专利名称：等离子体生成装置、等离子体控制方法和基板制造方法
技术领域：
本发明涉及一种等离子体生成装置，用于使用等离子体、对被处理基板的表 面进行堆积处理或蚀刻处理而制造半导体^ 。尤其是涉及一种M使等离子 ltt大面积中均匀产生、来制造大面积 的技术。
背景技术：
近年来，能比使用非晶硅膜的TFT(薄膜晶体管)-LCD显示更高亮度图像的多 晶硅TFT-LCD引人注目。多晶硅TFT-LCD首先制造在玻璃^i:形成有多晶硅薄 膜的多晶硅繊。将该多晶硅繊区分成多个二维排歹啲象素区域，在各象素区 域中形成薄膜晶体管(TFT)，构成LCD用凝反。为了制造大面积的多晶硅TFT-LCD， 需要具有高品质、特别是高的平坦性的多晶硅基板。多晶硅基板作为高效率的太阳电池用基板也引人注目，随着需求及应用的扩 大，要求其大面积化。另外，即便就一般的半导{機件用 而言，舰单晶尺 寸的大面积半导傳器件用,也必须^ffl堆积形成的基板。为了制造在这^^页域中4顿的繊，实行i顿等离子体的处理。在^顿等离 子体的处理中，包含使 的原料堆积于构,底的被处理 表面上的处理、 和蚀刻被处理 表面的处理等。随着 的大型化，实行等离子体处理的， 也需要大型化，但这时的最大问题在于等离子体处理的不均匀性。为了消除该问 题，需要尽可能使等离子体密度在齡鎌表面中变均匀。另一方面，从生产性 的观点看，要求提高等离子体密度，由此提高堆积，或 1」速率。在生成等离子体的方法中，有ECR(电子回旋加速麟振)等离子体方式、微 波等离子体方式、感应耦合型等离子体方式、电容耦合型等离子体方式等。其中， 感应耦合型等离子体方式向构成^^的感应线圈施加高频电压，并在等离子体生 成装置内部生成感应电磁场，并由此生成等离子体。根据该构成，可生成作为要 求所述等离子体装置的要件之一的高密度等离子体。另一方面，因为等离子体密 度取决于距天线的距离，所以就作为所述再一要件的等离子体密度的均匀性而言，通过加工天线的形状或位置等构成来实现提高。例如，在特开2000-58297 号公报(下面设为'专利文献r )中，记载了从设置在等离子体生成室的天井外 侧之平板状线圈导入高频，使等离子体密度的均匀性提高。就这种构成而言，若实现基板的大面积化，则为了确保等离子体生成室天井 的机械 ，，必需使天井的,够厚。但是，在专利文献l的装置中，由于在等 离子体生成室的夕卜侧配置天线，所以壁使得从天线鹏if的感应电磁场衰减，难以 充分得到等离子体生成室内的感应电磁场的强度。即，在专利文献l中记载的方 法中，尽管就等离子体密度的均匀性而言看到一定的提高，但难以充分提高等离 子体密度。相反，本申请发明人在特开2001-35697号公报('专利文献2')中，提议 将高频天线设置在等离子体生成室内部，设置多个天线，以及使用非盘旋形状的 天线。根据该构成，因为等离子体生成室的壁不构成障碍，所以感应电磁场不衰减 地被放射到等离子体生成室内，可充分提高等离子体密度。另外，因为从均等配 置的多个天线方謝感应电磁场，所以其均匀性提高，由此，可使等离子体密度的 均匀性提高。再者，虽然内部天线在施加大的电压时容易产生异常放电，但ilil 设置多个天线，各个天线的P鹏变小，不会产生异常放电。〗顿非盘旋形状的天 线也可有助于减小天线的阻抗，抑制异常放电。MS些效果，可对大面积的被 处理織实行堆积处理或蚀刻处理。下面，将专利文献2中记载的设置多个天线 的构成称为'多天线方式'。今后为了处理更大面积的基板，要求在充分确保等离子体密度强度的同时， 生成均匀性更高的等离子微态。为此，即{1^述多天线方式也需^5开究各^^ 的形状、位置等或天线间的^^系等、当前未考虑的参数。另外，若形成从天线放 射的感应电磁场的驻波，贝岫此损害等离子体的均匀性。并且，由于感应电磁场 的强度取决于距高频天线的距离，所以郎便4OT多天线方式，基板中央附近的等 离子体密度也比凝砂卜缘部附近的低。在鎌面积小的情况下，鎌中央附近与 繊外缘部附近的等离子体密度之差在允许范围内，但若繊面积变大，贝i膝差 不能忽视。另外，t够蜮堆积速度等因离子种或自由凝中的不同而不同，所以还 需要考虑生成的离子种或自由凝中的种类。发明内容本发明为了解决这种问题而做出，其目的在于劍共一种可在空间上均匀生成 高密度等离子体、可抑制生成的离子种或自由凝中的种^t等离子体生成装置。 为了解决上述问题而构成的本发明之等离子体生成装置的特征在于具备a) 真空容器；b) 设置在所述真空容器内、装载被处理繊的繊台；禾口C)在所述真空容器内、诚平行地排列在所述繊台上的多个高频天线。 另外，本发明的等离子体生成装置除上述构成外，还期望兼备以下(1)-(5) 中任一或多个构成。(1) 所述天线由比所述高频的1/4波长长度还短的导体构成。(2) 具有并联连接于戶腿多个天线上的板状导体。另外，向天线供电的电源 与板状导体的连接点、同各个天线与板状导体的连接点的距离比高频的1/4波长长度还短。(3) 将对应于所述基板台的目的区域之位置的天线的纵横比设定成对应于 该目的区域中的目的等离子体密度或等离子体电子能量的值。这里，附胃'纵横 比，是指用平行于内壁的方向长度除以天线垂直于内壁的方向长度后的值。(4) 大致平行于戶脱翻台湘辦列天线的电极，1组或多组邻接天线的邻 接电极彼此为同一极性。(5) 在戶/M天线上连接阻抗元件，期望该阻抗元件的阻抗是可变的。首先，说明本发明的等离子体生成装置的基本构成。本发明的等离子体生成 装置具有其内部构成等离子体生成室的真空容器。真空容器内部由真空泵来维持 在规定的真空度。在该真空容器内部设置装载被处理基板的基板台。在真空容器内设置多个高频天线。将这些天线的一个电极连接于另外设置的 电源上，另一电极接地。该天线例如可装配在真空容器的侧壁或天井壁等上。另 外，大致平行于繊台地排列这些多个纖。若从电源向这些天线提供高频功率，则从各天线方M感应电磁场，由此生成 等离子体。此时，因为在本发明的驢中大致平行于繊台地排列天线，所以各 天线距基板台的高度大致相等，在空间中集中SA来自天线的能量，所以可生成高密度等离子体。另外，通过^顿平面状的天线,在平面状的区蝶中来&A来自天线的能量， 所以与使用立体形状的天线之情况相比，可生成更高密度的等离子体。若将天线的导体配置在真空容器内，则天线表面曝露于生成的等离子体，导 体恶化。为了防止这种情况的发生，期望用绝缘体来覆盖天线表面。该S^还抑 制天线的导体与等离子体的静电耦合，由此，还具有防止异常放电或等离子体紊 乱的作用。该覆盖被详细记载于上述专利文献2中。下面，说明具有上述(l)的构成的等离子体生成装置。在该装置中，使构成 天线的导体长度比提供的高频功率的1/4波长长度还短。导体不限于线状，即便 例如是板状，只要电流流动方向的长度比高频波长的l/4还短即可。Mii构成这 种构成，可防止在导体表面产生驻波，从而可防止损害真空容器内的等离子体之 均匀性。下面，说明具有上述(2)的构成的等离子体生成装置。在上述基本构成中，将多个天线并联连接于板状导体上。经该板状导体从电源向天线劍共高频功率。为了高效向天线劍共高频功率，必需使电源与天线间的连接部之阻抗变小。Mil在该连接中i顿板状导体，充分拓宽该板状导体的宽度，可将该连接部的p鹏抑 制得小。另外，若连接部的导#^因供电而上升，则电阻增加，但Mj柳板 状导体，可高效放热，所以可抑制阻抗的上升。另外，在(2)的构成中，若在向天线供电的电源与板状导体的连接点、同各 个天线与板状导体的连接点的两连接点之间产生驻波，则M31该驻波，在电源与 板状导体的连接点处制约了&A到板状导体上的高频功率的大小。因此，M使 两连接点之间的距离比高频的1/4波长长度还短，防止在板状导体中产生驻波， 可SA规定的高频功率。另外，期望使天线导体的长度与所述两连接点间距离之 和比高频功率的1/4波长长度还短。下面，说明具有上述(3)的构成的等离子体生成装置。在该构成中，着眼于 以前未考虑的天线之纵横比。本申请发明人发现该天线指向区域(位于从天线的 装配部垂直于内壁的方向上的区敏的等离子体电子能量或等离子体密度取决于 纵横比。例如，在设施加于天线上的嵩频电压恒定的情况下，纵横比越大，则该 天线指向区域的等离子体电子能S^高。其理由如下。若增大纵横比，贝赃， 指向方向上产生的感应电场变大。因该电M而使在天线附近生成的等离子体电 子向指定方向快地加速，所以位于该方向上的区域的等离子体电子能量变高。与等离子体电子冲击后在该区域中生成的离子种或自由凝中因等离子体电 子能量大小的不同而不同。另外，蚀刻速率等因离子种或自由凝中的不同而不同。因此，ffl31将指向控制蚀刻速率等的区域(目的区敏之天线的纵横比设定成各种 值，可调节等离子体电子的能量，控制在目的区域中生成的离子种或自由凝中， 控制其中的蚀刻速率等。在具有，(3)的构成的装置中，可将真空容器内的整体电子温度保持在低的状态不变地实行电子能量的控制。因此，不会使无助于蚀刻或堆积的外皮(sheath)部分的电位上升，仅控制目的区域的电子能量。另外，舰增大纵横比，被加速的等离子体电子与未被等离子体化而残留的 原料气体分子冲击，进一步促进等离子体的生成。由此，可提高目的区域的等离 子体密度。另外，纵横比在矩形或圆形，面状天线中如上所述由用平行于内壁的方向 长度除以天线垂直于内壁的方向长度后的值来定义，但在具有立体形状的天线 中，由用平行于内壁的方向长度除以向平行于基板台的面射影的、垂直于内壁的 方向长度后的值来定义。下面，对于具有(3)的构成的装置，描,制等离子体电:f能量或等离子体 密度的实例。对应于目的区域中的等离子体电子會遣或等离子体密度等目的皿 设定指定该区域的天线的纵横比。例如，在提高真空容器内^^的等离子体密度 的情况下，只要增大，天线的纵横比即可。另外，在提高真空容器内局部区域 的等离子体电子能量或等离子体密度的情况下，使指向目的区域的天线的纵横比 比其它天线的纵横比大。另外，不仅可调整一个天线，也可调整多个天线的纵横 比。另外，为了降低真空容器内局部区域的等离子体电子能量或等离子体密度， 也可使指向该区域的天线的纵横比比其它天线的纵横比小。由此，可以较高的自 由度来控制等离子体电子能量或等离子体密度。提高真空容器内局部区域的等离子体密度的最佳实例，是用于提高现有多天 线方式的装置中等离子体密度比外缘部低的基板台中央附近区域之等离子体密度的方法。M31使指向中央附近的天线的纵横比比其它天线的纵横比大，可改善 等离子体生成室整体中等离子体密度的均匀性。这样，M^顿改善了密度均匀 性的等离子体*)(寸被处理基板实行堆积处理或蚀刻处理，可制造在大面积中均匀 性高的基板。所谓控制真空容器内局部区域的等离子体密度的方法，例如可用于对不知何 理由而产生不平坦部分的 ，控制该部分的等离子体密度、并进行修正、使堆 积速度或蚀刻鹏与其它部分的不同的情况。下面，说明具有J^(4)的构成的等离子体生成装置。与，一样，当在真 空容器内设置多个殆戈时，大致平行于凝反台并排排列天线的电极，邻接天线的 令瞎电极彼此设为同一极性。艮卩，将邻接电极都连接于高频电源上或都接地。例如，在设置多个将高频电源连接于一个电极上、将另一电极接地的天线、 以包含这些连接不变地平行移动的情况下，邻接天线的邻接电极间的极性不同。 相反，在设置多个纖以使纖自身平t滩动、高频电源和接地的连接与邻駄 线相反的情况下，邻接天线的邻接电极彼此变为相同极性。若邻接天线的邻接电极的极性不同，则当为了生成感应电磁场而向各天线施 加高频电压时，无意地向邻接电极间施加高频电压，仅该部分局部等离子体密度 变高。因此，例如鎌台中央部等、该邻接电极间以外的部位的等离子体密度变 低。相反，根据上述(4)的构成，因为设邻接天线的邻接电极彼此为相同极性， 所以在向各天线施加高频电压时，该邻接电极间也总是相等电位，不施加高频电 压。因此，在该邻接电极间不会形成局部的高等离子体密度区域，均匀化等离子 体密度。另外，由于不会使等离子体密度的均匀性恶化地变窄邻接天线间的距离， 使天线的设置密度变高，所以可作为整体使等离子体密度变高。再者，MiS当 选择使极性相同的电极，可控制等离子体密度的分布。下面，说明具有，(5)的构成的等离子体生成装置。在该构成中，在各天 线上连接用于调节天线电压或电流的阻^件。当将各，连接于高频电源时， 典型地，由于成本上的理由等，在^高频电源上并联连接多个天线，但也可在 一个天线上连接一个高频电源。在从一个高频电源向多个天线掛共高频功率的情况下，随着连接高频电源与天线的导体的皿或长度、或，分布等不同，i^共给各天线的高频功率对^h天线也不同。在戶;^接用导体是板状导体的情况下，尤其是温度分布的影响变 显著。因此，在本发明的等离子体生成體中，舰调节各p鹏元件的阻抗值， Mi共给各天线的高频功率的差变小。由此，在真空容器内生成的等离子体密度之 均匀性提高。例如，在使用戶;M板状导体将多个天线并联连接于高频电源上的情况下，由 于来自表面的放热影响，板状导体的驢在端部附近比中央pf傲低。因此，连接 于板状导体端部附近的天线与高频电源间的阻抗值比连接于中央附近的天线-高
频电源间的小。因此，增大连接于板状导体端部附近的天线上的阻抗元件的阻抗 值。由此，各天线-高频电源间的阻抗值的差变小，可正常化衝共给各天线的高 频功率。另外，在真空区域内的部分区域的等离子体密度因某种原因而上升或下降的 情况下，M31调节指向该区域的天线的阻抗元件之阻抗值，可使该区域的等离子 体密度接近其它区域的值。这不限于将多个天线并联连接于一个高频电源上的情 况，也可适用于仅将一个天线连接于一个高频电源上的情况。也可仅在部分天线上连接阻抗元件来调节该天线的电压或电流。例如，在多 个天线中的部分天线中不设置阻抗元件地始终提供最大功率，并对其它天线设置 阻抗元件，并调节其值，从而限制供电。在连接于天线上的阻抗元件中，可使用阻值固定与可变的任一种。固定阻 抗元件例如事先知道各天线与高频电源间的阻抗值，在该值中具有再现性的情况 下使用。另一方面，可变阻抗元件除上述情况外，还可用于天线-高频电源间的 阻抗值为未知的情况、因温度等条件而不同的情况、时间变化的情况等中。M31 对应于各种^#和它们的变化来调节可变阻抗元件的阻抗值，可使生成的等离子 体密度变均匀。该可变PJ^元件的阻抗值之调节期望监视真空容器内部的等离子皿态、并 反馈该状态后实行。由此，可随着板状导体的温度变化 应于等离子体密度的 时间变化。为此，期望在本发明的等离子体生成装置中还设置测定可表示等离子 体状态的参数之测定部、和根据该参数来设定各可变阻抗元件的阻抗值之控制部。虽然测定部只要直接测定等离子体密度即可，但也可以il31测定测定更容易的各天线的电流或电压来间接测定生成的等离子体密度。测定部例如如下构成。M在，附近配置拾取线圈，测定在该拾取线圈中 感应的感应电动势，可容易领U定各天线的电流。另外，M在天线附近配置电容 器，测定流出流入该电容器的电流，可容易测定各天线的电压。通过使构成， 的导体端部突出到真空容器的外部，可将拾取线圈或电容器配置在其端部附近、 即真空容器的夕卜侧。由此，可使拾取线圈或电容器不被等离子体侵嫩也测定纖 的电流或电压。因为生成的等离子体密度与SA天线的功率成正比，所以为了较正确地测定 等离子体密度，与仅测定天线的电流或电压一方相比，期望测定其双方、即SA 天线的功率。为此，只要将 ±述方法得到的天线电流的信号与天线电压的信
号相乘即可。该乘法例如可使用合成两者的信号合皿(混频器)来实行。因为信 号合成器得到的信号中包含高频分量，所以期望由低通搶波器来去除高频分量。如此得到的信号与SA天线的功率成正比。即便是以上所述的各构成任一种，也期望将多条天线各自分成由1或多个天 线构成的多个组，就各个组而言，向各个天线并^ii共高频功率。il5l设为这种 构成，与从一个高频电源向鄉天线供电相比，进一步斷氐对高频电源的负荷， 由此，可提高生成的等离子体密度。另外，因为可MJ^各构成的等离子体生成装置来实现比以前还均匀的高密度的等离子1撒态，所以舰4顿该體来实行堆积处理或蚀刻处理，可比以 前高效地制造表面平坦的基板。
图1是本发明的等离子体生成装置的第1实施例的铅直方向的截面图。图2是第1实施例的等离子体生成装置的侧面图。 图3是第1实施例的等离子体生成装置的平面图。图4是表示第1实施例的等离子体生成装置测定的、真空容器中心部的等离 子皿态的曲线。图5是表示第1实施例的等离子体生成體须i淀的、真空容器内的等离子体 密度分布的图。图6是表示具有相位调整功能的等离子体生成，实例的示意构成图。 图7是表示使高频电源间的相位差变化时的等离子体密度的变化曲线。 图8是表示天线导体的侧壁方向的长度和天线个数不同的等离子体生成装 置实例的平面图。图9是表示因天线导体的侧壁方向的长度和天线个数不同而造成的等离子 体电位和浮动电位的振幅不同之曲线。图10是本发明的等离子体生成装置的第2实施例的平面图。 图11是表^横比不同的多种天线的模式图。图12是表示第2实施例和比较例的等离子体生成装置之真空容器中央的等离子体密度的曲线。图13是表示第2实施例禾吡较例的等离子体生成體之真空容器中央的电子能量分布的曲线。 图14是表示将針織的纵横比设为不同的等离子体生成装置一例的平面图。图15是表示图14的等离子体生成装置和比较例的^g之等离子体密度分布的图。图16是本发明的等离子体生成装置的第3实施例的平面图。图17是邻接天线间的间隙和其间的输出中差的说明图。图18是表示第3实施例和比较例的等离子体生成^g之真空容器中央的等 离子体密度的曲线。图19是表示由第3实施例和比较例的等离子体生成装置生成的等离子体密 度空间分布的曲线。图20是本发明的等离子体生皿置的第4实施例的平面图。图21是表示阻抗元件一例的图。图22是第4实施例的等离子体生成装置的铅直方向的截面图。 图23是表示二极管,电路一例的图。图24是表示由第4实施例的生成装置生成的等离子体密度之空间分布的曲线。
具体实施方式
(第1实施例)分别在图1中示出本发明的等离子体生成装置的第1实施例的铅直方向的截 面图，在图2示出该装置的侧面图，在图3中示出该装置的平面图。真空容器11的内部构成该等离子体生成装置的等离子体 室。真空容器 11内部如图3所示，平面形状为矩形(长方形)，其^长度为130mm，短边长度 为lOOim。在真空容器11上连接真空泵(未图示)，将真空容器11内部维持在规 定的真空度。在真空容器11内i體用于装载被处理繊13的、微为94cm、短 边为76cm的矩形平面粒繊台14。鎌台14舰设置在其下部的升 14a 可升降。另外，在真空容器11的下侧部设置用于导出导入被处理繊13的繊 出入口 12。在真空容器ll内上部设置沿内壁在真空容器ll内zK平盘旋一周的盘旋部、 和由连接于真空容器11外部的连接部构成的气体管道15。为了向真空容器11 内均等导入气体，在该气体f^l5的盘旋部的表面适当分布配置多个孔。另外， 也可代替本实施例这种在真空容器ll内盘旋的气体管道15，设置贯穿真空容器 侧壁^/和天井壁的短的管道。此时，为了向真空容器ll内均等导入气体，期望 在侧壁^/和天井壁上适当分布配置多个魏。在真空容器ii的4 lii幢中在其水平方向上长的一方的两个面中等间隔地各设置4个高频天线16，在短的一方的两个面中等间隔地各设置3个高频天线 16(参照图3)。任一天线16距 台14的高度都为180mm。如后所述，将各天 线16的两个电极中的一个连接于高频电源18上，将另一个接地。例如，将各天 线的接地侧电极连接于真空容器11的侧壁上，Mil将该侧壁接地，可 地侧 电极接地。另外，也可在高频电源18侧的电极中插入从接地纟糊(浮动)的固定 或可变浮动电容。在本实施例中，从高频电源18皿的功率的频率为13. 56MHz。天线16的电极间导体长度为450mm，比施加于天线16上的高频波长 (10,000-15, OOOmm)的1/4还短。由此，不会产生驻波而损害等离子体的均匀性。天线16的导体中位于真空容器11内的部分之表面被绝缘体所鶴。另外， 高频天线16的形状为U字形，这样M31i顿不盘旋的織来降低天线的阻抗。 就这里所述的被绝缘体所覆盖的天线和未盘旋的天线而言，在专利文献2中详细 说明。在本实施例中，在一个高频电源18上并联连接设置在一个真空容器侧壁上 的3个或4个天线。在各天线16与高频电源18的连接中，如图2所示，使用板 状导体19。沿真空容器11的外侧壁地设置该板状导体19，板状导体19例如由 铜板构成。在经阻抗整合器17将高频电源18连接于铜板的一个点(高频供电点 20)上的同时，将天线16的一个电极(图2中的白圆)连接于铜IO:。另外，图2 中的黑圆表示接地侧的电极。连接于铜feJ:的各天线16的电极与高频供电点20 的距离比施加于天线16上的高频波长的1/4还短。舰加宽铜板的宽度，可伸 长该距离。说明本实施例的等离子体生皿置的动作。使升降部14a动作，使 台 14下降。将被处理基板13从基板出入口 12导入真空容器11内，在装载于 台14上之后，使 台14上升到规定隨。在将真空容器内舰到规定压力后， 以规定的气压将等离子体的原料气体导入气体管道15中，从4台高频电源18向 各高频天线16 Hi乓规定的高频功率。由此，舰从多个高频天线16分别生成的 感应电场，生成等离子体。下面，用实验结果来说明第1实施例的等离子体生成装置生成的等离子体密
度或等离子体电子能量。图4中表示第1实施例的等离子体生成装置生成氩(Ar)等离子体(在Ar气体 流量50ccm、气压0. 66Pa和1. 33Pa下分别测定)，并用兰米尔测量仪法测定 真空容器11的中心部(从天井壁的内侧面向铅直下侧160mm的位置)之等离子体 状态的结果。图4(a)中所示的 ，改变掛共给^天线16的高频功率的合 计值边测定等离子体电位Vp和浮动电位Vf的数据。(b)中所示的 是边改变 所述高频功率的合计值边观啶等离子体离子密度Ni 、等离子体电子密度Ne和等 离子体电子能量Te的数据。等离子体电位Vp和浮动电位Vf对应于提供的功率 之增加而减少，等离子体离子密度Ni'、等离子体电子密度Ne和等离子体电子能 量Te对应于功率的增加而增加。另外，从图4可知，M第l实施例的等离子 体生成装置，可以适合于各种等离子体加工的1X1011以上的高等离子体密度来 生成20V以下的低等离子体电位的等离子体。图5中表示测定从真空容器11内的天井壁的内侧面至铅直下侧195nirn高度 下的等离子体密度之平面分布(等离子体的均匀14)的结果。这里，通过由，尔 测量仪法得到的离子饱和电流密度 行评价。离子饱和电流密度对应于等离子 体离子密度。(a)是从设置在第1实施例的等离子体生成装置中的4个高频电源 18提供各相差1000W的功率时的测定结果。另一方面，(a)是从连接于4个天线 的高频电源18 1300W、从连接于3个纖的高频电源18劍共700W功率时的 测定结果。因此，^i乓的功率^i十在(a)、 (b)任一情况下都为4000W。 (b)的等离 子体密度之平面分布均匀性比(a)高。尤其是在图(b)中所示的格子B， 2， D， 4包围 的区域中，等离子体密度大致均匀。这样，iim^电源调^i乓纟^线的功 率，可控制等离子体密度分布。图6中表示具有X寸每个高频电源调整高频功率相位的功能之等离子体生成 装置的构成。在该装置中，^t应于各高频电源18a-18d配置的阻抗M器19 的输出侧设置波形检测器(淑目位检测激21。娜检测器21随时駄$11%妖 线16的高频功率的波形，将该波形信号^i^合相位调整器22。相位调整器22 从该波形信号中检测各高频电源18间的相位差，根据该结果，向各高频电源18 发送相位控制信号，以变为预定的相位差。各高频电源18调整高频功率的相位 后输出。图7中表示图6的等离子体生^g测定使高频电源间的相位差变化时的等 离子体密度的变4U结果。图7的纵轴是真空容器的中心附近的测定点^t等离
子体电子密度Ne。横轴表示高频电源18a-18b、 18b-18c、 18c-18d间的相位差。 从测定结果可知相《腫越大，贝'J等离子体密度越增加。认为这^ii纖间的相 位不同，在这些天线间加速电子，结果，等离子体密度增加。因为认为这种电子 加速的3M随着天线的形状或天线间距离、气压、真空容器11的尺寸等各种因 素而变化，所以适当调整相M，使等离子体密度变得最高。图8中表示第1实施例的等离子体生成装置在伸长天线导体的侧壁方向的长 度a的同时、M^、天线条数的实例。(a)中在真空容器^ii侧的内壁中各设置两 个长度a为图3的1. 56倍之天线23a，在短边侧的内壁中各设置两个长度a为图 3的1. 27倍的天线24a。 (b)中在真空容器，侧的内壁中各设置一个长度a为 图3的2. 67倍之天线23b，在短边侧的内壁中各设置一个长度a为图3的2. 20 倍的天线24b。就这些构成而言，在由于伸长天线导体的长度来使天线自身的阻 抗变大的同时，S31天线条数的减少，^i共纟^^线的高频功率变大。图9中表示图3和图8 (a) 、 (b)的，测定等离子体电位和浮动电位的振幅 之结果。越伸长天线的导体， >齡电源的天线織，浮动电位和浮动电位的 振幅变得越大。认为这是当，阻抗变高时，旨电源的天线条数变小，从而天 线的电位变高引起的。这样，等离子体电位和浮动电位的振幅变大构嗽曾大等离 子体加工中离子损坏的原因，但另一方面，在生成氢或氦等离子化能量高的气体 等离子体的情况下是有效的。(第2实施例)在第2实施例中，说明着眼于天线纵横比之等离子体生成装置的构成。 图10中示出第2实施例的平面图。该等离子体生皿置仅变更了第1实施 例的装置构成中天线26的纵横比。因此，在图10中，对与第1实施例相同的构 成要素附加与图3相同的符号。高频电源的个数皿接于各高频电源上的天线的 个数也与第1实施例相同。在本图的装置中，如图ll(a)所示，将全部天线26 的纵横比设为2(纵横=2: 1)。另外，如图ll(b)戶标，第1实施例的織16 的纵横比为l(纵横=1: 1)。设第2实施例的天线26的导体包围区域的面积S 与第1实施例的天线16的相同。下面，用实验结果来说明第2实施例的等离子体生J^S生成的等离子体密 度或等离子体电子能量。这里，为了观察纵横比的变化产生的效果，对将全部高 频天线的纵横比齐整为2 (本实施例，图11 (a)的天线)、1 (第1实施例、图11 (b)的天线)和o. 5(图ii (c)的天线)等3种等离子体生^a进行测定。纵横比为1
的高频天线的1边长度为15cm。在该实验中，向真空容器内劍共氩气，直到为 1. 33Pa的气压，向各高频天线ili共频率为13. 56MHz的高频功率，生成氩等离子 体。另外，在等离子体密度的测定中j顿，尔测量仪法。图12中表g 3种等离子体生皿置测定基板台中央正上的、与高频天线 相同高度的等离子体密度的结果。这里，纵轴是用对数刻度表示的等离子体密度， 横轴是各高频电源提供的高频功率的大小。在设高频功率相同的情况下，使用纵 横比为2的高频天线之本实施例的装置一方可得到比使用纵横比为1和0. 5的高 频天线^置还高的等离子体密度。图13中与图12 —样，表示3种装置测定基板台中央正上的等离子体电子的 能量分布的结果。设各高频电源提供的高频功率的大小为2000W。高频功率以外 的参数与图12所示的测定时的参数相同。纵轴为对数刻度。纵横比为2的装置 与纵横比为此外值的装置相比，具有10-18eV能量的等离子体电子增加。该高能 量的电子是被高频天线中产生的电位差加速后生成的电子。随着纵横比不同，该 电子被生成、飞来的方向变化。就本实施例的U字形高频天线而言，因为在高频 天线的长方向生成高能量电子，所以在纵横比为2的情况下，与纵横比为1或0. 5 的情况相比，存在更多的高能量电子。另外，图13的结果表^131改变高频天线的纵橫比，可控制等离子体中的 电子能量。由此，也可控制离子种或自由辭中等等离子体加工中重要的因子。下面，如图14的平面图所示，说明使針天线的纵横比不同的实例。在图 14所示的等离子体生成装置中，设在真空容器11的，侧侧壁中设置的4个高 频天线中的中央2个高频天线、和在短边侧侧壁中设置的3个高频天线中中央1 个高频天线(例如高频天线26a)的纵横比为2，设接近真空容器ll四角的高频天 线(例如高频天线26b)的纵横比为1。这是为了增大作为目的区域的 台中心 附近的等离子体密度，而增大指向该处的高频天线的纵横比。图15(a)中示出使用图14的ffl来测定与高频天线相同高度下的等离子体 密度的空间分布的结果。同时，作为第2实施例的比较例，在图15(b)中示出将 全部高频天线的纵横比设为1的装置实行同样测定的结果。这里，设各高频电源 提供的高频功率的大小为1000W，此外的等离子体生成^j牛与，第2实施例的 条件相同。从图15可知，在图14的装置中，中心部的等离子体密度比比较例的 高，相反，抑制外缘部的等离子体密度变高，结果，与比较例的装置相比，改善 了等离子体密度的均匀性。
(第3实施例)在第3实施例中，说明着眼于邻接天线的邻接电极彼此极性的等离子体生成 装置的构成。图16中示出第3实施例的平面图。向与第1实施例相同的构成要素附加与 图3相同的符号。高频电源的个数、或连接于各高频电源上的織的个数与第1 实施例相同。该等离子体生皿置仅变更了第1实施例的^g构成中各高频^ 16的电极极性。具体而言，在设置在同一侧壁中的3个或4 ^线构成的天线群 内，设邻接的高频天线彼此的邻接电极彼此为同一极性。例如，在天线群31a中， 将邻接的高频天线16a与高频天线16b中彼此邻接侧的电极都连接于阻抗整合器 17-高频电源18上，将高频殘16b与高频天线16c中彼此邻接侧的电极都接地。如图17(b)所示，在设邻接的高频天线彼此中彼此,侧的端子为相反极性 的情况下，在邻接天线间的间隙32中的邻接电极间产生电4腫。因此，该间隙 32中的等离子術农度比其它錢高。另外，随之而来的是其它位置的等离子微 度下降。相反，在第3实施例的装置中，舰设邻接天线彼此的邻接电极为相同 极性，不会在间隙32的邻接电极间产生电位差。因此，可防止因该间隙32中存 在端子间电位差而使等离子，度上升，防止其它部分的等离子#^度下降。下面，示出测定第3实施例的等离子体，装置生成的等离子体密度的结 果。在该实验中，向真空容器内提供氩气，直到为1. 33Pa的气压为止，向各高 频天线ilf共频率为13. 56MHz的高频功率，生成氩等离子体。其它^#在各测定 的说明时表示。另外，在等离子体密度的领啶中4顿，尔领糧仪法。图18中表示第3实施例的等离子体生成装置在与高频天线相同高度、 台中央正上测定等离子体密度的结果。该图中同时示出为了比较使邻接电极彼此 为相反极性的等离子体生成驢的测定结果。这里，纵轴是由对数刻度表示的等 离子体电子密度，横轴是各高频电源提供的高频功率的大小。在高频功率的值为 任一值的情况下，本实施例的装置tlW得到比比较例的装置高的等离子体密度。 尤其是在高频功率为1200W-2500W的情况下，本实施例的等离子体密度是比较例 的等离子体密度的约2倍。图19中示出溯i淀等离子体密度的空间分布的结果。此时的领!l定剝牛如下所 示。高频功率仅Mi共给图16所示的1组天线群31b。高频电源,的高频功率的 大小为1500W。作为等离子体密度的测定点之图19的横轴表示平行离开设置有天 线群31b的侧壁13cm的直线上的位置。从图19可知，比较例的等离子体生成装
置端部的等离子体密度比中心附近的等离子体密度低，等离子体密度的空间分布 出现偏差。相反，在本实施例的等离子体生成装置中，等离子体密度的空间分布 偏差比比较例的等离子体生皿置的少，改善等离子体密度分布的均匀性。 (第4实施例)在第4实施例中，说明将阻抗元件连接于天线上的等离子体生成装置的构成。图20中示出第4实施例的平面图。向与第1实施例相同的构成要素附加与 图3相同的符号。高频电源的个数或连接于各高频电源上的天线的个数与第1实 施例相同。该等离子体生成装置就第1实施例的装置构成而言，在各高频天线16 的一个电极与阻抗M器17之间连接卩鹏元件41。作为阻抗元件41，例如可使 用图21所示的可变阻抗线圈42。另外，可变阻抗线圈42的P鹏值之调节也可手 动进行，但在实行后述的反馈控制的情况下，期望设置驱动器43来自动实行。 另外，在本实施例中，将P鹏元件41连接于天线16的高频电源20侧的电极上， 但也可将阻抗元件41连接于接地侧的电t肚。另外，在第4实施例中，如图22的铅直方向截面图所示，设置拾取线圈44 和电容器45。因为突出到真空容器11的外部地设置高频天线16的一部分，所以 拾取线圈44和电容器45只要设置在该突出部的附近即可，以不被等离子体侵蚀。 因为拾取线圈44用于电流测定，所以也可设置在高频天线16的接地侧、至高频 电源的连接侧之一上。为了将来自拾取线圈44或电容器45的交流信号变换皿 流信号，在各拾取线圈44和电容器45上分别连接图23所示的桥接电路46。也 可4柳检波交流信号后输出直流信号的检波器来代替桥接电路。另外，设置输入 这^f言号后、输出用于设定P鹏元件41的P鹏值之信号的控第嘟47 (图20)。在本实施例的等离子体生成装置中，在例如因在铜板19中产生，分布等 原因而在等离子体密度中产生分布的情况下，Mil调节各P皿元件41的阻抗值 后将Hi共给各高频天线16的功率变为适当值，均匀化等离子体的密度。这里， 产生的等离子体密度分布中具有再现性，在/M"各阻抗元件设定的阻抗值M实 验等可知的情况下，只要4顿固定卩鹏元件即可。另外，等离子体密度分布在因 使用的气体或提供的功率等割牛不同而在相同条件下具有再现性的情况下，只要 使用可变阻抗元件来设定对应于该条件的阻抗值即可。此外，在不知道基于条件 的等离子体密度分布的差异或再现性的情况下，反馈等离子体密度分布s实行可 变阻抗元件的阻抗值调节。
如下进行所述反馈控制。将来自设置在各天线中的拾取线圈44的电流信号禾口/或来自电容器45的电压信号输入控制部47。在某K线中的这些信号之一、 或它们的积构成的功率信号为规定值以上时，即该天线周围的等离子体密度为规 定值以上时，控制部47向连接于该天线的P鹏元件41中设置的驱动器43输出 用于增大该元件的阻抗值之信号。另一方面，在天线中的电流^j言号为规定值以 下的情况下，控制部47向驱动器43输出减小阻抗值之信号。从控制部47接收 到这對言号的驱动器43将该P鹏元件的卩鹏值设定^^见定值。由此，可将该阻 抗元件周围的等离子体密度控制在规定范围内。下面，说明领啶使用本实施例的等离子体生成装置生成的等离子体密度分布 的实验。在该实验中，仅向图20中用虚线包围的3个天线A、 B、 Clli共高频功 率，用兰米尔测量仪法测定距离设置这些天线的真空容器侧面13cm的直线上的 等离子体密度分布。这里生成的等离子体是氩等离子体，在提供氩气直到为 1. 33Pa的气压后，从连接于3个天线A、 B、 C上的一个高频电源,2000W、 13. 56MHz的高频功率。 ，'M31对应于来自拾取线圈44的信号来调节阻抗元件的阻抗值，使产生流过3个天线A、 B、 C的电流大小比为l: 1.2: 1、 2: 1: 2和3: 1: 3等3种状态，对各个瞎况测定等离子体密度分布。图24中示出这些测定结果。在3个高频天线的各电流基本相等、电流比为l: 1.2: l的情况下，中央附近的等离子体密度 变高，外缘部的等离子体密度变低。相反，在增大两端的高频天线的电流后之电 流比为2: 1: 2的情况下，中央附近的等离子体密度斷氐，另一方面，外缘部的 等离子体密度上升，可知等离子体密度的均匀性改善。此外，在增大两端的高频 天线的电流后变为电流比为3: 1: 3的情况下，与电流比为l: 1.2: 1的情况相反，中央附近的等离子体密度变低。另外，使该等离子体密度分布最佳的电流比因等离子体气体的种类舰力、 高频电源的提供功率等割牛的不同而不同。因此，适当调节阻抗元件的阻抗值， 使该电流比变为适应于这些割牛的最佳值。上述各实施例中都将真空容器的平面形状设为矩形，但也可是圆形等其它形 状。另外，在战各实施例中将天线设置在真空容器的侧壁上，但也可将天线的 —部分或全部设置在真空容器的天井壁上。
权利要求
1、一种等离子体生成装置，其特征在于具备a)真空容器；b)设置在所述真空容器内、装载被处理基板的基板台；和c)在所述真空容器内、大致平行地排列在所述基板台上的多个高频天线，其中，在所述天线上连接阻抗元件。
2、 根据权利要求1戶服的等离子体生成體，其特征在于-将所述天线排列在真空容器的侧壁、或天井壁、或这两者上。
3、 根据权利要求1所述的等离子体^i装置，其特征在于 将多个天线并联连接于1个高频电源上。
4、 根据权利要求1戶皿的等离子体生成^S，其特征在于-将1个天线连接于1个高频电源上。
5、 根据权利要求1所述的等离子体生成装置，其特征在于-所述阻抗元件的阻抗是可变的。
6、 根据权利要求5戶脱的等离子体生成驢，其特征在于 戶，阻抗元件是可变阻抗线圈。
7、 根据权利要求5戶服的等离子体 體，其特征在于-具备测定各K线的电压或电流的测定部、和利用该测定部得到的电压或电流值来设定所述可变pm值的控制部。
8、 根据权禾腰求7戶腿的等离子体生成體，其特征在于-所述测定部具备配置在天线附近、检测该天线电流的拾取线圈。
9、 根据权利要求7所述的等离子体生皿置，其特征在于所述测定部具备配置在天线附近、检领鹏加于该天线上的电压的电容器。
10、 根据权利要求7所述的等离子体生成装置，辦征在于 戶舰测定部具备:将检领倒的高频电流或电压信号变换成直流电流或电压信号的桥接电路或检波器。
11、 根据权禾腰求7所述的等离子体生成装置，其特征在于 所述测定部具备合成天线的电流信号与电压信号的信号合成器、和去除所述合成信号的高频分量的低通搶波器。
12、 根据权利要求1所述的等离子体生成装置，其特征在于-所述天线表面被绝缘体所覆盖。
13、 根据权利要求1所述的等离子体生成體，^T征在于 所述天线在真空容器内的形状为平面形。
14、 根据权利要求1所述的等离子体生皿置，其特征在于 将所述多条天线各自分成由1个或多个天线构成的多个组，就各个组而言，向各个天线并联提供高频功率。
15、 一种等离子,制方法，其特征在于，对于具备在真空容器内、从真空 容器的侧壁或天井壁、或这两者、大致平行于装载被处理鎌的翻台排列的多 个高频天线的等离子体生成装置，M调^i共给所述天线的高频功率，控制在 真空容器内形成的等离子体的状态，在各个天线上连接K)t元件，MiM接阻抗 元件并调节各阻抗元件的阻抗值，控制该真空容器内的等离子体密度分布。
16、 根据权利要求15所述的等离子^^空制方法，其特征在于 所述阻抗元件的阻抗值是可变的，测定各个高频天线的电压、电流或这两者，利用得到的电压、电流或它们的积^魏控制该可变P服值。
17、 一种 制造方法，其特征在于M权利要求1-14任一项所述的等离子体生成装置，利要求15或16所述的等离子体控制方法，生成原料的等离子体，并使该原料堆积。
18、 一种 制造方法，其特征在于使用M权利要求1-14任一项所述的等离子体生成装置或权利要求15或16戶腿的等离子鹏制方法所生成的等离子体，实行嫩u处理。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种可在空间均匀生成高密度等离子体的等离子体生成装置，在真空容器(11)的侧壁设置多个天线(16)，相对3-4个天线(16)，经板状导体(19)并联连接1个高频电源。各天线(16)的导体长度比在真空容器内生成的感应电磁波的波长之1/4还短。通过如此设定天线导体的长度，可防止产生驻波，由此可防止损害真空容器的等离子体之均匀性。另外，因为通过使用板状导体(19)可高效放热，所以可抑制阻抗的上升。
文档编号C23C14/54GK101128083SQ20071016240
公开日2008年2月20日 申请日期2003年12月12日 优先权日2002年12月16日
发明者三宅正司, 庄司多津男, 江部明宪, 节原裕一 申请人:独立行政法人科学技术振兴机构;三宅正司;江部明宪