CN1934913B - 等离子体发生装置 - Google Patents
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Abstract
一种等离子体发生装置，具备有等离子体发生室(10)以及在室(10)内设置的高频天线(1)，在室(10)内对气体由天线(1)施加高频功率，发生感应耦合等离子体。天线(1)是由从室(10)外向室(10)内延伸的第一部分(11)、以及从第1部分(11)的室内侧端部(11e)开始电路并联使其分支而且终端(12e)与接地的室(10)的内壁直接连接的多个第2部分(12)组成的低电感量天线。天线(1)的表面覆盖电绝缘性材料。即使对天线施加的高频功率的频率是40MHz至几百MHz左右的高频，也可以抑制异常放电、匹配不良等问题，产生所希望的等离子体。也可以构成为能够实施像膜形成那样的处理的装置。
Description
技术领域
本发明是涉及例如像基于气体等离子体进行成膜的等离子体CVD装置、基于气体等离子体的利用溅射靶进行溅射膜形成的装置、基于气体等离子体进行刻蚀的等离子体刻蚀装置、从气体等离子体引出离子进行离子注入和离子掺杂的装置等那样的使用等离子体的各种装置，
而且还涉及像利用那些装置的各种半导体或者它的元器件的制造装置、以及液晶显示装置或者它的元器件的制造装置等那样使用等离子体的各种装置中能够利用的等离子体发生装置。
背景技术
虽然已经知道产生气体等离子体的各种方法，但是其中，作为在等离子体发生室内尽可能地以高密度得到均匀的等离子体的方法，我们所熟知的是利用高频功率发生感应耦合等离子体的方法。另外，最近为了提高等离子体特性，还正在尝试着提高所加的高频功率的频率等方法。
在这样的感应耦合等离子体的生成中，虽然是对等离子体发生室设置的高频天线加上高频功率，但是一般而言，高频天线设置在等离子体发生室外。
但是，例如在特开2001-35697号公报中提出，为了提高所投入的高频功率的使用效率，而将高频天线设置在等离子体发生室内。另外，为了抑制在将天线设置在等离子体发生室内时产生的令人不安的某种异常放电等，提出天线将不绕成圈，而是用终端线状导体形成平面结构(2维结构)，从而降低天线的电感量，而且还提出，在这种情况下，将天线终端向等离子体发生室外引出，通过隔直流电容接地。
然而，这样的过去提出的等离子体发生室内设置的高频天线，为了更加提高等离子体密度等的等离子体特性，如果提高所加的高频功率的频率，则因为将天线终端引出到等离子体发生室外等原因，所以产生更加提高了天线的电感量、不能进行匹配等的问题。
另外，因为天线终端被引出到等离子体发生室外，所以该终端通过等离子体形成室壁的部分必须要经过气密处理。
再有，因为天线是平面结构，所以为了节约等离子体发生室内的空间、而将该天线设置在发生室内壁附近的情况下(可认为这样的情况很多)，从天线来的高频电场的大部分都指向了室内壁，相应也降低了高频功率的利用效率。
因此本发明提供了一种具备有等离子体发生室以及在该等离子体发生室内设置的高频天线、对该等离子体发生室内气体从该高频天线施加高频功率而发生感应耦合等离子体的等离子体发生装置，比起过去同类的装置，能够减小该高频天线的电感量，从而能抑制过去以来的异常放电、匹配不良等问题，而产生所希望的等离子体，即使为了提高等离子体特性而提高施加的高频功率的频率的情况下，也能够抑制异常放电、匹配不良等问题，产生所希望的等离子体。
另外，本发明还提供了一种能够解决这样的问题、能够进行以像膜形成那样为目的的处理的等离子体发生装置。
发明内容
本发明提供了一种具备有等离子体发生室以及在该等离子体发生室内设置的高频天线、对该等离子体发生室内气体从高频天线施加高频功率而发生感应耦合等离子体的等离子体发生装置，该高频天线是从该等离子体发生室外向等离子体发生室内延伸并在该等离子体发生室内进行电路并联使其分支、而且各支路部分的终端直接与该等离子体发生室连接的天线，该等离子体发生室的电位设定成接地电位。
在与本发明相关的等离子体发生装置中，因为该高频天线在等离子体发生室外的部分对等离子体的生成是没有作用的，所以使这部分尽可能短，能够直接与高频功率施加装置的匹配箱连接，另外，因为天线的终端不引出到等离子体发生室外，而是直接与等离子体发生室连接，因此相应整个天线能够缩短，而且因为在等离子体发生室内采用进行电路并联使其分支的并联布线结构，所以相应可以尽可能地降低电感量。
通过这样，能够抑制过去的异常放电、匹配不良等问题，而产生所希望的等离子体，即使是为了提高等离子体特性而提高施加的高频功率的频率的情况下，也能够抑制异常放电、匹配不良等问题，产生所希望的等离子体。
上述的高频天线，为了要产生更高密度的等离子体，而将等离子体封闭起来，也可以用密封材料将等离子体发生室内的天线部分的周围包围起来。这样的密封材料可以是铝、不锈钢等导电性材料。这样的密封材料，在后述那样利用等离子体发生装置来膜形成时，也起到作为抑制在等离子体发生室内壁上白白地附着膜的防附着材料的功能。
上述的高频天线，为了节约等离子体发生室内的空间，最好是紧凑的而且高频功率的利用效率高的天线，为此高频天线也可以是立体结构的。作为其代表性的例子，能够举出一种高频天线，该高频天线包含从上述的等离子体发生室外通过该等离子体发生室的室壁向等离子体发生室内延伸的第1部分；以及从该第1部分的等离子体发生室内侧端部呈放射状分支延伸、同时向着上述等离子体发生室壁延伸的多根第2部分，该第2部分的终端直接与该等离子体发生室壁连接。
这样的高频天线例如即使是配置在等离子体发生室内壁的附近，与同该室壁平行配置的平面结构的天线相比较，诱导电场能够波及到天线的第1部分、各第2部分的各个周围地区，相应地能够使电场以高效率波及到等离子体发生室内的广大范围内，这样可以提高高频功率的使用效率。
在这样的天线的第2部分群中，能够例举出作为整体呈现出U字状、“コ”字型、半圆形的天线；以及将那样形状的天线部分、以第1部分为中心按十字形等以规定的中心角度间隔来组合的天线等。
总之，至少在等离子体发生室内的高频天线部分的导体表面，为了抑制由于自偏压而被等离子体刻蚀等问题，最好用氧化铝等电绝缘性材料来覆盖。
另外，总之对高频天线施加的高频功率的频率可以为例如商用的13.56MHz，但是因为与本发明相关的等离子体发生装置的高频天线如前所述是低电感量的天线，因此也可以是例如40MHz至几百MHz的频率、比如60MHz左右的频率、或者更高的几百MHz左右的频率。即使像这样频率很高的高频功率也可以使用，从而在等离子体密度等方面，能够提高等离子体特性。
以上说明的与本发明相关的等离子体发生装置，可用于像例如基于气体等离子体进行膜形成的等离子体CVD装置、基于气体等离子体的利用溅射靶进行溅射膜形成的装置、基于气体等离子体进行刻蚀的等离子体刻蚀装置、从气体等离子体引出离子进行离子注入和离子掺杂的装置等那样的使用等离子体的各种装置，而且还可用于像利用那些装置的各种半导体或者它的元器件的制造 装置、以及液晶显示装置或者它的元器件的制造装置等那样使用等离子体的各种等离子体处理装置。
例如，设置向上述等离子体发生室内提供用于膜形成的气体的气体供给装置，在该等离子体发生室内设置物体支架，对从该气体供给装置供给该等离子体发生室内的气体由上述高频天线施加高频功率，发生感应耦合等离子体，基于该等离子体能够在该物体支架上保持的被成膜物体上形成膜。
例如，该气体供给装置作为提供硅烷气体以及氢气的装置，基于该硅烷气体以及氢气的等离子体，在被成膜物体上能够形成硅膜。在这种情况下，通过控制硅烷气体和氢气分别向等离子体发生室内的引入量、等离子体发生室内的成膜气压、以及对这些气体施加的高频功率(频率及功率)等，也可以形成像多晶硅膜那样的晶态硅膜。
像以上的说明那样，本发明能够提供一种等离子体发生装置，是具有等离子体发生室以及在该等离子体发生室内设置的高频天线、对该等离子体发生室内气体从该高频天线施加高频功率而发生感应耦合等离子体的等离子体发生装置，与过去的同类装置相比，该高频天线能够减小电感量，从而能抑制过去的异常放电、匹配不良等问题，产生所希望的等离子体，即使在为了提高等离子体特性而提高施加的高频功率的频率的情况下，也能抑制异常放电、匹配不良等问题，产生所希望的等离子体。
另外，与本发明相关的高频天线的使用个数、配置、方向等，可根据需要适宜决定。
另外，本发明还能够提供具有这样的优点、进行以膜形成为目的处理的等离子体发生装置。
附图说明
图1表示的是与本发明相关的等离子体发生装置的一个例子的简要构成图。
图2表示的是高频天线的立体结构图。
具体实施方式
以下，参照附图说明与本发明相关的等离子体发生装置的一个例子、即能够用作为成膜装置的等离子体发生装置。
图示的等离子体发生装置(膜形成装置)具有作为成膜室来使用的等离子体发生室10，在该室内中设置物体支架3、该支架上方的高频天线1以及包围该高频天线1的密封构件2。成膜室10接地。
高频天线1是如图1以及图2所示那样的立体结构的天线，由第1部分11和多个第2部分12组成。第1部分11是从等离子体发生室(成膜室)10外通过该室的顶壁10’、笔直呈棒状地向室内延伸。第2部分12从第1部分11的室内侧端部11e开始呈放射状分支并延伸，同时向着顶壁10’延伸。各第2部分12的终端12e直接用连接器与顶壁10’连接，因此处于通过室10接地的状态。
一群第2部分12，作为整体是呈现为将弯曲成“コ”字形的2根天线部分从平面看组合成十字形、并与第1部分11连接的状态。
另外，高频天线1的该天线导体表面被绝缘膜(这里是氧化铝膜)覆盖。
高频天线1的第1部分11通过匹配箱MX与高频电源PW连接。匹配箱MX以及电源PW构成了高频功率施加装置。在第1部分11中，尽量缩短伸出到室10以外的对于生成等离子体没有帮助的部分，并与匹配箱MX直接连接。另外，第1部分11贯穿设置在室10的顶壁10’上的兼作为气密密封的绝缘构件10a。
这样可以使高频天线1缩短，另外，因为在室10内形成电路并联使其分支的并联布线结构，因此天线1的电感量相应减小。
物体支架3具备加热被成膜物体(在本例中是基板S)的加热器4。物体支架3和室10共同接地。
密封构件2在这里是筒状构件，由铝等导电性材料形成，面向支架3形成开口。密封构件2是为了生成更高密度的等离子体而将等离子体封闭起来、或者为了抑制在室内壁上白白附着膜用的构件，但是也不一定需要。
对于等离子体生成室(成膜室)10，如上所述还设置有气体供给装置100以及排气装置EX。
气体供给装置100在这里包括有硅烷气体(SiH4)供给回路101和氢气供给回路102。
排气装置EX由进行排气量调整的电导阀CV、和通过该阀门与室10通过管道连接的真空泵PM构成。
硅烷气体供给回路101由贯通室10的顶壁10’而设置的气体引入喷管N1和由此依次连接的电磁开关阀AV12、质量流控制器MFC1以及电磁开关阀AV11以及硅烷气体(SiH4)储气瓶B1构成。
氢气供给回路102由贯通室10的顶壁10’而设置的气体引入喷管N2和由此依次连接的电磁开关阀AV22、质量流控制器MFC2以及电磁开关阀AV21以及氢气储气瓶B2构成。
根据以上说明的等离子体发生装置(膜形成装置)，例如像下面所说那样操作，能够在基板S上形成硅膜。
首先，打开室10的物体出入口(图示省略)，在物体支架3上放置被成膜基板S，然后再气密关闭该物体出入口。接下来通过排气装置EX的泵PM运转，室10内开始排气。
通过这样，室10内减压，直到规定压力，硅烷气体供给回路101的阀AV11、AV12打开，向室10内以质量流控制器MFC1控制的流量引入硅烷气体，同时打开氢气供给回路102的阀AV21、AV22，向室10内以质量流控制器MFC2控制的流量开始引入氢气，维持室内的成膜压。另外，对高频天线1从电源PW通过匹配箱MX施加高频功率，从而引入的气体被激励，生成感应耦合等离子体。根据需要，也可以用图示省略的加热器对基板S加热。这样，基于该感应耦合的等离子体在支架3的基板S上形成了硅膜。
在这种成膜中，因为高频天线1像所述的那样是低电感量天线，所以可以抑制异常放电、匹配不良等问题，生成所希望的等离子体。即使是在为了提高等离子体特性而提高施加的高频功率的频率、例如40MHz～100MHz的情况下，也能抑制异常放电、匹配不良等问题，而使其产生所希望的等离子体。
另外，因为高频天线1是立体结构的，所以即使是配置在室内壁的附近，也能够使电场波及到室10内的广大范围内，相应可以提高高频功率的使用效率。
另外，因为高频天线1的表面覆盖了绝缘性材料，所以能够抑制由于自偏压而被等离子体刻蚀等问题。
接着来说明关于晶态硅膜形成的实验例。
条件等如下所述。
基板：无碱玻璃基板
基板温度：400℃
高频电源：60MHz、4000W
硅烷气体引入量：1sccm
氢气引入量：150sccm
成膜压力：0.67Pa
膜厚度：约 
这样所得到的膜的结晶性根据激光拉曼光谱分析来评价，出现了表示拉曼位移是520cm-1的结晶性的峰值，结晶性得到确认。
工业上的实用性
本发明可以在等离子体CVD装置、等离子体刻蚀装置、从气体等离子体引出离子进行离子注入和离子掺杂的装置等要求等离子体生成的各种领域中使用。
Claims (6)
1.一种等离子体发生装置，其特征在于，
具备有等离子体发生室以及设置于该等离子体发生室内、且其导体表面覆盖有绝缘膜的高频天线，且在该等离子体发生室内、对气体从高频天线施加高频功率而发生感应耦合等离子体，
该高频天线具有立体结构，所述立体结构由从室外通过该室的顶壁且笔直呈棒状地向室内延伸的第1部分，以及从第1部分的室内侧端部开始呈放射状分支并延伸、同时向着该室的顶壁延伸的第2部分构成，
在所述高频天线中，所述第1部分从该等离子体发生室外向等离子体发生室内延伸、所述第2部分在该等离子体发生室内电路并联使其分支，而且该各分支部分的终端直接与该等离子体发生室连接，一群所述第2部分作为整体，呈现为将弯曲成“コ”字形的2根天线部分从平面看组合成十字形、并与第1部分连接的状态，
将该等离子体发生室电位设定成接地电位。
2.如权利要求1所述的等离子体发生装置，其特征在于，
所述高频天线的等离子体发生室内的部分，其周围用密封构件包围。
3.如权利要求1或2所述的等离子体发生装置，其特征在于，
所述高频天线的至少在所述等离子体发生室内的部分的导体表面覆盖电绝缘性材料。
4.如权利要求1或2所述的等离子体发生装置，其特征在于，
具有对所述高频天线施加高频功率的高频功率施加装置，
该高频功率施加装置对该高频天线施加频率为40MHz至几百MHz的高频功率。
5.如权利要求1或2所述的等离子体发生装置，其特征在于，
具有向所述等离子体发生室内提供用于膜形成的气体的气体供给装置、以及在该等离子体发生室内设置的物体支架，
对由该气体供给装置向该等离子体发生室内提供的气体由所述高频天线施加高频功率，发生感应耦合等离子体，
基于该等离子体，能在该等离子体发生室内的所述物体支架上保持的被成膜物体上形成膜。
6.如权利要求5所述的等离子体发生装置，其特征在于，
所述气体供给装置是提供硅烷气体以及氢气的装置，
基于该硅烷气体以及氢气的等离子体，能在所述的被成膜物体上形成硅膜。
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