CN101855947A - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种能够高效率地利用所产生的等离子体的等离子体处理装置。本发明的等离子体处理装置(10)的特征在于，具备：真空容器(11)；设置成向真空容器(11)的内部空间(111)突出的天线(等离子体产生机构)支承部(12)；安装于天线支承部(12)的高频天线(等离子体产生机构)(13)。由此，安装高频天线的部分的面积变小，等离子体的利用效率提高。

Description

等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及一种等离子体处理装置，其在真空容器内在被处理基体的附近产生等离子体，使用该等离子体对被处理基体进行堆积处理或蚀刻处理等。
背景技术
等离子体处理装置广泛用于堆积处理、蚀刻处理以及清洗处理等。例如，从硅和含有氮的气体产生等离子体，并使氮化硅薄膜堆积于玻璃基板上，由此得到液晶显示器或太阳能电池所使用的基板。在此，氮化硅薄膜作为用于防止来自玻璃的杂质扩散的钝化膜而发挥功能。另外，使用这种基板制造液晶显示器或太阳能电池时，也对其整个面或一部分进行蚀刻处理或清洗处理。以下，将被施加等离子体处理的基板(在上述的例子为玻璃基板)称为被处理基体。
近年来，存在被处理基体变得大型化、或者被处理基体的尺寸与以往相同但同时处理的被处理基体的个数增加的趋势，相伴于此，等离子体处理装置朝向大型化发展。其中，在处理大型的被处理基体时在其整体上、或在处理多个比较小型的被处理基体时对其全部，都需要均匀地产生等离子体。例如，形成于玻璃基板上的薄膜的膜厚等的质量必须在限定的规定范围内。因此，尽管等离子体产生区域变大，但要求在等离子体处理装置内产生的等离子体的密度波动位于固定的范围内。
已知有ECR(电子回旋加速器共振)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、电容耦合等离子体方式的等离子体处理装置等。其中，感应耦合型等离子体处理装置是将气体导入真空容器的内部，并使高频电流流向高频天线(感应线圈)，由此在真空容器的内部由所感应的感应电场将电子加速，使该电子和气体分子碰撞，由此，使气体分子电离而产生等离子体。例如，在专利文献1中，记载了将一个涡旋状线圈载置于真空容器的外侧的顶部上表面的感应耦合型等离子体处理装置。然而，在专利文献1所记载的等离子体处理装置中，为了配合等离子体产生区域的大型化而仅增大涡旋状线圈时，中心部和周边部的等离子体密度的差也被直接放大，因此无法满足上述的在等离子体产生区域整体上的均匀性的基准。此外，若将天线大型化，则天线的导体变长，由此，在天线中形成驻波，高频电流的强度分布变得不均匀，结果可能导致等离子体密度分布变得不均匀(参照非专利文献1)。
在专利文献2及非专利文献1中，记载了将多个高频天线安装于真空容器的内壁的多天线方式的感应耦合型等离子体处理装置。根据本装置，通过适当地设定多个天线的配置，从而能够控制真空容器内的等离子体的分布。另外，由于能够缩短各个天线的导体的长度，因此能够防止驻波所引起的不良影响。鉴于上述理由，专利文献2及非专利文献1所记载的等离子体处理装置与以往装置相比能够产生均匀性高的等离子体。
[专利文献1]日本特开2000-058297号公报([0026]～[0027]、图1)
[专利文献2]日本特开2001-035697号公报([0050]、图11)
[非专利文献1]节原裕一著，“次世代米尺寸大面积处理用等离子体源”，Journal of Plasma and Fusion Research，第81卷第二号85～93页，2005年2月发行
利用专利文献2及非专利文献1所记载的等离子体处理装置，真空容器内的等离子体密度的均匀性提高。然而，在这些装置中，由于所产生的等离子体的大约一半没有位于真空容器的中心侧，而向安装有该天线的内壁扩散，因此未利用于等离子体处理。此外，在对被处理基体进行成膜的等离子体CVD装置中，利用等离子体所产生的游离基团(膜前驱体)的大约一半附着于真空容器内壁而变成粒子，所述粒子落下而造成膜的质量降低。因此，需要定期地进行真空容器内的清洁，因此装置的运转率降低。另外，由于需要大量地使用昂贵的清洁用气体，由此运转费用上升。
发明内容
本发明所要解决的课题是提供一种等离子体的利用效率高、且能够抑制运转费用的等离子体处理装置。
为了解决上述的课题而提出的本发明的等离子体处理装置，其特征在于，具备：
a)真空容器；
b)设置成向所述真空容器的内部空间内突出的等离子体产生机构支承部；
c)安装于所述等离子体产生机构支承部的一个或多个等离子体产生机构。
等离子体产生机构通过使真空容器内的气体分子电离而产生等离子体。等离子体产生机构可以使用各种机构，作为其代表例，可列举高频天线。另外，也可以将在微波导波管上设有狭缝的机构或高频电极等用作等离子体产生机构。
在本发明中，“设置成向内部空间内突出的等离子体产生机构支承部”也包含纵(横)跨内部空间的机构。
在本发明的等离子体处理装置中，能够从所述等离子体产生机构支承部向所述真空容器的壁面呈放射状地配置多个所述等离子体产生机构。例如，等离子体产生机构采用高频天线，可以在圆柱状的等离子体产生机构支承部的侧面或球状的等离子体产生机构支承部的表面，从上述面向真空容器的壁面(圆柱或球的外侧)设置多个高频天线。
本发明的等离子体处理装置可以具备基体保持部，其以包围所述等离子体产生机构支承部的方式保持多个被处理基体。
所述基体保持部具备使所述被处理基体绕所述等离子体产生机构支承部旋转的公转部或/及使所述被处理基体自转的自转部。
另外，所述基体保持部可以具备薄膜状基体保持部，其以薄膜状基体包围所述等离子体产生机构支承部的方式保持该薄膜状基体。在此情况下，还具备：送出部，其将带状的薄膜状基体向所述薄膜状基体保持部依次送出；取入部，其从所述薄膜状基体保持部依次取入该薄膜状基体。
发明效果
在本发明的等离子体处理装置中，等离子体产生机构安装于设置成向真空容器的内部空间突出的等离子体产生机构支承部。由于等离子体产生机构支承部的表面积一般比真空容器的内壁的表面积小，因此与专利文献2及非专利文献1所记载的等离子体处理装置那样的安装于真空容器的内壁的情况相比，安装等离子体产生机构的部分的总面积更小。因此，等离子体的利用效率提高，并且在等离子体CVD装置中能够使附着于真空容器的内壁的堆积物变少。其结果是，能够使内壁的清洁的频率变少，提高装置的运转率，并且抑制运转费用。
在本发明的等离子体处理装置具有公转部的情况下，通过在等离子体处理中使被处理基体绕等离子体产生机构支承部公转，而能够对全部的被处理基体以相同的条件进行等离子体处理。
在本发明的等离子体处理装置具有自转部的情况下，通过使被处理基体自转，而能够对各被处理基体的表面同样地进行等离子体处理。
通过将薄膜状基体保持部设置于本发明的等离子体处理装置，能够对薄膜状基体的表面适当地进行等离子体处理。尤其，通过利用送出部及取入部将薄膜状基体依次向产生等离子体的区域送出、取入，而能够在大的面积内进行等离子体处理。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施例的具有包括自转部及公转部的基体保持部的等离子体处理装置的纵向剖视图。
图2是表示第一实施例的等离子体处理装置的俯视图。
图3是表示本发明的第二实施例的具有装载锁定室38及基体搬运装置的等离子体处理装置30的俯视图。
图4是表示本发明的第三实施例的具有薄膜状基体保持部的等离子体处理装置40的俯视图。
符号说明：
10  第一实施例的等离子体处理装置
11、31、41  真空容器
111、311、411  内部空间
12、32、42  天线支承部(等离子体产生机构支承部)
13、33、43  高频天线(等离子体产生机构)
14  电源
15  阻抗整合器
16  基体保持部
161 公转部
162 自转部
163 支柱
21  被处理基体
23  薄膜状被处理基体
30  第二实施例的等离子体处理装置
38  装载锁定室
381 真空容器侧搬出入口
382 外部侧搬出入口
40  第三实施例的等离子体处理装置
46  薄膜状基体保持部
461 大辊
462 小辊
471 送出部
472 取入部
具体实施方式
使用图1～图4说明本发明的等离子体处理装置的实施例。
[第一实施例]
第一实施例的等离子体处理装置10是用于对棒状的被处理基体21的表面进行等离子体处理的装置。本实施例的等离子体处理装置10具有与以往同样的真空容器11，如图1所示，以从该真空容器11的上壁面的中央附近向真空容器11的内部空间111内突出的方式设置一个圆柱状的天线(等离子体产生机构)支承部12。在天线支承部12的外周面，沿圆柱的纵向等间隔地设置4列、并沿圆周等间隔地设置4个共计16个高频天线13。各高频天线13是将线状的导体弯曲成U字形的天线。各高频天线13并联连接到电源14，在全部高频天线13和电源14之间设置一个阻抗整合器15。天线支承部12内形成为空洞，用于连接上述高频天线13和电源14的配线设置在该空洞内。天线支承部12的空洞内也可以与真空容器11连通，反之也可以与外部(大气)连通。
基体保持部16设置在真空容器11的底部。基体保持部16具有：圆板状的公转部161，所述公转部161载置于在真空容器11的底面竖立设置的支柱163上并以支柱163为中心旋转；6个自转部162，所述6个自转部162等间隔地(图2)配置在公转部161的上表面的周围并由能够绕中心旋转的圆板构成。
此外，在所述等离子体处理装置10中，设置用于将内部空间111排气的真空泵和用于导入等离子体原料气体的气体导入口等。
说明本实施例的等离子体处理装置10的动作。首先，在自转部162上将棒状的被处理基体21以竖立的状态固定。接着，利用真空泵将内部空间111排气后，从气体导入口导入等离子体原料气体。然后，使公转部161及自转部162旋转并同时从电源14向高频天线13导入高频电力，而在真空容器11内产生高频电磁场。在该高频电磁场的作用下，等离子体原料气体的分子电离而变成等离子体状态，利用该等离子体，对被处理基体21的表面进行蚀刻处理或堆积处理等的等离子体处理。
在本实施例的等离子体处理装置10中，利用向真空容器11的内部空间111突出设置的天线支承部12而能够相对减小安装天线的部分的面积，因此与将高频天线13安装于真空容器11的壁面的情况相比，能够进一步抑制等离子体朝向安装面侧的损失。
另外，在本实施例的等离子体处理装置10中，由于利用公转部161使被处理基体21在天线支承部12的周围公转，因此能够对全部的被处理基体21以相同的条件进行等离子体处理。进而，在本实施例的等离子体处理装置10中，由于利用自转部162使被处理基体21自转，因此能够对各被处理基体21的表面同样地进行等离子体处理。
在专利文献2及非专利文献1所记载的以往的等离子体处理装置中，多个高频天线分散配置于真空容器的壁面。因此，要将多个高频天线连接到少数的高频电源或阻抗整合器时，配线变长，而电力供给时的电力损失变大，若为了抑制上述电力损失而配置多个高频电源或阻抗整合器，则存在费用增加的问题。与此相对，在本实施例的等离子体处理装置中，由于将高频天线13集中地配置于天线支承部12，因此配线比以往更短，从而能够同时抑制电力损失和费用。
此外，在本实施例中，虽然天线支承部12使用圆柱状的结构，但是也可以使用四棱柱等其他的形状。天线支承部12的个数也可以如本实施例所示仅一个，也可以是多个。为了使安装高频天线13的部分的面积变小、且向高频天线13供给电力时的损失变少，可使天线支承部12的个数变少(优选仅一个)，并集中地配置高频天线13。另外，也可以适当地变更天线支承部12的位置。也可以根据所要求的等离子体的密度的尺寸或均匀性而适当地变更高频天线13的个数。这些事项对下述其他的实施例也同样适用。
[第二实施例]
使用图3所示的俯视图，说明第二实施例的等离子体处理装置30。本实施例的等离子体处理装置30是用于进行如下操作的装置，即，将平板形的被处理基体22搬入真空容器31的内部空间311，在进行等离子体处理后，从真空容器31搬出。
本实施例的等离子体处理装置30具有八棱柱状的真空容器31，以从其上壁面的中央附近向真空容器31的内部空间311内突出的方式设置一个六棱柱状的天线(等离子体产生机构)支承部32。在天线支承部32的六棱柱的各侧面，分别以沿上下方向排成一列的方式设置多个高频天线(等离子体产生机构)33。各高频天线33是U字形的天线，并以U字的底的部分朝向真空容器31的壁面侧的方式放射状地安装于天线支承部32。另外，全部的高频天线33经由一个阻抗整合器并联连接到一个电源(未图示)。
在真空容器31的8个面的侧壁中的1个面上设置装载锁定室38。在装载锁定室38中设有：用于在装载锁定室38与内部空间311之间进行被处理基体22的搬出、搬入的真空容器侧搬出入口381；用于在装载锁定室38与其外部之间进行被处理基体22的搬出、搬入的外部侧搬出入口382，装载锁定室38的内部能够与真空容器31的内部空间311独立地进行排气。在内部空间311设置使从装载锁定室38搬入的被处理基体22沿着侧壁绕一周的基体搬运装置(未图示)。
此外，和第一实施例同样，设置真空泵和气体导入口等。
说明本实施例的等离子体处理装置30的动作。和第一实施例同样，在内部空间311产生等离子体。然后，将被处理基体22依次从外部经由装载锁定室38向内部空间311搬入，并利用基体搬运装置在规定的时间绕内部空间311一周，进行等离子体处理。将到达装载锁定室38的被处理基体22从真空容器侧搬出入口381向装载锁定室38搬出，在真空容器侧搬出入口381的门关闭后，打开外部侧搬出入口382，向外部搬出。然后，将下一被处理基体22搬入装载锁定室38，按照和刚才相反的步骤搬入内部空间311。依此方式，将多个被处理基体22依次连续地进行等离子体处理。
由于本实施例的等离子体处理装置30在内部空间311内依然产生等离子体的状态下进行被处理基体22的搬入/搬出，因此不会中断等离子体处理，从而能够高效且连续地处理多个被处理基体。另外，能够对全部的被处理基体22以相同的条件进行等离子体处理。
[第三实施例]
使用图4所示的俯视图，说明第三实施例的等离子体处理装置40。本实施例的等离子体处理装置40是用于对由带状的薄膜构成的薄膜状被处理基体23的表面进行等离子体处理的装置。
本实施例的等离子体处理装置40具有长方体状的真空容器41，以从其上壁面的中央附近向真空容器41的内部空间411内突出的方式设置一个六棱柱状的天线(等离子体产生机构)支承部42。另外，和第二实施例的等离子体处理装置30同样，在天线支承部42设置高频天线43，并经由一个阻抗整合器并联连接到一个电源(未图示)。
将薄膜状基体保持部46设置成包围天线支承部42。薄膜状基体保持部46具有：与天线支承部42平行的圆柱状的大辊461；与天线支承部42平行且直径小于大辊461的圆柱状的小辊462。在天线支承部42的周围以60°间隔配置共计6个大辊461。在各大辊461的外周配置各一对、共计12个小辊462。另外，在相邻的两个大辊461的侧方与天线支承部42平行地设置由圆柱状的辊构成的送出部471及取入部472。
此外，和第一及第二实施例同样，设置真空泵和气体导入口等。
说明等离子体处理装置40的动作。首先，将被卷绕在送出部471上的薄膜状被处理基体23以下所示地安装于薄膜状基体保持部46及取入部472。首先，按照与送出部471相邻的第一小辊462A、与第一小辊462A相邻的第一大辊461A、与第一大辊461A及第一小辊462A相邻的第二小辊462B、…、与取入部472相邻的第十二小辊4621的顺序架上。然后，将薄膜状被处理基体23的一端固定于取入部472。
接着，利用真空泵除去内部空间411的空气后，从气体导入口导入等离子体原料气体，并从电源向高频天线43导入高频交流电流，由此，在内部空间411产生等离子体。与此同时，通过使取入部472的辊旋转，而将薄膜状被处理基体23从送出部471经由薄膜状基体保持部46取入到取入部472。在此期间，薄膜状被处理基体23的一个表面(被处理面)曝露在等离子体中，由此对被处理面施加蚀刻或堆积等的等离子体处理。
利用第三实施例的等离子体处理装置，能够在被处理面的整个面进行等离子体处理。此时，由于使薄膜状被处理基体23依次移动，因此能够均匀地进行在薄膜状被处理基体23表面的处理。另外，由于高频天线43被薄膜状被处理基体23包围，因此所产生的等离子体也被薄膜状被处理基体23包围，其结果是，能够将等离子体无浪费地用于薄膜状被处理基体23的处理。
第三实施例也与第一实施例同样，可适当地变更天线支承部42或高频天线43的形状、个数、位置等。

Claims (9)

1.一种等离子体处理装置，其特征在于，具备：
a)真空容器；
b)设置成向所述真空容器的内部空间内突出的等离子体产生机构支承部；
c)安装于所述等离子体产生机构支承部的一个或多个等离子体产生机构。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述等离子体产生机构是高频天线。
3.根据权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于，
从所述等离子体产生机构支承部向所述真空容器的壁面呈放射状地配置多个所述等离子体产生机构。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，
具备基体保持部，其以包围所述等离子体产生机构支承部的方式保持多个被处理基体。
5.根据权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述基体保持部具备公转部，其使所述被处理基体绕所述等离子体产生机构支承部旋转。
6.根据权利要求4或5所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述基体保持部具备使所述被处理基体自转的自转部。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，
具备薄膜状基体保持部，其以薄膜状基体包围所述等离子体产生机构支承部的方式保持该薄膜状基体。
8.根据权利要求7所述的等离子体处理装置，其特征在于，
具备：送出部，其将带状的所述薄膜状基体向所述薄膜状基体保持部依次送出；取入部，其从所述薄膜状基体保持部依次取入该薄膜状基体。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，
具备装载锁定室，其用于在所述真空容器内与该真空容器外之间搬入/搬出被处理基体。
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