CN102647847A - 等离子体处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种等离子体处理装置，其是电感耦合型装置，可减小天线的有效电感系数，将等离子体电位抑制得较低，并且，可通过该天线来控制其长度方向上的等离子体密度分布。该等离子体处理装置中，由相互接近而配置在沿着竖立在基板(2)表面的垂线(3)的方向即上下方向(Z)上且使高频电流(IR)相互逆向地流动的返回导体(31、32)，构成平面形状平直的天线(30)。且，使返回导体(31、32)间的上下方向(Z)的间隔(D)在天线(30)的长度方向(X)上进行变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用等离子体对基板实施例如利用等离子体化学气相沉积(CVD，chemical vapour-phase deposition)法而成膜、蚀刻、灰化、溅射等处理的等离子体处理装置，更具体而言，涉及一种通过使高频电流流入天线所产生的感应电场而生成等离子体，并利用该等离子体对基板实施处理的电感耦合型的等离子体处理装置。
背景技术
作为属于利用高频率生成等离子体的等离子体处理装置的装置，有生成电容耦合型等离子体(capacitively coupled plasma，简称CCP)的电容耦合型等离子体处理装置、及生成电感耦合型等离子体(inductivelycoupled plasma，简称ICP)的电感耦合型等离子体处理装置。
简单而言，电容耦合型等离子体处理装置是对2块平行电极间施加高频电压，利用两电极间产生的高频电场，生成等离子体。
在该电容耦合型等离子体处理装置中，由于对等离子体施加较高的电压，使得等离子体电位变高，等离子体中的带电粒子(例如离子)以较高能量入射撞击基板，因此，存在对形成在基板上的膜造成的损伤变大，导致膜质下降等问题。
另一方面，简单而言，电感耦合型等离子体处理装置是通过使高频电流流入天线所产生的感应电场而生成等离子体，基本而言具有与电容耦合型相比，可降低等离子体电位等优点。
作为所述电感耦合型等离子体处理装置的一个例子，专利文献1中记载有如下等离子体处理装置：将平板状天线隔着绝缘框安装在真空容器的开口部，自高频电源对该天线的一端与另一端之间供给高频电力，使高频电流流通，并通过由此产生的感应电场，生成等离子体，利用该等离子体对基板实施处理。
现有技术文献
专利文献1：国际公开第WO 2009/142016号小册子(段落0024～0026，图1)
发明内容
即便在电感耦合型等离子体处理装置中，如果为了应对大型基板等而使天线延长，则该天线的阻抗(尤其电感)也会变大，由此，在天线的两端间将产生较大电位差。
该天线的电位经由与等离子体之间的静电电容而反映于等离子体电位，因此，如果天线的电位较高，则等离子体电位也会变高。其结果，等离子体中的带电粒子(例如离子)以较高能量入射撞击基板，因此，产生了对形成在基板上的膜造成的损伤变大，导致膜质下降等问题。
所以，本发明的目的在于提供一种等离子体处理装置，其为电感耦合型装置，可减小天线的有效电感系数，将等离子体电位抑制得较低，而且可通过该天线来控制其长度方向上的等离子体密度分布。
本发明的等离子体处理装置是电感耦合型等离子体处理装置，通过使高频电流流入平面形状为实质性平直的天线，而使真空容器内产生感应电场，生成等离子体，且利用该等离子体对基板实施处理，其中，由相互接近而配置在使竖立在所述基板表面的垂线伸缩的方向上且使所述高频电流相互逆向地流动的返回导体，构成所述天线，且使所述返回导体间的使所述垂线伸缩的方向的间隔在所述天线的长度方向上进行变化。
以下，为简化表达，而将使竖立在基板表面的垂线伸缩的方向称为上下方向，将与该垂线交叉的方向称为左右方向。因此，上下方向并不一定限于垂直方向。
在该等离子体处理装置中，由相互接近而配置在上下方向上且使高频电流相互逆向地流动的返回导体构成天线，且天线的有效电感系数随着返回导体间互感系数的变化程度而相应减小。由此，可将天线的电位抑制得较低，从而将等离子体电位抑制得较低。
并且，可通过使返回导体间的上下方向的间隔在天线的长度方向上进行变化，而使返回导体间的互感系数在天线的长度方向上产生变化，因此，可使自天线供给至等离子体的电磁能量在天线的长度方向上产生变化。由此，可通过该天线而控制其长度方向上的等离子体密度分布。
也可使返回导体间的上下方向的间隔在天线的长度方向上，两端部的间隔大于中央部的间隔。
发明的效果
根据技术方案1所述的发明，由于由相互接近而配置在上下方向上且使高频电流相互逆向地流动的返回导体构成天线，且天线的有效电感系数随着返回导体间互感系数的变化程度而相应减小。因此，可将天线的电位抑制得较低，从而将等离子体电位抑制得较低。其结果，可将自等离子体入射至基板的带电粒子的能量抑制得较小。由此，例如可将对形成在基板上的膜造成的损伤抑制得较小，从而实现膜质提高。而且，即便将天线延长，也可因所述理由而将天线的电位抑制得较低，从而将等离子体电位抑制得较低，所以，易于将天线延长，应对基板大型化。
并且，由于可通过使返回导体间的上下方向的间隔在天线的长度方向上进行变化，而使返回导体间的互感系数在天线的长度方向上进行变化，因此，可使自天线供给至等离子体的电磁能量在天线的长度方向上产生变化。因此，可通过该天线来控制其长度方向上的等离子体密度分布。其结果，可控制天线的长度方向上的基板处理状态。例如，可控制天线的长度方向上的膜厚分布。
进而，由于由相互接近而配置在上下方向上且使高频电流相互逆向地流动的返回导体构成天线，且使该返回导体间的上下方向的间隔在天线的长度方向上进行变化，因此，与使相互接近而配置在左右方向上的返回导体间的左右方向的间隔进行变化的情况相比，返回导体间的间隔变化所引起的天线下方附近的磁通密度的控制性较佳。因此，通过使返回导体间的间隔进行变化，可以提高自天线向等离子体供给的电磁能量的控制性以及等离子体密度分布的控制性。
根据技术方案2所述的发明，发挥以下更大的效果。即，天线长度方向上的等离子体密度分布通常成为两端部的等离子体密度小于中央部的山形分布。相对于此，如本发明所述，通过使返回导体间的上下方向的间隔在天线的长度方向上，两端部的间隔大于中央部的间隔，而使在天线的长度方向上，两端部的互感系数小于中央部，因此，与天线的中央部相比，两端部的有效电感系数相对变大。其结果，与山形相反，可使自天线供给至等离子体的电磁能量在天线的长度方向上，两端部附近相对地大于中央部附近，因此，可修正所述山形的等离子体密度分布，提高天线长度方向上的等离子体密度分布的均匀性。其结果，可提高天线长度方向上的基板处理的均匀性。例如，可提高天线长度方向上的膜厚分布的均匀性。
根据技术方案3所述的发明，发挥以下更大的效果。即，由于包括相互并联配置且并列地供给有高频电力的多个所述天线，因此，可生成更大面积的等离子体。并且，可通过所述作用，将各天线的电位抑制得较低，并且可控制各天线的长度方向上的等离子体密度分布。进而，可使可变阻抗介于各天线间，通过该可变阻抗来调整流入多个天线的高频电流的平衡，因此，也可以控制多个天线的并联方向上的等离子体密度分布。其结果，可将等离子体的电位抑制得较低，并且可生成更大面积且等离子体密度分布的均匀性较佳的等离子体。
附图说明
图1是表示本发明的等离子体处理装置的一实施方式的截面图。
图2(A)、图2(B)、图2(C)是表示图1中的天线的图，且图2(A)为俯视图，图2(B)为主视图，图2(C)为C-C截面图。
图3是表示配置在上下方向的板状返回导体的截面形状的另一例的图。
图4是表示使用熟知的单一平面天线时其长度方向上的等离子体密度分布的概略例的图。
图5是用于说明相互接近的返回导体的阻抗等的图。
图6是表示使配置在上下方向的返回导体间的上下方向的间隔在天线的长度方向进行变化的天线的一例的概略侧视图。
图7是表示使配置在上下方向的板状返回导体间的上下方向的间隔进行变化且模拟天线的中央下方附近的磁通密度变化时所用的模型的图。
图8是表示使配置在上下方向的返回导体间的上下方向的间隔在天线的长度方向上进行变化的天线的另一例的概略侧视图。
图9是表示使配置在上下方向的返回导体间的上下方向的间隔在天线的长度方向上进行变化的天线的进而另一例的概略侧视图。
图10是表示配置在上下方向的棒状返回导体的截面形状的一例的图。
图11是表示一导体为板状而另一导体为棒状的返回导体的截面形状的一例的图。
图12是表示一导体为板状而另一导体为棒状的返回导体的截面形状的另一例的图。
图13是表示使配置在左右方向的板状返回导体间的左右方向的间隔变化且模拟天线的中央下方附近的磁通密度的变化时所用的模型的图。
图14是表示使配置在上下方向的棒状返回导体间的上下方向的间隔变化且模拟天线的中央下方附近的磁通密度的变化时所用的模型的图。
图15是表示使配置在左右方向的棒状返回导体间的左右方向的间隔变化且模拟天线的中央下方附近的磁通密度的变化时所用的模型的图。
图16是表示图7所示的模型的情况(实施例)与图13所示的模型的情况(比较例)，相对于间隔变化的磁通密度变化的一例的曲线图。
图17是表示图14所示的模型的情况(实施例)与图15所示的模型的情况(比较例)，相对于间隔变化的磁通密度变化的一例的曲线图。
图18是表示多个天线并联配置例的概略平面图。
图19是表示本发明的等离子体处理装置的另一实施方式的概略侧视图。
图20(A)、图20(B)是表示使配置在上下方向的返回导体间的左右方向的间隔在天线的长度方度方向上进行变化的天线的一例的概略图，且图20(A)为平面图，图20(B)为侧视图。
附图标记：
2：基板
3：垂线
4：真空容器
6：顶面
8：真空排气装置
10：支撑体
16：轴
18：轴承部
20：偏压电源
22：气体导入管
24：气体
30：天线
31、32：返回导体
33：连接部
36：绝缘物
38：绝缘框
40：衬垫
42：高频电源
44：整合电路
46：遮蔽板
48：支撑板
50：等离子体
52：可变阻抗
61、62：导体
A1、A2、A3：区域
B、B1、B2：磁通密度
D、D1、D2、D3：间隔
d：直径
F：箭头
H1：距离
IR：高频电流
L1、L2：自感系数
M、M1、M2、M3：互感系数
R1、R2：电阻
T：厚度
X、Y、Z：方向
具体实施方式
将本发明的等离子体处理装置的一实施方式示于图1，且将其天线30取出示于图2(A)、图2(B)、图2(C)。为了表示天线30等的方向，而在图中记载有相互正交于一点的X方向、Y方向及Z方向。Z方向是使竖立在基板2表面的垂线3伸缩的方向，Y方向是与该垂线3交叉(例如正交)的方向，且为了如上所述简化表达，而将所述方向分别称为上下方向Z、左右方向Y。X方向是与垂线3交叉(例如正交)的方向，且为天线30的长度方向。例如，X方向及Y方向为水平方向，但并不限于此。在其它图中以上情况也相同。
此装置是如下的电感耦合型等离子体处理装置：通过使高频电流IR自高频电源42流入平面形状为实质性平直的天线30而使真空容器4内产生感应电场，且通过该感应电场而生成等离子体50，并利用该等离子体50对基板2实施处理。
所谓“实质性平直”是如字面所述，不仅指平直的状态，也包含接***直的状态(大致平直的状态)的意思。
基板2是例如液晶显示器或有机电致发光(EL，electro-luminescence)显示器等平板显示器(FPD，flat panel display)所用的基板、可挠曲显示器所用的可挠曲基板、太阳电池等的半导体元件所用的基板等，但并不限于此。
基板2的平面形状例如为圆形、四边形等，但并不限于特定的形状。
对基板2实施的处理有例如利用等离子体CVD法的成膜、蚀刻、灰化、溅射等。
该等离子体处理装置在通过等离子体CVD法形成膜的情况下也称为等离子体CVD装置，在进行蚀刻的情况下也称为等离子体蚀刻装置，在进行灰化的情况下也称为等离子体灰化装置，在进行溅射的情况下也称为等离子体溅射装置。
该等离子体处理装置包括例如金属制的真空容器4，且其内部通过真空排气装置8进行真空排气。
在真空容器4内，通过气体导入管22将气体24导入。气体24只要是与对基板2实施的处理内容相应的气体即可。例如，在通过等离子体CVD法在基板2上进行成膜的情况下，气体24是原料气体或者由稀释气体(例如H2)将原料气体稀释后的气体。列举进一步的具体例而言，当原料气体为SiH4时，可在基板2的表面形成Si膜，当原料气体为SiH4+NH3时，可在基板2的表面形成SiN膜，当原料气体为SiH4+O2时，可在基板2的表面形成Si02膜。
在真空容器4内，设置有保持基板2的支撑体10。在本例中，支撑体10是由轴16支撑。在轴16贯通真空容器4的部分，设置着具有电绝缘功能及真空密封功能的轴承部18。如本例所述，也可以自偏压电源20经由轴16对支撑体10施加负的偏压。偏压也可以是负的脉冲状电压。可通过所述偏压，例如控制等离子体50中的正离子入射到基板2时的能量，从而控制形成在基板2表面的膜的结晶度。
在真空容器4的顶面6的开口部7中，介隔着绝缘框38而设置有天线30。在这些构件之间，分别设置真空密封所用的衬垫40。该天线30是由相互接近而配置在上下方向Z的返回导体31、32构成。天线30(更具体而言，构成天线30的返回导体31、32)在本例中，其平面形状呈现面状。更具体而言，该平面形状在本实施方式中为长方形，但并不限于此。关于该天线30，以下进行详细描述。
天线30的材质为例如铜(更具体而言为无氧铜)、铝等，但并不限于这些。
对天线30，更具体而言对所述返回导体31、32，自高频电源42经由匹配电路44供给高频电力，由此，天线30中流入高频电流IR。即，在构成天线30的返回导体31、32中，流入相互逆向的高频电流(往返电流)IR(因高频之故，所以该高频电流IR的方向随时间而反转，以下相同)。通过该高频电流IR，在天线30的周围产生高频磁场，由此，与高频电流IR反方向地产生感应电场。通过该感应电场，在真空容器4内，将电子加速，使天线30附近的气体24电离，在天线30的附近产生等离子体50。该等离子体50扩散到基板2的附近为止，并且可通过该等离子体50来对基板2实施所述处理。
自高频电源42输出的高频电力的频率例如为普通的13.56MHz，但并不限于此。
对所述天线30进行详细描述。如图5所示，相互接近且平行的返回导体61、62的整体阻抗ZT是亦如作为差动连接的电气理论书籍等所述，由下式进行表示。这里，R1、L1分别为一导体61的电阻、自感系数，R2、L2分别为另一导体62的电阻、自感系数，M为两导体61、62间的互感系数。
数学式1
ZT＝(R1+R2)+j(L1+L2-2M)
这里，如果为简化说明，而使R1＝R2＝R，L1＝L2＝L，则整体阻抗ZT由数学式2表示，其中的电感LT由数学式3表示。本说明书中，将如该电感LT般将自感系数与互感系数合成所得的电感称为有效电感系数。
数学式2
ZT＝2R+j2(L-M)
数学式3
LT＝2(L-M)
由上式也可清楚，如果返回导体61、62间的互感系数M变大，则整体阻抗ZT及有效电感系数LT变小。通过使高频电流IR自高频电源42流入该返回导体61、62中而产生的电磁能量G由下式表示，因此，如果互感系数M变大，则该电磁能量G变小，作用于外部的磁效应减少。在生成等离子体的情况下，可供给至等离子体的电磁能量减少，等离子体密度下降。在相反的情况下，结果相反。
数学式4
G＝(1/2)LTIR 2
＝(L-M)IR 2
在返回导体61、62的长度方向上互感系数M不均匀的情况下，即，在使互感系数M变化(换句话说，伴有变化)的情况下，就各区域而言，根据该区域的互感系数M，决定所述有效电感系数及电磁能量。
构成本发明的天线30应用所述原理。例如，如图6所示之例，当由相互接近而配置在上下方向Z上的返回导体31、32构成天线30，且使返回导体31、32间的上下方向Z的间隔D在天线30的长度方向X上两阶段地进行变化时，较大间隔D1的区域A1的互感系数M1变得小于较小间隔D2的区域A2的互感系数M2(即，M1＜M2)。因此，参照所述数学式3可知，区域A1的有效电感系数变得大于区域A2，根据参照所述数学式4的说明也可以知道，与天线30(更具体而言为所述导体31)仅相距距离H1的空间的磁通密度中，区域A1的磁通密度B1大于区域A2的磁通密度B2(即，B1＞B2)。因此，可使区域A1的等离子体密度大于区域A2的等离子体密度。
另外，该图6及下述其它例中，为简化说明而省略匹配电路44，但通常与图1所示的例相同，在高频电源42与天线30之间设置有匹配电路44。
对使配置在上下方向Z上的板状返回导体31、32间的上下方向Z的间隔D进行变化，且模拟天线30的中央下方附近的磁通密度变化所得的结果进行说明。将使用该模拟的模型表示于图7中。使两导体31、32的厚度T为3mm，左右方向Y的宽度W为70mm，且使X方向的长度充分长，且使间隔D进行变化，测定使恒定的(峰值为100A的)高频电流IR流动时导体31的左右方向Y的中央下方相距H1(固定为5mm)的点P处的磁通密度B。将其结果表示于表1中。
表1
表1中的磁通密度B0是没有导体32而仅有导体31的公知的平面天线的情况下点P处的磁通密度。将此情况下的磁通密度B0与返回导体31、32的情况下的磁通密度之比B/B0以及其平方比(B/B0)2表示于表1中。关注平方比(B/B0)2的原因在于，电磁能量对等离子体的供给是如同涡流损耗般，与磁通密度B的平方近似成比例。由该表可知，可通过使间隔D进行变化而使磁通密度B及平方比(B/B0)2产生较大变化。例如，在间隔D为1mm时与50mm时，可使平方比(B/B0)2相差约60倍。
图8是例示使相互接近而配置在上下方向Z上的返回导体31、32间的上下方向Z的间隔D在天线30的长度方向X上，两端部的区域A1、A3的间隔D1、D3(本例中D1＝D3)阶段性(阶梯状)地大于中央部的区域A2的间隔D2。在此情况下，各区域A1～A3的互感系数M1～M3成为M1＝M3＜M2，且区域A1、A3的有效电感系数大于区域A2。磁通密度B1～B3成为B1＝B3＞B2。其结果，可使自天线30供给至等离子体的电磁能量在两端部的区域A1、A3变得相对地大于中央部的区域A2。
图1、图2(A)、图2(B)、图2(C)所示的天线30相当于图8所示的天线30，且更具体地例示图8所示的天线30。对该图1、图2(A)、图2(B)、图2(C)所示的天线30进行详细描述，天线30包含在上下方向Z上隔开间隔D而相互接近而配置的返回导体31、32。两导体31、32为板状，且其平面形状如上所述为长方形。下侧(等离子体50侧)的导体31的下表面位于真空容器4内的真空环境中，上侧的导体32位于大气中。两导体31、32的一端为电性开路，且本例中在此处设置有绝缘物36。另一端通过连接部33相互电性连接。自高频电源42经由匹配电路44，对两导体31、32的电性开路端供给高频电力。
两导体31、32在本例中为板状(具体而言，导体31为平板状，导体32为弯折的板状)。在此情况下，例如图1、图2(C)所示的示例，可增加下侧的导体31的厚度，也可如图3所示的示例，使两导体31、32的厚度为彼此相同程度。
上侧的导体32为阶梯状弯折，因此，天线30的长度方向X上的两端部的区域的间隔D1、D3(本例中D1＝D3)阶段性地大于中央部的区域的间隔D2。这样一来，也可由以上说明获知，在天线30的长度方向X上，使两端部的互感系数M阶段性地小于中央部。即，本例中使M1＝M3＜M2。因此，与图8情况相同，可使自天线30供给至等离子体50的电磁能量在天线30的长度方向X上两端部相对地大于中央部。
天线30的所述间隔D及互感系数M在天线30的长度方向X上可如图1、图8等所示的示例那样阶段性进行变化，也可连续性进行变化，在下述其他例中情况也为相同。即便使所述间隔D等进行阶段性变化，也可以因等离子体具有扩散作用而使等离子体密度平滑地变化。例如，也可使图1、图2(A)、图2(B)、图2(C)所示的上侧的导体32成为中央部凹陷的平滑的谷状，而使天线30的所述间隔D及互感系数M在天线30的长度方向X上连续地进行变化。
也可代替图1、图2(A)、图2(B)、图2(C)、图8所示的天线30，而设置图6所示构造的天线30。进而，也可设置图9等所示另一构造的天线30。
图9所示的示例是图1、图8所示的示例变形而成。即，也可代替如图1、图8所示的示例那样自天线30的端部供给高频电力(端部供电)而如图9所示的示例那样，自天线30的中央部供给高频电力(中央供电)。与此相同地，在其它例的天线30中，也可进行中央供电。
构成天线30的返回导体31、32例如可如所述示例那样为板状，也可如图10所示的示例那样为棒状，也可由板状与棒状组合而成等。例如，也可如图11所示的示例那样，下侧的导体31为板状，上侧的导体32为棒状。在此情况下，也可以如图12所示的示例那样，使上侧的棒状的导体32为彼此电性并联的数根(图12中为2根)。上述这些情况下，返回导体31、32在长度方向X的端部均由连接部(参照图1中的连接部33)彼此电性连接。
各导体31、32的截面形状并不限于图示例的情况，可采取圆形、椭圆形、四边形等。而且，也可采用以下构造：将各导体31、32制成中空，使冷却水等冷媒流入其中，将各导体31、32强制冷却。
在本发明的等离子体处理装置中，由相互接近而配置在上下方向Z上且使高频电流IR相互逆向地流动的往返导体31、32构成天线30，因此，参照所述数学式3可知，天线30的有效电感系数相应于返回导体31、32间的互感系数的程度而变小。在高频区域中，天线30的阻抗几乎为电感，因此有效电感系数变小，由此可将天线30中产生的电位差抑制得较小，从而将天线30的电位抑制得较低，且将等离子体50的电位抑制得较低。
其结果，可将自等离子体50入射至基板2的带电粒子(例如离子)的能量抑制得较小。由此，例如利用等离子体50在基板2上形成膜时，可将对该膜造成的损伤抑制得较小，从而可实现膜质提高。而且，即便延长天线30，也可因所述理由而将天线30的电位抑制得较低，从而将等离子体电位抑制得较低，因此，延长天线30而应对基板2的大型化变得容易。
并且，可通过使返回导体31、32间的上下方向Z的间隔D在天线的长度方向X上进行变化而使返回导体31、32间的互感系数M在天线30的长度方向X上进行变化，因此，可使自天线30供给至等离子体50的电磁能量在天线30的长度方向X上产生变化。由此，可通过该天线30来控制其长度方向X上的等离子体密度分布。其结果，可控制天线30的长度方向X上的基板的处理状态。例如，当利用等离子体50在基板2上形成膜时，可控制天线30的长度方向X上的膜厚分布。
进而，由相互接近而配置在上下方向Z上且使高频电流IR相互逆向地流动的返回导体31、32构成天线30，且使该返回导体31、32间的上下方向Z的间隔D在天线30的长度方向X上进行变化，因此，与使相互接近而配置在左右方向上的返回导体间的左右方向Y的间隔进行变化的情况相比，返回导体31、32间的间隔D变化对天线30的下方附近的磁通密度的控制性较佳。因此，返回导体31、32间的间隔D变化不仅对自天线30供给至等离子体50的电磁能量的控制性、而且对等离子体密度分布的控制性较佳。以下，根据模拟结果进行说明。
在模拟中，对使构成天线30的返回导体31、32的间隔D进行变化时的在天线30的左右方向Y上的中央下方的点P(参照图7、图13～图15)处的磁通密度B的变化进行计算。
首先，作为本发明的一种实施方式，如前面图7所示，在使构成天线30的板状返回导体31、32相互接近而配置在上下方向Z的情况下，将使该返回导体31、32间的上下方向Z的间隔D进行变化时所述点P处的磁通密度B的变化作为实施例而示于图16中。此时的计算条件与前面图7的说明部分中说明的条件相同，且本实施例与表1中的磁通密度B相同。
而且，作为对于所述实施例的比较例，如图13所示，在使构成天线30的板状返回导体31、32相互接近而配置在左右方向Y的情况下，将使该返回导体31、32间的左右方向Y的间隔D进行变化时所述点P处的磁通密度B的变化作为比较例而示于图16中。此时的计算条件是将两导体31、32的厚度T设为70mm，左右方向Y的宽度W设为3mm，且其它距离H1、高频电流IR的大小等与图7的情况相同。
由图16可知，当使间隔D进行变化时，在比较例的情况下，磁通密度B的变化立即达到饱和，相对于此，在实施例的情况下，磁通密度B以接近比例的状态平滑地进行变化，其变化幅度也较大。因此，与比较例相比，实施例中的磁通密度B的控制性较佳。即，通过使间隔D进行变化而容易进行以下控制：控制磁通密度B，由此不仅控制自天线30供给至等离子体的电磁能量，而且控制等离子体密度分布。
接下来，作为本发明的另一种实施方式，如图14所示，在使构成天线30的棒状返回导体31、32相互接近而配置在上下方向Z的情况下，将使该返回导体31、32间的上下方向Z的间隔D进行变化时所述点P处的磁通密度B的变化作为实施例而示于图17中。此时的计算条件是将两导体31、32的直径d设为6mm，且其它距离H1、高频电流IR的大小等与图7的情况相同。
而且，作为对于所述实施例的比较例，如图15所示，在使构成天线30的棒状返回导体31、32相互接近而配置在左右方向Y的情况下，将使该返回导体31、32间的左右方向Y的间隔D进行变化时所述点P处的磁通密度B的变化作为比较例而示于图17中。此时的计算条件除了如上所述变更两导体31、32的配置以外，与图14的情况相同。
由图17可知，当使间隔D进行变化时，在比较例的情况下，磁通密度B进行暂时上升后便下降的复杂变化，相对于此，在实施例的情况下，磁通密度B以接近比例的状态平滑地进行变化。因此，在此情况下，与比较例相比，实施例中的磁通密度B的控制性较佳。即，通过使间隔D进行变化而容易进行以下控制：控制磁通密度B，由此不仅控制自天线30供给至等离子体的电磁能量，而且控制等离子体密度分布。
另外，也存在如下考虑：如图20(A)、图20(B)所示的示例那样，将构成天线30的返回导体31、32相互接近而配置在上下方向Z上，且使返回导体31、32间的左右方向Y的间隔D在天线30的长度方向X上进行变化，由此，使返回导体31、32间的互感系数在天线30的长度方向X上进行变化。
图20(A)、图20(B)是使返回导体31、32间的左右方向Y的间隔D在天线30的长度方向X上两端部的区域A1、A3的间隔D1、D3大于中央部的区域A2的间隔D2(本例中为D1＝D3)的示例。在此情况下，与图8所示的示例情况相同，各区域A1～A3的互感系数M1～M3为M1＝M3＜M2，区域A1、A3的有效电感系数大于区域A2。磁通密度B1～B3为B1＝B3＞B2。其结果，可使自天线30供给至等离子体的电磁能量在两端部的区域A1、A3相对大于中央部的区域A2。
在该图20(A)、图20(B)所示的示例中，可认为间隔D对磁通密度B的控制性近似于所述图13、图15所示的比较例，因此可以说，相比该图20(A)、图20(B)所示的示例，优选所述实施例。
然而，通常，也就是在使用常见的构造简单的平面天线的情况下，其长度方向X上的等离子体密度分布例如图4所示，成为两端部的等离子体密度小于中央部的等离子体密度的山形分布。简单地加以说明其原因在于：相对于在中央部，等离子体是自左右两侧扩散过来，而两端部则是等离子体仅自一侧扩散过来。
相对于此，如图1、图2(A)、图2(B)图2(C)、图8等所示的示例那样，由于可通过使返回导体31、32间的上下方向Z的间隔D在天线30的长度方向X上，两端部的间隔大于中央部的间隔，而在天线30的长度方向X上，使两端部的互感系数小于中央部，因此，如上所述，天线30的两端部的有效电感系数变得相对大于中央部。其结果，与山形相反，可使自天线30供给至等离子体50的电磁能量在天线30的长度方向X上两端部附近相对大于中央部附近，从而可使两端部附近比中央部附近更强力地生成等离子体50，因此，可修正所述山形的等离子体密度分布，提高天线30的长度方向X上的等离子体密度分布的均匀性。其结果，可提高天线30的长度方向上的基板处理的均匀性。例如，当利用等离子体50在基板2上形成膜时，可提高天线30的长度方向X上的膜厚分布的均匀性。
另外，也可如图1所示的实施方式那样，设置有遮蔽板46，该遮蔽板46将天线30在真空容器4内侧的面，自等离子体50进行遮蔽。遮蔽板46是由绝缘物形成。遮蔽板46可直接安装在真空容器4的顶面6的开口部7的入口部附近，也可如本实施方式那样，使用框状支撑板48进行安装。当使用图1所示的示例以外的天线30时，也可包括所述遮蔽板46。
遮蔽板46的材质为例如石英、氧化铝、碳化硅、硅。不期望以氢系等离子体进行还原而自遮蔽板46释放氧的情况时，使用硅、碳化硅等非氧化物系材质即可。例如使用硅板既简单又适宜。
若预先设置遮蔽板46，则可防止天线30等的表面经等离子体50中的带电粒子(主要为离子)溅射而对等离子体50及基板2产生金属污染(metal contamination)等不良情况产生。
即便设置遮蔽板46，也会因遮蔽板由绝缘物组成而无法防止天线30的电位影响等离子体50，因此，如上所述将天线30的有效电感系数减小，而使天线30的电位抑制得较低的方法较为有效。
也可以如图18所示的示例那样，将多个所述构成的天线30相互并联配置在Y方向上，且经由与各天线30分别串联连接的可变阻抗52，自共通的高频电源42对该多个天线30并列地供给高频电力。
各天线30可为参照图1、图2(A)、图2(B)、图2(C)、图6、图8、图9等所述的任一构成。
可变阻抗52可以是图18所示的可变电感，也可以是可变电容器(可变电容)，也可使两者混合存在。可通过***可变电感而增大供电电路的阻抗，因此，可抑制高频电流过多流入天线30的电流。可通过***可变电容器，而在感抗较大时，增大容抗，使供电电路的阻抗降低，因此，可使高频电流难以流入的天线30的电流增加。
在图18所示的示例的情况下，包含有相互并联配置且并列地供给有高频电力的多个天线30，因此，可生成更大面积的等离子体。并且，可通过所述作用，而将各天线30的电位抑制得较低，且可控制各天线30的长度方向X上的等离子体密度分布。进而，使可变阻抗52介于各天线30，且可通过该可变阻抗52来调整流入多个天线30中的高频电流的平衡，因此，也可以控制多个天线30的并联方向Y上的等离子体密度分布。其结果，可将等离子体的电位抑制得较低，并且可生成更大面积且等离子体密度分布的均匀性良好的等离子体。
所述例均为在真空容器4内使基板2固定而不移动的情况下实施处理的示例，但也可如图19所示的示例那样，在真空容器(省略图示)内，一面通过基板搬送装置54，如箭头F(或其反方向)所示，在与天线30的长度方向X交叉(例如正交)的方向上、即沿着Y方向的方向上搬送基板2，一面对基板2实施处理。这样，可通过天线30的所述构成，提高等离子体50的X方向上的均匀性，且通过基板搬送，使等离子体50的Y方向上的均匀性变得不成问题，因此，可对大面积的基板2实施均匀性良好的处理。而且，也可连续地处理多块基板2。此情况下的天线30可以是参照图1、图2(A)、图2(B)、图2(C)、图6、图8、图9等所述的任一构成。而且，也可并用搬送该基板2的思路、和图18所示的将多个天线30并联配置的思路。
Claims (3)
1.一种等离子体处理装置，其是通过使高频电流流入平面形状为平直的天线中而使真空容器内产生感应电场，生成等离子体，且利用该等离子体对基板实施处理的电感耦合型等离子体处理装置，其特征在于：
由相互接近而配置在使竖立在所述基板表面的垂线伸缩的方向上且使所述高频电流相互逆向地流动的返回导体构成所述天线，
且使所述返回导体间的在使所述垂线伸缩的方向上的间隔，在所述天线的长度方向上进行变化。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
将所述返回导体间的在使所述垂线伸缩的方向上的间隔，设成在所述天线的长度方向上的两端部的间隔大于中央部的间隔。
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：
包括多个所述天线，且该些所述天线为相互并联配置，
该等离子体处理装置是以经由与各该天线分别串联连接的可变阻抗，将高频电力并列地自共通的高频电源供给到该多个天线的方式构成。
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