電感耦合等離子體用天線單元和電感耦合等離子體處理裝置的製作方法

2023-04-26 14:53:36

專利名稱：電感耦合等離子體用天線單元和電感耦合等離子體處理裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電感耦合等離子體用天線單元和使用了這種電感耦合等離子體用天線單元的電感耦合等離子體處理裝置，用於對平板顯示器(FPD)製造用的玻璃基板等被處理基板實施電感耦合等離子體處理。
背景技術：
在液晶顯示裝置(IXD)等平板顯示器(FPD)製造工序中，存在一種對玻璃制的基板進行蝕刻和成膜處理等等離子體處理的工序。為了進行這種等離子體處理，會使用到等離子體蝕刻裝置、等離子體CVD成膜裝置等各種等離子體處理裝置。以往，作為等離子體處理裝置，多使用了電容耦合等離子體處理裝置。但是，最近，具有能夠在高真空中得到高密度等離子體這種很大優點的電感稱合等離子體處理裝置(Inductively Coupled Plasma ICP)備受:關注。電感耦合等離子體處理裝置，其在構成收容被處理基板的處理容器的頂壁的電介體窗上側配置有高頻天線，通過向處理容器內部提供處理氣體，並且向該高頻天線提供高頻電，在處理容器內部生成電感耦合等離子體，並用該電感耦合等離子體對被處理基板實施規定等離子體處理。作為高頻天線，通常採用構成平面狀的規定圖案的平面環狀天線。在使用平面環狀天線的電感耦合等離子體處理裝置中，在處理容器內的平面天線的正下方的空間裡生成等離子體，但是這時，由於根據天線正下方各位置的電場強度，等離子體呈現出高等離子體密度區域和低等離子體密度區域的分布，因此平面環狀天線的圖案形狀成為決定等離子體密度分布的重要因素。並且通過調整平面環狀天線的疏密，使感應電場均一化，並生成均一的等離子體。於是，提出了一種控制電感耦合等離子體整體密度分布的技術(專利文獻1)，其在徑向保持間隔設置具有內側部分和外側部分的兩個環狀天線部的天線單元，通過調整它們的阻抗來獨立控制這兩個環狀天線部的電流值，並通過控制由各個環狀天線部產生的等離子體通過擴散形成的密度分布重疊方式，來控制電感耦合等離子體整體的密度分布。然而，當大型化到基板的一個邊長超過Im時，僅有內側部分和外側部分的兩個環狀天線部，由於在兩個環狀天線的中間部分等離子體的擴散效果不充分，密度分布的控制會變得困難。於是，提出了如下技術方案，即將三個以上環狀天線部以同心狀設置，通過獨立控制它們的電流值，即使在大型基板的情況下也能產生均勻等離子體的技術(專利文獻2)。現有技術文獻專利文獻1:日本特開平2007-311182號公報專利文獻2 :日本特開平2009-277859號公報

發明內容
〈發明要解決的問題>然而，當將三個以上環狀天線部以同心狀設置時，天線周圍發生磁場的重疊，環狀天線部之間互相干涉，破壞各環狀天線部的感應電場的獨立控制性。本發明是鑑於所述的以上問題做出來的，其課題為提供一種即使將三個以上環狀天線部同心狀地設置，也具有環狀天線部感應電場獨立控制性高的電感耦合等離子體用天線單元和使用這種天線單元的電感耦合等離子體處理裝置。為了解決上述問題，本發明的第一個方面，提供一種電感耦合等離子體用天線單元，其具有平面型天線，該平面型天線形成用於在等離子體處理裝置的處理室內生成對基板進行等離子體處理的電感耦合等離子體的感應電場，該電感耦合等離子體用天線單元的特徵在於所述天線具有通過被供給高頻電在所述處理室內產生感應電場的被同心狀地設置的至少三個天線部，所述天線部以天線用線(天線線纜)被卷繞成渦旋狀的方式構成，所述天線部中相鄰的天線部彼此的天線用線以互相反繞的方式被卷繞。此外，本發明在第二個方面，提供一種電感耦合等離子體處理裝置，其特徵在於，包括處理室，其收容矩形基板並實施等離子體處理；載置臺，其在所述處理室內部載置矩形基板；處理氣體供給系統，其將處理氣體供給至所述處理室內；排氣系統，其對所述處理室內進行排氣；平面型天線，其隔著電介體部件配置於所述處理室外部，通過被供給高頻電在所述處理室內形成生成用於對基板進行等離子體處理的電感耦合等離子體的感應電場；和高頻電供給單元，其對所述天線供給高頻電，所述天線具有通過被供給高頻電在所述處理室內形成感應電場的、同心狀地設置的至少三個天線部，所述天線部構成為天線用線被渦旋狀地卷繞，所述天線部中相鄰的天線部彼此的天線用線以互相反繞的方式被卷繞。無論是上述的哪一種的實施方式，優選構成為上述天線部將多個天線用線卷繞成渦旋狀而形成的多重天線，並且將上述多個天線用線以在周向逐一錯開規定角度的方式配置。此外，上述基板構成矩形狀，上述天線部則適於應用構成與矩形狀的基板相對應的框形狀。在這種情況下，上述天線部的至少一個能夠將多個天線用線在同一個平面內，以角部的卷繞圈數比邊的中央部的卷繞圈數多的方式卷繞，使整體呈渦旋狀地構成。此外，以角部的卷繞圈數比上述邊中央部的卷繞圈數多的方式卷繞的、整體呈渦旋狀構成的天線部，在各個天線用線形成折曲部，使得由其外輪廓線和內輪廓線包圍的框形區域相對於貫穿上述天線部的相對的兩邊的中心線為線對稱。上述天線部中的至少一個具有與基板的相互不同部分相對應的多個區域，並且也能夠對這些多個區域獨立地提供高頻電。優選具有供電部，其具有從與用於供電給上述各天線部的高頻電源連接的匹配器到各上述天線用線的供電路徑；形成有包含各上述天線部和各供電部的多個天線電路，還具有阻抗控制單元，其調整上述天線電路中至少一個天線電路的阻抗，並控制上述各天線部的電流值。在這種情況下，作為上述阻抗控制單元，能夠適宜地使用設置於上述供電路徑的可變電容器。發明效果
根據本發明，由於天線部以天線用線被卷繞成渦旋狀的方式構成，並且天線部中相鄰的彼此之間，以天線部互相反繞的方式卷繞天線用線，例如具有三個天線部的情況中，中間的天線部與外側天線部及內側天線部繞向相反，於是在中間的天線部會產生反向的感應電場，由此，可以分由開外側天線部、內側天線部和中間天線部產生的感應電場，排除這些電場之間的幹涉，並且能夠提高這些電場的獨立控制性。於是，可以按照各種工序控制等離子體密度分布。


圖1是表示構成本發明的一個實施方式的電感耦合等離子體處理裝置的截面圖。圖2是表示用於圖1的電感耦合等離子體處理裝置的電感耦合等離子體用天線單元的一個例子的俯視圖。圖3是用來說明圖2的高頻天線的外輪廓線、內輪廓線以及被其包圍的框形區域、天線用線的折曲部的俯視圖。圖4是表示用於圖1的電感耦合等離子體裝置的高頻天線供電電路的圖。圖5是用來比較說明現有的三環狀天線中電流流通時的磁場、感應磁場、等離子體的狀況(a)和本實施方式中的天線中電流流通時的磁場、感應磁場、等離子體狀態(b)的模式圖。圖6是表示高頻天線其它實施方式的俯視圖。圖7是表示用於圖6的高頻天線的天線部的第一部分的俯視圖。圖8是表示用於圖6的高頻天線的天線部的第二部分的俯視圖。圖9是表不天線部的更多其它例子的圖。符號說明I主體容器2電介體壁(電介體部件)3天線室4處理室13高頻天線13a外側天線部13b內側天線部13c中間天線部14匹配器15高頻電源l6a、l6b、l6c 供電部件19、19a、19b、19c 供電線20處理氣體供給系統21a、21c可變電容器22a、22b、22c 接線端23載置臺30排氣裝置
50天線單元51供電部61、62、63、64、71、72、73、74、81、82、83、84 天線用線67、77、87 框形區域68、78、88折曲部(彎曲部)91a外側天線電路91b內側天線電路91c中間天線電路100控制部101用戶界面102存儲部G 基板
具體實施例方式下面，參照附圖，對本發明的實施方式進行說明。圖1是表示構成本發明的一個實施方式的電感耦合等離子體處理裝置的截面圖，圖2是表示用於這種電感耦合等離子體處理裝置的天線單元的俯視圖。該裝置用於例如在Fro用玻璃基板上形成薄膜電晶體時的金屬膜、ITO膜、氧化膜等蝕刻、抗蝕膜的灰化處理。作為FPD，可以舉出液晶顯示器、電致發光(Electro Luminescence ；EL)顯示器、等離子顯示板(PDP)等例子。該等離子體處理裝置具有導電材料，例如內壁面被陽極氧化處理的由鋁形成的方矩形管形狀的氣密的主體容器I。該主體容器I以能夠拆卸的方式組裝而成，並通過接地線Ia接地。主體容器I利用電介體壁2上下被分隔成天線室3和處理室4。從而，電介體壁2構成處理室4的頂壁。電介體壁2由Al2O3等的陶瓷、石英等形成。在電介體壁2的下側部分，嵌入有處理氣體供給用的噴淋框體11。噴淋框體11被設置成十字狀，呈從下面支承電介體2的結構。而且，支承上述電介體壁2的噴淋框體11呈通過多個懸吊部件(suspender)(未圖示)懸吊在主體容器I頂部的狀態。該噴淋框體11由導電材料，優選由金屬，例如以不產生汙染物的方式，其內表面或外表面被陽極氧化處理的鋁構成。在該噴淋框體11形成有水平延伸的氣體流路12。在該氣體流路12，連通有向下方延伸的多個氣體排出孔12a。另一方面，在電介體壁2的上表面中央，以與該氣體流路12連通的方式，設置有氣體供給管20a。氣體供給管20a從主體容器I的頂部向其外側貫通，並與包含處理氣體供給源和閥系統等的處理氣體供給系統20連接。從而，在等離子體處理中，從處理氣體供給系統20供給的處理氣體，經由氣體供給管20a被供給至噴淋框體11內部，並且從其下表面氣體排出孔12a向處理室4內部排出。在主體容器I中天線室3的側壁3a與處理室4的側壁4a之間，設置有向內側突出的支承架5，在該支承架5上載置有電介體壁2。在天線室3內部，配設有包括高頻(RF)天線13的天線單元50。高頻天線13經由匹配器14連接於高頻電源15。此外，高頻天線13通過由絕緣部件形成的墊片(spacer)17與電介體壁2保持距離。並且，由於從高頻電源15將例如頻率為13. 56MHz的高頻電供給到高頻天線13，在處理室4內部產生感應電場，並由該感應電場從噴淋框體11供給的處理氣體被等離子體化。此外，對於天線單元50稍後敘述。在處理室4內的下方，以夾持電介體壁2並與高頻天線13對置的方式設置有用於載置矩形狀的Fro用玻璃基板(以下簡記為基板)G的載置臺23。載置臺23由導電材料，例如表面被陽極氧化處理的鋁形成。載置於載置臺23的基板G，通過靜電吸盤(未圖示)被吸附保持。載置臺23收納於絕緣體框24內，並且，支承於中空的支柱25。支柱25將主體容器I的底部維持氣密狀態並且貫通，並支承在配設於主體容器I外的升降機構(未圖示)。搬入搬出基板G時，由升降機構來驅動載置臺23在上下方向移動。此外，收納了載置臺23的絕緣體框24與主體容器I的底部之間，配設有氣密地包圍支柱25的波紋管(bellows) 26，由此，即使載置臺23上下移動也能保證處理容器4內部的氣密性。此外，在處理室4的側壁4a設置有用於搬出搬入基板G的搬入搬出口 27a和開啟關閉該搬入搬出口 27a的門閥27。載置臺23通過設置於中空的支柱25內的供電線25a，經由匹配器28，連接有高頻電源29。該高頻電源29在等離子體處理中，對載置臺23施加例如頻率為6MHz的偏壓用高頻電。通過該偏壓用高頻電，在處理室4內生成的等離子體中的離子被有效地引入基板G。並且，在載置臺23內，為了控制基板G的溫度，設置有包括陶瓷加熱器等加熱元件和冷媒流路等的溫度控制機構和溫度傳感器(均未圖示)。與這些機構和部件相對應的管道和線路均通過中空的支柱25被導出到主體容器I外。在處理室4的底部，經由排氣管31連接有含真空泵等的排氣裝置30。通過該排氣裝置30，處理室4被排氣，並且在等離子體處理過程中，處理室4內被設定並維持在規定的真空度(例如，1.33Pa)。在載置於載置臺23的基板G的背面側，形成有冷卻空間(未圖示)，並設置有供給作為定壓熱傳遞用氣體的氦氣(He)的氦氣流路41。如此，通過向基板G的背面側供給熱傳遞用氣體，能夠避免真空下基板G的溫度上升等溫度變化。該等離子體處理裝置的各結構部為接通至由微處理器(計算機)形成的控制部100並進行控制的結構。此外，在控制部100接通有用戶界面101，其包括由操作員進行用於管理等離子體處理裝置的命令輸入等輸入操作的鍵盤、將等離子體處理裝置的工作狀況進行可視化顯示的顯示器等。並且，在控制部100，接通有存儲部102，其存儲控制部100的控制下用於實現等離子體處理裝置實施的各種處理的控制程序、按照處理條件用於讓等離子體處理裝置的各結構部實施處理的程序即處理方案。處理方案被存儲於存儲部102中的存儲介質。存儲介質可以是內置於計算機的硬碟、半導體存儲器等，也可以是⑶ROM、DVD、快閃記憶體等可移動存儲介質。此外，可以從其它裝置，例如通過專用線路適當地傳送。並且，根據需要，通過來自用戶界面101的指示等，從存儲部102提取任意的處理方案並讓控制部100實施，以此，在控制部100的控制下，進行等離子體處理裝置中的希望的處理。接著，詳細說明上述天線單元50。天線單元50具有如上述的高頻天線13，並且具有將經由匹配器14的高頻電供給高頻天線13的供電部51。如圖2所示，高頻天線13是一種三環狀天線，其通過將配置在外側部分的環狀天線部即外側天線部13a、配置在內側部分的環狀天線部即內側天線部13b和配置在外側天線部13a與內側天線部13b中間部分的環狀天線部即中間天線部13c同心狀地隔開間隔進行配置而構成。外側天線部13a、內側天線部13b、中間天線部13c，輪廓均形成矩形狀的平面型，並且與基板對置的天線用線的配置區域呈框形狀。這些外側天線部13a、內側天線部13b以及中間天線部13c構成為以卷繞四條天線用線整體呈渦旋狀的方式構成的多重(四層)天線，外側天線部13a和內側天線部13b的天線用線的卷繞方向相同，中間天線部13c的卷繞方向與上述相反。總之，天線用線的卷繞方向以相鄰的天線部間成為反向的方式構成。外側天線部13a具有四條天線用線61、62、63、64，這些天線用線61、62、63、64以
逐一錯開90°位置卷繞，天線用線的配置區域呈大致框形狀，並使具有等離子體變弱傾向的角部的卷繞圈數比邊的中央部的卷繞圈數更多。在圖示的例子中角部的卷繞圈數為3，邊的中央部的卷繞圈數為2。此外，如圖3所示，為了使得將由外側天線部13a的外輪廓線65和內輪廓線66包圍的，用斜線表示的天線用線的配置區域，即框形區域67與矩形狀基板G正對，以對於貫穿外側天線13a相對的兩邊的中心線呈線對稱(鏡面對稱)的方式，在各個天線用線形成有折曲部(crank部)68。由於等離子體是與天線用線的配置區域相對應產生的，如上述情況，通過使框形區域67正對於基板G，能夠使得由外側天線部13a產生的等離子體也正對於基板G。內側天線部13b具有四條天線用線71、72、73、74，這些天線用線71、72、73、74逐一錯開90°位置，以與外側天線部13a的天線用線同方向卷繞，天線用線的配置區域呈大致框形狀，並使得將有等離子體變弱傾向的角部的卷繞圈數比邊的中央部的卷繞圈數更多。在圖示的例子中角部的卷繞圈數為3，邊的中央部的卷繞圈數為2。此外，如圖3所示，為了使得將由內側天線部13b的外輪廓線75和內輪廓線76包圍的、用斜線表示的框形區域77與矩形狀基板G正對，以對於貫穿相對的兩邊的中心線呈線對稱(鏡面對稱)的方式，在各個天線用線形成有折曲部(crank部)78。由此也可以使得由內側天線部13b產生的等離子體也正對於基板G。中間天線部13c具有四條天線用線81、82、83、84，這些天線用線81、82、83、84逐一錯開90°位置，以與外側天線部13a的天線用線和內側天線部13b的天線用線反方向卷繞，天線用線的配置區域呈大致框形狀，並使具有等離子體變弱傾向的角部的卷繞圈數比邊中部的卷繞圈數更多。在圖示的例子中角部的卷繞圈數為2，邊的中央部的卷繞圈數為I。此夕卜，如圖3所示，為了使得將由中間天線部13c的外輪廓線85和內輪廓線86包圍的、用斜線表示的框形區域87與矩形狀基板G正對，以對於貫穿相對的兩邊的中心線呈線對稱(鏡面對稱)的方式，在各個天線用線形成有折曲部(crank部)88。由此也可以使得由中間天線部13c產生的等離子體也正對於基板G。在天線室3中，設置了給外側天線部13a供電的四個第一供電部件16a、給內側天線部13b供電的四個第二供電部件16b以及給中間天線部13c供電的四個第三供電部件16c (圖1中，均只列出一個)，各第一供電部件16a的下端與外側天線部13a的端子22a連接，各第二供電部件16b的下端與內側天線部13b的端子22b連接，各第三供電部件16c的下端與中間天線部13c的端子22c連接。這些第一供電部件16a、第二供電部件16b以及第三供電部件16c經由匹配器14並聯地連接於高頻電源15。高頻電源15和匹配器14與供電線19連接，供電線19在匹配器14的下遊側分支為供電線19a、19b和19c。供電線19a與四個第一供電部件16a連接；供電線19b與四個第二供電部件16b連接；供電線19c與四個第三供電部件16c連接。供電線19、19a、19b、19c、供電部件16a、16b、16c、端子22a、22b、22c構成天線單元50的供電部51。在供電線19a安裝有可變電容器21a ;在供電線19c安裝有可變電容器21c ;在供電線1%沒有安裝可變電容器。並且，由可變電容器21a和外側天線部13a構成了外側天線電路；由可變電容器21c與中間天線部13c構成了中間天線電路。另一方面，內側天線電路僅由13b構成。如後面所述，通過調節可變電容器21a的電容，控制外側天線電路的阻抗；通過調節可變電容器21c的電容，控制中間天線電路的阻抗；通過上述控制，可以調整外側天線電路、內側天線電路以及中間天線電路中流通的電流的大小關係。可變電容器21 a、21 c起到外側天線電路和中間天線電路的電流控制部的功能。參照圖4，對高頻天線13的阻抗控制進行說明。圖4是表示高頻天線13的供電電路的圖。如圖所示，來自高頻電源15的高頻電經過匹配器14供給到外側天線電路91a、內側天線電路91b以及中間天線電路91c。在此，由於外側天線電路91a由外側天線部13a和可變電容器21a構成，中間天線電路91c由中間天線部13c和可變電容器21c構成，於是，外側天線電路91a的阻抗Zwt能夠通過調節可變電容器21a的位置改變其電容來進行改變，中間天線電路91c的阻抗Zmiddle能夠通過調節可變電容器21c的位置改變其電容來進行改變。另一方面，內側天線電路91b僅由內側天線部13b構成，其阻抗Zin是固定的。這時，外側天線電路91a的電流Itjut能夠隨阻抗Ztjut的變化相應地改變，中間天線電路91c的電流ImiddIe能夠隨阻抗Zmiddle的變化相應地改變。並且，內側天線電路91b的電流Iin按照Zwt、Zmiddle和Zin的比例改變。從而，通過調節可變電容器21a、21c的電容使Ztjut和Zmiddle變化，能夠自由地改變外側天線電路91a的電流U、內側天線電路91b的電流Iin以及中間天線電路91c的電流Imiddle。並且，如此通過控制流通外側天線部13a的電流、流通內側天線部13b的電流、流通中間天線部13c的電流，能夠控制等離子體的密度分布。下面說明使用如上結構的電感耦合等離子體處理裝置對基板G實施等離子體處理,如等離子體蝕刻處理時的處理動作。首先，在打開門閥27的狀態下由搬送機構(未圖示)將基板G從搬入搬出口 27a搬入到處理室4內，載置於載置臺23的載置面後，通過靜電吸盤(未圖示)將基板G固定在載置臺23上。接著，使從處理氣體供給系統20向處理室4內供給的處理氣體從噴淋框體11的氣體排出孔12a向處理室4內排出，並且通過排氣裝置30經由排氣管31對處理室4內進行真空排氣，將處理室內維持在如O. 66^26. 6Pa程度的壓力氣氛。此外，此時在基板G的背面側的冷卻空間，為了避免基板G的溫度上升和溫度變化，通過氦氣流路41，將氦氣作為熱傳遞用氣體進行供給。接著，從高頻電源15將例如13. 56MHz的高頻施加於高頻天線13，由此隔著電介體壁2在處理室4內形成均勻的感應電場。通過如此形成的感應電場,在處理室4內處理氣體被等離子化，產生高密度的電感耦合等離子體。通過這種等離子體，對基板G進行等離子體處理，例如進行等離子體蝕刻處理。在這種情況下，由於高頻天線13，如上所述，是一種配置在外側部分的環狀天線部即外側天線部13a、配置在內側部分的環狀天線部即內側天線部13b以及配置在它們中間部分的環狀天線部即中間天線部13c以同心狀地隔開間隔進行配置而構成的三環狀天線，即使當玻璃基板G的尺寸為一個邊超過Im的大型基板時，也難以發生由於各天線部之間的等離子體密度的降低引起的等離子體不均勻的情況。此外，高頻天線13，由於在外側天線部13a連接有可變電容器21a，由此能夠調整外側天線電路91a的阻抗，在中間天線部13c連接有可變電容器21c，由此能夠調節中間天線電路91c的阻抗，因此能夠自由地改變外側天線電路91a的電流Iwt、內側天線電路91b的電流Iin以及中間天線電路91c的電流Imiddle。即通過調節可變電容器21a、21c的位置，能夠控制流通外側天線部13a的電流、流通內側天線部13b的電流以及流通中間天線部13c的電流。電感耦合等離子體雖然在高頻天線13的正下方空間產生，但是，由於這時各位置上的等離子體密度與各位置上的電場強度相對應，於是，如此能夠通過控制流通外側天線部13a的電流、流通內側天線部1·3b的電流以及流通中間天線部13c的電流控制電場強度分布，能夠控制等離子體密度分布。對於各種各樣的工序，具有均勻的密度分布的等離子體未必最合適於該工序。於是，通過按照工序把握最合適的等離子體密度分布，並預先在存儲部102設定能夠得到最合適的等離子體密度分布的可變電容器21a、21c的位置，就能夠由控制部100選擇每種工序最合適的可變電容器21a、21c的位置，進行等離子體處理。然而，以往，像這種三環狀天線中，天線用線的繞向三個天線部均設置為同向。於是，如圖5 (a)所示，在天線用線流通的電流產生的磁場在各天線部是同向的，並且，可以明確地知道，由於這些磁場的重疊，三個天線部之間發生幹涉，這些天線部中的感應電場的獨立控制性變差。由此，等離子體密度分布的控制性變差。相對於這種情況，在本實施方式當中，如圖5 (b)所示，天線用線的卷繞方向，外側天線部13a和內側天線部13b—致，而中間天線部13c則與這些相反。總之，天線用線的卷繞方向在相鄰的天線部彼此之間以反向的方式構成。如此，通過將中間天線部13c的卷繞方向設置成反向，在中間天線部13c產生反向的感應電場，由此，能夠分開由外側天線部13a、內側天線部13b以及中間天線部13c形成的感應電場，排除這些感應電場之間的幹涉，提高這些感應電場的獨立控制性。於是，能夠根據各種工序控制等離子體密度分布。另外，圖5中，天線用線的X表示電場垂直於紙面從表面向裡面的方向， 表示電場垂直於紙面從裡面向表面的方向。此外，高頻天線13，由於整體形狀呈與基板G對應的矩形形狀，能夠對矩形形狀的整個基板G提供等離子體。並且，由於使各天線部呈大致框形狀，並在等離子體有變弱傾向的角部增加了天線用線的卷繞圈數，於是能夠得到比較高的等離子體密度分布均勻性。但是，如果各天線部角部的天線用線卷繞圈數變多，如專利文獻1、2所示，由於在最外周和最內周天線用線相比於邊的中央部分別向外側和內側伸出，其外輪廓線和內輪廓線傾斜，由這些包圍的等離子體產生區域，相對於矩形狀基板G的中心旋轉規定角度並傾斜，於是存在對於基板G的等離子體均勻性不充分的問題。相對於這種情況，在本實施方式中，在外側天線部13a、內側天線部13b、中間天線部13c的天線用線分別形成折曲部68、78、88，消除天線用線伴隨角部卷繞圈數增加所致的向外側和內側的伸出，能夠使各天線部的框形區域67、77、87正對於矩形狀基板G，並能夠生成正對於矩形狀基板G的狀態的等離子體，能夠進行更加均勻的等離子體處理。此外，本發明不局限於上述實施方式，可以有各種改進。例如，上述實施方式當中表示的是設置了三個天線部的情況，但是不限於此，如果使天線用線的卷繞方向在相鄰的天線部之間反向，與基板的大小相應地可以設置四個以上的天線部。並且，在上述實施方式當中，將各天線部以四條天線用線逐一錯開90°進行卷繞，設為整體呈渦旋狀的四層天線。但是，天線用線的數目並不限於四條，可以是任意數目的多重天線，而且，錯開角度也並不限於90°。另外，在各天線部形成有折曲部，以使框形區域正對於矩形基板，但也可以是不形成折曲部，使框形區域正對於矩形基板的多重天線。此外，在上述實施方式中，將各天線部環狀地構成，整體地供給高頻電，但是可以將天線部設置為具有分別與基板的相互不同部分對應的多個領域，對這些多個區域獨立地供給高頻電。由此，能夠進行更加細緻的等離子體分布控制。例如，設置為構成與矩形基板對應的矩形狀平面，具有由將多個天線用線卷繞成渦旋狀所構成的第一部分和第二部分，第一部分的多個天線用線形成矩形形狀平面的四個角部，並且在與矩形狀平面不同的位置將四個角部結合；第二部分的多個天線用線形成矩形形狀平面的四個邊的中央部，並且在與矩形形狀平面不同的位置，將四個邊的中央部結合。由此能夠分別獨立地向第一部分和第二部分供給高頻電。參照圖6 8說明具體的結構。例如，外側天線部13a，如圖6所示，以面向形成對等離子體生成有貢獻的感應電場的電介體壁2的部分為整體，構成與矩形基板G對應的矩形形狀(框形狀)平面，並且具有通過將多個天線卷繞成渦旋狀構成的第一部分113a和第二部分113b。第一部分113a的天線用線被設置為形成矩形形狀平面的四個角部，在與矩形形狀平面不同的位置將四個角部結合(連結)。第二部分113b的天線用線被設置為形成矩形形狀平面的四個邊的中央部，並且在與矩形形狀平面不同的位置將這四個邊的中央部結合(連結)。通過四個端子122a和供電線169向第一部分113a供電；通過四個端子122b和供電線179向第二部分113b供電；這些端子122a、122b分別獨立地被供給高頻電。如圖7所示，第一部分113a構成為將四條天線用線161、162、163、164逐一錯開90°位置卷繞的四層天線，形成面向電介體壁2的矩形形狀平面的四個角部的部分成為平面部161a、162a、163a、164a,這些平面部161a、162a、163a、164a之間的部分成為立體部161b、162b、163b、164b，上述立體部呈退避到對上方的等離子體的生成無貢獻的位置的狀態，以使平面部161a、162a、163a、164a之間的部分處於與矩形狀平面不同的位置。如圖8所示，第二部分113b也構成為將四條天線用線171、172、173、174逐一錯開90°位置卷繞的四層天線，並且形成面向電介體壁2的上述矩形形狀平面的四個邊的中央部的部分成為平面部171a、172a、173a、174a，這些平面部171a、172a、173a、174a之間的部分形成立體部171b、172b、173b、174b，上述立體部呈退避到對上方的等離子體生成無貢獻的位置的狀態，以使平面部171a、172a、173a、174a之間的部分處於與矩形狀平面不同的位置。由於這種結構，能夠採取與上述實施方式一樣的將四條天線用線在一定方向卷繞的比較簡單的多重天線結構，實現角部與邊的中央部獨立的等離子體分布控制。另外，在這種結構中，也能夠通過改變天線用線卷繞方向形成反向的感應電場。此外，上述實施方式中，雖然以卷繞多個天線用線的多重天線構成了各天線部，但是也可以採用如圖9所示將一條天線用線181以渦旋狀卷繞的結構。此外，各天線部的形態也可以不一樣。例如，可以僅外側天線部採取如上述圖6 8中說明的結構，而其它部分則採用通常的多重天線，也可以在一部分的天線部設置折曲部，而且也可以讓多重天線和卷繞一條天線的天線混合存在。此外，上述實施方式中，雖然從一個高頻電源向各天線部分配提供給高頻電，但是也可以給每個天線部設置高頻電源。此外，上述實施方式當中，為了控制各天線部的電流，使用了在外側天線電路和中間天線電路設置可變電容器，而在內側天線電路中不設置可變電容器的阻抗調整電路，但是，如果在外側天線電路、內側天線電路、中間天線電路的任意兩個電路裡設置可變電容器，可以進行和上述實施方式同等的電流控制，並且，即使電流的控制性與上述實施不同等，也可以按照必要的電流控制性使其設置可變電容器。例如，可以給全部天線電路設置可變電容器，而且，也可以只給任一的天線電路設置可變電容器。此外，雖然為了調整阻抗使用了可變電容器，但是，也可以採用可變線圈等其它的阻抗調整單元。此外，上述實施方式中，闡述了由電介體壁構成處理室的頂部，天線配置於處理室外面即頂部的電介體壁上表面的結構。但是，如果天線和等離子體生成區域之間能夠用電介體壁進行隔絕，也可以採用天線配置於處理室內部的結構。此外，上述實施方式當中，表示的是將本發明應用到蝕刻裝置的情況，但是也能夠將其應用到CVD成膜等其它的等離子體處理裝置。另外，上述實施方式中表示的是將FPD用的矩形基板作為基板使用的例子，但是，本發明可以應用到處理太陽能電池等其它矩形基板的情況，也可以應用到不限於矩形的例如半導體晶片等的圓形基板。
權利要求
1.一種電感耦合等離子體用天線單元，其具有平面型天線，該平面型天線形成用於在等離子體處理裝置的處理室內生成對基板進行等離子體處理的電感耦合等離子體的感應電場，該電感稱合等離子體用天線單元的特徵在於 所述天線具有通過被供給高頻電在所述處理室內產生感應電場的被同心狀地設置的至少三個天線部， 所述天線部以天線用線被卷繞成渦旋狀的方式構成， 所述天線部中相鄰的天線部彼此的天線用線以互相反繞的方式被卷繞。
2.如權利要求1所述的電感耦合等離子體用天線單元，其特徵在於 所述天線部構成多個天線用線卷繞成渦旋狀而形成的多重天線，所述多個天線用線以在周向逐一錯開規定角度的方式配置。
3.如權利要求2所述的電感稱合等離子體用天線單元,其特徵在於 所述基板呈矩形形狀，所述天線部呈與矩形形狀的基板對應的框形狀。
4.如權利要求3所述的電感稱合等離子體用天線單元,其特徵在於 所述天線部的至少ー個構成為將多個天線用線在同一個平面內，以角部的卷繞圈數比邊的中央部的卷繞圈數更多的方式卷繞，使整體呈渦旋狀。
5.如權利要求4所述的電感稱合等離子體用天線單元,其特徵在於 以角部的卷繞圈數比所述邊的中央部的卷繞圈數更多的方式卷繞的、整體呈渦旋狀構成的天線部，在各天線用線形成有折曲部，使得由其外輪廓線和內輪廓線包圍的框形區域，相對於貫穿所述天線部的相対的兩邊的中心線為線對稱。
6.如權利要求1 5中任一項所述的電感稱合等離子體用天線單元,其特徵在於 所述天線部的至少ー個具有與基板的相互不同部分對應的多個區域，這多個區域被獨立地供給高頻電。
7.如權利要求1 5中任一項所述的電感稱合等離子體用天線單元,其特徵在於 具有供電部，其具有從與用於供電給各所述天線部的高頻電源連接的匹配器到各所述天線用線的供電路徑， 形成有包含所述各天線部和各供電部的多個天線電路， 還具有阻抗控制単元，其調整所述天線電路中至少ー個天線電路的阻抗，並控制各所述天線部的電流值。
8.如權利要求7所述的電感稱合等離子體用天線單元,其特徵在於 所述阻抗控制單元具有設置於所述供電路徑的可變電容器。
9.ー種電感耦合等離子體處理裝置，其特徵在於，包括 處理室，其收容矩形基板並實施等離子體處理； 載置臺，其在所述處理室內部載置矩形基板； 處理氣體供給系統，其將處理氣體供給至所述處理室內； 排氣系統，其對所述處理室內進行排氣； 平面型天線，其隔著電介體部件配置於所述處理室外部，通過被供給高頻電在所述處理室內形成生成用於對基板進行等離子體處理的電感耦合等離子體的感應電場；和高頻電供給單元，其對所述天線供給高頻電， 所述天線具有通過被供給高頻電在所述處理室內形成感應電場的、同心狀地設置的至少三個天線部， 所述天線部構成為天線用線被渦旋狀地卷繞， 所述天線部中相鄰的天線部彼此的天線用線以互相反繞的方式被卷繞。
10.如權利要求9所述的電感耦合等離子體處理裝置，其特徵在於 所述天線部構成多個天線用線卷繞成渦旋狀而形成的多重天線，所述多個天線用線以在周向逐一錯開規定角度的方式配置。
11.如權利要求10所述的電感耦合等離子體處理裝置，其特徵在於 所述基板呈矩形形狀，所述天線部呈與矩形形狀的基板對應的框形狀。
12.如權利要求11所述的電感耦合等離子體處理裝置，其特徵在於 所述天線部的至少ー個構成為將多個天線用線在同一個平面內，以角部的卷繞圈數比邊的中央部的卷繞圈數更多的方式卷繞，使整體呈渦旋狀。
13.如權利要求12所述的電感耦合等離子體處理裝置，其特徵在於 以角部的卷繞圈數比所述邊的中央部的卷繞圈數更多的方式卷繞的、整體呈渦旋狀構成的天線部，在各天線用線形成有折曲部，使得由其外輪廓線和內輪廓線包圍的框形區域，相對於貫穿所述天線部的相対的兩邊的中心線為線對稱。
14.如權利要求9 13中任一項所述的電感耦合等離子體處理裝置，其特徵在於 所述天線部的至少ー個具有與基板的相互不同部分對應的多個區域，這多個區域被獨立地供給高頻電。
15.如權利要求9 13中任一項所述的電感耦合等離子體處理裝置，其特徵在於 所述高頻電供給單元包括 高頻電源，其用於對各天線部供電； 匹配器，其與所述高頻電源連接並進行阻抗匹配； 供電部，其具有從所述匹配器到各所述天線用線的供電路徑； 多個天線電路，其包括各所述天線部和各供電部；和 阻抗控制単元，其調整所述天線電路中至少ー個天線電路的阻抗並控制各所述天線部的電流值。
16.如權利要求15所述的電感耦合等離子體處理裝置，其特徵在於 所述阻抗控制單元具有設置於所述供電路徑的可變電容器。
全文摘要
本發明提供一種電感耦合等離子體用天線單元，即使使用將三個以上環狀天線部同心狀地設置的高頻天線時，也具有高的環狀天線部的電流的獨立控制性。天線單元(50)的天線(13)具有通過供給高頻電在處理室內部形成感應電場的、同心狀地設置的至少三個天線部(13a、13b、13c)，各天線部由天線用線(61、62、63、64)以渦旋狀卷繞而構成，天線部(13a、13b、13c)中相鄰的天線部彼此，其天線用線以互相反繞的方式卷繞。
文檔編號H05H1/46GK103037612SQ20121037071
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月28日 優先權日2011年9月30日
發明者佐佐木和男, 佐藤亮 申請人:東京毅力科創株式會社