CN104885575A - 等离子体装置和基板处理装置 - Google Patents

等离子体装置和基板处理装置 Download PDF

Info

Publication number
CN104885575A
CN104885575A CN201380068456.5A CN201380068456A CN104885575A CN 104885575 A CN104885575 A CN 104885575A CN 201380068456 A CN201380068456 A CN 201380068456A CN 104885575 A CN104885575 A CN 104885575A
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnet
branch road
center
plasma
dielectric tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201380068456.5A
Other languages
English (en)
Inventor
严胜焕
李基秀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WINTEL CO LTD
Original Assignee
WINTEL CO LTD
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by WINTEL CO LTD filed Critical WINTEL CO LTD
Publication of CN104885575A publication Critical patent/CN104885575A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32348—Dielectric barrier discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • H01J37/3211—Antennas, e.g. particular shapes of coils
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • H01J37/32119—Windows
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266—Magnetic control means
    • H01J37/32669—Particular magnets or magnet arrangements for controlling the discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/4645—Radiofrequency discharges
    • H05H1/4652—Radiofrequency discharges using inductive coupling means, e.g. coils

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

本发明提供了一种等离子体产生装置。所述等离子体产生装置包括：外围介电管，所述外围介电管围绕着距腔室的顶面的中心具有恒定半径的圆周以固定的间隔布置；外围天线，所述外围天线被布置为围绕所述外围介电管；上部磁体，所述上部磁体与所述外围介电管垂直地间隔开并且所述上部磁体布置在同一第一平面上；和下部磁体，所述下部磁体分别布置在位于所述上部磁体与所述外围介电管之间的同一第二平面上。所述上部磁体的中心轴与所述下部磁体的中心轴相一致并且等离子体形成在所述外围介电管的内部。

Description

等离子体装置和基板处理装置
技术领域
本发明一般来说涉及等离子体产生装置，更具体地，涉及使用多个天线的电感耦合等离子体产生装置。
背景技术
螺旋波等离子体(helicon plasma)可以产生高密度的等离子体。然而，螺旋波等离子体难以提供处理均匀性和处理稳定性。
发明内容
技术问题
本发明的实施例提供了产生均匀的螺旋波等离子体或均匀的电感耦合等离子体的等离子体产生装置。
技术解决方案
根据本发明实施例的等离子体产生装置包括：外围介电管，所述外围介电管围绕距腔室的顶面的中心具有恒定半径的圆周以固定的间隔布置；外围天线，所述外围天线被布置为围绕所述外围介电管；上部磁体，所述上部磁体与所述外围介电管垂直地间隔开并且所述上部磁体布置在同一第一平面上；和下部磁体，所述下部磁体分别布置在位于所述上部磁体与所述外围介电管之间的同一第二平面上。所述上部磁体的中心轴与所述下部磁体的中心轴可以彼此一致，且在所述外围介电管的内部可以产生等离子体。
在示例性实施例中，所述上部磁体可以是环形的永磁体，且所述上部磁体的磁化方向可以是上述环形的中心轴方向。
在示例性实施例中，所述下部磁体可以是环形的永磁体，所述下部磁体的磁化方向可以是上述环形的中心轴方向，所述上部磁体的磁化方向可以与所述下部磁体的磁化方向相同，且各所述上部磁体的外直径可以等于或大于各所述下部磁体的外直径。
在示例性实施例中，所述等离子体产生装置还可以包括：第一RF电源，所述第一RF电源被构造用来将电力供给至所述外围天线；和配电单元，所述配电单元被构造用来将所述电力分配至所述外围天线。
在示例性实施例中，所述配电单元可以包括：同轴电缆型输入支路，所述输入支路接收来自所述第一RF电源的电力；三向支路，所述三向支路连接至所述输入支路并且分成三个部分；同轴电缆型T支路，所述T支路连接至所述三向支路并且分成两个部分；和地线，所述地线将所述T支路的外层覆盖体连接至所述外围天线。所述T支路的内导体可以分别连接至所述外围天线的一端，且所述T支路的所述外层覆盖体可以分别连接至所述外围天线的另一端。
在示例性实施例中，所述等离子体产生装置还可以包括：中心介电管，所述中心介电管布置于所述腔室的顶面的中心；和中心天线，所述中心天线被布置为围绕所述中心介电管。
在示例性实施例中，所述外围介电管内部的磁场的方向与所述中心介电管内部的磁场的方向可以彼此相反。
在示例性实施例中，所述腔室可以包括：金属材料的下部腔室；非金属材料的上部腔室，所述上部腔室与所述下部腔室连续地连接；和金属材料的顶板，所述金属材料的顶板用来覆盖所述上部腔室的顶面。所述腔室还包括围绕所述上部腔室的侧表面的侧方线圈。所述侧方线圈可以在所述腔室的内部产生电感耦合等离子体。
本发明的效果
如上所述，根据本发明示例性实施例的等离子体产生装置在腔室的周围产生双层磁体结构的螺旋波等离子体并且在腔室的中心不产生等离子体或产生不利用磁体的电感耦合等离子体。因此，可以显著地改善处理均匀性和处理速度。
附图说明
鉴于附图以及随附的详细说明，本发明将变得更加显然。本文中所述的实施例是以示例的方式而不是限制的方式提供的，其中，用类似的附图标记表示相同或类似的元件。附图不一定是按照比例绘制的，而是将重点放在了图示本发明的各方面。
图1是图示了常规的螺旋波等离子体产生装置的天线排布的俯视图。
图2是沿着图1中的线I-I'截取的横截面图并且示出了表明磁场分布的计算机仿真结果。
图3是沿着图1中的线II-II'截取的横截面图并且示出了表明磁场分布的计算机仿真结果。
图4是根据本发明实施例的等离子体产生装置的立体图。
图5是图4中的上部磁体和下部磁体的立体图。
图6是图示了图5中的介电管(dielectric tube)的排布关系的俯视图。
图7是图4中的等离子体产生装置的概念性横截面图。
图8是图4中的等离子体产生装置的电路图。
图9图示了图4中的介电管。
图10a是图1中的配电单元的立体图。
图10b是沿着图10a中的线III-III'截取的横截面图。
图10c是沿着图10a中的线IV-IV'截取的横截面图。
图10d是沿着图10a中的线V-V'截取的横截面图。
图11a是沿着图6中的线VI-VI'截取的横截面图并且用于说明磁场。
图11b是沿着图6中的线VII-VII'截取的横截面图并且用于说明磁场。
图12是根据本发明另一个实施例的等离子体产生装置的横截面图。
图13a图示了使用具有图1中的结构的等离子体产生装置沉积的氧化硅层的厚度分布。
图13b图示了使用具有图5中的结构的等离子体产生装置沉积的氧化硅层的厚度分布。
具体实施方式
图1是图示了常规的螺旋波等离子体产生装置的天线排布的俯视图。
图2是沿着图1中的线I-I'截取的横截面图并且示出了表明磁场分布的计算机仿真结果。
图3是沿着图1中的线II-II'截取的横截面图并且示出了表明磁场分布的计算机仿真结果。
参照图1至图3，在圆柱形腔室的顶板53上布置有七个介电管。中心介电管11布置在顶板53的中心，且六个外围介电管21以固定的间隔对称地布置在围绕顶板53中心的具有恒定半径的圆周上。此外，中心天线16覆盖中心介电管11。外围天线26覆盖外围介电管21。为了产生螺旋波等离子体，以与中心天线16和外围天线26垂直地间隔开的方式布置有永磁体12和22。
根据计算机仿真，当为每个常规的介电管使用单个永磁体时，磁场倾斜地影响介电管的侧表面。因此，由覆盖介电管的天线产生的等离子体冲击介电管的内壁。即，电子沿着磁场运动且冲击介电管的内壁从而产生热量。因此，电子的损失增大从而减小了等离子体密度，并且装置的稳定性因热量而降低。特别地，覆盖中心介电管的天线增大了处于腔室中心的基板上的等离子体密度。因此，难以均匀地进行处理。
根据测试结果和计算机仿真结果，当每个介电管仅配置有一个永磁体时，并行地连接的外围天线116a至116f无法在腔室内部的基板上产生均匀的等离子体。这是因为在永磁体下方，磁场的方向在介电管内偏离了z侧方向。因此，需要用于产生均匀等离子体的新型磁体结构。
下面将参照附图更加详细地说明本发明的优选实施例。然而，本发明可以以不同的形式来实现，且不应该构造为受限于这里所述的实施例。更确切地说，提供这些实施例是为了使本说明书变得彻底和完整，并将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。相同的附图标记在全文中指的相同的元件。
图4是根据本发明实施例的等离子体产生装置的立体图。
图5是图4中的上部磁体和下部磁体的立体图。
图6是图示了图5中的介电管的排布关系的俯视图。
图7是图4中的等离子体产生装置的概念性横截面图。
图8是图4中的等离子体产生装置的电路图。
图9图示了图4中的介电管。
图10a是图1中的配电单元的立体图。
图10b是沿着图10a中的线III-III'截取的横截面图。
图10c是沿着图10a中的线IV-IV'截取的横截面图。
图10d是沿着图10a中的线V-V'截取的横截面图。
图11a是沿着图6中的线VI-VI'截取的横截面图并且用于说明磁场。
图11b是沿着图6中的线VII-VII'截取的横截面图并且用于说明磁场。
参照图4至图9和图10a至图10d，等离子体产生装置100包括：外围介电管112a至112f，外围介电管112a至112f围绕着距腔室152的顶面153的中心具有恒定半径的圆周以固定的间隔布置；外围天线116a至116f，外围天线116a至116f被布置为围绕外围介电管112a至112f；上部磁体132a至132f，上部磁体132a至132f与外围介电管112a至112f垂直地间隔开，并且上部磁体132a至132f布置在同一第一平面上；和下部磁体192a至192f，下部磁体192a至192f分别布置在位于上部磁体132a至132f与外围介电管112a至112f之间的同一第二平面上。上部磁体132a的中心轴和下部磁体192a的中心轴彼此一致。
腔室152可以是圆柱形状或方形管形状。腔室152可以包括供给气体的供气部和排出气体的排气部。腔室152可以包括基板支架154和安装在基板支架154上的基板156。腔室152可以具有顶面153。顶面153可以是腔室152的盖子。顶面153可以由金属或金属合金形成。顶面153可以布置在x-y平面上。
在顶面153上可以形成有外围贯通孔111a至111f。顶面153可以是方形板形状或圆盘形状。外围贯通孔111a至111f可以以固定的间隔布置在顶面153的中央的具有恒定半径的圆周上。外围贯通孔111a的内直径可以大体上等于外围介电管112a的内直径。中心贯通孔211可以形成在顶面153的中心。
外围介电管112a至112f可以分别布置在外围贯通孔111a至111f上。中心介电管212可以布置在中心贯通孔211上。顶面153可以通过将两个板彼此连接而形成。因此，在顶面153中可以形成可以流过冷却剂的流动路径。
外围介电管112a至112f和中心介电管212可以均是不具有盖子的钟罩(bell-jar)形状。外围介电管112a至112f和中心介电管212可以均包括垫圈状支撑部和圆柱形部。外围介电管112a至112f的内部和中心介电管212的内部可以被保持处于真空状态。
外围介电管112a至112f和中心介电管212可以由玻璃、石英、氧化铝、蓝宝石或陶瓷形成。中心介电管212的一端可以与腔室152的中心贯通孔211连接，且中心介电管212的另一端可以与金属盖214连接。
各个外围介电管112a至112f的一端可以分别与腔室152的外围贯通孔111a至111f连接，且各个外围介电管112a至112f的另一端可以分别与金属盖114a至114f连接。金属盖114a至114f可以包括进气口115。金属盖114a至114f可以反射螺旋波从而导致相长干涉。外围介电管112a至112f各自的长度可以在几厘米与几十厘米之间。外围介电管112a至112f各自的长度可以由介电管的半径R、外围介电管内的磁通量强度B0、等离子体密度n0和电源的频率f来决定。
当半径为R且假设外围介电管内部的等离子体均匀的时候，对于m＝0的螺旋波模式，外围介电管112a至112f的管壁处的径向电流密度为零。外围介电管112a至112f各自的长度(L/2＝π/kz)与螺旋波的半波长相对应并且由方程式(1)给出，其中，kz表示螺旋波的波数。
方程式(1)
k z 4 + ( 3.83 R ) 2 k z 2 - ( eμ 0 n 0 ω B 0 ) 2 = 0
在方程式(1)中，e表示电子电荷、B0表示磁通量强度、μ0表示磁导率、ω表示角频率，n0表示等离子体密度。当频率f是13.56MHz、B0是90高斯(Gauss)且n0是4×1012cm-3时，外围介电管的长度L/2可以是5.65cm。
外围天线116a至116f可以具有几何对称的对称性。外围天线116a至116f可以具有相同的结构且可以并联地电连接。外围天线116a至116f均可以是圆柱管或方形管形状的导电管。冷却剂可以流入外围天线116a至116f。
外围天线116a至116f可以围绕着具有基于顶面153的中心的恒定半径的圆周对称地布置。中心天线216可以布置于顶面153的中心。外围天线116a至116f的数量可以是六个。外围天线116a至116f可以被布置为围绕着外围介电管。外围天线116a至116f均可以是三向天线。中心天线216可以被设置为单个。中心天线216可以被布置为围绕着中心介电管。中心天线216可以具有与外围天线相同的结构或具有与外围天线不同的结构。
外围天线116a至116f可以利用由上部磁体132a至132f和下部磁体192a至192f建立的磁场来在几毫托的低压下产生螺旋波等离子体。外围天线可以增加外围介电管内部的等离子体密度。此外，中心天线可以不生成螺旋波等离子体而生成电感耦合等离子体。因此，外围介电管可以保持通过螺旋波等离子体产生的高的等离子体密度且中心介电管可以保持通过电感耦合等离子体产生的相对低的等离子体密度。螺旋波等离子体和电感耦合等离子体可以扩散至基板上从而形成大致均匀的等离子体密度分布。
由上部磁体132a至132f和下部磁体192a至192f建立的磁场的方向在外围介电管的内部可以是z轴负方向。此外，因为在中心介电管上没有布置磁体，所以磁场的方向在中心介电管的内部可以是z轴正方向。外围介电管内部的螺旋波等离子体的密度可以高于中心介电管内部的电感耦合等离子体的密度。因此，可以改善基板上整体的等离子体密度分布。此外，可以在外围介电管的内部抑制对螺旋波等离子体的溅射损伤和热损伤。
第一RF电源162可以输出第一频率的正弦波。第一RF电源162的电力可以通过第一阻抗匹配网络163而供给至第一配电单元122。第一RF电源162的频率可以在几百kHz与几百MHz之间。
第一配电单元122可以将通过第一阻抗匹配网络163而接收的电力分配给并联连接的外围天线116a至116f。第一配电单元122可以包括第一配电线122c和覆盖第一配电线122c且接地的第一导电外层覆盖体122a。第一配电单元122的输入端子N1与外围天线116a至116f之间的距离可以彼此相等。在第一配电线122c与第一导电外层覆盖体122a之间可以布置有第一绝缘部。
第一配电单元122可以包括：用来接收来自第一RF电源162的电力的同轴电缆型输入支路123；连接至输入支路123且分成三个分支的同轴电缆型三向支路124；和连接至三向支路124且分成两个支路的同轴电缆型T支路125。
输入支路123可以是圆柱形状。输入支路123具有同轴电缆结构。输入支路123可以包括圆柱形内导体123c、覆盖着内导体123c的圆柱形绝缘体123b和覆盖着绝缘体123b的圆柱形外导体123a。冷却剂可以流向内导体123c。
输入支路123的一端连接至第一阻抗匹配网络163，且输入支路123的另一端可以连接至以120度的固定间隔分开的三向支路124。
三向支路124可以是方形管(沿着轴切割)形状。三向支路124可以布置于在z轴方向上与顶板间隔开的x-y平面上。三向支路124可以具有同轴电缆结构。三向支路124可以包括圆柱形内导体124c、覆盖内导体124c的切口为方形的方形管形状的绝缘体124b和覆盖绝缘体124b的切口为方形的方形管形状的外导体124a。通过输入支路123的内导体123c提供的冷却剂可以流入三向支路124的内导体124c。三向支路124的臂的长度可以大于从顶面的中心至外围介电管的布置位置的距离。因此，可以容易地建立T支路125与外围天线之间的电连接。
T支路125可以连接至三向支路124且被分成两个支路。T支路125均可以是切口为方形的方形管形状。T支路125均可以具有同轴电缆结构。T支路125可以分别包括圆柱形内导体125c、覆盖内导体125c的绝缘体125b和覆盖绝缘体125b的外导体125a。冷却剂可以流入内导体125c。支路125可以具有相同长度的臂。
每个T支路125可以将电力供给至一对外围天线116a和116b。T支路125可以具有相同的形状。内导体125c可以连续地连接至外围天线116a和116b以同时供给电力和冷却剂。通过三向支路124的内导体124c提供的冷却剂可以流入T支路125的内导体125c。
固定板113可以固定外围天线116a至116f且固定板113可以被固定至顶面153。固定板113可以是带状线的形状。各固定板113的一端可以与外围天线116a至116f各自的待接地的一端连接。各固定板113的另一端可以与地线119的待接地的一端连接。
地线119可以将固定板113与T支路125的外导体125a彼此连接。地线119的一端可以连接至固定板113的所述另一端，且地线119的另一端可以连接至T支路125的外导体125a。地线119与外围天线116a至116f之间的长度可以彼此相等。因此，所有的外围天线116a至116f可以具有相同的阻抗。
配气部172可以将气体供给至外围介电管和/或中心介电管。配气部172可以具有与单个的第一配电单元122类似的结构且可以将气体均匀地分配给介电管。配气部172可以连接至金属盖114a至114f。配气部172可以被形成为相对于金属盖114a至114f具有相同的长度。更加具体地，配气部172可以在中心金属盖214处分支成三个部分且可以再次分支成T形状以与金属盖114a至114f连接。
第二RF电源164可以将电力供给至中心天线216。第一RF电源162的第一频率与第二RF电源164的第二频率可以彼此不同以使第一RF电源162与第二RF电源164的干涉最小化。例如，第一频率可以是13.56MHz且第二频率可以是12MHz。
第二RF电源164可以通过第二阻抗匹配网络165直接连接至中心天线216。
上部磁体132a至132f均可以是环状或圆环形。各个上部磁体132a至132f的截面可以是四边形或圆形。上部磁体的磁化方向可以垂直于布置有上部磁体的平面。上部磁体132a至132f均可以是环形永磁体。上部磁体132a至132f的磁化方向可以是环形的中心轴方向。
上部磁体132a至132f可以被插入上部磁体固定板141中。上部磁体可以被布置为在z轴方向上与外围天线的中心间隔开。上部磁体固定板141可以是圆盘状或四边形且可以是非磁性材料。
上部磁体移动部140可以固定地连接至顶板153。上部磁体移动部140可以包括至少一个上部磁体支撑柱142，上部磁体支撑柱142与布置有外围介电管的平面(x-y平面)垂直地延伸。上部磁体固定板141可以被插入上部磁体支撑柱142以沿着上部磁体支撑柱142移动。在上部磁体固定板141的中心可以形成有贯通孔143。输入支路123可以经由贯通孔143连接至第一阻抗匹配网络163。
上部磁体固定板141可以是用于固定上部磁体132a至132f的工件。上部磁体132a至132f可以在z轴方向上与外围天线116a至116f的中心间隔开。各上部磁体的中心可以被布置为与各外围介电管的中心对齐。上部磁体132a至132f可以插入上部磁体固定板141中以被固定至上部磁体固定板141。
下部磁体192a至192f可以分别布置在位于上部磁体132a至132f与外围介电管112a至112f之间的同一第二平面上。上部磁体和下部磁体的中心轴可以彼此一致。下部磁体192a至192f均可以是环形永磁体。下部磁体192a至192f的磁化方向可以是环形的中心轴方向。上部磁体的磁化强度可以与下部磁体的磁化强度相同。各上部磁体132a至132f的外直径可以等于或大于各下部磁体192a至192f的外直径。下部磁体可以布置在上部磁体与外围介电管的金属盖之间。在这种情况下，可以防止由上部磁体和下部磁体建立的磁场倾斜地影响外围介电管的侧表面。因此，基板上的等离子体密度分布可以是均匀的。此外，可以防止外围介电管内部的螺旋波等离子体使外围介电管发热。
参照图11a和图11b，外围介电管内部的由下部磁体192a至192f和上部磁体132a至132f建立的磁场的方向可以是z轴负方向，且中心介电管内部的由下部磁体192a至192f和上部磁体132a至132f建立的磁场的方向可以是z轴正方向。
下部磁体移动部195可以固定地连接至顶面153。下部磁体移动部195可以包括至少一个下部磁体支撑柱194，下部磁体支撑柱194与配置有外围介电管的平面(x-y平面)垂直地延伸。下部磁体固定板193可以被插入下部磁体支撑柱194以沿着下部磁体支撑柱194移动。下部磁体固定板193的中心可以形成有贯通孔。输入支路123可以经由贯通孔连接至第一阻抗匹配网络163。
下部磁体固定板193可以是用于固定下部磁体192a至192f的工件。下部磁体192a至192f可以在z轴方向上与外围天线的中心间隔开。下部磁体的中心可以被布置为与外围介电管的中心对齐。下部磁体192a至192f可以插入下部磁体固定板193以被固定至下部磁体固定板193。下部磁体固定板193可以具有形成在布置有下部磁体的位置处的贯通孔193a。穿过贯通孔193a的气体线路可以用于将气体提供至外围介电管。
上部磁体移动部140和下部磁体移动部195可以调整外围介电管内部的磁通量密度B0的强度和分布以产生平面螺旋波模式。例如，可以移动上部磁体固定板141和下部磁体固定板193以使得对于给定的L、ω和R条件，等离子体密度n0与磁通量密度B0的比(B0/n0)是恒定的。因此，可以产生均匀的等离子体。
根据本发明的示例性实施例，上部磁体和下部磁体可以用来防止磁场倾斜地对外围介电管产生影响。外围介电管内部的磁场的方向可以是z轴负方向，且中心介电管内部的磁场的方向可以是z轴正方向。外围介电管内部的磁场的强度可以远小于中心介电管内部的磁场的强度。
此外，上部磁体和下部磁体可以用来调整产生等离子体的区域和位置。更加具体地，产生螺旋波等离子体的位置可以被布置在外围介电管的内部或底面上。
此外，当中心天线产生等离子体时，腔室内部的中心区域的等离子体密度增大，这使得难以产生均匀的等离子体。因此，等离子体密度分布的均匀性降低。优选地，中心天线不产生螺旋波等离子体，以此增加等离子体密度分布的均匀性。因此，去除了中心天线上的磁体。因此，围绕着中心介电管的中心天线可以不产生螺旋波等离子体而是产生常规的电感耦合等离子体。因此，可以降低腔室中心的等离子体密度以使均匀处理成为可能。根据本发明的示例性实施例，在基板上可以进行3％范围内的均匀处理。
为了产生大面积的等离子体，单个电源可以将电力供给至并联地连接的外围天线。配电单元可以配置在外围天线与电源之间以将电力相等地供给至各个外围天线。
例如，一个中心天线和在中心天线周围以固定间隔布置的六个外围天线可以布置在腔室的顶板上。中心天线可以配置于顶板的中心，且六个外围天线可以对称地布置在基于中心天线的预定圆周上。六个外围天线可以经由配电单元与一个电源连接。
然而，当外围天线产生等离子体时，圆周上具有对称性的外围天线的阻抗和被外围天线围绕的中心天线的阻抗彼此不同。因此，电力可能集中在某些天线上从而产生非均匀的等离子体。因此，根据本发明的示例性实施例，外围天线通过第一电源和第一配电单元接收电力，且中心天线接收来自第二电源的电力。因此，可以独立地控制供给至外围天线的电力和供给至中心天线的电力。
此外，配电单元是具有与外围天线相距相同长度的同轴电缆的形式。因此，外围天线可以在相同的条件下运行。为了使配电单元维持相同的阻抗，外围天线的一端必须连接至电源线且外围天线的另一端必须通过具有相同长度的地线连接至构成配电单元的外层覆盖体。
因此，中心天线产生电感耦合等离子体且外围天线产生螺旋波等离子体。因此，可以产生均匀且高密度的大面积的等离子体。
根据本发明的示例性实施例的等离子体产生装置可以进行氧化处理、氮化处理或沉积处理。
随着半导体器件的集成密度的增大，需要能够沉积高纯度氧化物层并且对氧化物层的沉积速率进行调整的低压(几毫托)高密度等离子体产生装置。
常规地，电感耦合等离子体装置在几十毫托或以上的压力下产生高密度等离子体。然而，电感耦合等离子体装置难以在几毫托的低压下产生高密度等离子体。因此，无法在单个腔室内部连续地进行低压处理和高压处理。
根据本发明示例性实施例的等离子体装置在几毫托的低压下产生大面积的高密度螺旋波等离子体。低压下产生的高密度等离子体可以最大限度地解离注入的气体(例如，O2)以形成高纯度的氧化物层。此外，所述等离子体装置可以在几十毫托与几托之间的高压下连续地产生大面积的高密度等离子体。
图12是根据本发明另一个实施例的等离子体产生装置的横截面图。
参照图12，等离子体产生装置100包括：外围介电管112a至112f，外围介电管112a至112f以固定的间隔布置在距腔室152的顶面的中心具有恒定半径的圆周上；外围天线116a至116f，外围天线116a至116f被布置为围绕着外围介电管112a至112f；上部磁体，上部磁体与外围介电管112a至112f垂直地间隔开并且被布置在同一第一平面上；和下部磁体192a至192f，下部磁体192a至192f均布置在位于上部磁体132a至132f与外围介电管112a至112f之间的同一第二平面上。上部磁体132a的中心轴与下部磁体192a的中心轴彼此一致。
腔室152包括：金属材料的下部腔室152b；与下部腔室152b连续地连接的由非金属材料制成的上部腔室152a；和用来覆盖上部腔室152a的顶面的由金属材料制成的顶板153。侧方线圈264可以布置为缠绕腔室152a的侧表面。侧方线圈264可以在腔室的内部产生电感耦合等离子体。侧方线圈264可以通过阻抗匹配网络263接收来自RF电源262的电力。基板支架可以通过阻抗匹配网络363接收来自RF电源362的电力。
图13a图示了使用具有图1中的结构的等离子体产生装置而沉积的氧化硅层的厚度分布。
图13b图示了使用具有图5中的结构的等离子体产生装置而沉积的氧化硅层的厚度分布。
参照图13a和图13b，在30毫托的压力下使用氩、氧和氢形成牺牲氧化物层。氧化硅层的均匀性(1-(最大值-最小值)/最大值)在具有图1所示的结构的等离子体产生装置中表现为相对于300mm的晶圆的82.5％且在具有图3所示的结构的等离子体产生装置中表现为相对于300mm的晶圆的99.15％。
尽管已经结合本发明的附图所示的实施例说明了本发明，但是本发明不限于此。对本领域技术人员显然的是，可以在不脱离本发明的范围和主旨的情况下作出各种替换、变型和改变。

Claims (8)

1.一种等离子体产生装置，其包括：
外围介电管，所述外围介电管围绕着距腔室的顶面的中心具有恒定半径的圆周以固定的间隔布置；
外围天线，所述外围天线被布置为围绕所述外围介电管；
上部磁体，所述上部磁体与所述外围介电管垂直地间隔开并且所述上部磁体被布置在同一第一平面上；和
下部磁体，所述下部磁体分别配置在位于所述上部磁体与所述外围介电管之间的同一第二平面上，其中，
所述上部磁体的中心轴与所述下部磁体的中心轴彼此一致，并且
等离子体产生于所述外围介电管的内部。
2.如权利要求1所述的等离子体产生装置，其中，
所述上部磁体是环形的永磁体，且
所述上部磁体的磁化方向是上述环形的中心轴方向。
3.如权利要求2所述的等离子体产生装置，其中，
所述下部磁体是环形的永磁体，
所述下部磁体的磁化方向是上述环形的中心轴方向，
所述上部磁体的磁化方向与所述下部磁体的磁化方向相同，且
各个所述上部磁体的外直径等于或大于各个所述下部磁体的外直径。
4.如权利要求1所述的等离子体产生装置，还包括：
第一RF电源，所述第一RF电源被构造用来将电力供给至所述外围天线；和
配电单元，所述配电单元被构造用来将所述电力分配至所述外围天线。
5.如权利要求4所述的等离子体产生装置，其中，
所述配电单元包括：
同轴电缆型输入支路，所述输入支路用来接收来自所述第一RF电源的电力；
三向支路，所述三向支路连接至所述输入支路并且分成三个部分；
同轴电缆型T支路，所述T支路连接至所述三向支路并且分成两个部分；和
地线，所述地线将所述T支路的外层覆盖体连接至所述外围天线，其中，
所述T支路的内导体分别连接至各个所述外围天线的一端，且
所述T支路的所述外层覆盖体分别连接至各个所述外围天线的另一端。
6.如权利要求1所述的等离子体产生装置，还包括：
中心介电管，所述中心介电管布置于所述腔室的顶面的中心；和
中心天线，所述中心天线布置为围绕所述中心介电管。
7.如权利要求1所述的等离子体产生装置，其中，
所述外围介电管内部的磁场的方向与所述中心介电管内部的磁场的方向彼此相反。
8.如权利要求1所述的等离子体产生装置，其中，
所述腔室包括：
金属材料的下部腔室；
非金属材料的上部腔室，所述上部腔室与所述下部腔室连续地连接；和
金属材料的顶板，所述顶板用来覆盖所述上部腔室的顶面，且
所述腔室还包括侧方线圈，所述侧方线圈围绕所述上部腔室的侧表面并且在所述腔室的内部产生电感耦合等离子体。
CN201380068456.5A 2012-12-28 2013-12-10 等离子体装置和基板处理装置 Pending CN104885575A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120156371A KR20140087215A (ko) 2012-12-28 2012-12-28 플라즈마 장치 및 기판 처리 장치
KR10-2012-0156371 2012-12-28
PCT/KR2013/011372 WO2014104615A1 (ko) 2012-12-28 2013-12-10 플라즈마 장치 및 기판 처리 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104885575A true CN104885575A (zh) 2015-09-02

Family

ID=51021608

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380068456.5A Pending CN104885575A (zh) 2012-12-28 2013-12-10 等离子体装置和基板处理装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20150371823A1 (zh)
KR (1) KR20140087215A (zh)
CN (1) CN104885575A (zh)
WO (1) WO2014104615A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10187966B2 (en) * 2015-07-24 2019-01-22 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for gas abatement
KR101714405B1 (ko) * 2015-07-29 2017-03-10 주식회사 윈텔 플라즈마 처리 장치
KR101714407B1 (ko) * 2015-08-04 2017-03-10 주식회사 윈텔 플라즈마 처리 장치
KR102175238B1 (ko) * 2016-11-07 2020-11-06 윈텔코퍼레이션 주식회사 플라즈마 처리 장치
KR102175253B1 (ko) * 2016-11-07 2020-11-06 윈텔코퍼레이션 주식회사 플라즈마 처리 장치
US20180174801A1 (en) * 2016-12-21 2018-06-21 Ulvac Technologies, Inc. Apparatuses and methods for surface treatment
EP3813092A1 (en) * 2019-10-23 2021-04-28 EMD Corporation Plasma source

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4990229A (en) * 1989-06-13 1991-02-05 Plasma & Materials Technologies, Inc. High density plasma deposition and etching apparatus
CN1121303A (zh) * 1994-05-23 1996-04-24 松下电器产业株式会社 螺旋波等离子处理方法及装置
JP2000277506A (ja) * 1999-03-24 2000-10-06 Sanyo Electric Co Ltd プラズマｃｖｄ装置及び膜形成方法
CN1378248A (zh) * 2002-05-13 2002-11-06 华南师范大学 等离子体对iii－v族化合物的干法刻蚀系统及刻蚀方法
WO2007002455A2 (en) * 2005-06-23 2007-01-04 The Regents Of The University Of California Helicon plasma source with permanent magnets
JP2008116615A (ja) * 2006-11-02 2008-05-22 Tsukuba Semi Technology:Kk プラズマアッシャーによるマスクレジスト剥離方法及びその装置
KR20090005542A (ko) * 2007-07-09 2009-01-14 엘지전자 주식회사 고주파 플라즈마 발생장치용 전력분배기 및 그 제조방법
CN101681830A (zh) * 2007-05-11 2010-03-24 爱发科股份有限公司 干式蚀刻装置及干式蚀刻方法
CN101805895A (zh) * 2010-03-31 2010-08-18 河北大学 一种螺旋波等离子体增强化学气相沉积装置
KR20120000260A (ko) * 2010-06-25 2012-01-02 한국과학기술원 헬리콘 플라즈마 장치

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4727293A (en) * 1984-08-16 1988-02-23 Board Of Trustees Operating Michigan State University Plasma generating apparatus using magnets and method
US5107170A (en) * 1988-10-18 1992-04-21 Nissin Electric Co., Ltd. Ion source having auxillary ion chamber
US5091049A (en) * 1989-06-13 1992-02-25 Plasma & Materials Technologies, Inc. High density plasma deposition and etching apparatus
US5556501A (en) * 1989-10-03 1996-09-17 Applied Materials, Inc. Silicon scavenger in an inductively coupled RF plasma reactor
FR2671931A1 (fr) * 1991-01-22 1992-07-24 Metal Process Dispositif de repartition d'une energie micro-onde pour l'excitation d'un plasma.
DE4113142A1 (de) * 1991-03-14 1992-09-17 Leybold Ag Vorrichtung zur erzeugung von glimmentladungen
JP2641390B2 (ja) * 1994-05-12 1997-08-13 日本電気株式会社 プラズマ処理装置
JP3585578B2 (ja) * 1995-05-30 2004-11-04 アネルバ株式会社 プラズマ処理装置
US5846883A (en) * 1996-07-10 1998-12-08 Cvc, Inc. Method for multi-zone high-density inductively-coupled plasma generation
US6534922B2 (en) * 1996-09-27 2003-03-18 Surface Technology Systems, Plc Plasma processing apparatus
EP0838839B1 (en) * 1996-09-27 2008-05-21 Surface Technology Systems Plc Plasma processing apparatus
US5824607A (en) * 1997-02-06 1998-10-20 Applied Materials, Inc. Plasma confinement for an inductively coupled plasma reactor
US6273022B1 (en) * 1998-03-14 2001-08-14 Applied Materials, Inc. Distributed inductively-coupled plasma source
US6499425B1 (en) * 1999-01-22 2002-12-31 Micron Technology, Inc. Quasi-remote plasma processing method and apparatus
US6206972B1 (en) * 1999-07-08 2001-03-27 Genus, Inc. Method and apparatus for providing uniform gas delivery to substrates in CVD and PECVD processes
US6694915B1 (en) * 2000-07-06 2004-02-24 Applied Materials, Inc Plasma reactor having a symmetrical parallel conductor coil antenna
JP2003234293A (ja) * 2002-02-06 2003-08-22 Canon Inc ヘリコン波プラズマ装置及びヘリコン波プラズマ処理方法
US7183716B2 (en) * 2003-02-04 2007-02-27 Veeco Instruments, Inc. Charged particle source and operation thereof
US9123508B2 (en) * 2004-02-22 2015-09-01 Zond, Llc Apparatus and method for sputtering hard coatings
US7708859B2 (en) * 2004-04-30 2010-05-04 Lam Research Corporation Gas distribution system having fast gas switching capabilities
US7886687B2 (en) * 2004-12-23 2011-02-15 Advanced Display Process Engineering Co. Ltd. Plasma processing apparatus
US8992725B2 (en) * 2006-08-28 2015-03-31 Mattson Technology, Inc. Plasma reactor with inductie excitation of plasma and efficient removal of heat from the excitation coil
US7999747B1 (en) * 2007-05-15 2011-08-16 Imaging Systems Technology Gas plasma microdischarge antenna
KR101196309B1 (ko) * 2011-05-19 2012-11-06 한국과학기술원 플라즈마 발생 장치
KR101246191B1 (ko) * 2011-10-13 2013-03-21 주식회사 윈텔 플라즈마 장치 및 기판 처리 장치

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4990229A (en) * 1989-06-13 1991-02-05 Plasma & Materials Technologies, Inc. High density plasma deposition and etching apparatus
CN1121303A (zh) * 1994-05-23 1996-04-24 松下电器产业株式会社 螺旋波等离子处理方法及装置
JP2000277506A (ja) * 1999-03-24 2000-10-06 Sanyo Electric Co Ltd プラズマｃｖｄ装置及び膜形成方法
CN1378248A (zh) * 2002-05-13 2002-11-06 华南师范大学 等离子体对iii－v族化合物的干法刻蚀系统及刻蚀方法
WO2007002455A2 (en) * 2005-06-23 2007-01-04 The Regents Of The University Of California Helicon plasma source with permanent magnets
JP2008116615A (ja) * 2006-11-02 2008-05-22 Tsukuba Semi Technology:Kk プラズマアッシャーによるマスクレジスト剥離方法及びその装置
CN101681830A (zh) * 2007-05-11 2010-03-24 爱发科股份有限公司 干式蚀刻装置及干式蚀刻方法
KR20090005542A (ko) * 2007-07-09 2009-01-14 엘지전자 주식회사 고주파 플라즈마 발생장치용 전력분배기 및 그 제조방법
CN101805895A (zh) * 2010-03-31 2010-08-18 河北大学 一种螺旋波等离子体增强化学气相沉积装置
KR20120000260A (ko) * 2010-06-25 2012-01-02 한국과학기술원 헬리콘 플라즈마 장치

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014104615A1 (ko) 2014-07-03
KR20140087215A (ko) 2014-07-09
US20150371823A1 (en) 2015-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104885575A (zh) 等离子体装置和基板处理装置
CN103843465B (zh) 等离子体装置和基板处理装置
JP3224529B2 (ja) プラズマ処理システム
US6523493B1 (en) Ring-shaped high-density plasma source and method
KR101504532B1 (ko) 플라즈마 처리 방법 및 기판 처리 장치
KR100486712B1 (ko) 복층 코일 안테나를 구비한 유도결합 플라즈마 발생장치
US8917022B2 (en) Plasma generation device and plasma processing device
JP4904202B2 (ja) プラズマ反応器
EP1168415B1 (en) Power supply antenna and power supply method
JP4896164B2 (ja) プラズマ処理装置
KR101496841B1 (ko) 혼합형 플라즈마 반응기
US20010037770A1 (en) Plasma processing apparatus and processing method
CN101080133B (zh) 感应耦合等离子体反应器
KR100742659B1 (ko) 자성코어를 이용한 유도결합 플라즈마 발생장치
JP2006286536A (ja) プラズマ生成方法、誘導結合型プラズマ源、およびプラズマ処理装置
JPH0855699A (ja) プラズマ処理装置
KR20100129368A (ko) 복합 주파수를 이용한 대면적 플라즈마 반응기
JPH11283926A (ja) プラズマ処理装置
US5726413A (en) Apparatus for generating a plasma for processing substrates
WO2003079740A1 (fr) Dispositif mettant en application le plasma
KR101039232B1 (ko) 고밀도 플라즈마 발생장치
KR101735296B1 (ko) 플라즈마 장치 및 기판 처리 장치
JP2001052895A (ja) プラズマ発生装置及びこの装置を備えたプラズマ処理装置
KR20090073327A (ko) 고밀도 원격 플라즈마 처리 장치
KR102682387B1 (ko) 콜리메이티드 라디칼을 이용한 건식 세정 장치

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150902