CN104602436A - 基板处理装置以及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基板处理装置。本发明的一实施例所涉及的基板处理装置包括工序腔室、基板支承单元、天线板、介电板、波长缩短板以及气体供给单元等。气体供给单元使激发气体喷射单元配置于比工序气体喷射单元高的位置而使包含惰性气体的激发气体在比工序气体高的位置喷射，由此防止介电板的损伤，能够生成高密度的等离子体，能够防止在50mmTorr以上的工序压力下的工序或者使用氢气体的工序中的工序性能下降。

Description

基板处理装置以及方法
技术领域
本发明涉及基板处理装置以及方法，更详细而言涉及利用等离子体来处理基板的装置以及方法(APPARATUS AND METHOD FORTREATING SUBSTRATE)。
背景技术
等离子体是指通过很高的温度、强电场或高频电磁场(RFElectromagnetic Fields)生成，并且由离子或电子、自由基等构成的离子化的气体状态。半导体元件制作工序使用等离子体来执行薄膜蒸镀工序。薄膜蒸镀工序是通过等离子体所含有的离子粒子在基板上蒸镀成薄膜而执行。
一般而言，等离子体处理装置向腔室内分别供给工序气体以及等离子体激发气体，并通过从天线板施加的高频电力来将工序气体激发成等离子体状态。在腔室的内侧面设有供给工序气体的工序气体喷射孔以及供给等离子体激发气体的激发气体喷射孔。工序气体喷射孔以及激发气体喷射孔在同一高度位置交替排列。
然而，在将不同的气体从同一高度位置喷射时，若介电板与基板支承单元的距离在一定距离以下，则由于越靠近介电板，电子温度越高，所以为了防止基板损坏，而使用低功率，因此无法生成高密度的等离子体，并且若介电板与基板支承单元的距离在一定距离以上，则由于为了生成基板的均匀的膜，而使用高功率，因此发生介电板的损伤。另外，在执行一定压力以上或包含氢气的工序处理时，基板处理性能下降。
发明内容
本发明提供能够形成高密度的等离子体的基板处理装置以及方法。
此外，本发明提供能够防止介电板的损伤的基板处理装置以及方法。
此外，本发明提供能够防止在一定压力以上的工序或者包含氢气体的工序中工序性能下降的基板处理装置以及方法。
本发明所要解决的技术课题不限于此，关于没有提到的其他课题，本领域的技术人员可从下述记载明确理解。
本发明提供基板处理装置。根据一实施例，基板处理装置包括在内部形成有空间的工序腔室；配置于上述工序腔室内，并支承基板的基板支承单元；配置于上述基板支承单元的上部，并形成有多个狭缝的天线板；配置于上述天线板的下部，并使微波向上述工序腔室内部空间扩散以及透过的介电板；以及配置于上述介电板与上述基板支承单元之间的高度，并向上述工序腔室内供给气体的气体供给单元；上述气体供给单元具有配置于第一高度，并供给第一气体的第一喷射单元；以及配置于比上述第一高度低的第二高度，并供给与上述第一气体不同的第二气体的第二喷射单元。
此外，上述第一喷射单元喷射激发气体，上述第二喷射单元喷射工序气体。
根据本发明的另一实施例，基板处理装置中，上述气体供给单元包括第三喷射单元，上述第三喷射单元配置成喷射清洗气体。
此外，上述第三喷射单元配置于上述第二喷射单元的下部。
此外，本发明提供基板处理方法。根据一实施例，基板处理方法利用上述基板处理装置，在工序进行时上述工序腔室内的压力在50mTorr以上。
根据另一实施例，基板处理方法利用上述基板处理装置，上述第二喷射单元喷射包含氢气体的工序气体。
此外，氢气体量在上述工序腔室内的总气体量的20％以上。
根据本发明的实施例，由于包含惰性气体的激发气体在比工序气体高的位置喷射，因此能够防止介电板的损伤。因此能够与介电板在一定距离内喷射激发气体，因此能够形成高密度的等离子体。
此外，根据本发明的实施例，能够防止在一定压力以上的工序或包含氢气体的工序中工序性能的下降。
附图说明
图1为表示本发明的一实施例的基板处理装置的剖视图。
图2为表示图1的气体供给单元的立体图。
图3为表示图1的天线板的俯视图。
图4为表示本发明的另一实施例的基板处理装置的剖视图。
附图标记说明
10，20:基板处理装置        W:基板
100:工序腔室         200:基板支承单元
300:气体供给单元        400:微波施加单元
500:天线板          600:波长缩短板
700:介电板
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行更详细的说明。本发明的实施例可变形为各种方式，不得解释为本发明的范围限定于以下的实施例。本实施例是为了对本领域具有普通知识的技术人员更完整地说明本发明而提供的。因此为了强调更明确的说明，图中的要素形状有所夸大。
图1为表示本发明的一实施例的基板处理装置10的剖视图。
参照图1，基板处理装置10对基板W执行等离子体工序处理。基板处理装置10包括工序腔室100、基板支承单元200、气体供给单元300、微波施加单元400、天线板500、波长缩短板(wavelength-shorteningplate)600以及介电板700。
工序腔室100在内部形成有空间101，内部空间101为执行基板W处理工序的空间。工序腔室100包括基座110和外罩120。基座110其上表面敞开，并且在内部形成有空间。外罩120放置于基座110的上端，封闭基座110的被敞开的上表面。外罩120以使上部空间具有比下部空间更大的半径的方式在下端部内侧形成台阶。
在工序腔室100的一侧壁可以形成开口(未图示)。开口为基板W能够相对于工序腔室100内部出入的通路。开口通过门(未图示)进行开闭。
在工序腔室100的底面形成排气孔102。排气孔102连接于排气线路131。通过排气线路131进行的排气，工序腔室100的内部可以维持低于常压的压力。另外，在工序过程中生成的反应副产物以及停留于工序腔室100内部的气体可通过排气线路131向外部排出。
基板支承单元200位于工序腔室100的内部，并支承基板W。基板支承单元200包括支承板210、顶杆(lift pin)(未图示)、加热器220以及支承轴230。
支承板210具有规定的厚度，由半径比基板W大的圆盘构成。在支承板210的上表面放置有基板W。根据实施例，在支承板210不设有固定基板W的结构，基板W只是被放置于支承板210上表面的状态被提供于工序。与此不同，支承板210还可以由利用静电力来固定基板W的静电吸盘构成，或者由机械夹紧方式固定基板W的卡盘构成。
顶杆设有多个，分别位于形成于支承板210的顶杆孔(未图示)。顶杆沿着顶杆孔在上下方向移动，将基板W装载于支承板210、或将放置于支承板210的基板W卸载。
加热器220设于支承板210的内部。加热器220可以由螺旋形状的线圈构成，并且以均匀的间隔埋设于支承板210内部。加热器220连接于外部电源(未图示)，通过抵抗从外部电源施加的电流而生成热。生成的热经由支承板210传递于基板W，将基板W加热成规定的温度。
支承轴230位于支承板210的下部，并且支承支承板210。
图2为用于说明气体供给单元300的立体图。参照图1以及图2，气体供给单元300包括第一喷射单元310以及第二喷射单元320。
第一喷射单元310向内部空间101供给第一气体。第一喷射单元310包括第一圈311、第一流入口312、第一气体供给线路313以及第一气体供给源314。第一圈311具有环形的圈形状。第一圈311设置成包覆工序腔室100的内侧面。第一圈311位于介电板700的下方。在第一圈311的内侧面形成有多个第一气体喷射孔315。第一气体喷射孔315沿着第一圈311的圆周排列。各第一气体喷射孔315位于同一高度。第一气体喷射孔315以同一间隔分离地配置。在第一圈311的外侧面设有第一流入口312。在第一圈311的内部形成有将第一流入口312与各第一气体喷射孔315连接起来的第一连接流路316。第一气体通过第一流入口312流入第一连接流路316。第一连接流路316以将提供于第一流入口312的第一气体向各第一气体喷射孔315供给的方式分配第一气体。例如，第一气体可以为激发气体。
以下，将透过介电板700的微波的波长为λ。
作为最佳等离子体生成条件，第一气体喷射孔315与介电板700之间的距离可以为(1/8)λ～(3/8)λ。根据一例，第一气体喷射孔315与介电板700之间的距离可以为(1/4)λ。
第二喷射单元320向内部空间101供给第二气体。第二喷射单元320包括第二圈321、第二流入口322、第二气体供给线路323以及第二气体供给源324。第二圈321具有环形的圈形状。第二圈321设置成包覆工序腔室100的内侧面。第二圈321位于第一圈311的下部。在第二圈321的内侧面形成有多个第二气体喷射孔325。第二气体喷射孔325沿着第二圈321的圆周排列。各第二气体喷射孔325位于同一高度。第二气体喷射孔325以同一间隔分离地配置。在第二圈321的外侧面设有第二流入口312。在第二圈321的内部形成有将第二流入口322与各第二气体喷射孔325连接起来的第二连接流路326。第二气体通过第二流入口322流入第二连接流路326。第二连接流路以将提供于第二流入口322的第二气体向各第二气体喷射孔325供给的方式分配第二气体。第二气体可以为工序气体。
作为最佳的等离子体生成条件，第一气体喷射孔315与第二气体喷射孔325之间的距离可以为(1/8)λ～(3/8)λ。此外，第二气体喷射孔325与配置于基板支承单元200的上部的基板W之间的距离，可以为(2/8)λ～(4/8)λ。根据一例，第一气体喷射孔315与第二气体喷射孔325之间的距离可以为1/4λ。此外，第二气体喷射孔325与配置于基板支承单元200的上部的基板W之间的距离可以为(2/4)λ。根据一例，按照透过介电板700的微波的波长，介电板700与配置于基板支承单元200的上部的基板W之间的距离可以为120mm。
如上述的实施例所示，在第一喷射单元310及第二喷射单元320被配置于不同高度的情况下，由于包含惰性气体的激发气体在比工序气体高的位置喷射出，因此能够防止介电板的损伤。因此激发气体能够在靠近介电板700的距离喷射，因此能够生成高密度的等离子体。此外，在50mTorr以上的工序压力下执行工序、或者使用氢(H2)气体执行工序时，工序性能不会降低。根据一例，在进行包含氢(H2)气体的工序时，氢(H2)气体量可以在总气体量的20％以上。
再次参照图1，微波施加单元400向天线板500施加微波。微波施加单元400包括微波生成器410、第一导波管420、第二导波管430、相位变换器440以及匹配电路450。
微波生成器410生成微波。
第一导波管420连接于微波生成器410，在内部形成有通路。在波生成器410生成的微波沿着第一导波管420向相位变换器440侧传递。
第二导波管430包括外部导体432以及内部导体434。
外部导体432从第一导波管420的末端沿着垂直方向向下方延伸，在内部形成有通路。外部导体432的上端连接于第一导波管420的下端，外部导体532的下端连接于外罩120的上端。
内部导体434位于外部导体432内。内部导体434由圆柱形状的杆(rod)构成，并且配置成其长度方向与上下方向平行。内部导体434的上端被插入固定于相位变换器440的下端部。内部导体434向下延伸而其下端位于工序腔室100的内部。内部导体434的下端固定结合于天线板500的中心。内部导体434配置成与天线板500的上表面垂直。内部导体434可在铜材质的杆依次涂敷第一镀膜及第二镀膜而构成。根据一实施例，第一镀膜可以为镍(Ni)材质，第二镀膜可以为金(Au)材质。微波主要通过第一镀膜而向天线板520传播。
在相位变换器440发生相位变换的微波沿着第二导波管430向天线板500侧传播。
相位变换器440设于第一导波管420与第二导波管430相连接的位置，改变微波的相位。相位变换器440可由下方尖锐的锥形状构成。相位变换器440将从第一导波管420传送来的微波以变换模式的状态向第二导波管430传播。相位变换器440可将微波从TE模式变换成TEM模式。
匹配电路450设于第一导波管420。匹配电路450将通过第一导波管420传播的微波匹配成规定频率。
图3为表示天线板500的底面的图。参照图1以及图3，天线板500由平板形状构成。作为一例，天线板500可由厚度薄的圆盘构成。天线板500配置成与支承板210对置。在天线板500形成有多个狭缝501。狭缝501可由“×”字形状构成。与此不同，狭缝的形状以及配置可进行各种变更。多个狭缝501相组合而配置成多个圈形状。以下，将形成有狭缝501的天线板500区域称为第一区域A1、A2、A3，将未形成狭缝501的天线板520区域称为第二区域B1、B2、B3。第一区域A1、A2、A3和第二区域B1、B2、B3分别具有圈形状。第一区域A1、A2、A3设有多个，并且相互间具有不同的半径。第一区域A1、A2、A3具有同一中心，并且沿天线板500的半径方向相分离地配置。第二区域B1、B2、B3设有多个，并且相互间具有不同的半径。第二区域B1、B2、B3具有同一中心，并且沿天线板500的半径方向相分离地配置。第一区域A1、A2、A3分别位于邻接的第二区域B1、B2、B3之间。在天线板500的中心部形成有孔502。内部导体434其下端贯通孔502而连接于天线板500。微波透过狭缝501而向介电板700传递。
再次参照图1，波长缩短板600位于天线板500的上部，由具有规定厚度的圆盘构成。波长缩短板600可具有与外罩120的内侧对应的半径。波长缩短板600由氧化铝、石英等电介体构成。通过内部导体434而沿垂直方向传播的微波沿波长缩短板600的半径方向传播。传播到波长缩短板600的微波其波长被压缩而共振。
介电板700位于天线板500的下部，由具有规定厚度的圆盘构成。介电板700由氧化铝、石英等电介体构成。介电板700的底面由向内侧弯折的凹面构成。介电板700其底面可位于与外罩120的下端同一高度。介电板700的侧部以上端比下端具有更大半径的方式形成台阶。介电板700的上端放置于外罩120的形成台阶的下端部。介电板700的下端具有比外罩120的下端部小的半径。微波经由介电板700向工序腔室100内部放射。通过放射的微波的电场，供给于工序腔室100内的激发气体被激发成等离子体状态。
图4为表示本发明的另一实施例的基板处理装置20的剖视图。
参照图4，气体供给单元300还包括第三喷射单元330。第三喷射单元330包括第三圈331、第三流入口332、第三气体供给线路333以及第三气体供给源334。第三喷射单元330可配置于第二喷射单元320的下部。第三喷射单元330将第三气体喷向工序腔室100内。第三气体可以为清洗气体。此外，第三喷射单元330的构成以及结构等与第一喷射单元310以及第二喷射单元320类似。
以上的说明是用于例示本发明的。此外，上述的内容是表示并说明本发明的优选的实施方式，本发明可以在各种其他组合、变更以及环境下使用。即，可在本说明书所公开的发明的概念的范围，与上述的公开内容等同的范围和/或本领域的技术或者知识的范围内变更或者修正。上述的实施例说明用于体现本发明技术思想的最佳状态，可进行本发明的具体适用领域以及用途所要求的各种变更。因此，以上的发明的详细说明，并非用于将本发明限定成所公开的实施状态。此外，所附的权利要求书应被解释成还包含其他实施状态。

Claims (16)

1.一种基板处理装置，其特征在于，具有：
在内部形成有空间的工序腔室；
配置于上述工序腔室内，并支承基板的基板支承单元；
配置于上述基板支承单元的上部，并形成有多个狭缝的天线板；
配置于上述天线板的下部，并使微波向上述工序腔室内部空间扩散以及透过的介电板；以及
配置于上述介电板与上述基板支承单元之间的高度，并向上述工序腔室内供给气体的气体供给单元，
上述气体供给单元具有：
配置于第一高度，并供给第一气体的第一喷射单元；以及
配置于比上述第一高度低的第二高度，并供给与上述第一气体不同的第二气体的第二喷射单元。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
上述第一喷射单元喷射激发气体,
上述第二喷射单元喷射工序气体。
3.根据权利要求2所述的基板处理装置，其特征在于，
上述第一喷射单元在其内侧形成有多个第一气体喷射孔,
上述第二喷射单元在其内侧形成有多个第二气体喷射孔，
上述第一喷射单元以及上述第二喷射单元分别由圈形状构成。
4.根据权利要求3所述的基板处理装置，其特征在于，
将透过上述介电板的微波的波长为λ时,
上述介电板与上述第一气体喷射孔之间的距离为1/8λ～3/8λ。
5.根据权利要求3所述的基板处理装置，其特征在于，
将透过上述介电板的微波的波长为λ时,
上述第一气体喷射孔与上述第二气体喷射孔之间的距离为1/8λ～3/8λ。
6.根据权利要求3所述的基板处理装置，其特征在于，
将透过上述介电板的微波的波长为λ时,
上述第二气体喷射孔与配置于上述基板支承单元的上部的基板之间的距离为3/8λ～5/8λ。
7.根据权利要求4所述的基板处理装置，其特征在于，
将透过上述介电板的微波的波长为λ时,
上述第一气体喷射孔与上述第二气体喷射孔之间的距离为1/8λ～3/8λ,
上述第二气体喷射孔与配置于上述基板支承单元的上部的基板之间的距离为3/8λ～5/8λ。
8.根据权利要求7所述的基板处理装置，其特征在于，
将透过上述介电板的微波的波长为λ时,
上述介电板与上述第一气体喷射孔之间的距离以及上述第一气体喷射孔与上述第二气体喷射孔之间的距离为1/4λ,
上述第二气体喷射孔与上述基板支承单元之间的距离为2/4λ。
9.根据权利要求7所述的基板处理装置，其特征在于，
上述介电板与上述基板支承单元之间的距离为120mm。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
上述气体供给单元包括第三喷射单元,
上述第三喷射单元配置成喷射清洗气体。
11.根据权利要求10所述的基板处理装置，其特征在于，
上述第三喷射单元配置于上述第二喷射单元的下部。
12.根据权利要求10所述的基板处理装置，其特征在于，
上述第一喷射单元在其内侧形成有多个第一气体喷射孔,
上述第二喷射单元在其内侧形成有多个第二气体喷射孔,
上述第三喷射单元在其内侧形成有多个第三气体喷射孔,
上述第一喷射单元、上述第二喷射单元以及上述第三喷射单元分别形成为圈形状。
13.根据权利要求1～9中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
还包括使微波的波长变短、并配置于上述天线板的上部的波长缩短板。
14.一种基板处理方法，其特征在于，
利用权利要求3所述的基板处理装置，
在工序进行时，上述工序腔室内的压力在50m Torr以上。
15.一种基板处理方法，其特征在于，
利用权利要求3所述的基板处理装置，
上述第二喷射单元喷射包含氢气体的工序气体。
16.根据权利要求14所述的基本处理方法，其特征在于，
氢气体量在上述工序腔室内的总气体量的20％以上。
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