CN1794431A - 等离子体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种等离子体装置。所述等离子体装置包括：反应室，具有反应空间以容纳被处理的基板；线圈，位于所述反应空间的外部上；电源，将交流频率电源施加到所述线圈上；以及导电板，位于所述线圈和所述反应空间之间且从施加到所述线圈上的交流频率电源产生感应电流。因此，本发明提供了等离子体装置，其在反应室的内部气体中诱发均匀的电场。

Description

等离子体装置
技术领域
本发明涉及一种等离子体装置，更具体而言，涉及一种感应耦合等离子体(ICP)装置。
背景技术
一般地，等离子体装置用于在晶片的薄膜上蚀刻、沉积或剥离某种材料以制造半导体器件，或在基板上蚀刻、沉积或剥离某种材料以制造液晶显示(LCD)面板。
等离子体装置需要其中所产生的等离子体保持高均匀度以及高密度。
可以使用各种方法来形成等离子体，这些方法包括但不限于电容耦合等离子体(CCP)方法和感应耦合等离子体(ICP)方法。ICP方法可以产生具有高密度和高均匀度的等离子体。
ICP型等离子体装置包括：反应室，包括用于产生等离子体反应空间；线圈和电源，设置于反应室的外部；和介电板，在反应室和线圈之间。一般地，介电板包括石英或陶瓷材料。
如果将高频电源通过电源施加到线圈上，则通过介电板在反应空间的内部气体上诱发电场。
但是，如果等离子体工艺已经进行了许多小时，则在介电板相应于线圈的面对反应空间的介电板表面上，将在等离子体工艺期间沉积作为副产品而积聚的聚合物。聚合物可以在反应室的内部落在基板上以由此导致缺陷。而且，相应于线圈的介电板表面被蚀刻。于是，介电板的寿命可能较短，且因此需要频繁的替换。
基本上，这些问题由电场的不规则性产生，所述电场通过介电板被施加到反应室的内部气体。
发明内容
因此，本发明的一个方面是提供了一种等离子体装置，所述装置将均匀的电场施加到反应室的内部气体上。
提供了一种等离子体装置，所述装置包括：反应室，具有反应空间以容纳被处理的基板；线圈，位于所述反应空间的外部上；电源，将交流频率电源施加到线圈上；以及导电板，位于所述线圈和所述反应空间之间且从施加到所述线圈上的交流频率电源产生感应电流。
根据本发明的另一方面，交流频率电源在约1MHz以下。
根据本发明的另一方面，交流频率电源在约500KHz以下。
根据本发明的另一方面，导电板覆盖所述反应室的上部分的大部分。
根据本发明的另一方面，还包括位于所述反应空间和所述导电板之间的绝缘部分。
根据本发明的另一方面，所述绝缘部分包括陶瓷材料。
根据本发明的另一方面，所述导电板的尺寸大于约1m×1m。
根据本发明的另一方面，所述导电板的厚度低于约3cm。
根据本发明的另一方面，所述导电板由金属形成，所述金属包括铝、铁、铜、银和镍中至少一种。
根据本发明的另一方面，等离子体装置还包括：下电极，位于所述反应空间中且具有板的形状；和下电源，将交流频率电源施加到所述下电极。
根据本发明的另一方面，所述下电极设置平行于所述导电板。
根据本发明的另一方面，所述基板位于所述下电极上。
根据本发明的另一方面，所述线圈覆盖所述导电板的大部分。
根据本发明的另一方面，一种等离子体装置包括：反应室，具有反应空间以容纳被处理的基板；线圈，位于所述反应空间的外部上和上部分中在其区域上方；电源，将交流频率电源施加到所述线圈上；导电板，位于所述线圈和所述反应空间之间且从施加到所述线圈上的交流频率电源产生感应电流；气体入口，允许输入气体流入所述反应室；和气体出口，允许输出气体流出所述反应室。
根据本发明的另一方面，所述线圈位于所述导电板的大部分上方。
根据本发明的另一方面，所述气体入口允许源气体流入所述反应空间，且所述气体出口允许来自蚀刻工艺的反应的源气体和副产品流出所述反应室。
根据本发明的另一方面，所述等离子体装置还包括位于所述反应空间和所述导电板之间的绝缘部分。
根据本发明的另一方面，所述等离子体装置还包括：下电极，位于所述反应空间中且具有板的形状；和下电源，将交流频率电源施加到所述下电极。
根据本发明的另一方面，所述等离子体装置还包括贴附到所述导电板的支撑构件来保持所述导电板的高度水平。
附图说明
结合附图，从实施例的以下描述，本发明的这些和其他方面将变得更加明显易懂，在附图中：
图1是根据本发明的第一实施例的等离子体装置的透视图；
图2是根据本发明的第一实施例的等离子体装置的截面图；
图3是说明采用根据本发明的第一实施例的导电板形成感应电流的视图；
图4是说明依据根据本发明的第一实施例的导电板的厚度感应电流的强度改变的视图；
图5是根据本发明的第二实施例的等离子体装置的透视图；
图6是图5中的部分A的放大的截面图。
具体实施方式
现将详细参考本发明的实施例，实施例的实例在附图中示出，其中通篇相似的附图标记指示相似的元件。通过参考所述附图在以下描述实施例从而说明本发明。
图1和2示意性地显示了根据本发明的第一实施例的等离子体装置。
如图1和2所示，等离子体装置1包括反应室11、线圈21和导电板31。
反应室11大致为矩形平行六面体形式且包括用于产生等离子体的反应空间12。在反应室11的上部分上形成入口13来流入源气体。如果源气体用于蚀刻，则源气体包括氟化硫(SF6)、氯气(Cl2)、氢氯酸(HC1)、氟化碳(CF4)、氧气、氮气、氦气和氩气中的至少一种。而且，如果源气体用于沉积，则源气体包括硅烷(SiH4)、甲烷(CH4)、铵(NH3)和氮气的至少一种。
在本发明的另一实施例中，在反应室12的上部分中，即可以在导电板31中提供入口13。而且，可以在多个管道中提供入口13来均匀地给反应空间12提供源气体。在反应室11的下部分上形成出口14来允许来自蚀刻工艺的反应的源气体和副产品流出反应室12。可以按需要改变出口14的位置和数量。出口14优选但不必须连接到泵(未显示)。
该泵使反应的源气体和副产品有效地流出到反应空间12的外部且有效地维持反应空间12的真空水平。
线圈21位于反应空间12的外部。线圈21位于反应空间12的上部分中在其区域的上方。线圈21连接到施加高频功率(或射频功率)的电源22。阻抗匹配单元23设置在线圈21和电源22之间。
导电板31设置于反应空间12和线圈21之间。即，导电板31将反应空间12和线圈21分开。线圈21以预定间距平行于导电板31设置。由金属板形成导电板31，所述金属板包括铝、铜、银和镍中的至少一种。导电板31是矩形的。导电板31的厚度优选但不必须小于约3cm。如果导电板31的厚度大于约3cm，采用导电板31形成的感应电流将不充分在反应空间12上产生。导电板31的具体描述将在之后描述。导电板31的长度和宽度均优选地等于或大于约1m，因为将被处理的基板61的尺寸增加。
绝缘部分41设置于反应室11和导电板31之间。绝缘部分41成形为类似四边形带且包括类似陶瓷的绝缘材料。绝缘部分41电隔离反应室11和导电板31。导电板31浮置或悬浮固定，因为其没有与线圈21连接。导电板31和绝缘部分41之间的连接以及反应室11的连接到绝缘部分41的距离可以靠近来维持预定的真空水平。
在反应空间12的下部分上设置下电极51。将下电极51类似于板成形，且基本平行于导电板31设置。而且，下电极51可以由铝制成。下电极51优选但不必须大于作为处理的目标的基板61，因为基板61位于其上。下电极51与施加交流频率电源的下电源52连接，且下阻抗匹配单元53设置于下电极51和下电源52之间。如果将高频电源施加到下电极51上，则反应空间12中的等离子体将更加均匀。
作为处理的目标的基板61位于下电极51上。基板61可以是用于制造半导体器件的晶片，或用于制造液晶显示器的薄膜晶体管基板或彩色滤光基板。根据本发明的实施例，较大的反应空间12可以相应于较大的均匀性。另外，具有较大等离子体均匀性的较大反应空间12促进用于制造液晶显示器的处理较大的基板61。
在根据第一实施例的等离子体装置1中，在以下将描述在反应空间12上诱发电场的原理。
参考图3，如果电源22将高频电源施加到线圈21上，那么电流流入线圈21中。例如，电流将在逆时钟方向流动，如图3所示。而且，线圈21的电流形成通过导电板31的磁场。在此情况，导电板31形成感应电流，所述电流在顺时钟方向流动。感应电流在逆着线圈21的电流的方向流动。
在以下将描述形成感应电流的原因。如果流入线圈21的交流电流接近导体，那么在线圈21周围产生的磁场作用于该导体。在此情况，导体具有截断通过其的磁通量的变化的电动势。
该现象为电磁感应。由于电动势形成的电流是感应电流或涡流电流。
因此，在反应空间12上产生感应电流的电场来产生等离子体，该感应电流对线圈21产生。
根据本发明的实施例的导电板31一般形成均匀的电势。因此，聚合物不会局部地沉积在导电板31的表面上。而且，导电板31的表面将不会被腐蚀。而且，因为存在于反应空间12的内部中的等离子体的密度是均匀的，所以可以容易地处理基板61。
参考图4，将在以下描述形成等离子体的适当密度的导电板31。
由于导电板31的厚度，感应电流的强度可以减弱。因此，感应电流在相邻于线圈21的位置最强，且感应电流在接近反应空间12的位置减弱。
在以下描述了感应电流以1/e(其中，e＝2.718)的速率减小的跳越深度(skip depth)(δ)的公式。
δ∝(2/ωμσ)1/2
ω是角频率，即2πf(f是交流频率电源的频率)。μ是导电板31的导磁率。σ是导电板31的导电率。
因此，如果交流频率电源的频率下降或导电板31用大导磁率和大导电率的材料形成，则跳越深度(δ)将增加。因此，交流频率电源的频率对跳越深度(δ)具有显著的效应。一般地，形成等离子体的交流频率电流的频率为约13.56MHz。另一方面，根据本发明的第一实施例的交流频率电源的频率在约1MHz以下，且优选地在约500KHz以下。
增加在反应空间12上产生的电场强度的另一方法是使用更薄的导电板31。因此，导电板31的厚度优选地小于约3cm。
优选地，考虑感应电流的强度和导电板31的尺寸和形状来决定导电板31的厚度和材料。
可以根据不同的反应条件来改变根据本发明的第一实施例的等离子体装置1。例如，反应室11的形状不限于六面体，而可以设置为圆柱。在此情形，可以根据反应室11的形状改变线圈21、导电板31和绝缘部分41。
参考图5和6将在以下描述根据本发明的第二实施例的等离子体装置1。与本发明的第一实施例相同的附图标记指示相同的元件，且将不重复这些相同元件的详细描述。
图5是根据本发明的第二实施例的等离子体装置的透视图，且图6是图5中部分A的放大截面图。
根据本发明的第二实施例的等离子体装置1还包括一对支撑构件70，其彼此平行且在线圈21的上部分支撑导电板31。
支撑构件70包括一对固定部分71和将该对固定部分71彼此连接的支撑条72。通过螺钉在反应室11的侧壁来固定所述固定部分71。支撑条72横跨导电板31。而且，优选但不必须地是，固定部分71和支撑条72用强金属一体形成。
面对导电板31的支撑条72的表面具有规则间距的环形固定部分73。每个环形固定部分73突出且与环74连接。
导电板31包括与环固定部分73对准的连接物32。连接物32可以通过焊接固定于导电板31。
支撑构件70支撑导电板31，因为固定构件70的环74分别与环固定部分73和连接物32连接。
如果被处理的基板61为较大尺寸，那么导电板31也可以较大。导电板31的边缘由固定于反应室11上的绝缘部分41支撑。但是，导电板31的中心部分没有被支撑。因此，导电板31可能向反应空间12弯曲。
具体而言，为了保持适当的感应电流的强度，导电板31的厚度应保持得薄。另外，导电板31的弯曲可以为严重的，因为反应空间12被处理为真空。
因此，优选的是根据本发明的第二实施例的支撑构件70保持导电板31的高度水平。
支撑构件70设置于线圈21的上部分，从而没有增加线圈21和导电板31之间的距离。因此，没有显著改变由导电板31形成的感应电流的强度。
根据不同的反应条件，可以改变根据本发明的第二实施例的等离子体装置1。例如，如需要可以改变支撑构件70的数量和支撑构件70的安装方向。而且，支撑条72可以彼此连接或支撑构件70可以还包括对支撑条72的中心进行支撑的额外结构，由此防止支撑构件70弯曲。
虽然已经显示且描述了本发明的几个实施例，然而本领域的一般技术人员可以理解，在不脱离由权利要求和其等同特征所界定的本发明的精神的范围内，可以在这些实施例中做出变化。
本申请要求于2004年12月24日提交的韩国专利申请No.2004-0112123的优先权，其公开的内容引入于此作为参考。

Claims (20)

1、一种等离子体装置，包括：
反应室，具有反应空间以容纳被处理的基板；
线圈，位于所述反应空间的外部上；
电源，将交流频率电源施加到所述线圈上；以及
导电板，位于所述线圈和所述反应空间之间且从施加到所述线圈上的交流频率电源产生感应电流。
2、根据权利要求1所述的等离子体装置，其中，所述交流频率电源在约1MHz以下。
3、根据权利要求2所述的等离子体装置，其中，所述交流频率电源在约500KHz以下。
4、根据权利要求1所述的等离子体装置，其中，所述导电板覆盖所述反应室的上部分的大部分。
5、根据权利要求1所述的等离子体装置，还包括位于所述反应空间和所述导电板之间的绝缘部分。
6、根据权利要求5所述的等离子体装置，其中所述绝缘部分包括陶瓷材料。
7、根据权利要求1所述的等离子体装置，其中所述导电板的尺寸大于1m×1m。
8、根据权利要求1所述的等离子体装置，其中，所述导电板的厚度低于约3cm。
9、根据权利要求1所述的等离子体装置，其中，所述导电板由金属形成，所述金属包括铝、铁、铜、银和镍中的至少一种。
10、根据权利要求1所述的等离子体装置，还包括：下电极，位于所述反应空间中且具有板状形状；和下电源，将所述交流频率电源施加到所述下电极。
11、根据权利要求10所述的等离子体装置，其中，所述下电极设置平行于所述导电板。
12、根据权利要求10所述的等离子体装置，其中，所述基板位于所述下电极上。
13、根据权利要求1所述的等离子体装置，其中，所述基板用于制造液晶显示器。
14、根据权利要求1所述的等离子体装置，其中，所述线圈覆盖所述导电板的大部分。
15、一种等离子体装置，包括：
反应室，具有反应空间以容纳被处理的基板；
线圈，位于所述反应空间的外部上和上部分中并在其区域上方；
电源，将交流频率电源施加到所述线圈上；
导电板，位于所述线圈和所述反应空间之间且从施加到所述线圈上的交流频率电源产生感应电流；
气体入口，允许输入气体流入所述反应室；和
气体出口，允许输出气体流出所述反应室。
16、根据权利要求15所述的等离子体装置，其中所述线圈位于所述导电板的大部分上方。
17、根据权利要求15所述的等离子体装置，其中，所述气体入口允许源气体流入所述反应空间，且所述气体出口允许来自蚀刻工艺的反应的源气体和副产品流出所述反应室。
18、根据权利要求15所述的等离子体装置，还包括位于所述反应空间和所述导电板之间的绝缘部分。
19、根据权利要求15所述的等离子体装置，还包括：下电极，位于所述反应空间中且具有板的形状；和下电源，将所述交流频率电源施加到所述下电极。
20、根据权利要求15所述的等离子体装置，还包括贴附到所述导电板的支撑构件来保持所述导电板的高度水平。
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