TW200537992A - Plasma generating equipment - Google Patents

Description

200537992 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關例如根據氣體電漿來形成膜的電漿 CVD裝置，根據氣體電漿來對濺鍍靶進行濺鍍而形成膜 的裝置，根據氣體電漿來進行蝕刻的電漿蝕刻裝置，從氣 體電漿來引出離子而進行離子注入或離子摻雜的裝置等之 類利用電漿的各種裝置，以及利用如此的裝置之各種半導 體或其零件的製造裝置，或如液晶顯示裝置或其零件的製 造裝置等之類利用電漿的各種裝置中所能利用的電漿產生 裝置。 【先前技術】 使氣體電漿產生的方法有各式各樣，其中在電漿產生 室内儘可能以高密度來取得均一的電漿之方法，例如有利 用高頻電力來使電感耦合電漿產生的方法。又，最近爲了 使電漿特性提升，亦嘗試提高所施加之高頻電力的頻率 等。 該電感耦合電漿的生成，是在針對電漿產生室而設置 的高頻天線施加高頻電力，一般高頻天線是被配置於電漿 產生室外。 但，例如日本特開200 1 -3 5 697號公報所提案，爲了 提高所被投入之高頻電力的利用效率，而將高頻天線設置 於電漿產生室内。又，爲了抑止將天線配置於電漿產生室 内時所恐怕產生的異常放電等，而提案以不環繞的線狀導 -4- 200537992

體來使天線構成平面構造（2次元的構造），藉此來降低天 線的電感，且此情況還提案將天線終端引出至電漿產生室 外，經由阻塞電容器來接地。 [專利文獻1]日本特開2001-35697號公報 【發明內容】 (發明所欲解決的課題） | 但，該以往被提案的電漿產生室内設置的高頻天線， 爲了使電漿密度等的電漿特性更爲提升，一旦提高所施加 之高頻電力的頻率，則會因爲將天線終端引出至電漿產生 室外，所以天線的電感會更高，會有無法取得匹配的不良 情況產生。 又，由於將天線終端引出至電漿產生室外，因此必須 對該終端所通過電漿形成室壁的部份進行氣密處理。 又，由於天線是平面的構造，因此爲了節省電漿產生 φ 室内空間，而將該天線設置於接近室内壁時（假想此類的 情況較多時），大多來自天線的高頻電場會朝向室内壁， 這會造成高頻電力的利用效率降低。 因應於此，本發明的課題是在於提供一種具備電漿產 生室及設置於該電漿產生室内的高頻天線，由該高頻天線 來對該電漿產生室内氣體施加高頻電力’而使電感耦合電 漿產生之電將產生裝置，其係比以往同種的裝置更能夠降 低該高頻天線的電感，藉此可抑止以往的異常放電’匹配 不良等的不良情況，而使所望的電漿產生，即使爲了提升 -5- 200537992 (3) 電漿特性而提高所施加之高頻電力的頻率，還是可以抑止 異常放電，匹配不良等的不良情況，而使所望的電漿產 生。 又，本發明的課題是在於提供一種可解決上述課題， 可進行以膜形成爲目的的處理之電漿產生裝置。 (用以解決課題的手段） 本發明的電漿產生裝置，係具備電漿產生室及設置於 該電漿產生室内的高頻天線，由該高頻天線來對該電漿產 生室内氣體施加高頻電力，而使電感耦合電漿產生，其特 徵爲： 該高頻天線，係由該電漿產生室外來延伸至電漿產生 室内，在該電漿產生室内電性並列分歧，且各分歧部份的 終端會直接連接至該電漿產生室之天線，該電漿產生室電 位會被設定成接地電位。 本發明的電漿產生裝置中，由於其高頻天線的電漿產 生室外的部份不寄與電漿生成，因此可儘可能縮短該部份 來直接連接至高頻電力施加裝置的匹配箱（matching box)，且因爲天線終端不會引出至電漿產生室外，直接連 接至電漿產生室，所以可縮短天線全體，且因爲採用在電 漿產生室内電性並列分歧的並列配線構造，所以可降低天 線的電感。 藉此，可抑止以往的異常放電，匹配不良等的不良情 況，使所望的電漿產生，即使爲了提升電漿特性而提高所 200537992 (4) 施加之高頻電力的頻率，還是可以抑止異常放電，匹配不 良等的不良情況，而使所望的電漿產生。 上述高頻天線爲了產生更高密度的電漿而封閉電漿 時，最好使用遮蔽構件來圍繞位於電漿產生室内的天線部 份周圍。該遮蔽構件可爲鋁，不鏽鋼等的導電性材料製。 該遮蔽構件，如後述，在將電漿產生裝置利用於膜形成 時，具有作爲防著構件的機能，亦即可抑止膜附著於電漿 產生室内壁。 爲了節省電漿產生室内空間，最好上述高頻天線爲小 型且高頻電力的利用效率佳者，因應於此，高頻天線可爲 立體的構造者。 該高頻天線的代表例，例如包含： 由上述電漿產生室外經該電漿產生室的室壁來延伸至 電漿產生室内的第1部份，及 由該第1部份的電漿產生室内側端部分歧成放射狀而 延伸，且往上述電漿產生室壁延伸的複數個第2部份， 該各第2部份的終端會被直接連接於該電漿產生室 壁。 即使該高頻天線例如配置於電漿產生室内壁附近，還 是可以往天線的第1部份，第2部份的各個周圍區域產生 感應電場，與和該室壁平行配置的平面構造的天線相較之 下，可在電漿產生室内廣範圍且效率佳地產生電場，高頻 電力的利用效率佳。 該天線的第2部份群，全體爲呈U字狀，字狀，半 200537992 (5) 圓狀者，或以第1部份爲中心，以十字形等所定的中心角 度間隔來使如此形狀的天線部份組合者。 無論是哪種情況，高頻天線至少位於電漿產生室内的 部份的導體表面，爲了抑止因自己偏壓而造成被電漿蝕刻 等的不良情況，最好皆使用氧化鋁等的電氣絶縁性材料來 覆蓋。 又，無論是哪種情況，施加於高頻天線的高頻電力， | 例如頻率可爲商用的13.56MHz者，但如上述，本發明之 電漿產生裝置的高頻天線爲低電感者，因此可爲40MHz 〜100MHz程度者，例如60MHz程度者，或者數100MHz 程度的較高者。亦可使用於如此頻率高的高頻電力，藉此 可以電漿密度等的點來提升電漿特性。 以上所述之本發明的電漿產生裝置，例如可利用於以 氣體電漿爲基礎來形成膜的電漿CVD裝置，以氣體電漿 爲基礎來對濺鍍靶進行濺鍍而形成膜的裝置，以氣體電漿 φ 爲基礎來進行蝕刻的電漿蝕刻裝置，及由氣體電漿來引出 離子而進行離子注入或離子摻雜的裝置之類利用電漿的各 種裝置，以及利用如此的處理裝置的各種半導體或其零件 的製造裝置，液晶顯示裝置或其零件的製造裝置等之利用 電漿的各種電漿處理裝置。 例如，設置往上述電漿產生室内供給膜形成用的氣體 之氣體供給裝置，在該電漿產生室内設置物品夾具，由上 述高頻天線來對從該氣體供給裝置所供給至該電漿產生室 内的氣體施加一高頻電力，而使電感耦合電漿產生，可根 200537992 (6) 據該電漿，在保持於該電漿產生室内的上述物品夾具的被 成膜物品上形成膜。 例如，若該氣體供給裝置爲供給矽烷氣體及氫氣的裝 置，則可以該矽烷氣體及氫氣的電漿爲基礎，在成膜物品 上形成矽膜。此情況，藉由控制矽烷氣體及氫氣分別往電 漿產生室内的導入量，電漿產生室内的成膜氣體壓，以及 施加於該等氣體的高頻電力（頻率及電力）等，亦可形成多 晶矽膜之類的結晶性矽膜。 [發明之效果] 如以上所説明，若利用本發明，則可提供一種具備電 漿產生室及設置於該電漿產生室内的高頻天線，由該高頻 天線來對該電漿產生室内氣體施加高頻電力，而使電感耦 合電漿產生之電漿產生裝置，比以往的同種裝置更能夠降 低該高頻天線的電感，藉此可抑止以往的異常放電，匹配 φ 不良等的不良情況，使所望的電漿產生，即使爲了提升電 漿特性而提高所施加之高頻電力的頻率，還是可以抑止異 常放電，匹配不良等的不良情況，而使所望的電漿產生。 又，本發明之高頻天線的使用個數，配置，及方向 等’可因應所需來適當決定。 又，本發明可提供一種具有上述優點，以形成膜爲目 的來進行處理的電漿產生裝置。 【實施方式】 -9 - 200537992 (7) 以下，參照圖面來說明本發明的電漿產生裝置之一 例’亦即作爲膜形成裝置利用的電漿產生裝置。 圖示的電漿產生裝置（膜形成裝置）是具備作爲成膜室 使用的電漿產生室10,在該室内設置有物品夾具3，及圍 繞該夾具上方的高頻天線1及該電極的遮蔽構件2。成膜 室1 0會被接地。 如圖1及圖2所示，高頻天線1爲立體構造的天線， p 由第1部份1 1及複數個第2部份12所構成。第1部份 11是從電漿產生室（成膜室）10外經由該室的頂壁10’來筆 直地棒狀延伸至室内。第2部份1 2是從第1部份1 1的室 内側端部1 le來分歧延伸成放射狀，且往頂壁1〇’延伸。 各第2部份1 2的終端1 2e是以連接器來直接連接至頂壁 1 〇’，因此爲經由室1 0來接地的狀態。 第2部份1 2的群組全體由平面來看彎曲成字形的2 個天線部份會組合成十字形來呈現連結於第1部份1 1的 φ 形態。 並且，高頻天線1，其天線導體的表面會以絶縁性膜 (在此爲氧化鋁膜）來覆蓋。 高頻天線1的第1部份1 1是經由匹配箱MX來連接 至高頻電源PW。匹配箱MX及電源PW是構成高頻電力 施加裝置。在第1部份11中不寄與露出於室10外的電漿 生成的部份會形成極短，直接連接於匹配箱MX。而且， 第1部份1 1會貫通設置於室10的頂壁10’之具氣密的絶 縁構件10a。 -10- 200537992 (8) 如此一來，高頻天線1會形成短，且在室1 0内形成 電性並列分歧的並列配線構造，因此天線1的電感會被低 減。 物品夾具3具備加熱被成膜物品（本例爲基板S)的加 熱器4。物品夾具3是與室1 〇 —起被接地。 遮蔽構件2在此爲筒狀者，由鋁等的導電性材料所形 成，往夾具3開放。遮蔽構件2是爲了產生更高密度電 漿，而封閉電漿，或抑止膜附著於室内壁者，但並非一定 需要。 對電漿生成室（成膜室）10而言，除了上述以外，還設 有氣體供給裝置100及排氣裝置EX。 氣體供給裝置100在此包含矽烷氣體（SiH4)供給電路 101及氫氣供給電路102。 排氣裝置EX是由：進行排氣量調整的傳導閥CV， 及經由該閥來配管連接至室10的真空泵PM所構成。 矽烷氣體供給電路101是由：貫通設置於室10的頂 壁1〇’的氣體導入噴嘴N1，及依此配管連接於該噴嘴的電 磁開閉閥 AV12，質量流控制器MFC1及電磁開閉閥 AV11，以及矽烷氣體（SiH4)瓶B1所構成。 氫氣供給電路102是由：貫通設置於室1〇的頂壁ΐ〇· 的氣體導入噴嘴N2，及依此配管連接於該噴嘴的電磁開 閉閥AV22，質量流控制器MFC2及電磁開閉閥AV21，以 及氫氣瓶B2所構成。 若利用以上説明的電漿產生裝置（膜形成裝置），則可 -11 - 200537992 (9) 如其次所述在基板S上形成矽膜。 首先，室1 0的物品搬入搬出口（圖示省略）會被開 啓，在物品夾具3上搭載被成膜基板S，再度該物品搬入 搬出口會被氣密地關閉。其次，藉由排氣裝置EX之泵 PM的運轉，室1 〇内會開始排氣。 藉此，當室10内被減壓至所定的壓力時，矽烷氣體 供給電路101的閥AV11，AV12會被開啓，以質量流控制 | 器MFC1所控制的流量來導入矽烷氣體至室10内，且氫 氣供給電路102的閥AV21，AV22會被開啓，以質量流控 制器MFC2所控制的流量來開始導入氫氣至室10内，室 内會被維持於成膜壓。而且，從電源PW經由匹配箱MX 來施加高頻電力至高頻天線1，藉此所被導入的氣體會激 勵而產生電感耦合電漿。因應所需，亦可使用圖示省略的 加熱器來加熱基板S。如此，以電感耦合電漿爲基礎，在 夾具3上的基板S形成矽膜。 φ 在此膜形成中，由於高頻天線1爲前述低電感天線， 因此可抑止異常放電，匹配不良等的不良情況，而使所望 的電漿產生。即使爲了提升電漿特性，而將所施加之高頻 電力的頻率提高爲例如40MHz〜100MHz，還是能夠抑止 異常放電，匹配不良等的不良情況’而使所望的電漿產 生。 又，由於高頻天線1爲立體的構造’因此即使配置於 室内壁附近，還是能夠在室10内廣範圍且效率佳地產生 電場，使高頻電力的利用效率提高。又，由於高頻天線1 -12- 200537992 (10) 的表面被絶縁性材料所覆蓋，因此可抑止因自我偏壓而被 電漿蝕刻等的不良情況發生。 其次，說明有關結晶性矽薄膜形成的實驗例。 條件等如以下所示。

基板：無鹼玻璃基板 基板温度：400°C 高頻電源：60MHz，4000W 砂院氣體導入量：lsccm 氫氣導入量：150sccm 成膜壓力：〇.67Pa 膜厚：約500 A 藉由雷射拉曼分光分析來評價如此取得的膜的結晶性 時，會出現顯示拉曼移動（Raman 的結晶性 的峰値，可確認結晶性。 [産業上之利用可能性] 本發明可利用於電漿CVD裝置，電漿蝕刻裝置，從 氣體電漿引出離子來進行離子注入或離子摻雜的裝置等要 求產生電漿的各種領域。 【圖式簡單說明】 圖1是表示本發明的電漿產生裝置之一例的槪略構成 圖。 圖2是表示高頻天線的立體構造例。 -13- 200537992 (11) 【主要元件符號說明】 1 0 :電漿產生室 10’ ：室10的頂壁 10a :兼具氣密密封構件的絶縁性構件 1 · 高頻天線 1 1 :天線的第1部份 1 1 e :第1部份的室内之端部 ^ 12 :天線的第2部份 12e :第2部份的終端 MX :匹配箱 PW ： 高頻電源 2 :遮蔽構件 3 :物品夾具 4 :加熱器 1〇〇 :氣體供給裝置 Φ 1 0 1 :矽烷氣體供給電路 AV11，AV12 :電磁開閉閥 MFC1 :質量流控制器 102 :氫氣供給裝置 AV21，AV22 :電磁開閉閥 MFC2 :質量流控制器 EX :排氣裝置 CV :傳導閥 PM :真空泵 -14-

Claims (1)

1. 200537992 (1) 十、申請專利範圍 1 · 一種電漿產生裝置，係具備電漿產生室及設置於 該電漿產生室内的高頻天線，由該高頻天線來對該電漿產 生室内氣體施加高頻電力，而使電感耦合電漿產生，其特 徵爲_· 該高頻天線，係由該電漿產生室外來延伸至電漿產生 室内，在該電漿產生室内電性並列分歧，且各分歧部份的 I 終端會直接連接至該電漿產生室之天線，該電漿產生室電 位會被設定成接地電位。 2 ·如申請專利範圍第1項之電漿產生裝置，其中位 於上述高頻天線的電漿產生室内的部份，其周圍會被遮蔽 構件所圍繞。 3 ·如申請專利範圍第1項之電漿產生裝置，其中上 述高頻天線包含： 由上述電漿產生室外經該電漿產生室的室壁來延伸至 φ 電漿產生室内的第1部份，及 由該第1部份的電漿產生室内側端部分歧成放射狀而 延伸，且往上述電漿產生室壁延伸的複數個第2部份， 該各第2部份的終端會被直接連接於該電漿產生室 壁。 4 ·如申請專利範圍第1項之電漿產生裝置，其中上 述高頻天線至少位於上述電漿產生室内的部份的導體表面 會被電氣絶縁性材料所覆蓋。 5 ·如申請專利範圍第3項之電漿產生裝置，其中上 -15- 200537992 (2) 述高頻天線至少位於上述電漿產生室内的部份的導體表面 會被電氣絶縁性材料所覆蓋。 6 ·如申請專利範圍第1〜5項的任一項所記載之電漿 產生裝置，其中具有對上述高頻天線施加高頻電力的高頻 電力施加裝置’該高頻電力施加裝置係對該高頻天線施加 頻率爲40MHz〜數100MHz的高頻電力。 7 ·如申請專利範圍第1〜5項的任一項所記載之電漿 g 產生裝置，其中具備：往上述電漿產生室内供給膜形成用 的氣體之氣體供給裝置，及設置於該電漿產生室内之物品 夾具， 由上述高頻天線來對從該氣體供給裝置所供給至該電 漿產生室内的氣體施加一高頻電力，而使電感耦合電漿產 生，可根據該電漿，在保持於該電漿產生室内的上述物品 夾具的被成膜物品上形成膜。 8 ·如申請專利範圍第7項之電漿產生裝置，其中上 φ 述氣體供給裝置爲供給矽烷氣體及氫氣的裝置，可以該矽 烷氣體及氫氣的電漿爲基礎，在上述被成膜物品上形成矽 膜0 -16-