專利名稱：等離子體處理裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及能夠用于基板表面處理等的感應耦合型等離子體處理裝置。
背景技術：
為了進行對基體表面的薄膜形成或蝕刻處理，采用感應耦合型等離子體處理裝置。在感應耦合型等離子體處理裝置中，在真空容器內導入氫氣等的等離子體生成氣體后， 通過生成高頻感應電場，而使等離子體生成氣體分解，且生成等離子體。而且，與等離子體生成氣體不同地，另外在真空容器內導入制膜原料氣體或蝕刻氣體，利用等離子體使得制膜原料氣體的分子分解且使其堆積于基體上、或者使得蝕刻氣體的分子分解而生成用于蝕刻的離子或基團。在專利文獻1中記載有將用于生成高頻感應電場的高頻天線放置于真空容器的頂部的上方，將上述頂部內的高頻天線的正下方部分作為用于使高頻感應電場通過的電介質制的窗戶的外部天線方式的等離子體處理裝置。在外部天線方式中，對應于近年來的被處理基體的大型化而謀求等離子體處理裝置的大型化，電介質制的窗戶為了保持機械強度而需要加厚，因此，真空容器內所導入的高頻感應電場的強度變小。于是，采用將高頻天線設置于真空容器的內部的內部天線方式的等離子體處理裝置(參照專利文獻2、3)。另外，在專利文獻3所述的發(fā)明中，采用如U字形或半圓形等那樣、線狀導體不卷繞成圈地形成終端的高頻天線(相當于圈數不足1的感應耦合天線)。根據這種高頻天線， 由于其電感比圈數為1以上的感應耦合天線低，因此，高頻天線的兩端產生的高頻電壓降低，可抑制伴隨趨向生成的等離子體的靜電耦合的等離子體電位的高頻擺動。因此，可降低伴隨趨向對地電位的等離子體電位擺動的過剩的電子損失，可降低等離子體電位。由此，基板上的低離子損失的薄膜形成工藝成為可能。專利文獻1 日本特開平08-227878號公報(
，圖5)專利文獻2 日本特開平11-317299號公報(
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，圖1-2)專利文獻3 日本特開 2001-035697 號公報(
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，圖 11)在內部天線方式中，高頻天線的導體和等離子體之間產生直流的自偏置電壓，通過該直流自偏置電壓，而使等離子體中的離子被加速并向天線導體入射。由此，產生如下問題，即、高頻天線導體自身被濺射，其壽命縮變短，除此之外所濺射的導體的原子及離子混入等離子體中、且附著在被處理基體的表面及真空容器的內壁，并作為雜質混入薄膜及被蝕刻基體。另外，在內部天線方式中，由于高頻天線的導體被配置于等離子體中，高頻天線導體的溫度上升的問題產生。當高頻天線導體的溫度發(fā)生變化時，則高頻天線的阻抗發(fā)生變化，不能向等離子體提供穩(wěn)定的電力。因此，在專利文獻2所述的發(fā)明中，用由比作為高頻天線的導體的銅或鋁等更難以被濺射的陶瓷或石英等構成的電介質(絕緣體)的管覆蓋高頻天線，使冷卻水在電介質管內流動。但是，在這種結構中，需要在天線導體及電介質管的端部設置用于投入高頻電力的電氣連接部和用于冷卻水的給排水的連接部兩者，因此結構變得復雜，給天線的拆裝及維護檢查帶來障礙。
另外，在內部天線方式中，在真空容器的內部空間高頻天線突出，因此，在高頻天線的跟前生成等離子體。由此，等離子體的密度在高頻天線的跟前特別高，密度分布的均勻性降低。與此同時，由于高頻天線設置于真空容器內，制膜時的薄膜材料及蝕刻時的副產物有時會附著在高頻天線(或其周圍的電介質管)的表面。這種附著物落在基體表面而成為產生顆粒的原因。此外，在內部天線方式中，為了確保在真空容器內配置高頻天線的空間，與外部天線方式相比，需要增大真空容器的容積。因此，氣體及等離子體擴散而到達基板的離子及基團減少，因此，制膜速度或蝕刻速度降低。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的課題在于，提供一種能夠在真空容器內形成強高頻感應電場、且能夠防止天線導體的濺射或溫度上升及顆粒產生的等離子體處理裝置。為了解決上述課題而完成的本發(fā)明的等離子體處理裝置的特征為，具備a)真空容器；b)天線配置部，其設置于所述真空容器的壁的內面和外面之間；C)高頻天線，其配置于所述天線配置部；d)電介質制的分隔件，其將所述天線配置部和所述真空容器的內部隔開。在本發(fā)明的等離子體處理裝置中，由于將高頻天線配置在了設置于真空容器的壁的內面和外面之間的天線配置部，所以與外部天線方式的情況相比，能夠在真空容器內生成強高頻感應電場。另外，由于高頻天線和真空容器內由電介質制的分隔件隔開，因此，能夠防止顆粒產生、或高頻天線被濺射。與此同時，能夠抑制高頻天線的溫度上升。此外，由于不需要在真空容器內配置高頻天線的空間，因此，與內部天線方式的情況相比，能夠縮小真空容器的容積。因此，可抑制氣體及等離子體的擴散，增加到達基板的離子或基團，因此制膜速度或蝕刻速度提高。分隔件能夠使用與真空容器的壁分體的電介質制的部件。另外，在真空容器的壁為電介質制的情況下，也可以將其壁的一部分作為分隔件使用。 雖然所述高頻天線也能夠埋入真空容器的壁中，但是更容易的是在設置于所述內面和所述外面之間的空洞內配置。前者的情況下，真空容器的壁中埋入了高頻天線的部分相當于天線配置部，后者的情況下，空洞相當于天線配置部。所述空洞能夠使用可被密閉的空洞。由此，能夠防止異物侵入空洞內。另外，只要密閉的空洞內為真空或由惰性氣體充滿，就能夠防止在空洞內產生不必要的放電。所述空洞內也可以由固體電介質充滿。由此，能夠防止在空洞內產生不必要的放電。這種情況下，無需將空洞內密閉。另外，也可以代替使用空洞，而采用如下結構，即、所述壁的至少一部分由固體電介質構成，所述高頻天線埋入該電介質內。可以在所述空洞的所述外面?zhèn)仍O置蓋。如果使用這種蓋，在維護檢查等時，通過打開蓋就能夠在真空容器的壁的外面?zhèn)群涂斩磧戎g容易地取出、放入高頻天線。另外，能夠將所述高頻天線安裝在所述蓋上。由此，只要裝卸蓋，就能夠更容易地取出、放入高頻天線。本發(fā)明的等離子體處理裝置，能夠具備多個天線配置部。由此，能夠提高真空容器內形成的等離子體的密度的均勻性。根據本發(fā)明的等離子體處理裝置，能夠在真空容器內形成強的高頻感應電場，且能夠防止天線導體的濺射或溫度上升及顆粒產生。


圖1是表示本發(fā)明的等離子體處理裝置的第一實施例的縱剖面圖(a)及該等離子體處理裝置中使用的高頻天線單元20的縱剖面圖(b)；圖2是表示本實施方式的等離子體處理裝置中的高頻天線21的形狀的立體圖 (a)，俯視圖(b)及側面圖(c)；圖3是表示高頻天線和高頻電源的連接的一例的俯視圖；圖4是表示第一實施例的第一變形例的放大縱剖面圖；圖5是表示第一實施例的第二變形例的放大縱剖面圖；圖6是表示本發(fā)明的等離子體處理裝置的第二實施例的放大縱剖面圖。圖7是表示本發(fā)明的等離子體處理裝置的第三實施例的放大縱剖面圖；圖8是表示本發(fā)明的等離子體處理裝置的第四實施例的放大縱剖面圖；圖9是表示本發(fā)明的等離子體處理裝置的放大縱剖面圖(a)及該實施例中使用的高頻天線41的俯視圖(b)；圖10是表示本發(fā)明的等離子體處理裝置的第六實施例的放大縱剖面圖；圖11是表示本發(fā)明的等離子體處理裝置的第七實施例的放大縱剖面圖(a)，及表示法拉第電極51及法拉第電極51的周邊的構成的俯視圖(b)。
具體實施例方式下面，利用圖1 圖11，說明本發(fā)明的等離子體處理裝置的實施例。實施例1圖1 (a)為第一實施例的等離子體處理裝置10的縱剖面圖。等離子體處理裝置10 具有真空容器11 ；基體保持部12，其配置于真空容器的內部空間112 ；氣體排出口 13及氣體導入口 14，其設置于真空容器11的側壁上；空洞(天線配置部)113，其設置于真空容器 11的上壁111的外面IllA和內面IllB之間；分隔件(隔板)16，其將空洞113和真空容器的內部空間112隔開；高頻天線單元20，其從外面IllA側安裝于空洞113。分隔件16為電介質制，作為其材料能夠使用氧化物、氮化物、碳化物、氟化物等。 在這些材料中，能夠適當使用石英、氧化鋁、氧化鋯、氧化釔、氮化硅或碳化硅。在空洞113的內周面的下端形成有向內側突出的臺階111C，在該臺階IllC上以裝載的方式安裝有分隔件16的外周緣。另外，在蓋23的下面，以從真空容器11的外側與空洞113嵌合的方式設置有凸部。氣體排出口 13與真空泵連接，真空容器的內部空間112的空氣及水蒸氣等通過真空泵從氣體排出口 13排出，而使真空容器的內部空間112成為高真空狀態(tài)。氣體導入口 14 用于向真空容器的內部空間112導入氫氣等等離子體生成氣體及制膜原料的氣體。基體保持部12要保持的基體S從設置于真空容器11的側壁的基體搬入搬出口 15搬入真空容器的內部空間112、或從真空容器的內部空間搬出?；w搬入搬出口 15除基體S搬入搬出時以外被氣密性地封閉。其次，對高頻天線單元20進行說明。圖1 (b)為包括高頻天線單元20的空洞113 及其周邊的縱剖面圖。高頻天線單元20由以從真空容器11的外側堵塞空洞113的方式設置的金屬(例如，不銹鋼)制的蓋23和高頻天線21構成。高頻天線21配置于空洞113內，兩端經由饋孔M安裝于蓋23上。這樣，高頻天線21被安裝于蓋23上，因此，通過蓋23的裝卸，高頻天線21能夠容易地從等離子體處理裝置上裝卸。另外，高頻天線21由導電制的管形成，能夠使冷卻水等制冷劑在管內流動。高頻天線21的一端和高頻電源連接，另一端接地。接著，說明高頻天線21的形狀。如圖2所示，高頻天線21具有將兩根U字形管以使彼此的兩端相對的方式與分隔件16平行地配置的第一 U字部212A及第二 U字部212B， 且具有由直線狀的連接部212C連接第一 U字部212A的一端212A1和第二 U字部212B的一端212B1的結構。而且，第一 U字部212A的另一端212A2和第二 U字部212B的另一端 212B2向上方彎曲而被安裝于蓋23。在蓋23設置有用于將空洞113內排氣而使其成真空的空洞排氣口 25。另外，高頻天線21和饋孔24之間、饋孔24和蓋23之間、蓋23和上壁111之間及分隔件16和上壁 111之間，通過真空密封進行密閉。通過這些空洞排氣口 25及真空密封，空洞113內被保持
在高真空狀態(tài)。接著，利用圖3說明連接高頻天線21和高頻電源的構成之一例。圖3為本實施方式的等離子體處理裝置10的俯視圖。在本實施方式中，使用在八個空洞113內按各自一個所收容的、共計八個的高頻天線21。這八個高頻天線21按各組四個的方式被分成兩組，且每組連接一個高頻電源。在各高頻天線21的供電側端部211連接四根從供電點31向四個方向延伸的供電棒32，該供電點31連接有高頻電源。以使制膜物質堆積在基體S上的情況為例，說明本實施例的等離子體處理裝置10 的動作。首先，將基體S從基體搬入搬出口 15搬入真空容器的內部空間112，放置于基體保持部12上。然后，閉鎖基體搬入搬出口 15，使用真空泵從氣體排出口 13排出真空容器的內部空間112的空氣及水蒸氣等，并且通過從空洞排氣口 25排出空洞113內的空氣及水蒸氣等，而使真空容器的內部空間112及空洞113形成真空。接著，從氣體導入口 14導入等離子體生成用氣體及制膜原料氣體。然后，一邊使制冷劑在高頻天線21的管內流動制冷劑， 一邊向高頻天線21投入高頻電力。通過該高頻電力的投入，在高頻天線21的周圍生成高頻感應電場。該高頻感應電場經過電介質制的分隔件16被導入真空容器的內部空間112， 將等離子體生成用氣體電離。由此，生成等離子體。與等離子體生成用氣體一起被導入真空容器的內部空間112的制膜原料氣體，被等離子體分解而堆積在基體S上。在本實施方式的等離子體處理裝置10中，由于將高頻天線21配置于在真空容器的上壁111的外面IllA和內面IllB之間所設置的空洞113上，因此，與外部天線方式的情況相比，能夠在真空容器11的內部空間112生成更強的高頻感應電場。另外，由分隔件16 將配置了高頻天線21的空洞113和生成等離子體的真空容器的內部空間112分離，因此能夠防止等離子體腐蝕高頻天線21而縮短高頻天線21的壽命的問題、或高頻天線21的材料作為雜質混入薄膜或被處理基體的問題及產生顆粒的問題。此外，由于將配置高頻天線21 的空洞113保持為高真空狀態(tài)，因此能夠防止在空洞113中產生不必要的放電。
另外，在本實施例中，在高頻天線21的第一 U字部212A中，從一端212A1向U字的底部流動的電流所形成的磁場和從U字的底部向另一端212A2流動的電流所形成的磁場具有以同相位振動的上下方向成分。在第二 U字部212B中也形成具有同樣的上下成分的磁場。由此，與使用一根直線狀高頻天線的情況相比，能夠增大天線下方的磁場的上下方向成分。因此，與使用一根直線狀的高頻天線的情況相比較，在高頻電力的強度或等離子體生成氣體的壓力相同的情況下，能夠進一步提高等離子體密度；或者在以相同密度得到等離子體的情況下，能夠進一步降低高頻電力的強或等離子體生成氣體的壓力。接著，利用圖4對第一實施例的變形例1進行說明。在本變形例中，沒有上壁111 的臺階111C，以從真空容器的內部空間112側覆蓋空洞113的方式設置有分隔件16A。由此，能夠使空洞113在真空容器的內部空間112側擴大，使高頻天線21的位置接近真空容器的內部空間112。其它的構成與上述實施方式相同。然后，利用圖5對第一實施例的變形例2進行說明。在本變形例中，通過從上壁 111的下面不貫通上壁111地設置孔，而形成空洞113A。因而，在空洞113A的上方按原樣剩余上壁111的一部分。在剩余有其上壁111的部分上經由饋孔安裝有高頻天線21、并且安裝有空洞真空排氣口 25C。分隔件16A的構成與第一變形例相同。實施例2接著，利用圖6對第二實施例的等離子體處理裝置進行說明。在本實施例中，代替第一實施例中的空洞排氣口 25，在高頻天線單元20A的蓋23設置有空洞惰性氣體導入口 25A及空洞氣體排氣口 25B。通過從空洞惰性氣體導入口 25A導入氬氣或氮氣等惰性氣體， 將空洞113內的空氣及水蒸氣由惰性氣體置換并從空洞氣體排氣口 25B排出，使空洞113 內充滿惰性氣體。由此，與對空洞113內進行真空排氣的情況同樣地，能夠防止不必要的放電。其它的構成與第一實施例相同。實施例3接著，利用圖7對第三實施例的等離子體處理裝置進行說明。在本實施例中，空洞 113內由電介質部件27充滿。電介質部件27的材料能夠使用聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)及其他樹脂；氧化鋁、二氧化硅及其他陶瓷等。電介質部件27的底部具有分隔件的作用。高頻天線21與上述實施方式相同，為U字形，不使用饋孔而被直接固定于蓋23。 通過這樣將高頻天線21固定于蓋23上，在相對于真空容器11裝卸蓋23時，相對于真空容器11，也可裝卸高頻天線21及處于高頻天線21周圍的電介質部件27。因而，可以說在本實施方式中，高頻天線21、蓋23及電介質部件27構成一組高頻天線單元20B。在第三實施例中，由于空洞113內由電介質部件27充滿，從而能夠防止在高頻天線21附近產生不必要的放電。也可以代替電介質部件27，在空洞113內填充電介質粉末。這種情況下，為了不使粉末從空洞113漏出而將空洞113密閉。實施例4 至此已表示了高頻天線21配置在空洞113內的例子，但是，如圖8所示，不使用空洞，而將高頻天線21埋入外面IllA和內面IllB之間的位置(天線配置部113B)也可。這種情況下，為了將高頻天線21和上壁111電絕緣、并且防止在高頻天線21附近產生不必要的放電，在兩者之間插入電介質、或將上壁111自身設定為電介質制。在后者的情況下，可以將上壁111整體設定為電介質制，但是，僅將上壁111中高頻天線21的附近設定為電介質制的情況能夠抑制成本。電介質的材料能夠使用與上述電介質部件27相同的材料。另外，通過將上壁111中處于高頻天線21和真空容器的內部空間112之間的部分設定為電介質制，就能夠構成分隔件16B。實施例5利用圖9表示使用與至此已表示的實施例的高頻天線的形狀不同的高頻天線的例子。如圖9(b)的俯視圖所示，本實施例中的高頻天線41為一根導電管在與分隔件16平行的面內被成形為螺旋狀的高頻天線。除此之外的構成與第一實施例相同。通過將高頻天線41制成這樣的形狀，能夠形成與使用直線狀或U字形的高頻天線的情況相比遍及范圍更廣的磁場。實施例6至此已表示了在一個天線配置部(空洞)只設置一個高頻天線的例子，但是在一個天線配置部也可以設置兩個以上的高頻天線。在如圖10的俯視圖所示的例子中，在空洞 113內設置有兩個第一實施例中的高頻天線21 (第一高頻天線21A、第二高頻天線21B)。第一高頻天線21A和第二高頻天線21B，以第一 U字部212A及第二 U字部212B距分隔件16 的距離相同、且連接部212C相互平行的方式配置。實施例7利用圖11說明本發(fā)明的等離子體處理裝置的第七實施例。本實施例的等離子體處理裝置是在第一實施例的等離子體處理裝置10中，將法拉第屏蔽體51放置在分隔件16 的上方(和高頻天線21之間)的等離子體處理裝置。法拉第屏蔽體51與金屬制的上壁 111電連接、且經由該上壁111被接地。利用法拉第屏蔽體51能夠切斷由高頻天線21的導體和等離子體之間的自偏置所產生的直流電場，抑制生成于內部空間112的等離子體向分隔件16入射，因此，能夠延長分隔件16的壽命。在法拉第屏蔽體51和高頻天線21之間， 為了防止在兩者之間產生放電而插入電介質制的絕緣部件52。另外，法拉第屏蔽體51的下面的大致整體與分隔件16熱接觸，并且，端部與上壁 111熱接觸。因此，接受等離子體的能量而被加熱的分隔件16的熱，通過法拉第屏蔽體51 被放出至上壁111。由此，抑制分隔件16的溫度上升，因此，能夠抑制熱導致的分隔件16的老化。另外，為了進一步提高該效果，也可以用制冷劑對法拉第屏蔽體51進行冷卻、或與法拉第屏蔽體51分體地設置冷卻管等溫度上升抑制裝置。[其它實施例]在上述各實施例中，設定高頻天線21的個數為八個，但其個數能夠根據真空容器的容量等決定。真空容器的容量較小時，可以只設置一個高頻天線21。另外，在上述實施例中，將高頻天線單元20設置于真空容器的上壁，但是也可以設置于側壁等除上壁以外的壁上。符號說明10…等離子體處理裝置11…真空容器111…真空容器的上壁11IA…真空容器的上壁的外面
IllB…真空容器的上壁的內面IllC…設置于真空容器的上壁的臺階112…真空容器的內部空間113、113A…空洞(天線配置部)11 …天線配置部12…基體保持部13…氣體排出口14…氣體導入口15…基體搬入搬出口16、16A、16B…分隔件(隔板)20、20A、20B...高頻天線單元21、41…高頻天線211…供電側端部21A…第一高頻天線21B…第二高頻天線212A...第一 U 字部212B…第二 U字部2120.連接部23 …蓋M…饋孔25、25C…空洞真空排氣口25A…空洞惰性氣體導入口25B…空洞氣體排氣口27…電介質部件31…供電點32…供電棒51…法拉第屏蔽體52…絕緣部件S...基體
權利要求
1.一種等離子體處理裝置，其特征在于，具備a)真空容器；b)天線配置部，其設置于所述真空容器的壁的內面和外面之間、且是設置于該內面和外面之間的空洞；c)高頻天線，其配置于所述天線配置部；d)電介質制的分隔件，其將所述天線配置部和所述真空容器的內部隔開；e)蓋，其設置于所述天線配置部的所述外面?zhèn)取?br> 2.如權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于， 所述高頻天線被安裝于所述蓋。
3.一種等離子體處理裝置，其特征在于，具備a)真空容器；b)天線配置部，其設置于所述真空容器的壁的內面和外面之間；c)高頻天線，其配置于所述天線配置部；d)電介質制的分隔件，其將所述天線配置部和所述真空容器的內部隔開。
4.如權利要求3所述的等離子體處理裝置，其特征在于， 所述天線配置部為設置于所述內面和所述外面之間的空洞。
5.如權利要求1、2、4中的任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于， 所述空洞被密閉。
6.如權利要求5所述的等離子體處理裝置，其特征在于， 所述空洞內為真空。
7.如權利要求5所述的等離子體處理裝置，其特征在于， 所述空洞內由惰性氣體充滿。
8.如權利要求4或5所述的等離子體處理裝置，其特征在于， 所述空洞內由固體電介質充滿。
9.如權利要求3所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述壁的至少一部分由固體電介質構成，所述高頻天線埋入該電介質內。
10.如權利要求1 9中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于， 在一個天線配置部內設置有多個所述高頻天線。
11.如權利要求1 10中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于， 在所述高頻天線和所述分隔件之間設置有接地電極。
12.如權利要求11所述的等離子體處理裝置，其特征在于，在所述高頻天線和所述接地電極之間插入有電介質制的絕緣部件。
13.如權利要求11或12所述的等離子體處理裝置，其特征在于， 所述接地電極為法拉第屏蔽體。
14.如權利要求11 13中的任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于， 通過使所述接地電極和所述分隔件接觸，抑制該分隔件的溫度上升。
15.如權利要求1 13中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于， 在所述分隔件設置有溫度上升抑制機構。
16.如權利要求1 15中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述分隔件的材料為氧化物、氮化物、碳化物或氟化物。
17.如權利要求16所述的等離子體處理裝置，其特征在于， 所述分隔件的材料為石英、氧化鋁、氧化鋯、氧化釔、氮化硅或碳化硅。
18.如權利要求1 17中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于， 具備多個所述天線配置部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種等離子體處理裝置，其能夠在真空容器內形成強的感應電磁場，且能夠防止天線導體的濺射或溫度上升及顆粒的產生。本發(fā)明的等離子體處理裝置(10)具備真空容器(11)；高頻天線(21)，其配置于所述真空容器(11)的壁的內面(111A)和外面(111B)之間；電介質制成的分隔件(16)，其將所述高頻天線(21)和所述真空容器(11)的內部加以隔開。由此，與外部天線方式相比，能夠在真空容器(11)內形成強感應電磁場。另外，利用分隔件(16)能夠抑制由真空容器(11)內生成的等離子體引起的高頻天線(21)被濺射或高頻天線(21)的溫度上升及顆粒產生。
文檔編號H01L21/205GK102349356SQ201080011018
公開日2012年2月8日 申請日期2010年3月10日 優(yōu)先權日2009年3月11日
發(fā)明者江部明憲, 節(jié)原裕一 申請人:Emd株式會社