CN1228819C - 等离子加工设备 - Google Patents

Abstract

在暴露于空气的微波入口窗(4)的一边，设置带有槽(11a)和谐振单元(3)的槽板(11)。槽板(11)和谐振单元(3)相对于加工室(6)整体放置，可通过线性导轨(12、13)滑动。用这种方法，可以设置等离子加工设备，它实现高度均匀的等离子加工，并具有极好的等离子发生特性。

Description

等离子加工设备

发明背景

发明领域

本发明涉及等离子加工装置。具体地说，本发明涉及一种等离子加工设备，例如蚀刻、薄膜沉积和灰化装置，这些设备用于制造例如半导体装置或液晶显示装置。

技术背景描述

通过微波进行等离子加工现在引起了关注，因为它可适用于为例如半导体装置或TFT(薄镀层晶体管)液晶显示装置进行的低温等离子加工。重要的是，这种等离子加工应均匀地用于基片上。另外，在0.133Pa或更低的低气压状态下，就很难启动放电了。尤其是使用高电离电压的气体时表现为这种趋势。

这些问题在显示实现均匀等离子的方法的日本专利特许公开No.5-36641和2000-91097中，和显示改善等离子生成特性的方法的日本专利特许公开No.9-232099中被提出。

在日本专利特许公开No.5-36641中公开的方法描述如下。

图13是显示了日本专利特许公开No.5-36641中公开的等离子加工设备结构的示意性横截面图。参考图13，密封室体(chamber body)101和介质板103用O-环(未显示)密封，以使加工室与空气绝缘。加工室100中的空气用抽气装置(未显示)排出至预定真空压力。然后，从气体入口109向加工室100中通入加工气体。而后，由微波发生器(未显示)产生的微波通过波导管106供入微波搅拌器室102。由驱动电动机107转动的叶轮108在微波搅拌室102中搅拌并分散微波。搅拌过的微波经介质板103进入加工室100。然后，激发加工气体产生等离子。这种等离子用于等离子化加工基片支架104上的基片105。

日本专利特许公开No.2000-91097公开了下述技术。

图14和15分别是日本专利特许公开No.2000-9109公开的等离子加工设备的结构的示意性横截面和平面图。参考图14和15，加工室100中的空气用抽气装置(未显示)排出至预定真空压力，然后，从气体入口109供入加工气体。由微波发生器122产生的微波通过波导管114和绝缘线115提供到加工室100的顶端。从绝缘线115发射的微波通过微波散射板120和微波入口窗116进入加工室100用于从加工气体产生等离子，微波散射板120由三块板叠在一起构成。然后，对基片支架104上的基片105进行等离子加工。

微波散射板120由两块介质板117、119和许多薄铝片118形成，薄铝片118置于两块介质板间的确定间隔，这个微波散射板120用于分散微波。

日本专利特许公开No.9-232099公开了下述技术。

图16是显示了日本专利特许公开No.9-232099公开的等离子加工设备的结构的横截面示意图。参考图16，在加工室100中的空气用抽气装置(未显示)排出至预定真空压力，然后，从气体入口109供入加工气体。由微波发生器123产生的微波经匹配单元125通过波导管124导入微波入口窗126的顶端。然后，微波通过绝缘材料制成的微波入口窗126发射到加工室100中。在微波入口窗126对着加工室100的一边，设有低气压(depression)126a，从气体入口109供入加工室100的加工气体被从微波入口窗126发射的微波激发，产生等离子。然后，对基片支架104上的基片105进行等离子加工。

使微波入口窗126变形的低气压126a可导致等离子集中，用于改善等离子发生特性。

但是，当上述方法用于基片大小范围500mm×500mm到1m×1m的TFT液晶显示装置时，用上述方法等离子加工就很难均匀。

在日本专利特许公开No.5-36641中，用叶轮搅拌微波，然后，供入加工室100中。对于圆形基片105这在某种程度上有效。但是，对于矩形基片微波均匀性并不满意。另外，虽然叶轮108利于对小面积基片几乎均匀地应用微波，这种微波很难应用到大面积的矩形基片上。换句话说，设计搅拌器室102和可用于均匀地向加工室100中提供微波的叶轮108是相当困难的。

可以设置多数搅拌器室102和叶轮108。但是，在叶轮108的控制和维护上的问题增加了。

日本专利特许公开No.2000-91097中的设备中，微波用微波散射板120分散。微波散射板120的性能由在介质板117、119之间的铝片的厚度和布置决定。但是，很难实现用于分散微波和均匀地提供微波的铝片的最佳厚度和布置。另外，很难生产适用于大面积基片的微波散射板120。

这种等离子加工设备使用供应微波的绝缘线115。绝缘线115将由微波发生器122产生的微波导入加工室100顶端，用于从大小比基片105大的发射板向加工室100中发射微波。绝缘线115由介质制成，例如包括锥形部分T的Teflon(商品名)，锥形部分T的宽度从对应于微波发生器122的输出口宽度的一端向对应于微波发射部分宽度的一端递增。为了传输微波而不改变传播模式，绝缘线115的锥形部分T应当逐渐锥化。然后，为了将绝缘线115适配于大面积基片，锥形部分T要做得相当长。因此，当该设备用于大的基片105时，设备增大，占据更大的安装面积。

日本专利特许公开No.9-232099的设备中，如图6在对着加工室100的微波入口窗126的一边提供了低气压126a，用于改善等离子发生特性。在加工室100中，利用低气压126a在低气压126a附近产生一个高场强区域，用于促进等离子产生。

在该设备中高场强区域的存在无疑改善了等离子发生特性。但是，即使等离子产生后，在低气压126a附近还有高场强区域存在。从而，在该区域的等离子高密度使得均匀分布等离子是不可能的，为基片105均匀执行等离子加工也是这样。

发明概述

本发明的一个目的是在等离子加工方面提供一种实现高均匀性的等离子加工设备。

本发明的另一个目的是提供具有改善了的等离子发生特性的等离子加工设备。

依据本发明的一个方案，等离子加工设备包括加工室，微波供应单元，槽板，和滑动部件。加工室用于等离子加工。微波供应单元有一个谐振单元，它振荡微波以给加工室提供振荡微波。槽板设在谐振单元和加工室之间，包括用于将振荡微波传送到加工室的开口。滑动部件使谐振单元和槽板一起相对于加工室滑动。

依据本发明的一个方案，等离子加工设备使谐振单元和槽板一起滑动以实现均匀等离子加工。

依据本发明的另一个方案，等离子加工设备包括加工室、微波供应单元、第一槽板、第二槽板、槽板驱动单元和滑动部件。设有加工室用于等离子加工。微波供应单元有一个谐振单元，它振荡微波以给加工室提供振荡微波。设在谐振单元和加工室之间的第一槽板包括多数用于向加工室传送振荡微波的第一开口。第二槽板包括多数设在对应于第一开口相应位置的第二开口。槽板驱动单元依据加工室中的等离子状态使第二槽板相应于第一槽板滑动。滑动部件使谐振单元和槽板一起相对于加工室滑动。

依据本发明的另一个方案等离子加工设备使谐振单元和第一槽板一起滑动以实现均匀等离子加工。另外，等离子加工设备有相对于第一槽板可滑动的第二槽板，因此，当产生等离子时开口槽数可减少，这促进了等离子发生。

依据本发明的另一方面，第二开口最好包括大尺寸开口和小尺寸开口，大尺寸开口在第二槽板滑动的方向上有大的开口尺寸，小尺寸开口在滑动方向上有小开口尺寸。当等离子发生时，安置第二槽板以允许大尺寸开口覆盖所有第一开口，并允许小尺寸开口不覆盖任何第一开口。在认可等离子发生后，安置第二槽板以允许大尺寸开口和小尺寸开口分别覆盖第一开口。

当要产生等离子时，就减少暴露开口数量以使能源集中来保证等离子发生。在等离子发生后，当暴露开口数增加时，已产生的等离子仍保留。然后，均匀供应能源以便用等离子均匀加工基片。

依据本发明的一个和另一方案，最好还在加工室中设置检测等离子状态的等离子状态检测单元。依据从等离子状态检测单元提供的等离子状态信息，可以改变滑动部件滑动谐振单元的速度。

用这种方法，依据等离子状态调整谐振单元的滑动速度以便用等离子均匀加工基片。

依据本发明的一个和另一个方面，依据从等离子态检测单元供应的等离子状态信息，最好调整由微波供应单元供应给加工室的微波强度。

依据等离子状态供应的微波的强度调整，使用等离子均匀加工基片成为可能。

依据本发明的一个和另一个方面，等离子状态检测单元最好是测定等离子辐射强度的装置。

这样，等离子状态就可以容易地用等离子辐射强度检测到。

依据本发明的一个方面，谐振单元和用滑动部件滑动的槽板间的距离最好做成小于开口之间的间距。

滑动距离小于开口间距，就可以用等离子均匀加工基片。

依据本发明的另一个方面，用滑动部件滑动的谐振单元和第一槽板的距离最好做成小于第一开口之间的间距。

滑动距离小于第一开口间距，就可以用等离子均匀加工基片。

按下述本发明的详细描述并结合附图，本发明的前述和其它目的、特点、方面和优点将更清楚。

附图说明

图1是依据本发明的第一实施例显示了等离子加工设备的结构部分截面的示意性透视图。

图2是显示了第一实施例的等离子加工设备的结构的示意性截面图。

图3是沿图2的线路II-III的示意性截面图。

图4是显示第一实施例的等离子加工设备和该设备控制系统的示意性截面图。

图5是依据第一实施例显示等离子加工设备的谐振驱动单元结构的示意性透视图。

图6到8分别显示了第一实施例的等离子加工设备执行的连续等离子加工步骤。

图9是当等离子发生时依据本发明第二实施例的等离子加工设备的示意性截面图。

图10是在认可等离子发生后第二实施例的等离子加工设备的示意性截面图。

图11依据本发明的第三实施例显示了等离子加工设备结构的示意性截面图。

图12依据本发明的第四实施例显示了等离子加工设备结构的示意性截面图。

图13显示了日本专利特许公开No.5-36641中公开的等离子加工设备结构的示意性截面图。

图14显示了日本专利特许公开No.2000-91097公开的等离子加工设备结构的示意性截面图。

图15是日本专利特许公开No.2000-91097公开的等离子加工设备结构的示意性平面图。

图16显示了日本专利特许公开No.9-232099公开的等离子加工设备结构的示意性截面图。

最佳实施例描述

本发明优选实施例描述。

现在结合附图描述本发明的实施例

第一实施例

参考图1-3，依据第一实施例的等离子加工设备包括室顶盖1，密封室体2，谐振单元3，微波入口窗4，基片支架7，槽板11，线性导轨12和13，波导管14，介质板16和介质板支持构件18。

室顶盖1放在密炼室体2的上端，室顶盖1和密炼室体2用O-环9密封。在室顶盖1里形成裂缝形开口1a。微波入口窗4用例如SiO₂，Al₂O₃的介质和AlN制成，具有倒“T”形横截面的AlN有粗长轴并装配在开口1a中。室顶盖1和微波入口窗4用O-环10密封。O-环10与O-环9一起维持反应室6中的气密性。

在暴露于空气的室顶盖1的另一边，设有槽板11来覆盖微波入口窗4的上表面。多数槽11a设在槽板11中，用于部分暴露微波入口窗4的表面。谐振单元3设在室顶盖1上，用于覆盖槽板11。槽板11固定到谐振单元3上，谐振单元3用线性导管13活动连接到室顶盖1上。

波导管14用线性导轨12连接到谐振单元3的上部。谐振单元3，室顶盖1和波导管14用足够的金属触点连接以防止微波泄露。

因此谐振单元3可以与槽板11一起相对于室顶盖1和波导管14在箭头A的方向上滑动，微波从波导管14引导到谐振单元3而无泄露。

谐振单元3由驱动单元(未显示)驱动。这样，谐振单元3可以相对于室顶盖1自由放置。

密炼室体2设有供气管5。反应气体从供气管5供入到加工室6中，在加工室6内部可以用真空泵设定预定气压。

波导管14连到微波发生源(未显示)上，用于将由微波发生源产生的微波引导到谐振单元3。

在密炼室体2中，支持基片8的基片支架7与室顶盖1的真空侧相对设置。

假设槽板11没有槽11a，那么谐振单元3中产生微波的驻波。因此槽11a直接放在驻波的波腹下。驻波的波腹是指驻波最大垂直幅度的位置。来自谐振单元3的微波通过槽11a、微波入口窗4和介质板16发射到加工室6中。然后，供应到加工室6中的反应气体等离子化。

依据第一实施例的等离子加工设备的控制系统描述如下。

参考图4，为了检测在加工室6中的等离子状态，在密炼室体2的一壁上设置等离子辐射强度检测器25。然后可以用等离子辐射强度检测器25检测等离子辐射强度。

等离子辐射强度检测器25为控制电路28提供信息，从而调整了提供的微波强度和槽11a的位置。控制电路28分别给微波发生器29和槽位控制电路30提供用于微波强度和槽11a的位置的控制信号。微波发生器29依据控制电路28的控制信号产生微波。槽位控制电路30依据控制电路28的控制信号通过谐振器驱动电动机驱动器31驱动驱动电动机26。从而，槽板11和谐振单元3在箭头A的方向上滑动。

等离子辐射强度检测器25检测到的辐射强度用于调整微波发生器29产生的微波的强度。尤其是调整谐振单元3的驱动速度。例如，当辐射强度高时驱动谐振单元3减速，而当辐射强度低时驱动谐振单元3加速。这样，控制电路28控制微波发生器29和槽位控制电路30以允许均匀加工基片8。

滑动谐振单元3和槽板11的驱动机制描述如下。

参考图5，谐振单元3可以用线性导轨12、13在箭头A的方向上自由移动。齿条3a设在谐振单元3的一端，连接到驱动电动机26的小齿轮27与齿条3a啮合。这样，谐振单元3由电动机26的驱动力驱动。另外，电动机26的旋转在预定速率和预定时间间隔改变转动方向，使谐振单元3和槽板11前后滑动，从而滑动加工室6中等离子密度高的部分。

因此，结合图6到8，如下所述，谐振单元3和槽板11可以滑向均匀等离子加工基片8。

注意，为了解释方便，图6到8未显示介质板16和介质板支持构件18。

参考图6，槽板11的状态在图中显示为向左滑动。保持槽板11这种状态，加工气体供入加工室6中，此后，从槽板11a提供的微波通过微波入口窗4发射到加工室6中，这样，加工气体成为等离子。合成的等离子气体用于蚀刻将由基片8加工的薄膜8b。在基片8中的蚀刻程度依据产生的等离子的浓度分布有所变化。因此蚀刻部分具有正位于槽11a下方的中心。蚀刻的薄膜的轮廓20a如图6所示。

参考图7，谐振单元3和槽板11在图中向右滑动。从而，槽11a的位置在图中向右移动，而后，从向右移动的位置辐射微波。因此等离子的密度分布依槽11a的移动而移动。此后，蚀刻的薄膜的轮廓20b如图7所示。

参考图8，槽11a在图中还向右移动以提供蚀刻薄膜的轮廓20c。这样，薄膜几乎是均匀的蚀刻。

此处，槽11a的间距以ds(图6)表示，薄膜8b的蚀刻部分的宽度以Wp(图6)表示，槽11a从图6中位置到图8中位置滑过的宽度以Ws表示。那么，当满足关系式Ws＝ds-Wp时，就可均匀蚀刻将要加工的薄膜20a。

依据第一实施例，当等离子加工设备用作蚀刻设备时，该设备操作如下。

还参考图4，加工室6的内部用真空泵(未显示)保持真空状态。微波发生器(未显示)产生的微波通过波导管14供入谐振单元3并通过槽板11的槽11a传送。微波入口窗4和介质，例如铝的介质制成的介质板16传输微波时，经过槽11a的微波通过微波入口窗4和介质板16传输到加工室6中。

在微波供入加工室6之前，需要的加工气体从供气管5供入到加工室6中，并在加工室6中保持预定气压。在这种状态下，微波进入到加工室6中，在其中产生等离子。依据从槽11a辐射到加工室6中的微波的场强，产生的等离子有其自身的密度。那么在槽11a相应的正下方位置等离子的密度就高。

在等离子辐射强度检测器25认可等离子产生后。谐振单元3和槽板11一起滑动。而后，有确定密度分布的等离子相应地滑动，这样，就可均匀加工基片8。

另外，可以通过对谐振单元3滑动速度和微波发生器产生的功率的调节更均匀地加工基片8，依据的是等离子辐射强度检测器25检测到的等离子状态。换句话说，当低等离子密度时，微波发生器产生的微波的功率增高的同时谐振单元3的滑动速度减慢。相反，当高等离子密度时，微波发生器产生的微波的功率减低的同时谐振单元3的滑动速度加快。二者中选一，谐振单元3的滑动书店可以在调整微波发生器产生的微波功率后进行调整，或在调整了谐振单元3的滑动速度后调整微波功率。用这种方法，可以更均匀的等离子加工基片8。

如上面讨论的，依据第一实施例的等离子加工设备可以提供均匀等离子加工(如蚀刻)。

第二实施例

参考图9，第二实施例与第一实施例的区别在于，前者包括添加到第一实施例结构中的第二槽板32。第二槽板32设在第一槽板11的上边，并可通过槽板滑动机构34相对于第一槽板11滑动。图中设在第二槽板32中两种类型槽32a和32b在横向开口大小上有区别。

槽32a在第二槽板32滑动的方向上比槽11a长。那么，即使第二槽板32滑动，槽32a和槽11a也会重叠以便提供开口。

槽32b和槽11a形状相同或槽32b比槽11a稍大。那么，槽32b和槽11a重叠，以便在图中第二槽板32向左或向右滑动时提供开口。

其它构件与上述第一实施例很相似。相同部件使用相同参考符号，在此不再重复。

依据第二实施例，当产生等离子时，如图9所示槽32a与槽11a重叠而槽32b不与槽11a重叠。在检测到等离子发生后，如图10所示槽32a和槽32b分别与槽11a重叠。

当产生等离子后，依据第二实施例放置第二槽板32以便只有第二槽板32的槽32a与槽11a重叠，而槽32b和槽11a不重叠，如图9所示。在这种小量微波入口窗4开口到谐振空间的状态下，向谐振单元3中供入微波。这样，更高场强的微波发射到加工室6中，促进了等离子的产生。

然后，等离子辐射强度检测器25检测等离子发生。从而，控制电路35命令槽板滑动机构34依据等离子辐射强度检测器25的检测信号滑动第二槽板32。这样，如图10中所示，第二槽板32在图中向右滑动进入该状态。

参考图10，第二槽板32的槽32a、32b分别与槽11a重叠。那么，开口到谐振空间的开口数与图99相比增加。另外，对于大面积的基片8窗开口均匀分布。在这种状态下，谐振单元3和第一和第二槽11和32相对于基片8一起滑动。从而，可以用等离子均匀加工将要加工的基片8的所有部分。

如上所述，依据第二实施例等离子加工设备可以用于确定的产生等离子和执行均匀等离子加工。

第三实施例

参考图11，第三实施例与第一实施例的区别在于微波入口窗的形状。在室顶盖1上设置矩形孔1d。在孔1d中放入由例如Al₂O₃的介质制成的介质板(微波入口窗)37并用O-环10密封。在微波入口窗37暴露于真空的一边，不设置介质板和用于支持介质板的支持构件。

其它结构构件与上述第一实施例的描述很类似。相同构件使用相同参考符号，此处不再重复。

依据第三实施例，O-环9、10用于保持加工室6中的真空状态，微波导入谐振单元3中。从槽板11的槽11a发射的微波在介质板37中发散以便发射到加工室6中。从而，供气管5提供到加工室6中的加工气体被激活以产生等离子。在等离子产生后，谐振单元3和槽板11一起滑动。这样，就可以用等离子均匀加工基片。

第四实施例

参考图12，第四实施例与第一实施例的区别在于，前者在作为簇射板(shower plate)的介质板16上有气体通道16a。

簇射板16用个质板固定件18固定以便与微波入口窗4接触。由例如Al₂O₃的介质制成的簇射板16包括用于泄露加工气体的许多气体泄露出口16a。这些气体泄露出口16a与设在室顶盖1上的气体通路1b相连。

其它结构构件与上述第一实施例的描述很类似。相同构件使用相同参考符号，此处不再重复。

依据第四实施例，加工气体可以均匀地供给大面积的基片8，因此基片可以用等离子均匀加工。这样尤其有利于需要均匀加工气体的CVD(化学气相淀积)加工。

如上所述，依据第三实施例的等离子加工设备可以用于使用等离子均匀地加工基片。

虽然应用于蚀刻设备的等离子加工设备已描述如上，等离子加工设备不局限于此。例如，等离子加工设备当然地适用于CVD设备。

如前所述，依据本发明的等离子加工设备通过谐振单元和槽板一起滑动可以实现均匀等离子加工。

另外，取决于等离子状态，调整提供的微波的功率和谐振单元的滑动速度以获得更均匀的等离子加工。

而且，当等离子产生时和当保存等离子时打开的槽的数量可以有区别，这样可以确定地产生等离子。

用这种方法，依据本发明的等离子加工设备可以保证等离子的产生，并可以用等离子均匀加工基片。

虽然已经描述并详细说明了本发明，很明显，只用说明和实例不能限制本发明，本发明的要旨和范围仅由权利要求加以限制。

Claims (11)

1.一种等离子加工设备，包括：

加工室，用于使用等离子进行加工；

有振荡微波的谐振单元的微波供应装置，用于向上述加工室中供应振荡微波；

设在上述谐振单元和上述加工室之间的槽板，有用于向上述加工室传送振荡微波的开口；和

滑动装置，用于相对于上述加工室使上述谐振单元和上述槽板一起滑动。

2.依据权利要求1的等离子加工设备，还包括等离子状态检测装置，用于检测在上述加工室中的等离子状态，以及控制电路，用于依据上述等离子状态装置提供的等离子状态信息，改变由上述滑动装置滑动的谐振单元的速度。

3.依据权利要求2的等离子加工设备，其中所述控制电路依据上述等离子状态检测装置提供的等离子状态信息，调整由上述微波供应装置向上述加工室供应的微波强度。

4.依据权利要求2的等离子加工设备，其中上述等离子状态检测装置测定等离子辐射强度。

5.依据权利要求1的等离子加工设备，其中上述槽板有多个上述开口，由上述滑动装置滑动的上述谐振单元和上述槽板的距离小于上述开口之间的间距。

6.一种等离子加工设备，包括：

加工室，用于使用等离子进行加工；

有振荡微波的谐振单元的微波提供装置，用于向上述加工室中提供振荡微波；

设在上述谐振单元和上述加工室之间的第一槽板，有用于向上述加工室传送振荡微波的多个第一开口；

设置在所述第一槽板之上并有多个第二开口的第二槽板，设在相应于上述第一开口的相应位置；

槽板驱动装置，用于依据上述加工室中的等离子状态相对于上述第一槽板滑动第二槽板；和

滑动装置，用于相对于上述加工室使上述谐振单元和上述第一槽板一起滑动。

7.依据权利要求6的等离子加工设备，其中上述多个第二开口包括一个大尺寸开口和一个小尺寸开口，大尺寸开口在上述第二槽板滑动的方向上有大的开口尺寸，小尺寸开口在滑动方向上有小开口尺寸，

当产生等离子时，设置上述第二槽板的位置，以便允许上述大尺寸开口与所有上述第一开口重叠，并

允许上述小尺寸开口不与任何上述第一开口重叠，和在检测到等离子发生后，放置上述第二槽板，以便允许上述大尺寸开口和上述小尺寸开口分别与上述多个第一开口重叠。

8.依据权利要求6的等离子加工设备，还包括等离子状态检测装置，用于检测在加工室中的等离子状态，和控制电路，用于依据上述等离子状态检测装置提供的等离子状态信息，改变由上述滑动装置滑动的上述谐振单元的速度。

9.依据权利要求8的等离子加工设备，其中所述控制电路依据上述等离子状态检测装置提供的等离子状态信息，调整由上述微波提供装置提供到上述加工室中的微波强度。

10.依据权利要求8的等离子加工设备，其中上述等离子状态检测装置测定等离子辐射强度。

11.依据权利要求6中的等离子加工设备，其中由上述滑动装置滑动的上述谐振单元和上述第一槽板的距离小于上述第一开口之间的间距。

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