等离子体产生用的天线及具备该天线的等离子体处理装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种天线W及等离子体处理装置，所述天线用于使高频电流流经而使 真空容器内产生电感禪合型等离子体，所述等离子体处理装置通过使高频电流流经配置在 真空容器内的天线而使真空容器内产生感应电场W生成电感禪合型等离子体，并使用该等 离子体来对基板实施处理。另外，本申请中，离子（ion)是指正离子。而且，对基板实施的处 理例如是借助等离子体化学气相沉积烟lemical Vapor D巧osition，CVD)法等的膜形成、 蚀刻（etching)、灰化（ashing)、瓣锻（sputtering)等。
【背景技术】
[0002] W往，提出有一种天线W及具备该天线的等离子体处理装置，其是用于使高频电 流流经天线，并利用由此产生的感应电场来使真空容器内产生电感禪合型等离子体（简称 ICP (Inductively Coupled Plasma))。
[0003] 此种等离子体处理装置中，若为了应对大型基板等而加长天线，则该天线的阻抗 (impedance)将变大，由此会在天线的两端间产生大的电位差。其结果，存在下述问题：受 到该大的电位差影响，等离子体的密度分布、电位分布、电子溫度分布等的等离子体的均匀 性将变差，甚而基板处理的均匀性将变差。而且，还存在下述问题：若天线的阻抗变大，将难 W使高频电流流经天线。
[0004] 为了解决此类问题等，提出有若干种将天线与电容器串联连接的结构的等离子体 处理装置。
[0005] 例如，专利文献1中提出了一种具有外部天线（即配置在真空容器外部的天线，W 下同样）的等离子体处理装置，该装置中，将构成环（loop)状天线的多个直线导体排列配 置在构成真空容器的一部分的介电体窗的上部（外部），且将电容器串联连接于该环状天 线的远离介电体窗的返回导体。
[0006] 专利文献2中记载了一种具有内部天线（即配置在真空容器内的天线，W下同样） 的等离子体处理装置，该装置中，将多根使天线导体穿过绝缘管内而构成的直线状的天线 排列配置在真空容器内，且利用设置在真空容器外的电容器将各天线间串联连接。
[0007] 专利文献3中记载了一种具有内部天线的等离子体处理装置，该装置中，在其中 一个主面位于真空容器内的平面状天线（平面导体）的该主面上，形成1条W上的沿着与 高频电流的流动方向交叉的方向延伸的槽，W将该主面分割成多个区域，且在各槽内分别 设置电容器，W将平面状天线的各区域与各电容器彼此电性串联连接。
[0008] 现有技术文献 [000引专利文献
[0010] 专利文献1 :日本专利特表2002-510841号公报（段落0014、段落0028、图3、图 10)
[0011] 专利文献2 :日本专利特开平11-317299号公报（段落0044、段落0109、图1、图 12、图 22)
[0012] 专利文献3 :日本专利特开2012-133899号公报（段落0006、图1、图2)
【发明内容】
[0013] [发明所要解决的问题]
[0014] 所述专利文献1所记载的技术采用了将天线导体与电容器串联连接的结构，因此 尽管能够使因电位反转引起的环状天线整体的两端间的电位差降低，但由于与等离子体产 生直接相关的、接近介电体窗的导体为直线状导体，因此若为了应对基板的大型化等而加 长该直线状导体，则伴随于此，各直线状导体的阻抗将增加。其结果，在接近介电体窗的各 直线状导体的两端间产生的电位差将变大，从而导致等离子体的均匀性下降。而且，伴随各 直线状导体的阻抗增加，高频电流变得难W流动，从而无法有效率地获得电感禪合状态。
[0015] 进而，由于为外部天线且为通过介电体窗的电感禪合，因此，因介电体窗材的厚 度，距等离子体空间的距离远，与内部天线相比，等离子体生成的效率下降。
[0016] 所述专利文献2所记载的技术中，若为了应对基板的大型化等而加长各天线，贝U 伴随于此，各天线的阻抗将增加。其结果，在各天线的两端间产生的电位差变大，从而导致 等离子体的均匀性下降。而且，伴随各天线的阻抗增加，高频电流变得难W流动，从而无法 有效率地获得电感禪合状态。
[0017] 所述专利文献3所记载的技术具有下述优点，即，由于为内部天线，因此与外部天 线相比，等离子体生成的效率高，且由于在平面状天线的真空容器内侧的主面上所设置的1 条W上的槽内分别设置有电容器，因此即使为了应对基板的大型化等而加长平面状天线， 也能够将其两端间产生的电位差抑制得较小，尽管如此，但平面状天线容易在其平面内具 备二维方向的电位分布，从而产生与此相当的等离子体分布，且该等离子体分布容易被转 印到基板表面的膜上，因此，从改善此点的观点考虑，天线导体优选为管状导体。然而，在将 天线导体设为管状导体的情况下，无法适用专利文献3中记载的在平面状天线的槽内设置 电容器的技术。必须对电容器周边进行新的设计。
[0018] 而且，所述专利文献3所记载的技术具有下述优点，即，由于为内部天线，因此与 外部天线相比，等离子体生成的效率高，且由于在平面状天线的真空容器内侧的主面上所 设置的1条W上的槽内分别设置有电容器，因此即使为了应对基板的大型化等而加长平面 状天线，也能够将其两端间产生的电位差抑制得较小，尽管如此，但存在下述问题，即：与管 状的天线相比，平面状天线容易在其平面内具备二维方向的电位分布，从而产生与此相当 的等离子体分布，且该等离子体分布容易被转印到基板表面的膜上。
[0019] 因此，本发明的一个目的在于提供一种天线，该天线是配置在真空容器内W用于 产生电感禪合型等离子体的天线，对于天线导体使用金属管，并且即使在加长天线的情况 下，也能够抑制其阻抗的增大。而且，因此，本发明的另一目的在于提供一种等离子体处理 装置，该等离子体处理装置是通过使高频电流流经配置在真空容器内的天线而使真空容器 内生成电感禪合型等离子体的装置，对于天线导体使用金属管，并且即使在加长天线的情 况下，也能够抑制其阻抗的增大。
[0020] [解决问题的技术手段]
[0021] 本发明的天线之一配置在真空容器内，且用于使高频电流流经而使所述真空容器 内产生电感禪合型等离子体，所述天线的特征在于包括：绝缘管；W及中空的天线本体，配 置于所述绝缘管中，且内部流经有冷却水，所述天线本体（a)采用使中空绝缘体介隔在相 邻的金属管间而将多个金属管串联连接的结构，各连接部具有相对于真空及所述冷却水的 密封功能。
[0022] 所述天线的特征在于，化）还具有与所述中空绝缘体两侧的所述金属管电性串联 地相连的电容器，所述中空绝缘体及所述电容器被配置在所述真空容器内，若将所述中空 绝缘体的其中一个端部与所述金属管的连接部称作第1连接部，另一端部与所述金属管的 连接部称作第2连接部，则所述电容器（a)兼用所述第1连接部侧的所述金属管的一部分 来作为所述电容器的第1电极，且包括：化）介电体，设置在从所述第1连接部侧的所述金 属管的外周部直到所述中空绝缘体的外周部的区域内；W及（C)第2电极，所述第2电极是 设置在从所述介电体的外周部直到所述第2连接部侧的所述金属管的外周部的区域内，并 与所述第2连接部侧的金属管电连接的电极，且具有介隔所述介电体而重叠于所述第1连 接部侧的所述金属管的区域。
[0023] 所述天线的特征在于，化）还具有配置在各所述中空绝缘体外周部的层状的电容 器，并采用将各中空绝缘体两侧的所述金属管与所述电容器电性串联连接的结构，各所述 电容器具有：(a)第1电极，所述第1电极是配置在所述中空绝缘体的外周部的电极，且与 连接于所述中空绝缘体的其中一侧的所述金属管电连接；化）第2电极，所述第2电极是W 与所述第1电极重叠的方式配置在所述中空绝缘体的外周部的电极，且与连接于所述中空 绝缘体的另一侧的所述金属管电连接；W及（C)介电体，配置在所述第1电极及第2电极 间。
[0024] 本发明的等离子体处理装置之一通过使高频电流流经配置在真空容器内的天线 而使所述真空容器内产生感应电场W产生电感禪合型等离子体，并使用所述等离子体来对 基板实施处理，所述等离子体处理装置的特征在于，所述天线包括：绝缘管；W及中空的天 线本体，配置在所述绝缘管中，且内部流经有冷却水，所述天线本体（a)采用使中空绝缘体 介隔在相邻的金属管间而将多个金属管串联连接的结构，所述连接部具有相对于真空及所 述冷却水的密封功能。
[0025] 所述等离子体处理装置的特征在于，化）还具有设置在所述中空绝缘体的部分的 电容器，并采用将所述中空绝缘体两侧的所述金属管与所述电容器电性串联连接的结构， 所述中空绝缘体及所述电容器被配置在所述真空容器内，所述等离子体处理装置还包括高 频电源，所述高频电源连接于所述天线本体的其中一个端部即供电端部，W对所述天线本 体供给所述高频电流，且将所述天线本体的另一端部即末端部经由线圈而接地。
【附图说明】
[0026] 图1是表示具备本发明的一实施方式的天线的等离子体处理装置的一例的概略 纵剖面图。
[0027] 图2是将图1中的天线的电容器周边的一例放大表示的概略剖面图。
[0028] 图3是将天线的电容器形成时所用的薄膜状的介电体及电极的一例展开表示的 平面图。
[0029] 图4是将天线的中空绝缘体周边的另一例放大表示的概略剖面图。
[0030] 图5 (A)、图5度）是表示图1所示的天线的等效电路（A)及满足串联共振条件时的 电位分布度）的一例的图。
[0031] 图6是表示本发明的另一实施方式的天线的电容器周边的一例的概略剖面图。
[0032] 图7是表示本发明的另一实施方式的天线的电容器周边的另一例的概略剖面图， 绝缘管的图示已省略。
[0033] 图8是表示带金属膜的介电体片材的一例的平面图。
[0034] 图9是表示本发明的另一实施方式的天线的电容器周边的又一例的概略剖面图， 绝缘管的图示已省略。
[0035] 图10是沿着图9中的线D-D的放大剖面图。
[0036] 图11是表示具有多根直线状天线的等离子体处理装置的一例的概略横剖面图。
[0037] 图12是表示本发明的等离子体处理装置的另一实施方式的概略纵剖面图。
[0038] 图13 (A)、图13做是表示1根天线周边的等效电路（A)及电位分布做的示例的 图。
[0039] 图14是将感应性天线的末端部经由线圈而接地时的天线的电位分布的示例简化 表示的概略图。
[0040] 图15是将感应性天线的末端部经由电容器而接地时的天线的电位分布的示例简 化表示的概略图。
[0041] 图16是表示具有多根直线状天线的等离子体处理装置的另一实施方式的概略横 剖面图。
[0042] 图17是表示具有多根直线状天线的等离子体处理装置的另一实施方式的概略横 剖面图。
[0043] 图18是表示具有多根直线状天线的等离子体处理装置的又一实施方式的概略横 剖面图。
[0044] 图19 (A)、图19做是表示将图17中的天线沿着线D-D简化表示的概略剖面图（A) 及此时的基板附近的等离子体密度分布的概略例度）的图。
[0045] 图20是表示对于有无末端部线圈的情况，对天线的端部电压进行测定的实验结 果的一例的概略图。
[0046] 图21是表示对于有无末端部线圈的情况，对借助等离子体CVD法的基板上的成膜 速度进行测定的实验结果的一例的概略图。
【具体实施方式】
[0047] (1)在天线等的一实施方式图1中，表示了具备本发明的一实施方式的天线的等 离子体处理装置的一例，图2放大表示图1中的天线的电容器周边的一例。
[0048] 该等离子体处理装置具备：真空容器2,经真空排气且导入有气体8 ;天线20,配置 在该真空容器2内，用于使高频电流V流经W使真空容器2内产生电感禪合型等离子体16; W及高频电源56,使高频电流Ik流经该天线20,且该等离子体处理装置使用所产生的等离 子体16来对基板10实施处理。
[0049] 基板10例如是液晶显示器（display)或有机电致发光巧lectroluminescence， EL)显示器等平板显示器（Flat Panel Display, FPD)用的基板、柔性显示器（flexible display)用的柔性基板等，但并不限于此。
[0050] 对基板10实施的处理例如是借助等离子体CVD法等的膜形成、蚀刻、灰化、瓣锻 等。
[0051] 该等离子体处理装置在借助等离子体CVD法来进行膜形成的情况下也被称作等 离子体CVD装置，在进行蚀刻的情况下也被称作等离子体蚀刻装置，在进行灰化的情况下 也被称作等离子体灰化装置，在进行瓣锻的情况下也被称作等离子体瓣锻装置。
[005引真空容器2例如是金属制的容器，其内部经真空排气装置4而被真空排气。真空 容器2在本例中电性接地。
[0053] 在真空容器2内，例如经由流量调节器（图示省略）及气体导入管6而导入有气 体8。气体8只要与对基板10实施的处理内容相对应即可。例如，在借助等离子体CVD来 对基板10进行膜形成的情况下，气体8是W稀释气体（例如&)来将原料气体稀释所得的 气体。若举更具体的示例，在原料气体为SiH4的情况下，可在基板10的表面形成Si膜，在 原料气体为SiH4+NH3的情况下，可在基板10的表面形成SiN膜，在原料气体为SiH 4+化的情 况下，可在基板10的表面形成Si〇2膜。
[0054] 在真空容器2内，设置有保持基板10的基板支架化older) 12。也可如本例般，从 偏压化ias)电源14对基板支架12施加偏电压。偏电压例如为负的直流电压、负的脉冲 (pulse)电压等，但并不限于此。利用此种偏电压，例如对等离子体16中的正离子入射至 基板10时的能量（energy)进行控制，从而能够对形成在基板10表面的膜的结晶度进行控 审IJ。也可如本例般，在基板支架12内设置有对基板10进行加热的加热器化eater) 13。
[00巧]天线20在本例中为直线状的天线，W沿着基板10的表面的方式（例如，与基板10 的表面实质上平行地）配置在真空容器2内的上部附近。配置在真空容器2内的天线20 既可为一根，也可为多根。后文将参照图11来说明设为多根时的一例