CN106098548A - 用于气相蚀刻以及清洗的等离子体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于气相蚀刻以及清洗的等离子体装置，包括：反应器主体，用于处理目标基板；直接产生等离子体区域，其为所述反应器主体内的直接产生等离子体区域，工艺气体流入所述反应器主体内，从而直接感应等离子体；等离子体感应组件，向所述直接产生等离子体区域感应等离子体；基板处理区域，其设在所述反应器主体内，通过混合从所述直接产生等离子体区域流入的等离子体和从所述反应器主体的外部流入的汽化气体来形成反应性物质，并通过所述反应性物质来处理所述目标基板；以及双配气挡板，配置在所述直接产生等离子体区域和所述基板处理区域之间，向所述基板处理区域分配等离子体，将汽化气体分配给所述基板处理区域的中心区域和周边区域。

Description

用于气相蚀刻以及清洗的等离子体装置
技术领域
本发明涉及一种用于气相蚀刻以及清洗的等离子体装置，更详细地，涉及一种直接利用反应性高的原子或分子，与目标基板表面的薄膜直接发生反应，从而选择性地进行清洗的用于气相蚀刻以及清洗的等离子体装置。
背景技术
半导体是具有电子信号的存储、放大、切换等功能的有源电子元件，且具有高集成、高性能、低功耗的性能，是牵引系统行业与服务行业的高附加值化以及主导数字信息化时代的核心部件。
半导体制造工艺大体可分为前道工序(晶片加工工序)和后道工序(组装工序及检验工序)，前道工序设备大约占75％的市场份额。其中，湿式清洗设备和所谓等离子体蚀刻的干式蚀刻设备共占22.6％的市场份额，形成第二大的市场。在半导体制造工艺中，通常是将各个部件与将所述各个部件电连接的电路，做成一个图案(电路设计图)绘制在半导体内各层的膜(薄膜)上，此时，去除形成薄膜的基板(晶片)上的不必要的部分，以使电路图案显示出来的工艺就是蚀刻(etching)工艺。蚀刻工艺有利用等离子体的干式蚀刻工艺和利用清洗溶液的湿式蚀刻工艺。
干式蚀刻工艺是指通过使用等离子体的离子流(Ion Flux)的垂直入射粒子而引起的物理、化学式蚀刻的工艺。因此，随着设备的设计趋向于小型化，在制造工艺中发生了损伤图案的问题。湿式蚀刻工艺是长期普遍使用的技术，是将晶片放进清洗溶液里经过一段时间，或通过以一定速度旋转晶片并喷射清洗溶液来去除晶片表面上的不必要的部分的方式。然而，湿式蚀刻工艺具有产生大量废水以及难以调节清洗量、难以控制清洗均匀度的缺点。并且，由于各向同性蚀刻，清洗之后的图案有时会比设计意图大或小，从而难以进行图案的微细加工。
近年来，随着对处理速度更快的元件与高内存的需求的增加，半导体芯片的单位元件的尺寸不断减小，因此晶片表面上的图案之间的间隔不断缩小，元件的栅极绝缘膜厚度越来越薄。由此，以前在半导体工艺中未曾出现或视为不重要的问题越来越受到重视。其中，基于等离子体引起的代表性的问题是由于带电引起的损伤(PlasmaDamage)。随着半导体元件的微型化，在使晶片表面露出的整个工艺中，这种基于带电引起的等离子的损伤对包括晶体管在内的很多元件的特性和可靠性产生影响。由等离子体引起的带电造成的薄膜损伤主要在蚀刻工程中出现。带电造成的损伤是干式蚀刻工艺或湿式蚀刻工艺过程中所发生的问题，急需解决。
而且目标基板的尺寸逐渐趋于大型化，因此需要提供均匀的等离子体。
现有的作为固定目标基板的基板支撑台的吸盘(chuck)是通过利用静电力的静电方式(ElectroStatic Chuck，ESC)或利用真空力的真空方式(vacuum chuck)中的一种方式驱动。简单地对每一种方式进行说明，即，真空方式作为广泛使用的一种方式，是为了进行半导体的制造工艺，将目标基板放置在真空吸盘(vacuum chuck)的上表面，然后通过吸入空气固定目标基板。对于真空方式，如果在真空环境中进行半导体制造工艺时，吸入空气的真空力逐渐减弱，从而存在难以固定目标基板的问题。静电方式是利用静电吸盘(ElectroStaticChuck，ESC)的静电力来固定目标基板。静电吸盘能够使由目标基板与夹(clamp)的接触引起的微粒污染最小化，还可以防止目标基板的变形，而且与真空吸盘不同，与腔室内的氛围无关，能够利用静电力固定目标基板。
以上说明的静电吸盘或真空吸盘是通过静电方式或真空方式中的一种方式固定目标基板。因此，必须按照设置在工艺腔室中的吸盘的种类进行工艺操作。例如，在设置有真空吸盘的工艺腔室内，难以进行真空氛围的处理工艺。并且，上述工艺是利用一个方式运行，因此当吸盘发生问题时，需要停止工艺操作或更换吸盘，从而可使生产率降低，增加维修成本。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种用于气相蚀刻以及清洗的等离子体装置，其能够与目标基板表面的薄膜直接发生反应，从而进行清洗，以防止由带电引起的损伤。
本发明的另一个目在于提供一种用于气相蚀刻以及清洗的等离子体装置，其为了进行均匀的等离子体处理，将水蒸气分别提供给中心和边缘，从而能够对基板进行均匀的处理。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明的一个方面涉及一种用于气相蚀刻以及清洗的等离子体处理装置。本发明的用于气相蚀刻以及清洗的等离子体处理装置包括：反应器主体，用于处理目标基板；直接产生等离子体区域，其为所述反应器主体内的直接产生等离子体区域，工艺气体流入所述反应器主体内，从而直接感应等离子体；等离子体感应组件，向所述直接产生等离子体区域感应等离子体；基板处理区域，其为所述反应器主体内，通过混合从所述直接产生等离子体区域流入的等离子体和从所述反应器主体的外部流入的汽化气体，形成反应性物质，并通过所述反应性物质来处理所述目标基板；以及双配气挡板，配置在所述直接产生等离子体区域和所述基板处理区域之间，向所述基板处理区域分配等离子体，将汽化气体分配给所述基板处理区域的中心区域和周边区域。
并且，所述等离子体感应组件是包括多个电容耦合电极的电容耦合电极组件或射频天线。
并且，所述等离子体感应组件包括：中央等离子体感应组件，向所述直接产生等离子体区域的中心区域感应等离子体；边缘等离子体感应组件，向所述直接产生等离子体区域的周边区域感应等离子体。
并且，所述中央等离子体感应组件与所述边缘等离子体感应组件是相同的等离子体源或不同的等离子体源。
并且，所述双配气挡板包括：多个通孔，用于所述等离子体分配而贯穿形成；一个以上的中央汽化气体喷射孔，用于将通过所述双配气挡板内形成的汽化气体供给管道供给的汽化气体，向所述基板处理区域的中心区域喷射；一个以上的边缘汽化气体喷射孔，用于将通过所述双配气挡板内形成的汽化气体供给管道供给的汽化气体，向所述基板处理区域的周边区域喷射。
并且，所述双配气挡板包括热射线。
并且，所述汽化气体为汽化的H2O。
并且，所述双配气挡板包括：多个通孔，用于所述等离子体分配而贯穿形成；多个共同汽化气体喷射孔，用于将通过与所述双配气挡板内的汽化气体供给管道连接的中央注入口和边缘注入口供给的汽化气体，向所述基板处理区域的中央区域和周边区域喷射，其中，通过所述中央注入口和边缘注入口调节所述汽化气体的供给压力，并供给汽化气体。
并且，所述等离子体装置包括一个以上的气体注入口，其用于向所述反应器主体内部供给工艺气体。
并且，所述等离子体装置包括扩散板，其与流入工艺气体的气体注入口相对地设置，并在所述直接产生等离子体区域内扩散工艺气体。
并且，所述等离子体装置包括：主体部，其在放置所述目标基板的上表面上具备介电层；一个以上的电极单元，设置在所述主体部内，通过接收电压而驱动；基板支撑台，包括一个以上的形成在所述主体部的混合线路，以便与放置的所述目标基板相接，其中，通过驱动所述电极单元将所述目标基板固定在所述主体部上，或者通过所述混合线路吸入空气，从而将所述目标基板固定在所述主体部上。
并且，所述介电层包括通过连接多个所述混合线路而形成的制冷剂循环路径，当通过驱动所述电极单元固定所述目标基板时，通过所述混合线路与所述制冷剂循环路径循环所述目标基板的冷却用制冷剂。
(三)有益效果
根据本发明的用于气相蚀刻以及清洗的等离子体装置，形成反应性物质，并处理基板，从而能够在不发生基于带电引起的损伤的情况下，进行目标基板处理。并且，具有清洗目标基板时不产生副产物，且选择比高的优点。并且，用于气相清洗的汽化气体提供至中央区域和边缘区域，从而可通过调节汽化气体的喷射量，整体上均匀地产生反应性物质，由此能够均匀地处理目标基板的表面。利用喷射汽化气体的配气挡板上具备的热射线，可以调节汽化气体的温度。并且，不发生基于带电引起的损伤，因此在精细图案加工工艺中，也能够对目标基板进行处理。并且，工艺气体通过扩散板向腔室内均匀地扩散，因此能够均匀地产生等离子体。由于能够均匀地产生大面积的等离子体，因此不仅在处理小型基板的情况下，在处理大型基板的情况下也能够进行均匀的处理。并且，能够通过调节扩散板的间距来调节工艺气体的扩散程度。并且，通过工艺气体的有效期限增加，提高气体分解率，从而增加蚀刻量(Etch amount)。并且，还具备混合吸盘，从而在根据处理基板的操作工序来支撑基板时，可以选择利用静电方式或真空方式中的一种方式来驱动，因此可以根据工艺氛围和环境来选择基板固定方式。并且，在无法使用一种方式的情况下，可以选择另一种方式固定基板，因此发生故障时，无需停止工艺操作或更换吸盘。并且，具有提高生产率和降低维修成本和生产成本的效果。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施例的具备双配气挡板的等离子体处理装置的图。
图2是示意表示图1的电容耦合电极组件的结构的图。
图3是表示双配气挡板的上部的俯视图。
图4是表示双配气挡板的下部的仰视图。
图5是表示第一实施例的利用等离子体处理装置的等离子体处理方法的流程图。
图6是表示本发明的第二实施例的双配气挡板的图。
图7是表示本发明的第三实施例的双配气挡板的图。
图8是表示本发明的第四实施例的双配气挡板的图。
图9是表示本发明的第五实施例的双配气挡板的图。
图10是表示本发明的第六实施例的双配气挡板的图。
图11是表示本发明的第七实施例的双配气挡板的图。
图12是表示具备扩散板的等离子体处理装置的图。
图13是表示扩散板的俯视图。
图14是表示基于扩散板间隔的等离子体均匀度的曲线图。
图15是表示利用图12的等离子体处理装置的等离子体处理方法的流程图。
图16和图17是表示电感耦合等离子体方式的等离子体处理装置的图。
图18和图19是表示具备多个气体注入口的等离子体处理装置的图。
图20是表示本发明的优选实施例的混合吸盘的平面的图。
图21是表示图20的混合吸盘的剖面的图。
图22是表示混合吸盘的操作方法的流程图。
附图说明标记
1：目标基板 2：基板支撑台
3：供电电源 4：直流电源
5：阻抗匹配器 6：偏压电源
7：阻抗匹配器
10，10a，10b，10c，10d，10e： 等离子体处理装置
12：反应器主体 14：气体注入口
15：工艺气体供给源 16：排气口
17：排气泵 20：电容耦合电极组件
21：接地 22：第一电极
22a：突出部 24：第二电极
24a：电源电极 24b：绝缘部
26：冷却通道 27：冷却水供给源
28：介质窗 30：喷气头
30a，30b：第一、第二喷气头
32：中央喷气头 34：边缘喷气头
40：配气挡板 42：通孔
50，50a，50b，50c，50d，50e，50f： 双配气挡板
50-1：上板 50-2：下板
51：中央供给线 52：通孔
53：中央汽化气体喷射孔 54：边缘汽化气体喷射孔
55：供电电源 56：隔离板
56a：中央注入口 56b：共同汽化气体喷射孔
58：边缘注入口 57：隔板
57a：中央供给管道 57b：边缘供给管道
57：供电电源 60：升降销
62：升降销驱动部 72：排气孔
74：排气挡板 75：排气区域
80：扩散板 82：固定杆
84：分配板 86：通孔
87：塞子 88：塞子固定件
92：射频天线 94：磁盖
96：介质窗 100：基板支撑台
102：主体部 104：升降销
106：混合线路 107：制冷剂循环路径
108：介电层 110：控制部
112，114： 第一、第二电极部
113：绝缘部 120：静电吸盘供电电源
130：真空泵 132：测压传感器
140：切换阀 150：制冷剂供给源
152：流量测量传感器 154：流量控制阀
200，210：直接产生等离子体区域
230：基板处理区域
具体实施方式
为了充分理解本发明，下面参照附图来说明本发明的优选实施例。本发明的实施例可以以多种形式变更，本发明的保护范围并不限定于以下详细说明的实施例。本实施例是为了向本发明所属技术领域的技术人员更加充分地说明本发明的内容而提供的。因此，为了强调更加明确的说明，可放大表示附图中的组成构件的形状等。需要注意的是，附图中的相同组成构件用相同的附图标记表示。对于认为混淆本发明的主旨的公知功能和结构，将省略其详细说明。
图1是表示本发明的第一实施例的具备双配气挡板的等离子体处理装置的图。
参照图1，本发明的等离子体处理装置10由反应器主体12、电容耦合电极组件20、配气挡板40、双配气挡板50以及供电电源3组成。反应器主体12的内部具备放置目标基板1的基板支撑台2。反应器主体12的上部具备供给用于等离子体处理的工艺气体的气体注入口14，由工艺气体供给源15供给的工艺气体通过气体注入口14供给到反应器主体12内部。气体注入口14具备设有多个气体喷射孔32的喷气头30，从而将工艺气体通过气体喷射孔32供给至直接产生等离子体区域200。喷气头30与气体注入口14连接，以便可以向介质窗28的下部喷射工艺气体。反应器主体12的下部具备排气口16，并与排气泵17连接。反应器主体12的下部形成有排气区域75，所述排气区域围绕基板支撑台2，并形成有排气孔72。排气孔72可以是连续开口的形状，也可以由多个通孔形成。并且，排气区域75具备多个排气挡板74，以均匀地排出废气。
反应器主体12可用铝、不锈钢、铜等金属物质制造。或者用镀覆金属，例如阳极氧化铝或镀镍铝制造，或用难溶金属(refractorymetal)制造。另外，还可以将反应器主体12的整体或部分用石英或陶瓷等电绝缘材料制造。如此，反应器主体12可以用适于进行等离子体工艺的任意物质制造。基于目标基板1，且为了均匀地产生等离子体，反应器主体12的结构可以具有最合适的结构，例如圆形结构或方形结构或除此之外的任何形状的结构。
目标基板1是指用于制造如半导体装置、显示装置、太阳能电池等各种装置的晶片基板、玻璃基板、塑料基板等的基板。基板支撑台2还可以连接于偏压电源6。基板支撑台2具备升降销60，所述升降销为了支撑目标基板1并提升或降低目标基板1，与升降销驱动部62连接。基板支撑台2可以包括加热器。
电容耦合电极组件20设置于反应器主体12的上部，以形成反应器主体12的顶板。电容耦合电极组件20由与接地(21)连接的第一电极22和与供电电源3连接并接收变频电源的第二电极24组成。第一电极22形成反应器主体12的顶板，与接地21连接。第一电极22形成为一个板状，具备隔开一定距离向反应器主体内部突出形成的多个突出部22a。第一电极22的中央设有气体注入口14。第二电极24以与第一电极22隔开规定距离的方式设置在突出部22a之间。第二电极24的一部分插入并安装在第一电极22中。在此，第二电极24由与供电电源3连接并接收无线变频电源的电源电极24a和设置有电源电极24a并插入第一电极22的绝缘部24b组成。绝缘部24b可形成为包围整个电源电极24a的形状。第一电极22和第二电极24向等离子体产生区域直接产生电容耦合的等离子体。在本发明中，为了感应等离子体使用了电容耦合电极组件20，但是为了产生电感耦合的等离子体也可以使用射频天线。供电电源3通过阻抗匹配器5与第二电极24连接，并提供射频电源。第二电极24可以选择性地与直流电源4连接。
图2是示意表示图1的电容耦合电极组件的结构的图。
参照图2，电容耦合电极组件20是由与接地21连接的第一电极22和与供电电源3连接的第二电极24形成的螺旋结构组成。第一电极22的突出部22a和第二电极24的电源电极24a隔开一定距离形成螺旋结构。第二电极24的电源电极24a和第一电极22的突出部22a保持一定间距并对置，从而可以产生均匀的等离子体。在此，第一电极22和第二电极24可以设置为并列电极，也可以排列为不同的结构。虽然本发明的第一电极22和第二电极24示为方形，但可以变更为三角形、圆形等各种形状。
电容耦合电极组件20与配气挡板40之间具备介质窗28。介质窗28耐于带电损伤(Plasma Damage)，而且可以半永久性地使用。因此，通过介质窗28使电容耦合电极组件20不外露在等离子体中，从而防止第一电极22和第二电极24的损伤。
重新参照图1，双配气挡板50是用于将汽化气体向基板处理区域230喷射的结构，以与基板支撑台2相对的方式设置在反应器的主体12内。双配气挡板50由多个通孔52和多个中央汽化气体喷射孔53以及边缘汽化气体喷射孔54组成。为了使汽化气体流动，中央汽化气体喷射孔53和边缘汽化气体喷射孔54形成在双配气挡板50内设置的中央供给管道57a和边缘供给管道57b中，使向中央供给管道57a和边缘供给管道57b供给的汽化气体向双配气挡板50的外部喷射。中央汽化气体喷射孔53和边缘汽化气体喷射孔54形成在双配气挡板50的下面，以使汽化气体喷射到基板处理区域230。通过中央汽化气体喷射孔53和边缘汽化气体喷射孔54调节向基板处理区域230的中央区域和边缘区域供给的汽化气体的量，从而在整个基板处理区域230中可形成均匀的反应性物质。由此，通过均匀形成的反应性物质可以均匀地处理目标基板1。
反应器主体12内还可以具备用于在直接产生等离子体区域200均匀地分配等离子体的配气挡板40。配气挡板40设置在直接产生等离子体区域200、210内，通过多个通孔42均匀地分配被等离子体所分离的工艺气体。通过双配气挡板50的中央汽化气体喷射孔53和边缘汽化气体喷射孔54向基板处理区域220供给汽化气体，并通过通孔52向基板处理区域220供给等离子体，形成反应性物质(reactivesepcies)。反应性物质与目标基板1的副产物相吸附，在热处理过程中被去除。这种方式的清洗叫做气相蚀刻(Vapor Phase etching)。
气相清洗是具备湿式清洗与干式蚀刻的优点的清洗方式，在低温真空腔室中，直接利用反应性高的原子或分子与目标基板1表面的薄膜直接发生反应，从而选择性地进行蚀刻和清洗。气相清洗具有选择比高、容易控制清洗量和不发生带电损伤(Plasma Damage)等优点。并且，还具有以下优点，即通常不产生副产物，即使产生副产物也能够以相对湿式清洗更简单的方法充分地去除。
用于形成反应性物质的汽化气体主要使用汽化的水(H2O)。用于产生等离子体的主要蚀刻气体(Main etchant gas)使用NF3、CF4(Fluorine系列)，Carrier气体使用He，Ar，N2(惰性气体)。优选地，各工艺压力为几m torr至几百torr。
配气挡板40和双配气挡板50还可以包括热射线，作为调节温度的加热装置。在此，配气挡板40和双配气挡板50均可形成有加热装置，也可以是其中一个挡板上形成有加热装置。尤其，形成于双配气挡板50的热射线从供电电源55接收电力，不断加热经过中央供给管道57a和边缘供给管道57b的汽化的水(H2O)，以使汽化的水(H2O)不被液化，维持汽化状态并到达目标基板1。并且，双配气挡板50还可以具备能够检测汽化气体温度的传感器。
等离子体处理装置10的与接地21连接的第一电极22内部可以具备冷却通道26。冷却通道26接收由冷却水供给源27供给的冷却水，将过热的第一电极22的温度降低至一定温度并保持。
图3是表示双配气挡板上部的俯视图，图4是表示双配气挡板下部的仰视图。
参照图3和图4，双配气挡板50的通孔52是贯穿双配气挡板50而形成。相反地，中央汽化气体喷射孔53和边缘汽化气体喷射孔54形成在双配气挡板50内部所形成的汽化气体供给管道下部，即形成在双配气挡板50的下面。通孔52与中央汽化气体喷射孔53和边缘汽化气体喷射孔54的大小可以相同或不同。并且，中央汽化气体喷射孔53和边缘汽化气体喷射孔54的大小也可以相同或不同。可通过调节通孔52、中央汽化气体喷射孔53和边缘汽化气体喷射孔54的大小来调节等离子体和汽化气体的喷射量。
中央汽化气体喷射孔53以均匀的间隔形成在双配气挡板50的中心区域，边缘汽化气体喷射孔54以中央汽化气体喷射孔53为中心，均匀地形成在其周围。各喷射孔之间的间距可以调节为各种间距。
图5是表示第一实施例的利用等离子体处理装置进行等离子体处理方法的流程图。
参照图5，由工艺气体供给源15供给的工艺气体通过等离子体处理装置10的喷气头30供给至直接产生等离子体区域200(S20)。在直接产生等离子体区域200所产生的等离子体，通过配气挡板40和双配气挡板50分配给基板处理区域220(S21)。汽化气体通过双配气挡板50的中央汽化气体喷射孔53和边缘汽化气体喷射孔54供给至基板处理区域220的中心区域和边缘区域，形成反应性物质(S22)。利用基板处理区域220中所形成的反应性物质处理目标基板1(S23)。
图6是表示本发明的第二实施例的双配气挡板的图。
参照图6，双配气挡板50a由向中心区域供给汽化气体的中央供给管道57a和向边缘区域供给汽化气体的边缘供给管道57b组成。在此，边缘供给管道57b是通过沿着双配气挡板50a边缘形成的多个隔板57来形成移动路径。换句话说，多个隔板57沿着双配气挡板50a的边缘隔开一定距离而形成，且汽化气体沿着双配气挡板50a的边缘旋转并向平面的中心方向移动，并通过形成于双配气挡板50a的边缘汽化气体喷射孔54向周围喷射。经过隔板57之间向中心方向供给的边缘供给管道57b可形成为约5mm的幅度。
图7是本发明的第三实施例的双配气挡板的图。
参照图7，双配气挡板50b是由上板50-1和下板50-2组成。上板50-1和下板50-2均形成有用于共同分配等离子体的多个通孔52。上板50-1的底面和下板50-2的上表面形成有用于供给汽化气体的凹槽，上板50-1和下板50-2通过焊接结合，形成汽化气体供给管道。
在下板50-2形成有用于通过内部的汽化气体供给管道向基板处理区域220的中心区域和边缘区域排出的汽化气体的多个中央汽化气体喷射孔53和边缘汽化气体喷射孔54。
图8是表示本发明的第四实施例的双配气挡板的图。
参照图8，双配气挡板50c形成有用于隔开中央区域和边缘区域的隔离板56。隔离板56从双配气挡板50c的中心保持一定距离。向隔离板56内侧供给的汽化气体喷向双配气挡板50c的中央区域，向隔离板56外侧供给的汽化气体喷向双配气挡板50c的边缘区域。在此，通过沿着双配气挡板50c的边缘形成的多个隔板57，来形成边缘汽化气体供给管道57b。通过隔板57向周围供给的汽化气体沿着双配气挡板50c的边缘旋转并向平面的中心方向移动，并通过边缘汽化气体喷射孔54向周围喷射。根据隔板57的设置位置，可以调节向双配气挡板50c中心区域和边缘区域供给的汽化气体的量。
图9是本发明的第五实施例的双配气挡板的图。
参照图9，双配气挡板50d的上部设置有中央供给线51。中央供给线51是从双配气挡板50d的上面向中心区域方向形成的具有规定深度的凹槽，在中央供给线51的终端连接有中央汽化气体喷射孔53。通过中央供给线51供给的汽化气体供给到中央汽化气体喷射孔53。中央供给线51对称形成，从而可以降低钎焊工艺中因填料引起的供给管道的堵塞，以及加工后可以进行清洗工作。如图所示，中央供给线51可以形成为直线，也可以形成为曲线。
图10是表示本发明的第六实施例的双配气挡板的图。
参照图10，如上所述的图9，在双配气挡板50e的上面向中心方向形成具有规定深度的凹槽，在凹槽上部安装盖子59，从而可以形成中央汽化气体供给管道。此时，盖子59可以用铝做成杆状之后焊接在双配气挡板50e的上部。
图11是表示本发明的第七实施例的双配气挡板的图。
参照图11，双配气挡板50f在中央部具备用于输入气体的中央注入口56a，两侧具备用于输入气体的边缘注入口58。中央注入口56a和边缘注入口58形成在一个共同的汽化气体供给管道上。共同汽化气体供给管道形成有多个共同汽化气体喷射孔56b。
通过调节经中央注入口56a和边缘注入口58供给的汽化气体的压力来调节向中心区域和边缘区域供给的汽化气体的量。例如，当通过中央注入口56a以一定的压力供给汽化气体时，所供给的汽化气体会通过相对地位于中心部的共同汽化气体喷射孔56b喷射。当通过边缘注入口58供给汽化气体时，所供给的汽化气体通过相对地位于中心部的共同汽化气体喷射孔56b喷射。在此，当用高压向中央注入口56a供给汽化气体时，会通过大范围的共同汽化气体喷射孔56b喷射汽化气体，当用低压向中央注入口56a供给汽化气体时，会通过相对小范围的共同汽化气体喷射孔56b喷射汽化气体。
图12是表示具备扩散板的等离子体处理装置的图。
参照图12，等离子体处理装置10a具备用于均匀扩散工艺气体的扩散板80。扩散板80是由陶瓷类制作，在直接产生等离子体区域200内均匀地扩散流入反应器主体12的工艺气体。扩散板80形成为板状，以与喷气头30对置的方式隔开设置。通过喷气头30流入的工艺气体集中在直接产生等离子体区域200的中心(center)，并通过扩散板80向边缘(edge)区域扩散。此时，直接产生等离子体区域200内的工艺气体的整体残留时间增加，从而提高分解率。通过喷气头30喷射而没有被分解的工艺气体主要集中在直接产生等离子体区域200内的中心，并通过扩散板80扩散，且被等离子体分解，因此可以均匀地产生等离子体。并且，作为蚀刻目标的二氧化硅(sio2)的蚀刻量(etch amount)会增加。第三实施例的等离子体处理装置除了扩散板80，其他结构及功能与图1所示的等离子体处理装置相同，因此省略详细说明。
图13是表示扩散板的俯视图。
参照图13，扩散板80由与喷气头30连接的固定杆82和与固定杆82连接的板状的分配板84形成。从设置在反应器主体12中心的喷气头30供给的工艺气体与分配板84碰撞，并向周围扩散。因此，曾通过集中在直接产生等离子体区域200中心而形成的等离子体，能够在整个直接产生等离子体区域200均匀地产生。
分配板84可形成为没有通孔的一个板，也可以是具备多个通孔86的板。工艺气体可通过分配板84扩散的同时，并通过多个通孔86分配到下部。还可以通过将塞子87和塞子固定件88插入通孔86并塞住多个通孔86，来调节通孔的整个数量。虽然分配板84的直径优选为64Φ□10Φ，但是可根据喷气头30的形状来调节分配板的形状和大小。
图14是表示基于扩散板间隔的等离子体均匀度的曲线图。
参照图14，根据扩散板80与喷气头30之间的间隔(gap)能够调节等离子体的均匀度。首先，确认在不具备扩散板80的正常情况下(Normal)的蚀刻量(etch amount)和均匀度(uniformity)，显示为7.5％。如图所示，可知目标基板1的中心区域的蚀刻量多于边缘区域的蚀刻量。这表示等离子体的发生集中在中心区域。
相反地，将本发明的扩散板80设置在等离子体装置10a中，然后确认蚀刻量和均匀度，可知当扩散板80的设置间隔(gap)为5mm时的蚀刻量和均匀度为3.8％，间隔为10mm时的蚀刻量和均匀度为3.4％，间隔为15mm时的蚀刻量和均匀度为3.3％。因此，通过扩散板80可以提高等离子体均匀度。另外，随着扩散板80的间隔的变化，工艺气体的扩散速度和距离产生差异，因此可以通过改变间隔来调节蚀刻量，从而提高等离子体的均匀度。
图15是表示利用图12的等离子体处理装置进行等离子体处理方法的流程图。
参照图15，由工艺气体供给源15供给的工艺气体通过等离子体处理装置10a的喷气头30供给到直接产生等离子体区域200(S200)。所供给的工艺气体通过扩散板80均匀地扩散在等离子体发生区域200内(S210)。在直接产生等离子体区域200产生的等离子体通过配气挡板40和双配气挡板50供给到基板处理区域(S220)。将汽化气体喷射到基板处理区域的双配气挡板50的中心区域和边缘区域，从而使等离子体和汽化气体发生反应并形成反应性物质(S230)。利用在基板处理区域所产生的反应性物质处理目标基板1(S240)。
图16和图17是表示电感耦合等离子体方式的等离子体处理装置的图。
参照图16和图17，等离子体处理装置10b、10c具备用于向反应器主体12内部供给电感耦合的等离子体的射频天线92。射频天线92以螺旋形缠绕在反应器主体12上部所具备的介质窗96上部。射频天线92通过阻抗匹配器5与供电电源3连接并接收电力。磁盖94以包裹射频天线92的上部的形状设置，从而可以将磁通量集中在反应器主体12的内部。可以将一个射频天线92设置成螺旋形，也可以将多个射频天线92并列设置。
并且，等离子体处理装置10c还具备用于均匀地供给工艺气体的扩散板80。扩散板80设置在喷气头30上，使供给至反应器主体12内的工艺气体能够均匀地喷射。扩散板80的结构和功能与上述说明的内容相同，在此省略详细说明。
图18和图19是表示具备多个气体注入口的等离子体处理装置的图。
参照图18和图19，等离子体处理装置10d、10e还具备用于向反应器主体12的中心区域供给工艺气体的第一喷气头30a和用于向反应器主体12的边缘区域供给工艺气体的第二喷气头30b。通过调节工艺气体的供给量，可以调节等离子体的整体均匀度，其中，所述工艺气体是通过第一喷气头30a和第二喷气头30b向中心区域和边缘区域供给。
在等离子体处理装置10d、10e中，用于向中心区域和边缘区域感应等离子体的等离子体源各不相同。例如，中心区域可设有电容耦合电极，边缘区域可设有射频天线。并且，相反地中心区域可设有射频天线，边缘区域可设有电容耦合电极。等离子体根据电容耦合电极和射频天线，综合性地放电。
并且，等离子体处理装置10e还具备用于均匀供给工艺气体的扩散板80。扩散板80分别设置于第一喷气头30a和第二喷气头30b，以使供给至中心区域和边缘区域的工艺气体均匀地喷射。扩散板80的结构和功能与上述说明的内容相同，在此省略详细说明。
如上所述的各种形式的等离子体处理装置10a、10b、10c、10d、10e所具备的基板支撑台2通过静电方式或真空方式中的一种方式运行，并固定目标基板1。本发明的基板支撑台2由可选择静电方式或真空方式中一种方式来驱动的混合吸盘(Chuck)组成。这种混合吸盘可以适用于以上说明的所有形式的等离子体处理装置10a、10b、10c、10d、10e。
以下说明混合吸盘的结构和运行方法。
图20是表示本发明的优选实施例的混合吸盘的平面的图，图21是表示图20的混合吸盘的剖面的图。
参照图20和图21，本发明的混合吸盘称为用于支撑目标基板1的基板支撑台100。基板支撑台100由主体部102、第一电极部112、第二电极部114以及混合线路106组成。
主体部102是目标基板1放置在其上部的基底部，设在等离子体腔室内。主体部102可根据所要处理的目标基板1的形状，形成圆形或方形等各种形状。主体部102具备升降销104，所述升降销用于支撑目标基板1的同时，提升或降低目标基板1。目标基板1是，例如用于制造半导体装置的硅晶片基板或用于制造液晶显示器或等离子体显示器等的玻璃基板。
第一电极部112和第二电极部114在主体部102中位于放置有目标基板1的上面。第一电极部112和第二电极部114的上面形成有介电层108，且目标基板1放置在介电层108上。介电层108可以形成为一个板状，也可形成为与第一电极部112和第二电极部114相同的形状。第一电极部112和第二电极部114形成为Z字形，相互嵌合地设置。这种电极部的形状可以增加电极部与目标基板1的接触面，并使静电力的产生极大化。本发明的电极部的形状仅仅是一个例示，可以变更为各种形状。第一电极部112和第二电极部114与静电吸盘供电电源120连接，当使用静电方式驱动基板支撑台100时，可接收用于产生静电力的电压。
第一电极部112和第二电极部114之间具备用于电绝缘的绝缘部113。本发明的混合吸盘可以以单级(Unipolar，或单极(Monopolar))方式在主体部102设置一个电极并产生静电力，优选地，可以以固定基板时无需单独的电场的双极(Bipolar)方式设置两个以上的电极并产生静电力。本发明中公开并说明了双极方式的第一电极部112和第二电极部114。
混合线路106通过贯穿一个以上的主体部102而形成。一个以上的混合线路106与真空泵130连接，以真空方式驱动基板支撑台100时通过混合线路106吸入空气，从而固定放置在主体部102上面的目标基板1。
混合线路106可以与制冷剂供给源150连接，并用作冷却目标基板1的冷却通道。换句话说，当基板支撑台100以真空方式被驱动时，混合线路106吸入空气并固定目标基板1，当基板支撑台100以静电方式被驱动时，混合线路106接收制冷剂并冷却目标基板1。
两个以上的混合线路106相连接并形成制冷剂循环路径107。制冷剂循环路径107以同心圆的形状形成在主体部102上面的介电层108。制冷剂循环路径107均匀地分布在整个主体部102的上面。在制冷剂循环路径107中，一个混合线路106用作制冷剂供给管道，另一个混合线路106用作制冷剂排出管道。从制冷剂供给源150通过一个混合线路106接收制冷剂，沿着制冷剂循环路径107循环，并调节目标基板W的温度之后通过另一个混合线路106排出。此时，各混合线路106与用于调节制冷剂流量的流量调节阀154连接。在真空方式的基板支撑台100中，可以使用氦(He)气作为制冷剂。
用真空方式驱动基板支撑台100时，第一电极部112和第二电极部114被驱动，从而通过电力固定目标基板1。真空方式不受设有基板支撑台100的腔室内的氛围的限制，使氦气通过制冷剂循环路径107和混合线路106，向目标基板1的后面循环，同时调节温度并改善温度均匀度。
混合线路106通过切换阀140与真空泵130或制冷剂供给源150连接。当切换阀140接收由控制部110传输的用于真空方式的驱动的信号时，连接混合线路106和真空泵130。并且，当切换阀140接收由控制部110传输的用于静电方式的驱动的信号时，连接混合线路106和制冷剂供给源150。此时，控制部110向静电吸盘供电电源120传送驱动信号。
为了确认目标基板1固定在基板支撑台100上的状态，混合线路106和真空泵130之间具备测压传感器132。测压传感器132通过检测混合线路106的真空压力变化量，来确认基板的固定状态。并且，为了确认目标基板1固定在基板支撑台100上的状态，混合线路106和制冷剂供给源150之间具备流量测量传感器152。流量测量传感器152通过检测混合线路106和制冷剂循环路径107的制冷剂流量变化来确认基板的固定状态。
现有的基板支撑台100主要是由陶瓷(Ceramic)材质制成，但本发明的基板支撑台100是由聚酰亚胺(Polyimide)制成。陶瓷具有高耐久性和高热导率以及吸附能力优异的优点。然而具有如下缺点，即费用高以及制造工艺很难，并且因陶瓷的多孔(porous)性质，会吸收水分。相反地，聚酰亚胺(Polyimide)价格低廉，耐热性优异，因此从低温到高温的特性变化较小。并且，具有高击穿电压和放电时间短的优点。而且不受水分的影响，相比陶瓷，应用范围广泛。
图22是表示混合吸盘运行方法的流程图。
参照图22，为了进行工艺，当目标基板1进入腔室内时，用户或控制部110会选择使用静电方式或真空方式中的某一种方式来驱动基板支撑台100(S300)。可由用户手动选择某一种方式，也有可由控制部110根据腔室内的氛围或基板支撑台100的状态而系统选择。
当选择使用静电方式运行时，从静电吸盘供电电源120向第一电极部112和第二电极部114施加静电吸盘电压(S310)。由制冷剂供给源(150)供给的制冷剂沿着混合线路106和制冷剂循环路径107循环(S311)。虽然附图中未示出，利用测压计测量循环的制冷剂的压力(S312)，通过流量测量传感器152测量制冷剂的流量并传送至控制部(S313)。控制部110通过所测量的制冷剂的流量变化量来确认目标基板1的固定状态。例如，控制部110可通过比较目标基板1被正常固定的状态时与被非正常固定的状态时的流量变化的数据与已测量的流量变化量，以此确认基板的固定状态(S314)。当判断为制冷剂流量变化量正常时，进行对目标基板1的操作工序(S316)。但是，当通过制冷剂流量变化量判断为目标基板1没有被正常固定时，可重新将目标基板1放置在基板支撑台100上，并反复进行以上说明的过程。并且，当判断为静电方式的驱动不顺利时，还可以转换为真空方式，并将目标基板1固定在基板支撑台100(S315)。这样的驱动方式的转换，可通过用户手动进行，也可根据控制部110的判断而自动进行。
当选择使用真空方式驱动时，驱动真空泵130，并通过混合线路106吸收空气(S320)。通过测压传感器132测量混合线路106的真空压力并传送至控制部(S321)。控制部110通过比较所测量的真空压力变化量来确认目标基板1的固定状态。例如，控制部110通过将目标基板1被正常固定的状态时与被非正常固定的状态时的压力变化的数据与已测量的压力变化量，以此确认固定状态(S322)。当判断为真空压力的变化量正常时，进行目标基板1的操作工序(S324)。但是，通过真空压力变化量来判断为目标基板1没有被正常固定时，重新将目标基板1放置在基板支撑台100上，并反复进行以上所述的过程。或者，当判断为真空方式的驱动不顺利的情况下，还可以转换为静电方式，由此固定目标基板1(S323)。这样的驱动方式的转换，可通过用户手动进行，也可根据控制部110的判断而自动进行。
因此，利用本发明的混合吸盘，可以根据工艺氛围和环境来选择基板固定方式。并且，当无法使用一种方式时的情况下，可以选择其他方式来固定基板，因此发生故障时，也无需停止基板处理工序或更换吸盘，从而具有提高生产率以及减少维修成本和生产成本的效果。
如上所述的本发明的用于气相蚀刻以及清洗的等离子体装置的实施例子仅仅是一个例示。本发明所属领域的技术人员可以进行多种变更和导出均等的实施例。
因此，可以理解为本发明并不限定于上述的详细说明中提及的形态。因此，本发明的真正的技术保护范围应根据权利要求书的技术思想而限定。而且，应理解为本发明包括权利要求书中限定的本发明的主旨和其范围内的所有变形物和均等物以及替代物。

Claims (12)

1.一种用于气相蚀刻以及清洗的等离子体处理装置，其特征在于，包括：
反应器主体，用于处理目标基板；
直接产生等离子体区域，其为所述反应器主体内的直接产生等离子体区域，工艺气体流入所述反应器主体内，从而直接感应等离子体；
等离子体感应组件，向所述直接产生等离子体区域感应等离子体；
基板处理区域，其为所述反应器主体内的基板处理区域，通过混合从所述直接产生等离子体区域流入的等离子体和从所述反应器主体的外部流入的汽化气体来形成反应性物质，并通过所述反应性物质来处理所述目标基板；以及
双配气挡板，配置在所述直接产生等离子体区域和所述基板处理区域之间，向所述基板处理区域分配等离子体，将汽化气体分配给所述基板处理区域的中心区域和周边区域。
2.根据权利要求1所述的用于气相蚀刻以及清洗的等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体感应组件是包括多个电容耦合电极的电容耦合电极组件或射频天线。
3.根据权利要求2所述的用于气相蚀刻以及清洗的等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体感应组件包括：
中央等离子体感应组件，向所述直接产生等离子体区域的中心区域感应等离子体；
边缘等离子体感应组件，向所述直接产生等离子体区域的周边区域感应等离子体。
4.根据权利要求3所述的用于气相蚀刻以及清洗的等离子体处理装置，其特征在于，所述中央等离子体感应组件与所述边缘等离子体感应组件是相同的等离子体源或不同的等离子体源。
5.根据权利要求1所述的用于气相蚀刻以及清洗的等离子体处理装置，其特征在于，所述双配气挡板包括：
多个通孔，用于所述等离子体分配而贯穿形成；
一个以上的中央汽化气体喷射孔，用于将通过所述双配气挡板内形成的汽化气体供给管道供给的汽化气体向所述基板处理区域的中心区域喷射；
一个以上的边缘汽化气体喷射孔，用于将通过所述双配气挡板内形成的汽化气体供给管道供给的汽化气体向所述基板处理区域的周边区域喷射。
6.根据权利要求1所述的用于气相蚀刻以及清洗的等离子体处理装置，其特征在于，所述双配气挡板包括热射线。
7.根据权利要求1所述的用于气相蚀刻以及清洗的等离子体处理装置，其特征在于，所述汽化气体是汽化的H2O。
8.根据权利要求1所述的用于气相蚀刻以及清洗的等离子体处理装置，其特征在于，所述双配气挡板包括：
多个通孔，用于所述等离子体分配而贯穿形成；
多个共同汽化气体喷射孔，用于将通过与所述双配气挡板内的汽化气体供给管道连接的中央注入口和边缘注入口供给的汽化气体向所述基板处理区域的中央区域和周边区域喷射，
其中，通过所述中央注入口和边缘注入口调节所述汽化气体的供给压力，并供给汽化气体。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的用于气相蚀刻以及清洗的等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体装置包括一个以上的气体注入口，其用于向所述反应器主体内部供给工艺气体。
10.根据权利要求9所述的用于气相蚀刻以及清洗的等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体装置包括扩散板，其与流入工艺气体的气体注入口相对地设置，并在所述直接产生等离子体区域内扩散工艺气体。
11.根据权利要求1所述的用于气相蚀刻以及清洗的等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体装置包括：
主体部，其在放置所述目标基板的上表面上具备介电层；
一个以上的电极单元，设置在所述主体部内，通过接收电压而驱动；
基板支撑台，包括一个以上的形成在所述主体部的混合线路，以便与放置的所述目标基板相接，
其中，通过驱动所述电极单元将所述目标基板固定在所述主体部上，或者通过所述混合线路吸入空气，从而将所述目标基板固定在所述主体部上。
12.根据权利要求11所述的用于气相蚀刻以及清洗的等离子体处理装置，其特征在于，所述介电层包括通过连接多个所述混合线路而形成的制冷剂循环路径，当通过驱动所述电极单元固定所述目标基板时，通过所述混合线路与所述制冷剂循环路径循环所述目标基板的冷却用制冷剂。
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