CN101113514B - 基底处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基底处理设备，该基底处理设备包括：真空室，具有用于产生等离子体的反应空间，目标基底位于该真空室中；低频天线单元，位于反应空间外，用于在反应空间中产生等离子体；低频电源供应件，将低频电源施加给低频天线单元；高频天线单元，位于反应空间外，用于在反应空间中产生等离子体；高频电源供应件，将高频电源施加给高频天线单元。所述设备通过高频天线单元使反应气体的点燃有效地执行，并通过低频天线单元提高等离子体和低频天线单元之间的感应耦合的效率，从而提高等离子体产生效率。

Description

基底处理设备

技术领域

本发明总体构思涉及一种基底处理设备，更具体地讲，涉及一种使用铁氧体芯以提高等离子体产生效率的基底处理设备。

背景技术

通过在基底上重复执行各种基底处理工艺，例如沉积和蚀刻薄膜来制造用于各种显示装置的半导体片或者基底(以下称为“基底”)。

图1是示出传统的基底处理设备的剖视图，图2是示出传统的基底处理设备的俯视图。

传统的基底处理设备100包括彼此结合的上容器111和下容器112。由两个结合的容器111和112限定空间，并且该空间分别被分隔件121和122分成上反应空间113和下反应空间114。反应气体在被注入到上反应空间113和下反应空间114中之后，在上反应空间113和下反应空间114中被离子化以产生等离子体。上反应空间113和下反应空间114分别设置有上卡盘131和下卡盘132。作为处理目标的基底通常仅位于下卡盘132上。传统的基底处理设备100还包括沿着圆周等间隔地设置在上反应空间113和下反应空间114之间的中间位置处的同一平面上的六个螺旋管形(six toroidal)铁氧体芯141。螺旋管形铁氧体芯141中的每个具有围绕其缠绕的线圈142，使得围绕一个铁氧体芯141的线圈142沿着与其相邻的螺旋管形铁氧体芯141的线圈142的缠绕方向相反的方向缠绕，以使相邻的螺旋管形铁氧体芯141产生具有相反相位(phase)的感应电动势。

上反应空间113和下反应空间114通过穿过每个螺旋管形铁氧体芯141的中心的管151中形成的孔152互相连通。反应气体穿过孔152，每个孔152成为放电电流的路径。当处理基底时，围绕螺旋管形铁氧体芯141的每个缠绕的线圈142充当第一侧，等离子体充当第二侧，使得施加给线圈142的高频电源被传递到第二侧的等离子体。由相邻的螺旋管形铁氧体芯141产生的感应电动势相互之间具有180度的相位差，由等离子体感应的电流路径通过相邻的孔152构成闭合的路径。图2的箭头指示相邻的孔152之间感应的六个电流。

为了提高等离子体产生效率，由等离子体感应的第二侧电流的路径必须形成为闭合电路。为此，传统的基底处理设备100具有上反应空间113和下反应空间114。然而，在传统的基底处理设备100中，仅在基底的一侧执行基底处理，而在两侧都产生等离子体，从而使等离子体密度和等离子体产生效率降低。

发明内容

本发明总体构思提供一种可提高等离子体产生效率的基底处理设备。

本发明总体构思还提供这样一种基底处理设备，该设备在提高等离子体产生效率的同时，能够稳定地点燃反应气体。

在下面的描述中将部分地阐明本发明总体构思另外的方面和优点，通过描述，一部分会变得更加清楚，或者通过实施本发明总体构思可以了解。

通过提供一种基底处理设备可实现本发明总体构思的上述和/或其它方面和用途，该基底处理设备包括：真空室，具有用于产生等离子体的反应空间，目标基底位于该真空室中；低频天线单元，位于反应空间外，用于在反应空间中产生等离子体；低频电源供应件，将低频电源施加给低频天线单元；高频天线单元，位于反应空间外，用于在反应空间中产生等离子体；高频电源供应件，将高频电源施加给高频天线单元。

低频天线单元可位于反应空间之上的真空室顶表面的外周，高频天线单元可位于反应空间之上的真空室顶表面的中部区域。

低频天线单元可包括铁氧体芯和天线线圈，该铁氧体芯包括布置在反应空间外的多个磁极和使所述多个磁极相互连接的连接部分，所述天线线圈围绕所述多个磁极缠绕。

每个磁极的天线线圈可沿着与相邻的磁极的天线线圈的缠绕方向相反的方向缠绕。

连接部分可呈环形。

通过连接部分相互连接的所述多个磁极可彼此等间隔地排列。

通过连接部分相互连接的磁极的数目可以是偶数。

低频天线单元可包括环形铁氧体芯和天线线圈，该环形铁氧体芯位于反应空间外并具有螺旋形插入凹槽，所述天线线圈插入到所述插入凹槽中。

螺旋形插入凹槽可从环形铁氧体芯的外周至内周沿着圆周方向形成。

高频天线单元可包括串联连接的多个天线线圈组，每组天线线圈组包括并联连接的多个天线线圈。

所述多个天线线圈组可同轴地设置。

高频天线单元可包括按照螺旋形缠绕的单个天线线圈。

可将100kHz至2MHz的低频电源施加给低频天线单元，可将13.56MHz或者更高频率的高频电源施加给高频天线单元。

通过提供一种基底处理设备也可实现本发明总体构思的上述和/或其它方面和用途，该基底处理设备包括：室，限定用于产生等离子体的反应空间，目标基底位于该室中；低频天线单元，围绕室的外表面的外周布置；高频天线单元，位于室的外表面的中部。

该基底处理设备还可包括：低频电源供应件，将低频电源供应给低频天线单元；高频电源供应件，将高频电源供应给高频天线单元。

布置低频天线单元的表面可以是室的顶表面并可以在反应空间之上，布置高频天线单元的表面可以是所述顶表面，并且高频天线单元可位于低频天线单元的中部内。

低频天线单元可包括铁氧体芯和天线线圈，该铁氧体芯包括多个磁极和使所述多个磁极相互连接的连接部分，所述天线线圈围绕所述多个磁极缠绕。

低频天线单元可包括环形铁氧体芯和天线线圈，该环形铁氧体芯具有螺旋形插入凹槽，所述天线线圈插入到所述插入凹槽中。

铁氧体芯可呈环形。

通过提供一种基底处理设备也实现本发明总体构思的上述和/或其它方面和用途，该基底处理设备包括：室，限定用于产生等离子体的反应空间；第一天线单元，设置在室的外表面的第一位置；第二天线单元，设置在室的外表面的第二位置。

第一天线单元可以是低频天线单元，第二天线单元可以是高频天线单元。

第一天线单元可设置在室的外表面的外周上，第二天线单元可设置在第一天线单元的中部区域内，位于室的外表面的中部。

通过提供一种在反应空间内产生等离子体的方法也实现本发明总体构思的上述和/或其它方面和用途，所述方法包括以下步骤：将反应气体引入反应空间中，其中，高频天线单元位于限定反应空间的第一外表面的中部，低频天线单元位于限定反应空间的第二外表面的外周上；将高频电源施加给高频天线单元，以点燃反应气体，从而在反应空间的中部产生等离子体；将低频电源施加给低频天线单元，以点燃反应气体，从而沿着反应空间的外周产生等离子体。

第一外表面可对应于第二外表面，高频天线单元可位于低频天线单元的中部内。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明总体构思的这些和/或其它方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中：

图1是示出传统的基底处理设备的剖视图；

图2是示出传统的基底处理设备的俯视图；

图3是示出根据本发明总体构思实施例的基底处理设备的剖视图；

图4是示出图3的低频天线单元和高频天线单元的俯视图；

图5是示出的图4中所示出的高频天线单元的变型的俯视图；

图6是根据本发明总体构思另一实施例的基底处理设备的剖视图；

图7是示出图6的低频天线单元和高频天线单元的俯视图；

图8是示出的图7中所示出的高频天线单元变型的俯视图。

具体实施方式

现在对本发明总体构思的实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同元件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本发明总体构思。

近年来，为了适应基底尺寸的增大，提高了等离子体基基底处理设备的生产率，这就需要提供可产生密度高的并且均匀性优良的等离子体的等离子体源。

当天线系统采用具有约13.56MHz或者更大频率的源频率的高频电源时，由于传输线效应，等离子体源的尺寸增大引起等离子体的均匀性降低。这里，由于在约100kHz至2MHz范围内的低频电源可消除传输线效应，所以低频电源适于开发高密度等离子体源。

然而，由于由天线产生的用于产生等离子体的感应电动势E与天线的磁场B和电源的频率ω成比例，所以具有相对低频的电源引起使等离子体产生效率降低的问题。

此外，因为由于在各个处理步骤供应给真空室的反应气体的类型不同，从而在各个处理步骤中，真空室通常具有各种压力情况，所以低频电源在反应气体点燃阶段难以稳定地产生等离子体，从而不能有效地执行反应气体的点燃。

根据本发明总体构思的基底处理设备包括低频天线系统和高频天线系统，其中，高频天线系统采用有利于在各种情况下点燃反应气体并使反应气体的点燃有效地执行的高频电源，低频天线系统包括具有高导磁率的铁氧体芯以提高等离子体和低频天线之间的感应耦合(inductive coupling)的效率，从而提高等离子体产生效率。

图3是示出根据本发明总体构思实施例的基底处理设备的剖视图，图4是示出图3的低频天线单元和高频天线单元的俯视图，图5是示出的图4中所示出的高频天线单元的变型的俯视图。

参照图3，根据本发明总体构思实施例的基底处理设备200包括：真空室205，其内限定反应空间；低频天线单元215，位于真空室205的顶表面的外周上；高频天线单元207，位于真空室205的顶表面的中部区域；低频电源供应件218，用于向低频天线单元215供电；高频电源供应件211，用于向高频天线单元207供电。

真空室205限定在其中产生等离子体并处理目标基底203的反应空间，并用来保持反应空间在真空情况下处于恒定的温度。

窗口板201可设置在真空室205与高频天线单元207和低频天线单元215之间。窗口板201可由绝缘材料，例如氧化铝或者石英组成。真空室205在其壁上装配有气体喷嘴202，反应气体通过所述气体喷嘴202从外部源(未示出)引入到真空室205中。反应空间设置有卡盘204，目标基底203置于所述卡盘204上。真空室205在其下部设置有真空口206，反应空间通过真空口206被抽真空，并且未反应气体、副产品等通过真空口206被排放到真空室205的外部。虽然在附图中未示出，但是真空口206可连接到真空泵。

低频天线单元215布置在真空室205上，以面对反应空间，窗口板201布置在低频天线单元215和反应空间之间，并且低频天线单元215包括铁氧体芯230和低频天线线圈214。

铁氧体芯230包括多个磁极213和使所述多个磁极213互相连接的连接部分212。所述多个磁极213与真空室205的顶表面接触，连接部分212位于所述磁极213上以使所述磁极213互相连接。低频天线线圈214围绕所述多个磁极213的每个缠绕。

参照图4，连接部分212具有螺旋管形形状。所述多个磁极213按照串联方式互相隔开恒定的间隔。所述磁极213的每个呈圆磁极形，并且其直径可大于连接部分212的宽度。连接部分212连接到偶数个磁极213，例如，连接到6个磁极213。

连接到连接部分212的偶数个磁极213布置成使一个磁极213的低频天线线圈214按照与另一个相邻的磁极213的低频天线线圈214的缠绕方向相反的方向缠绕。低频天线线圈214具有连接到低频电源供应件218的一端和接地的另一端。低频天线线圈214围绕连接到连接部分212的各个磁极213按顺序缠绕。对每对相邻的磁极213来说，低频天线线圈214按照相反的方向缠绕。此外，由于连接到连接部分212的磁极213的数目为偶数，所以在每对相邻的磁极213中，低频天线线圈214按照相反的方向缠绕。

低频电源供应件218可包括阻抗匹配箱216和低频电源217。低频电源供应件218将约100kHz至2MHz的电源施加给低频天线线圈214。阻抗匹配箱216设置在低频电源217和低频天线线圈214之间，用来将低频电源217的电源传递给低频天线线圈214，而无电能损失。

低频天线线圈214可通过电容220接地。电容220用来通过控制其电容量来分配施加给电源施加点和接地点的电压。

如图4所示，高频天线单元207布置在低频天线单元215的铁氧体芯230内。高频天线单元207包括高频天线线圈208。高频天线线圈208包括串联连接的两组高频天线线圈208a和208b。一组高频天线线圈208a包括并联连接的两个高频天线线圈208c和208d，另一组高频天线线圈208b也包括并联连接的两个高频天线线圈208e和208f。

这里，两组高频天线线圈208a和208b同轴地排列。虽然两组高频天线线圈208a和208b互相串联连接，但是高频天线线圈208a包括并联连接的高频天线线圈208c和208d，高频天线线圈208b包括并联连接的高频天线线圈208e和208f，从而允许电源被并联地供应给高频天线线圈208。因此，与串联连接的高频天线线圈的阻抗相比，高频天线线圈208的阻抗显著降低，使得施加给高频天线线圈208的电压降低，从而减小电弧放电(arcing)的可能性。

可选地，如图5所示，高频天线单元207′可包括按照螺旋形状缠绕的单个高频天线线圈208′。

根据本发明总体构思实施例的基底处理设备200还可包括高频电源供应件211，该高频电源供应件211包括阻抗匹配箱209和高频电源210。高频电源供应件211将约13.56MHz或者更高频率的电源施加给高频天线线圈208。阻抗匹配箱209设置在高频电源210和高频天线线圈208之间，用来将高频电源210的电源传递给高频天线线圈208，而无电能损失。

高频天线线圈208可通过电容219接地。电容219用来通过控制其电容量来分配施加给电源施加点和接地点的电压。

下面将描述根据本发明总体构思实施例的基底处理设备的操作。

首先，在反应气体点燃阶段，当将约13.56MHz的高频电源施加给高频天线单元207的高频天线线圈208时，流过高频天线线圈208的电流引起具有正弦波形的磁场的产生，使得在真空室205的反应空间中，产生与流过高频天线线圈208的电流的方向相反方向的感应电动势。接着，在真空室205的反应空间内，反应气体被感应电动势激发并离化，使得反应气体被点燃，从而在真空室205的中部产生等离子体。在这一点上，为了沿着真空室205的外周边产生等离子体，在使用高频天线点燃反应气体之后，必须将低频电源施加给低频天线。

将约100kHz至2MHz的低频电源施加给低频天线单元215的低频天线线圈214，与流过高频天线线圈208的电流类似，流过低频天线线圈214的电流引起具有正弦波形的磁场的产生，使得在真空室205的反应空间中，产生与流过低频天线线圈214的电流的方向相反方向的感应电动势。接着，在真空室205内，反应气体被感应电动势激发并离化，使得反应气体被点燃，从而沿着真空室205的外周边产生等离子体。结果，可通过等离子体对目标基底203进行薄膜沉积或者蚀刻。在这一点上，流过各个磁极213的低频天线线圈214的电流的方向与由各个磁极213引起的感应电流的方向相反。在一对相邻的磁极213之间产生磁场，并且所述磁场的方向与相邻的磁场的方向相反。此外，通过相邻的磁极213之间的连接部分212聚集磁通线(magneticflux lines)，从而防止电源(power)被传递到连接部分212之上。结果，防止磁场由于连接部分212的上部的周围结构而损失，并且在反应空间中，磁场密度增大，从而即使在低频电源情况下，也可提高等离子体产生效率。

因此，使用根据本发明总体构思实施例构造的低频天线单元，通过将约100kHz至2MHz的相对低频带的电源施加给低频天线单元能够消除传输线效应，从而能够产生具有高密度和高均匀性的等离子体。此外，使用具有高导磁率的铁氧体芯，能够提高低频天线和等离子体之间的感应耦合的效率，从而即使在相对低频电源的情况下，也能够提高等离子体产生效率。

通常，由于在各个处理步骤供应给真空室205的反应气体的类型不同，所以在基底处理工艺的各个步骤中，真空室205具有各种压力情况。因此，当仅使用采用相对低频电源的低频天线单元时，在反应气体点燃阶段难以稳定地产生等离子体，从而引起不能有效地执行反应气体的点燃的问题。

为此，根据本发明总体构思的实施例，即使真空室205的压力情况会根据基底处理步骤而改变，通过采用有利于点燃反应气体的高频电源的高频天线单元也能在各种压力情况下稳定地执行反应气体的点燃。此外，根据本发明总体构思，通过控制高频天线单元和低频天线单元的输入电源能够提高等离子体的均匀性。

所述多个磁极213中的每个可具有大于连接部分212的宽度的尺寸，所述磁极213相对于彼此可具有不同的尺寸。虽然连接部分212被示出为螺线管形，例如圆环形，但是连接部分212不限于这种形状，考虑到等离子体的均匀性、真空室的设计等，连接部分212也可具有各种形状，包括矩形环形、三角形环形或者上述两者的组合。

参照图4，低频天线单元215的铁氧体芯230具有多个磁极213。

然而，如果铁氧体芯230具有多个磁极213，则铁氧体芯230变厚，这就可能引起基底处理设备的尺寸减小变得困难的问题，并且需要将低频天线线圈214围绕所述多个磁极213的每个缠绕使制造工艺变得困难，并导致制造时间延长。

参照图7，代替包括所述多个磁极213和连接部分212的铁氧体芯230，本发明总体构思的基底处理设备也可设置有铁氧体芯330，该铁氧体芯330包括具有螺旋形插入凹槽301的连接部分300，该螺旋形插入凹槽301在连接部分300的上表面上从外周到内周形成，使得低频天线线圈302可被插入到插入凹槽301中。

由于这种构造有利于通过减小铁氧体芯330的厚度而使基底处理设备的尺寸减小，并且允许低频天线线圈302被容易地安装在铁氧体芯330的连接部分300上，所以其制造工艺容易，并可显著缩短制造时间。

类似地，根据该实施例，高频天线单元207可包括高频天线线圈208，该高频天线线圈208包括串联连接同时同轴地布置的两组高频天线线圈208a和208b，其中，高频天线线圈208a包括并联连接的两个高频天线线圈208c和208d，高频天线线圈208b包括并联连接的两个高频天线线圈208e和208f。可选地，如图8所示，高频天线单元207′可包括按照螺旋形状缠绕的单个高频天线线圈208′。

可选地，高频天线单元和低频天线单元可位于不同平面上。

根据本发明总体构思的基底处理设备包括低频天线系统和高频天线系统，其中，高频天线系统采用有利于在各种情况下点燃反应气体并使反应气体的点燃有效地执行的高频电源，低频天线系统包括具有高导磁率的铁氧体芯以提高等离子体和低频天线之间的感应耦合的效率，从而提高等离子体产生效率。因此，根据本发明总体构思的基底处理设备适于产生用于大尺寸基底的具有高均匀性的等离子体。

虽然已经示出和描述了本发明总体构思的一些实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明总体构思的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行变化，本发明总体构思的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (18)

1.一种基底处理设备，包括：

真空室，具有用于产生等离子体的反应空间，目标基底位于该真空室中；

低频天线单元，包括具有高导磁率的铁氧体芯，并位于反应空间外，用于在反应空间中产生等离子体；

低频电源供应件，将低频电源施加给低频天线单元；

高频天线单元，位于反应空间外，用于在反应空间中产生等离子体；

高频电源供应件，将高频电源施加给高频天线单元，

其中，将100kHz至2MHz的低频电源施加给低频天线单元，将13.56MHz或者更高频率的高频电源施加给高频天线单元，

其中，低频天线单元包括铁氧体芯和天线线圈，该铁氧体芯包括布置在反应空间外的多个磁极和使所述多个磁极相互连接的连接部分，所述天线线圈围绕所述多个磁极缠绕。

2.如权利要求1所述的设备，其中，低频天线单元位于反应空间之上的真空室顶表面的外周，高频天线单元位于反应空间之上的真空室顶表面的中部区域。

3.如权利要求1所述的设备，其中，每个磁极的天线线圈沿着与相邻的磁极的天线线圈的缠绕方向相反的方向缠绕。

4.如权利要求1所述的设备，其中，连接部分呈环形。

5.如权利要求1所述的设备，其中，通过连接部分相互连接的所述多个磁极彼此等间隔地排列。

6.如权利要求5所述的设备，其中，通过连接部分相互连接的磁极的数目是偶数。

7.如权利要求1所述的设备，其中，高频天线单元包括串联连接的多个天线线圈组，每组天线线圈组包括并联连接的多个天线线圈。

8.如权利要求7所述的设备，其中，所述多个天线线圈组同轴地设置。

9.如权利要求1所述的设备，其中，高频天线单元包括按照螺旋形缠绕的单个天线线圈。

10.一种基底处理设备，包括：

室，限定用于产生等离子体的反应空间，目标基底位于该室中；

低频天线单元，包括具有高导磁率的铁氧体芯，并围绕室的外表面的外周布置；

高频天线单元，位于室的外表面的中部，

其中，将100kHz至2MHz的低频电源施加给低频天线单元，将13.56MHz或者更高频率的高频电源施加给高频天线单元。

11.如权利要求10所述的基底处理设备，其中，布置低频天线单元的表面是室的顶表面并在反应空间之上，布置高频天线单元的表面是所述顶表面，并且高频天线单元在低频天线单元的中部内。

12.如权利要求10所述的基底处理设备，其中，低频天线单元包括铁氧体芯和天线线圈，该铁氧体芯包括多个磁极和使所述多个磁极相互连接的连接部分，所述天线线圈围绕所述多个磁极缠绕。

13.如权利要求10所述的基底处理设备，其中，低频天线单元包括环形铁氧体芯和天线线圈，该环形铁氧体芯具有螺旋形插入凹槽，所述天线线圈插入到所述插入凹槽中。

14.如权利要求12所述的基底处理设备，其中，铁氧体芯呈环形。

15.一种基底处理设备，包括：

室，限定用于产生等离子体的反应空间；

第一天线单元，包括具有高导磁率的铁氧体芯，设置在室的外表面的第一位置；

第二天线单元，设置在室的外表面的第二位置，

其中，将100kHz至2MHz的低频电源施加给第一天线单元，将13.56MHz或者更高频率的高频电源施加给第二天线单元，

其中，低频天线单元包括铁氧体芯和天线线圈，该铁氧体芯包括布置在反应空间外的多个磁极和使所述多个磁极相互连接的连接部分，所述天线线圈围绕所述多个磁极缠绕。

16.如权利要求15所述的基底处理设备，其中，第一天线单元设置在室的外表面的外周上，第二天线单元设置在第一天线单元的中部区域内，位于室的外表面的中部。

17.一种在反应空间内产生等离子体的方法，所述方法包括以下步骤：

将反应气体引入反应空间中，其中，高频天线单元位于限定反应空间的第一外表面的中部，低频天线单元位于限定反应空间的第二外表面的外周上；

将高频电源施加给高频天线单元，以点燃反应气体，从而在反应空间的中部产生等离子体；

将低频电源施加给低频天线单元，以点燃反应气体，从而沿着反应空间的外周产生等离子体，

其中，低频天线单元包括具有高导磁率的铁氧体芯，

其中，将100kHz至2MHz的低频电源施加给低频天线单元，将13.56MHz或者更高频率的高频电源施加给高频天线单元。

18.如权利要求17所述的方法，其中，第一外表面对应于第二外表面，高频天线单元位于低频天线单元的中部内。

Images