖。
[0028] 圖3是將天線的電容器形成時所用的薄膜狀的介電體及電極的一例展開表示的 平面圖。
[0029] 圖4是將天線的中空絕緣體周邊的另一例放大表示的概略剖面圖。
[0030] 圖5 (A)、圖5度）是表示圖1所示的天線的等效電路（A)及滿足串聯(lián)共振條件時的 電位分布度）的一例的圖。
[0031] 圖6是表示本發(fā)明的另一實施方式的天線的電容器周邊的一例的概略剖面圖。
[0032] 圖7是表示本發(fā)明的另一實施方式的天線的電容器周邊的另一例的概略剖面圖， 絕緣管的圖示已省略。
[0033] 圖8是表示帶金屬膜的介電體片材的一例的平面圖。
[0034] 圖9是表示本發(fā)明的另一實施方式的天線的電容器周邊的又一例的概略剖面圖， 絕緣管的圖示已省略。
[0035] 圖10是沿著圖9中的線D-D的放大剖面圖。
[0036] 圖11是表示具有多根直線狀天線的等離子體處理裝置的一例的概略橫剖面圖。
[0037] 圖12是表示本發(fā)明的等離子體處理裝置的另一實施方式的概略縱剖面圖。
[0038] 圖13 (A)、圖13做是表示1根天線周邊的等效電路（A)及電位分布做的示例的 圖。
[0039] 圖14是將感應(yīng)性天線的末端部經(jīng)由線圈而接地時的天線的電位分布的示例簡化 表示的概略圖。
[0040] 圖15是將感應(yīng)性天線的末端部經(jīng)由電容器而接地時的天線的電位分布的示例簡 化表示的概略圖。
[0041] 圖16是表示具有多根直線狀天線的等離子體處理裝置的另一實施方式的概略橫 剖面圖。
[0042] 圖17是表示具有多根直線狀天線的等離子體處理裝置的另一實施方式的概略橫 剖面圖。
[0043] 圖18是表示具有多根直線狀天線的等離子體處理裝置的又一實施方式的概略橫 剖面圖。
[0044] 圖19 (A)、圖19做是表示將圖17中的天線沿著線D-D簡化表示的概略剖面圖（A) 及此時的基板附近的等離子體密度分布的概略例度）的圖。
[0045] 圖20是表示對于有無末端部線圈的情況，對天線的端部電壓進行測定的實驗結(jié) 果的一例的概略圖。
[0046] 圖21是表示對于有無末端部線圈的情況，對借助等離子體CVD法的基板上的成膜 速度進行測定的實驗結(jié)果的一例的概略圖。
【具體實施方式】
[0047] (1)在天線等的一實施方式圖1中，表示了具備本發(fā)明的一實施方式的天線的等 離子體處理裝置的一例，圖2放大表示圖1中的天線的電容器周邊的一例。
[0048] 該等離子體處理裝置具備：真空容器2,經(jīng)真空排氣且導(dǎo)入有氣體8 ;天線20,配置 在該真空容器2內(nèi)，用于使高頻電流V流經(jīng)W使真空容器2內(nèi)產(chǎn)生電感禪合型等離子體16; W及高頻電源56,使高頻電流Ik流經(jīng)該天線20,且該等離子體處理裝置使用所產(chǎn)生的等離 子體16來對基板10實施處理。
[0049] 基板10例如是液晶顯示器（display)或有機電致發(fā)光巧lectroluminescence， EL)顯示器等平板顯示器（Flat Panel Display, FPD)用的基板、柔性顯示器（flexible display)用的柔性基板等，但并不限于此。
[0050] 對基板10實施的處理例如是借助等離子體CVD法等的膜形成、蝕刻、灰化、瓣鍛 等。
[0051] 該等離子體處理裝置在借助等離子體CVD法來進行膜形成的情況下也被稱作等 離子體CVD裝置，在進行蝕刻的情況下也被稱作等離子體蝕刻裝置，在進行灰化的情況下 也被稱作等離子體灰化裝置，在進行瓣鍛的情況下也被稱作等離子體瓣鍛裝置。
[005引真空容器2例如是金屬制的容器，其內(nèi)部經(jīng)真空排氣裝置4而被真空排氣。真空 容器2在本例中電性接地。
[0053] 在真空容器2內(nèi)，例如經(jīng)由流量調(diào)節(jié)器（圖示省略）及氣體導(dǎo)入管6而導(dǎo)入有氣 體8。氣體8只要與對基板10實施的處理內(nèi)容相對應(yīng)即可。例如，在借助等離子體CVD來 對基板10進行膜形成的情況下，氣體8是W稀釋氣體（例如&)來將原料氣體稀釋所得的 氣體。若舉更具體的示例，在原料氣體為SiH4的情況下，可在基板10的表面形成Si膜，在 原料氣體為SiH4+NH3的情況下，可在基板10的表面形成SiN膜，在原料氣體為SiH 4+化的情 況下，可在基板10的表面形成Si〇2膜。
[0054] 在真空容器2內(nèi)，設(shè)置有保持基板10的基板支架化older) 12。也可如本例般，從 偏壓化ias)電源14對基板支架12施加偏電壓。偏電壓例如為負的直流電壓、負的脈沖 (pulse)電壓等，但并不限于此。利用此種偏電壓，例如對等離子體16中的正離子入射至 基板10時的能量（energy)進行控制，從而能夠?qū)π纬稍诨?0表面的膜的結(jié)晶度進行控 審IJ。也可如本例般，在基板支架12內(nèi)設(shè)置有對基板10進行加熱的加熱器化eater) 13。
[00巧]天線20在本例中為直線狀的天線，W沿著基板10的表面的方式（例如，與基板10 的表面實質(zhì)上平行地）配置在真空容器2內(nèi)的上部附近。配置在真空容器2內(nèi)的天線20 既可為一根，也可為多根。后文將參照圖11來說明設(shè)為多根時的一例