CN101267708A

CN101267708A - 等离子处理装置及等离子处理方法

Info

Publication number: CN101267708A
Application number: CNA2008101003020A
Authority: CN
Inventors: 黄太亨; 张鸿永
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd; Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Current assignee: Samsung Display Co Ltd
Priority date: 2007-02-09
Filing date: 2008-02-05
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2028-02-05
Also published as: JP5465835B2; KR20080074587A; CN101267708B; TWI452945B; KR101297711B1; TW200850078A; JP2008198601A

Abstract

本发明涉及等离子处理装置及处理方法，其产生均匀等离子以对大面积基板能够实施匀化处理。该等离子处理装置包含：真空腔；配置于真空腔内部下侧、由多个块件形成的下部电极；配置于真空腔内部上侧、呈接地状态的上部电极；向真空腔内部提供工艺气体的工艺气体供给部；与下部电极连接、并施加电源功率的电源功率供给部；与下部电极的各块件分别连接、向各块件单独提供偏置功率的偏置功率供给部；及计算施加于下部电极各块件的偏置功率、并控制偏置功率供给部的控制部。

Description

等离子处理装置及等离子处理方法

技术领域

本发明涉及等离子处理装置及处理方法，涉及产生均匀等离子以对大面积基板能够均匀地实施处理的等离子处理装置及处理方法。

背景技术

在半导体装置、液晶显示装置等的制造工艺中，多使用利用等离子对基板表面进行处理的等离子处理装置。作为这样的等离子处理装置，可列举例如，对基板实施蚀刻的等离子蚀刻装置或实施化学气相沉积CVD(化学气相沉积)的等离子CVD装置等。

这样的等离子处理装置具有上下彼此平行且相对的两个平板电极。在将基板安装于该电极之间的状态下产生等离子以对基板进行一定的处理。

然而，如果扩大由等离子处理装置处理的基板的大小，则相对于被处理基板的整个部分难以获得均匀的等离子。特别是，象液晶显示装置那样，在被处理的基板大小超过2、3m时，由于基板的各部分等离子密度不均匀，导致处理强度不同，存在难以确保良好工艺条件的问题。

发明内容

本发明所要实现的技术课题为，提供一种等离子处理装置和等离子处理方法，其能够实时反映各不同区域的等离子密度，以形成均匀的等离子。

为了实现上述技术课题，本发明的等离子处理装置包含：真空腔；配置于上述真空腔内部下侧、由多个块件形成的下部电极；配置于上述真空腔内部上侧、呈接地状态的上部电极；向上述真空腔内部提供工艺气体的工艺气体供给部；与上述下部电极连接、并施加电源功率的电源功率供给部；与上述下部电极的各块件分别连接、向各块件单独提供偏置功率的偏置功率供给部；计算施加于上述下部电极各块件的偏置功率、并控制上述偏置功率供给部的控制部。

另外，构成为进一步含有配置于上述下部电极的各块件之间以使上述各块件绝缘的绝缘体，从而能够对各块件分别提供不同的电源功率或偏置功率。

可构成为上述绝缘体具有双重台阶结构，与上述绝缘体接触的各块件具有台阶结构。

另外，上述绝缘体可以由陶瓷或者氧化铝(Al₂O₃)制成。

另外，上述块件上部最好还具有静电卡盘。

另一方面，上述绝缘体可构成为进一步具有冷却上述静电卡盘的冷却气体通过流路。

另外，最好进一步含有等离子断层摄影部，其对将上述上部电极和下部电极之间的空间假想分割的各区域，分别进行等离子密度的断层摄影，并向上述控制部提供与拍摄的各区域等离子密度相关的数据。

另外，上述断层摄影部最好含有：多个第一摄影机构，其在与上述下部电极的上面平行的一方向、对上述上部电极和下部电极之间的空间进行摄影；多个第二摄影机构，其在与上述第一摄影机构不同的方向上进行摄影。

另外，上述控制部可构成为具有PID反馈控制机构(PID feedbackscheme)、神经网络系统(neutral network system)、模糊控制系统中的任一个，此时，可以实时绘制反映各区域的等离子密度的偏压功率值。

另一方面，为了实现上述技术课题，本发明的等离子处理方法包含如下步骤：将基板送入真空腔内部的步骤；在上述真空腔内部形成等离子的步骤；在上述真空腔内部的各区域分别对等离子密度进行摄影的步骤；根据所拍摄的等离子密度，计算各区域的偏置功率的步骤；将计算得到的偏置功率施加于各区域的步骤；将基板送出到上述真空腔外部的步骤。

在上述对等离子密度进行摄影的步骤中，在两个以上彼此不同的方向，分别对一个区域的等离子密度进行摄影，将其组合以计算各区域等离子密度。

另外，等离子处理方法的特征在于，在上述计算偏置功率的步骤中使用PID反馈控制机构，上述PID反馈控制机构将所拍摄的各区域等离子密度用作输入变量，将各区域偏置功率作为输出变量。

附图说明

图1为表示本发明一实施例的等离子处理装置结构的纵向剖面图；

图2为表示本发明一实施例的等离子处理装置结构的横向剖面图；

图3为表示本发明一实施例的下部电极结构的局部立体图；

图4为表示经由本发明一实施例的等离子断层摄影部测定的各块件的等离子密度值的图表；

图5为表示本发明一实施例的各块件矫正值的图表；

图6为表示本发明一实施例的各块件的偏压功率值的图表；

图7为说明本发明一实施例的等离子处理方法的各步骤的方框图。

附图标记说明

1本发明一实施例的等离子处理装置 10真空腔 20上部电极30下部电极 40工艺气体供给部 50电源功率供给部 60偏置功率供给部 70等离子断层摄影部 80控制部 90静电卡盘 S基板

具体实施方式

下面参照附图进一步详细说明本发明的优选实施例。

首先，参照图1～图3说明本发明一实施例的等离子处理装置。图1为表示本发明一实施例的等离子处理装置结构的纵向剖面图，图2为表示本发明一实施例的等离子处理装置结构的横向剖面图。图3为表示本发明一实施例的下部电极结构的局部立体图。

如图1、2所示，本实施例的等离子处理装置1包含：真空腔10、上部电极20、下部电极30、工艺气体供给部40、电源功率供给部50、偏置功率供给部60、等离子断层摄影部70、及控制部80。

首先，真空腔10内部具有一定体积，具有可使内部空间呈真空状态而密闭的结构。在此，真空状态指的是比大气压低的气压状态，称为完全真空状态。

这种真空腔10具有与通常处理的基板形状类似的形状，在对液晶显示基板那样的长方形形状的基板进行处理的等离子处理装置中，通常使用长方体形状的真空腔。

另一方面，最近，所处理的基板尺寸越来越大，真空腔的大小也显著增大。因此，也可不采用一体形成的方式制造一个真空腔，而是将其分离成多个部件而制造之后，通过组装成一个来使用。

另外，真空腔10具有用于排出腔内部的气体而使腔内部减压的排气泵(未图示)。对于该排气泵，所要求的腔内部的压力越低、或真空腔内部的体积越大，则其容量越大。作为这种排气泵，可以使用涡轮分子泵(TMP泵)或低温泵等。另外，这种排气泵可以设置于一个真空腔中，也可构成为在一个真空腔中具有多个排气泵。

另外，为了提高腔内部的压力，真空腔10也可构成为还具有向腔内部注入氮气或惰性气体的通气(venting：通气)泵(未图示)。虽然反复进行将基板送入/送出真空腔10的步骤，但在这样的送入/送出基板的步骤中，需要使腔内部的压力和外部的压力相同，为了进行用于提高真空状态下的腔内部压力的通气作业，通气泵是必需的。

此外，在真空腔10的一侧壁，形成有作为用于将基板送入/送出的通路而使用的基板出入口12。为了进行真空腔10内部的压力控制，该基板出入口12优选尽量小地形成。因此，该基板出入口12大小为在真空腔10内被处理的基板S可通过即可。

在基板出入口12前方设有用于打开或关闭基板出入口的开闭机构14。该开闭机构14在基板的送入/送出步骤中，将基板出入口12打开，在对基板进行等离子处理的步骤中，将基板出入口12关闭。为了易于进行真空腔10内部的真空形成，开闭机构14需要准确地和腔外壁紧密结合。因此，在开闭机构14的内壁，还可以设置用于保持基板出入口12附近的气态密封的密封机构(未图示)。

接着，在真空腔10的内部，为了形成用于等离子形成的电场，设有上部电极20和下部电极30这两个电极。首先，如图1所示，上部电极20配置于真空腔10的内部上侧。在本实施例中，上部电极20接地。

另外，下部电极30配置于真空腔10的内部下侧。如图1所示，由于在该下部电极30上面载置有基板S，所以该下部电极30也称为基板载置台。

对该下部电极30施加用于形成电场的电源功率。该电源功率可以使用高频功率(RF：RadioFrequency Power)，频率优选为13、56MHz左右。

在本实施例中，如图2所示，下部电极30具有组装多个块件32的结构。对本实施例的下部电极30施加上述电源功率及偏置功率。此时，对本实施例的下部电极30，可以施加与各块件不同的偏置功率。因此，下部电极的各块件32在彼此绝缘的状态下组装。

构成下部电极30的块件32的个数能以多种方式构成，优选与将由等离子处理装置处理的基板S切割而得到的液晶显示基板的个数一致。即，如果为从被等离子处理装置处理的基板得到16个液晶显示基板的16个倒角基板，如图2所示，优选下部电极30由16个块件32构成。

在下部电极的各块件32之间，进一步设有使块件彼此间绝缘的绝缘体34。该绝缘体34因为需要耐受真空腔10内部的等离子环境，所以优选由耐等离子材料形成。因此，在本实施例中，绝缘体34可以由陶瓷或者氧化铝制成。另外，绝缘体还可以由耐热性塑料制成。

如图3所示，下部电极的各块件32由台阶形状组装而成。因此，配置于各块件32之间的绝缘体34具有双重台阶结构。如图3所示，双重台阶结构指的是如下结构，即各块件32在端部具有台阶形状、且相邻的各块件的台阶形状端部重合。这样，下部电极的各块件32具有台阶形状，从而可以防止等离子浸透到块件32的接缝中。如果等离子体浸透到块件的接缝中，则存在内部可能被侵蚀或损伤、产生颗粒等问题。然而，由于等离子具有直线传播性，所以，如上所述，如果在块件32的接缝处导入台阶结构，则等离子通过的路径将变成台阶形路径。因此，具有如下优点，即具有直线传播性的等离子不能容易地浸透到块件32的接缝中。

其结果为，通过导入这种台阶结构，尽管本实施例的下部电极30的结构不是一体结构，但具有防止等离子浸透到内部的优点。

另外，在本实施例的下部电极30的上部，可以进一步设置静电卡盘90。静电卡盘90是利用静电力吸附基板S的组成部件。即，通过对静电卡盘90施加高压直流电压，使基板S和静电卡盘90之间产生较大库仑(coulomb)力，从而可将基板S固定于静电卡盘90上。如果使用这种静电卡盘90，则具有在等离子处理步骤中可以将基板S与下部电极紧密结合的优点。

在等离子处理步骤中，在不使基板S与下部电极30紧密结合的状态下，基板中的一部分恐怕会离开下部电极。这样，在基板S的一部分与下部电极30分离时，基板S和上部电极20之间的间隔不能保持为一定，从而存在不能对基板进行均匀处理的问题。

另一方面，在将静电卡盘90配置于下部电极30的上部时，需要使冷却气体通过静电卡盘而对其冷却。但是，由于构成下部电极30的各块件32采用铝等金属材料形成，所以难以进行用于使冷却气体通过的流路形成作业。但是，由于绝缘体34并非金属材料，所以，能够容易地进行用于使冷却气体通过的流路形成作业。因此，如图3所示，在本实施例中，在绝缘体34中形成冷却气体流路36。

另外，在这样的等离子处理装置1中，为了辅助将基板送入/送出处理装置内部的步骤，设有内部升降销(未图示)和外部升降杆(未图示)。此时，内部升降销以贯通下部电极30端部位的方式形成，通过形成于下部电极30的贯通孔，并且在上下方向被驱动。

另外，外部升降杆可另外形成于下部电极30的外侧。即，能以如下结构形成，在形成于下部电极30的侧壁和等离子处理装置的侧壁之间的空间中能够上下驱动。不言而喻，根据情况也能以不使用外部升降杆的方式传送基板S。

工艺气体供给部40为向真空腔10内部供给用于形成等离子的工艺气体的组成部件。在本实施例中，该工艺气体供给部40采用淋浴喷头构成。即，如图1所示，构成大小与基板整个大小对应的淋浴喷头40，以对载置于下部电极30上的整个基板S能够供给均匀的工艺气体。在本实施例中，该淋浴喷头40形成于上部电极20，由多层扩散板42、44、扩散孔46、48等构成。由工艺气体供给管41向真空腔10内部的一处供给的工艺气体通过该扩散板42、44、扩散孔46、48均匀地扩散。因此，可以在上部电极20和下部电极30之间供给密度均匀的工艺气体。这样，为了形成均匀等离子，供给具有均匀密度的工艺气体是必须的。

电源功率供给部50是与下部电极30连接、且向下部电极30供给电源功率的组成部件。作为电源功率，因为可以使用如上所述的RF功率(RadioFrequency Power)，所以电源功率供给部50将具有特定频率的RF功率提供给下部电极30。电源功率也可以向构成下部电极的各块件32提供不同信号，也可以向所有块件32提供具有相同值的信号。

由该电源功率供给部50供给的电源功率，与上部电极20的接地电压耦合，并在上部电极20和下部电极30之间形成电场。根据该电场，对由淋浴喷头40供给的工艺气体进行离子化处理，形成等离子。

偏置功率供给部60与下部电极30的各块件32单独连接，对各块件32单独施加偏置功率。在本实施例中，对各块件32单独施加偏置功率。即，对各块件32供给不同值的偏置功率。因此，该偏置功率供给部60与构成下部电极的各块件32以分离的方式连接。

由偏置功率供给部60供给的偏置功率对上部电极20和下部电极30之间的空间中产生的等离子给予方向性，使等离子处理效率提高。即，在安装有基板的下部电极30的方向牵引等离子，使等离子处理速度增加。该偏置功率越大，等离子处理速度越大，偏置功率越小，等离子处理速度越小。

在本实施例中，使用RF功率作为该偏置功率。其中，偏置功率的频率与上述电源功率的频率不同。

等离子断层摄影部70对将上部电极20和下部电极30之间的空间假想分割的各区域，进行等离子密度的断层摄影。该等离子断层摄影部70用于针对各区域正确测定产生于上部电极20和下部电极30之间的等离子的特性。

如上所述，随着由等离子处理装置1处理的基板S尺寸的增加，真空腔10、下部电极20及上部电极30扩展。因此，等离子产生的区域也扩展。在狭窄区域内产生的等离子从整体看具有均匀的密度，但是，在较宽广的区域内产生的等离子由于工艺气体的密度差或者工艺气体的移动速度差、电位差、温度差等各种原因而在各区域具有不同的密度。

如此产生的等离子的区域性密度差导致基板的处理程度不同而不能得到均匀的工艺结果。因此，对各区域测定正确的等离子密度，并将其实时反映出来而得到均匀的等离子，这对于确保步骤中的均匀性是非常重要的。

如图2所示，为了对各区域测定正确的等离子密度，本实施例的等离子断层摄影部70具有第一摄影机构72和第二摄影机构74。第一摄影机构72对上部电极20和下部电极30之间的空间在与下部电极30的上面平行的一方向进行，第二摄影机构74对上部电极和下部电极之间的空间在与下部电极的上面平行的方向进行摄影的机构，第二摄影机构74在与第一摄影机构72的摄影方向不同的方向进行摄影。

在此，第一摄影机构72和第二摄影机构74可以分别设置多个。此时，如图2所示，所设置的第一摄影机构72和第二摄影机构74的个数需要设置成具有足够的个数，以使其能够在下部电极的各块件32形成至少一条以上的摄影线。

将象这样沿各不同方向拍摄的数据组合，可以得知各区域的等离子密度。例如，如图2所示，第一摄影机构72在与下部电极30的长边正交的方向进行摄影，第二摄影机构74在与下部电极30的短边正交的方向进行摄影。因为收集相对于第一摄影机构72的摄影线76和第二摄影机构74的摄影线78交叉的部分在两个方向拍摄的数据，所以通过组合该两种数据即可掌握摄影线交叉区域的等离子密度。

接着，控制部80基于与由等离子断层摄影部70得到的区域性等离子密度相关的数据，计算施加于各块件32的偏置功率，从而控制偏置功率供给部60。即，控制部80选择与各个区域的等离子密度相关的数据作为输入值，将应提供给各区域的偏置功率值作为输出值进行计算。另外，以将计算出的偏置功率值分别提供给各块件32的方式对偏置功率供给部60进行控制。

特别是，该控制部80必须实时反映与由等离子断层摄影部70得到的各区域的等离子密度相关的数据，并计算偏置功率值。因此，在本实施例中，该控制部80可构成为具有PID反馈控制机构、神经网络、模糊控制系统中的任一个。

例如，在该控制部80具有PID反馈控制机构时，将与由等离子断层摄影部70得到的各区域的等离子密度相关的数据作为输入变量，将各区域偏置功率值作为输出变量，从而运用系统。

下面参照图5说明本发明一实施例的等离子处理方法。图7为说明本发明一实施例的等离子处理方法各步骤的流程图。

首先，向真空腔10内部送入被工艺处理的基板S(S10)。由于该基板不但厚度非常薄而且面积大，所以在传送步骤中经常发生特定部分向下侧下垂的现象。因此，在使用机械手等防止基板中的一部分向下侧下垂而支持的状态下，使基板进入真空腔10内部之后，将其安装于下部电极30上。

此时，也可以利用静电卡盘90使基板S与下部电极30上面紧密结合。这样，在使用静电卡盘90时，在基板S完全载置于静电卡盘90上部的状态下，对静电卡盘施加直流电压，使基板与其紧密结合。

接着，在真空腔10内部形成等离子(S20)。具体来说，在采用淋浴喷头40向真空腔10内部供给工艺气体的状态下，对下部电极30施加电源功率，并对工艺气体进行离子化处理以产生等离子。

接着，对真空腔10内部的各区域进行等离子密度的摄影(S30)。此时，进行等离子密度摄影的各区域优选与下部电极30的各块件32一致。另外，在进行该等离子密度摄影的步骤中，优选在两个以上彼此不同的方向分别进行一个区域的等离子密度摄影，从而得到特定区域的正确的等离子密度。

例如，如图4所示，在该步骤中被测定的各区域等离子密度值D具有相对于各区域的不同的值。

接着，考虑拍摄的等离子密度进行各区域偏置功率的计算(S40)。即，基于前一步骤中所得到的各区域等离子密度值D，计算对各块件施加的偏置功率值B。

例如，如图5所示，为了在各区域具有相同的等离子密度，需要一定大小的矫正值C。为了计算该矫正值C，并将该矫正值应用于各区域，计算与之相应的偏压功率值B。如图6所示，如此计算出的各区域偏压功率值B具有与各区域等离子密度值相反的大小。即，在等离子密度值D大的区域内，偏置功率值B小，在等离子密度值D小的区域内，偏置功率值B大。

接着，将计算出的偏置功率值B提供给各块件32，以形成均匀的等离子(S50)。

另外，使用如此形成的均匀的等离子，进行基板的处理(S60)。即使在处理基板的过程中，仍继续进行对各区域等离子密度的摄影，在等离子密度产生差异时，使偏置功率值产生变化，实时确保等离子的均匀性。

接着，将处理后的基板S送出(S70)。在使用静电卡盘90而使基板与下部电极紧密结合时，首先切断施加到静电卡盘的直流电源，在除去静电力之后，将基板送出。如果在除去静电力之前送出基板，则基板恐怕会破损。

工业实用性

根据本发明，具有如下优点，即对利用断层摄影法在各区域所测定的等离子密度值进行实时反映，对下部电极的各块件施加不同的偏置功率值，从而能够形成均匀的等离子。

以上尽管根据本发明的实施例进行了详细的说明，但本发明并非仅限于此，在本发明所属的技术领域，普通技术人员能够在不脱离本发明的构思和精神的情况下对本发明作出修正或者变更。

Claims

1.一种等离子处理装置，其特征在于，包含：

真空腔；

配置于所述真空腔内部下侧、由多个块件形成的下部电极；

配置于所述真空腔内部上侧、呈接地状态的上部电极；

向所述真空腔内部提供工艺气体的工艺气体供给部；

与所述下部电极连接、并施加电源功率的电源功率供给部；

与所述下部电极的各块件分别连接、向各块件单独提供偏置功率的偏置功率供给部；

计算施加于所述下部电极各块件的偏置功率、并控制所述偏置功率供给部的控制部。

2.如权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于：

进一步含有配置于所述下部电极的各块件之间以使所述各块件绝缘的绝缘体。

3.如权利要求2所述的等离子处理装置，其特征在于：

所述绝缘体具有双重台阶结构，与所述绝缘体接触的各块件具有台阶结构。

4.如权利要求3所述的等离子处理装置，其特征在于：

所述绝缘体由陶瓷制成。

5.如权利要求3所述的等离子处理装置，其特征在于：

所述绝缘体由氧化铝制成。

6.如权利要求2所述的等离子处理装置，其特征在于：

所述绝缘体由耐热性塑料制成。

7.如权利要求2所述的等离子处理装置，其特征在于：

在所述块件上部还具有静电卡盘。

8.如权利要求7所述的等离子处理装置，其特征在于：

所述绝缘体进一步具有冷却所述静电卡盘的冷却气体通过流路。

9.如权利要求1或2中任一项所述的等离子处理装置，其特征在于：

进一步含有等离子断层摄影部，其对将所述上部电极和下部电极之间的空间假想分割的各区域，分别进行等离子密度的断层摄影，并向所述控制部提供与拍摄的各区域等离子密度相关的数据。

10.如权利要求9所述的等离子处理装置，其特征在于：

所述断层摄影部含有：

多个第一摄影机构，其在与所述下部电极的上面平行的一方向、对所述上部电极和下部电极之间的空间进行摄影；

多个第二摄影机构，其在与所述第一摄影机构不同的方向上进行摄影。

11.如权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于：

所述控制部具有PID反馈控制机构、神经网络系统、模糊控制系统中的任一个。

12.一种等离子处理方法，其特征在于，包含如下步骤：

将基板送入真空腔内部的步骤；

在所述真空腔内部形成等离子的步骤；

在所述真空腔内部的各区域分别对等离子密度进行摄影的步骤；

根据所拍摄的等离子密度，计算各区域偏置功率的步骤；

将计算得到的偏置功率施加于各区域的步骤；

将基板送出到所述真空腔外部的步骤。

13.如权利要求12所述的等离子处理方法，其特征在于：

在所述对等离子密度进行摄影的步骤中，在两个以上彼此不同的方向，分别对一个区域的等离子密度进行摄影。

14.如权利要求12所述的等离子处理方法，其特征在于：

在所述计算偏置功率的步骤中使用PID反馈控制机构。

15.如权利要求14所述的等离子处理方法，其特征在于：

所述PID反馈控制机构将所拍摄的各区域等离子密度用作输入变量，将各区域偏置功率作为输出变量。

16.如权利要求12所述的等离子处理方法，其特征在于：

在送入所述基板的步骤中，还包含将基板与下部电极紧密结合的步骤。

17.如权利要求16所述的等离子处理方法，其特征在于：

在将所述基板与下部电极紧密结合的步骤中，利用静电力将基板与下部电极紧密结合。