CN114127888A - 利用等离子体处理基板的装置 - Google Patents

Abstract

依据本发明的实施例的利用等离子体处理基板的装置，包括：腔室，形成被供应处理气体的内部空间；基板固持器，设置在上述内部空间中以支持基板；介电窗，位于上述基板固持器上部；至少一个天线，设置在上述介电窗外侧，以便由供应至上述内部空间的上述处理气体生成感应等离子体；及至少一个金属屏蔽层，设置在上述天线与上述感应等离子体之间。

Description

利用等离子体处理基板的装置

技术领域

本发明涉及利用等离子体处理基板的装置，更具体来说，涉及可防止天线线圈和等离子体之间的电容耦合造成的介电窗损伤的利用等离子体处理基板的装置。

背景技术

射频等离子体用于制造集成电路、平板显示器及其他组件。射频等离子体源通常应可在各种工艺气体中且在各种不同条件下维持稳定的等离子体。

已知满足如上所述等离子体工艺要件的等离子体源，感应耦合等离子体(ICP)源可利用13.56MHz的标准射频电源生成高密度等离子体。此外，已知为了良好控制等离子体且提供高密度等离子体，采用多重线圈ICP源。例如，将一个以上线圈配置在介电窗上部，由射频电源供电。

但是，在ICP源的情形中，因为很高电压施加至线圈，所以在ICP源与等离子体之间形成电容耦合，对介电窗造成损伤(侵蚀)，由此设备的管理成本增加，且制程良率降低。

发明内容

技术课题

本发明的目的在于，提供一种可防止介电窗损伤的利用等离子体处理基板的装置。

本发明的另一目的在于，提供一种可生成高密度等离子体的利用等离子体处理基板的装置。

本发明的其他目的可参照以下详细说明及附图来了解。

课题解决方案

依据本发明的一实施例，利用等离子体处理基板的装置包括：腔室，形成被供应处理气体的内部空间；基板固持器，设置在上述内部空间中以支持基板；介电窗，位于上述基板固持器上部；至少一个天线，设置在上述介电窗外侧，以便由供应至上述内部空间的上述处理气体生成感应等离子体；及至少一个金属屏蔽层，设置在上述天线与上述感应等离子体之间。

上述金属屏蔽层可具有对应上述天线的形状，上述金属屏蔽层可悬浮。

上述金属屏蔽层可具有对应上述天线的形状，上述金属屏蔽层可接地。

上述介电窗可包括：多个收纳空间，从上述介电窗的上表面凹入，上述金属屏蔽层及上述天线从内侧依次收纳于该收纳空间；及多个生成空间，在上述收纳空间之间用于生成上述感应等离子体，从上述介电窗的下表面凹入，位于与上述天线相同高度。上述收纳空间及上述生成空间从上述介电窗中心向边缘交替配置。

上述天线具备：环形的第一天线，具有第一直径；及环形的第二天线，具有比上述第一直径大的第二直径。上述收纳空间可包括：环形的第一收纳空间，可收纳上述第一天线；及环形的第二收纳空间，可收纳上述第二天线。

上述金属屏蔽层具有从上述天线中心放射状形成的多个狭缝。

还包括绝缘屏蔽层，该绝缘屏蔽层设置在上述天线与上述金属屏蔽层之间。

发明效果

依据本发明的一实施例，可防止施加至线圈的很高电压造成的电容耦合，由此可防止介电窗的损伤。此外，在收纳天线的收纳空间之间提供用于供应处理气体的生成空间，由此可生成高密度等离子体。

附图说明

图1显示在一般等离子体处理装置中由天线线圈生成的等离子体及鞘层。

图2显示施加至图1所示的天线线圈的电压变化。

图3显示施加至图1所示的天线线圈的电压及介电窗损伤。

图4示意性地显示依据本发明的一实施例的利用等离子体处理基板的装置。

图5显示被收纳在图4所示的介电窗中的天线线圈、绝缘屏蔽层及金属屏蔽层。

图6显示由图4所示的天线线圈形成的磁场。

图7与图8显示图4所示的金属屏蔽层。

图9是显示被收纳在图4所示的介电窗中的天线线圈、绝缘屏蔽层及金属屏蔽层的另一实施例。

具体实施方式

以下，参照图1至9更详细地说明本发明的优选实施例。本发明的实施例可变形为多种形态，本发明的范围不应被解释为受限于下面说明的实施例。下面的实施例是为了向本发明所属技术领域的普通技术人员更详细地说明本发明而提供的。因此，图中所示的各组件的形状可能会被放大，以便强调更清楚的说明。

图1显示在一般等离子体处理装置中由天线线圈生成的等离子体及鞘层。如图1所示，基板放在聚焦环上，介电窗放在基板上部。以基板为基准，在上部及侧部供应处理气体，天线线圈设置于介电窗上部以由处理气体生成等离子体。天线线圈的位于中央部的一端与射频电源连接，位于边缘部的另一端接地。但是，相反地，天线线圈的位于边缘部的另一端与射频电源连接、且位于中央部的一端接地也可以，并且，在天线线圈与接地之间还可以设置电容。

此时，在基板上部呈环形管形状生成等离子体，在该过程中，施加至天线线圈的很高电压与等离子体产生电容耦合，在介电窗下部中央形成强鞘层。

图2显示施加至图1所示的天线线圈的电压变化，图3显示施加至图1所示的薄饼形天线线圈的电压及介电窗的损伤。如图2所示，施加至天线线圈的电压，表现出在与射频电源连接的一端最高，接地的另一端成为0V，电压从一端到另一端逐渐减小。即，如图3所示，对应于一端的#1部分显示最高电压，对应另一端的#6显示最低电压。

此外，可知在介电窗中显示高电压的#1/#2部分表现损伤程度大，且在显示低电压的#5/#6部分表现损伤程度小。为了方便参考，在图3中，上端左侧显示天线线圈的形状，上端右侧图示介电窗的厚度。

综上所述，可知存在如下问题：由于在天线线圈中被施加高电压的部分因电容耦合而形成鞘层，且由此存在介电窗因飞溅等而受损的问题；相反地，在天线线圈中被施加低电压的部分介电窗受损较少。因此，为了防止介电窗的损伤，需要限制鞘层形成等。

图4示意性地显示依据本发明的一实施例的利用等离子体处理基板的装置，图5显示被收纳在图4所示的介电窗中的天线线圈、绝缘屏蔽层及金属屏蔽层。如图4所示，腔室310具有被供应处理气体的内部空间302，基板固持器304在内部空间302中支持基板306(诸如半导体晶圆)。介电窗350位于基板固持器304上部，与基板306大体平行配置。

介电窗350具有收纳空间352A、352B、352C及生成空间354A、354B、354C。收纳空间352A、352B、352C由介电窗350的上表面凹入形成，且生成空间354A、354B、354C由介电窗350的下表面凹入形成。如图4所示，生成空间354A、354B、354C及收纳空间352A、352B、352C从介电窗350的中心至边缘交替配置，且具有对应天线340A、340B、340C的形状。

天线线圈340A、340B、340C可被收纳在收纳空间352A、352B、352C中，且配置在最内侧生成空间354A的外侧。射频电源及匹配器与天线线圈340A、340B、340C的一端连接以供应电力(频率大约13.56MHz)，且另一端接地。但是，与本实施例不同，也可以是另一端与电容连接、且电容接地，多个射频电源及匹配器分别与天线线圈340A、340B、340C连接，分别供电。

如图4所示，天线线圈340A、340B、340C分别可以是以介电窗350的中心为基准的圆柱形(螺旋形)或环形，可使用互相分开的多重天线线圈，通过匹配器决定天线线圈之间的电力分配。即，例如，天线线圈340A可以是具有第一直径(D1)的圆柱形或环形，且天线线圈340B可以是具有第二直径(D2)的圆柱形或环形。天线线圈340C可以是具有第三直径D3的多级环的圆柱形或环形。

具体来说，ICP源可分类为位于基板上部的环形平面形ICP及位于基板周边缘的圆柱形ICP。图4所示的圆柱形天线线圈可分类为混合两者的混合形态。即，前面说明的圆柱形天线线圈虽然位于基板上部，但具有圆柱形状，且以类似圆柱形状ICP的方式生成等离子体。这是为了缩短ICP源(或天线线圈)与基板间距离，通过三个独立的ICP源确保工艺的均匀度。由此，在间隙小于50mm时也可调整均匀度。另一方面，以往ICP源的间隙为150mm以上。

图6显示由图4所示的天线线圈形成的磁场。当电力供应至前面说明的天线线圈340A、340B、340C时，天线线圈340A、340B、340C形成磁场，如图6所示，可知沿着天线线圈340A、340B、340C的环中心方向形成强磁场，在天线线圈340A、340B、340C的环下部形成相对较弱磁场。

另一方面，在本实施例中，虽然以多重天线线圈为例进行了说明，但亦可使用图1与3所示的一个薄饼型天线线圈。

金属屏蔽层332A、332B、332C及绝缘屏蔽层334A、334B、334C被收纳在收纳空间352A、352B、352C，绝缘屏蔽层334A、334B、334C可设置在金属屏蔽层332A、332B、332C与天线线圈340A、340B、340C之间将双方互相绝缘。

图7与图8显示图4所示的金属屏蔽层。在前面说明的多重天线线圈的情形下，收纳空间352A、352B、352C及生成空间354A、354B、354C可以是分别具有第一至第三直径的环形状，如图7所示，金属屏蔽层332A、332B、332C亦可以是分别具有第一至第三直径的环形。

绝缘屏蔽层334A、334B、334C可具有与金属屏蔽层332A、332B、332C相同形状，或可以是包围金属屏蔽层332A、332B、332C的绝缘带形态。或者，可通过分开的方式相互绝缘金属屏蔽层332A、332B、332C和天线线圈340A、340B、340C。

由天线线圈340A、340B、340C在半径方向(或中心方向)上形成的磁场不受图7所示金属屏蔽层332A、332B、332C的影响，因此，可在位于天线线圈340A、340B、340C的中心方向上的生成空间354A、354B、354C内顺利生成等离子体。但是，由天线线圈340A、340B、340C朝下方向(或中心方向)形成的磁场因金属屏蔽层332A、332B、332C而无法继续前进，所以在天线线圈340A、340B、340C的下部生成的等离子体效率会降低。因此，如图8所示，金属屏蔽层332A、332B、332C可具有多个狭缝，且狭缝可以具有由金属屏蔽层中心放射状配置的形状。狭缝提供由天线线圈340A、340B、340C形成的磁场可通过的空间，且相较于图7所示的金属屏蔽层332A、332B、332C，可增加等离子体效率。

介电窗350具有以同心圆形状配置的多个喷嘴孔355A、355B、355C，且各喷嘴孔355A、355B、355C分别贯穿位于生成空间354A、354B、354C上部的上部壁且与生成空间354A、354B、354C连通。侧喷嘴320设置在介电窗350与腔室310之间。喷嘴孔355A、355B、355C将通过单独的气体供应管线供应的处理气体分别喷射到生成空间354A、354B、354C，侧喷嘴320向内部空间302中基板306的上部喷射处理气体。

以下，参照图4与5说明本发明的操作方法。在基板306被基板固持器304支持的状态下，喷嘴孔355A、355B、355C及侧喷嘴320供应处理气体，且射频电源及匹配器向天线线圈340A、340B、340C供应电力。因此，如后所述，等离子体主要形成在生成空间354A、354B、354C内并扩散到内部空间302中，由此可利用等离子体对基板实施工序。

此时，金属屏蔽层332A、332B、332C可接地(请参见图5)，且与位置无关地接地金属屏蔽层332A、332B、332C)都是0V，因此，不仅无法形成电容耦合造成的鞘层，还可防止介电窗350的损伤。换言之，与天线线圈340A、340B、340C中被施加高电压的部分或被施加低电压的部分无关，位于天线线圈340A、340B、340C下部的金属屏蔽层332A、332B、332C接地，不发生电容耦合。

另一方面，如上所述，因为在天线线圈340A、340B、340C的中心方向形成强磁场，所以可在位于天线线圈340A、340B、340C的中心方向的生成空间354A、354B、354C内顺利生成等离子体。即，如图5所示，相较于区域B，可在区域A生成较高密度的等离子体。

图9是显示被收纳在图4所示的介电窗中的天线线圈、绝缘屏蔽层及金属屏蔽层的另一实施例。作为与上述实施例不同的实施例，金属屏蔽层332A、332B、332C可悬浮，且悬浮的金属屏蔽层332A、332B、332C与其位置无关地具有等电位，从而依据金属屏蔽层的位置施加高电压的部位消失，在金属屏蔽层的全部位置形成相同电位。因此，可减少在形成高电压的部位集中的电容耦合效应，且由此解决介电窗350因飞溅等而受损的问题。此外，在天线线圈与接地之间连接电容(平衡电容)达成平衡条件时，天线线圈以其中心为基准被分成(+)电位及(-)电位，但是，悬浮的金属屏蔽层成为整体电位总和0V。因此，在该情形下，悬浮的金属屏蔽层可具有与接地金属屏蔽层相同的效果。

总之，与天线线圈340A、340B、340C中被施加高电压的部分或被施加低电压的部分无关地，位于天线线圈340A、340B、340C下部的金属屏蔽层332A、332B、332C悬浮而形成等电位，从而具有平均电压，不会发生电容耦合。

依据以上说明，通过在天线线圈340A、340B、340C与内部空间302(或基板306)之间设置金属屏蔽层332A、332B、332C的状态下使该金属屏蔽层332A、332B、332C接地或悬浮，可防止在天线线圈340A、340B、340C中被施加高电压的部分产生的电容耦合及由此造成的鞘层形成，并由此防止介电窗350的损伤。与本实施例不同，金属屏蔽层332A、332B、332C也可设置在介电窗350下部，此时，可省略绝缘屏蔽层334A、334B、334C。

此外，收纳空间352A、352B、352C及生成空间354A、354B、354C的高度可考虑天线线圈340A、340B、340C的高度、或金属屏蔽层332A、332B、332C的高度、绝缘屏蔽层334A、334B、334C的高度及等离子体密度等来决定。

虽然参照优选实施例详细地说明了本发明，但是与此不同形态的实施例也是可能的。因此，以下提出的权利要求的技术思想及范畴不限于优选实施例。

工业实用性

本发明可应用于多种形态的半导体制造设备及制造方法。

Claims (7)

1.一种利用等离子体处理基板的装置，其特征在于，

包括：

腔室，形成被供应处理气体的内部空间；

基板固持器，设置在上述内部空间中以支持基板；

介电窗，位于上述基板固持器上部；

至少一个天线，设置在上述介电窗外侧，以便由供应至上述内部空间的上述处理气体生成感应等离子体；及

至少一个金属屏蔽层，设置在上述天线与上述感应等离子体之间。

2.根据权利要求1所述的利用等离子体处理基板的装置，其特征在于，

上述金属屏蔽层具有对应上述天线的形状，

上述金属屏蔽层悬浮。

3.根据权利要求1所述的利用等离子体处理基板的装置，其特征在于，

上述金属屏蔽层具有对应上述天线的形状，

上述金属屏蔽层接地。

4.根据权利要求1所述的利用等离子体处理基板的装置，其特征在于，

上述介电窗包括：

多个收纳空间，从上述介电窗的上表面凹入，上述金属屏蔽层及上述天线从内侧依次收纳于该收纳空间；及

多个生成空间，在上述收纳空间之间用于生成上述感应等离子体，从上述介电窗的下表面凹入，位于与上述天线相同高度，

上述收纳空间及上述生成空间从上述介电窗中心向边缘交替配置。

5.根据权利要求1所述的利用等离子体处理基板的装置，其特征在于，

上述天线具备：

环形的第一天线，具有第一直径；及

环形的第二天线，具有比上述第一直径大的第二直径，

上述收纳空间包括：

环形的第一收纳空间，可收纳上述第一天线；及

环形的第二收纳空间，可收纳上述第二天线。

6.根据权利要求1所述的利用等离子体处理基板的装置，其特征在于，

上述金属屏蔽层具有从上述天线中心放射状形成的多个狭缝。

7.根据权利要求1所述的利用等离子体处理基板的装置，其特征在于，

还包括绝缘屏蔽层，该绝缘屏蔽层设置在上述天线与上述金属屏蔽层之间。

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