CN102573262A - 用于产生等离子体的天线单元和包括所述天线单元的基板处理装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于产生等离子体的天线单元包括：包括第一接入部分和从所述第一接入部分分离出来的多个第一子天线的第一天线；以及包括第二接入部分和从所述第二接入部分分离出来的多个第二子天线的第二天线，所述第一接入部分和所述第二接入部分构成共轴线。

Description

用于产生等离子体的天线单元和包括所述天线单元的基板处理装置
本申请要求于2010年10月19日提交的第10-2010-0101683号韩国专利申请的优先权，在此通过参考将其全部内容并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于产生等离子体的天线单元，更具体地，涉及包括共轴引入部分的天线单元和包括所述天线单元的基板处理装置。
背景技术
通常，通过在基板上形成薄膜的沉积工艺、利用光敏材料选择性地曝光和遮蔽薄膜的光刻工艺以及选择性地去除薄膜的蚀刻工艺来制造半导体器件、显示器件和太阳能电池。在这些制造工艺中，沉积工艺和蚀刻工艺在使用等离子体的制造装置中在处于最佳真空状态的腔室内执行。在基板处理装置中，反应气体被激发以具有等离子体态并利用等离子体态反应气体执行制造工艺。
根据产生等离子体的方法，用于沉积工艺和刻蚀工艺的基板处理装置可分类为电感耦合等离子(ICP)型和电容耦合等离子(CCP)型。ICP型可应用于反应性离子刻蚀(RIE)装置和等离子增强化学气相沉积(PECVD)装置，而CCP型可应用于高密度等离子(HDP)蚀刻装置和HDP沉积装置。ICP型和CCP型具有各自的产生等离子体的原理和各自的优缺点。因此，根据使用场合需要来选择性地使用ICP型和CCP型。
图1是根据现有技术的电感耦合等离子体型基板处理装置。在图1中，基板处理装置10包括：腔室12、天线14、气体供应板16以及基板支架18。腔室12包括腔室盖12a和腔体12b并提供与外界隔离的用于处理基板的反应空间。腔室盖12a可由绝缘材料形成，并且能够将天线14的感应电场传导至腔室12的内部。
天线14设置在腔室盖12a上方并且与腔室盖12a隔开。天线14通过馈线20连接到射频(RF)电源22，而RF电源22将RF功率提供给天线14。天线14包括第一天线14a和第二天线14b。此外，馈线20包括第一馈线20a和第二馈线20b。第一天线14a通过第一馈线20a和可变电容C连接到RF电源22，而第二天线14b通过第二馈线20b连接到RF电源22。因此，第一天线14a和第二天线14b并联地连接到RF电源22。而且，在天线14和RF电源22之间形成用于匹配负载和电源阻抗的匹配器24。
气体供应板16连接到气体供应管26，并通过气体供应管26将工艺气体喷洒到腔室12内部。基板支架18面对气体供应板16，并且基板28设置在基板支架18上。
此外，基板处理装置10还包括用来将基板28送入和/或送出腔室12的闸门(未示出)以及用于从腔室12中排出反应气体和残留物的排放装置30。
在基板处理装置10中，当RF功率施加至天线14时，在天线14周围产生水平方向的时变磁场，并且由时变磁场感应出垂直方向的电场。感应电场传导入腔室12，并且腔室12中的电子由感应电场加速。加速的电子与中性气体碰撞从而产生离子和自由基，即，等离子体，并利用该等离子体执行沉积工艺和蚀刻工艺。
当第一天线14a通过设置在腔室盖12a的中心的第一接入部分40a连接到第一馈线20a和RF电源22时，第二天线14b通过设置在与腔室盖12a的中心隔开的区域的第二接入部分40b连接到第二馈线20b和RF电源22。由于第二天线14b的第二接入部分40b偏离腔室盖12a的中心并与腔室盖12a的中心隔开，因此第一天线14a和第二天线14b未相对于腔室盖12a的中心对称地设置。结果，由RF电源22提供的RF功率未均匀地分配给第一天线14a和第二天线14b，因此腔室12中的等离子体密度的均匀性变差。
发明内容
因此，本发明涉及一种用于产生等离子体的天线单元和包括所述天线单元的基板处理装置，其基本上避免了由于现有技术的局限性和缺点而引起的一个或多个问题。
本发明的目的在于提供一种包括共轴接入部分的天线单元和包括所述天线单元的基板处理装置，其改进了等离子体密度的均匀性。
本发明的另一个目的在于提供一种包括在腔室盖中心的共轴接入部分的天线单元和通过所述共轴接入部分并联地连接到射频电源的多个天线，以及包括所述天线单元的基板处理装置，射频功率均匀地分配给所述多个天线。
为了实现这些及其他有点，并根据本发明的目的，如在此具体和广泛描述的，一种用于产生等离子体的天线单元包括：包括第一接入部分和从所述第一接入部分分离出来的多个第一子天线的第一天线；以及包括第二接入部分和从所述第二接入部分分离出来的多个第二子天线的第二天线，所述第一接入部分和所述第二接入部分构成共轴线。
在另一方面，一种基板处理装置包括：包括腔室盖和腔体的腔室；在所述腔室盖上方的天线单元，其中所述天线单元包括：包括第一接入部分和从所述第一接入部分分离出来的多个第一子天线的第一天线；以及包括第二接入部分和从所述第二接入部分分离出来的多个第二子天线的第二天线，所述第一接入部分和所述第二接入部分构成共轴线；以及将射频功率施加给所述天线单元的射频电源。
应该理解的是，前面的概括描述和下面的详细描述都是示例性和解释性的，意在提供对要求保护的本发明的进一步说明。
附图说明
所包括的附图用于提供对本发明的进一步理解，所述附图被并入本说明书并构成本说明书的一部分，所述附图图示本发明的实施例。
在附图中：
图1所示出的是根据现有技术的电感耦合等离子体型基板处理装置；
图2是示出根据本发明实施例的电感耦合型基板处理装置的截面图；
图3是示出根据本发明实施例的用于基板处理装置的天线单元的立体图；
图4A是示出根据本发明实施例的天线单元的共轴接入部分的截面图；以及
图4B是示出根据本发明另一实施例的天线单元的共轴接入部分的截面图。
具体实施方式
现在将详细参考实施例，所述实施例在附图中图示。只要可能，类似的附图标记将用于表示相同或者类似的部分。
图2是示出依据本发明实施例的电感耦合型基板处理装置的截面图；
在图2中，基板处理装置110包括腔室112、天线单元145、气体供应板116以及基板支架118。包括腔室盖112a和腔体112b的腔室112提供与外界隔离的用来处理基板128的反应空间。腔室盖112a可由绝缘材料形成，使得天线114的感应电场可传导至腔室112的内部，并在腔室112中产生等离子体。由绝缘材料形成的腔室盖112a可减小天线114和等离子体之间的电容耦合。
天线单元145设置在腔室盖112a上方并与腔室盖112a隔开。天线单元145包括天线114和馈线120，天线114包括直接连接到馈线120的接入部分140。天线114通过馈线120连接到射频(RF)电源122，RF电源122将RF功率提供给天线114。天线114可包括第一天线114a和第二天线114b，而接入部分140可包括第一接入部分140a和第二接入部分140b。此外，馈线120可包括第一馈线120a和第二馈线120b。第一接入部分140a和第二接入部分140b可形成为共轴线，从而第一接入部分140a和第二接入部分140b可设置在腔室盖112a的中心。
第一天线114a的第一接入部分140a通过第一馈线120a和可变电容C连接到RF电源122，而第二天线114b的第二接入部分140b通过第二馈线120b连接到RF电源122。因此，第一天线114a和第二天线114b并联地连接到RF电源122。而且，用来匹配负载和电源阻抗的匹配器124形成在天线114和RF电源122之间。
气体供应板116连接到气体供应管126，并通过气体供应管126将工艺气体喷洒到腔室112内部。基板支架118面对气体供应板116，并且基板128设置在基板支架118上。此外，基板处理装置110还包括用于将基板128送入和/或送出腔室112的闸门(未示出)以及用于从腔室112中排出反应气体和残留物的排放装置130。
图3是示出依据本发明实施例的用于基板处理装置的天线单元的立体图。
在图3中，天线单元145包括天线114和馈线120，而天线114包括直接接触馈线120的接入部分140。天线114通过接入部分140连接到馈线120。天线114包括第一天线114a和第二天线114b。腔室盖112a(图2所示)包括相对于腔室盖112a中心的外同心区域和内同心区域。第一天线114a可设置在腔室盖112a的外同心区域，而第二天线114b可设置在腔室盖112a的内同心区域。接入部分140包括第一接入部分140a和第二接入部分140b，并且第一天线114a和第二天线114b分别包括第一接入部分140a和第二接入部分140b。此外，馈线120包括第一馈线120a和第二馈线120b。
第一天线114a和第二天线114b并联地连接到RF电源122。第二馈线120b从连接第一天线114a和匹配器124的第一馈线120a的分离点分离出来，并且第二天线114b连接到第二馈线120b。可变电容C连接在所述分离点和第一接入部分140a之间，并且可通过可变电容C调节流经第一天线114a和第二天线114b的电流比。尽管未示出，额外的可变电容可连接在所述分离点和第二接入部分140b之间以更容易地调节流经第一天线114a和第二天线114b的电流比。
第一天线114a的第一接入部分140a和第二天线114b的第二接入部分140b可在腔室盖112a的中心形成为共轴线142。例如，第一接入部分140a可包括位于其中的空洞，并且第二接入部分140b可设置在第一接入部分140a的空洞中。此外，第一接入部分140a和第二接入部分140b之间的空隙可填充有绝缘体144。绝缘体144可包括例如聚四氟乙烯的树脂。第一天线114a的第一接入部分140a连接到第一馈线120a，而第二天线114b的第二接入部分140b连接到第二馈线120b。
共轴线142的第一接入部分140a和第二接入部分140b可彼此隔开约30mm。绝缘体144可接触第一接入部分140a和第二接入部分140b。或者，绝缘体144可与第一接入部分140a和第二接入部分140b中的至少一个隔开约1mm。
伸出物146可形成在第一接入部分140a的上端，以用来与第一馈线120a连接。第二天线114b的第二接入部分140b可从共轴线142向上伸出以与第二馈线120b连接。然而，由于第一接入部分140a和第二接入部分140b形成为共轴线142，很难将第一馈线120a和第一天线114a的第一接入部分140a直接连接。因此，通过将第一馈线120a与从第一接入部分140a的上端向外伸出的伸出物146连接，第一馈线120a可容易地连接到第一接入部分140a。
第一天线114a可包括从第一接入部分140a的下端分离出来的多个第一子天线150。多个第一子天线150的每一个可具有半弧形，使得多个第一子天线150构成环形。例如，多个第一子天线150中的至少一个可包括：第一分支部分152、第一前弧形部分154、第一弯曲部分158、第一后弧形部分156以及第一接地部分159。第一分支部分152从第一接入部分140a的下端分离出来，而第一前弧形部分154连接到第一分支部分152。此外，第一弯曲部分158连接在第一前弧形部分154和第一后弧形部分156之间，而第一后弧形部分156通过第一弯曲部分158连接到第一前弧形部分154。
第一分支部分152可通过螺栓连接到圆柱形的第一接入部分140a的下端。例如，四个第一分支部分152可连接到第一接入部分140a的下端，并且两个相邻的第一分支部分152之间的角度可为约90度。
第一弯曲部分可在第一前弧形部分154和第一后弧形部分156之间垂直地和水平地弯曲，以使第一前弧形部分154和第一后弧形部分156可通过第一弯曲部分158连接而不与相邻的第一子天线150接触。例如，一个第一子天线150的第一前弧形部分154可设置在左侧相邻的第一子天线150的第一后弧形部分156的上方，而一个第一子天线150的第一后弧形部分156可设置在右侧相邻的第一子天线150的第一前弧形部分154的下方。第一接地部分159可设置成与腔室盖112a垂直，并且可连接到外部接地端以接地。
第二天线114b可包括从第二接入部分140b的下端分离出来的多个第二子天线160。多个第二子天线160中的每一个可具有环形。例如，多个第二子天线160中的每一个可包括第二分支部分162、第二前弧形部分164、第二弯曲部分168、第二中间弧形部分166、第三弯曲部分172、第二后弧形部分170以及第二接地部分174。第二分支部分162从第二接入部分140b的下端分离出来，而第二前弧形部分164连接到第二分支部分162。此外，第二弯曲部分168连接在第二前弧形部分164和第二中间弧形部分166之间，而第三弯曲部分172连接在第二中间弧形部分166和第二后弧形部分170之间。而且，第二中间弧形部分166通过第二弯曲部分168连接到第二前弧形部分164，而第二后弧形部分170通过第三弯曲部分172连接到第二中间弧形部分166。
第二分支部分162可连接到第二接入部分140b的下端。例如，两个第二分支部分162可连接到第二接入部分140b的下端，并且两个第二分支部分162之间的夹角可为约180度。
第二弯曲部分168可在第二前弧形部分164和第二中间弧形部分166之间垂直地和水平地弯曲，而第三弯曲部分172可在第二中间弧形部分166和第二后弧形部分170之间垂直地和水平地弯曲。因此，第二前弧形部分164和第二中间弧形部分166可通过第二弯曲部分168连接，而第二中间弧形部分166和第二后弧形部分170可通过第三弯曲部分172连接而不与相邻的第二子天线160接触。例如，一个第二子天线160的第二前弧形部分164和第二后弧形部分170可设置在另一个第二子天线160的第二中间弧形部分166的上方，而一个第二子天线160的第二中间弧形部分166可设置在另一第二子天线160的第二前弧形部分164和第二后弧形部分170的下方。第二接地部分174可设置成与腔室盖112a垂直，并且可连接到外部接地端以接地。
由于一个第一子天线150的第一前弧形部分154设置在另一个第一子天线150的第一后弧形部分156的上方，因此由第一前弧形部分154产生的RF磁场被第一后弧形部分156部分地屏蔽。此外，由于第一后弧形部分156距离RF电源122比第一前弧形部分154更远，因此由第一后弧形部分156产生的RF磁场会比由第一前弧形部分154产生的RF磁场具有更小的强度。结果，避免了由于RF电源122附近的强RF磁场导致的等离子体密度的局部不均匀性。相似地，由于一个第二子天线160的第二前弧形部分164和第二后弧形部分172设置在相邻的第二子天线160的第二中间弧形部分166的上方，结果，避免了由于RF电源122附近的强RF磁场导致的等离子体密度的局部不均匀性。
在图3中，虽然第一天线114a包括从第一接入部分140a分离出来的夹角为约90度的四个第一子天线150，而第二天线114b包括从第二接入部分140b分离出来的夹角为约180度的两个第二子天线160，但是在另一实施例中，可根据使用场合需要来改变多个第一子天线150的数量和多个第二子天线160的数量。
图4A是示出根据本发明实施例的天线单元的共轴接入部分的截面图，图4B是示出根据本发明另一实施例的天线单元的共轴接入部分的截面图。
在图4A中，在腔室盖112a(图2)的中心，第一天线114a的第一接入部分140a和第二天线114b的第二接入部分140b形成为共轴线142。连接到第二馈线120b(图3所示)的第二接入部分140b设置在共轴线142的中心，而连接到第一馈线120a(图3所示)的第一接入部分140a包围第二接入部分140b。此外，在第一接入部分140a和第二接入部分140b之间的空隙中填充绝缘体144。绝缘体144可包括例如聚四氟乙烯的树脂。
第一接入部分140a和第二接入部分140b可彼此隔开约30mm的间距。此外，绝缘体144可与第一接入部分140a和第二接入部分140b的每一个隔开约1mm的间距。由于第一接入部分140a暴露于外界，因此第一接入部分140a的热量相对容易发散。然而，由于第二接入部分140b被绝缘体144和第一接入部分140a包围，因此第二接入部分140b的热量相对难发散。为了冷却第二接入部分140b，在绝缘体144中形成用于制冷剂的多条流径180。例如，可穿过绝缘体144形成所述多条流径180。此外，所述多条流径180形成为与第二接入部分140b相邻以有效地冷却第二接入部分140b。例如，所述多条流径180的至少一条的中心可设置在相应于绝缘体144的中心线的圈182和第二接入部分140b之间。
在图4B中，在腔室盖112a(图2所示)的中心，第一天线114a的第一接入部分140a和第二天线114b的第二接入部分140b形成为共轴线142。连接到第二馈线120b(图3所示)的第二接入部分140b设置在共轴线142的中心，而连接到第一馈线120a(图3所示)的第一接入部分140a包围第二接入部分140b。此外，在第一接入部分140a和第二接入部分140b之间的空隙中填充绝缘体144。绝缘体144可包括例如聚四氟乙烯的树脂。
第一接入部分140a和第二接入部分140b可彼此隔开约30mm的间距。此外，绝缘体144可与第二接入部分140b接触，并且可与第一接入部分140a隔开约1mm的间距。在另一个实施例中，绝缘体144可与第一接入部分140a接触。由于第一接入部分140a暴露于外界，因此第一接入部分140a的热量相对容易发散。然而，由于第二接入部分140b被绝缘体144和第一接入部分140a包围，因此第二接入部分140b的热量相对难发散。为了冷却第二接入部分140b，在绝缘体144中形成用于制冷剂的多条流径180。例如，可穿过绝缘体144形成所述多条流径180。此外，多条流径180形成为与第二接入部分140b接触以更有效地冷却第二接入部分140b。例如，第二接入部分140b的表面可构成多条流径180的至少一条的一部分。由于制冷剂与第二接入部分140b直接接触，因此提高了冷却效率。
结果，在根据本发明的包括天线单元的ICP型基板处理装置中，多个天线并联地连接到RF电源，而所述多个天线的多个接入部分在腔室盖的中心形成为共轴线。结果，RF功率被均匀地施加至所述多个天线，从而提高了等离子体密度的均匀性。
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，对本发明的用于产生等离子体的天线单元和包括所述天线单元的基板处理装置作出各种修改和变型对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，本发明旨在涵盖归入所附权利要求书及其等同物的范围内的本发明的修改和变型。

Claims (16)

1.一种用于产生等离子体的天线，包括：
第一天线，包括第一接入部分和从所述第一接入部分分离出来的多个第一子天线；以及
第二天线，包括第二接入部分和从所述第二接入部分分离出来的多个第二子天线，所述第一接入部分和所述第二接入部分构成共轴线。
2.如权利要求1所述的天线单元，其中所述第一接入部分包括空洞，所述第二接入部分设置在所述空洞中。
3.如权利要求2所述的天线单元，其中所述第一接入部分和所述第二接入部分之间的空隙中填充有绝缘体。
4.如权利要求3所述的天线单元，其中用于制冷剂的多条流径形成在所述绝缘体中。
5.如权利要求4所述的天线单元，其中所述绝缘体与所述第二接入部分接触，并且所述第二接入部分的表面构成所述多条流径的至少一条的一部分。
6.如权利要求4所述的天线单元，其中所述绝缘体与所述第二接入部分隔开，并且所述多条流径的至少一条设置成邻近所述第二接入部分。
7.如权利要求1所述的天线单元，其中所述多个第一子天线的至少一个包括：
从所述第一接入部分的下端分离出来的第一分支部分；
连接到所述第一分支部分的第一前弧形部分；
连接到所述第一前弧形部分的第一后弧形部分；以及
连接在所述第一前弧形部分和所述第一后弧形部分之间的第一弯曲部分。
8.如权利要求7所述的天线单元，其中所述多个第一子天线的一个的所述第一前弧形部分设置在所述多个第一子天线的相邻的一个的所述第一后弧形部分的上方。
9.如权利要求8所述的天线单元，其中所述多个第二子天线的至少一个包括：
从所述第二接入部分的下端分离出来的第二分支部分；
连接到所述第二分支部分的第二前弧形部分；
连接到所述第二前弧形部分的第二中间弧形部分；
连接到所述第二中间弧形部分的第二后弧形部分；
连接在所述第二前弧形部分和所述第二中间弧形部分之间的第二弯曲部分；以及
连接在所述第二中间弧形部分和所述第二后弧形部分之间的第三弯曲部分。
10.如权利要求9所述的天线单元，其中所述多个第二子天线中的一个的所述第二前弧形部分和所述第二后弧形部分设置在所述多个第二子天线中的另一个的所述第二中间弧形部分的上方。
11.如权利要求10所述的天线单元，其中所述多个第一子天线的至少一个进一步包括连接到所述第一后弧形部分的第一接地部分，所述多个第二子天线的至少一个进一步包括连接到所述第二后弧形部分的第二接地部分。
12.如权利要求1所述的天线单元，其中所述第一天线和所述第二天线并联地连接到射频电源。
13.一个基板处理装置，包括：
包括腔室盖和腔体的腔室；
在所述腔室盖上方的天线单元，其中，所述天线单元包括：
包括第一接入部分和从所述第一接入部分分离出来的多个第一子天线的第一天线；以及
包括第二接入部分和从所述第二接入部分分离出来的多个第二子天线的第二天线，所述第一接入部分和所述第二接入部分构成共轴线；以及
将射频功率施加到所述天线单元的射频电源。
14.如权利要求13所述的基板处理装置，其中所述第一接入部分包括空洞，所述第二接入部分设置在所述空洞中。
15.如权利要求14所述的基板处理装置，其中，所述第一接入部分和所述第二接入部分之间的空隙中填充有绝缘体。
16.如权利要求13所述的基板处理装置，其中所述第一接入部分通过第一馈线和可变电容连接到所述射频电源，所述第二接入部分通过第二馈线连接到所述射频电源，并而其中所述第一天线和所述第二天线并联地连接到所述射频电源。
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