CN112309817B - 等离子体处理装置和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种能够监视使用金属窗的电感耦合型的等离子体处理装置中等离子体的状态的等离子体处理装置和控制方法。基于本公开的一个方式的等离子体处理装置具备：主体容器；一个或多个高频天线，所述一个或多个高频天线用于使所述主体容器的内部的等离子体生成区域产生电感耦合等离子体；多个金属窗，所述多个金属窗配置于所述等离子体生成区域与所述高频天线之间，所述多个金属窗与所述主体容器绝缘，并且所述多个金属窗彼此绝缘；以及等离子体检测部，其与所述多个金属窗的各个金属窗连接，用于检测生成的等离子体的状态。

Description

等离子体处理装置和控制方法
技术领域
本公开涉及一种等离子体处理装置和控制方法。
背景技术
已知一种使用金属窗的电感耦合型的等离子体装置(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-15342号公报
发明内容
发明要解决的问题
本公开提供一种能够监视使用金属窗的电感耦合型的等离子体处理装置中等离子体的状态的技术。
用于解决问题的方案
基于本公开的一个方式的等离子体处理装置具备：主体容器；一个或多个高频天线，所述一个或多个高频天线用于使所述主体容器的内部的等离子体生成区域产生电感耦合等离子体；多个金属窗，所述多个金属窗配置于所述等离子体生成区域与所述高频天线之间，所述多个金属窗与所述主体容器绝缘，并且所述多个金属窗彼此绝缘；以及等离子体检测部，其与所述多个金属窗的各个金属窗连接，用于检测生成的等离子体的状态。
发明的效果
根据本公开，能够监视使用金属窗的电感耦合型的等离子体处理装置中等离子体的状态。
附图说明
图1是表示一个实施方式的电感耦合型的等离子体处理装置的截面图。
图2是用于说明图1的等离子体处理装置具备的等离子体检测部的图。
图3是表示等离子体处理装置的其它例的图。
图4是表示等离子体处理装置的另一其它例的图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本公开的非限定性的、例示的实施方式。在所附的所有附图中，对相同或者对应的构件或部件标注相同或对应的参照标记，并省略重复的说明。
〔等离子体处理装置〕
图1是表示一个实施方式的电感耦合型的等离子体处理装置的截面图。等离子体处理装置100能够利用于等离子体处理，等离子体处理例如为在平板显示器(FPD)用玻璃基板上形成薄膜晶体管时的对金属膜、ITO膜、氧化膜等的蚀刻、对抗蚀膜的灰化处理等。FPD例如为液晶显示器、电致发光显示器、等离子体显示器。另外，等离子体处理装置100不限于利用于针对FPD用玻璃基板在其制造过程中实施的等离子体处理，还能够利用于针对太阳电池板用玻璃基板、半导体晶圆在其制造过程中实施的各种等离子体处理。
等离子体处理装置100具有主体容器1。主体容器1为方筒形状的气密的容器，由导电性材料、例如通过阳极氧化处理在内壁面形成了阳极氧化膜的铝构成。主体容器1通过接地线2接地。主体容器1的内部被金属窗3划分为上方的天线室4和下方的处理室5。
金属窗3包括支承架6、支承梁7、金属窗30a～30d。支承架6和支承梁7被设置为在主体容器1中的天线室4的侧壁4a与处理室5的侧壁5a之间向主体容器1的内侧突出。金属窗30a～30d以通过绝缘体28彼此绝缘的方式载置于支承架6和支承梁7。
金属窗30a～30d占据作为处理室5的顶壁的金属窗3的大部分。金属窗30a～30d分别具有矩形状。金属窗30a～30d例如由铝、铝合金等非磁性金属形成。在金属窗30a～30d为铝或铝合金的情况下，优选至少在金属窗30a～30d的靠处理室5侧的面(下表面)形成阳极氧化膜或陶瓷喷镀膜、或者陶瓷制或石英制的外罩，以提高耐腐蚀性。
金属窗30a～30d与用于检测生成的等离子体的状态的等离子体检测部80连接。等离子体检测部80通过测定对金属窗30a～30d施加交流电压时流向金属窗30a～30d的电流，来检测等离子体的状态。此外，在后文叙述等离子体检测部80的详情。
支承架6和支承梁7由导电性材料、例如铝等非磁性金属构成，与主体容器1电连接。绝缘体28为电绝缘体，例如为陶瓷、石英、聚四氟乙烯(PTFE)。在等离子体处理装置100中，支承梁7兼作处理气体供给用的喷淋壳体，在支承梁7的内部形成有相对于基板G的作为处理对象的面平行地延伸的气体流路8。在气体流路8形成有用于向处理室5的内部喷出处理气体的多个气体喷出孔8a。气体喷出孔8a将从处理气体供给机构9经由气体供给管10供给至气体流路8的处理气体喷出到处理室5的内部。此外，如果将金属窗30a～30d构成为喷淋头，则也能够从金属窗30a～30d供给处理气体。
在形成于金属窗3的上侧的天线室4，以面向金属窗30a～30d的方式配置有高频天线11。高频天线11经由由绝缘构件构成的隔离件12以固定间隔与金属窗30a～30d分离地配置。高频天线11经由匹配器14及供电线15来与第一高频电源13连接，在等离子体处理的执行过程中，向高频天线11导入感应电场形成用的高频电力。高频电力的频率例如为13.56MHz。
高频天线11通过被供给高频电力来使主体容器1的内部的等离子体生成区域产生电感耦合等离子体。更具体地说，当对高频天线11供给高频电力时，在金属窗30a～30d感应出涡电流，通过该涡电流在处理室5的内部的等离子体生成区域形成感应电场。然后，通过形成的感应电场，从气体喷出孔8a供给来的处理气体在处理室5的内部的等离子体生成区域被等离子体化。
在处理室5中，以通过绝缘构件17与主体容器1电绝缘的状态配置有载置台16，载置台16用于以与金属窗30a～30d相向的方式载置基板G。载置台16由导电性材料、例如铝构成，其表面被进行阳极氧化处理。在载置台16设置有静电吸盘(未图示)，基板G通过静电吸盘被吸附保持于载置台16。
载置台16经由匹配器19和供电线20来与第二高频电源18连接，在等离子体处理的执行过程中，向载置台16施加偏置用的高频电力。高频电力的频率例如为3.2MHz。通过对载置台16施加偏置用的高频电力，能够将在处理室5的内部生成的等离子体中包含的离子有效地吸引至基板G。
在载置台16的内部设置有用于控制基板G的温度的陶瓷加热器等加热部、由制冷剂流路等构成的温度控制机构和温度传感器等。另外，基板G的支承单元并不限定于载置台16，在不需要偏置用高频电力的供给、温度调节机构的情况下，可以通过从下部或侧部突出的销或棒状构件来支承基板G，或者可以通过搬送机构的拾取器(Pick)等来支承基板G。
在处理室5的侧壁5a设置有用于向处理室5的内部搬入基板G以及从处理室5的内部搬出基板G的搬入搬出口21。搬入搬出口21通过闸阀22来打开关闭。在处理室5的底壁5b设置有用于对处理室5的内部进行排气的排气口23。排气口23与包括真空泵等的排气装置24连接。通过排气装置24对处理室5的内部进行排气，在等离子体处理的执行过程中将处理室5的内部的压力设定并维持为规定的真空气氛(例如1.33Pa)。
等离子体处理装置100的各部由控制装置90进行控制。控制装置90具有微型处理器91、ROM(Read Only Memory：只读存储器)92、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)93。在ROM 92或RAM 93中存储有等离子体处理装置100的工艺序列以及控制参数即工艺制程。微型处理器91是基于工艺序列和工艺制程来控制等离子体处理装置100的各部的控制部的一例。另外，控制装置90具有触摸面板94和显示器95，能够进行按照工艺序列和工艺制程进行规定的控制时的输入、结果的显示等。
在所涉及的等离子体处理装置100中进行等离子体处理时，首先，将基板G在被保持于搬送臂(未图示)的状态下从开口的闸阀22通过搬入搬出口21搬入处理室5的内部。在基板G被搬入后关闭闸阀22。当基板G被搬送至载置台16的上方时，将基板G从搬送臂移至支承销(未图示)，并使支承销下降，由此将基板G载置于载置台16。处理室5的内部的压力通过排气装置24保持为规定的真空度。从处理气体供给机构9经由气体供给管10来向气体流路8供给处理气体，并从气体喷出孔8a导入处理室5的内部。通过从第一高频电源13经由匹配器14和供电线15供给至高频天线11的感应电场形成用的高频电力，来在金属窗30a～30d中感应出涡电流，通过该涡电流在处理室5的内部的等离子体生成区域形成感应电场。然后，通过形成的感应电场，从气体喷出孔8a供给来的处理气体在处理室5的内部的等离子体生成区域被等离子体化，对基板G实施等离子体处理。
〔等离子体检测部〕
图2是用于说明图1的等离子体处理装置100具备的等离子体检测部80的图，是从上表面观察高频天线11和金属窗30a～30d而得到的概要图。等离子体检测部80通过测定对金属窗30a～30d施加交流电压时流向金属窗30a～30d的电流，来检测等离子体的状态。
等离子体检测部80包括交流电源81、测定器82a～82d、低通滤波器83a～83d。
交流电源81经由供电线84a～84d来与金属窗30a～30d连接。交流电源81通过控制装置90的控制来经由供电线84a～84d对金属窗30a～30d施加交流电压。交流电压的电压值例如为数V，频率例如为数十kHz。此外，在图2中示出针对四个金属窗30a～30d设置一个交流电源81的情况，但本公开不限定于此。例如，可以对金属窗30a～30d分别设置一个交流电源81。
测定器82a～82d与金属窗30a～30d分别对应地设置。当从交流电源81经由供电线84a～84d对金属窗30a～30d施加交流电压时，测定器82a～82d经由供电线84a～84d来测定在等离子体处理过程中流向金属窗30a～30d的电流。
低通滤波器83a～83d分别设置于供电线84a～84d。低通滤波器83a～83d分别去除流过供电线84a～84d的交流电流中的不需要的高频成分，由此防止不需要的高频成分通过供电线84a～84d流入测定器82a～82d。另外，可以在供电线84a～84d分别设置电容器。
在所涉及的等离子体检测部80中，当通过控制装置90的控制从交流电源81对金属窗30a～30d施加交流电压时，测定器82a～82d经由供电线84a～84d来测定在等离子体处理过程中流向金属窗30a～30d的电流。流向金属窗30a～30d的电流与流向在处理室5的内部中生成的等离子体的电流是等效的。因此，通过测定在等离子体处理过程中流向金属窗30a～30d的电流，能够检测在处理室5的内部生成的等离子体的状态。
测定器82a～82d将表示测定出的电流的波形的信号发送至控制装置90。接收到信号的控制装置90的微型处理器91对信号中包含的电流的波形进行傅立叶变换来进行分析，计算出等离子体的状态。等离子体的状态例如为电子密度Ne、电子温度Te。由此，能够实时地监视处于四个金属窗30a～30d各自的下方的等离子体的状态。其结果，能够探测等离子体处理过程中的等离子体的状态的随时间变化、面内分布的变动。
微型处理器91根据基于测定器82a～82d的测定结果计算出的等离子体的状态(例如等离子体的电子密度Ne、电子温度Te)，来校正等离子体处理装置100的装置参数。由此，能够调整在处理室5的内部生成的等离子体的状态的随时间变化、面内分布。此外，装置参数例如为第一高频电源13的输出(高频电力)、频率、处理室5的内部的压力。
图3是表示等离子体处理装置的其它例的图，是从上表面观察高频天线和金属窗而得到的概要图。图3所示的等离子体处理装置的主体容器1为圆筒形状的气密的容器，金属窗30a～30d分别是中心角为90度的扇形状。
在图3所示的等离子体处理装置中，与前述的等离子体处理装置100同样，等离子体检测部80也通过测定对金属窗30a～30d施加交流电压时流向金属窗30a～30d的电流，来检测等离子体的状态。由此，能够监视处于四个金属窗30a～30d的下方的等离子体的状态的周向分布。具体地说，当通过控制装置90的控制从交流电源81对金属窗30a～30d施加交流电压时，测定器82a～82d经由供电线84a～84d来测定在等离子体处理过程中流向金属窗30a～30d的电流。测定器82a～82d将表示测定出的电流的波形的信号发送至控制装置90。接收到信号的控制装置90的微型处理器91对信号中包含的电流的波形进行傅立叶变换来进行分析，计算出等离子体的状态。由此，能够监视处于四个金属窗30a～30d各自的下方的等离子体的状态。由此，能够实时地监视处于四个金属窗30a～30d各自的下方的等离子体的状态。其结果，能够探测等离子体处理过程中的等离子体的状态的随时间变化、面内分布的变动。
微型处理器91根据基于测定器82a～82d的测定结果计算出的等离子体的状态(例如等离子体的电子密度Ne、电子温度Te)，来校正等离子体处理装置100的装置参数。由此，能够调整在处理室5的内部生成的等离子体的状态的随时间变化、面内分布。
图4是表示等离子体处理装置的另一其它例的图，是从上表面观察高频天线和金属窗而得到的概要图。图4所示的等离子体处理装置具有六个金属窗30e～30j、三个高频天线11a～11c、等离子体检测部80A。
高频天线11a以在俯视时与金属窗30e～30g的各个金属窗的至少一部分重叠的方式配置在形成于金属窗3的上侧的天线室4。在进行等离子体处理的期间，从第一高频电源13a经由匹配器14a和供电线15a来对高频天线11a供给感应电场形成用的高频电力。通过对高频天线11a供给高频电力，在金属窗30e～30g感应出涡电流，通过该涡电流，在处理室5的内部的处于金属窗30e～30g的下方的区域形成感应电场。然后，通过形成的感应电场，从气体喷出孔8a供给来的处理气体在处理室5的内部的等离子体生成区域中被等离子体化。
高频天线11b以在俯视时与金属窗30e～30g和金属窗30h～30j的各个金属窗的至少一部分重叠的方式配置在形成于金属窗3的上侧的天线室4。在进行等离子体处理的期间，从第一高频电源13b经由匹配器14b和供电线15b来对高频天线11b供给感应电场形成用的高频电力。通过对高频天线11b供给高频电力，在金属窗30e～30g和金属窗30h～30j感应出涡电流，通过该涡电流，在处理室5的内部的处于金属窗30e～30g和金属窗30h～30j的下方的区域形成感应电场。然后，通过形成的感应电场，从气体喷出孔8a供给来的处理气体在处理室5的内部的等离子体生成区域被等离子体化。
高频天线11c以在俯视时与金属窗30h～30j的各个金属窗的至少一部分重叠的方式配置在形成于金属窗3的上侧的天线室4。在进行等离子体处理的期间，从第一高频电源13c经由匹配器14c和供电线15c来对高频天线11c供给感应电场形成用的高频电力。通过对高频天线11c供给高频电力，在金属窗30h～30j感应出涡电流，通过该涡电流，在处理室5的内部的处于金属窗30h～30j的下方的区域形成感应电场。然后，通过形成的感应电场，从气体喷出孔8a供给来的处理气体在处理室5的内部的等离子体生成区域中被等离子体化。
等离子体检测部80A通过测定对金属窗30e～30j施加交流电压时流向金属窗30e～30j的电流，来检测等离子体的状态。由此，能够监视处于六个金属窗30e～30j的下方的等离子体的状态的分布。具体地说，当通过控制装置90的控制从交流电源81对金属窗30e～30j施加交流电压时，测定器82e～82j经由供电线84e～84j来测定在等离子体处理过程中流向金属窗30e～30j的电流。测定器82e～82j将表示测定出的电流的波形的信号发送至控制装置90。接收到信号的控制装置90的微型处理器91对信号中包含的电流的波形进行傅立叶变换来进行分析，计算出等离子体的状态。由此，能够实时地监视处于六个金属窗30e～30j各自的下方的等离子体的状态。其结果，能够探测等离子体处理过程中的等离子体的状态的随时间变化、面内分布的变动。
微型处理器91根据基于测定器82e～82j的测定结果计算出的等离子体的状态，来在等离子体处理过程中实时地控制对与计算中使用的测定器82e～82j对应的高频天线11a～11c供给的高频电力。具体地说，微型处理器91根据计算出的等离子体的电子密度Ne和电子温度Te，来控制由与对应的高频天线11a～11c连接的第一高频电源13a～13c供给的高频电力。由此，能够调整在处理室5的内部生成的等离子体的状态的分布。
例如，在测定器82e～82g测定出的流向金属窗30e～30g的电流比测定器82h～82j测定出的流向金属窗30h～30j的电流小的情况下，微型处理器91增大对高频天线11a供给的高频电力。或者，微型处理器91减小对高频天线11c供给的高频电力。
另一方面，在测定器82e～82g测定出的流向金属窗30e～30g的电流比测定器82h～82j测定出的流向金属窗30h～30j的电流大的情况下，微型处理器91减小对高频天线11a供给的高频电力。或者，微型处理器91增大对高频天线11c供给的高频电力。
此外，在图4的例子中说明了与多个金属窗对应地配置有一个或多个高频天线的情况，但本公开不限定于此。例如，可以配置为金属窗与高频天线一一对应。在该情况下，能够高精度地调整在处理室5的内部生成的等离子体的状态的分布。
应认为，本次公开的实施方式的所有点均是例示性的，而非限制性的。可以不脱离所附的权利要求书及其主旨地，对上述的实施方式以各种方式进行省略、置换、变更。

Claims (6)

1.一种等离子体处理装置，具备：
主体容器；
一个或多个高频天线，所述一个或多个高频天线用于使所述主体容器的内部的等离子体生成区域产生电感耦合等离子体；
多个金属窗，所述多个金属窗配置于所述等离子体生成区域与所述高频天线之间，所述多个金属窗与所述主体容器绝缘，并且所述多个金属窗彼此绝缘；以及
等离子体检测部，其与所述多个金属窗的各个金属窗连接，用于检测生成的等离子体的状态，
所述等离子体检测部对所述金属窗施加交流电压并测定流向该金属窗的电流，由此检测所述等离子体的状态。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述等离子体检测部通过测定流向所述多个金属窗的各个金属窗的电流，来检测与所述多个金属窗的各个金属窗对应的所述等离子体的状态。
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，
所述等离子体的状态包括等离子体的电子密度、电子温度中的至少任一个。
4.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，
还具备控制部，所述控制部基于在进行等离子体处理时由所述等离子体检测部检测出的所述等离子体的状态，来控制所述等离子体处理的条件。
5.根据权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述等离子体处理的条件包括对所述高频天线供给的高频电力。
6.一种控制方法，是使用等离子体处理装置来控制等离子体的方法，所述等离子体处理装置具备：主体容器；一个或多个高频天线，所述一个或多个高频天线用于使所述主体容器的内部的等离子体生成区域产生电感耦合等离子体；多个金属窗，所述多个金属窗配置于所述等离子体生成区域与所述高频天线之间，所述多个金属窗与所述主体容器绝缘，并且所述多个金属窗彼此绝缘；以及等离子体检测部，其与所述多个金属窗的各个金属窗连接，用于检测生成的等离子体的状态，
所述控制方法的特征在于，
基于在进行等离子体处理时由所述等离子体检测部检测出的所述等离子体的状态，来控制所述等离子体处理的条件，
其中，所述等离子体检测部对所述金属窗施加交流电压并测定流向该金属窗的电流，由此检测所述等离子体的状态。
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