等离子源以及等离子处理装置的制作方法

本发明涉及成膜装置或蚀刻装置等中用于向处理室提供等离子的等离子源、以及使用该等离子源的等离子处理装置。

背景技术：

一般的等离子处理装置中，在设置了被处理基体的处理室内导入气体(以下，称为“等离子原料气体”)之后，在处理室内形成高频电磁场使该气体等离子化，再将解离的气体分子入射到被处理基体，由此对被处理基体的表面进行成膜、物理蚀刻、化学蚀刻等的处理。

对此，专利文献1记载了一种装置，该装置设置有处理容器(处理室)、和通过开口而与该处理容器连通并且容积比该处理容器小的等离子形成盒(等离子生成室)，并且在等离子形成盒的周围设置感应耦合型的高频天线，还设置将等离子原料气体提供到等离子形成盒内的气体提供单元。在这个装置中，在等离子形成盒内生成等离子，通过开口来将该等离子提供到处理容器内，由此在处理容器内进行使用等离子的处理。通过这样在容积比处理容器的小的等离子形成盒内生成等离子，与在处理容器内生成等离子相比，更能够提高高频电磁场的能量的利用效率。

专利文献1记载的等离子形成盒、高频天线及气体提供单元的组合作为向处理容器的等离子提供源而发挥功能。本说明书中，将这种向处理容器(处理室)的等离子提供源称为“等离子源”。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-076876号公报

然而，专利文献1的装置中，不仅等离子，在等离子形成盒内还没有等离子化的气体的一部分也通过开口流入处理容器内。流入到处理容器内的气体变得几乎不能从处于等离子形成盒周围的高频天线接受高频电磁场，因而无法等离子化。

本发明所要解决的问题是，提供一种等离子源、以及使用该等离子源的等离子处理装置，能够在气体充分电离的状态下将等离子提供到处理容器或处理室。

技术实现要素：

为了解决上述课题而完成的本发明所涉及的等离子源是用于向进行使用了等离子的处理的等离子处理空间提供等离子的装置，其特征在于，具备：

(a)等离子生成室；

(b)开口，使所述等离子生成室与等离子处理空间连通；

(c)高频天线，被设置于能够将生成等离子所需要的规定强度的高频电磁场生成到所述等离子生成室内的位置，并且是匝数小于1匝的线圈；

(d)电压施加电极，被设置于所述等离子生成室内的靠近所述开口的位置；和

(e)气体提供部，将等离子原料气体提供到所述等离子生成室内的比所述等离子施加电极更靠所述开口的相反侧的位置。

本发明所涉及的等离子源中，通过使用匝数小于1匝的线圈来作为高频天线，能够比匝数为1匝以上的线圈更缩小高频天线的阻抗，能够抑制高频电力的损耗并且高效地将能量使用于等离子生成。由此，从气体提供部提供到等离子生成室内的气体分子高效地电离并等离子化。并且，通过向电压施加电极间施加电压，可促进从位于靠近开口的相反侧的气体提供部提供并到达电压施加电极间的气体分子的电离，能够防止未被等离子化的气体从开口流出到等离子处理空间。

本发明所涉及的等离子源中除了促进上述气体分子的电离这一优点，还具有通过施加于电压施加电极间的电压从而等离子容易点火这一优点。在仅利用该优点的情况下，也可以在等离子点火后停止电压对电压施加电极间的施加或者降低电压。

最好施加于电压施加电极的电压与直流电压相比为高频电压。通过使用高频电压，可更加促进气体分子的电离，并且即使在低工艺压力下也能够将等离子点火。

高频天线为了生成较强的高频电磁场到等离子生成室内，可以将对等离子具有耐性的材料所组成的保护构件设置于周围下，然后设置于等离子生成室内。另一方面，若将高频天线设置于等离子生成室外，虽然等离子生成室内的高频电磁场变弱，但不需要使用保护构件，能够使构造简单化。或者，通过将高频天线设置于将等离子生成室与外部隔开的壁内，能够防止高频天线暴露于等离子中，并且生成一定程度强的高频电磁场于等离子生成室内。

导入高频天线的高频电流的频率并没有特别要求。该频率典型上能够使用商用高频电源使用的13.56khz。施加高频电压到电压施加电极的情况下，该频率虽然没有特别要求，但是最好该频率足够高，以使得即使电压值低也能够继续进行电离的程度。在处理容易且放电容易这方面来看，最好高频电压的频率设为vhf频带即10mhz～100mhz。

本发明所涉及的等离子源能够具备具有孔的加速电极，所述孔被设置于所述等离子生成室的外侧的与所述开口对置的位置、或者所述等离子生成室的内侧并且比所述电压施加电极更靠所述开口侧的位置。通过该结构，能够使用为离子源，照射阳离子到配置于等离子处理空间(等离子源之外)的被处理物上。具体来说，将被处理物或者是保持被处理物的被处理物保持器接地，然后对加速电极赋予正电位，由此使等离子生成室内气体分子与电子电离后生成的阳离子通过加速电极的孔并且朝向该对象物加速。被设置于加速电极的孔可以只是1个，也可以是多个。

本发明所涉及的等离子处理装置的特征在于，具备：所述等离子源；和等离子处理室，内部是所述等离子处理空间。

发明效果

利用本发明所涉及的等离子源，能够在气体充分电离的状态下将等离子提供到等离子处理空间。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的等离子源的一实施例的剖视图。

图2是表示使用多个高频天线的本发明所涉及的等离子源的例子的图，图2的(a)是立体图，图2的(b)是与正面平行的剖视图，图2的(c)是与侧面平行的剖视图。

图3是表示相对于工艺压力的离子饱和电流密度的实验数据的图表。

图4是表示相对于高频天线的高频电力的离子饱和电流密度的实验数据的图表。

图5是表示本发明所涉及的等离子处理装置的一实施例的剖视图。

图6是表示本实施例的等离子源的变形例的剖视图。

图7是表示本实施例的等离子源的其他变形例的局部放大剖视图。

具体实施方式

使用图1～图7，说明本发明所涉及的等离子源及等离子处理装置的实施例。

本实施例的等离子源10如图1所示，具有等离子生成室11、开口12、高频天线13、电压施加电极14、气体提供管15以及加速电极16。

等离子生成室11是被包含电介质的壁111包围的空间，在其内部配置高频天线13及气体提供部15的一端。开口12被设置于等离子生成室的壁111，从图1的上侧观察时具有狭缝形状。从等离子生成室11观察时，开口12的外侧相当于上述的等离子处理空间。

高频天线13是将线状的导体弯曲成u字形的天线，相当于匝数小于1匝的线圈。高频天线13的两端部被安装于与开口12相对的等离子生成室11的壁111。高频天线13的周围被电介质制的保护管131包围。保护管131被设置为保护高频天线13以隔开如后面所述那样在等离子生成室11内生成的等离子。高频天线13的一个端部连接于第1高频电源161，另一端部接地。第1高频电源161以频率13.56mhz将100～1000w的高频电力提供到高频天线13。

等离子生成室11的壁111中，在相当于开口12的内壁面的部分设置有一对电压施加电极14。该电压施加电极14被设置为夹着开口12附近的等离子生成室11内的空间，一个电极连接于第2高频电源162，另一个电极接地。第2高频电源162以60mhz将50～500w的高频电力提供到电极间。

气体提供管15是被设置为贯穿与开口12相对的等离子生成室11的壁111的不锈钢制的管。等离子生成室11内的气体提供管15的前端151被配置于高频天线13中的u字的内侧，若从电压施加电极14观察，位于开口12的相反侧。等离子原料气体被从这个前端151提供到等离子生成室11内。气体提供管15接地。从气体提供管15提供的等离子原料气体中，能够使用成膜原料气体、化学蚀刻或物理蚀刻中用于生成离子的气体、用于生成离子束的气体等各种气体。

在等离子生成室11的外侧，在与开口12相对的位置配置了接地的被处理物保持器(未图示)，在开口12与被处理物保持器之间即开口12的附近的位置设置了加速电极16。另外，被处理物保持器不包含于等离子源10，等离子源10与被处理物保持器合起来构成等离子处理装置。加速电极16是在钨制的板状构件上设置多数(多个)孔而成的电极。另外，也可以使用钼或石墨制的板状构件来取代钨。在加速电极16连接有直流电源163，提供相对于接地100～2000v的正的电位。通过该结构，在加速电极16与被处理物保持器之间形成使正离子朝向被处理物保持器侧加速的直流电场。

对本实施例的等离子源10的动作进行。从气体提供管15的前端151提供等离子原料气体到等离子生成室11内，并且从第1高频电源161提供高频电力到高频天线13，从第2高频电源162提供高频电力到电压施加电极14之间。由此，等离子在等离子生成室11内点火，在高频天线13的附近，等离子原料气体的分子电离，生成等离子且促进在电压施加电极14间的等离子中的气体分子的电离。在这样生成的等离子中，存在正离子与电子。生成的等离子经过开口12，通过设置于加速电极16的孔。然后，通过直流电源163来向加速电极16赋予相对于接地为正的电位，等离子中的正的离子从加速电极16朝向被处理物保持器加速，通过设置于加速电极16的孔而被提供到等离子处理空间。

本实施例的等离子源10能够如上述那样使用加速电极16来加速正的离子，由此生成离子束。这样的离子束能够通过将被处理物配置于被处理物保持器，从而良好地使用于被处理物的蚀刻或离子注入等处理。

高频天线13的个数并不限定于1个，例如图2所示也可以设置多个。图2所示的等离子源10a中，高频天线13沿着开口12的狭缝而被排列配置多个(该图中表示5个，但个数并不被限定)。本实施例中，高频天线13的u字面平行于该狭缝(也就是说，高频天线13的u字面的法线方向垂直于该狭缝的长边方向)。然而，该u字面的朝向并不限定于这个例子，电压施加电极14使用了沿着开口12的狭缝的长边方向延伸的1组(2片)电极。通过这样使用多个高频天线13，能够对广阔的等离子处理空间提供等离子。另外，图2中，省略了各电源的图示。此外，图2中未表示加速电极，但也可以与图1的例子同样地设置加速电极。

以下，表示使用本实施例的等离子源10进行实验的结果。

首先，将提供到高频天线13的高频电力固定为1000w(频率为13.56mhz)，将提供到电压施加电极14的高频电力固定为200w(频率为60mhz)，在多个工艺压力下，测量生成的等离子的离子饱和电流密度。为了用于比较，停止提供高频电力至电压施加电极14而只提供高频电力(1000w、13.56mhz)至高频天线13的情况下，以及停止提供高频电力至高频天线13而只提供高频电力(200w、60mhz)至电压施加电极14的情况下，也进行相同的实验。将这些实验结果表示于图3。根据这些实验结果可以确认，不管在测量范围中的哪一个压力，仅向高频天线13及电压施加电极14其中一者提供高频电力的情况下几乎不能生成等离子，而向高频天线13及电压施加电极14的双方提供高频电力的情况下就能够生成等离子。

接着，将提供至电压施加电极14的高频电力固定在200w(频率为60mhz)，将工艺压力固定在0.2pa(图3中的最低压力)，然后针对提供给高频天线13的高频电力不同的多个情况，测量生成的等离子的离子饱和电流密度。将实验结果表示于图4。提供到高频天线13的高频电力越大，等离子的离子饱和电流密度就变得越高。根据这个结果可以确认，高频天线13有效地发挥生成等离子的功能。

图5表示本发明所涉及的等离子处理装置的一实施例。该等离子处理装置20具有上述的等离子源10、内部空间连通到该等离子源10的开口12的等离子处理室21、设置于等离子处理室21内且载置被处理物s的被处理物台22、将等离子处理气体导入到等离子处理室21内的等离子处理处理气体导入管23、和排出等离子处理室21内的气体的排气管24。等离子处理室21的内部空间相当于所述的等离子处理空间。另外，等离子处理气体导入管23在例如将成为薄膜原料的原料气体的分子以等离子分解并堆积到被处理物(基板)s上的情况下，被用于提供该原料气体之时。在通过来自等离子源10的等离子直接蚀刻被处理物s的情况下，能够省略等离子处理气体导入管23。

该等离子处理装置20中，首先使用真空泵(未图示)，通过排气管24来排出等离子处理室21内的气体(空气)，在必要的情况下将规定的气体从等离子处理气体导入管23提供到等离子处理室21内。然后，通过如上述那样使等离子源10进行动作，从开口12将等离子导入到等离子处理室21内，对被处理物s进行薄膜材料堆积或蚀刻等处理。

在此，说明了在等离子处理装置中使用等离子源10的例子，也可以使用上述的等离子源10a。由此，若使用等离子源10a，则从狭缝状的开口12向等离子处理室内提供等离子，能够对长条的被处理物进行薄膜材料的堆积或蚀刻等处理。

本发明并不限定于上述实施例。

例如，高频天线13的形状除了上述的u字形以外，也能够是半圆等的局部圆形、矩形等各种匝数为1匝以下的各种形状。

此外，高频天线13也可以设置在等离子生成室11之外，也可以设置在壁111内。在这些情况下，不需要将保护管131设置在高频天线13的周围，壁111使用电介质制的材料即可。

从第1高频电源161提供到高频天线13、或者是通过第2高频电源162提供到电压施加电极14间的高频电力的大小及频率、以及从直流电源163提供到加速电极16的电位的大小均并不限定于所述。此外，也可以取代高频电压而向电压施加电极14施加直流电压。

气体提供管15的开口151被设置于比电压施加电极14更靠开口12的相反侧即可，例如，也可以如图6所示的等离子源10b那样，被设置于比高频天线13更靠开口12侧的位置。

加速电极16被设置于比电压施加电极14更靠开口12侧即可，例如也可以如图6所示，设置于等离子生成室11的内侧。此外，设置到加速电极16的孔可以如所述那样是多个，也可以只有1个。进一步地，也可以省略加速电极16，使用从开口自然地流入等离子处理空间的等离子。

此外，也可以如图7所示，将包含多片电极的加速电极设置于开口12侧。在该例子中，使用了从靠近开口12的位置依次为第1加速电极16a1～第4加速电极16a4的4片电极所组成的加速电极16a。通过第1直流电源163a1来向第1加速电极16a1赋予正离子加速所必要的正电位，为了调整等离子的销形状，通过第2直流电源163a2来向第2加速电极16a2施加与第1加速电极16a1相反符号的负电位，为了调整束的扩展，通过第3直流电源163a3来向第3加速电极16a3施加与第2加速电极16a2相同符号的负电位，第4加速电极16a4设为接地电位。

目前为止说明的等离子源的变形例都无疑地能够使用为上述等离子处理装置中的等离子源。

-符号说明-

10、10a、10b…等离子源

11…等离子生成室

111…等离子生成室的壁

12…开口

13…高频天线

131…保护管

14…电压施加电极

15…气体提供管

151…气体提供管的前端

16…加速电极

161…第1高频电源

162…第2高频电源

163…直流电源

163a1…第1直流电源

163a2…第2直流电源

163a3…第3直流电源

21…等离子处理室

22…被处理物台

23…等离子处理气体导入管

24…排气管

s…被处理物。