CN100576966C

CN100576966C - 等离子体处理装置的控制方法和等离子体处理装置

Info

Publication number: CN100576966C
Application number: CN200610092245A
Authority: CN
Inventors: 冈信介
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2009-12-30
Anticipated expiration: 2026-06-15
Also published as: JP2007048982A; TW200727343A; CN1913741A; JP4777717B2

Abstract

本发明提供用于均匀地产生等离子体而控制供给气体的顺序的方法。微波等离子体处理装置(100)使从微波发生器(28)输出的微波通过多个波导管(22)从槽缝天线(23)的槽缝向多块电介质零件传播，透过各电介质零件并向处理容器(10)内放射。控制装置(40)一边向处理容器(10)内供给Ar气体，一边向处理容器(10)内入射微波的功率。在Ar气体通过微波的功率进行等离子体点火后，向处理容器(10)内供给用于进行等离子体化的必要能量大于Ar气体的SiH₄气体和NH₃气体。由此，微波等离子体处理装置(100)可通过入射到处理容器(10)内的微波的功率使处理气体等离子体化稳定地产生优质的SiN膜。

Description

等离子体处理装置的控制方法和等离子体处理装置

技术领域

本发明涉及对玻璃基板等被处理体进行等离子体处理的等离子体处理装置的控制方法。特别是涉及控制供给气体的顺序的方法。

背景技术

以往，人们就开发了使供给到处理容器内的处理气体等离子体化，对玻璃基板等被处理体进行等离子体处理的多种等离子体处理装置。其中，微波等离子体处理装置采用通过微波的功率使处理气体电离或离解的办法使处理气体等离子体化。在该等离子体化的过程中，通常，在将惰性气体(或单原子分子气体)与反应性气体(或多原子分子气体)的混合气体大致同时供给到处理容器内之后，再施加微波的功率。

发明内容

但是，当像这样供给混合气体时，常常因在等离子体点火时电场能量不足而发生等离子体产生的不均匀的情况。相对于此，为了在确保充分的等离子体密度的同时产生均匀的等离子体，也可以考虑提高微波的功率或延长微波的照射时间。

但是，若提高微波的功率，则因多原子分子气体离解过度而造成阻碍优质膜的成膜的结果。例如，在使无定形硅膜成膜的过程中，若提高微波的功率提高，尽管期望通过稍微减弱的微波使SiH₄气体作为前驱体(precursor)离解成SiH₃原子团，而不能过剩离解为SiH₂原子团那种程度的离解，若提升微波的功率，离解为SiH₂原子团，结果成为SiH₂原子团使膜劣化，是不优选的。

此外，产生玻璃基板因微波而受到损伤、成本升高这样的问题。而且，还会产生用于对基板进行等离子体处理的必要周转时间增加到不可忽视的程度，显著地降低处理整体的效率的问题。

另一方面，不均匀的等离子体对玻璃基板所造成的影响，例如，近年要对730mm×920mm以上的大型化玻璃基板进行等离子体处理，与过去仅仅对300mm×300mm左右的晶片进行等离子体处理的现有技术相比显著地增大。

例如，在进行成膜处理时，如上所述，在具有晶片的10倍左右的面积的玻璃基板中，如果大致同时供给混合气体而不均匀地产生等离子体，则非常难以在整个基板产生一样优良的膜质。

本发明就是鉴于这样的问题而完成，目的在于提供用于均匀地产生等离子体而控制供给气体的顺序的等离子体处理装置的控制方法和等离子体处理装置。

为了解决上述课题，根据本发明的一个观点，提供一种等离子体处理装置的控制方法，通过入射到处理容器内的微波的功率使处理气体等离子体化，对被处理体进行等离子体处理，其特征在于：一边向上述处理容器内供给第一气体，一边向上述处理容器内入射微波的功率，通过上述微波的功率对上述第一气体进行等离子体点火后，向上述处理容器内供给用于进行等离子体化的必要能量大于上述第一气体的第二气体。

在大致同时向处理容器内供给第一气体与第二气体的混合气体之后施加微波的功率的现有技术中，如上所述，有时会不均匀地产生等离子体。这是因为在第一气体等离子体化的过程中所消耗的能量与在第二气体等离子体化的过程中消耗的能量存在差值的缘故。特别是对于第二气体，由于需要恰好使之离解和产生化学反应等的分子的内部能量，故在进行等离子体化的过程中需要更多的微波的电场能量。

例如，考虑第一气体是单原子分子气体，第二气体是多原子分子气体的情况。在该情况下，单原子分子气体进行等离子体化的过程中仅在进行电离时需要能量。因此，为了使单原子分子气体等离子体化，只要单原子分子气体包含与电子结合能等价的内部能量即可。

相对于此，在多原子分子气体进行等离子体化的过程中，除电离和离解和振动激励的物理现象之外，与其它气体进行的化学反应也需要很多能量。一般地，振动激励和离解的必要能量小于电离的必要能量，为了使多原子分子气体等离子体化，多原子分子气体需要电子结合能量以上的(例如，电子结合能量与用于分离共有结合的结合能量的和值等价)内部能量。

但是，如上所述，若微波的功率提升，结果会因多原子分子气体过度离解而阻碍优质膜的成膜。因此，如果用最小必要限度的微波的功率使单原子分子气体与多原子分子气体的混合气体等离子体化，虽然在等离子体化方面不需要大的能量的单原子分子气体中会促进等离子体化，但是，在等离子体化中必要能量大于单原子分子气体的多原子分子气体中，则因能量不足而不能促进等离子体化，其结果是会不均匀地产生等离子体。

考虑到这种情况，首先，本发明的等离子体处理装置仅向处理容器供给第一气体。由此，在等离子体产生的过程中一直到需要最多的能量的等离子体点火为止，仅仅第一气体通过微波的电场能量迅速被等离子体化。然后，在等离子体点火后，本发明的等离子体处理装置供给进行等离子体化的必要能量大于第一气体的第二气体。

在这样的状态下，第二气体除向处理容器内入射的微波的电场能量之外，也可以将处理容器内的电子的动能用作进行等离子体化的能量。由此，第二气体可以通过微波的电场能量和电子的动能迅速地被等离子体化。其结果是可以稳定地产生均匀的等离子体。

此时，向上述处理容器内施加上述微波的功率的定时，既可以是与供给上述第一气体的时刻同时，也可以是该时刻之后。此外，也可以通过检测与在上述处理容器内气体等离子体化时产生的光的波长对应的值，判定上述第一气体是否已经等离子体点火。

气体电离时，在该电离中产生的电子激励其它分子，使之发生电离。在这些的分子返到原来的状态(基态)时，通过发光释放能量。于是，检测与发光的光的波长对应的值，在该值变成为某一阈值以上时，判定为等离子体点火。另外，作为与光的波长对应的值，例如，可以举出通过设置在处理容器内的光传感器进行检测的电压。

此外，也可以在上述等离子体点火前对工艺的条件进行控制，使得上述处理容器内的电子的碰撞频度提高、分子的内部能量提高。上述工艺的条件也可以是压力、温度、微波的功率和光的功率中的至少任一者。

例如，如果在等离子体点火之前提高处理容器内的压力，则可通过提高后的压力提高电子的碰撞频度。此外，例如如果在等离子体点火前提高处理容器内的温度，则电子的运动变得活泼，可以提高电子的碰撞频度。

此外，例如如果在等离子体点火前，使微波的功率上升，则电子的运动通过入射的微波的电场能量变得活泼，可以提高电子的碰撞频度。此外，也可以通过在等离子体点火之前照射UV光和紫外线等波长短的光，通过照射的光的能量增加分子的内部能量，使得易于进行电离。

这样，通过控制压力、温度、微波的功率、光的功率中的至少一者增加能量，促进第一气体的等离子体化。其结果是可以缩短到等离子体点火的时间。结果，玻璃基板不易因微波而受到损伤，还可以抑制造价，此外，还因为缩短了周转时间而可以显著地提高整个处理的效率。

上述等离子体处理装置也可以具备使上述微波通过槽缝(slot)后向上述处理容器内传播的电介质，并设置或形成为抑制微波的表面波的传播。

具体地说，上述电介质也可以由多块电介质零件形成。此外，上述电介质零件也可以通过金属的支撑部件支撑。此外，上述电介质也可以在上述微波的表面波进行传播的电介质的表面上形成凹部或凸部中的至少一者。

根据具有这样形成的电介质的等离子体处理装置，可以通过电介质零件和金属的支撑部件和电介质表面的凹凸，抑制微波的表面波在电介质的表面上的传播。由此，可以防止驻波的产生。其结果是可以避免因驻波而不均匀地产生等离子体。

但是，根据具有像这样形成的电介质的等离子体处理装置，由于要使表面波不传播，所以表面波具有的能量损失。由于该能量的损失，气体难以进行等离子体点火的部分就容易产生。但是，根据本发明的控制方法，先仅供给第一气体，使之进行等离子体点火后，再供给用于进行等离子体化的必要能量大的第二气体。由此，可以对等离子体处理装置进行控制，使得可以稳定地供给均匀的等离子体。其结果是在灵活运用通过如上所述形成电介质零件来抑制驻波的产生，由此均匀地产生等离子体这样的本装置的优点，同时还可以通过上述的气体供给方法均匀地产生等离子体，可以以高精度对被处理体进行等离子体处理。

此外，根据本发明的另一观点，提供一种等离子体处理装置，通过入射到处理容器内的微波的功率使处理气体等离子体化，对被处理体进行等离子体处理，其特征在于，具备：发生微波的微波发生构件；供给第一气体的第一气体供给构件；通过上述发生的微波的功率对上述供给的第一气体进行等离子体点火后，供给用于进行等离子体化的必要能量大于上述第一气体的第二气体的第二气体供给构件。

根据该装置，按照用于均匀地产生等离子体而决定的气体供给顺序，等离子体处理装置通过顺序良好地向处理容器内供给气体，可以稳定地产生均匀的等离子体。

再有，根据本发明的另一观点，提供一种计算机可读取的记录介质，存储有通过入射到处理容器内的微波的功率使处理气体等离子体化，对被处理体进行等离子体处理的等离子体处理装置中利用的控制程序，该控制程序使计算机执行如下处理：一边向上述处理容器内供给第一气体，一边向上述处理容器内入射上述微波的功率的处理；和通过上述微波的功率对上述第一气体进行等离子体点火后，向上述处理容器内供给用于进行等离子体化的必要能量大于上述第一气体的第二气体的处理。根据该装置，通过使计算机执行表示有用于均匀地产生等离子体而供给气体的顺序的控制程序，可以稳定地产生均匀的等离子体。

如上所述，根据本发明，可以提供用于均匀地产生等离子体而控制供给气体顺序的等离子体处理装置的控制方法和等离子体处理装置。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的微波等离子体处理装置的纵剖面图。

图2是用于说明同一实施方式的处理容器的顶板部分内壁面的说明图。

图3是用于说明在控制装置与微波等离子体处理装置之间进行输入输出的控制信号流的说明图。

图4是表示在同一实施方式中控制装置的CPU实行气体供给处理程序的流程图。

图5是同一实施方式的各参数的时序图。

图6是用于说明SWP与CMEP的等离子体产生的过程的说明图。

图7(a)表示混合气体供给时的等离子体的观察结果，图7(b)表示基于气体供给顺序的气体供给时的等离子体观察结果。

图8是表示本发明的第二实施方式中控制装置的CPU实行气体供给处理程序的流程图。

图9是同一实施方式的各参数的时序图。

标号的说明

10：处理容器

11：基座

18：挡板

19a：干燥泵

19b：APC(自动压力调整器)

19c：TMP(涡轮分子泵)

28：微波发生器

29：气体导入管

30：气体喷射口

31：处理气体供给源

31a4：Ar气体供给源

31b4：SiH₄气体供给源

31b8：NH₃气体供给源

33：冷却水供给源

40：控制装置

41：UV光发生源

42：压力传感器

43：压力传感器

44：温度传感器

45：光传感器

100：微波等离子体处理装置

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的优选实施方式。其中，在本说明书和附图中，对于那些实质上具有同一功能构成的构成要素赋予同一标号，省略重复的说明。

此外，在本说明书中，将1mTorr定义为(10^-3×101325/760)Pa，把1sccm定义为(10^-6/60)m³/sec)。

(第一实施方式)

(微波等离子体处理装置的构成)

首先，参照图1说明本发明的第一实施方式的微波等离子体处理装置。图1是以与x轴方向和z轴方向平行的面剖开微波等离子体处理装置100的纵剖面图。微波等离子体处理装置100是等离子体处理装置的一例。在本实施方式中，作为由微波等离子体处理装置100实行的处理工艺，举出用Ar气体、SiH₄气体和NH₃气体产生氮化硅膜的工艺进行说明。

微波等离子体处理装置100具有由处理容器10和盖体20构成的框体。处理容器10具有上部形成有开口的有底长方体形状，并接地。处理容器10例如由铝(Al)等的金属构成。

在处理容器10的内部的大致中央处，设置有作为载置基板W等被处理体的载置台的基座11。基座11例如由氮化铝形成。

在基座11的内部设置有供电部11a和加热器11b。在供电部11a上隔着匹配器12a(例如，电容器)连接有高频电源12b。此外，在供电部11a上还通过线圈13a连接有高压直流电源13b。匹配器12a、高频电源12b、线圈13a和高压直流电源13b设置在处理容器10的外部，高频电源12b和高压直流电源13b接地。

供电部11a，通过从高频电源12b输出的高频电力向处理容器10的内部施加规定的偏置电压。此外，供电部11a还可通过从高压直流电源13b输出的直流电流静电吸附基板W。

在加热器11b上连接有设置在处理容器10的外部的交流电源14，可通过从交流电源14输出的交流电流将基板W保持在规定的温度。

处理容器10的底面呈筒状地形成有开口，在形成有开口的外周附近，风箱15的一端装设为朝向处理容器10的外部壁面。在风箱15的另一端固定有升降板16。由此，处理容器10的底面的开口部分由风箱15和升降板16密闭。

此外，基座11支撑配置在升降板16上的筒体17，与升降板16和筒体17一体地升降。由此，基座11可以调整到与处理工艺对应的高度。

在基座11的周围设置有用于将处理容器10内的气体流控制在优选状态的挡板18。通过挡板18，处理容器10内被划分为载置有基板W的处理室10u和与设置在处理容器10内下部的排气机构19连通的排气室10d。

在处理容器10中，作为排气机构19，设置有干燥泵19a、APC(自动压力调整器：Automatic Pressure Control)19b和TMP(涡轮分子泵)19c。干燥泵19a从排气口10a排出气体，一直到处理容器10内变成为规定的减压状态为止。

在APC19b上设置有控制排气口10b与TMP19c之间的连接状态的阀门。APC19b根据处理室10u内的压力P1的变化，使APC19b的阀门在与排气口10b的截面大致平行的方向滑动，使排气口10b与TMP19c之间的连通部分成为期望的散度。由此，TMP19c对与APC19b的阀门的散度成正例的流量的气体进行排气，使处理容器10内的气氛减压到规定的真空度。

盖体20配设为使得将处理容器10的上方密闭。盖体20与处理容器10同样，例如由铝(Al)等的金属形成。在盖体20上设置有盖主体21、波导管22a～波导管22f、槽缝天线23a～槽缝天线23f，电介质24a～电介质24f和支撑部件25。

处理容器10和盖体20通过配置在盖主体21的下面外周部与处理容器10的上面外周部之间的O环26，固定同时保持气密性。此外，在盖主体21的下面形成有波导管22a～波导管22f。

如图示有与基板W相对的处理容器10的顶板部的内壁面的图2所示，波导管22a～波导管22f在y轴方向上彼此平行地并列设置。在波导管22a和波导管22b上，俯视看其端部上连接有V字形的分枝波导管27a。同样，在波导管22c和波导管22d、波导管22e和波导管22f上，俯视看其端部上分别连接有V字形的分枝波导管27b、分枝波导管27c。在各分枝波导管27上连接有微波发生器28。另外，微波发生器28相当于发生微波的微波发生构件。

各波导管22和各分枝波导管27都由垂直于各自的轴方向的截面的形状为矩形的矩形波导管形成。例如，在TE10模(TE波：transverseelectric wave；磁场具有微波的行进方向成分的波)的情况下，垂直于各波导管22的轴方向的截面的长边方向的管壁成为与磁场平行的H面，短边方向的管壁成为与电场平行的E面。如何配置各波导管的长边方向和短边方向根据模(波导管内的电磁场分布)而变化。另外，各波导管22和各分枝波导管27的内部通过例如氧化铝(Al₂O₃)、石英、氟化树脂等填充。

如图1所示，槽缝天线23a～槽缝天线23f分别设置在波导管22a～波导管22f的下部。此外，在各槽缝天线23上，将多个槽缝设置为透孔，例如，如图2所示，在槽缝天线23a上设置有六个槽缝(槽缝23a1～槽缝23a6)。

俯视看各槽缝天线23的槽缝形成为长孔，且设置为使得其长边方向与波导管22的长边方向大致垂直。此外，各槽缝，例如配置为λg/2(λg：波导管内波长)的等间隔。这样，36个(＝6×6)槽缝均匀地点缀配置在处理容器10的顶板部的整个内壁面上。

在槽缝天线23的下面，将大致正方形的呈平板状的36块的电介质24配置在每一个槽缝内。例如，在设置于槽缝天线23a上的槽缝23a1～槽缝23a6的下部分别设置有瓦片状电介质24a1～电介质24a6。各电介质24由例如石英玻璃、氮化铝(AlN)、氧化铝(Al₂O₃)、蓝宝石、SiN、陶瓷等形成为使得透过微波。另外，瓦片状电介质相当于电介质零件。

支撑各电介质24的支撑部件25每隔规定间隔地分别横和竖设置7条细长的支撑体25a1～支撑体25a7和支撑体25b1～支撑体25b7，大致垂直地交叉，形成为网格状。支撑部件25是由铝等的金属构成的导体，隔着图1所示的槽缝天线23、盖主体21和处理容器10接地。

支撑部件25，使得分别将各电介质24埋入到设置在该支撑部件25上的大致四方形的开口内那样地支撑各电介质24。这样，36块电介质24就变成为可以使其上面周缘部紧贴到槽缝天线23的下面的状态，而且通过设置在支撑部件25上的大致四方形的开口，使各电介质24的下壁面的大部分朝向基板W地露出的状态，瓦片状地配置到处理容器10的顶板部分的整个内壁面上。

在各支撑部件25的内部，贯通图1所示的多个气体导入管29，在各支撑体25a和支撑体25b的交叉部分上设置有多个气体喷射口30(参照图2)。

处理气体供给源31由阀门31a1、质量流控制器31a2、阀门31a3、Ar气体供给源31a4、阀门31b1、质量流控制器31b2、阀门31b3，SiH₄气体供给源31b4、阀门31b5、质量流控制器31b6、阀门31b7和NH₃气体供给源31b8构成。

处理气体供给源31可通过控制各阀门的开闭，选择性地向处理容器10内供给各处理气体。此外，各质量流控制器可通过分别控制供给的处理气体的流量，将处理气体调整为期望的浓度。另外，Ar气体供给源31a4相当于供给第一气体(Ar气体)的第一气体供给构件。SiH₄气体供给源31b4和NH₃气体供给源31b8相当于供给第二气体(SiH₄气体和NH₃气体)的第二气体供给构件。

从Ar气体供给源31a4供给的Ar气体可通过连接到气体流路32a上的气体导入管29从气体喷射口30向处理容器内喷射。另外，从SiH₄气体供给源31b4供给的SiH₄气体和从NH₃气体供给源31b8供给的NH₃气体通过连接到气体流路32b上的气体导入管29从气体喷射口30进行喷射。

在微波等离子体处理装置100的外部，配置有冷却水供给源33。冷却水供给源33通过向设置在盖主体21的内部和处理容器10的侧壁内部的水路34循环供给冷却水，冷却盖主体21的内部和处理容器10的侧壁内部。

根据这样的构成，微波等离子体处理装置100可使从微波发生器28输出的例如2.45GHz的微波，通过多个波导管22向槽缝天线23传播，从多个的槽缝向多块电介质24传播，透过该电介质24后向处理容器10内放射。处理气体(Ar气体、SiH₄气体、NH₃气体)通过这样放射的微波的电场能量进行等离子体化。其结果是可在基板W上生成硅氮化膜。

(控制装置的构成和动作)

其次，对控制装置的构成和动作进行说明。如图3所示，在微波等离子体处理装置100的外部，除微波发生器28、处理气体供给源31和冷却水供给源33之外，还设置有控制装置40和UV光产生源41。控制装置40控制微波等离子体处理装置100。UV光产生源41向微波等离子体处理装置100照射所产生的UV光。此外，在微波等离子体处理装置100上安装有压力传感器42(非稳定波型磁控管和热对流(convectron)等的真空规)、压力传感器43(非稳定波型磁控管和热对流等的真空规)、温度传感器44和光传感器45。

压力传感器42每隔规定时间检测位于基座11的上部的处理室10u的压力P1。压力传感器43每隔规定时间检测位于基座11的下部的排气室10d的压力P2。温度传感器44每隔规定时间检测处理容器10的侧壁内部的温度T。

光传感器45使在气体电离或离解时所发出的光的波长作为电压F每隔规定时间进行检测。光传感器45是对与在处理容器内所产生的光的波长对应的值进行检测的光检测器的一例。作为光检测器的另一例，可以使用CCD、分光器等。

控制装置40例如可通过具备ROM40a、RAM40b、接口40c和CPU40d的微型计算机实现。在ROM40a中存储有用于对供给气体的定时和设定各工艺条件的定时等进行控制的控制程序。在RAM40b中存储有预先决定工艺条件的各种参数。

接口40c输入由各种传感器检测到的传感器值P1、P2、T、F。CPU40d通过根据输入到接口40c中的各传感器值和存储在RAM40b中的各种参数，执行存储在ROM40a内的控制程序，在规定的定时，分别向交流电源14、APC19b、微波发生器28、处理气体供给源31、冷却水供给源33和UV光产生源41输出控制信号。

其次，参照图4和图5说明控制装置40的动作。图4的流程图表示控制装置40为了控制供给气体的顺序而要执行的气体供给处理程序(控制程序)。图5的时序图表示控制各参数的定时。

控制装置40从图4的步骤400开始处理，在步骤405中向处理气体供给源31输出控制信号(参照图3)。当处理气体供给源31输入该控制信号后，例如，就向处理容器10内供给1000sccm的Ar气体(图5的时刻t0)。

其次，控制装置40在步骤410中输入根据压力传感器42检测到的压力值P1，向APC19b输出表示在步骤415中输入的压力值P1与预先决定的理想压力值(例如，250mTorr)之间的差分值。，当输入该控制信号后，APC19b将其阀门的散度减小为使得处理容器10内的压力上升到250mTorr，以减少从TMP19c进行排气的气体的流量(图5的时刻t1)。

其次，控制装置40，在步骤420中向微波发生器28输出控制信号。当输入该控制信号后，微波发生器28使电源变成为“ON”，施加2.5kW×6(6是波导管个数)的微波(图5的时刻t2)。

其次，在步骤425中，控制装置40输入由光传感器45检测到的电压F，进入步骤430，判定在所有的电介质零件下部等离子体是否已点火。在所检测到的电压F未达到所要的阈值的情况下，控制装置40向步骤435前进，判定是否已超过时间，在未超时的情况下，返回到步骤425，反复进行步骤425～步骤435的处理，一直到在规定时间内所有的电介质零件下部都进行等离子体点火为止。

当在所有电介质零件下部都进行过等离子体点火后，控制装置40向进入接在步骤430后面的步骤440，向处理气体供给源31输出控制信号。当输入该控制信号后，气体供给源31例如向处理容器10内供给200sccm的SiH₄气体和800sccm的NH₃气体(图5的时刻t3)，其结果是产生硅氮化膜。另外，时刻t0～t3只要是在10sec之内即可。但是，当考虑由微波产生的基板的损伤或周转时间时则优选在5sec之内。

然后，在步骤445中，控制装置40分别向各装置输出用于停止处理气体供给的控制信号和用于停止压力控制的控制信号以及用于使微波的电源变成为‘OFF’的控制信号(图5的时刻t4)，进入步骤495，结束本程序的处理。

根据该流程，由于控制装置40要根据以上的处理顺序控制微波等离子体处理装置100，故可以稳定地产生均匀的等离子体。这里，为什么控制装置40根据该处理顺序进行微波等离子体处理装置100的控制，可以稳定地产生均匀的等离子体，具体地说明其理由。

Ar气体等单原子分子气体，通过微波的电场能量进行电离但不离解。换句话说，在使单原子分子气体等离子体化的过程中，仅仅在单原子分子气体进行电离时才消耗微波的电场能量。由此，供给到处理容器内的单原子分子气体逐次消耗微波的电场能量，同时，逐次电离，其结果是可以从逐次供给的Ar气体稳定地产生均匀的等离子体。

另一方面，在使SiH₄气体和NH₃气体等多原子分子气体等离子体化的过程中，除电离和离解这样的物理现象之外，在与其它气体之间的化学反应的化学现象中也需要许多的能量。一般地说，虽然振动激励和离解所需要的能量比电离所需要的能量小，但是为了使多原子分子气体等离子体化，多原子分子气体就必须包含大于电子结合能的(例如，与将用于切断化学结合的化学键间的结合能加到电离所需要的电子结合能上的值等价)内部能量。

但是，如上所述，当微波的功率提升后，结果会因多原子分子气体过度离解而阻碍优质膜的成膜。因此，如果企图用必要最小限度的微波的功率使单原子分子气体与多原子分子气体通过的混合气体等离子体化，虽然在等离子体化方面不需要大的能量的单原子分子气体中会促进等离子体化，但是，在等离子体化方面需要比单原子分子气体更大的能量的多原子分子气体中，则会因能量不足而产生进行和不进行离解(电离)的部分，作为整体不均匀地产生等离子体。

由以上可知：在仅仅是单原子分子气体的情况下，与单原子分子气体和多原子分子气体混合存在的状况下比较易于使气体等离子体化，即，在仅仅是单原子分子气体的情况下，等离子体比在混合气体下易于扩散。

另一方面，在使气体等离子体化的过程中，在等离子体点火时最需要能量。因此，一旦使单原子分子气体等离子体点火，等离子体扩散到处理容器内，用于维持等离子体所需要的能量减少。因此，如果在等离子体点火后，再向处理容器内导入多原子分子气体，则可以使多原子分子气体顺畅地等离子体化，维持均匀的等离子体状态。

于是，本实施方式的微波等离子体处理装置100，首先，供给Ar气体并通过微波的功率使Ar气体等离子体点火后，再供给SiH₄气体和NH₃气体，由此使以Ar气体进行等离子体点火所需要的最小限度的微波的功率，稳定地使最后导入的SiH₄气体和NH₃气体等离子体化。

这样的气体供给方法对具有上述的多块电介质零件的微波等离子体处理装置100特别有效。比较图6所示的微波等离子体处理装置(SWP：表面波等离子体(Surface Wave Plasma))和本实施方式的微波等离子体处理装置100(CMEP：蜂窝状微波激励等离子体(CellularMicrowave Excitation Plasma))的电介质附近的等离子体状态，对其理由进行说明。另外，SWP是不使之抑制表面波的传播的微波等离子体处理装置的一例，CMEP是抑制表面波的传播的微波等离子体处理装置的一例。此外，为便于说明，设定在SWP的电介质下方整体上产生的等离子体为等离子体P，设定在已被CMEP的各横梁围起来的各电介质零件24a1、24b1、24c1、24d1的下方产生的等离子体分别为P1、P2、P3、P4。

首先，对SWP的等离子体状态进行说明。当气体被供给到SWP，微波的电场能量超过了某一阈值时，气体就电离，进行等离子体点火。这样，在SWP中，等离子体通过在电介质的下壁面上传播的表面波扩散到电介质的整个上表面，产生均匀的等离子体P。其结果是在SWP中，在供给有混合气体的情况下与仅仅供给Ar气体的情况下的任何一种情况都大致相同，在稳定的状态下都会产生等离子体P。但是，在SWP中，表面波在电介质的下表面传播，该行进波与在处理容器的端部处进行反射后的反射波之间的干涉而产生驻波。这样，在电介质与等离子体之间产生的驻波的振幅因该反射波与行进波之间的干涉而变大。为此，在驻波的波腹与波节处在电场能量上产生波动，由于该电场能量密度的差异等离子体P就会保持为不均匀的状态。此外，由于电场能量密度高的部分通过这样产生的驻波在处理容器内迁移，导致等离子体P不稳定，由于压力依赖而产生等离子体P的集中或振荡模跳变(mode jump)。

另一方面，在CMEP中，由于电介质由多块的电介质零件形成，故从槽缝中发出、由电场能量产生的表面波，在传播到支撑各电介质零件之间的金属横梁(支撑部件)后，在该横梁处反射。由该反射波与行进波之间的干涉而产生的驻波，始终仅仅在被横梁围起来的部分中传播。这里，电介质零件的长边方向的长度是188mm左右，相对于此，在真空中的微波的波长是120mm。因此，在电介质零件的下面产生的各驻波是1.5个波长左右。为此，在CMEP中，与SWP相比，反射波与行进波之间的干涉的程度减小，除此之外，在表面波在横梁处反射时，由于其能量会产生损耗，故产生的驻波的振幅与SWP相比小。因此，在CMEP的情况下，与SWP的情况下相比，即便产生驻波，电场能量的波动也少，等离子体可以维持稳定的状态。

但是，等离子体点火点在CMEP中分别存在于每一个被各横梁围起来的电介质零件中，各自的点火点的阈值都不同。即，在CMEP中，由于阈值的电平之差，存在点火的地方与不点火的地方。该点火点的阈值的电平之差，被认为是由例如分别从各电介质零件的槽缝入射的微波的能量的强度的微妙的差，和混合气体的混合量与混合比等产生。因此，所谓在CMEP中的“等离子体点火”，是指在所有的点火点上等离子体都已点火的状态。特别是与仅仅导入Ar气体的情况相比，在导入有混合气体的情况下，如上所述，由于在各气体的电离、离解、振动激励和化学反应中需要分子间的共有键的切断等的内部能量，故消耗的电场能量非常大。但是，为了产生优质的膜，需要必要最小限度的微波的功率，在这样弱的能量中，被各横梁区分的各部分的点火点的阈值的电平之差对等离子体点火造成微妙的影响，其结果是产生等离子体进行点火的地方(等离子体P2、P4，参照图6的混合气体供给时)和不进行点火的地方(等离子体P1、P3)。

于是，如果按照上述点火顺序，首先向CMEP仅仅供给Ar气体，由于仅Ar气体的等离子体化才会消耗电场能量，故即便是弱的电场能量也能在所有的电介质零件中进行等离子体点火，产生等离子体P1～P4(参照图6的Ar气体供给时)。如上所述，在CMEP中，一旦在各电介质零件的下表面上发生等离子体P1～P4，就可以使等离子体P1～P4保持稳定的状态。

根据以上所说明的本实施方式的微波等离子体处理装置100的特征，本发明人使用控制装置40，将供给气体的顺序控制成Ar气体供给→微波施加→SiH₄气体、SiH₃气体供给的顺序，对在此时的微波等离子体处理装置100中发生的等离子体的状态进行观察。图7表示其实验结果。

(实验结果)

图7(a)表示使用现有技术的方法向微波等离子体处理装置100供给混合气体的情况下的等离子体观察结果。图7(b)表示根据上述顺序向微波等离子体处理装置100供给气体的情况下的等离子体观察结果。

如各表所示，本发明人对纵列所示的4种压力(226mT、400mT、600mT、800mT)和横行所示的4种微波的功率(4.3kW、3.4kW、2.3kW、1.7kW)的各情况进行了详细地实验。在与各表所示的各情况对应的4个方格中，左上的方格(A)表示供给Ar气体后的等离子体的均匀/不均匀状态。右上的(B)表示供给Ar气体、SiH₄气体和NH₃气体的混合气体时(硅氮化膜产生工艺)的等离子体的均匀/不均匀状态。左下的方格(C)表示供给Ar气体、SiH₄气体和H₂气体时(无定形硅产生工艺)的等离子体的均匀/不均匀状态。

根据该图，在(A)的条件下产生的等离子体大致在所有的条件下在长边方向上都是均匀的状态。在(B)的情况下产生的等离子体几乎在所有的条件下在长边方向上都是不均匀的状态。另外，在该情况下，尚未对于无定形硅产生工艺进行评价。

然而，在根据本发明人发现的上述顺序(在600mTorr中使Ar气体(单原子分子气体)点火→在使Ar气体等离子体化的过程中进行调压→导入实气体(多原子分子气体))，控制微波等离子体处理装置100时(图7(b)的情况)，在(A)、(B)、(C)的条件下产生的等离子体除压力高、微波的功率小的条件之外，在大致所有的条件下在长边方向上都是均匀的状态。其结果是本发明人确认在具备多块电介质零件的微波等离子体处理装置100中，根据本发明人找到的顺序进行的控制可稳定地产生均匀的等离子体，可确认是非常有效的方法。

这样，根据本发明人的新构思，然后进行了日以继夜的努力使构思具体化的结果，均匀而且稳定地产生的等离子体，近年来，伴随着显示器的大型化，在对非常大型化的玻璃基板进行等离子体处理的情况下是特别有益的，其成果与现有技术相比明显地大。像这样收到了一定成果的本发明人，发现了用于促进等离子体点火的更进一步的改良。在以下的第二实施方式中，将对该改良点进行说明。

(第二实施方式)

第二实施方式的控制装置40，在控制工艺条件进行使得提高处理容器内的电子的碰撞频度和分子积蓄在其内部的内部能量这一点上，与不进行这样的控制的第一实施方式的控制装置40在动作上不同。因此，参照图8和图9对以该不同点为中心对本实施方式的控制装置40的动作进行说明。其中，通过控制装置40控制的微波等离子体处理装置100的构成相同。

(控制装置的动作)

图8是表示本实施方式的气体供给处理程序(控制程序)的流程图。图9是表示控制各参数的定时的时序图。

控制装置40从图8的步骤800开始处理，与第一实施方式的情况下同样，执行步骤405～步骤420的处理，一直到等离子体点火为止重复进行步骤425～步骤435的处理。但是，在步骤415中，要输出用于将处理容器内控制为比第一实施方式的步骤415中所控制的压力更高的压力的控制信号。

如果在所有的电介质零件的下部都进行等离子体点火，则控制装置40输出用于在步骤805中使压力下降的控制信号(图9的时刻t2’)，在时刻t3输出用于向处理容器10内供给SiH₄气体和NH₃气体的控制信号，在时刻t4输出用于使处理气体的供给和压力控制和微波的供给全部停止的控制信号，进入步骤895，结束本程序的处理。时刻t1～时刻t2’优选在10sec以内，时刻t1～时刻t2和时刻t2～时刻t2’，优选分别在5sec以内。但是，若考虑周转时间，则优选在5sec以内。

由此，由于在等离子体点火前提高处理容器内的压力，故可以提高电子的碰撞频度，促进Ar气体的等离子体点火。由于像这样缩短在等离子体点火之前的时间，故在可以缩短微波的照射时间抑制玻璃基板的损伤的同时，还由于缩短周转时间提高了处理全体的效率而可以提高生产性。

另外，在以上的说明中，控制装置40通过多阶段地控制压力，使得可以提高处理容器内的电子的碰撞频度。但是，控制装置40例如也可以控制温度、微波的功率、光的功率等工艺中的至少一者的条件。具体地说，控制装置40也可以将温度、微波的功率、光的功率等工艺中的任一者的值控制为使得等离子体点火前的值大于点火后的值。

例如，在等离子体点火前，通过使温度上升，使电子的运动活化以提高电子碰撞频度。实际上，也可以通过向未图示的温度控制器发送控制图3的冷却水供给源33的控制信号，控制从冷却水供给源33向处理容器10的壁面内部和盖主体的波导管22附近供给的制冷剂的温度。或者，也可以通过向交流电源14送出控制信号，由从交流电源14输出的交流电流将加热器11b控制在期望的温度。

此外，例如也可以通过在等离子体点火前升高微波的功率，使电子的运动活泼化，提高电子的碰撞频度。实际上，可通过向微波发生器28发送用于使微波的功率上升的控制信号，使电子的运动活化。

此外，例如也可以通过在等离子体点火前照射UV光和紫外线等的波长短的光(即通过能量辅助)提高分子的内部能量。实际上，可以通过向UV光产生源41发送控制信号，使得从UV光产生源41发射UV光来提高分子的内部能量。

另外，为了使各参数与工艺的条件相吻合，控制装置40还必须在等离子体点火后，且供给SiH₄气体和NH₃气体之前，使压力、温度、微波的功率或光的功率下降到与工艺的条件相吻合的值。

如上所述，本实施方式的微波等离子体处理装置100形成为使得可通过多块电介质零件表面波在电介质的表面传播。根据这样构成的微波等离子体处理装置100，由于抑制表面波的传播，故可以抑制通过表面波进行反射而形成的驻波的产生。

此外，根据与这样的微波等离子体处理装置100的特征相吻合的上述顺序，定时良好地按照单原子分子气体、多原子分子气体的顺序供给处理气体，同时与工艺的条件相吻合、定时良好地设定各种参数(压力、温度、微波的功率、光的功率等)。其结果是，可以使之稳定地产生均匀的等离子体，精度良好的对基板W进行处理。

另外，通过按照以上说明的顺序，要作为第一气体供给的气体反应物不限于Ar气体，例如也可以是He气体或Xe气体等单原子分子气体。此外，作为用于进行等离子体化而需要比第一气体更大的能量的第二气体供给的气体反应物，不限于SiH₄气体和NH₃气体，例如，也可以是氢气(H₂)等多原子分子气体。

此外，在时刻t1～时刻t4通过控制装置40控制的压力，可以是60mTorr～1000mTorr范围内的任意值。另外，之所以要设置进行控制压力值的上限，是因为在供给多原子分子气体、开始等离子体处理的时刻t3之前，必须使压力下降到预先设定的工艺条件值的缘故。

此外，在从处理气体供给源31向处理容器内供给的处理气体中，只要Ar气体的流量为400～3000sccm，SiH₄气体的流量为50～500sccm，NH₃气体的流量为400～2000sccm的范围即可。此外，施加到处理容器内的微波的功率密度可以是1.0～7.5w/cm₂的范围。而且，处理容器10内的温度可以保持在50～150℃的范围。玻璃基板的尺寸可以在730mm×920mm以上，例如，在G4.5基板尺寸的情况下是730mm×920mm(腔室内径：1000mm×1190mm)，在G5基板尺寸的情况下是1100mm×1300mm(腔室内径：1470mm×1590mm)。

此外，为了检测处理容器内的压力，虽然优选使用设置在处理室10u内的压力传感器42，但是也可以使用设置在排气室10d内的压力传感器43。

此外，控制装置40既可以由硬件构成，也可以由软件构成。

在上述实施方式中，各部分的动作彼此相互关联，可以一边考虑彼此的关联一边作为一连串的动作进行置换。因此，通过这样进行置换，可以使等离子体处理装置的发明的实施方式，成为控制等离子体处理装置的方法的实施方式。

此外，采用使上述各部分的动作与各部分的处理置换的办法，可以变成为程序的实施方式。此外，通过将程序存储在记录有程序的计算机可读取的记录介质内，可以变成为将程序的实施方式记录在程序内的计算机可读取的记录介质的实施方式。

因此，控制等离子体处理装置的控制方法的实施方式可以成为使计算机执行：通过入射到处理容器内的微波的功率使处理气体等离子体化，控制对被处理体进行等离子体化的等离子体处理装置的程序，一边向上述处理容器内供给第一气体，一边向处理容器内入射上述微波的功率的处理，和在通过上述微波的功率对上述第一气体进行等离子体点火之后，再向上述处理容器内供给用于进行等离子体化的必要能量大于上述第一气体的第二气体的处理。在该情况下，使计算机执行的程序既可以存储在图3的ROM40a等之中，也可以使用设置在控制装置40内未图示的通信构件(外部接口)，通过未图示的网络取得。

以上参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但是，本发明不言而喻不限于这些实施例。如果是本专业的技术人员，显然可在权利要求的范围中所述的范畴内想到各种变更例或修正例，应当理解为这些变更例或修正例当然也属于本发明的技术范围。

例如，本发明的等离子体处理装置既可以是具有瓦片状的多块的电介质零件的微波等离子体处理装置，也可以是已在微波的表面波进行传播的电介质的表面上形成有凹部或凸部中的至少一者的微波等离子体处理装置。

此外，由本发明的等离子体处理装置执行的等离子体处理不限于CVD处理，可以是灰化处理、刻蚀处理等的所有等离子体处理。

工业上的可利用性

本发明可应用在用于均匀地产生等离子体而控制供给气体的顺序的等离子体处理装置的控制方法、等离子体处理装置的控制装置，和存储有控制等离子体处理装置的控制程序的计算机可读取的记录介质中。

Claims

1.一种等离子体处理装置的控制方法，通过入射到处理容器内的微波的功率使处理气体等离子体化，对被处理体进行等离子体处理，其特征在于：

一边向所述处理容器内供给第一气体，一边向所述处理容器内入射微波的功率，

通过所述微波的功率对所述第一气体进行等离子体点火后，一边向所述处理容器内供给所述第一气体，一边向所述处理容器内供给用于进行等离子体化的必要能量大于所述第一气体的第二气体。

2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置的控制方法，其特征在于：

在等离子体点火之前，对工艺的条件进行控制，使得所述处理容器内的电子的碰撞频度提高。

3.根据权利要求2所述的等离子体处理装置的控制方法，其特征在于：

所述工艺的条件是压力、温度、微波的功率和光的功率中的至少任一项。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的等离子体处理装置的控制方法，其特征在于：

所述等离子体处理装置具备使所述微波通过槽缝，向所述处理容器内传播的电介质，

所述电介质被设置或形成为抑制微波的表面波的传播。

5.根据权利要求4所述的等离子体处理装置的控制方法，其特征在于：

所述电介质由多块电介质零件形成。

6.根据权利要求5所述的等离子体处理装置的控制方法，其特征在于：

所述电介质零件通过金属的支撑部件被支撑。

7.根据权利要求4所述的等离子体处理装置的控制方法，其特征在于：

所述电介质在所述微波的表面波进行传播的电介质表面上形成凹部或凸部中的至少一者。

8.根据权利要求1～3中任一项所述的等离子体处理装置的控制方法，其特征在于：

所述第一气体是单原子分子气体。

9.根据权利要求1～3中任一项所述的等离子体处理装置的控制方法，其特征在于：

所述第二气体是多原子分子气体。

10.根据权利要求1～3中任一项所述的等离子体处理装置的控制方法，其特征在于：

通过检测对应于在所述处理容器内气体等离子体化时产生的光的波长的值，判断所述第一气体是否已等离子体点火。

11.一种等离子体处理装置，通过入射到处理容器内的微波的功率使处理气体等离子体化，对被处理体进行等离子体处理，其特征在于，具备：

发生微波的微波发生构件；

供给第一气体的第一气体供给构件；

通过所述发生的微波的功率对所述供给的第一气体进行等离子体点火后，一边向所述处理容器内供给所述第一气体，一边向所述处理容器内供给用于进行等离子体化的必要能量大于所述第一气体的第二气体的第二气体供给构件。