CN101198207A - 等离子体处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种等离子体处理设备，其包含：腔室；绝缘部件，其设置于所述腔室的上部中；接地电极，其形成于所述腔室的侧壁处，并被施加接地电位；以及下部电极，其设置于所述腔室的下部中，衬底被放置于所述下部电极上，其中所述下部电极被分割成多个电极。根据本发明的一个方面，可有效地移除在衬底的下表面中心部分、上表面边缘区域、侧面、以及下表面边缘区域中所积聚的微粒。

Description

等离子体处理设备

技术领域

本发明涉及一种等离子体处理设备，特别是涉及一种用于移除衬底上的各种杂质的等离子体处理设备。

背景技术

半导体元件及平板显示器是通过在衬底上沉积多层薄膜并对这些薄膜进行蚀刻而形成。亦即，通过如下方式而形成具有预定薄膜图案的元件：在衬底的预定区域上且主要是在中心区域中沉积薄膜，并随后通过使用蚀刻掩膜进行蚀刻而移除衬底中心区域中的一部分薄膜。

在沉积过程中，薄膜是沉积于整个衬底上，而蚀刻过程的蚀刻目标则是衬底中心区域中的一部分薄膜。因此，衬底边缘区域中的其余薄膜不被移除，且在蚀刻过程继续进行时，微粒会积聚于衬底的边缘区域中。此外，由于衬底通常是靠静电力或真空吸持力而承座于衬底托架上来进行支撑，因而衬底与衬底托架之间相隔一预定距离，从而在介面处形成间隙。因此，微粒及薄膜也会积聚于衬底的整个背面上。

因此，当在不移除衬底上所积聚的微粒及薄膜而继续进行此过程时，衬底可能会变形，或者可能变得很难将衬底校直。

一般而言，作为用于移除衬底上所积聚微粒及薄膜的方法，湿蚀刻及干蚀刻方法已在所属领域中为人们所知。湿蚀刻方法是通过将衬底浸泡于溶剂中或漂洗液中而移除衬底表面上的微粒，而干蚀刻方法则是通过使用等离子体蚀刻衬底表面而移除微粒。

尽管一般使用湿蚀刻方法来移除衬底表面上所积聚的微粒，然而由于难以对湿蚀刻进行过程管控，因而很难选择性地移除边缘区域中的微粒。进一步，湿蚀刻工艺因使用大量的化学品而致使工艺成本增加，且会造成许多环境问题，例如对化学废物的处置。相反，干蚀刻方法则能使用等离子体来移除衬底边缘周围所积聚的微粒及薄膜，并可避免出现湿蚀刻方法的缺点。因此，近年来，人们正在开发一种仅对衬底边缘区域进行曝光及蚀刻的设备。

在相关技术中，如上文所述使用等离子体来蚀刻衬底边缘区域的等离子体蚀刻装置已揭示于韩国专利登记第10-043308号及第10-0442194号中。

根据在韩国专利登记第10-043308号中所揭示的装置，平台的直径小于衬底，且将平台与绝缘体的间距设定为小于阴极环与阳极环的间距。阴极环与阳极环分别固定至平台及绝缘体的外侧上。更详细地说，阳极环是围绕绝缘体的圆周安装。一观察环同轴地围绕阳极环的圆周加以固定，从而使观察环的边缘靠近阴极环。因此，平台的圆周得到屏蔽，只是在平台与阴极环之间存在预定间隙。RF输出端子连接至阴极环。在上述配置中，阴极环及阳极环分别围绕平台及绝缘体的圆周安装。平台及绝缘体的直径小于衬底的直径。而且，通过在阴极环与阳极环之间放电而产生等离子体。此外，观察环是围绕阴极环安装，以使等离子体甚至能施加于衬底下表面的边缘区域。因此，使用等离子体可有效地蚀刻衬底下表面的边缘区域。

在韩国专利登记第10-0442194号中揭示一对用于对衬底进行干蚀刻的电极，即第一电极及第二电极。第一电极与第二电极相互面对，并通过产生等离子体而移除衬底边缘区域上的杂质。第一电极包含第一凸出端及第一凸出部。第一凸出端及第一凸出部呈圆形，并面对衬底边缘上部及下部的一侧。第二电极包含第二凸出端及第二凸出部。第二凸出端及第二凸出部具有与第一凸出端及第一凸出部相同的尺寸，并面对衬底边缘上部及下部的另一侧。根据上述配置，可移除衬底的侧面及边缘区域下表面上所积聚的各种杂质，更不用说移除上表面上所积聚的杂质。

然而，在相关技术中的上述配置中，是将衬底放置于直径小于衬底的衬底托架上，且随后使用等离子体对衬底中暴露于等离子体的一部分进行蚀刻。由此，移除积聚于衬底边缘区域、侧面及下表面上的微粒，特别是积聚于下表面边缘区域上的微粒。然而，在上述配置中，却不容易移除积聚于衬底托架与衬底之间的微粒。

发明内容

本发明提供一种等离子体处理设备，其不仅能有效地移除衬底上表面边缘区域、侧面及下表面上的微粒，而且还能移除衬底下表面中心区域中所积聚的微粒。

根据本发明的一个方面，一种等离子体处理设备包含：腔室；设置于所述腔室的上部中的绝缘部件；形成于所述腔室的侧壁处的接地电极，对所述接地电极施加接地电位；以及设置于所述腔室下部处的下部电极，衬底被放置于所述下部电极上，其中所述下部电极被分割成多个电极。所述多个电极包含内电极和外电极，且所述内电极与所述外电极可同轴地彼此相间。

在所述下部电极下面进一步提供用于上下移动所述下部电极的升降部件。或者，所述升降部件可上下移动所述内电极及所述外电极。可在所述绝缘部件与所述腔室的内侧之间进一步形成接地电极。在所述接地电极中形成气体供气通道，且可使气体供应源与所述气体供应通道相连。所述升降部件连接至内电极，且可进一步包含另一用于上下移动所述绝缘部件的上部升降部件。所述外电极是由电极支架支撑，可围绕外电极的外侧进一步提供聚焦环，且可在所述聚焦环与所述腔室的内壁之间进一步提供孔板。

在所述多个电极中形成气体注入孔，且所述气体注入孔可形成于所述内电极的外侧及所述外电极的内侧上。在内电极与外电极之间进一步提供中间电极，且气体注入孔可进一步形成于中间电极的内侧及外侧上。

可在内电极与外电极之间进一步包含中间电极。中间电极的直径可介于外电极直径的56％至70％之间。内电极的直径则可介于外电极直径的40％至56％之间。内电极的直径可介于120mm至170mm；中间电极的直径可介于170mm至210mm之间；而外电极的直径可介于210mm至300mm之间。内电极与中间电极的间距以及中间电极与外电极的间距可介于0.1mm至10mm之间。

所述绝缘部件可包含内绝缘部件及外绝缘部件，所述外绝缘部件耦合至所述内绝缘部件的外圆周上。可在绝缘部件的上表面与腔室盖的下表面上分别形成相互对应的凹槽与凸起部，且绝缘部件的上表面可与腔室盖的下表面相耦合。可在内绝缘部件的下表面上进一步提供气体注入环。在所述内绝缘部件的下表面上形成呈环形曲线形状的下部凹槽。所述气体注入环即可插入于下部凹槽中。可进一步贯穿所述绝缘部件形成气体管线，以与下部凹槽连通。

附图说明

通过参照附图来详细说明本发明的较佳实施例，本发明的上述及其他特征及优点将变得更加一目了然，附图中：

图1是根据本发明第一实例性实施例的等离子体处理设备的剖面图。

图2是用于显示在根据本发明第一实例性实施例的等离子体处理设备中所提供的绝缘部件的变化形式的立体图。

图3是显示固定至腔室上的图2所示绝缘部件的剖面图。

图4是在根据本发明第一实例性实施例的等离子体处理设备中所提供绝缘部件的第一变化形式的剖面图。

图5是在根据本发明第一实例性实施例的等离子体处理设备中所提供绝缘部件的第二变化形式的剖面图。

图6是图5所示气体注入环的后部立体图。

图7是根据本发明第一实例性实施例的下部电极的立体分解图。

图8至图11是例示一种用于移除衬底侧面及下表面上的杂质的过程的示意性剖面图。

图12至图17是根据本发明第一实例性实施例的下部电极的各种变化形式。

图18是根据本发明第二实例性实施例的等离子体处理设备的剖面图。

图19及图20是例示根据本发明第二实例性实施例的等离子体处理设备的运行情况的剖面图。

符号的说明：

100：腔室

100a：下部腔室

100b：腔室盖

110：气体供应通道

120：气体供应源

130：门

140：排气管

200：绝缘部件

200a：内绝缘部件

200b：外绝缘部件

202：第一台阶

204：第二台阶

206：凹槽

207：下部凹槽

208：气体管线

209：气体注入环

209a：注入孔

210：冷却管线

230：支架

300：接地电极

310：内电极

312：气体注入喷嘴

314：预定空间

320：外电极

400：下部电极

410：第一电极

412：第一气体注入孔

414：第一气体供应管线

420：第二电极

422：开口

424：气体注入孔

426：第二气体供应管线

430：第三电极

432：第三气体注入孔

434：第三气体供应管线

436：第一平面

438：第二平面

440：冷却管线

450：RF电源

460：RF匹配装置

470：传感器

480：功率分配器

500：升降部件

510：第一下部升降机

512：支架

514：波纹管

520：第二下部升降机

530：步进电动机

600：上部升降机

700：腔室衬层

710：聚焦环

800：孔板

810：通孔

820：凸起电极

900：电极支架

A、B、C：直径

G：衬底

P：等离子体

T1：距离

具体实施方式

下文将参照附图来详细说明本发明的较佳实施例。然而，本发明并非仅限于本文所述的实施例，而是也可以各种方式加以修改，且提供这些实施例只是为了全面说明本发明并向所属领域的技术人员传达本发明的各个方面。在各附图中，相同的参考编号用于指示相同的组件。

图1是根据本发明第一实例性实施例的等离子体处理设备的剖面图。图2是用于显示在根据本发明第一实例性实施例的等离子体处理设备中所提供的绝缘部件的变化形式的立体图。图3是显示固定至腔室上的图2所示绝缘部件的剖面图。图4是在根据本发明第一实例性实施例的等离子体处理设备中所提供绝缘部件的第一变化形式的剖面图。图5是在根据本发明第一实例性实施例的等离子体处理设备中所提供绝缘部件的第二变化形式的剖面图。图6是图5所示气体注入环的后部立体图。图7是根据本发明第一实例性实施例的下部电极的立体分解图。图8至11是例示一种用于移除衬底侧面及下表面上的杂质的过程的示意性剖面图。图12至17是根据本发明第一实例性实施例的下部电极的各种变化形式。

参见图1，根据本发明一实例性实施例的一种使用反应性离子蚀刻(“RIE”)的等离子体处理设备包含：腔室100；绝缘部件200，其设置于腔室100内的上部处；接地电极300，其提供于腔室100的侧壁的上部处；下部电极400，在其上面放置衬底G；以及升降部件500，其用于上下移动下部电极400。

腔室100是由表面经过阳极氧化的铝制成。腔室100包含下部腔室100a及腔室盖100b，腔室盖100b覆盖下部腔室100a的上部。下部腔室100是形成为一具有顶部开口的圆柱形。下部腔室100a的形状可根据半导体晶圆或玻璃衬底的形状而异。腔室盖100b用于封闭下部腔室100a的上部，并气密性地接触下部腔室100a的上部，以在腔室100内形成预定的空间。

气体供应通道110形成于腔室100的上部。气体供应通道100穿过腔室100的上壁以馈送反应气体，并连接至气体供应源120。因此，反应气体自气体供应源120通过气体供应通道110提供至腔室100内。反应气体可以是Ar、CF₄、Cl₂、SF₆、BCl₃、及其组合中的一种。在腔室100的侧壁上形成门130，以通过其将衬底G装入腔室100内。在门130打开/关上时将衬底G装入腔室100内或从腔室100内取出。在上文中，是在腔室100的侧壁上形成一个门130。然而，也可在腔室100的面对门130的另一侧壁上形成另一个门。亦即，衬底G可在进行处理之前通过一个门插入，并在处理之后通过另一个门取出。在腔室100的底部提供排气管140。反应副产物(例如在蚀刻过程中所产生的微粒)及气体通过排气管140排出反应室外。排气管140可形成于腔室100的侧壁的下部以及腔室100的底部。

绝缘部件200在腔室100的上部中(即在腔室盖100b的下表面上)设置成具有圆板形状。绝缘部件200使所产生的等离子体在腔室100中均匀分布于衬底G周围，并保护腔室100的内上壁。在绝缘部件200内提供冷却管线210，冷却管线210用于调节绝缘部件200的温度并连接至冷却水供应源(未显示)。因此，冷却水从冷却水供应源提供至冷却管线210。冷却水用于防止在腔室100中所产生的等离子体损坏绝缘部件200。在绝缘部件200的下表面边缘区域及侧壁上涂覆一涂层材料，例如Y₂O₃，以防止在腔室100中所产生的微粒附着至所述边缘及侧壁上。

在上述配置中，绝缘部件200是形成为单个板的形状，但本发明并非仅限于此。绝缘部件200也可分割成多个绝缘部件。参见图2及图3，绝缘部件200可包含内绝缘部件200a及外绝缘部件200b，外绝缘部件200b耦合至内绝缘部件200a的外圆周。

内绝缘部件200a形成为圆板形状。围绕内绝缘部件200a的圆周形成一具有L形截面的第一台阶202。外绝缘部件200b则形成为在中心处具有通孔的圆环形状。沿外绝缘部件200b的内边缘形成一具有倒L形截面的第二台阶204，以与围绕内绝缘部件200a的圆周所形成的第一台阶202相对应。外绝缘部件200b从上面与内绝缘部件200a组合于一起。更详细地说，外绝缘部件200b的第二台阶204放置于内绝缘部件200a的第一台阶202上，以使内绝缘部件200a支撑外绝缘部件200b。用于支撑外绝缘部件200b的内绝缘部件200a通过紧固部件(例如螺栓)紧固至腔室盖100b的下表面上。由此，将绝缘部件200固定至腔室盖100b的下表面上。第一台阶202及第二台阶204的形状并非仅限于上述形状，并可改为任意形状，只要内绝缘部件200a的外侧可完全耦合至外绝缘部件200b的内侧。

根据上述配置，仅在外绝缘部件200b的下表面及侧面上涂覆一涂层材料来进行绝缘并防止微粒附着，与在整个表面上涂覆涂层材料的传统绝缘部件相比，此可降低制造成本。进一步，根据要安装于腔室100内的绝缘部件200的尺寸而定，可更换为具有不同尺寸的不同外绝缘部件200b。

绝缘部件200可具有如下配置，以使其始终固定至腔室盖100b下表面的同一位置上。如在图4中所示，在内绝缘部件200a的上表面上形成预定凹槽206，且对应于凹槽的凸起部102从腔室盖100b的下表面上凸起。所形成的凹槽206与凸起部102呈环形曲线形状。将用于支撑外绝缘部件200b的内绝缘部件200a的凹槽206耦合至从腔室盖100b下表面上凸起的凸起部102。然后，使用紧固部件(例如螺栓)将内绝缘部件200a紧固至腔室盖100b的下表面上。根据上述配置，绝缘部件200始终固定于腔室盖100b下表面的同一位置上，从而可节约设置时间。

在上述配置中，凹槽206与凸起部102是分别在绝缘部件200及腔室盖100b上形成为具有环形曲线形状。然而，本发明并非仅限于此。亦即，可分别形成多个凸起部102及对应凹槽206，并将其布置成大体呈环形曲线形状。此外，可沿环形曲线形成多个凸起部及对应凹槽。而且，尽管凹槽206是形成于内绝缘部件200a上，而凸起部102形成于腔室盖100b的下表面上，然而，也可使凸起部形成于内绝缘部件200a上，并使预定凹槽形成于腔室盖100b的下表面上。此外，尽管在上述配置中，凸起部102是形成于腔室盖100b的下表面上，然而也可在腔室盖100b与绝缘部件200之间夹入一铝板(未显示)，并在板的下表面上形成凸起部，从而将其组装于一起。

绝缘部件可具有如下配置，以在处理过程中降低衬底上表面的温度。如在图5及6中所示，内绝缘部件200a形成为圆环板的形状，且气体注入环209设置于内绝缘部件200a的下表面上。进一步，外绝缘部件200b耦合至内绝缘部件200a的外侧。随后将如上文所述组装于一起的内绝缘部件200a及外绝缘部件200b固定至腔室盖100b的下表面上。

呈圆环形状的下部凹槽207形成于内绝缘部件200a的下表面上。气体管线208贯穿内绝缘部件200a而形成，以与下部凹槽207连通。气体管线208是贯穿腔室盖101b而形成，以与固定内绝缘部件200a的腔室盖100b连通。可通过气体管线208提供冷却气体，例如氦气。气体注入环209装入内绝缘部件200a下表面上的下部凹槽207中。气体注入环209是形成为具有垂直的中心切口的环形形状，并包含沿下表面形成的多个注入孔209a。这多个注入孔209a可与内绝缘部件200a的气体管线208连通。此外，注入孔209a的形状并非仅限于此，而是也可为圆形、多边形或类似形状。

当在处理过程开始后，在衬底下表面周围产生等离子体时，通过腔室盖100b及内绝缘部件200a向衬底上表面注入冷却气体。这样，可防止等离子体使衬底温度升高。

根据上述配置，可在衬底处理过程中，防止因等离子体使衬底边缘区域的温度升高而导致衬底变形。尽管绝缘部件是由冷却管线进行冷却，然而在真空环境中的冷却效果较差，这是因为在衬底与绝缘部件之间没有传热介质。因此，通过绝缘部件的此种配置，可更有效地调节衬底温度。

返回图1，接地电极300设置于腔室100侧壁的上部上，并形成为环形形状。接地电极300包含分别接地的内电极310及外电极320。

内电极310的上部连接至贯穿腔室100的上壁而形成的气体供应通道110。且在内电极310内形成预定空间314。此外，在内电极310的侧壁的一侧上形成多个气体注入喷嘴312，以连接至预定空间314。反应气体通过贯穿腔室100的上壁所形成的气体供应通道110而提供至形成于内电极310内的预定空间314中。提供至空间314的反应气体是通过形成于内电极310侧壁上的气体注入喷嘴312而引入腔室100中。外电极320形成于腔室100的侧壁的上部，且更具体而言，是毗邻内电极310的下表面而形成。

在处理过程开始时，将衬底G的边缘区域，且更详细地说，将衬底的上表面边缘区域、侧面、及下表面边缘区域毗邻电极300放置。亦即，将电极300的内电极310及外电极320毗邻衬底G的边缘区域放置，以使用等离子体而蚀刻掉积聚于衬底G的上表面边缘区域、侧面、及下表面边缘区域处的微粒及薄膜。可使内电极310与外电极320形成为单个电极，且可在内电极310及外电极320的表面上形成介电膜，以保护电极310、320。

下部电极400设置于腔室100内的下部。下部电极400包含第一电极410及环绕第一电极410的第二电极420。此外，下部电极400连接至RF电源(未显示)，以向下部电极400供电。另外，可在下部电极400与RF电源之间进一步提供RF匹配装置(未显示)。RF匹配装置用于检测腔室100中的阻抗，并产生虚数分量，虚数分量的相位与所检测虚数分量的相位相反，从而使合成阻抗与阻抗的实数分量相同。然后，RF匹配装置提供最大功率并由此在腔室100中产生最佳等离子体。下部电极400可形成为圆形或多边形形状，此特别是根据由半导体晶圆所形成的衬底G或平板显示器所用玻璃衬底而定。在下文中将参照附图更详细地说明下部电极400。

可在第一电极410与第二电极420之间提供一用于支撑衬底G的夹盘(未显示)。夹盘可以是使用静电的静电夹盘，但并非仅限于此。夹盘可使用真空力或机械力来吸持及支撑衬底G。此外，可在第一电极410及第二电极420中进一步提供冷却管线440及连接至冷却管线的冷却水供应源(未显示)，以用于调节第一电极410及第二电极420的温度。此外，可进一步通过第一电极410及第二电极420而提供氦气管线(未显示)。通过氦气管线提供氦气，从而调节衬底G的温度。

升降部件500包含第一下部升降机510及第二下部升降机520，并连接至下部电极400。第一下部升降机510连接至第一电极410，而第二下部升降机520连接至第二电极420。

第一下部升降机510及第二下部升降机520均包含支架512及连接至支架的波纹管514。第一下部升降机510及第二下部升降机520构成一个升降机总成。步进电动机530连接至升降机总成，且第一下部升降机510及第二下部升降机520通过步进电动机530而上下移动。更详细地说，在第一下部升降机510向上移动时，第二下部升降机510向下移动；相反，当第二下部升降机520向上移动时，第一下部升降机510向下移动，此类似于跷跷板。在上述配置中，将第一下部升降机510及第二下部升降机520作为一个升降机总成同时进行控制。但也可对第一下部升降机510及第二下部升降机520分别进行控制。

升降部件500并非仅限于根据本发明实例性实施例的上述配置，而是可为任何能够使下部电极400上下移动的部件。亦即，可使用一使用液压或气压的缸体、或者线性电动机(LM)导轨。此外，也可将上述组合使用。

相反，如在图7中所示，根据本发明实例性实施例的下部电极400包含呈圆形板形状的内电极(在下文中将其称为“第一电极”410)及环形外电极(在下文中将其称为“第二电极”420)。第一电极410与第二电极420是同轴布置的。第二电极420的内圆周与第一电极410的外圆周相隔预定的距离。第一电极410形成为圆形板形状，而第二电极420形成为在中心处具有开口422的环形形状。第一电极410穿过第二电极420的开口422上下移动。希望使第一电极410的外侧不会干涉第二电极420的内侧。第一电极410的外侧与第二电极420的内侧的间距可介于0.1mm至10mm范围内。

下文将参照图8至11来说明一种根据上述配置的操作来移除积聚于衬底上表面边缘区域、侧面、下表面边缘区域、及中心部分上的微粒及薄膜的方法。

如在图8中所示，在将衬底G放置于第一电极410上的同时，通过步进电动机530向上移动连接至第一电极410下部的第一下部升降机510，直至第一电极410与腔室100上部中的绝缘部件200相隔一预定距离为止。反应气体通过形成于腔室盖100b中的气体供应通道110从气体供应源120提供至内电极310的空间314中，且随后如在图9中所示，在内电极310的一侧通过气体注入喷嘴312流至腔室110中。对内电极310、外电极320及第二电极420施加接地电位，并对第一电极410施加RF，从而在腔室100中产生等离子体P。

等离子体P是产生于由第一电极410、被施加接地电位的内电极310、外电极320及第二电极420所环绕的空间中，且更详细地说，产生于围绕衬底G的上表面边缘区域、侧面、及下表面边缘区域的空间中。由于绝缘部件200与衬底G的上表面中心部分之间的距离T1保持为1mm或1mm以下，因而不会在其间产生等离子体P。因此，如上文所述所产生的等离子体P能移除积聚于衬底G的上表面边缘区域、侧面、及下表面边缘区域上的微粒及薄膜。

如在图10中所示，在将衬底G放置于第一电极410上的同时，通过步进电动机530向下移动连接至第一电极410下部的第一下部升降机510，连接至第二电极420的第二下部升降机520则向上移动。然后，将衬底G的下表面边缘区域放置于向上移动的第二电极420上。在距腔室100上部中的绝缘部件200一预定距离处，第二电极420停止运动。反应气体从连接至腔室100上部的气体供应源120，通过形成于腔室盖100b中的气体供应通道110，而流入内电极的空间314中。然后，如图11所示，反应气体在内电极310的一侧通过气体注入喷嘴312流至腔室100中。对内电极310、外电极320及第一电极410施加接地电位，并对第二电极420施加RF，从而产生等离子体P。

等离子体P是产生于由被施加RF的第二电极420、被施加接地电位的内电极310、外电极320及第一电极410所环绕的空间中，且更详细地说，产生于围绕衬底G的上表面边缘区域、侧面、及下表面边缘区域的空间中。由于绝缘部件与衬底上表面中心区域之间的距离保持为1mm或以下，因而不会在其间产生等离子体P。因此，如上文所述所产生的等离子体P能移除积聚于衬底G的上表面边缘区域、侧面、及下表面边缘区域上的微粒及薄膜。

由于第一电极410的面积小于传统的下部电极，因而不需要单独的升降部件。传统的下部电极则被提供有单独的升降部件，以用于支撑衬底。亦即，当由外部机械手臂将衬底插入腔室中时，设置于下部电极中的升降顶杆向上移动，并将衬底放置于提升顶杆上。然后，在提升顶杆向下移动时，将提升顶杆上的衬底放置于下部电极上。相反的，根据本发明的实例性实施例，当由外部机械手臂(未显示)将衬底G插入腔室100中时，第一电极410可在不干扰机械手臂的情况下支撑衬底G的下部。因此，根据本发明的实例性实施例，无需单独的升降顶杆即可将衬底G放置于第一电极410上。

尽管在上述配置中，下部电极400包含第一电极410及第二电极420，然而本发明并非仅限于此。亦即，可在内电极与位于最外侧区域的外电极之间进一步提供中间电极。

如在图12中所示，下部电极400包含呈圆形板形状的内电极(在下文中将其称为“第一电极”410)、环形的中间电极(在下文中将其称为“第二电极”420)及环形的外电极(在下文中将其称为“第三电极”430)。每一电极均同轴地布置。第二电极的内圆周与第一电极410的外圆周相隔一预定距离。第三电极的内圆周与第二电极420的外圆周相隔一预定距离。

第一电极410的外圆周设置于距第二电极420的内圆周一预定距离处。第二电极420的外圆周设置于距第三电极430的内圆周一预定距离处。

在将衬底放置于第一电极410上且反应气体通过内电极流至腔室内之后，第一电极140向上移动至与腔室上部中的绝缘部件相隔一预定距离处。对第一电极410施加RF，并对内电极、外电极、第二电极420及第三电极430施加接地电位。由此，在第一电极410与接地电位之间，即在衬底G的上表面边缘区域、侧面、及下表面边缘区域周围产生等离子体，以通过等离子体移除积聚于其上面的微粒及薄膜。

同样地，第二电极420向上移动并在距绝缘部件一预定距离处停止运动。对第二电极420施加RF，并对内电极、外电极、第一电极410及第三电极430施加接地电位。由此，在第二电极420与接地电极之间产生等离子体，从而通过等离子体移除积聚于衬底的上表面边缘区域、侧面及下表面上的微粒及薄膜。

类似地，第三电极430向上移动并在距绝缘部件一预定距离处停止运动。对第三电极430施加RF，并对内电极、外电极、第一电极410及第二电极420施加接地电位。由此，在第三电极430与接地电位之间产生等离子体，从而通过等离子体移除积聚于衬底G的上表面边缘区域、侧面及下表面中心部分上的微粒及薄膜。

根据上述配置，当第一电极410向上移动时，第二电极420及第三电极430向下移动；当第二电极420向上移动时，第一电极410及第三电极430向下移动；而当第三电极430向上移动时，第一电极410及第二电极420向下移动。然而，本发明并非仅限于此。亦即，第二电极420可向下移动，同时第一电极410及第三电极430向上移动；而当第二电极420向上移动时，第一电极410及第三电极430向下移动。此外，根据处理过程而定，第一至第三电极410、420及430可分别上下移动或者彼此相结合地上下移动。

第二电极的直径B可介于第三电极的直径C的56％至70％范围内。第一电极的直径A可介于第三电极的直径C的49％至56％范围内。此外，第一电极410与第二电极420的间距以及第二电极420与第三电极430的间距可介于0.1mm至10mm范围内，以避免在各个电极上下移动时在边界之间存在干涉。因此，第一至第三电极的直径A、B及C可适当地改变。

例如，对于直径为300mm的衬底，可使所形成的第三电极的直径C相同于或小于衬底的直径，即为300mm或以下。使所形成的第二电极的直径B介于第三电极的直径C的56％至70％范围内，即为170mm至210mm。使所形成的第一电极的直径A介于第三电极的直径C的49％至56％范围内，即为120mm至170mm。当使用第一至第三电极410、420及430来处理直径为300mm的衬底时，可移除衬底的上表面边缘区域、侧面及下表面中心部分上所积聚的微粒及薄膜而不会使衬底变形，其中在第一电极410及第三电极430向上移动时，第二电极420向下移动；在第二电极420向上移动时，第一电极410及第三电极430向下移动；且第一至第三电极具有介于上述范围内的恰当直径。具体而言，在其中使第三电极的直径C固定为300mm或以下、且使所形成的第一及第二电极的直径A及B超出上述范围的实验中，发现在所有情形中衬底的中心部分均向上变形。由此可见，当使用包含第一至第三电极410、420及430的等离子体处理设备来处理直径为300mm的衬底时，第一至第三电极的直径A、B及C是至关重要的因素。

此外，可如下面所述对各电极施加功率。如在图13中所示，第一至第三电极410、420及430彼此同轴地相隔预定距离，且在第一电极410与第三电极430之间提供功率分配器480。RF电源450与RF匹配装置460连接至第一电极410与第二电极420的下部。而且，在RF匹配装置460与第一电极410之间以及在RF匹配装置460与第二电极420之间提供传感器470。

功率分配器480连接于第一电极410与第三电极430之间。功率分配器480对施加至第一电极410的功率进行衰减，即当对第三电极430施加高频功率时，对施加至第一电极410的功率进行衰减。例如，功率分配器480可使用可变电容器或可变电阻器等，且较佳使用可变电容器。尽管功率分配器480对施加至第一电极410的功率进行衰减并随后对第三电极430施加功率，然而本发明并非仅限于此。功率分配器也可对施加至第一电极410的功率进行放大并随后对第三电极430施加功率。上述功率分配器480可通过对施加至第一电极410及第三电极430的高频功率进行调节而恰当地控制在衬底G周围所产生的等离子体。因此，可防止衬底G在处理过程中变形，并提高对衬底下表面的边缘区域及中心部分的蚀刻均匀度。

在第一电极410及RF匹配装置460之间、以及在第二电极420与RF匹配装置460之间提供传感器470。传感器470用于检测由RF电源所提供并随后分配给第一电极410及第二电极420的功率大小。由外部装置对所检测的功率进行监测及比较。

进一步，可在多个电极中形成用于向腔室中馈送反应气体的气体注入孔，其配置如下面所述。如在图14中所示，下部电极400包含第一电极410及第二电极420，其中第二电极420同轴地设置于距第一电极410一预定距离处。

第一电极410形成为圆板形状，且沿第一电极410的外圆周形成多个第一气体注入孔412。此外，第一气体供应管线414连接至第一电极410的下部。在第一电极410中形成一预定空间(未显示)，且沿第一电极410的外圆周形成多个第一气体注入孔412，以与预定空间连通。第一气体供应管线414还与第一电极410中的预定空间相连通。因此，通过第一气体供应管线414所提供的反应气体穿过第一电极410中的预定空间，并随后通过沿第一电极410的外圆周所形成的第一气体注入孔412而注入反应室中。第二电极420形成为环形形状，使其内圆周与第一电极410的外圆周相隔一预定距离。第一电极410与第二电极420同轴地布置。沿第二电极420的内圆周形成多个气体注入孔424。此外，第二气体供应管线426连接至第二电极420的下部。类似于第一电极410，在第二电极420中也形成与第二气体注入孔424相连通的预定空间(未显示)。预定空间与第二气体供应管线相连通。因此，通过第二气体供应管线426所提供的反应气体穿过环形的第二电极420中的空间，并随后通过第二气体注入孔424注入反应室中。

当将衬底放置于第一电极410上并随后使其与腔室上部中的绝缘部件相隔一预定距离时，通过沿第一电极410的外圆周所形成的第一气体注入孔412均匀地注入反应气体。所注入的反应气体沿衬底下表面的边缘区域均匀地分布，从而可均匀地产生等离子体。同时，当将衬底放置于第二电极420上并随后使其与腔室上部中的绝缘部件相间隔时，通过沿第二电极420的内圆周所形成的第二气体注入孔424均匀地注入反应气体。所注入的反应气体围绕衬底G的下表面中心区域均匀地分布，从而可均匀地产生等离子体。可通过对经第一及第二气体注入孔412及424所注入的反应气体量进行调节而控制等离子体的密度。因此，可更有效地移除所积聚的微粒及薄膜。

第一及第二气体注入孔412及424可连接至一个气体供应管线或分别连接至各自的气体供应管线。可在第一电极410及第二电极420中进一步提供加热部件(未显示)，例如加热器，以用于加热第一电极410及第二电极420。

在上述配置中，反应气体是提供至腔室下部中的第一电极410及第二电极420，且因此无论衬底G的位置如何，均可在腔室的任何位置处有效地移除衬底下表面上所积聚的微粒及薄膜。

当下部电极包含至少三个电极时，其可如下面所述进行配置。如在图15中所示，下部电极400形成为具有圆形板形状并包含第一电极410、第二电极420及第三电极430。第一电极沿其外圆周设置有第一气体注入孔412。第二电极420形成为具有环形形状并同轴地设置于距第一电极410的外圆周一预定距离处。沿第二电极420的内圆周及外圆周形成第二气体注入孔424。第三电极则形成为环形形状并同轴地设置于距第二电极420的外圆周一预定距离处。沿第三电极420的内圆周形成第三气体注入孔432。第一电极410及第三电极430的配置与11中所示的相同，因而不再加以赘述。

第二电极420形成为具有垂直中心切口的环形形状。其内径被确定成使第一电极410能够插入，而外径则确定成使第二电极420可插入第三电极430中。沿第二电极420的内圆周及外圆周形成相互连通的第二气体注入孔424。气体供应管线426连接至第二电极420的下部，以与第二气体注入孔424相连通。在上述配置中，第二气体注入孔424是沿第二电极420的内圆周及外圆周形成为相互连接，但这些气体注入孔也可独立形成。

当将衬底放置于第二电极420上并随后设置于距腔室上部中的绝缘部件一预定距离处时，通过第二气体注入孔424沿第二电极的内圆周及外圆周注入反应气体。所注入的反应气体沿衬底的下表面中心部分及衬底的边缘区域均匀地分布。均匀分布的反应气体产生均匀的等离子体，进而可有效地移除积聚于衬底边缘及下表面中心部分上的微粒及薄膜。进一步，通过调节所注入反应气体的量，便可控制等离子体的密度。

在上述配置中，将下部电极400分割成三个电极，但本发明并非仅限于此。下部电极400可分成多个电极，即四个或更多个电极。当将下部电极分成三个或更多个电极时，最内侧的电极可仅沿其外圆周具有气体注入孔，且最外侧的电极可仅沿其内圆周具有气体注入孔。

当将电极分成多个电极时，最外侧的电极(即在本实例中为第三电极)可按下面所述进行配置。当然，最外侧的电极并非仅限于第三电极，而是可根据电极数量而为第N个电极。在下文中以第三电极作为最外侧电极为例。

参见图16及17，第三电极430形成为在其中心处具有通孔的环形形状，并沿第三电极430的内圆周设置有第三气体注入孔432。第三气体供应管线434连接至第三电极430的下部，以与第三气体注入孔432相连通。

第三电极430的直径大于衬底G的直径，且在第三电极430上形成一支承部，以将衬底G放置于支承部上。更详细地说，第三电极的上表面包含第一平面436及第二平面438。第二平面438平行于第一平面436。第一平面436与第二平面438通过自第一平面向下延伸的斜面相连。因此，衬底G的下表面的边缘区域放置于第二平面438上，且衬底G的侧面面对第一平面436与第二平面438之间的斜面。

在上述配置中，在第三电极430中形成支承部，以便可在上面放置衬底G。当向衬底G的下表面注入反应气体时，支承部能防止因反应气体的注入压力所导致的衬底G自第三电极430分离，其中反应气体是通过形成于第三电极430中的第三气体注入孔432进行提供。

在上述配置中，分别连接至第一电极410及第二电极420的第一下部升降机510及第二下部升降机520构成类似于跷跷板的装置，且第一电极410与第二电极420交替地上下移动，以移除衬底G上所积聚的微粒及薄膜。然而，第一下部升降机510可连接至第一电极410，且上部升降机600可连接至绝缘部件200，以移除附着至衬底G上的微粒及积聚于衬底G上的薄膜。

图18是根据本发明第二实例性实施例的等离子体处理设备的剖面图。图19及20是例示根据本发明第二实例性实施例的等离子体处理设备的运行情况的剖面图。

参见图18，一种等离子体处理设备包含：腔室100；绝缘部件200，其设置于腔室100的上部；接地电极300，其设置于腔室100的侧壁的上部；下部电极400，在其中放置衬底G；上部升降部件，即上部升降机600及第一下部升降机510，其用于上下移动绝缘部件200及下部电极400。所述等离子体处理设备进一步包含：腔室衬层700，其设置于腔室100的内壁上；聚焦环710，其沿下部电极400的外圆周设置；孔板800，其设置于下部电极400的外圆周与腔室100的内壁之间。对于相同的配置，将不再加以赘述。

绝缘部件200的上部由支架230进行固定。上部升降机600连接至支架230，以使支架230上下移动。上部升降机600使固定至支架230的绝缘部件200移动至与下部电极400相隔一预定距离。

第一下部升降机510连接至第一电极410的底部，并使第一电极410上下移动。连接至腔室100的底面的电极支架900形成于第二电极的底部。电极支架900使第二电极420与腔室100的底部相隔一预定距离。

腔室衬层700是沿腔室100的内部形成。腔室衬层700的上部电连接至外电极320的下部。腔室衬层700能保护腔室100的侧壁免受等离子体的影响，且类似于外电极320，对腔室衬层700施加接地电位。

聚焦环710沿下部电极400的外圆周形成为环形形状。当反应气体转化成等离子体时，聚焦环710将等离子体聚焦至衬底G上。

孔板800是其中心为钻孔的圆形板，并包含垂直贯穿板所形成的通孔810。孔板800设置于下部电极400与腔室100的内壁之间，且更详细地说，将聚焦环710的外圆周连接至腔室100的内壁，进而将腔室内部分割成上部与下部。也就是说，孔板800用于控制压力，以使反应气体均匀地分布于腔室100中，由此产生均匀的等离子体。因此，可防止等离子体在腔室100中局部地集中。

可在孔板800的一侧，即在上表面上进一步提供凸起电极820。凸起电极820使腔室压力均匀并通过对其施加接地电位而用作一电极。凸起电极820可与孔板800相耦合或者与孔板800形成一体。可分别对孔板800及凸起电极820施加接地电位。也可同时对孔板800及凸起电极820施加接地电位。

如在图19中所示，当将衬底G放置于第一电极410上时，连接至第一电极410底部的第一下部升降机510向上移动，且第一电极410在腔室100的上部被置于距绝缘部件200一预定距离处。

随后，反应气体通过内电极310流至腔室100中。对内电极310、外电极320及第二电极420施加接地电位，并对第一电极施加RF，以在腔室100中产生等离子体。由此，通过等离子体来移除衬底G的上表面边缘区域、侧面、及下表面边缘区域上所积聚的微粒及薄膜。

如在图20中所示，当将衬底G放置于第二电极420上时，连接至绝缘部件200的上部升降机600将绝缘部件200置于距第二电极420一预定距离处。随后，自连接至腔室100上部的气体供应源120，通过形成于腔室盖100b中的气体供应通道110，向内电极310中的空间314提供反应气体。然后，反应气体通过在内电极310的一侧气体注入喷嘴312流入腔室100中。

对内电极310及外电极320施加接地电位，且因此对电连接至外电极320的腔室衬层700施加接地电位。此外，还对第一电极410施加接地电位，并对第二电极420施加RF，以在腔室100中产生等离子体P。

等离子体P是在由第二电极420、腔室衬层700及凸起电极820所环绕的空间中产生，其中对第二电极420及腔室衬层700施加接地电位。因此，等离子体P是在衬底G的被施加接地电位的上表面边缘区域、侧面、及下表面中心部分处产生。由于绝缘部件200与衬底G的上表面中心部分的间距保持为1mm或以下，因而在绝缘部件200与衬底G的上表面中心部分之间的区域中不产生等离子体P。因此，如上述所产生的等离子体P将移除衬底G的上表面边缘区域、侧面及下表面中心部分上所积聚的微粒及薄膜。

根据上述配置，上部升降机600连接至绝缘部件200，且第一下部升降机510连接至第一电极410。由此，通过等离子体来移除衬底G的上表面边缘区域、侧面、及下表面上所积聚的微粒及薄膜。

与根据本发明第一实例性实施例的升降部件相比，根据上述配置的装置可更容易控制。根据第一实例性实施例的升降部件是用于移动第一及第二电极。因此，其组件集中于腔室的下部中，且不容易对升降部件进行控制，而根据第二实例性实施例的升降部件则可避免此等困难。

尽管在上文说明中，下部升降机是连接至第一电极的下部且电极支架是连接至第二电极，然而电极支架也可连接至第一电极，而下部升降机可连接至第二电极。

尽管在上文说明中，在腔室中提供电连接至外电极的衬层并对衬层施加接地电位，然而可形成被施加接地电压的电极来取代衬层。

尽管在上文说明中，同轴地设置多个下部电极，然而本发明并非仅限于此。这些下部电极可排列于一个方向上。

尽管在上文说明中，通过对多个经分割的下部电极采用跷跷板结构来实施此处理过程，但本发明并非仅限于此。根据不同的处理过程而定，这多个电极也可同时向上移动。

尽管在上文所述的等离子体处理设备中，使用半导体晶圆作为衬底，但也可用用于平板显示器的玻璃衬底作为衬底。

尽管在上文说明中，根据本发明实例性实施例，对具有多个下部电极的RIE型等离子体处理设备进行说明，但本发明并非仅限于此。本发明也可应用于任何采用如下等离子体的等离子体处理设备：电感耦合等离子体(ICP)；电容耦合等离子体(CCP)；使用微波的电子回旋加速器共振(ECR)等离子体；表面波等离子体(SWP)；以及远程等离子体系统(RPS)。

如上文所述，根据本发明的一个方面，除衬底的上表面边缘区域、侧面、及下表面边缘区域之外，所述等离子体处理设备还能有效地移除衬底下表面中心区域中所积聚的微粒。

进一步，由于可通过减小下部电极的尺寸来支承衬底，而不会干涉机械手臂，因而可不再使用单独的升降顶杆。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的结构及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种等离子体处理设备，其包含：

腔室；

绝缘部件，其设置于所述腔室的上部中；

接地电极，其形成于所述腔室的内侧壁处，接地电位被施加至所述接地电极；以及

下部电极，其设置于所述腔室的下部中，衬底被放置于所述下部电极上，

其中所述下部电极被分割成多个电极。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多个电极包含内电极及外电极；

所述内电极及所述外电极同轴地布置并彼此间隔开；

且所述内电极与所述外电极之间的距离介于0.1mm至10mm范围内。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，进一步包含：

升降部件，其设置于所述下部电极下面，用于上下移动所述下部电极，

上部升降部件，用于上下移动所述绝缘部件，

其中所述升降部件连接至所述内电极，且所述上部升降部件交替地上下移动所述内电极及所述外电极。

4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，在所述绝缘部件与所述腔室的内壁之间进一步形成接地电极；

所述接地电极连接至气体供应通道，且所述气体供应通道连接至气体供应源；

所述外电极由电极支架进行支撑；

围绕所述外电极的外圆周进一步提供聚焦环；以及

在所述聚焦环与所述腔室的内壁之间进一步提供孔板。

5.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，在所述多个电极中形成气体注入孔，以及

沿所述内电极的外圆周及所述外电极的内圆周形成所述气体注入孔。

6.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，进一步包含位于所述内电极与所述外电极之间的中间电极，

其中在所述内电极与所述外电极之间连接功率分配器，

RF电源连接至所述内电极及所述中间电极，

在所述内电极与所述RF电源之间以及在所述中间电极与所述RF电源之间进一步提供传感器，以及

沿所述中间电极的内圆周与外圆周进一步形成气体注入孔。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述中间电极的直径介于所述外电极的直径的56％至70％范围内，

所述内电极的直径介于所述外电极的直径的40％至56％范围内，以及

所述内电极与所述中间电极之间以及所述中间电极与所述外电极之间的距离介于0.1mm至10mm范围内。

8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述内电极的直径介于120mm至170mm范围内，

所述中间电极的直径介于170mm至210mm范围内，以及

所述外电极的直径介于210mm至300mm范围内。

9.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述绝缘部件包含内绝缘部件及外绝缘部件，所述外绝缘部件耦合至所述内绝缘部件的外圆周，

在所述绝缘部件的上表面及所述腔室的顶部的内表面上分别形成彼此对应的凹槽与凸起部，以及

所述绝缘部件的上表面耦合至所述腔室的顶部的内表面。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，在所述内绝缘部件的下表面上形成呈环形曲线形状的下部凹槽，

在所述下部凹槽中插入气体注入环，以及

垂直地贯穿所述绝缘部件而进一步形成气体管线，以连通所述下部凹槽。

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