CN1726745A - 等离子体生成装置、等离子体控制方法和基板制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种可在空间均匀生成高密度等离子体的等离子体生成装置，在真空容器(11)的侧壁设置多个天线(16)，相对3－4个天线(16)，经板状导体(19)并联连接1个高频电源。各天线(16)的导体长度比在真空容器内生成的感应电磁波的波长之1/4还短。通过如此设定天线导体的长度，可防止产生驻波，由此可防止损害真空容器的等离子体之均匀性。另外，因为通过使用板状导体(19)可高效放热，所以可抑制阻抗的上升。

Description

等离子体生成装置、等离子体控制方法和基板制造方法

技术领域

本发明涉及一种等离子体生成装置，用于使用等离子体、对被处理基板的表面进行堆积处理或蚀刻处理而制造半导体等基板。尤其是涉及一种通过使等离子体在大面积中均匀产生、来制造大面积基板的技术。

背景技术

近年来，能比使用非晶硅膜的TFT(薄膜晶体管)-LCD显示更高亮度图像的多晶硅TFT-LCD引人注目。多晶硅TFT-LCD首先制造在玻璃基板上形成有多晶硅薄膜的多晶硅基板。将该多晶硅基板区分成多个二维排列的象素区域，在各象素区域中形成薄膜晶体管(TFT)，构成LCD用基板。为了制造大面积的多晶硅TFT-LCD，需要具有高品质、特别是高的平坦性的多晶硅基板。

多晶硅基板作为高效率的太阳电池用基板也引人注目，随着需求及应用的扩大，要求其大面积化。另外，即便就一般的半导体器件用基板而言，超过单晶尺寸的大面积半导体器件用基板也必须使用堆积形成的基板。

为了制造在这些领域中使用的基板，实行使用等离子体的处理。在使用等离子体的处理中，包含使基板的原料堆积于构成基底的被处理基板表面上的处理、和蚀刻被处理基板表面的处理等。随着基板的大型化，实行等离子体处理的装置也需要大型化，但这时的最大问题在于等离子体处理的不均匀性。为了消除该问题，需要尽可能使等离子体密度在整个基板表面中变均匀。另一方面，从生产性的观点看，要求提高等离子体密度，由此提高堆积速度或蚀刻速率。

在生成等离子体的方法中，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、电容耦合型等离子体方式等。其中，感应耦合型等离子体方式向构成天线的感应线圈施加高频电压，并在等离子体生成装置内部生成感应电磁场，并由此生成等离子体。根据该构成，可生成作为要求所述等离子体装置的要件之一的高密度等离子体。另一方面，因为等离子体密度取决于距天线的距离，所以就作为所述再一要件的等离子体密度的均匀性而言，通过加工天线的形状或位置等构成来实现提高。例如，在特开2000-58297号公报(下面设为‘专利文献1’)中，记载了从设置在等离子体生成室的天井外侧之平板状线圈导入高频，使等离子体密度的均匀性提高。

就这种构成而言，若实现基板的大面积化，则为了确保等离子体生成室天井的机械强度，必需使天井的壁足够厚。但是，在专利文献1的装置中，由于在等离子体生成室的外侧配置天线，所以壁使得从天线放射的感应电磁场衰减，难以充分得到等离子体生成室内的感应电磁场的强度。即，在专利文献1中记载的方法中，尽管就等离子体密度的均匀性而言看到一定的提高，但难以充分提高等离子体密度。

相反，本申请发明人在特开2001-35697号公报(‘专利文献2’)中，提议将高频天线设置在等离子体生成室内部，设置多个天线，以及使用非盘旋形状的天线。

根据该构成，因为等离子体生成室的壁不构成障碍，所以感应电磁场不衰减地被放射到等离子体生成室内，可充分提高等离子体密度。另外，因为从均等配置的多个天线放射感应电磁场，所以其均匀性提高，由此，可使等离子体密度的均匀性提高。再者，虽然内部天线在施加大的电压时容易产生异常放电，但通过设置多个天线，各个天线的阻抗变小，不会产生异常放电。使用非盘旋形状的天线也可有助于减小天线的阻抗，抑制异常放电。通过这些效果，可对大面积的被处理基板实行堆积处理或蚀刻处理。下面，将专利文献2中记载的设置多个天线的构成称为‘多天线方式’。

今后为了处理更大面积的基板，要求在充分确保等离子体密度强度的同时，生成均匀性更高的等离子体状态。为此，即便所述多天线方式也需要研究各天线的形状、位置等或天线间的关系等、当前未考虑的参数。另外，若形成从天线放射的感应电磁场的驻波，则由此损害等离子体的均匀性。并且，由于感应电磁场的强度取决于距高频天线的距离，所以即便使用多天线方式，基板中央附近的等离子体密度也比基板外缘部附近的低。在基板面积小的情况下，基板中央附近与基板外缘部附近的等离子体密度之差在允许范围内，但若基板面积变大，则该差不能忽视。另外，蚀刻或堆积速度等因离子种或自由基种的不同而不同，所以还需要考虑生成的离子种或自由基种的种类。

发明内容

本发明为了解决这种问题而做出，其目的在于提供一种可在空间上均匀生成高密度等离子体、可抑制生成的离子种或自由基种的种类之等离子体生成装置。

为了解决上述问题而构成的本发明之等离子体生成装置的特征在于：具备

a)真空容器；

b)设置在所述真空容器内、装载被处理基板的基板台；和

c)在所述真空容器内、大致平行地排列在所述基板台上的多个高频天线。

另外，本发明的等离子体生成装置除上述构成外，还期望兼备以下(1)-(5)中任一或多个构成。

(1)所述天线由比所述高频的1/4波长长度还短的导体构成。

(2)具有并联连接于所述多个天线上的板状导体。另外，向天线供电的电源与板状导体的连接点、同各个天线与板状导体的连接点的距离比高频的1/4波长长度还短。

(3)将对应于所述基板台的目的区域之位置的天线的纵横比设定成对应于该目的区域中的目的等离子体密度或等离子体电子能量的值。这里，所谓‘纵横比’是指用平行于内壁的方向长度除以天线垂直于内壁的方向长度后的值。

(4)大致平行于所述基板台并排排列天线的电极，1组或多组邻接天线的邻接电极彼此为同一极性。

(5)在所述天线上连接阻抗元件，期望该阻抗元件的阻抗是可变的。

首先，说明本发明的等离子体生成装置的基本构成。本发明的等离子体生成装置具有其内部构成等离子体生成室的真空容器。真空容器内部由真空泵来维持在规定的真空度。在该真空容器内部设置装载被处理基板的基板台。

在真空容器内设置多个高频天线。将这些天线的一个电极连接于另外设置的电源上，另一电极接地。该天线例如可装配在真空容器的侧壁或天井壁等上。另外，大致平行于基板台地排列这些多个天线。

若从电源向这些天线提供高频功率，则从各天线放射感应电磁场，由此生成等离子体。此时，因为在本发明的装置中大致平行于基板台地排列天线，所以各天线距基板台的高度大致相等，在空间中集中投入来自天线的能量，所以可生成高密度等离子体。

另外，通过使用平面状的天线，在平面状的区域集中来投入来自天线的能量，所以与使用立体形状的天线之情况相比，可生成更高密度的等离子体。

若将天线的导体配置在真空容器内，则天线表面曝露于生成的等离子体，导体恶化。为了防止这种情况的发生，期望用绝缘体来覆盖天线表面。该覆盖还抑制天线的导体与等离子体的静电耦合，由此，还具有防止异常放电或等离子体紊乱的作用。该覆盖被详细记载于上述专利文献2中。

下面，说明具有上述(1)的构成的等离子体生成装置。在该装置中，使构成天线的导体长度比提供的高频功率的1/4波长长度还短。导体不限于线状，即便例如是板状，只要电流流动方向的长度比高频波长的1/4还短即可。通过构成这种构成，可防止在导体表面产生驻波，从而可防止损害真空容器内的等离子体之均匀性。

下面，说明具有上述(2)的构成的等离子体生成装置。在上述基本构成中，将多个天线并联连接于板状导体上。经该板状导体从电源向天线提供高频功率。为了高效向天线提供高频功率，必需使电源与天线间的连接部之阻抗变小。通过在该连接中使用板状导体，充分拓宽该板状导体的宽度，可将该连接部的阻抗抑制得小。另外，若连接部的导体温度因供电而上升，则电阻增加，但通过使用板状导体，可高效放热，所以可抑制阻抗的上升。

另外，在(2)的构成中，若在向天线供电的电源与板状导体的连接点、同各个天线与板状导体的连接点的两连接点之间产生驻波，则通过该驻波，在电源与板状导体的连接点处制约了投入到板状导体上的高频功率的大小。因此，通过使两连接点之间的距离比高频的1/4波长长度还短，防止在板状导体中产生驻波，可投入规定的高频功率。另外，期望使天线导体的长度与所述两连接点间距离之和比高频功率的1/4波长长度还短。

下面，说明具有上述(3)的构成的等离子体生成装置。在该构成中，着眼于以前未考虑的天线之纵横比。本申请发明人发现该天线指向区域(位于从天线的装配部垂直于内壁的方向上的区域)的等离子体电子能量或等离子体密度取决于纵横比。例如，在设施加于天线上的高频电压恒定的情况下，纵横比越大，则该天线指向区域的等离子体电子能量越高。其理由如下。若增大纵横比，则在天线指向方向上产生的感应电场变大。因该电位差而使在天线附近生成的等离子体电子向指定方向快地加速，所以位于该方向上的区域的等离子体电子能量变高。

与等离子体电子冲击后在该区域中生成的离子种或自由基种因等离子体电子能量大小的不同而不同。另外，蚀刻速率等因离子种或自由基种的不同而不同。因此，通过将指向控制蚀刻速率等的区域(目的区域)之天线的纵横比设定成各种值，可调节等离子体电子的能量，控制在目的区域中生成的离子种或自由基种，控制其中的蚀刻速率等。

在具有上述(3)的构成的装置中，可将真空容器内的整体电子温度保持在低的状态不变地实行电子能量的控制。因此，不会使无助于蚀刻或堆积的外皮(sheath)部分的电位上升，仅控制目的区域的电子能量。

另外，通过增大纵横比，被加速的等离子体电子与未被等离子体化而残留的原料气体分子冲击，进一步促进等离子体的生成。由此，可提高目的区域的等离子体密度。

另外，纵横比在矩形或圆形等平面状天线中如上所述由用平行于内壁的方向长度除以天线垂直于内壁的方向长度后的值来定义，但在具有立体形状的天线中，由用平行于内壁的方向长度除以向平行于基板台的面射影的、垂直于内壁的方向长度后的值来定义。

下面，对于具有(3)的构成的装置，描述控制等离子体电子能量或等离子体密度的实例。对应于目的区域中的等离子体电子能量或等离子体密度等目的值来设定指定该区域的天线的纵横比。例如，在提高真空容器内整体的等离子体密度的情况下，只要增大全部天线的纵横比即可。另外，在提高真空容器内局部区域的等离子体电子能量或等离子体密度的情况下，使指向目的区域的天线的纵横比比其它天线的纵横比大。另外，不仅可调整一个天线，也可调整多个天线的纵横比。另外，为了降低真空容器内局部区域的等离子体电子能量或等离子体密度，也可使指向该区域的天线的纵横比比其它天线的纵横比小。由此，可以较高的自由度来控制等离子体电子能量或等离子体密度。

提高真空容器内局部区域的等离子体密度的最佳实例，是用于提高现有多天线方式的装置中等离子体密度比外缘部低的基板台中央附近区域之等离子体密度的方法。通过使指向中央附近的天线的纵横比比其它天线的纵横比大，可改善等离子体生成室整体中等离子体密度的均匀性。这样，通过使用改善了密度均匀性的等离子体来对被处理基板实行堆积处理或蚀刻处理，可制造在大面积中均匀性高的基板。

所谓控制真空容器内局部区域的等离子体密度的方法，例如可用于对不知何理由而产生不平坦部分的基板，控制该部分的等离子体密度、并进行修正、使堆积速度或蚀刻速度与其它部分的不同的情况。

下面，说明具有上述(4)的构成的等离子体生成装置。与上述一样，当在真空容器内设置多个天线时，大致平行于基板台并排排列天线的电极，邻接天线的邻接电极彼此设为同一极性。即，将邻接电极都连接于高频电源上或都接地。

例如，在设置多个将高频电源连接于一个电极上、将另一电极接地的天线、以包含这些连接不变地平行移动的情况下，邻接天线的邻接电极间的极性不同。相反，在设置多个天线以使天线自身平行移动、高频电源和接地的连接与邻接天线相反的情况下，邻接天线的邻接电极彼此变为相同极性。

若邻接天线的邻接电极的极性不同，则当为了生成感应电磁场而向各天线施加高频电压时，无意地向邻接电极间施加高频电压，仅该部分局部等离子体密度变高。因此，例如基板台中央部等、该邻接电极间以外的部位的等离子体密度变低。相反，根据上述(4)的构成，因为设邻接天线的邻接电极彼此为相同极性，所以在向各天线施加高频电压时，该邻接电极间也总是相等电位，不施加高频电压。因此，在该邻接电极间不会形成局部的高等离子体密度区域，均匀化等离子体密度。另外，由于不会使等离子体密度的均匀性恶化地变窄邻接天线间的距离，使天线的设置密度变高，所以可作为整体使等离子体密度变高。再者，通过适当选择使极性相同的电极，可控制等离子体密度的分布。

下面，说明具有上述(5)的构成的等离子体生成装置。在该构成中，在各天线上连接用于调节天线电压或电流的阻抗元件。当将各天线连接于高频电源时，典型地，由于成本上的理由等，在每个高频电源上并联连接多个天线，但也可在一个天线上连接一个高频电源。

在从一个高频电源向多个天线提供高频功率的情况下，随着连接高频电源与天线的导体的形状或长度、或温度分布等不同，提供给各天线的高频功率对每个天线也不同。在所述连接用导体是板状导体的情况下，尤其是温度分布的影响变显著。因此，在本发明的等离子体生成装置中，通过调节各阻抗元件的阻抗值，提供给各天线的高频功率的差变小。由此，在真空容器内生成的等离子体密度之均匀性提高。

例如，在使用所述板状导体将多个天线并联连接于高频电源上的情况下，由于来自表面的放热影响，板状导体的温度在端部附近比中央附近低。因此，连接于板状导体端部附近的天线与高频电源间的阻抗值比连接于中央附近的天线-高频电源间的小。因此，增大连接于板状导体端部附近的天线上的阻抗元件的阻抗值。由此，各天线-高频电源间的阻抗值的差变小，可正常化提供给各天线的高频功率。

另外，在真空区域内的部分区域的等离子体密度因某种原因而上升或下降的情况下，通过调节指向该区域的天线的阻抗元件之阻抗值，可使该区域的等离子体密度接近其它区域的值。这不限于将多个天线并联连接于一个高频电源上的情况，也可适用于仅将一个天线连接于一个高频电源上的情况。

也可仅在部分天线上连接阻抗元件来调节该天线的电压或电流。例如，在多个天线中的部分天线中不设置阻抗元件地始终提供最大功率，并对其它天线设置阻抗元件，并调节其值，从而限制供电。

在连接于天线上的阻抗元件中，可使用阻抗值固定与可变的任一种。固定阻抗元件例如事先知道各天线与高频电源间的阻抗值，在该值中具有再现性的情况下使用。另一方面，可变阻抗元件除上述情况外，还可用于天线-高频电源间的阻抗值为未知的情况、因温度等条件而不同的情况、时间变化的情况等中。通过对应于各种条件和它们的变化来调节可变阻抗元件的阻抗值，可使生成的等离子体密度变均匀。

该可变阻抗元件的阻抗值之调节期望监视真空容器内部的等离子体状态、并反馈该状态后实行。由此，可随着板状导体的温度变化来对应于等离子体密度的时间变化。为此，期望在本发明的等离子体生成装置中还设置测定可表示等离子体状态的参数之测定部、和根据该参数来设定各可变阻抗元件的阻抗值之控制部。虽然测定部只要直接测定等离子体密度即可，但也可以通过测定测定更容易的各天线的电流或电压来间接测定生成的等离子体密度。

测定部例如如下构成。通过在天线附近配置拾取线圈，测定在该拾取线圈中感应的感应电动势，可容易测定各天线的电流。另外，通过在天线附近配置电容器，测定流出流入该电容器的电流，可容易测定各天线的电压。通过使构成天线的导体端部突出到真空容器的外部，可将拾取线圈或电容器配置在其端部附近、即真空容器的外侧。由此，可使拾取线圈或电容器不被等离子体侵蚀地测定天线的电流或电压。

因为生成的等离子体密度与投入天线的功率成正比，所以为了较正确地测定等离子体密度，与仅测定天线的电流或电压一方相比，期望测定其双方、即投入天线的功率。为此，只要将通过上述方法得到的天线电流的信号与天线电压的信号相乘即可。该乘法例如可使用合成两者的信号合成器(混频器)来实行。因为信号合成器得到的信号中包含高频分量，所以期望由低通滤波器来去除高频分量。如此得到的信号与投入天线的功率成正比。

即便是以上所述的各构成任一种，也期望将多条天线各自分成由1或多个天线构成的多个组，就各个组而言，向各个天线并联提供高频功率。通过设为这种构成，与从一个高频电源向全部天线供电相比，进一步降低对高频电源的负荷，由此，可提高生成的等离子体密度。

另外，因为可通过上述各构成的等离子体生成装置来实现比以前还均匀的高密度的等离子体状态，所以通过使用该装置来实行堆积处理或蚀刻处理，可比以前高效地制造表面平坦的基板。

附图说明

图1是本发明的等离子体生成装置的第1实施例的铅直方向的截面图。

图2是第1实施例的等离子体生成装置的侧面图。

图3是第1实施例的等离子体生成装置的平面图。

图4是表示第1实施例的等离子体生成装置测定的、真空容器中心部的等离子体状态的曲线。

图5是表示第1实施例的等离子体生成装置测定的、真空容器内的等离子体密度分布的图。

图6是表示具有相位调整功能的等离子体生成装置实例的示意构成图。

图7是表示使高频电源间的相位差变化时的等离子体密度的变化曲线。

图8是表示天线导体的侧壁方向的长度和天线个数不同的等离子体生成装置实例的平面图。

图9是表示因天线导体的侧壁方向的长度和天线个数不同而造成的等离子体电位和浮动电位的振幅不同之曲线。

图10是本发明的等离子体生成装置的第2实施例的平面图。

图11是表示纵横比不同的多种天线的模式图。

图12是表示第2实施例和比较例的等离子体生成装置之真空容器中央的等离子体密度的曲线。

图13是表示第2实施例和比较例的等离子体生成装置之真空容器中央的电子能量分布的曲线。

图14是表示将每个天线的纵横比设为不同的等离子体生成装置一例的平面图。

图15是表示图14的等离子体生成装置和比较例的装置之等离子体密度分布的图。

图16是本发明的等离子体生成装置的第3实施例的平面图。

图17是邻接天线间的间隙和其间的输出中差的说明图。

图18是表示第3实施例和比较例的等离子体生成装置之真空容器中央的等离子体密度的曲线。

图19是表示由第3实施例和比较例的等离子体生成装置生成的等离子体密度空间分布的曲线。

图20是本发明的等离子体生成装置的第4实施例的平面图。

图21是表示阻抗元件一例的图。

图22是第4实施例的等离子体生成装置的铅直方向的截面图。

图23是表示二极管桥接电路一例的图。

图24是表示由第4实施例的生成装置生成的等离子体密度之空间分布的曲线。

具体实施方式

(第1实施例)

分别在图1中示出本发明的等离子体生成装置的第1实施例的铅直方向的截面图，在图2示出该装置的侧面图，在图3中示出该装置的平面图。

真空容器11的内部构成该等离子体生成装置的等离子体生成室。真空容器11内部如图3所示，平面形状为矩形(长方形)，其长边长度为130mm，短边长度为100mm。在真空容器11上连接真空泵(未图示)，将真空容器11内部维持在规定的真空度。在真空容器11内设置用于装载被处理基板13的、长边为94cm、短边为76cm的矩形平面状之基板台14。基板台14通过设置在其下部的升降部14a可升降。另外，在真空容器11的下侧部设置用于导出导入被处理基板13的基板出入口12。

在真空容器11内上部设置沿内壁在真空容器11内水平盘旋一周的盘旋部、和由连接于真空容器11外部的连接部构成的气体管道15。为了向真空容器11内均等导入气体，在该气体管道15的盘旋部的表面适当分布配置多个孔。另外，也可代替本实施例这种在真空容器11内盘旋的气体管道15，设置贯穿真空容器侧壁或/和天井壁的短的管道。此时，为了向真空容器11内均等导入气体，期望在侧壁或/和天井壁上适当分布配置多个管道。

在真空容器11的4个侧壁中在其水平方向上长的一方的两个面中等间隔地各设置4个高频天线16，在短的一方的两个面中等间隔地各设置3个高频天线16(参照图3)。任一天线16距基板台14的高度都为180mm。如后所述，将各天线16的两个电极中的一个连接于高频电源18上，将另一个接地。例如，将各天线的接地侧电极连接于真空容器11的侧壁上，通过将该侧壁接地，可将接地侧电极接地。另外，也可在高频电源18侧的电极中插入从接地浮游(浮动)的固定或可变浮动电容。在本实施例中，从高频电源18提供的功率的频率为13.56MHz。

天线16的电极间导体长度为450mm，比施加于天线16上的高频波长(10,000-15,000mm)的1/4还短。由此，不会产生驻波而损害等离子体的均匀性。

天线16的导体中位于真空容器11内的部分之表面被绝缘体所覆盖。另外，高频天线16的形状为U字形，这样通过使用不盘旋的天线来降低天线的阻抗。就这里所述的被绝缘体所覆盖的天线和未盘旋的天线而言，在专利文献2中详细说明。

在本实施例中，在一个高频电源18上并联连接设置在一个真空容器侧壁上的3个或4个天线。在各天线16与高频电源18的连接中，如图2所示，使用板状导体19。沿真空容器11的外侧壁地设置该板状导体19，板状导体19例如由铜板构成。在经阻抗整合器17将高频电源18连接于铜板的一个点(高频供电点20)上的同时，将天线16的一个电极(图2中的白圆)连接于铜板上。另外，图2中的黑圆表示接地侧的电极。连接于铜板上的各天线16的电极与高频供电点20的距离比施加于天线16上的高频波长的1/4还短。通过加宽铜板的宽度，可伸长该距离。

说明本实施例的等离子体生成装置的动作。使升降部14a动作，使基板台14下降。将被处理基板13从基板出入口12导入真空容器11内，在装载于基板台14上之后，使基板台14上升到规定位置。在将真空容器内减压到规定压力后，以规定的气压将等离子体的原料气体导入气体管道15中，从4台高频电源18向各高频天线16提供规定的高频功率。由此，通过从多个高频天线16分别生成的感应电场，生成等离子体。

下面，用实验结果来说明第1实施例的等离子体生成装置生成的等离子体密度或等离子体电子能量。

图4中表示第1实施例的等离子体生成装置生成氩(Ar)等离子体(在Ar气体流量：50ccm、气压：0.66Pa和1.33Pa下分别测定)，并用兰米尔测量仪法测定真空容器11的中心部(从天井壁的内侧面向铅直下侧160mm的位置)之等离子体状态的结果。图4(a)中所示的数据是边改变提供给全部天线16的高频功率的合计值边测定等离子体电位Vp和浮动电位Vf的数据。(b)中所示的数据是边改变所述高频功率的合计值边测定等离子体离子密度Ni、等离子体电子密度Ne和等离子体电子能量Te的数据。等离子体电位Vp和浮动电位Vf对应于提供的功率之增加而减少，等离子体离子密度Ni、等离子体电子密度Ne和等离子体电子能量Te对应于功率的增加而增加。另外，从图4可知，通过第1实施例的等离子体生成装置，可以适合于各种等离子体加工的1×10¹¹以上的高等离子体密度来生成20V以下的低等离子体电位的等离子体。

图5中表示测定从真空容器11内的天井壁的内侧面至铅直下侧195mm高度下的等离子体密度之平面分布(等离子体的均匀性)的结果。这里，通过由兰米尔测量仪法得到的离子饱和电流密度来进行评价。离子饱和电流密度对应于等离子体离子密度。(a)是从设置在第1实施例的等离子体生成装置中的4个高频电源18提供各相差1000W的功率时的测定结果。另一方面，(a)是从连接于4个天线的高频电源18提供1300W、从连接于3个天线的高频电源18提供700W功率时的测定结果。因此，提供的功率合计在(a)、(b)任一情况下都为4000W。(b)的等离子体密度之平面分布均匀性比(a)高。尤其是在图(b)中所示的格子B，2，D，4包围的区域中，等离子体密度大致均匀。这样，通过对每个电源调整提供给天线的功率，可控制等离子体密度分布。

图6中表示具有对每个高频电源调整高频功率相位的功能之等离子体生成装置的构成。在该装置中，在对应于各高频电源18a-18d配置的阻抗整合器19的输出侧设置波形检测器(或相位检测器)21。波形检测器21随时取入提供给天线16的高频功率的波形，将该波形信号发送给相位调整器22。相位调整器22从该波形信号中检测各高频电源18间的相位差，根据该结果，向各高频电源18发送相位控制信号，以变为预定的相位差。各高频电源18调整高频功率的相位后输出。

图7中表示图6的等离子体生成装置测定使高频电源间的相位差变化时的等离子体密度的变化之结果。图7的纵轴是真空容器的中心附近的测定点处之等离子体电子密度Ne。横轴表示高频电源18a-18b、18b-18c、18c-18d间的相位差。从测定结果可知相位差越大，则等离子体密度越增加。认为这是通过天线间的相位不同，在这些天线间加速电子，结果，等离子体密度增加。因为认为这种电子加速的强度随着天线的形状或天线间距离、气压、真空容器11的尺寸等各种因素而变化，所以适当调整相位差，使等离子体密度变得最高。

图8中表示第1实施例的等离子体生成装置在伸长天线导体的侧壁方向的长度a的同时、减少天线条数的实例。(a)中在真空容器长边侧的内壁中各设置两个长度a为图3的1.56倍之天线23a，在短边侧的内壁中各设置两个长度a为图3的1.27倍的天线24a。(b)中在真空容器长边侧的内壁中各设置一个长度a为图3的2.67倍之天线23b，在短边侧的内壁中各设置一个长度a为图3的2.20倍的天线24b。就这些构成而言，在由于伸长天线导体的长度来使天线自身的阻抗变大的同时，通过天线条数的减少，提供给每个天线的高频功率变大。

图9中表示图3和图8(a)、(b)的装置测定等离子体电位和浮动电位的振幅之结果。越伸长天线的导体，减少每个电源的天线条数，浮动电位和浮动电位的振幅变得越大。认为这是当天线阻抗变高时，每个电源的天线条数变小，从而天线的电位变高引起的。这样，等离子体电位和浮动电位的振幅变大构成增大等离子体加工中离子损坏的原因，但另一方面，在生成氢或氦等离子化能量高的气体等离子体的情况下是有效的。

(第2实施例)

在第2实施例中，说明着眼于天线纵横比之等离子体生成装置的构成。

图10中示出第2实施例的平面图。该等离子体生成装置仅变更了第1实施例的装置构成中天线26的纵横比。因此，在图10中，对与第1实施例相同的构成要素附加与图3相同的符号。高频电源的个数或连接于各高频电源上的天线的个数也与第1实施例相同。在本图的装置中，如图11(a)所示，将全部天线26的纵横比设为2(纵∶横＝2∶1)。另外，如图11(b)所示，第1实施例的天线16的纵横比为1(纵∶横＝1∶1)。设第2实施例的天线26的导体包围区域的面积S与第1实施例的天线16的相同。

下面，用实验结果来说明第2实施例的等离子体生成装置生成的等离子体密度或等离子体电子能量。这里，为了观察纵横比的变化产生的效果，对将全部高频天线的纵横比齐整为2(本实施例，图11(a)的天线)、1(第1实施例、图11(b)的天线)和0.5(图11(c)的天线)等3种等离子体生成装置进行测定。纵横比为1的高频天线的1边长度为15cm。在该实验中，向真空容器内提供氩气，直到为1.33Pa的气压，向各高频天线提供频率为13.56MHz的高频功率，生成氩等离子体。另外，在等离子体密度的测定中使用兰米尔测量仪法。

图12中表示这3种等离子体生成装置测定基板台中央正上的、与高频天线相同高度的等离子体密度的结果。这里，纵轴是用对数刻度表示的等离子体密度，横轴是各高频电源提供的高频功率的大小。在设高频功率相同的情况下，使用纵横比为2的高频天线之本实施例的装置一方可得到比使用纵横比为1和0.5的高频天线之装置还高的等离子体密度。

图13中与图12一样，表示3种装置测定基板台中央正上的等离子体电子的能量分布的结果。设各高频电源提供的高频功率的大小为2000W。高频功率以外的参数与图12所示的测定时的参数相同。纵轴为对数刻度。纵横比为2的装置与纵横比为此外值的装置相比，具有10-18eV能量的等离子体电子增加。该高能量的电子是被高频天线中产生的电位差加速后生成的电子。随着纵横比不同，该电子被生成、飞来的方向变化。就本实施例的U字形高频天线而言，因为在高频天线的长方向生成高能量电子，所以在纵横比为2的情况下，与纵横比为1或0.5的情况相比，存在更多的高能量电子。

另外，图13的结果表示通过改变高频天线的纵横比，可控制等离子体中的电子能量。由此，也可控制离子种或自由基种等等离子体加工中重要的因子。

下面，如图14的平面图所示，说明使每个天线的纵横比不同的实例。在图14所示的等离子体生成装置中，设在真空容器11的长边侧侧壁中设置的4个高频天线中的中央2个高频天线、和在短边侧侧壁中设置的3个高频天线中中央1个高频天线(例如高频天线26a)的纵横比为2，设接近真空容器11四角的高频天线(例如高频天线26b)的纵横比为1。这是为了增大作为目的区域的基板台中心附近的等离子体密度，而增大指向该处的高频天线的纵横比。

图15(a)中示出使用图14的装置来测定与高频天线相同高度下的等离子体密度的空间分布的结果。同时，作为第2实施例的比较例，在图15(b)中示出将全部高频天线的纵横比设为1的装置实行同样测定的结果。这里，设各高频电源提供的高频功率的大小为1000W，此外的等离子体生成条件与上述第2实施例的条件相同。从图15可知，在图14的装置中，中心部的等离子体密度比比较例的高，相反，抑制外缘部的等离子体密度变高，结果，与比较例的装置相比，改善了等离子体密度的均匀性。

(第3实施例)

在第3实施例中，说明着眼于邻接天线的邻接电极彼此极性的等离子体生成装置的构成。

图16中示出第3实施例的平面图。向与第1实施例相同的构成要素附加与图3相同的符号。高频电源的个数、或连接于各高频电源上的天线的个数与第1实施例相同。该等离子体生成装置仅变更了第1实施例的装置构成中各高频天线16的电极极性。具体而言，在设置在同一侧壁中的3个或4个天线构成的天线群内，设邻接的高频天线彼此的邻接电极彼此为同一极性。例如，在天线群31a中，将邻接的高频天线16a与高频天线16b中彼此邻接侧的电极都连接于阻抗整合器17-高频电源18上，将高频天线16b与高频天线16c中彼此邻接侧的电极都接地。

如图17(b)所示，在设邻接的高频天线彼此中彼此接近侧的端子为相反极性的情况下，在邻接天线间的间隙32中的邻接电极间产生电位差。因此，该间隙32中的等离子体浓度比其它位置高。另外，随之而来的是其它位置的等离子体浓度下降。相反，在第3实施例的装置中，通过设邻接天线彼此的邻接电极为相同极性，不会在间隙32的邻接电极间产生电位差。因此，可防止因该间隙32中存在端子间电位差而使等离子体浓度上升，防止其它部分的等离子体浓度下降。

下面，示出测定第3实施例的等离子体生成装置生成的等离子体密度的结果。在该实验中，向真空容器内提供氩气，直到为1.33Pa的气压为止，向各高频天线提供频率为13.56MHz的高频功率，生成氩等离子体。其它条件在各测定的说明时表示。另外，在等离子体密度的测定中使用兰米尔测量仪法。

图18中表示第3实施例的等离子体生成装置在与高频天线相同高度、基板台中央正上测定等离子体密度的结果。该图中同时示出为了比较使邻接电极彼此为相反极性的等离子体生成装置的测定结果。这里，纵轴是由对数刻度表示的等离子体电子密度，横轴是各高频电源提供的高频功率的大小。在高频功率的值为任一值的情况下，本实施例的装置都可得到比比较例的装置高的等离子体密度。尤其是在高频功率为1200W-2500W的情况下，本实施例的等离子体密度是比较例的等离子体密度的约2倍。

图19中示出测定等离子体密度的空间分布的结果。此时的测定条件如下所示。高频功率仅提供给图16所示的1组天线群31b。高频电源提供的高频功率的大小为1500W。作为等离子体密度的测定点之图19的横轴表示平行离开设置有天线群31b的侧壁13cm的直线上的位置。从图19可知，比较例的等离子体生成装置端部的等离子体密度比中心附近的等离子体密度低，等离子体密度的空间分布出现偏差。相反，在本实施例的等离子体生成装置中，等离子体密度的空间分布偏差比比较例的等离子体生成装置的少，改善等离子体密度分布的均匀性。

(第4实施例)

在第4实施例中，说明将阻抗元件连接于天线上的等离子体生成装置的构成。

图20中示出第4实施例的平面图。向与第1实施例相同的构成要素附加与图3相同的符号。高频电源的个数或连接于各高频电源上的天线的个数与第1实施例相同。该等离子体生成装置就第1实施例的装置构成而言，在各高频天线16的一个电极与阻抗整合器17之间连接阻抗元件41。作为阻抗元件41，例如可使用图21所示的可变阻抗线圈42。另外，可变阻抗线圈42的阻抗值之调节也可手动进行，但在实行后述的反馈控制的情况下，期望设置驱动器43来自动实行。另外，在本实施例中，将阻抗元件41连接于天线16的高频电源20侧的电极上，但也可将阻抗元件41连接于接地侧的电极上。

另外，在第4实施例中，如图22的铅直方向截面图所示，设置拾取线圈44和电容器45。因为突出到真空容器11的外部地设置高频天线16的一部分，所以拾取线圈44和电容器45只要设置在该突出部的附近即可，以不被等离子体侵蚀。因为拾取线圈44用于电流测定，所以也可设置在高频天线16的接地侧、至高频电源的连接侧之一上。为了将来自拾取线圈44或电容器45的交流信号变换成直流信号，在各拾取线圈44和电容器45上分别连接图23所示的桥接电路46。也可使用检波交流信号后输出直流信号的检波器来代替桥接电路。另外，设置输入这些信号后、输出用于设定阻抗元件41的阻抗值之信号的控制部47(图20)。

在本实施例的等离子体生成装置中，在例如因在铜板19中产生温度分布等原因而在等离子体密度中产生分布的情况下，通过调节各阻抗元件41的阻抗值后将提供给各高频天线16的功率变为适当值，均匀化等离子体的密度。这里，产生的等离子体密度分布中具有再现性，在应对各阻抗元件设定的阻抗值通过实验等可知的情况下，只要使用固定阻抗元件即可。另外，等离子体密度分布在因使用的气体或提供的功率等条件不同而在相同条件下具有再现性的情况下，只要使用可变阻抗元件来设定对应于该条件的阻抗值即可。此外，在不知道基于条件的等离子体密度分布的差异或再现性的情况下，反馈等离子体密度分布，实行可变阻抗元件的阻抗值调节。

如下进行所述反馈控制。将来自设置在各天线中的拾取线圈44的电流信号和/或来自电容器45的电压信号输入控制部47。在某个天线中的这些信号之一、或它们的积构成的功率信号为规定值以上时，即该天线周围的等离子体密度为规定值以上时，控制部47向连接于该天线的阻抗元件41中设置的驱动器43输出用于增大该元件的阻抗值之信号。另一方面，在天线中的电流等信号为规定值以下的情况下，控制部47向驱动器43输出减小阻抗值之信号。从控制部47接收到这些信号的驱动器43将该阻抗元件的阻抗值设定成规定值。由此，可将该阻抗元件周围的等离子体密度控制在规定范围内。

下面，说明测定使用本实施例的等离子体生成装置生成的等离子体密度分布的实验。在该实验中，仅向图20中用虚线包围的3个天线A、B、C提供高频功率，用兰米尔测量仪法测定距离设置这些天线的真空容器侧面13cm的直线上的等离子体密度分布。这里生成的等离子体是氩等离子体，在提供氩气直到为1.33Pa的气压后，从连接于3个天线A、B、C上的一个高频电源提供2000W、13.56MHz的高频功率。

通过对应于来自拾取线圈44的信号来调节阻抗元件的阻抗值，使产生流过3个天线A、B、C的电流大小比为1∶1.2∶1、2∶1∶2和3∶1∶3等3种状态，对各个情况测定等离子体密度分布。图24中示出这些测定结果。在3个高频天线的各电流基本相等、电流比为1∶1.2∶1的情况下，中央附近的等离子体密度变高，外缘部的等离子体密度变低。相反，在增大两端的高频天线的电流后之电流比为2∶1∶2的情况下，中央附近的等离子体密度降低，另一方面，外缘部的等离子体密度上升，可知等离子体密度的均匀性改善。此外，在增大两端的高频天线的电流后变为电流比为3∶1∶3的情况下，与电流比为1∶1.2∶1的情况相反，中央附近的等离子体密度变低。

另外，使该等离子体密度分布最佳的电流比因等离子体气体的种类或压力、高频电源的提供功率等条件的不同而不同。因此，适当调节阻抗元件的阻抗值，使该电流比变为适应于这些条件的最佳值。

上述各实施例中都将真空容器的平面形状设为矩形，但也可是圆形等其它形状。另外，在上述各实施例中将天线设置在真空容器的侧壁上，但也可将天线的一部分或全部设置在真空容器的天井壁上。

Claims (37)

1、一种等离子体生成装置，其特征在于：具备

a)真空容器；

b)设置在所述真空容器内、装载被处理基板的基板台；和

c)在所述真空容器内、大致平行地排列在所述基板台上的多个高频天线。

2、根据权利要求1所述的等离子体生成装置，其特征在于：

将所述天线排列在真空容器的侧壁、或天井壁、或这两者上。

3、根据权利要求1或2所述的等离子体生成装置，其特征在于：

所述天线由比提供给所述高频天线的高频功率的1/4波长长度还短的导体构成。

4、根据权利要求1-3之一所述的等离子体生成装置，其特征在于：

具有并联连接于所述多个天线上的板状导体。

5、根据权利要求4所述的等离子体生成装置，其特征在于：

向天线供电的电源与板状导体的连接点、同各个天线与板状导体的连接点的两个连接点之间的距离，比高频的1/4波长长度还短。

6、根据权利要求3-5之一所述的等离子体生成装置，其特征在于：

所述天线导体的长度与所述连接点间距离之和比高频功率的1/4波长长度还短。

7、根据权利要求1-6所述的等离子体生成装置，其特征在于：

备有：对提供给所述各组的高频功率的相位进行检测的相位检测器、和调整该高频功率的相位的相位调整器。

8、根据权利要求1-7之一所述的等离子体生成装置，其特征在于：

将对应于所述基板台的目的区域的位置的天线的纵横比，设定成对应于该目的区域中的目的等离子体密度或等离子体电子能量的值。

9、根据权利要求8所述的等离子体生成装置，其特征在于：

为了提高所述目的区域中的目的等离子体密度或电子能量，将对应天线的纵横比设为比其它天线的纵横比大的值。

10、根据权利要求9所述的等离子体生成装置，其特征在于：

所述区域包含所述基板台的中心。

11、根据权利要求1-10之一所述的等离子体生成装置，其特征在于：

大致平行于所述基板台并排排列天线的电极，1组或多组的邻接天线的邻接电极彼此为同一极性。

12、根据权利要求11所述的等离子体生成装置，其特征在于：

对于全部天线，将邻接天线的邻接电极彼此设为同一极性。

13、根据权利要求1-12之一所述的等离子体生成装置，其特征在于：

在所述天线上连接阳抗元件。

14、根据权利要求13所述的等离子体生成装置，其特征在于：

将多个天线并联连接于1个高频电源上。

15、根据权利要求13所述的等离子体生成转置，其特征在于：

将1个天线连接于1个高频电源上。

16、根据权利要求13-15之一所述的等离子体生成装置，其特征在于：

所述阻抗元件的阻抗是可变的。

17、根据权利要求16所述的等离子体生成装置，其特征在于：

所述阻抗元件是可变阻抗线圈。

18、根据权利要求16或17所述的等离子体生成装置，其特征在于：

具备：测定各个天线的电压或电流的测定部、和利用该测定部得到的电压或电流值来设定所述可变阻抗值的控制部。

19、根据权利要求18所述的等离子体生成装置，其特征在于：

所述测定部具备配置在天线附近、检测该天线电流的拾取线圈。

20、根据权利要求18或19所述的等离子体生成装置，其特征在于：

所述测定部具备配置在天线附近、检测施加于该天线上的电压的电容器。

21、根据权利要求18-20之一所述的等离子体生成装置，其特征在于：

所述测定部具备：将检测到的高频电流或电压信号变换成直流电流或电压信号的桥接电路或检波器。

22、根据权利要求18-20之一所述的等离子体生成装置，其特征在于：

所述测定部具备：合成天线的电流信号与电压信号的信号合成器、和去除所述合成信号的高频分量的低通滤波器。

23、根据权利要求1-22之一所述的等离子体生成装置，其特征在于：

所述天线表面被绝缘体所覆盖。

24、根据权利要求1-23之一所述的等离子体生成装置，其特征在于：

所述天线在真空容器内的形状为平面形。

25、根据权利要求1-24之一所述的等离子体生成装置，其特征在于：

将所述多条天线各自分成由1个或多个天线构成的多个组，就各个组而言，向各个天线并联提供高频功率。

26、一种等离子体控制方法，其特征在于，对于具备在真空容器内、从真空容器的侧壁或天井壁、或这两者、大致平行于装载被处理基板的基板台排列的多个高频天线的等离子体生成装置，通过调整提供给所述天线的高频功率，控制在真空容器内形成的等离子体的状态。

27、根据权利要求26所述的等离子体控制方法，其特征在于：

通过调整所述真空容器内的所述天线的长度，控制等离子体状态。

28、根据权利要求26或27所述的等离子体控制方法，其特征在于：

通过调整提供给所述天线的高频功率的相位差，控制等离子体状态。

29、根据权利要求26-28之一所述的等离子体控制方法，其特征在于：

将对应于所述基板台的目的区域的位置的天线的纵横比，设定成对应于该目的区域中的目的等离子体密度或等离子体电子能量或对应于在该目的区域中生成的离子种或自由基种的值。

30、根据权利要求29所述的等离子体控制方法，其特征在于：

为了提高所述目的区域中的目的等离子体密度或电子能量，将对应高频天线的纵横比设得比其它天线的纵横比大。

31、根据权利要求30所述的等离子体控制方法，其特征在于：

所述目的区域包含所述基板台的中心。

32、根据权利要求26-31之一所述的等离子体控制方法，其特征在于：

通过将1组或多组邻接天线的邻接电极彼此设为同一极性，控制所述等离子体生成装置内的等离子体密度分布。

33、根据权利要求32所述的等离子体控制方法，其特征在于：

对于全部电极，将邻接天线的邻接电极彼此设为同一极性。

34、根据权利要求26-33之一所述的等离子体控制方法，其特征在于：

在各个天线上连接阻抗元件，通过连接阻抗元件并调节各阻抗元件的阻抗值，控制该真空容器内的等离子体密度分布。

35、根据权利要求34所述的等离子体控制方法，其特征在于：

所述阻抗元件的阻抗值是可变的，测定各个高频天线的电压、电流或这两者，利用得到的电压、电流或它们的积值来控制该可变阻抗值。

36、一种基板制造方法，其特征在于：

通过权利要求1-25所述的等离子体生成装置或权利要求26-35所述的等离子体控制方法，生成原料的等离子体，并使该原料堆积。

37、一种基板制造方法，其特征在于：

使用通过权利要求1-25所述的等离子体生成装置或权利要求26-35所述的等离子体控制方法所生成的等离子体，实行蚀刻处理。

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