专利名称：等离子体处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够用于基板表面处理等的感应耦合型等离子体处理装置。
背景技术：
为了进行对基体表面的薄膜形成或蚀刻处理，采用感应耦合型等离子体处理装置。在感应耦合型等离子体处理装置中，在真空容器内导入氢气等的等离子体生成气体后， 通过生成高频感应电场，而使等离子体生成气体分解，且生成等离子体。而且，与等离子体生成气体不同地，另外在真空容器内导入制膜原料气体或蚀刻气体，利用等离子体使得制膜原料气体的分子分解且使其堆积于基体上、或者使得蚀刻气体的分子分解而生成用于蚀刻的离子或基团。在专利文献1中记载有将用于生成高频感应电场的高频天线放置于真空容器的顶部的上方，将上述顶部内的高频天线的正下方部分作为用于使高频感应电场通过的电介质制的窗户的外部天线方式的等离子体处理装置。在外部天线方式中，对应于近年来的被处理基体的大型化而谋求等离子体处理装置的大型化，电介质制的窗户为了保持机械强度而需要加厚，因此，真空容器内所导入的高频感应电场的强度变小。于是，采用将高频天线设置于真空容器的内部的内部天线方式的等离子体处理装置(参照专利文献2、3)。另外，在专利文献3所述的发明中，采用如U字形或半圆形等那样、线状导体不卷绕成圈地形成终端的高频天线(相当于圈数不足1的感应耦合天线)。根据这种高频天线， 由于其电感比圈数为1以上的感应耦合天线低，因此，高频天线的两端产生的高频电压降低，可抑制伴随趋向生成的等离子体的静电耦合的等离子体电位的高频摆动。因此，可降低伴随趋向对地电位的等离子体电位摆动的过剩的电子损失，可降低等离子体电位。由此，基板上的低离子损失的薄膜形成工艺成为可能。专利文献1 日本特开平08-227878号公报(
，图5)专利文献2 日本特开平11-317299号公报(
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，图1-2)专利文献3 日本特开 2001-035697 号公报(
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，图 11)在内部天线方式中，高频天线的导体和等离子体之间产生直流的自偏置电压，通过该直流自偏置电压，而使等离子体中的离子被加速并向天线导体入射。由此，产生如下问题，即、高频天线导体自身被溅射，其寿命缩变短，除此之外所溅射的导体的原子及离子混入等离子体中、且附着在被处理基体的表面及真空容器的内壁，并作为杂质混入薄膜及被蚀刻基体。另外，在内部天线方式中，由于高频天线的导体被配置于等离子体中，高频天线导体的温度上升的问题产生。当高频天线导体的温度发生变化时，则高频天线的阻抗发生变化，不能向等离子体提供稳定的电力。因此，在专利文献2所述的发明中，用由比作为高频天线的导体的铜或铝等更难以被溅射的陶瓷或石英等构成的电介质(绝缘体)的管覆盖高频天线，使冷却水在电介质管内流动。但是，在这种结构中，需要在天线导体及电介质管的端部设置用于投入高频电力的电气连接部和用于冷却水的给排水的连接部两者，因此结构变得复杂，给天线的拆装及维护检查带来障碍。
另外，在内部天线方式中，在真空容器的内部空间高频天线突出，因此，在高频天线的跟前生成等离子体。由此，等离子体的密度在高频天线的跟前特别高，密度分布的均勻性降低。与此同时，由于高频天线设置于真空容器内，制膜时的薄膜材料及蚀刻时的副产物有时会附着在高频天线(或其周围的电介质管)的表面。这种附着物落在基体表面而成为产生颗粒的原因。此外，在内部天线方式中，为了确保在真空容器内配置高频天线的空间，与外部天线方式相比，需要增大真空容器的容积。因此，气体及等离子体扩散而到达基板的离子及基团减少，因此，制膜速度或蚀刻速度降低。
发明内容
本发明要解决的课题在于，提供一种能够在真空容器内形成强高频感应电场、且能够防止天线导体的溅射或温度上升及颗粒产生的等离子体处理装置。为了解决上述课题而完成的本发明的等离子体处理装置的特征为，具备a)真空容器；b)天线配置部，其设置于所述真空容器的壁的内面和外面之间；C)高频天线，其配置于所述天线配置部；d)电介质制的分隔件，其将所述天线配置部和所述真空容器的内部隔开。在本发明的等离子体处理装置中，由于将高频天线配置在了设置于真空容器的壁的内面和外面之间的天线配置部，所以与外部天线方式的情况相比，能够在真空容器内生成强高频感应电场。另外，由于高频天线和真空容器内由电介质制的分隔件隔开，因此，能够防止颗粒产生、或高频天线被溅射。与此同时，能够抑制高频天线的温度上升。此外，由于不需要在真空容器内配置高频天线的空间，因此，与内部天线方式的情况相比，能够缩小真空容器的容积。因此，可抑制气体及等离子体的扩散，增加到达基板的离子或基团，因此制膜速度或蚀刻速度提高。分隔件能够使用与真空容器的壁分体的电介质制的部件。另外，在真空容器的壁为电介质制的情况下，也可以将其壁的一部分作为分隔件使用。 虽然所述高频天线也能够埋入真空容器的壁中，但是更容易的是在设置于所述内面和所述外面之间的空洞内配置。前者的情况下，真空容器的壁中埋入了高频天线的部分相当于天线配置部，后者的情况下，空洞相当于天线配置部。所述空洞能够使用可被密闭的空洞。由此，能够防止异物侵入空洞内。另外，只要密闭的空洞内为真空或由惰性气体充满，就能够防止在空洞内产生不必要的放电。所述空洞内也可以由固体电介质充满。由此，能够防止在空洞内产生不必要的放电。这种情况下，无需将空洞内密闭。另外，也可以代替使用空洞，而采用如下结构，即、所述壁的至少一部分由固体电介质构成，所述高频天线埋入该电介质内。可以在所述空洞的所述外面侧设置盖。如果使用这种盖，在维护检查等时，通过打开盖就能够在真空容器的壁的外面侧和空洞内之间容易地取出、放入高频天线。另外，能够将所述高频天线安装在所述盖上。由此，只要装卸盖，就能够更容易地取出、放入高频天线。本发明的等离子体处理装置，能够具备多个天线配置部。由此，能够提高真空容器内形成的等离子体的密度的均勻性。根据本发明的等离子体处理装置，能够在真空容器内形成强的高频感应电场，且能够防止天线导体的溅射或温度上升及颗粒产生。
图1是表示本发明的等离子体处理装置的第一实施例的纵剖面图(a)及该等离子体处理装置中使用的高频天线单元20的纵剖面图(b)；图2是表示本实施方式的等离子体处理装置中的高频天线21的形状的立体图 (a)，俯视图(b)及侧面图(c)；图3是表示高频天线和高频电源的连接的一例的俯视图；图4是表示第一实施例的第一变形例的放大纵剖面图；图5是表示第一实施例的第二变形例的放大纵剖面图；图6是表示本发明的等离子体处理装置的第二实施例的放大纵剖面图。图7是表示本发明的等离子体处理装置的第三实施例的放大纵剖面图；图8是表示本发明的等离子体处理装置的第四实施例的放大纵剖面图；图9是表示本发明的等离子体处理装置的放大纵剖面图(a)及该实施例中使用的高频天线41的俯视图(b)；图10是表示本发明的等离子体处理装置的第六实施例的放大纵剖面图；图11是表示本发明的等离子体处理装置的第七实施例的放大纵剖面图(a)，及表示法拉第电极51及法拉第电极51的周边的构成的俯视图(b)。
具体实施例方式下面，利用图1 图11，说明本发明的等离子体处理装置的实施例。实施例1图1 (a)为第一实施例的等离子体处理装置10的纵剖面图。等离子体处理装置10 具有真空容器11 ；基体保持部12，其配置于真空容器的内部空间112 ；气体排出口 13及气体导入口 14，其设置于真空容器11的侧壁上；空洞(天线配置部)113，其设置于真空容器 11的上壁111的外面IllA和内面IllB之间；分隔件(隔板)16，其将空洞113和真空容器的内部空间112隔开；高频天线单元20，其从外面IllA侧安装于空洞113。分隔件16为电介质制，作为其材料能够使用氧化物、氮化物、碳化物、氟化物等。 在这些材料中，能够适当使用石英、氧化铝、氧化锆、氧化钇、氮化硅或碳化硅。在空洞113的内周面的下端形成有向内侧突出的台阶111C，在该台阶IllC上以装载的方式安装有分隔件16的外周缘。另外，在盖23的下面，以从真空容器11的外侧与空洞113嵌合的方式设置有凸部。气体排出口 13与真空泵连接，真空容器的内部空间112的空气及水蒸气等通过真空泵从气体排出口 13排出，而使真空容器的内部空间112成为高真空状态。气体导入口 14 用于向真空容器的内部空间112导入氢气等等离子体生成气体及制膜原料的气体。基体保持部12要保持的基体S从设置于真空容器11的侧壁的基体搬入搬出口 15搬入真空容器的内部空间112、或从真空容器的内部空间搬出。基体搬入搬出口 15除基体S搬入搬出时以外被气密性地封闭。其次，对高频天线单元20进行说明。图1 (b)为包括高频天线单元20的空洞113 及其周边的纵剖面图。高频天线单元20由以从真空容器11的外侧堵塞空洞113的方式设置的金属(例如，不锈钢)制的盖23和高频天线21构成。高频天线21配置于空洞113内，两端经由馈孔M安装于盖23上。这样，高频天线21被安装于盖23上，因此，通过盖23的装卸，高频天线21能够容易地从等离子体处理装置上装卸。另外，高频天线21由导电制的管形成，能够使冷却水等制冷剂在管内流动。高频天线21的一端和高频电源连接，另一端接地。接着，说明高频天线21的形状。如图2所示，高频天线21具有将两根U字形管以使彼此的两端相对的方式与分隔件16平行地配置的第一 U字部212A及第二 U字部212B， 且具有由直线状的连接部212C连接第一 U字部212A的一端212A1和第二 U字部212B的一端212B1的结构。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向上方弯曲而被安装于盖23。在盖23设置有用于将空洞113内排气而使其成真空的空洞排气口 25。另外，高频天线21和馈孔24之间、馈孔24和盖23之间、盖23和上壁111之间及分隔件16和上壁 111之间，通过真空密封进行密闭。通过这些空洞排气口 25及真空密封，空洞113内被保持
在高真空状态。接着，利用图3说明连接高频天线21和高频电源的构成之一例。图3为本实施方式的等离子体处理装置10的俯视图。在本实施方式中，使用在八个空洞113内按各自一个所收容的、共计八个的高频天线21。这八个高频天线21按各组四个的方式被分成两组，且每组连接一个高频电源。在各高频天线21的供电侧端部211连接四根从供电点31向四个方向延伸的供电棒32，该供电点31连接有高频电源。以使制膜物质堆积在基体S上的情况为例，说明本实施例的等离子体处理装置10 的动作。首先，将基体S从基体搬入搬出口 15搬入真空容器的内部空间112，放置于基体保持部12上。然后，闭锁基体搬入搬出口 15，使用真空泵从气体排出口 13排出真空容器的内部空间112的空气及水蒸气等，并且通过从空洞排气口 25排出空洞113内的空气及水蒸气等，而使真空容器的内部空间112及空洞113形成真空。接着，从气体导入口 14导入等离子体生成用气体及制膜原料气体。然后，一边使制冷剂在高频天线21的管内流动制冷剂， 一边向高频天线21投入高频电力。通过该高频电力的投入，在高频天线21的周围生成高频感应电场。该高频感应电场经过电介质制的分隔件16被导入真空容器的内部空间112， 将等离子体生成用气体电离。由此，生成等离子体。与等离子体生成用气体一起被导入真空容器的内部空间112的制膜原料气体，被等离子体分解而堆积在基体S上。在本实施方式的等离子体处理装置10中，由于将高频天线21配置于在真空容器的上壁111的外面IllA和内面IllB之间所设置的空洞113上，因此，与外部天线方式的情况相比，能够在真空容器11的内部空间112生成更强的高频感应电场。另外，由分隔件16 将配置了高频天线21的空洞113和生成等离子体的真空容器的内部空间112分离，因此能够防止等离子体腐蚀高频天线21而缩短高频天线21的寿命的问题、或高频天线21的材料作为杂质混入薄膜或被处理基体的问题及产生颗粒的问题。此外，由于将配置高频天线21 的空洞113保持为高真空状态，因此能够防止在空洞113中产生不必要的放电。
另外，在本实施例中，在高频天线21的第一 U字部212A中，从一端212A1向U字的底部流动的电流所形成的磁场和从U字的底部向另一端212A2流动的电流所形成的磁场具有以同相位振动的上下方向成分。在第二 U字部212B中也形成具有同样的上下成分的磁场。由此，与使用一根直线状高频天线的情况相比，能够增大天线下方的磁场的上下方向成分。因此，与使用一根直线状的高频天线的情况相比较，在高频电力的强度或等离子体生成气体的压力相同的情况下，能够进一步提高等离子体密度；或者在以相同密度得到等离子体的情况下，能够进一步降低高频电力的强或等离子体生成气体的压力。接着，利用图4对第一实施例的变形例1进行说明。在本变形例中，没有上壁111 的台阶111C，以从真空容器的内部空间112侧覆盖空洞113的方式设置有分隔件16A。由此，能够使空洞113在真空容器的内部空间112侧扩大，使高频天线21的位置接近真空容器的内部空间112。其它的构成与上述实施方式相同。然后，利用图5对第一实施例的变形例2进行说明。在本变形例中，通过从上壁 111的下面不贯通上壁111地设置孔，而形成空洞113A。因而，在空洞113A的上方按原样剩余上壁111的一部分。在剩余有其上壁111的部分上经由馈孔安装有高频天线21、并且安装有空洞真空排气口 25C。分隔件16A的构成与第一变形例相同。实施例2接着，利用图6对第二实施例的等离子体处理装置进行说明。在本实施例中，代替第一实施例中的空洞排气口 25，在高频天线单元20A的盖23设置有空洞惰性气体导入口 25A及空洞气体排气口 25B。通过从空洞惰性气体导入口 25A导入氩气或氮气等惰性气体， 将空洞113内的空气及水蒸气由惰性气体置换并从空洞气体排气口 25B排出，使空洞113 内充满惰性气体。由此，与对空洞113内进行真空排气的情况同样地，能够防止不必要的放电。其它的构成与第一实施例相同。实施例3接着，利用图7对第三实施例的等离子体处理装置进行说明。在本实施例中，空洞 113内由电介质部件27充满。电介质部件27的材料能够使用聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)及其他树脂；氧化铝、二氧化硅及其他陶瓷等。电介质部件27的底部具有分隔件的作用。高频天线21与上述实施方式相同，为U字形，不使用馈孔而被直接固定于盖23。 通过这样将高频天线21固定于盖23上，在相对于真空容器11装卸盖23时，相对于真空容器11，也可装卸高频天线21及处于高频天线21周围的电介质部件27。因而，可以说在本实施方式中，高频天线21、盖23及电介质部件27构成一组高频天线单元20B。在第三实施例中，由于空洞113内由电介质部件27充满，从而能够防止在高频天线21附近产生不必要的放电。也可以代替电介质部件27，在空洞113内填充电介质粉末。这种情况下，为了不使粉末从空洞113漏出而将空洞113密闭。实施例4 至此已表示了高频天线21配置在空洞113内的例子，但是，如图8所示，不使用空洞，而将高频天线21埋入外面IllA和内面IllB之间的位置(天线配置部113B)也可。这种情况下，为了将高频天线21和上壁111电绝缘、并且防止在高频天线21附近产生不必要的放电，在两者之间插入电介质、或将上壁111自身设定为电介质制。在后者的情况下，可以将上壁111整体设定为电介质制，但是，仅将上壁111中高频天线21的附近设定为电介质制的情况能够抑制成本。电介质的材料能够使用与上述电介质部件27相同的材料。另外，通过将上壁111中处于高频天线21和真空容器的内部空间112之间的部分设定为电介质制，就能够构成分隔件16B。实施例5利用图9表示使用与至此已表示的实施例的高频天线的形状不同的高频天线的例子。如图9(b)的俯视图所示，本实施例中的高频天线41为一根导电管在与分隔件16平行的面内被成形为螺旋状的高频天线。除此之外的构成与第一实施例相同。通过将高频天线41制成这样的形状，能够形成与使用直线状或U字形的高频天线的情况相比遍及范围更广的磁场。实施例6至此已表示了在一个天线配置部(空洞)只设置一个高频天线的例子，但是在一个天线配置部也可以设置两个以上的高频天线。在如图10的俯视图所示的例子中，在空洞 113内设置有两个第一实施例中的高频天线21 (第一高频天线21A、第二高频天线21B)。第一高频天线21A和第二高频天线21B，以第一 U字部212A及第二 U字部212B距分隔件16 的距离相同、且连接部212C相互平行的方式配置。实施例7利用图11说明本发明的等离子体处理装置的第七实施例。本实施例的等离子体处理装置是在第一实施例的等离子体处理装置10中，将法拉第屏蔽体51放置在分隔件16 的上方(和高频天线21之间)的等离子体处理装置。法拉第屏蔽体51与金属制的上壁 111电连接、且经由该上壁111被接地。利用法拉第屏蔽体51能够切断由高频天线21的导体和等离子体之间的自偏置所产生的直流电场，抑制生成于内部空间112的等离子体向分隔件16入射，因此，能够延长分隔件16的寿命。在法拉第屏蔽体51和高频天线21之间， 为了防止在两者之间产生放电而插入电介质制的绝缘部件52。另外，法拉第屏蔽体51的下面的大致整体与分隔件16热接触，并且，端部与上壁 111热接触。因此，接受等离子体的能量而被加热的分隔件16的热，通过法拉第屏蔽体51 被放出至上壁111。由此，抑制分隔件16的温度上升，因此，能够抑制热导致的分隔件16的老化。另外，为了进一步提高该效果，也可以用制冷剂对法拉第屏蔽体51进行冷却、或与法拉第屏蔽体51分体地设置冷却管等温度上升抑制装置。[其它实施例]在上述各实施例中，设定高频天线21的个数为八个，但其个数能够根据真空容器的容量等决定。真空容器的容量较小时，可以只设置一个高频天线21。另外，在上述实施例中，将高频天线单元20设置于真空容器的上壁，但是也可以设置于侧壁等除上壁以外的壁上。符号说明10…等离子体处理装置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…真空容器的上壁的内面IllC…设置于真空容器的上壁的台阶112…真空容器的内部空间113、113A…空洞(天线配置部)11 …天线配置部12…基体保持部13…气体排出口14…气体导入口15…基体搬入搬出口16、16A、16B…分隔件(隔板)20、20A、20B...高频天线单元21、41…高频天线211…供电侧端部21A…第一高频天线21B…第二高频天线212A...第一 U 字部212B…第二 U字部2120.连接部23 …盖M…馈孔25、25C…空洞真空排气口25A…空洞惰性气体导入口25B…空洞气体排气口27…电介质部件31…供电点32…供电棒51…法拉第屏蔽体52…绝缘部件S...基体
权利要求
1.一种等离子体处理装置，其特征在于，具备a)真空容器；b)天线配置部，其设置于所述真空容器的壁的内面和外面之间、且是设置于该内面和外面之间的空洞；c)高频天线，其配置于所述天线配置部；d)电介质制的分隔件，其将所述天线配置部和所述真空容器的内部隔开；e)盖，其设置于所述天线配置部的所述外面侧。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于， 所述高频天线被安装于所述盖。
3.一种等离子体处理装置，其特征在于，具备a)真空容器；b)天线配置部，其设置于所述真空容器的壁的内面和外面之间；c)高频天线，其配置于所述天线配置部；d)电介质制的分隔件，其将所述天线配置部和所述真空容器的内部隔开。
4.如权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于， 所述天线配置部为设置于所述内面和所述外面之间的空洞。
5.如权利要求1、2、4中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于， 所述空洞被密闭。
6.如权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于， 所述空洞内为真空。
7.如权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于， 所述空洞内由惰性气体充满。
8.如权利要求4或5所述的等离子体处理装置，其特征在于， 所述空洞内由固体电介质充满。
9.如权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述壁的至少一部分由固体电介质构成，所述高频天线埋入该电介质内。
10.如权利要求1 9中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于， 在一个天线配置部内设置有多个所述高频天线。
11.如权利要求1 10中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于， 在所述高频天线和所述分隔件之间设置有接地电极。
12.如权利要求11所述的等离子体处理装置，其特征在于，在所述高频天线和所述接地电极之间插入有电介质制的绝缘部件。
13.如权利要求11或12所述的等离子体处理装置，其特征在于， 所述接地电极为法拉第屏蔽体。
14.如权利要求11 13中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于， 通过使所述接地电极和所述分隔件接触，抑制该分隔件的温度上升。
15.如权利要求1 13中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于， 在所述分隔件设置有温度上升抑制机构。
16.如权利要求1 15中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述分隔件的材料为氧化物、氮化物、碳化物或氟化物。
17.如权利要求16所述的等离子体处理装置，其特征在于， 所述分隔件的材料为石英、氧化铝、氧化锆、氧化钇、氮化硅或碳化硅。
18.如权利要求1 17中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于， 具备多个所述天线配置部。
全文摘要
本发明提供一种等离子体处理装置，其能够在真空容器内形成强的感应电磁场，且能够防止天线导体的溅射或温度上升及颗粒的产生。本发明的等离子体处理装置(10)具备真空容器(11)；高频天线(21)，其配置于所述真空容器(11)的壁的内面(111A)和外面(111B)之间；电介质制成的分隔件(16)，其将所述高频天线(21)和所述真空容器(11)的内部加以隔开。由此，与外部天线方式相比，能够在真空容器(11)内形成强感应电磁场。另外，利用分隔件(16)能够抑制由真空容器(11)内生成的等离子体引起的高频天线(21)被溅射或高频天线(21)的温度上升及颗粒产生。
文档编号H01L21/205GK102349356SQ201080011018
公开日2012年2月8日 申请日期2010年3月10日 优先权日2009年3月11日
发明者江部明宪, 节原裕一 申请人:Emd株式会社