TWI844062B - 電漿處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明的課題在於在真空容器的內部生成抑制了靜電耦合性成分的電漿。電漿處理裝置（1）包括：真空容器（2）；天線（7），產生高頻磁場；以及磁場導入窗（3），將高頻磁場導入至真空容器（2）的內部，磁場導入窗（3）具有：金屬板（4），形成有多個狹縫（41）；以及電介質板（5），以覆蓋多個狹縫（41）的方式與金屬板（4）重疊並且形成有金屬層（6），金屬層（6）被維持於規定的電位。

Description

電漿處理裝置
本發明是有關於一種電漿處理裝置。
於專利文獻1中揭示了一種電漿處理裝置，所述電漿處理裝置包括：金屬板，形成有狹縫；電介質板，與金屬板接觸而被支撐，且堵塞狹縫；以及天線，以與金屬板相向的方式設置於處理室的外部，且產生高頻磁場。專利文獻1所揭示的電漿處理裝置可將自天線產生的高頻磁場效率良好地供給至處理室。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本公開專利公報「日本專利特開2020-198282號公報」
然而，於專利文獻1所揭示的電漿處理裝置中，有於處理室的內部產生靜電耦合性的電漿成分的問題。
本發明的一形態的目的在於在真空容器的內部生成抑制了靜電耦合性成分的電漿。
為解決所述課題，本發明的一形態的電漿處理裝置包括：真空容器，於內部收容被處理物；天線，設置於所述真空容器的外部，且產生高頻磁場；以及磁場導入窗，設置於所述真空容器的壁面，且為了於所述真空容器的內部產生電漿，而將所述高頻磁場導入至所述真空容器的內部，所述磁場導入窗具有：金屬板，形成有多個狹縫；以及電介質板，以覆蓋所述多個狹縫的方式與所述金屬板重疊並且形成有金屬層，所述金屬層被維持於規定的電位。
根據本發明的一形態，可在真空容器的內部生成高密度的電漿。
1、1A:電漿處理裝置
2:真空容器
3、3A:磁場導入窗
4:金屬板
5:電介質板
6:金屬層
7:天線
8:高頻電源
9:保持部
21:處理室
22:壁面
23:開口部
41:狹縫
60:樹脂片
61、62:樹脂層
E1:靜電耦合
G1:接地端
P1:電漿
T1:厚度
tanδ:介電損耗正切
W1:被處理物
圖1是表示本發明的實施方式1的電漿處理裝置的剖面結構的剖面圖。
圖2是表示圖1所示的電漿處理裝置所包括的磁場導入窗的電介質板上所形成的金屬層附近的剖面結構的剖面圖。
圖3是表示本發明的實施方式2的電漿處理裝置的剖面結構的剖面圖。
〔實施方式1〕
<電漿處理裝置1的結構>
圖1是表示本發明的實施方式1的電漿處理裝置1的剖面結構的剖面圖。於圖1中，將天線7延伸的方向設為X軸方向，將自真空容器2朝向天線7的方向設為Z軸方向，將與X軸方向及Z軸方向此兩個方向正交的方向設為Y軸方向。
如圖1所示，電漿處理裝置1是使用感應耦合型的電漿P1對基板等被處理物W1實施電漿處理的裝置。此處，基板例如是液晶顯示器或有機電致發光(electroluminescence，EL)顯示器等平板顯示器(flat panel display，FPD)用的基板、或可撓性顯示器用的可撓性基板等。另外，被處理物W1可為用於各種用途的半導體基板。進而，被處理物W1例如如工具等般並不限於基板狀的形態。對被處理物W1實施的處理例如是利用電漿化學氣相沈積(Chemical Vapor Deposition，CVD)法或者濺鍍法的膜形成、利用電漿的蝕刻、灰化、被覆膜除去等。
電漿處理裝置1包括真空容器2、磁場導入窗3、天線7、高頻電源8以及保持部9。於真空容器2的內部形成有被抽真空且供氣體導入的處理室21。真空容器2例如是金屬製的容器。於真空容器2的壁面22形成有於厚度方向上貫通的開口部23。真空容器2電性接地。
導入至處理室21的氣體只要與對收容於處理室21的被處理物W1實施的處理內容對應即可。例如，於藉由電漿CVD法對被處理物W1進行膜形成的情況下，氣體是原料氣體或用H2等稀釋氣體將其稀釋後的氣體。若進一步列舉具體例，則於原料氣 體為SiH4的情況下，可於被處理物W1上形成Si膜，於原料氣體為SiH4+NH3的情況下，可於被處理物W1上形成SiN膜，於原料氣體為SiH4+O2的情況下，可於被處理物W1上形成SiO2膜，於原料氣體為SiF4+N2的情況下，可於被處理物W1上形成SiN：F膜(氟化矽氮化膜)。
<磁場導入窗3的結構>
磁場導入窗3具有金屬板4以及電介質板5。磁場導入窗3為了於處理室21產生電漿，而將自天線7產生的高頻磁場導入至處理室21。朝向Z軸方向依次配置金屬板4及電介質板5。
金屬板4以堵塞開口部23的方式設置於真空容器2的壁面22。於金屬板4形成有於Z軸方向上貫通金屬板4的多個狹縫41。多個狹縫41於Y軸方向上延伸、並且於X軸方向上排列。金屬板4以與被處理物W1的表面實質上平行的方式配置。
電介質板5以覆蓋多個狹縫41的方式自真空容器2的外部側與金屬板4相接地設置，並且與金屬板4重疊。另外，電介質板5以自真空容器2的外部側堵塞多個狹縫41的方式設置於金屬板4的天線7側的表面。藉此，電介質板5由金屬板4予以支撐，從而可抑制電介質板5發生變形，實質上提高電介質板5的強度。
電介質板5的整體由電介質物質構成，電介質板5呈平板狀。構成電介質板5的材料可為氧化鋁、碳化矽或氮化矽等陶瓷、石英玻璃、無鹼玻璃等無機材料、或鐵氟隆(Teflon)(註冊 商標)等氟樹脂之類的樹脂材料。
自天線7產生的高頻磁場透過電介質板5及、金屬層6多個狹縫41而被供給至處理室21。關於金屬層6將於下文中敘述。再者，藉由堵塞開口部23的金屬板4以及堵塞多個狹縫41的電介質板5來保持處理室21內的真空。
<金屬層6的結構>
金屬層6形成於電介質板5的天線7側的表面。即，金屬層6形成於電介質板5的與金屬板4相接的一側的相反側的表面。金屬層6遍及電介質板5的整個表面而形成。但是，金屬層6只要以覆蓋多個狹縫41的全部的方式形成於電介質板5的表面即可，亦可形成於電介質板5的表面中除一部分以外的範圍。另外，電介質板5以覆蓋多個狹縫41的全部的方式設置於金屬板4的天線7側的表面中除一部分以外的範圍。藉此，可減小電介質板5及金屬層6的尺寸，從而可削減電漿處理裝置1的製造成本。
金屬層6被維持於規定的電位。藉此，形成有被維持於規定電位的金屬層6的電介質板5以覆蓋多個狹縫41的方式與金屬板4重疊，因此可藉由金屬層6阻斷自天線7朝向處理室21的電場。因此，可抑制於處理室21中產生的電漿與天線7之間產生靜電耦合。
由於可抑制靜電耦合的產生，因此可生成抑制了靜電耦合性成分的電漿。如此，利用靜電耦合的電漿的產生得到抑制，從而可抑制利用靜電耦合產生的電漿與利用感應耦合產生的電漿 混合。因此，可減輕藉由靜電耦合產生的電漿與磁場導入窗3之間的電位梯度所引起的帶電粒子的流動、與該流動所引起的於真空容器2的內壁的能量損失，從而可於處理室21生成高密度的電漿。另外，可減少以該電位梯度被賦予動能的帶電粒子，而能夠減少不需要的能量向被處理物W1的表面的流入，從而於成膜或蝕刻時使被處理物W1的表面的損傷減少。
另外，藉由在電介質板5形成金屬層6，可與形成於金屬板4的狹縫41的尺寸無關地利用金屬層6阻斷自天線7產生的電場。藉此，即使於狹縫41的尺寸大的情況下，亦可防止自天線7產生的電場進入至處理室21。因此，可於金屬板4形成足夠大的狹縫41，而可將自天線7產生的高頻磁場自狹縫41效率良好地供給至處理室21，從而可提高電漿的生成效率。
再者，金屬板4使自天線7產生的高頻磁場透過處理室21內，並且降低電場自處理室21的外部進入至處理室21的內部。但是，於金屬層6未形成於電介質板5的情況下，自天線7產生的電場透過電介質板5及多個狹縫41，於處理室21中產生的電漿與天線7之間產生靜電耦合。即，於金屬層6未形成於電介質板5的情況下，無法充分地抑制該靜電耦合。
進而，金屬層6例如藉由與接地端G1連接而電性接地，從而維持於規定的電位。於金屬層6電性接地的情況下，可藉由金屬層6效率良好地阻斷自天線7朝向處理室21的電場。
如上所述，金屬層6形成於電介質板5的與金屬板4相 接的一側的相反側的表面，藉此，如圖1所示，於金屬層6與天線7之間產生靜電耦合E1。藉此，可抑制於處理室21中產生的電漿與天線7之間產生靜電耦合。
另外，由於金屬層6形成於電介質板5的表面，因此可使對自天線7朝向處理室21的電場的阻斷效果均勻。具體而言，金屬層6藉由真空蒸鍍法或鍍敷法而呈膜狀地形成於電介質板5的表面。藉此，金屬層6一樣地形成於電介質板5的表面，因此可使對自天線7朝向處理室21的電場的阻斷效果更均勻。
再者，代替金屬層6，亦可使用並非金屬的材質、例如氧化物系的透明導電膜。於所述情況下，藉由該透明導電膜與玻璃製的電介質板5的組合，能夠自天線7側確認電漿發光分佈，亦能夠確認電漿密度分佈或電漿處理的進行狀況。例如，可確認蝕刻的進行狀況。
圖1所示的金屬層6的厚度T1為由藉由高頻電源8向天線7施加的高頻電力的頻率與金屬層6的電阻率決定的趨膚深度d以下。金屬層6的厚度T1是沿Z軸方向的厚度。藉由使金屬層6變薄，可降低流過金屬層6的感應電流，從而可提高磁場導入窗3中的高頻磁場的導入效率。另外，更具體而言，趨膚深度d除了由施加至天線7的高頻電力的頻率決定之外，亦由金屬層6的材質、即金屬的種類決定。
趨膚深度d如以下的式(1)般。於式(1)中，ρ是金屬層6的導體的電阻率，ω是流經天線7的電流的角頻率，ω=2πf。 是流過天線7的電流的頻率。μ是金屬層6的導磁率。
Figure 111128059-A0305-02-0010-1
此處，於金屬層6的材質為銅的情況下，頻率f與趨膚深度d的關係如以下般。例如，於頻率f為60Hz的情況下，趨膚深度d為8.57mm，於頻率f為10kHz的情況下，趨膚深度d為0.66mm，於頻率f為10MHz的情況下，趨膚深度d為21μm。
趨膚深度d為磁場侵入至導體而磁場強度下降至1/e(約0.37)的厚度，若金屬層6的厚度T1為趨膚深度d以下，則自天線7產生的高頻磁場可透過金屬層6。e是自然對數的底即納皮爾常數，具有約2.71828的值。藉此，於處理室21中產生的電漿與天線7之間產生的感應耦合不會被金屬層6抑制，因此可將於處理室21的內部生成的電漿的密度維持得高。再者，為了於電介質板5的表面均勻地形成金屬層6，金屬層6的厚度T1較佳為與頻率f無關且為1μm以上。
<金屬層6的剖面結構>
圖2是表示圖1所示的電漿處理裝置1所包括的磁場導入窗3的電介質板5上所形成的金屬層6附近的剖面結構的剖面圖。如圖2所示，金屬層6亦可擔載於樹脂片60。於此情況下，樹脂片 60貼附於電介質板5的表面。由金屬層6及樹脂片60構成導電性片。
具體而言，樹脂片60具有樹脂層61、樹脂層62，金屬層6夾於樹脂層61、樹脂層62之間。藉由使用擔載有金屬層6的樹脂片60，可容易地於電介質板5上形成足夠大的金屬層6，因此可製造金屬層6足夠大的電介質板5。藉此，可減少所使用的電介質板5的張數，從而可提高磁場導入窗3的製造效率。
另外，相對於施加至天線7的高頻電力的頻率而言的擔載有金屬層6的樹脂片60的介電損耗正切tanδ為0.005以下。於天線7與磁場導入窗3夾持樹脂片60而相向的狀態下，樹脂片60被高頻電力加熱。因此，若將介電損耗正切tanδ為0.005以下的素材用於樹脂片60，則可抑制樹脂片60的過度發熱。
作為樹脂片60，例如亦可使用聚醯亞胺片。於樹脂片60擔載有金屬層6的狀態下，於將樹脂片60貼附於電介質板5的表面的情況下，樹脂層61與天線7相向，樹脂層62與電介質板5相接。
天線7呈直線狀，且於真空容器2的外部設置有多根，並以與磁場導入窗3相向的方式配置。各天線7以與被處理物W1的表面實質上平行的方式配置。若自高頻電源8施加高頻電力，則天線7產生高頻磁場。藉此，於處理室21內的空間產生感應電場，於該空間生成感應耦合型的電漿P1。保持部9收容於處理室21內，是保持被處理物W1的載台。
〔實施方式2〕
以下對本發明的實施方式2進行說明。再者，為了便於說明，對具有與於實施方式1中說明的構件相同功能的構件標註相同的符號，並不重覆其說明。圖3是表示本發明的實施方式2的電漿處理裝置1A的剖面結構的剖面圖。
如圖3所示，電漿處理裝置1A與實施方式1的電漿處理裝置1的不同點在於，將磁場導入窗3變更為磁場導入窗3A。實施方式2的磁場導入窗3A與磁場導入窗3相比，相對於電介質板5而形成金屬層6的部位不同。具體而言，於磁場導入窗3A中，金屬層6形成於電介質板5的與金屬板4相接的一側。於此情況下，電介質板5與天線7相向，金屬層6配置於金屬板4的天線7側的表面與電介質板5之間。
藉此，面向真空狀態的處理室21而配置金屬層6，因此，金屬層6不易受到大氣成分所致的影響。另外，藉由利用金屬層6使金屬板4的狹縫41間的電位相同，於因狹縫41的部分及金屬層6的污染而導致帶電的情況下，可防止狹縫41的內部的放電，從而可穩定地生成電漿。
金屬層6以與金屬板4相接的方式形成，因此金屬層6經由狹縫41而與處理室21內的氣體接觸。為了避免金屬層6受到處理室21內的氣體的影響，作為導入至處理室21的氣體，較佳為避免使用O2及NO2等氧化性氣體、以及CF4等蝕刻用氣體般的包含鹵素系元素的氣體。
〔總結〕
本發明的形態1的電漿處理裝置為如下結構，即包括：真空容器，於內部收容被處理物；天線，設置於所述真空容器的外部，且產生高頻磁場；以及磁場導入窗，設置於所述真空容器的壁面，且為了於所述真空容器的內部產生電漿，而將所述高頻磁場導入至所述真空容器的內部，所述磁場導入窗具有：金屬板，形成有多個狹縫；以及電介質板，以覆蓋所述多個狹縫的方式與所述金屬板重疊，並且形成有金屬層，所述金屬層被維持於規定的電位。
本發明的形態2的電漿處理裝置如所述形態1，其中可設為所述金屬層電性接地的結構。
本發明的形態3的電漿處理裝置如所述形態1或形態2，其中可設為所述金屬層形成於所述電介質板的表面的結構。
本發明的形態4的電漿處理裝置如於所述形態1至形態3中的任一項，其中可設為所述金屬層擔載於樹脂片，所述樹脂片貼附於所述電介質板的結構。
本發明的形態5的電漿處理裝置如所述形態4，其中可設為相對於施加至所述天線的高頻電力的頻率而言的所述樹脂片的介電損耗正切為0.001以下的結構。
本發明的形態6的電漿處理裝置如所述形態1至形態5中的任一項，可設為所述金屬層的厚度為由施加至所述天線的高頻電力的頻率與所述金屬層的電阻率決定的趨膚深度以下。
本發明的形態7的電漿處理裝置如所述形態1至形態6 中的任一項，可設為所述金屬層形成於所述電介質板的與所述金屬板相接的一側的相反側。
本發明的形態8的電漿處理裝置如所述形態1至形態6中的任一項，可設為所述金屬層形成於所述電介質板的與所述金屬板相接的一側。
本發明並不限定於所述的各實施方式，能夠於請求項所示的範圍內進行各種變更，適當組合不同的實施方式中分別揭示的技術手段而獲得的實施方式亦包含於本發明的技術範圍內。
1:電漿處理裝置
2:真空容器
3:磁場導入窗
4:金屬板
5:電介質板
6:金屬層
7:天線
8:高頻電源
9:保持部
21:處理室
22:壁面
23:開口部
41:狹縫
E1:靜電耦合
G1:接地端
P1:電漿
T1:厚度
W1:被處理物

Claims (4)

  1. 一種電漿處理裝置，其特徵在於包括：真空容器，於內部收容被處理物；天線，設置於所述真空容器的外部，且產生高頻磁場；以及磁場導入窗，設置於所述真空容器的壁面，且為了於所述真空容器的內部產生電漿，而將所述高頻磁場導入至所述真空容器的內部，所述磁場導入窗具有：金屬板，形成有多個狹縫；以及電介質板，以覆蓋所述多個狹縫的方式與所述金屬板重疊並且形成有金屬層，且所述金屬層形成於所述電介質板的與所述金屬板相接的一側的相反側，所述金屬層被維持於規定的電位，所述金屬層擔載於樹脂片之中，所述金屬層以及所述樹脂片設置在所述電介質板的表面、且位在所述天線以及所述電介質板之間。
  2. 如請求項1所述的電漿處理裝置，其中所述金屬層電性接地。
  3. 如請求項1所述的電漿處理裝置，其中相對於施加至所述天線的高頻電力的頻率而言的所述樹脂片的介電損耗正切為0.001以下。
  4. 如請求項1或請求項2所述的電漿處理裝置，其中 所述金屬層的厚度為由施加至所述天線的高頻電力的頻率與所述金屬層的電阻率決定的趨膚深度以下。
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