TWI402002B - 電漿處理裝置 - Google Patents

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Yasunori Ando
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Nissin Electric Co Ltd
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Description

電漿處理裝置
本發明涉及一種電漿(plasma)處理裝置，該電漿處理裝置使用電漿，對基板實施例如利用電漿化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD)法的膜形成、蝕刻(etching)、灰化(ashing)、濺鍍(sputtering)等處理，更具體而言，本發明涉及如下的感應耦合型的電漿處理裝置，該感應耦合型的電漿處理裝置利用感應電場來產生電漿，使用該電漿來對基板實施處理，所述感應電場通過使高頻電流流入至天線(antenna)而產生。
作為屬於使用高頻來產生電漿的電漿處理裝置的裝置，已有產生電容耦合型電漿(簡稱CCP)的電容耦合型的電漿處理裝置、與產生感應耦合型電漿(簡稱ICP)的感應耦合型的電漿處理裝置。
簡單而言，電容耦合型的電漿處理裝置是將高頻電壓施加至兩塊平行電極之間，使用兩個電極之間所產生的高頻電場來產生電漿。
所述電容耦合型的電漿處理裝置例如存在如下的問題：將高電壓施加至電漿，電漿電位升高，電漿中的帶電粒子(例如離子(ion))以高能量(energy)射入至基板且與基板發生碰撞，因此，對基板上所形成的膜造成的損傷(damage)變大，膜質下降。
另一方面，簡單而言，感應耦合型的電漿處理裝置藉此感 應電場來產生電漿，所述感應電場通過使高頻電流流入至天線而產生，基本而言，例如具有如下的優點，即，與電容耦合型相比較，可使電漿電位降低。
作為如上所述的感應耦合型的電漿處理裝置的一例，在專利文獻1中揭示了如下的電漿處理裝置，該電漿處理裝置是將平板狀的天線隔著絕緣框而安裝於真空容器的開口部，將高頻電力從高頻電源供給至所述天線的一端與另一端之間而使高頻電流流動，利用藉此產生的感應電場來產生電漿，接著使用該電漿來對基板實施處理。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際專利公開第WO 2009/1420161號說明書(段落0024-0026、圖1)
對於感應耦合型的電漿處理裝置而言，若為了對應於大型基板而使天線變長，則該天線的阻抗(impedance)(尤其為電感)會變大，因此，在天線的長度方向的兩端部之間產生大電位差。
所述天線的電位經由與電漿之間的靜電容量而反映為電漿電位，因此，若天線的電位高，則電漿電位也會升高。結果，例如產生了如下的問題：由於電漿中的帶電粒子(例如離子)以高能量射入至基板且與基板發生碰撞，因此，對基板上所形成的膜造成的損傷變大，膜質下降。
另外，若在天線的長度方向的兩端部之間產生大電位差，則在電位高的端部附近，天線的電位的振幅大，因此，電容耦 合型的電漿產生作用會重疊於原本的感應耦合型的電漿產生作用，使電位高的端部附近的電漿密度高於其他端部附近的電漿密度。結果，天線的長度方向上的電漿密度分佈的均一性變差，進而基板處理的均一性變差。
因此，本發明的主要目的在於提供如下的電漿處理裝置，該電漿處理裝置為感應耦合型的裝置，且可使天線的有效電感(effective inductance)減小，從而將天線的長度方向的兩端部之間所產生的電位差抑制為小電位差，藉此，可將電漿電位抑制為低電位，並且可使天線的長度方向上的電漿密度分佈的均一性提高。
本發明的電漿處理裝置是感應耦合型的電漿處理裝置，該感應耦合型的電漿處理裝置是使高頻電流流入至平面形狀實質上筆直的天線，藉此，使真空容器內產生感應電場，從而產生電漿，接著使用所述電漿來對基板實施處理，所述電漿處理裝置的特徵在於：所述天線呈往返導體構造，所述高頻電流彼此逆向地流入至兩塊矩形導體板，其中所述往返導體構造是指以使所述兩塊矩形導體板位於沿著所述基板的表面的同一平面上的方式，彼此隔開間隙而靠近地平行配置兩塊矩形導體板，且利用導體來將兩個矩形導體板的長度方向的一端彼此予以連接，且在所述兩塊矩形導體板的所述間隙側的邊上，分別設置隔著所述間隙而相向的缺口，利用所述相向的缺口來形成開口部，使多個所述開口部分散地配置在所述天線的長度方向上。
從宏觀上來看，構成所述電漿處理裝置的天線呈往返導體構造，高頻電流彼此逆向地流入至所述天線的兩塊矩形導體板，因此，天線的有效電感會根據存在於往返導體之間的互感(mutual inductance)而相應地變小。因此，與以往的單一的平板狀的天線相比較，可將天線的長度方向的兩端部之間所產生的電位差抑制為小電位差，藉此，可將電漿電位抑制為低電位，並且可使天線的長度方向上的電漿密度分佈的均一性提高。
另外，若對在天線中流動的高頻電流進行詳細分析，則存在如下的傾向，即，高頻電流因集膚效應(skin effect)而主要在兩塊矩形導體板的端部流動。其中，若著眼於兩塊矩形導體板的間隙側的邊，則此處，高頻電流逆向地流入至彼此靠近的邊，因此，與間隙的相反側的邊相比較，電感(進而阻抗。以下相同)變得更小。因此，更多的高頻電流會沿著間隙側的邊及此處所形成的開口部流動。結果，各開口部所達到的效果與在天線的長度方向上分散地配置線圈時一樣，因此，可利用簡單的構造來實現將多個線圈予以串聯而成的構造相同的效果。因此，可利用簡單的構造來使各開口部附近產生強磁場，從而可使電漿產生效率提高。
而且，對於各開口部之間的連接部分而言，高頻電流逆向地流入至彼此靠近的邊，電感變小，因此，即使與通過通常的(即單側的)連接導體來僅將多個線圈予以串聯連接而成的構造相比較，也可使天線的電感減小，從而將天線的長度方向的兩端部之間所產生的電位差抑制為小電位差。由此產生的效果 如上所述。
可使所述天線的長度方向上的兩端部的所述開口部的大小，大於其他所述開口部的大小，也可使所述天線的長度方向上的兩端部的所述開口部的間隔，小於其他所述開口部的間隔，還可並用兩者。
可代替將所述兩塊矩形導體板配置在沿著所述基板表面的同一平面的方式，而使所述基板的表面的相反側為張開的剖面呈V字構造的方式，彼此隔開間隙，靠近地平行配置。也可使所述兩塊矩形導體板在短邊方向上彎曲，從而使所述基板的表面的相反側為張開的剖面呈U字構造的方式，彼此隔開間隙，靠近地平行配置。
也可預先利用導體，以在該導體中流動的所述高頻電流的集膚厚度以上的厚度，分別將所述兩塊矩形導體板的所述間隙的相反側的邊的周圍予以包覆，所述導體的電阻率大於所述矩形導體板的材料的電阻率。
根據第一發明，從宏觀上來看，天線呈往返導體構造，高頻電流彼此逆向地流入至天線的兩塊矩形導體板，因此，天線的有效電感會根據存在於往返導體之間的互感而相應地變小。因此，與以往的單一的平板狀的天線相比較，可將天線的長度方向的兩端部之間所產生的電位差抑制為小電位差，藉此，可將電漿電位抑制為低電位，並且可使天線的長度方向上的電漿密度分佈的均一性提高。
將電漿電位抑制為低電位的結果是，可將從電漿射入至基 板的帶電粒子的能量抑制為小能量，藉此，例如可將對基板上所形成的膜造成的損傷抑制為小損傷，從而可使膜質提高。另外，即使當使天線變長時，根據所述理由，也可將天線的電位抑制為低電位，從而可將電漿電位抑制為低電位，因此，易於使天線變長而對應於基板的大型化。
使天線的長度方向上的電漿密度分佈的均一性提高的結果是，可使天線的長度方向上的基板處理的均一性提高。例如，可使天線的長度方向上的膜厚分佈的均一性提高。
另外，若對在天線中流動的高頻電流進行詳細分析，則存在如下的傾向，即，高頻電流因集膚效應而主要在兩塊矩形導體板的端部流動。其中，若著眼於兩塊矩形導體板的間隙側的邊，則此處，高頻電流逆向地流入至彼此靠近的邊，因此，與間隙的相反側的邊相比較，電感進而阻抗變得更小。因此，使更多的高頻電流沿著間隙側的邊及此處所形成的開口部流動。結果，各開口部所達到的效果與在天線的長度方向上分散地配置線圈時一樣，因此，可利用簡單的構造來實現將多個線圈予以串聯而成的構造相同的效果。因此，可利用簡單的構造來使各開口部附近產生強磁場，從而可使電漿產生效率提高。
而且，對於各開口部之間的連接部分而言，高頻電流逆向地流入至彼此靠近的邊，電感變小，因此，即使與通過通常的(即單側的)連接導體來僅將多個線圈予以串聯連接而成的構造相比較，也可使天線的電感減小，從而將天線的長度方向的兩端部之間所產生的電位差抑制為小電位差。由此產生的效果如上所述。
根據第二發明，進一步產生如下的效果。即，天線的長度方向上的電漿密度分佈通常存在如下的傾向，即，兩端部附近的電漿密度小於其他部分的電漿密度。相對於此，如本發明這樣，使天線的長度方向上的兩端部的開口部的大小，大於其他開口部的大小，藉此，可使兩端部的開口部附近的磁通量密度增大來使電漿密度增大，因此，可使天線的長度方向上的電漿密度分佈的均一性提高。結果，可使天線的長度方向上的基板處理的均一性提高。例如，可使天線的長度方向上的膜厚分佈的均一性提高。
根據第三發明，進一步產生如下的效果。即，天線的長度方向上的電漿密度分佈通常存在如下的傾向，即，兩端部附近的電漿密度小於其他部分的電漿密度。相對於此，如本發明這樣，使天線的長度方向上的兩端部的開口部的間隔，小於其他開口部的間隔，藉此，可使兩端部的開口部附近的磁通量密度增大來使電漿密度增大，因此，可使天線的長度方向上的電漿密度分佈的均一性提高。結果，可使天線的長度方向上的基板處理的均一性提高。例如，可使天線的長度方向上的膜厚分佈的均一性提高。
根據第四發明，進一步產生如下的效果。即，感應電流在電漿中流動，該感應電流的方向與在兩塊矩形導體板中流動的高頻電流的方向相反，藉此，天線的電感下降，但兩塊矩形導體板配置為剖面V字構造，其間隙的相反側的邊與間隙側的邊相比較，與電漿之間的距離更大，因此，電感的下降減少，進而阻抗增大。結果，可使更多的高頻電流沿著兩塊矩形導體 板的間隙側的邊及此處所形成的開口部流動，因此，可更有效率地將高頻電力用於產生電漿。因此，可使電漿的產生效率提高，進而可使高頻電力的利用效率提高。
根據第五發明，進一步產生如下的效果。即，兩塊矩形導體板配置為剖面U字構造，其間隙的相反側的邊與間隙側的邊相比較，與電漿之間的距離更大，因此，根據與第四發明相同的理由，電感的下降減少，進而阻抗增大。結果，可使更多的高頻電流沿著兩塊矩形導體板的間隙側的邊及此處所形成的開口部流動，因此，可更有效率地將高頻電力用於產生電漿。因此，可使電漿的產生效率提高，進而可使高頻電力的利用效率提高。
根據第六發明，進一步產生如下的效果。即，利用導體，以在該導體中流動的高頻電流的集膚厚度以上的厚度，分別將兩塊矩形導體板的間隙的相反側的邊的周圍予以包覆，所述導體的電阻率大於矩形導體板的材料的電阻率，高頻電流因集膚效應而主要在所述電阻率大的導體中流動，因此，兩塊矩形導體板的間隙的相反側的邊的阻抗變大。結果，可使更多的高頻電流沿著兩塊矩形導體板的間隙側的邊及此處所形成的開口部流動，因此，可更有效率地將高頻電力用於產生電漿。因此，可使電漿的產生效率提高，進而可使高頻電力的利用效率提高。
根據第七發明，進一步產生如下的效果。即，在位於真空容器內側的天線與電漿的產生區域之間，預先設置介電體板，該介電體板保護天線不受電漿的影響，藉此，可防止天線的表 面被電漿中的帶電粒子(主要為離子)濺鍍，因此，可防止因所述濺鍍而對電漿及基板產生金屬污染(metal contamination)。而且，構成電漿的電子比離子更輕，且該電子的移動度遠大於離子的移動度，但由於可利用所述介電體板，防止所述電子射入至天線而脫離電漿，因此，也可抑制電漿電位的上升。
另外，預先將位於真空容器內側的天線填埋在介電體內，藉此，可防止在極靠近位於真空容器內的天線處產生多餘的電漿。藉此，可防止產生異常，該異常是指使基板處理所需的電漿的不穩定性增加，及高頻電力的利用效率下降等。
根據第八發明，進一步產生如下的效果。即，由於包括多個天線，所述多個天線彼此並聯地配置，且並聯地被供給了高頻電力，因此，可產生更大面積的電漿。而且，以使高頻電流彼此朝向相同方向的方式，從共用的高頻電源並聯地供給高頻電力，所述高頻電流流入至相鄰的天線的相鄰的矩形導體板的間隙的相反側的相鄰的邊，因此，相關的邊的電感會根據所述間隙的相反側的相鄰的邊之間的互感而相應地變大。結果，可使沿著所述間隙的相反側的相鄰的邊流動的高頻電流減少，且可使沿著間隙側的邊及此處所形成的開口部流動的高頻電流增大，因此，可使各開口部附近所產生的磁場增強。結果，可更有效率地將高頻電力用於產生電漿，因此，可使電漿的產生效率提高，進而可使高頻電力的利用效率提高。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1表示本發明的電漿處理裝置的一個實施方式，將所述電漿處理裝置的一個天線30分離出而表示於圖2~圖4。在圖1、圖2以外的圖中，為了簡化圖示，將冷卻管(pipe)予以省略。對於後述的其他實施方式而言也相同。
為了表示天線30等的朝向，各圖中標記了在一個點處彼此正交的X方向、Y方向以及Z方向。Z方向是與豎立於基板2的表面的垂線3平行的方向，Y方向是與所述垂線3正交的方向，為了簡化表達，將所述方向分別稱為上下方向Z、左右方向Y。X方向是與垂線3正交的方向，且是天線30的長度方向。例如，X方向以及Y方向為水準方向，但不限於此。以上的內容在其他圖中也相同。
所述裝置是感應耦合型的電漿處理裝置，該感應耦合型的電漿處理裝置使高頻電流IR 從高頻電源60流入至平面形狀實質上筆直的天線30，藉此，使真空容器4內產生感應電場，從而利用該感應電場來產生電漿50，接著使用該電漿50來對基板2實施處理。
所謂“實質上筆直”，既包括如字面所述的完全筆直的狀態，也包括接近於筆直(幾乎筆直)的狀態。
在真空容器4內設置有固定架(holder)10，該固定架10保持著基板2。
基板2例如為液晶顯示器(display)或有機EL(Electroluminescence，EL)顯示器顯示器等平板顯示器(Flat Panel Display，FPD)用的基板、柔性顯示器(flexible display) 用的柔性基板、以及太陽電池等半導體元件(device)用的基板等，但不限於這些基板。
基板2的平面形狀例如為圓形、四邊形等，且並不限定於特定的形狀。
對基板2實施的處理例如為利用電漿CVD法的膜形成、蝕刻、灰化、以及濺鍍等。
所述電漿處理裝置在利用電漿CVD法來進行膜形成時，被稱為電漿CVD裝置，在進行蝕刻時，被稱為電漿蝕刻裝置，在進行灰化時，被稱為電漿灰化裝置，在進行濺鍍時，還被稱為電漿濺鍍裝置。
所述電漿處理裝置例如包括金屬制的真空容器4，通過真空排氣口8來對該真空容器4的內部進行真空排氣。
氣體(gas)24通過氣體導入管22而導入至真空容器4內。在該例子中，在各天線30的長度方向X上，各配置有多根氣體導入管22，在這些氣體導入管22的前方設置有氣體擴散板26，該氣體擴散板26使氣體24擴散。
氣體24只要與對基板2實施的處理內容相對應即可。例如，當利用電漿CVD法來對基板2進行膜形成時，氣體24為原料氣體或利用稀釋氣體(例如H2 )來對該原料氣體進行稀釋所得的氣體。若列舉更具體的例子，則當原料氣體為SiH4 時，可在基板2的表面形成Si膜，當原料氣體為SiH4 +NH3 時，可在基板2的表面形成SiN膜，當原料氣體為SiH4 +O2 時，可在基板2的表面形成SiO2 膜。
在該例子中，在真空容器4的頂板面6中，設置有兩個與 各天線30的平面形狀相對應的平面形狀的開口部7，在各開口部7內分別設置有天線30。即，該實施方式包括兩個天線30。
在各開口部7的上部設置有蓋板(例如凸緣(flange))44，在各蓋板44與頂板面6之間設置有真空密封用的墊片(packing)46。各蓋板44也可為介電體制，但在該例子中，各蓋板44為金屬制，且與真空容器4一起電性接地。如此，可抑制來自各天線30的高頻向外部洩漏。
主要參照圖3，各天線30採用如下的構成，即，以使兩塊在X方向上長的矩形導體板31、32位於沿著基板2的表面的同一平面上(即，在該例子中，位於與XY平面平行的同一平面上)的方式，彼此隔開間隙34地靠近地平行配置。換句話說，使兩塊矩形導體板31，32的端面相向地彼此隔開間隙34，並使兩塊矩形導體板31，32位於同一平面的方式，彼此靠近地平行配置。而且，利用導體33來將兩塊矩形導體板31、32的長度方向X的一端彼此予以連接。藉此，各天線30呈往返導體構造。導體33可與兩塊矩形導體板31、32分開，也可與兩塊矩形導體板31、32成為一體。
各矩形導體板31、32及導體33的材質例如為銅(更具體而言為無氧銅)、鋁等，但不限於此。
高頻電力從高頻電源60經由整合電路62而供給至構成各天線30的兩塊矩形導體板31、32，藉此，彼此逆向的高頻電流(往返電流)IR 流入至所述兩塊矩形導體板31、32(由於為高頻，因此，所述高頻電流IR 的朝向會隨著時間而反轉。 以下相同)。詳細而言，將呈往返導體構造的一側的矩形導體板31的處於所述導體33相反側的端部設為高頻電力的供電點，將另一側的矩形導體板32的處於所述導體33相反側的端部設為末端點。該末端點可如圖示例那樣直接接地，也可經由電容器(condenser)而接地。對於後述的其他例子的天線30而言也相同。
再者，在圖3、圖5等中，例如為了使說明易於理解，圖示了如下的例子，即，針對一個天線30而各設置一個高頻電源60及一個整合電路62，但也可不這樣，而是由多個天線30共用一個高頻電源60及整合電路62。即，也可將高頻電力從共用的高頻電源60並聯地供給至多個天線30。此情況下的例子將後述。
利用所述高頻電流IR ，在各天線30的周圍產生高頻磁場，藉此，向高頻電流IR 的反方向產生感應電場。利用該感應電場，在真空容器4內，電子的速度加快，使天線30附近的氣體24電離，從而在天線30的附近產生電漿50。該電漿50擴散至基板2的附近，可利用該電漿50來對基板2實施所述處理。
從高頻電源60輸出的高頻電力的頻率例如為一般的13.56 MHz，但不限於此。
在兩塊矩形導體板31、32的間隙34側的邊(換句話說為內側的邊)31a、32a上，分別設置隔著間隙34而相向的缺口35、36，利用該相向的缺口35、36來形成開口部37，使多個該開口部37分散地配置在天線30的長度方向X上。在該例 子中，開口部37的數量為五個，但也可為五個以外的數量。對於後述的其他例子的天線30而言也相同。
各缺口35、36優選設為以間隙34為中心呈對稱的形狀的缺口。如圖示例那樣，各開口部37的形狀可為圓形，也可為方形等。
從宏觀上來看，所述各天線30呈往返導體構造，高頻電流IR 彼此逆向地流入至天線30的兩塊矩形導體板，因此，天線30的有效電感會根據存在於往返導體31、32之間的互感而相應地變小。
若對所述內容進行詳述，則彼此靠近的平行的往返導體的綜合電感ZT 也作為差動連接(differential connection)而如電氣理論的書籍等所揭示，由下式來表示。此處為了簡化說明，將各導體的電阻均設為R，將自感(self-inductance)均設為L，將兩個導體之間的互感設為M。
[數1]ZT =2R+j2 (L-M)
所述綜合電感ZT 內的電感LT 由下式來表示。在本說明書中，將如所述電感LT 這樣合成了自感與互感的電感稱為有效電感。
[數2]LT =2 (L-M)
根據所述式子也可知：往返導體的有效電感LT 會根據互感M而相應地變小，進而綜合電感ZT 也會變小。該原理也適用於呈往返導體構造的所述天線30。
根據所述原理，天線30的有效電感變小的結果是與所述以往的單一的平板狀的天線相比較，可將天線30的長度方向X的兩端部之間所產生的電位差抑制為小電位差，藉此，可將電漿50的電位抑制為低電位，並且可使天線30的長度方向X上的電漿密度分佈的均一性提高。
將電漿50的電位抑制為低電位的結果是，可將從電漿50射入至基板2的帶電粒子(例如離子)的能量抑制為小能量。藉此，例如當利用電漿50而在基板2上形成膜時，可將對該膜造成的損傷抑制為小損傷，從而可使膜質提高。另外，即使當使天線30在X方向上變長時，根據所述理由，也可將天線30的電位抑制為低電位，從而可將電漿電位抑制為低電位，因此，易於使天線30變長而對應於基板2的大型化。
使天線30的長度方向X上的電漿密度分佈的均一性提高的結果是，可使天線30的長度方向X上的基板處理的均一性提高。例如當利用電漿50而在基板2上形成膜時，可使天線30的長度方向上的膜厚分佈的均一性提高。
另外，若對在各天線30中流動的高頻電流IR進行詳細分析，則如圖3、圖4所示，存在如下的傾向，即，高頻電流IR 因集膚效應而主要在兩塊矩形導體板31、32的端部流動。其中，若著眼於兩塊矩形導體板31、32的間隙34側的邊(內側的邊)31a、32a，則此處，高頻電流IR 逆向地流入至彼此靠近 的邊，因此，與間隙34的相反側的邊(換句話說為外側的邊)31b、32b相比較，電感進而阻抗變得更小。
即，若分析在天線30中流動的高頻電流IR ，則相對於在外側的邊31b、32b中流動的高頻電流IR ，不存在逆向地流動的高頻電流，而在彼此靠近的內側的邊31a、32a中，高頻電流IR 彼此逆向地流動，因此，內側的邊31a、32a的電感進而阻抗變得更小。此根據之前參照數1、數2所說明的原理。即，內側的邊31a、32a的有效電感會根據其互感而相應地下降。
對於之前從宏觀上看天線30所說明的因存在互感而引起的有效電感的下降，詳細而言，可以說所述內側邊31a，32a之間的互感，對電感的減小有著較大的影響。
若著眼於在天線30的內側的邊31a、32a及外側的邊31b、32b中流動的高頻電流IR ，描繪圖3所示的天線30的概略的等效電路，則成為圖5。在該例子中，利用Z1 ~Z4 來一併表示實際上分散地分佈存在於各邊31a、32a、31b、32b上的阻抗。如上所述，與外側的邊31b、32b的阻抗Z2 、Z4 相比較，內側的邊31a、32a的阻抗Z1 、Z3 變得更小。
因此，使更多的高頻電流IR 沿著內側的邊31a、32a及此處所形成的開口部37流動。結果，各開口部37所達到的效果與在天線30的長度方向X上分散地配置線圈時一樣，因此，可利用簡單的構造來實現將多個線圈予以串聯而成的構造相同的效果。因此，可利用簡單的構造來使各開口部37附近產生強磁場，從而可使電漿產生效率提高。
參照圖6來對各開口部37附近所形成的磁場的例子進行 說明。高頻電流IR 沿著開口部37彼此逆向地流動，各自所產生的磁場64、65在開口部37處，彼此朝向相同的方向，因此，磁場強度為兩者之和，從而可產生強磁場。另外，可使與天線面(導體面)垂直的方向(即Z方向)的磁場66增強。由所述磁場引發且在電漿50中流動的感應電流68是以圍繞磁場66的方式，向高頻電流IR 的反方向流動。
另外，參照圖3，對於各開口部37之間的連接部分38而言，高頻電流IR 逆向地流入至彼此靠近的邊，根據所述理由，電感變小，因此，即使與通過通常的(即單側的)連接導體來僅將多個線圈予以串聯連接而成的構造相比較，也可使天線30的電感減小，從而將天線的長度方向X的兩端部之間所產生的電位差抑制為小電位差。由此產生的效果如上所述。
再者，若分析在天線30中流動的高頻電流IR 、與由該高頻電流IR 引發且在電漿50內流動的感應電流68的關係，則如圖4所示，兩者彼此逆向地流動。
為了利用往返導體來使天線的有效電感減小，從而將天線的長度方向X的兩端部之間所產生的電位差抑制為小電位差，也可列舉如下的想法，即，如圖7所示的例子這樣，以在上下方向上靠近電漿50的產生區域的方式，配置平板狀的兩個導體(往返導體)71、72，但在此情況下，由在兩個導體71、72中彼此逆向地流動的高頻電流IR 所形成的磁場73、74，在電漿50的產生區域中彼此朝向反方向，因此，磁場強度為兩者之差且變弱。相對於此，在本實施方式的天線30的情況下，如之前參照圖6所說明，沿著開口部37流動的高頻電流 IR 所形成的磁場強度為和，因此，可產生強磁場。藉此，可使電漿50的產生效率提高，進而可使高頻電力的利用效率提高。
如圖1、圖2所示的例子那樣，將筆直的冷卻管42安裝於兩個矩形導體板31、32的上表面，藉此，可對天線30進行冷卻。因此，冷卻構造簡單，且易於製作。在後述的其他例子的天線30的情況下也相同。
圖8表示填寫了如下的符號的圖，該符號表示圖3所示的天線30的尺寸。在該圖8中，將X、Y方向的原點O視為長度方向X的中央的開口部37的中心。而且，圖9表示對所述圖8所示的天線的X方向上的磁通量密度分佈進行測定所得的結果的一例，圖10表示對Y方向上的磁通量密度分佈進行測定所得的結果的一例。
所述測定的條件如下所述。即，將兩個矩形導體板31、32的長度L1 設為300 mm，將寬度W1 設為50 mm，將間隙34的寬度W2 設為5 mm，將開口部37的數量設為五個，將各開口部37的直徑D設為40 mm，將相鄰的開口部37的間隔設為50 mm。將兩個矩形導體板31、32的材質設為銅，將高頻電力的頻率設為13.56 MHz，將高頻電源60的輸出設為3 W。反射電力為0 W。在與導體面相距30 mm的位置，對磁通量密度進行測定。未產生電漿50。
如圖9所示，獲得了如下的磁通量密度分佈，該磁通量的密度分佈對應於開口部37的位置波動小，且在天線30的長度方向X上的均一性良好。一般認為原因在於：例如(a)在與導體面相距30 mm左右的位置，各開口部37附近所形成的磁 通量密度在X方向上擴大，(b)由於間隙34的寬度W2 有5 mm，因此，即使在開口部37之間的連接部分38處，也稍微產生了磁場。
如圖10所示，在Y方向上，在開口部37的中心附近產生了強磁場，而兩個矩形導體板31、32的外側的邊31b、32b附近(±50 mm附近)的磁場小。如上所述，此表示在外側的邊31b、32b中流動的高頻電流小。
也可並非使多個開口部37的大小或相鄰的開口部37之間的間隔全部相同，而是使多個開口部37的大小或相鄰的開口部37之間的間隔在天線30的長度方向X上有所不同。也可並用兩者。也可根據需要，將長度方向X的中央部附近的開口部37予以省略。藉此，可對天線30的長度方向X上的電漿密度分佈進行調整。對於後述的其他例子的天線30而言也相同。
圖15表示使用圖14所示的模型(model)，改變所述開口部37的大小(直徑)，並對開口部37附近的導體面垂直方向(即所述Z方向)的磁通量密度進行測定所得的結果的一例。該測定的條件如下所述。矩形導體板31、32及間隙34的尺寸與圖14中標記的尺寸一致，將兩個矩形導體板31、32的材質設為銅，將高頻電力的頻率設為13.56 MHz，將測定時的高頻電力設為3 W。在與導體面相距30 mm的位置，對磁通量密度進行測定。未產生電漿。
如圖15所示，可通過使開口部37的尺寸增大來使開口部37附近的磁通量密度增大。
對如下的情況的具體例進行說明，該情況是指並非使所述多個開口部37的大小或相鄰的開口部37之間的間隔全部相同，而是使所述多個開口部37的大小或相鄰的開口部37之間的間隔在天線30的長度方向X上有所不同。
天線30的長度方向X上的電漿密度分佈通常存在如下的傾向，即，兩端部附近的電漿密度小於其他部分的電漿密度。若簡單地對所述傾向的理由進行說明，則原因在於：除了兩端部以外，電漿從左右兩側擴散而來，而對於兩端部而言，電漿僅從單側擴散而來。
因此，也可使天線30的長度方向X上的兩端部的開口部37的大小，大於其他開口部37的大小。藉此，根據所述圖15所示的測定結果也可知：由於可使兩端部的開口部37附近的磁通量密度增大來使電漿密度增大，因此，可使天線30的長度方向X上的電漿密度分佈的均一性提高。結果，可使天線30的長度方向X上的基板處理的均一性提高。例如，當利用電漿50而在基板2上形成膜時，可使天線30的長度方向X上的膜厚分佈的均一性提高。
在所述情況下，也可根據需要而將長度方向X的中央部附近的開口部37予以省略。
另外，也可使天線30的長度方向X上的兩端部的開口部37的間隔(即，相鄰的開口部37之間的間隔)，小於其他開口部37的間隔。藉此，可使兩端部的開口部37附近的磁通量密度增大來使電漿密度增大，因此，可使天線30的長度方向X上的電漿密度分佈的均一性提高。結果，可使天線30的長 度方向X上的基板處理的均一性提高。例如，當利用電漿50而在基板2上形成膜時，可使天線30的長度方向X上的膜厚分佈的均一性提高。
在所述情況下，也可根據需要而將長度方向X的中央部附近的開口部37予以省略。
另外，也可並用如下的兩種做法，即，使所述天線30的長度方向X上的兩端部的開口部37的大小，大於其他開口部37的大小，以及使天線30的長度方向X上的兩端部的開口部37的間隔，小於其他開口部37的間隔。
也可如圖1所示的例子那樣，預先在位於真空容器4內的天線30與電漿50的產生區域之間設置介電體板52，該介電體板52保護天線30不受電漿50的影響。優選靠近天線30地設置介電體板52。原因在於：若靠近天線30地設置介電體板52，則具有如下的優點，例如可拓寬等離子50的產生空間。更具體而言，在該例子中，在配置著各天線30的各開口部7的入口附近，分別設置有介電體板52。該介電體板52可直接安裝於開口部7的入口附近，也可如該例子這樣，使用支撐板54來安裝所述介電體板52。另外，也可將共用的介電體板52設置於多個天線30。在使用後述的其他例子的天線30的情況下也相同。
介電體板52例如為：石英、氧化鋁、碳化矽等陶瓷、或者矽板等。
若預先設置介電體板52，則可防止天線30的表面被電漿50中的帶電粒子(主要為離子)濺鍍，因此，可防止因所述 濺鍍而對電漿50及基板2產生金屬污染(metal contamination)。而且，構成電漿50的電子比離子更輕，且該電子的移動度遠大於離子的移動度，但由於可通過所述介電體板52，防止所述電子射入至天線30而脫離電漿50，因此，也可抑制電漿電位的上升。
另外，也可如圖1所示的例子那樣，預先將位於真空容器4內的天線30填埋在介電體48內。當將冷卻管42安裝於天線30時，預先將所述冷卻管42也予以填埋即可。更具體而言，在該例子中，利用介電體48來將配置著各天線30的各開口部7內的蓋板44與天線30的下表面之間的幾乎全部的空間予以填埋。在使用後述的其他例子的天線30的情況下也相同。
介電體48例如為：陶瓷等絕緣性無機材料、或絕緣性樹脂等。
未設置有介電體板52的情況自不必說，即使設置介電體板52，該介電體板52也不一定會完全封住氣體24，因此，若未在位於真空容器4內的天線30的部分設置介電體48，則氣體24擴散而來。該擴散而來的氣體24經電離而在極靠近天線30處產生電漿，或根據狀況而不產生電漿，因此，會使基板處理所需的原本的電漿50的不穩定性增加。
相對於此，以所述方式，預先將天線30填埋在介電體48內，藉此，可防止氣體24擴散至極靠近天線30處，因此，可防止在極靠近位於真空容器4內的天線30處產生多餘的電漿。藉此，可防止產生異常，該異常是指使基板處理所需的原本的電漿50的不穩定性增加，及高頻電力的利用效率下降等。
接著，主要對天線30的其他例子與所述例子的不同點進行說明。
代替將構成天線30的兩塊矩形導體板31、32以所述方式配置在沿著基板2的表面的同一平面上，也可如圖11所示的例子那樣，以使基板2的表面的相反側(換句話說為電漿50的產生區域的相反側)成為張開的剖面呈V字構造的方式，彼此隔開間隙34而靠近地平行配置所述兩塊矩形導體板31、32。關於冷卻管42、介電體48、以及介電體板52，與圖1所示的例子的情況相同。
若如上所述，利用高頻電流IR 來產生電漿50，則感應電流68會在電漿50中流動，該感應電流68的方向與在兩塊矩形導體板31、32中流動的高頻電流IR 的方向相反，藉此，根據與之前參照數1及數2所說明的原理，天線30的電感進而阻抗下降，但兩塊矩形導體板31、32配置為剖面V字構造，其間隙34的相反側的邊31b、32b與間隙側的邊31a、32a相比較，與電漿50之間的距離L2更大，因此，電感的下降少且阻抗大。結果，可使更多的高頻電流IR 沿著兩塊矩形導體板31、32的間隙側的邊31a、32a及此處所形成的開口部37流動，因此，可更有效率地將高頻電力用於產生電漿。因此，可使電漿50的產生效率提高，進而可使高頻電力的利用效率提高。
適當地決定兩塊矩形導體板31、32的傾斜程度即可，若使傾斜增大，則如下的作用變大，該作用是指在所述內側的邊31a、32a與外側的邊31b、32b之間產生電感之差，進而產生 阻抗之差。
代替將構成天線30的兩塊矩形導體板31、32配置在沿著基板2的表面的同一平面上，也可如圖12所示的例子那樣，以使各矩形導體板31、32在其短邊方向上彎曲，從而使基板2的表面的相反側(換句話說為電漿50的產生區域的相反側)成為張開的剖面呈U字構造的方式，彼此隔開間隙34而靠近地平行配置所述兩塊矩形導體板31、32。開口部37附近亦可為平面。關於冷卻管42、介電體48、以及介電體板52，與圖1所示的例子的情況相同。
在該例子的情況下，兩塊矩形導體板31、32配置為剖面U字構造，其間隙34的相反側的邊31b、32b與間隙側的邊31a、32a相比較，與電漿50之間的距離L2更大，因此，根據與圖11的例子的情況相同的理由，電感的下降少且阻抗大。結果，可使更多的高頻電流IR 沿著兩塊矩形導體板31、32的間隙側的邊31a、32a及此處所形成的開口部37流動，因此，可更有效率地將高頻電力用於產生電漿。因此，可使電漿50的產生效率提高，進而可使高頻電力的利用效率提高。
適當地決定兩塊矩形導體板31、32的彎曲程度即可，若使彎曲增大，則如下的作用變大，該作用是指在所述內側的邊31a、32a與外側的邊31b、32b之間產生電感之差，進而產生阻抗之差。
也可如圖13(A)、圖13B所示的例子那樣，預先利用導體76，以在該導體76中流動的高頻電流IR 的集膚厚度以上的厚度，分別將構成天線30的兩塊矩形導體板31、32的間隙 34的相反側的邊31b、32b的周圍予以包覆，所述導體76的電阻率大於矩形導體板31、32的材料的電阻率。
如上所述，高頻電流IR 因集膚效應而主要在矩形導體板31、32的端部流動。因此，此處著眼於矩形導體板31、32的外側的邊31b、32b，預先利用導體76來將所述邊31b、32b的周圍(上下表面及端面)予以覆蓋。導體76的Y方向的寬度W4 例如為10 mm~20 mm左右即可。為了利用導體76以所述方式進行覆蓋，例如，簡單地利用鍍敷，在矩形導體板31、32的外側的邊31b、32b上形成導體76即可。
如上所述，矩形導體板31、32的材質為銅、鋁等。電阻率比所述材質的電阻率更大的導體76的材質例如為鎳、鐵等。這些材質不僅電阻率大，而且磁導率也大，因此優選。
所述高頻電流IR 的集膚厚度δ由下式來表示。此處，f為高頻電流IR 的頻率，μ為導體76的磁導率，σ為導體76的導電率(=1/電阻率ρ)。
若列舉具體例，則頻率f為13.56 MHz。當導體76為鎳時，磁導率μ約為2.4π×10-4 N/A2 ，電阻率ρ約為6.84×10-8 Ωm，導電率σ約為14.5×106 /Ωm，因此，集膚厚度δ約為1.47 μm。因此，只要使導體76的厚度為所述集膚厚度δ以上即可。
若預先包覆所述導體76，則在矩形導體板31、32的外側 的邊31b、32b側流動的高頻電流IR 因集膚效應而主要在所述電阻率大的導體76中流動，因此，矩形導體板31、32的間隙的相反側的邊31b、32b的阻抗變大。結果，可使更多的高頻電流IR 沿著兩塊矩形導體板31、32的間隙側的邊31a、32a及此處所形成的開口部37流動，因此，可更有效率地將高頻電力用於產生電漿。因此，可使電漿50的產生效率提高，進而可使高頻電力的利用效率提高。
也可如圖16、圖17分別所示的例子那樣，將多個所述構成的天線30彼此並聯地配置在Y方向上，並將高頻電力從共用的高頻電源60並聯地供給至所述多個天線30。各天線30也可為所述的任一個構成。
高頻電源60(更具體而言為連接於該高頻電源60的整合電路62)與各天線30可如圖示例那樣，經由可變阻抗78而被連接，也可不經由可變阻抗78而直接連接。
可變阻抗78可為如圖示例那樣的可變電感，可為可變電容器(可變電容(capacitance))，也可將兩者加以混合。可利用將可變電感予以插入來使供電電路的阻抗増大，因此，可抑制如下的天線30的電流，該天線30的電流使高頻電流IR 過多地流動。通過將可變電容器予以插入，當感應性電抗(reactance)大時，可使容量性電抗増大，從而使供電電路的阻抗下降，因此，可使如下的天線30的電流增加，該天線30的電流不易使高頻電流IR 流動。
在圖16、圖17的例子中，圖16的例子如下，即，以使如下的高頻電流IR 彼此朝向反方向的方式，從共用的高頻電 源60並聯地供給高頻電力，所述高頻電流IR 流入至相鄰的天線30的相鄰的矩形導體板32、31的間隙34的相反側的相鄰的邊32b、31b；圖17的例子如下，即，以使如下的高頻電流IR 彼此朝向相同方向的方式，從共用的高頻電源60並聯地供給高頻電力，所述高頻電流IR 流入至相鄰的天線30的相鄰的矩形導體板32、31的間隙34的相反側的相鄰的邊32b、31b。
並聯地配置的天線30的數量不限於圖示例的兩個，也可為三個以上。
在圖16、圖17的任一個例子的情況下，均包括多個天線30，所述多個天線30彼此並聯地配置，且並聯地被供給了高頻電力，因此，可產生更大面積的電漿。
然而，從各開口部37附近產生磁場的視點進行分析，優選圖17所示的例子。理由如下所述。即，在圖16所示的例子的情況下，流入至所述間隙34的相反側的相鄰的邊32b、31b的高頻電流IR 彼此朝向反方向，因此，根據之前參照數1、數2所說明的原理，相關的邊的電感會根據兩條邊32b、31b之間的互感而相應地變小。結果，使沿著所述間隙34的相反側的相鄰的邊32b、31b流動的高頻電流IR 增大，使沿著間隙34側的邊32a、31a及此處所形成的開口部37流動的高頻電流IR 減少，因此，使各開口部37附近所產生的磁場減弱。雖然只要使相鄰的天線30之間的間隔增大，就可減輕所述問題，但如此，在增大的間隔的部分，電漿密度下降，因此，產生了另外的問題，即，多個天線30所產生的電漿整體的均一性下降。
相對於此，在圖17所示的例子的情況下，流入至所述間 隙34的相反側的相鄰的邊32b、31b的高頻電流IR 彼此朝向相同方向，因此，根據之前參照數1、數2所說明的原理(然而，在此情況下為+M)，相關的邊的電感會根據兩條邊32b、31b之間的互感而相應地變大。結果，可使沿著所述間隙34的相反側的相鄰的邊32b、31b流動的高頻電流IR 減少，且可使沿著間隙34側的邊32a、31a及此處所形成的開口部37流動的高頻電流IR 增大，因此，可使各開口部37附近所產生的磁場增強。結果，可更有效率地將高頻電力用於產生電漿，因此，可使電漿的產生效率提高，進而可使高頻電力的利用效率提高。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
2‧‧‧基板
3‧‧‧垂線
4‧‧‧真空容器
6‧‧‧頂板面
7‧‧‧開口部
8‧‧‧真空排氣口
10‧‧‧固定架
22‧‧‧氣體導入管
24‧‧‧氣體
26‧‧‧氣體擴散板
30‧‧‧天線
31、32‧‧‧矩形導體板/往返導體
31a、32a‧‧‧間隙側的邊/內側的邊
31b、32b‧‧‧間隙的相反側的邊/外側的邊
33‧‧‧導體
34‧‧‧間隙
35、36‧‧‧缺口
37‧‧‧開口部
38‧‧‧連接部分
42‧‧‧冷卻管
44‧‧‧蓋板
46‧‧‧墊片
48‧‧‧介電體
50‧‧‧電漿
52‧‧‧介電體板
54‧‧‧支撐板
60‧‧‧高頻電源
62‧‧‧整合電路
64、65、66、73、74‧‧‧磁場
68‧‧‧感應電流
71、72‧‧‧導體(往返導體)
76‧‧‧導體
78‧‧‧可變阻抗
IR ‧‧‧高頻電流
A-A‧‧‧剖面線
D‧‧‧直徑
L1 ‧‧‧長度
L2 ‧‧‧距離
O‧‧‧原點
W1 、W2 、W4 ‧‧‧寬度
X‧‧‧長度方向/方向
Y‧‧‧左右方向/方向
Z‧‧‧上下方向/方向
Z1 ~Z4 ‧‧‧阻抗
圖1是表示本發明的電漿處理裝置的一個實施方式的概略剖面圖。
圖2是圖1中的一個天線的概略平面圖。
圖3是圖1中的一個天線的概略平面圖，且已將冷卻管予以省略。
圖4是沿著圖3中的線A-A的放大剖面圖。
圖5是圖3所示的天線的概略的等效電路圖。
圖6是放大地表示圖3所示的天線的一個開口部周圍的平面圖。
圖7是表示配置於上下方向的往返導體的一種形式的概略剖面圖。
圖8是標註了表示圖3所示的天線的尺寸的符號的圖。
圖9是表示對圖8所示的天線的X方向上的磁通量密度分佈進行測定所得的結果的一例的圖。
圖10是表示對圖8所示的天線的Y方向上的磁通量密度分佈進行測定所得的結果的一例的圖。
圖11是表示天線的其他例子的概略剖面圖，且與圖4所示的剖面圖相對應。
圖12是表示天線的另一例子的概略剖面圖，且與圖4所示的剖面圖相對應。
圖13(A)、圖13(B)是表示天線的另一例子的概略圖，圖13(A)是平面圖，圖13(B)是剖面圖。
圖14是表示改變開口部的大小，並對開口部附近的導體面垂直方向的磁通量密度進行測定時的模型的圖。
圖15是表示在圖14所示的模型中，改變開口部的大小，並對開口部附近的導體面垂直方向的磁通量密度進行測定所得的結果的一例的圖。
圖16是表示並聯地配置多個天線，並將高頻電力從共用的高頻電源並聯地供給至所述多個天線的構成的一例的概略平面圖。
圖17是表示並聯地配置多個天線，並將高頻電力從共用的高頻電源並聯地供給至所述多個天線的構成的其他例子的概略平面圖。
30‧‧‧天線
31‧‧‧矩形導體板
32‧‧‧往返導體
31a、32a‧‧‧間隙側的邊/內側的邊
31b、32b‧‧‧間隙的相反側的邊/外側的邊
33‧‧‧導體
34‧‧‧間隙
35、36‧‧‧缺口
37‧‧‧開口部
38‧‧‧連接部分
60‧‧‧高頻電源
62‧‧‧整合電路
IR ‧‧‧高頻電流
A-A‧‧‧剖面線
X‧‧‧長度方向/方向
Y‧‧‧左右方向/方向
Z‧‧‧上下方向/方向

Claims (8)

  1. 一種電漿處理裝置，其是感應耦合型的電漿處理裝置，該感應耦合型的電漿處理裝置通過使高頻電流流入至平面形狀實質上筆直的天線，以使真空容器內產生感應電場，從而產生電漿，並使用所述電漿來對基板實施處理，所述電漿處理裝置的特徵在於：所述天線呈往返導體構造，所述高頻電流彼此逆向地流入至兩塊矩形導體板，其中所述往返導體構造是指以使所述兩塊矩形導體板位於沿著所述基板的表面的同一平面上的方式，彼此隔開間隙而靠近地平行配置所述兩塊矩形導體板，且利用導體來將所述兩個矩形導體板的長度方向的一端彼此予以連接，且在所述兩塊矩形導體板的所述間隙側的邊上，分別設置隔著所述間隙而相向的缺口，利用所述相向的缺口來形成開口部，使多個所述開口部分散地配置在所述天線的長度方向上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理裝置，其中使所述天線的長度方向上的兩端部的所述開口部的大小，大於其他所述開口部的大小。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之電漿處理裝置，其中使所述天線的長度方向上的兩端部的所述開口部的間隔，小於其他所述開口部的間隔。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之電漿處理裝置，其中代替將所述兩塊矩形導體板配置在沿著所 述基板表面的同一平面的方式，以使所述基板的表面的相反側為張開的剖面呈V字構造的方式，彼此隔開間隙而靠近地平行配置所述兩塊矩形導體板。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之電漿處理裝置，其中代替將所述兩塊矩形導體板配置在沿著所述基板表面的同一平面的方式，以使所述兩塊矩形導體板在短邊方向上彎曲，從而使所述基板的表面的相反側為張開的剖面呈U字構造的方式，彼此隔開間隙而靠近地平行配置所述兩塊矩形導體板。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之電漿處理裝置，其中利用導體，以在該導體中流動的所述高頻電流的集膚厚度以上的厚度，分別將所述兩塊矩形導體板的所述間隙的相反側的邊的周圍予以包覆，其中所述導體的電阻率大於所述矩形導體板的材料的電阻率。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之電漿處理裝置，其中在位於所述真空容器內側的所述天線與所述電漿的產生區域之間包括介電體板，且將位於所述真空容器內側的所述天線填埋在介電體內，所述介電體板保護所述天線不受所述電漿的影響。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之電漿處理裝置，其中包括多個所述天線，且多個所述天線彼此並聯地配置，以使高頻電流彼此朝向相同方向的方式，將高頻電力從共用的高頻電源並聯地供給至所述多個天線，所述 高頻電流流入至相鄰的天線的相鄰的所述矩形導體板的所述間隙的相反側的相鄰的邊。
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