CN102860139A

CN102860139A - 等离子体处理装置

Info

Publication number: CN102860139A
Application number: CN201180020058.7A
Authority: CN
Inventors: 李庆镐
Original assignee: Terra Semiconductor Inc
Current assignee: Tera Semicon Corp; Terra Semiconductor Inc
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2013-01-02
Also published as: WO2011132903A3; WO2011132903A2; KR101157204B1; JP2013528934A; KR20110116922A; TW201145348A

Abstract

本发明公开了一种等离子体处理装置。等离子体处理装置（1）包括：反应室（100）；上部电极（200），配置在反应室（100）的内部，被施加电源以产生等离子体；多个调节部（400），与上部电极（200）连接，用于调节上部电极（200）的形状；以及下部电极（300），配置在反应室（100）的内部，用于搭载并支承基板（10）。等离子体处理装置（1）能够将用于施加高频的上部电极的形状调节成作业者所需形状，因此，能够反应室（100）内部的各部位均匀地产生等离子体。

Description

等离子体处理装置

技术领域

本发明涉及等离子体处理装置，更具体地说，涉及一种通过调节被施加高频的上部电极的形状，能够在反应室内部的每个部位均匀地产生等离子体的等离子体处理装置。

背景技术

高频等离子体处理装置在制造或蚀刻用于太阳能电池、薄膜晶体管等的如非晶硅层、微晶硅层、多晶硅层、氮化硅层等半导体层或绝缘层时使用。

采用高密度等离子体制造或蚀刻半导体层或绝缘层时，以往，利用作为实用电源频率的13.56MHz的无线电频率（RF），然而，最近为了提高半导体层的生长速度、半导体层的特性或者半导体层的蚀刻速度等，通常利用30MHz以上的超高频（VHF）。

发明内容

技术问题

一般地，利用30MHz以上的超高频，不会有太大的问题。然而，大面积基板的情况，由于电极的尺寸对应基板的尺寸而变大，因此，可能从电极产生驻波（standing wave）。具体地说，电极的尺寸变大，而电极的尺寸接近于超高频波长长度的一半时，有可能在电极产生驻波，驻波是波形在某一时刻不向左右推进而停止的波。

由于这些驻波，在反应室内部可能产生非均匀的等离子体。例如，由于驻波，可能在电极的中央部附近所产生的等离子体的密度比电极的边缘高。等离子体的非均匀，导致半导体层的非均匀生长等，因此，需要一种能够改善这些问题的新技术。

解决技术问题的方法

于是，本发明为了解决上述现有技术的问题而提出，其目的在于，提供通过调节被施加高频的上部电极的形状，在反应室内部的每个部位能够均匀地产生等离子体的等离子体处理装置。

另外，本发明的目的在于，提供一种等离子体处理装置，能够减少配置特殊形状的上部电极而需要重新设置上部电极或需要使用分离型上部电极的麻烦。

为了达成上述目的，本发明的一实施例涉及的等离子体处理装置，其包括：反应室；上部电极，配置在上述反应室的内部，被施加电源以产生等离子体；多个调节部，与上述上部电极连接，用于调节上述上部电极的形状；以及下部电极，配置在上述反应室的内部，用于搭载并支承基板。

发明效果

根据本发明，能够调节用于施加高频的上部电极的形状，从而能够在反应室内部的每个部位均匀地产生等离子体。

此外，根据本发明，不需要为了配置特殊形状的上部电极而重新设置上部电极或使用分离型上部电极，因此，能够减少麻烦。

附图说明

图1是示出本发明的一实施例涉及的等离子体处理装置的结构图。

图2是示出本发明的一实施例中，上部电极和多个调节部彼此连接状态的示意图。

图3是示出本发明的一实施例中，上部电极被调节成中央部具有最高凸面形状的示意图。

图4是示出本发明的一实施例中，上部电极被调节成具有弯曲形状的示意图。

具体实施方式

后述对本发明的详细说明，参照作为能够实施本发明的特定实施例为例示出的附图。为了能够使本领域的普通技术人员实施本发明，详细说明这些实施例。本发明的各种实施例虽然彼此不同，但应当理解为相互并不排斥。例如，在此记载的特定形状、特定结构及特定实施例，在不超出本发明的思想和保护范围的情况下，可以以其它实施例实现。此外，应当理解为，在不超出本发明的思想和保护范围的情况下，公开的各实施例中的个别构成要素的位置或配置可以变更。因此，后述的详细说明并不意在限定本发明，恰当地说，本发明的保护范围应以权利要求书的记载为准，与其权利要求所主张的同等范围内的全部技术思想都属于本发明的权利保护范围。在附图中，类似的附图标记表示相同或类似的功能，为了便于理解也有可能夸张表示长度、面积、厚度和形状。

下面，参照附图详细说明本发明的优选实施例，使得本发明所属技术领域的普通技术人员能够容易实施本发明。

首先，本发明的等离子体处理装置1，能够执行在整个半导体工艺领域中利用等离子体进行的所有工艺。下面，对基板10进行等离子体处理，并不仅指在基板10上形成半导体层，还能够解释为包括对基板10上形成的半导体的表面进行改性或者对基板10上形成的半导体层进行蚀刻等的意思。

参照图1，本发明的一实施例涉及的等离子体处理装置1包括反应室100。在进行工艺的期间，反应室100的内部空间被实质性地密闭，从而能够提供对基板10进行等离子体处理的空间。该反应室100构成为能够保持最佳工艺条件，可制作成矩形或圆形。反应室100的材料可以为不锈钢、铝等，但并不限定于此。

进一步参照图1，可以在反应室100的上部面形成有多个贯穿孔110，该贯穿孔110中贯穿后述的多个调节部400。为了使调节部400向上或向下移动，可以在贯穿孔110的内周表面上加工有螺纹，对其后述。

另一方面，虽然在图1中未图示，可以在反应室100的一侧设置有以上下方向开关的门（未图示），该门用于向反应室100装载和卸载基板10。在上述门被打开的状态下，可以利用如移送臂这样的基板装载装置（未图示），将基板10装载到反应室100内或从反应室100卸载。

其次，进一步参照图1，本发明的一实施例涉及的等离子体处理装置1，可以包括上部电极200。上部电极200可以执行从外部接收高频电源而产生等离子体的功能。此时，如后面所述，通过多个调节部400可以将上部电极200的形状调节成各种形状。在这个意义上，上部电极200优选由具有一定强度和弹性的纯金属或者金属合金构成，但并不限定于此。

作为本发明的上部电极200，可以根据产生等离子体的原理，采用各种形式的等离子体电极。即，作为本发明的上部电极200，可以采用电感耦合等离子体（ICP：inductively coupled plasma）型等离子体电极、电子回旋共振（ECR：electron cyclotron resonance）型等离子体电极、表面波等离子体（SWP：surfacewave plasma）型等离子体电极等。然而，本发明的上部电极200优选为以电容耦合方式产生等离子体的平板型电极。

此外，虽然在图1中概略示出了上部电极200，然而在等离子体工艺领域中通常采用的上部电极200的构成要素，也可以用于本发明的上部电极200。例如，本发明的上部电极200还可以采用诸如上部电极200中通常采用的电介质（未图示）或用于以喷头方式喷射反应气体的多个孔（未图示）等。

其次，进一步参照图1，本发明的一实施例涉及的等离子体处理装置1可以包括下部电极300。下部电极300可以与上部电极200一同执行产生等离子体的功能。为此，如图1所示，下部电极300以与上部电极200相对置的形式配置在反应室100的内部。下部电极300可通过接地线而与外部形成接地。

进一步参照图1，在下部电极300上搭载并支承待进行等离子体处理的基板10。如此，下部电极300除了执行产生等离子体的功能之外，还可以执行放置基板10的支承架的功能。为此，虽然并不是必须的，但下部电极300可以构成为平板型。

另一方面，对施加于本发明的上部电极200的电源频率，并不特别限定，但优选施加超短波（VHF：very high frequency）频段的频率，即、30MHz至300MHz范围内的频率。这样利用超短波频段的频率时，能够显著提高等离子体工艺的速度，从而能够提高等离子体工艺的生产力。等离子体工艺速度的提高，能够提高在基板10上形成的半导体层的生长速度或者半导体层的蚀刻速度等。

然而，超短波频段的频率，波长相对短。这样短的波长，在上部电极200的尺寸小时，问题不大，然而，随着基板10的大面积化，上部电极200的尺寸也随之变大时，阻碍产生均匀的等离子体。这是由于被施加的电源频率的波长变短而上部电极200变长引起的驻波（standing wave）现象所致。所以，等离子体的均匀产生，可能由于驻波现象而被抑制，例如，相对于上部电极200的边缘，可能在上部电极200的中央部附近所产生的等离子体的密度高。

为了解决这些问题，本发明的等离子体处理装置，其特征在于，包括多个用于调节上部电极200的形状的调节部400。下面，详细说明这些多个调节部400。

多个调节部400的下部侧与上部电极200连接，而上部侧位于反应室100的上部外侧。即，调节部400经过反应室100的上部面，并执行调节上部电极200的形状的功能。多个调节部400以什么样的构成原理调节上部电极200的形状，并不特别限定。优选多个调节部400与上部电极200的上部面连接且通过垂直向上或向下移动来调节上部电极200的形状。例如，将连接于上部电极200中央的调节部400加以固定的状态下，使周围其它调节部400垂直向下移动，从而能够将上部电极200调节成中央部具有最高凸面的形状。

考虑到各调节部400向下移动程度能够决定连接于各调节部400上的上部电极200的位置，优选多个调节部400彼此独立的向上或向下移动。

具体说明如下，在将连接于上部电极200中央部的调节部400固定的状态下，与其它周围调节部400相比，使连接于上部电极200边缘的调节部400向下移动更多，从而上部电极200的中央部具有最高的位置。因此，优选任一调节部400的向上或向下移动与该任一调节部400相邻的调节部400的向上或向下移动彼此独立。基于这种结构，能够将上部电极200调节成具有各种形状。

此外，优选多个调节部400彼此隔着规定间距地与上部电极200连接。

在图2中示出了上部电极和多个调节部彼此连接的状态。

参照图2可知，多个调节部400以纵横隔着规定间距而与上部电极200连接。基于这种结构，能够更有效地调节上部电极200的形状。另一方面，在图2中示出的本发明的调节部400为15个，但并不限定于此，根据本发明所被应用的目的，可以构成为不同数量。

以往，为了配置特殊形状的上部电极200，需要拆卸现有的上部电极200之后重新配置上部电极200。为了解决该问题，出现了利用彼此能够分离的多个电极并将电极组装成各种形式，从而配置成具有特殊形状的上部电极200的技术。然而，根据这些现有技术，需要增设用于向各电极供给电力的单独结构，因此，具有安装费高且上部电极200的结构变复杂的局限性。与这些现有技术不同，本发明通过使多个调节部400独立地向上或向下移动来调节上部电极200的形状，因此，能够更容易地变形上部电极200的形状。

如上所述，本发明的多个调节部400能够与上部电极200的上部面连接的状态下向上或向下移动。为此，能够采用各种公知的垂直移动原理，优选采用如下构成。

首先，进一步参照图1，具体地，多个调节部400可以配置成，与上部电极200的上部面连接，且贯穿反应室100的上部面。为此，如上所述，在反应室100的上部面上可以形成有多个贯穿孔110，多个调节部400贯穿该多个贯穿孔110。此时，优选贯穿孔110的内径与调节部400的外径实质上一致。

此外，为了使上部电极200具有规定形状，需要使向上或向下移动的调节部400被固定在这些移动位置上。考虑到这点，贯穿孔110和调节部400可以采用螺钉原理。换言之，在贯穿孔110的内周表面上可以加工有螺纹，而与其接触的调节部400的外周表面上也加工有螺纹。基于这些结构，多个调节部400以接触于多个贯穿孔110的内周表面的状态旋转，从而能够向上或向下移动并固定。

另一方面，优选调节部400旋转时上部电极200不旋转。因此，优选调节部400的上下方向直线运动传递给上部电极400而调节部400的旋转力不传递给上部电极200。

此外，如图1所示，在各贯穿孔110的上部，还可以配置有气体密封件120，该气体密封件120能够封堵在贯穿孔110与调节部400之间产生的缝隙，从而防止气体流入到反应室100内部。作为这种气体密封件120，可以采用多个O型环（未图示）和管状颈圈（collar，未图示）。在颈圈的内周表面上也可以加工有类似于贯穿孔110的螺纹，以便使调节部400贯穿。

如上所述，多个调节部400可以将上部电极200调节成具有各种形状。此时，优选上部电极200的形状调节能够引导所产生的等离子体均匀。换言之，优选将上部电极200的形状调节成，避免等离子体集中产生在反应室100内部的局部位置，而在反应室100内部的整个位置均匀地产生等离子体。

驻波现象是发生等离子体不均匀的主要原因之一。因此，用于产生均匀的等离子体的最佳方法之一就是使驻波现象最小化的方向调节上部电极200的形状。考虑到驻波现象是由于施加于上部电极200的电源频率的波长短而与此同时上部电极200的尺寸变大引起的，为了使驻波现象最小化，优选考虑施加于上部电极200的电源频率或上部电极200的尺寸，来调节上部电极200的形状。

例如，假设上部电极200的尺寸为施加于上部电极200的频率的波长的一半的情况。此时，可能在上部电极200的中央部附近产生高密度的等离子体，而沿着上部电极200的边缘逐渐产生低密度的等离子体。为了改善这些问题，可以通过多个调节部400将上部电极200调节成中央部具有最高凸面的形状。这样，上部电极200的中央部与下部电极300之间的距离最远，因此，在上部电极200的中央部产生相对低密度的等离子体。由此，在上部电极200和下部电极300之间产生均匀的等离子体。即，在反应室100的内部，产生每处都均匀的等离子体。

图3是表示根据本发明的一实施例上部电极被调节成具有中央部最高凸面形状的示意图。

参照图3，为了使上部电极200具有中央部最高的凸面形状，在将上部电极200中央部的调节部410加以固定的状态下，将位于上部电极200中央部与边缘之间的调节部420向下移动规定距离，而将位于上部电极200边缘位置的调节部430向下移动至最低。在此，将调节部420向下移动规定距离是指，与向下移动至最低的调节部430相比向下移动少的意思。

另一方面，在如上调节上部电极200的形状的状态下，能够将上部电极200变更为其它新形状。此时，将向下移动的位于上部电极200中央部与边缘之间的调节部420和位于上部电极200边缘的调节部430重新向上移动。那么，由于上部电极200的弹性，上部电极200再次具有平板型，在该状态下，能够重新调节上部电极200的形状。

此外，假定对上部电极200施加非常高的频率，而上部电极200的尺寸小于频率波长的一半时的情况。此时，在上部电极200的中央部附近产生最高密度的等离子体，而沿着边缘逐渐产生低密度的等离子体，在超出规定位置之后等离子体的产生密度再次提高，所以在位于上部电极200的中央部与边缘之间的位置，产生最低密度的等离子体。因此，在这种情况下，可以通过多个调节部400，将上部电极200的形状调节成具有弯曲形状。

参照图4，上部电极200可以调节成，具有中央部最高而沿着边缘高度逐渐变低而在规定位置之后高度再次变高，从而位于中央部与边缘之间的位置最低的形状。进一步参照图4，为了使上部电极200具有该形状，可以在位于上部电极200中央部的调节部410被固定的状态下，将位于上部电极200的中央部与边缘之间的调节部420向下移动至最低，而将位于上部电极200边缘的调节部430向下移动规定距离。在此，将调节部430向下移动规定距离是指，与向下移动至最低的调节部420相比向下移动少的意思。

虽然在上面说明了调节上部电极200的形状的两个实例，然而，根据施加于上部电极200的电源频率或者上部电极200的尺寸，上部电极200可以调节成更多种形状。

另一方面，上部电极200形状的调节，可以通过手动完成，但优选通过外部计算设备自动完成。在此，外部计算设备可以是安装有微处理器且具有信息处理功能的设备。外部计算设备考虑施加于上部电极200的电源频率或上部电极200的尺寸而导出最佳的上部电极200形状，从而能够自动调节上部电极200的形状。

此外，虽然在图1中未图示，但在本发明的等离子体1中，还可以采用一般在等离子体处理装置1中采用的构成要素，例如，工艺气体供给部、辅助气体供给部等。只是，这些构成要素属于本发明所属技术领域的公知构成要素，因此省略对其的详细说明。

如上所述，本发明举例说明了优选实施例，但上述实施例并不用于限定本发明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不超出本发明思想的范围内，可以进行多种变形和变更。应当理解为，这些变形例和变更例属于本发明和权利要求书的保护范围之内。

Claims

1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：

反应室；

上部电极，配置在上述反应室的内部，被施加电源以产生等离子体；

多个调节部，与上述上部电极连接，用于调节上述上部电极的形状；以及

下部电极，配置在上述反应室的内部，用于搭载并支承基板。

2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，

上述多个调节部的一侧与上述上部电极连接，而另一侧位于上述反应室的外侧，并以贯穿上述反应室的上部面的状态配置。

3.根据权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于，

在上述反应室的上部面上形成有多个贯穿孔，上述多个调节部分别贯穿该多个贯穿孔，

在上述调节部以及上述贯穿孔的内周表面上加工有彼此螺合的螺纹。

4.根据权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于，

上述多个调节部插入在上述贯穿孔内，并随着旋转而向上或向下移动，

上述调节部的旋转不传递给上述上部电极，而上述调节部的向上或向下移动传递给上述调节部，从而调节上述上部电极的形状。

5.根据权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括：

多个气体密封件，包围上述多个调节部的外周表面，以封闭上述反应室。

6.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，

上述多个调节部各自独立地执行调节上述上部电极的动作。

7.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，

上述多个调节部彼此隔着规定间距与上述上部电极连接。

8.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，

通过上述多个调节部，使上述上部电极具有弯曲形状。

9.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，

通过上述多个调节部，使上述上部电极具有中央部最高的凸面形状。

10.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，

上述多个调节部基于施加在上述上部电极的电源频率或者上述上部电极的尺寸中的至少一个，调节上述上部电极的形状。

11.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，

施加于上述上部电极的电源频率为30Hz至300MHz。