CN102646569A - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

一种等离子体处理装置，包括：腔室；设置在所述腔室的上部中的上电极；设置在所述腔室的下部中与所述上电极相对的位置处的下电极；布置在所述下电极之下的绝缘板；以及设置在所述绝缘板之下的底板，所述底板布置为使得所述下电极和所述底板之间的间隔能够为锥形。在根据本发明示例性实施方式的等离子体处理装置中，位于上下且之间具有绝缘板的冷却板和底板并不平行而是相互倾斜，使得可以通过在冷却板和底板之间产生的电场来最大化地防止提供到下电极的射频(RF)输送的损失，从而提高了RF输送效率。

Description

等离子体处理装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年2月22日提交的韩国专利申请No.10-2011-0015600的优先权，在此以引用的方式将其全部内容并入。
技术领域
本发明提供一种等离子体处理装置，更具体地，提供一种提高了容性耦合等离子体(CCP)装置中的射频(RF)输送(transfer)效率的等离子体处理装置。
背景技术
通常，等离子体处理装置广泛用于等离子体化学气相沉积装置、等离子体溅射装置、等离子体刻蚀装置、等离子体离子注入和掺杂装置等，以在基板上形成薄膜。
作为产生等离子体的方法，存在诸如容性耦合等离子体(CCP)法、感性耦合等离子体(ICP)法、电子回旋共振(ECR)等离子体法、微波等离子体法等多种方法。
在这些方法之中，用于产生CCP的装置包括上电极和下电极，并包括位于下电极下面的绝缘材料和底板。
然而，底板和下电极大多以平行平板的形式实现。因此，底板和下电极可用作电容器，并产生不期望的电场。该电场中断了从底板底部向下电极施加的射频(RF)流，从而降低了RF输送效率。
发明内容
相应地，构思本发明以解决上述问题，并且本发明的一个方面是提供一种等离子体处理装置，其中下电极下面的底板和底板上方的下电极或冷却板相互倾斜，使得可以提高提供到下电极的射频(RF)输送效率。
在一个方面中，一种等离子体处理装置，包括：腔室；设置在所述腔室的上部中的上电极；设置在所述腔室的下部中与所述上电极相对的位置处的下电极；布置在所述下电极之下的绝缘板；以及设置在所述绝缘板之下的底板，所述底板布置为使得所述下电极和所述底板之间的间隔能够为锥形。
该等离子体处理装置还可包括在所述下电极和所述绝缘板之间的冷却板，所述冷却板的与所述绝缘板接触的表面形成为锥形，所述冷却板的中央部分和周围部分的厚度不同。
所述冷却板的中央部分可比周围部分厚。所述冷却板的中央部分可比周围部分薄。所述底板的与所述绝缘板接触的表面形成为锥形，所述底板的中央部分和周围部分的厚度不同。所述底板的中央部分可比周围部分厚。所述底板的中央部分可比周围部分薄。所述绝缘板可包括第一绝缘板和第二绝缘板，所述第一绝缘板包括特氟隆材料，所述第二绝缘板堆叠到所述第一绝缘板的底部并包括陶瓷材料。所述第二绝缘板可在横向方向上比所述第一绝缘板延伸地更多。所述第一绝缘板和所述第二绝缘板相互接触的表面可以不平坦的倾斜模式形成。
如上所述，在根据本发明的示例性实施方式的等离子体处理装置中，位于上下且之间具有绝缘板的冷却板(或下电极)和底板并不平行而是相互倾斜，使得可以通过在冷却板和底板之间产生的电场来最大化地防止提供到下电极的RF流的损失，从而提高了RF输送效率。
附图说明
图1是示出了根据本发明的第一示例性实施方式的等离子体处理装置的视图。
图2是示出了根据本发明的第二示例性实施方式的等离子体处理装置的视图。
图3是示出了根据本发明的第三示例性实施方式的等离子体处理装置的视图。
图4是示出了根据本发明的第四示例性实施方式的等离子体处理装置的视图。
图5是示出了根据本发明的第五示例性实施方式的等离子体处理装置的视图。
具体实施方式
通过参照附图对示例性实施方式的详细说明，本发明将更加明显，并且本领域技术人员能够容易地实现本发明的技术构想。并且，如果确定关于与本发明相关的公知技术的详细说明可能会使得本发明的主要构想不清楚，则将省略其详细说明。
在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式。
图1是示出了根据本发明的第一示例性实施方式的等离子体处理装置的视图。如图1所示，根据本发明的第一示例性实施方式的等离子体处理装置包括内部设置有反应室的腔室100。腔室100的顶部或底部接地。
上电极110设置在腔室100的上部中，下电极130设置在腔室100的下部中。上电极110可与接地电极或匹配单元连接。
此外，上电极110设置有供气单元120，以供应用于激发等离子体并进行处理的处理气体。尽管没有示出，但是连接到供气单元120的上电极110可具有喷头结构，使得处理气体能够被均匀地供应到反应室内部。
下电极130设置在腔室100的下部中。尽管没有示出，但是，可在下电极130上设置静电卡盘(ESC)。因此，经受等离子体处理的基板放置(seated)在ESC上。
同时，冷却板140设置在下电极130下面。冷却板140与通道142和冷却剂管143相连接，其中冷却剂通过通道142流动，并且冷却剂管143与通道142连接并使从外部供应的冷却剂循环。冷却板140用于冷却下电极130，并且防止基板经受等离子体处理时下电极在预设温度或更高温度下被加热。
因此，用作冷却剂的氦气和其它冷却气体可供应到冷却板140的通道142，或者水或类似液化冷却剂可供应到通道142。此外，绝缘板150、151设置在冷却板140之下，并且底板160设置在绝缘板150、151之下。这里，底板160接地。
绝缘板150、151包括位于冷却板140之下的第一绝缘板150、以及堆叠到(stackedto)第一绝缘板150并位于第一绝缘板150之下的第二绝缘板151。第一绝缘板150可由加强特氟隆(Teflon)(诸如聚四氟乙烯(PTEF))制成，第二绝缘板151可由陶瓷制成。
同时，第二绝缘板151的横向部分在宽度上比第一绝缘板150的横向部分延伸地更多。因为形成了第二绝缘板151，所以基板所置于的板周围的电磁场变弱，因此能够防止在该板周围产生寄生等离子体。
并且，用于向下电极130提供RF的RF施加线180延伸贯穿底板160、绝缘板150和151、以及冷却板140，并且安装孔170从底板160向上直到下电极130底部而贯穿形成，以布置RF施加线180。此外，绝缘材料190内部地提供在安装孔170内的RF施加线180周围。
同时，冷却板140的与下电极130接触的顶面是平坦的，但是冷却板140的底面141是倾斜的。这样的形状导致冷却板140的中央部分较薄，并且其周围部分较厚。
并且，底板160的与绝缘板150、151相接触的顶面161是倾斜的，但是底板160的底面是平坦的。因此，底板160具有薄的中央部分和厚的周围部分。
也就是说，冷却板140和底板160不是平行板(parallel-plates)结构而是相互倾斜，使得它们之间的间隔(space)可形成为锥形。这里，倾斜角θ可位于从5度到45度的范围。
因为冷却板140和底板160并不平行而是相互倾斜，所以可以通过在冷却板140和底板160之间产生的电场来使RF能量输送效率降低得意最小化。
换句话说，如果冷却板140和底板160相互平行并且二者之间具有绝缘板150、151，则冷却板140和底板160可作为一种电容器工作。
在这种情况下，在冷却板140和底板160之间形成了电场，该电场中断了朝向下电极130的RF流，从而降低了RF输送效率。在常规CCP处理装置中，在冷却板和底板之间产生的电场看来似乎导致RF输送效率损失了30％。
为了降低RF输送效率的损失，可增加RF供应功率的强度。然而，如果RF供应功率的强度增加，则由介电材料制成的绝缘板150、151中的极化电流也变大。因此，RF供应功率的增加是无效的。
相应地，根据本发明的示例性实施方式，冷却板140和底板160之间的间隔形成为部分地变得更宽和更窄，从而最小化RF输送效率的损失。
在冷却板140和底板160之间的间隔变宽的情况下，如以下表达式1所示，冷却板140和底板160之间的电容变弱，并且变弱程度与间隔距离的变宽程度一样，从而减弱了电场。
[等式1]
C＝ε×(A/d)
(其中，ε：介电常数，A：电极的相对面积(opposite area)，d：电极之间的距离)
因此，可通过使冷却板140和底板160相互间隔更远来降低RF输送效率的损失。
同时，随着冷却板140和底板160之间的间隔变宽，存在冷却板140和底板160之间的间隔相对变窄的部分。在该窄部分中，出现了极化电流聚集(即电荷聚集)的现象。
然而，该电荷聚集导致电场与驻波匹配。该驻波指的是从冷却板140和底板160的相对面反射并在彼此相反的方向上传播的相对电磁波的交流分量抵消的定态波。因此，在窄的间隔中由于驻波而不会降低RF输送效率。
为了生成驻波，需要根据冷却板140和底板160的面积和厚度调整对于较窄部分中的间隔的设计。能根据设备的尺寸和电极的面积而不同地调整对于这种间隔的设计。
如上所述，在根据第一示例性实施方式的等离子体处理装置中，冷却板140和底板160之间的间隔在其中央部分变宽，而在其周围部分变窄，并且中央部分朝向周围部分倾斜。
此外，插入在冷却板140和底板160之间的绝缘板150对应于冷却板140和底板160之间的间隔而成形。
可选地，冷却板和底板之间的间隔可不同地倾斜。
图2是示出了根据本发明的第二示例性实施方式的等离子体处理装置的视图，图3是示出了根据本发明的第三示例性实施方式的等离子体处理装置的视图，图4是示出了根据本发明的第四示例性实施方式的等离子体处理装置的视图，图5是示出了根据本发明的第五示例性实施方式的等离子体处理装置的视图。
在图2中，冷却板240的底面是倾斜的，底板260的顶面形成为平坦的，并且第一绝缘板250和第二绝缘板251形成为对应于冷却板240的底部形状。在图2的这种情况下，冷却板240和底板260之间的间隔也形成倒V形。此外，如果第二示例性实施方式的锥形角度比第一示例性实施方式大，则可能更有效。
在图3的第三示例性实施方式中，冷却板340和底板360之间的间隔在中央部分变窄，而在周围部分变宽，并且第一绝缘板350和第二绝缘板351形成为对应于冷却板340和底板360的形状。同样，该结构能够有助于提高RF输送效率。
在与图3相对的图4的第四示例性实施方式中，仅仅冷却板440的底面是倾斜的，底板460的顶面形成为平坦的，并且第一绝缘板450和第二绝缘板451形成为对应于冷却板440的形状。在图4的这种情况下，冷却板440和底板460之间的间隔也形成V型，因此能够最小化RF输送效率的损失。
在图5的第五示例性实施方式中，向下倾斜突出的凸起形成在冷却板540的底面上的至少两个点处，第二绝缘板551的中央部分形成为具有菱形形状，并且菱形形状的外围延伸为具有大致三角形形状。此外，第一绝缘板550填充在第二绝缘板551和冷却板440之间。在图5的这种情况下，冷却板540和底板560之间的间隔包括多个锥形部分，使得可以降低RF输送效率的损失。
在本发明的上述示例性实施方式中，位于上下并且之间具有绝缘板150的冷却板140、240、340、440、540和底板160、260、360、460、560并不平行，而是通过各种方法相互倾斜，使得可以通过在冷却板140、240、340、440、540和底板160、260、360、460、560之间产生的电场来最大化地防止提供到下电极的RF输送的损失，从而提高了RF输送效率并提供了具有高效率的等离子处理装置。本发明的这些示例性实施方式可更有效地用于容性耦合等离子体(CCP)处理装置。
虽然已参照本发明的示例性实施方式具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应当明白，在不脱离所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可在形式和细节上进行各种改变。示例性实施方式应该被视为仅是说明性的，而并不是为了限制的目的。因此，本发明的范围并不是由本发明的详细说明来限定，而是由所附的权利要求来限定，并且该范围内的所有差别将被解释为包括在本发明中。

Claims (10)

1.一种等离子体处理装置，该等离子体处理装置包括：
腔室；
设置在所述腔室的上部中的上电极；
设置在所述腔室的下部中与所述上电极相对的位置处的下电极；
布置在所述下电极之下的绝缘板；以及
设置在所述绝缘板之下的底板，所述底板布置为使得所述下电极和所述底板之间的间隔能够为锥形。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，该等离子体处理装置还包括在所述下电极和所述绝缘板之间的冷却板，所述冷却板的与所述绝缘板接触的表面形成为锥形，所述冷却板的中央部分和周围部分的厚度不同。
3.根据权利要求2所述的等离子体处理装置，其中所述冷却板的中央部分比周围部分厚。
4.根据权利要求2所述的等离子体处理装置，其中所述冷却板的中央部分比周围部分薄。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中所述底板的与所述绝缘板接触的表面形成为锥形，所述底板的中央部分和周围部分的厚度不同。
6.根据权利要求5所述的等离子体处理装置，其中所述底板的中央部分比周围部分厚。
7.根据权利要求5所述的等离子体处理装置，其中所述底板的中央部分比周围部分薄。
8.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中所述绝缘板包括第一绝缘板和第二绝缘板，所述第一绝缘板包括特氟隆材料，所述第二绝缘板堆叠到所述第一绝缘板的底部并包括陶瓷材料。
9.根据权利要求8所述的等离子体处理装置，其中所述第二绝缘板在横向方向上比所述第一绝缘板延伸地更多。
10.根据权利要求8所述的等离子体处理装置，其中所述第一绝缘板和所述第二绝缘板相互接触的表面以不平坦的倾斜模式形成。
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