TWI390578B - 具有放電感應電橋的電漿源及使用該電漿源的電漿處理系統 - Google Patents

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Description

具有放電感應電橋的電漿源及使用該電漿源的電漿處理系統
本發明涉及到一種射頻(radio frequency)電漿源(plasma source)及利用它的電漿處理系統(plasma processing chamber)。
電漿是含有相同數量的陰離子(positive ions)和電子(electrons)的高度離子化的氣體。電漿放電用於生成包括離子、自由基、原子、分子在內的活性氣體的氣體激發。活性氣體在各種領域中得到廣泛應用,代表性的例子是半導體的製造工序,可應用於蝕刻(etching)、沉積(deposition)、清洗(cleaning)、灰化(ashing)等。
用於生成電漿的電漿源有多種,其代表性的例子包括使用射頻的電容耦合電漿(capacitive coupled plasma)和感應耦合電漿(inductive coupled plasma)。
電容耦合電漿源的電容耦合調節及離子調節能力較高,與其他電漿源相比具有生產力高的優點。另一方面,由於射頻電源的能量基本上全部通過電容耦合與電漿連接,因此電漿的離子密度僅能夠隨著電容耦合的射頻功率的增加、減少而增加或減少。但是,射頻功率的增加會使離子撞擊的能量增加。結果是,為了防止離子撞擊產生的損害,射頻功率具有限制性。
另一方面,已知的是,感應耦合電漿源可通過射頻電源的增加而輕易地增加離子的密度,因此離子的撞擊相對較低,適於獲得高密度的電漿。因此感應耦合電漿源廣泛用於高密度電漿的獲得。感應耦合電漿源,代表性的技術開發包括以下方法:利用無線天線(RF antenna)的方法;和利用變壓器的方法(也稱作變壓器耦合電漿(transformer coupled plasma))。其中以下技術得到開發:追加電磁石、永久磁石、或者追加電容耦合電極以提高電漿的特性,並提高再現性和控制能力。
無線天線一般使用螺旋型的天線(spiral type antenna)或圓柱形天線(cylinder type antenna)。無線天線配置在電漿反應器的外部,通過石英這樣的介電窗(dielectric window)向電漿反應器的內部傳送感應電動勢。利用無線天線的感應耦合電漿可輕易地獲得高密度的電漿,但因天線的結構特徵,電漿的平均度受到影響。因此需要改善無線天線的結構,以獲得平均且高密度的電漿。
但是,為了獲得大面積的電漿,擴大天線的結構、或提高提供給天線的功率,這些都是有限度的。例如,人們知道,通過定波效果(standing wave effect)產生在放射線上不平均的電漿。並且當向天線施加較高的功率時,由於無線天線的電容性耦合增加,因此必須加厚介電窗,這樣一來,由於無線天線和電漿之間的距離增加,產生功率傳送效率低下的問題。
利用變壓器的感應耦合電漿,利用變壓器在電漿反應器的內部感應電漿,該感應耦合電漿完成變壓器的次級電路。目前為止的變壓器耦合電漿技術包括以下技術開發方法:將外部放電管放置在電漿反應器上;將閉合芯(closed core)安裝在環狀室內的類型;或者將變壓器芯內置在電漿反應器內部的方式。
這種變壓器耦合電漿改善電漿反應器的結構及變壓器的耦合結構,以提高電漿的特性和能量傳送特性。特別是為了獲得大面積的電漿,可改善變壓器和電漿反應器的耦合結構、設置多個外部放電管、或增設內置的變壓器芯的個數。但是,單純地增加外部放電管的個數、或增加內置的變壓器芯的個數,不容易平均地獲得高密度大面積的電漿。
最近,在半導體製造產業中,因半導體元件的超細微化、製造半導體電路的矽晶圓基板的大型化、製造液晶顯示器的玻璃基板的大型化、及新處理物件材料的出現等各種原因,要求進一步提高電漿的處理技術。特別是要求對大面積的工件具有優秀處理能力的電漿源及電漿處理技術。
並且,工件基板的大型化引起了整體生產設備的大型化。生產設備的大型化會增加設備面積,結果成為導致生產費用增加的重要原因。因此要求可儘量使設備面積最小化的電漿源及電漿處理系統。
本發明的目的在於提供一種可平均生成大面積的電漿、易於實現大面積化、並可使設備面積最小化的電漿源及利用該電漿源的電漿處理系統。
為了解決上述技術課題,本發明的一個型態涉及到電漿處理室。本發明的電漿處理室,室外殼,具有內部放置工件基板的至少一個接受器(susceptor);橫切室外殼內部設置的多個放電感應電橋;室外殼的多個開口部,連接多個放電感應電橋的兩端;變壓器,具有在多個放電感應電橋上安裝的磁芯和初級線圈;以及和初級線圈電連接的第一電源供給源,其中,通過第一電源供給源驅動初級線圈的電流,從而以放電感應電橋為中心形成感應耦合電漿,即,感應出完成變壓器的次級電路的室外殼的內側AC電位。
在一個實施例中,包括阻抗匹配器,電連接在第一電源供給源和初級線圈之間。
在一個實施例中,包括:用於在接受器提供偏置功率的第二電源供給源;接受器;以及和第二電源供給源電連接的第二阻抗匹配器。
在一個實施例中,放電感應電橋含有電絕緣材料。
在一個實施例中,放電感應電橋含有金屬材料和用於形成電的不連續性的電絕緣材料。
在一個實施例中,包括至少一個氣體入口,其配置在設有放電感應電橋的上部室外殼的頂部。
在一個實施例中,室外殼具有上部外殼和下部外殼、以及連接在上部外殼和下部外殼之間的中間外殼,在中間外殼上具有放電感應電橋。
在一個實施例中,磁芯具有分離為馬蹄狀的二個芯的結構,並具有移動型結構,以可變地調節相互之間的間隔。
在一個實施例中,包括在室外殼的內部的兩個側壁上相對設置的第一及第二接受器,多個放電感應電橋距離第一及第二接受器具有相同的間隔、並垂直地並列設置。
在一個實施例中,包括:至少一個氣體入口,配置在設有放電感應電橋的上部室外殼的頂部;和氣體出口,分別設置在設有第一及第二接受器的室外殼的兩個側壁上。
在一個實施例中,包括具有分離的氣體供給結構的氣體供給單元,上述氣體供給單元具有;在放電感應電橋的正上方流入第一氣體的第一氣體供給通道;和在放電感應電橋之間流入第二氣體的第二氣體供給通道。
在一個實施例中,磁芯包括一個或一個以上的單環閉合芯。
在一個實施例中,磁芯包括一個或一個以上的多環閉合芯。
在一個實施例中,接受器接受一個或一個以上的偏置功率供給。
在一個實施例中,包括一個或一個以上的放電分離隔壁,用於將多個放電感應電橋產生的電漿的形成區域劃分為多個。
在一個實施例中,包括與接受器相對地設置在放電感應電橋的內部並接地的電極。
在一個實施例中,包括電接地的放電罩,其設置在多個放電感應電橋的上部。
在一個實施例中,放電罩包括:在放電感應電橋的正上方流入第一氣體的第一氣體供給通道;在放電感應電橋之間流入第二氣體的第二氣體供給通道。
在一個實施例中,放電罩包括一個或一個以上的放電分離隔壁,用於將多個放電感應電橋產生的電漿的形成區域劃分為一個或一個以上。
本發明的另一型態涉及一種電漿反應器。本發明的電漿反應器包括:具有多個放電室的反應器主體;根據多個放電室形成在反應器主體上的電漿噴射裂口;具有與多個放電室連接的磁芯及初級線圈的變壓器;在放電室的內部包圍磁芯以進行保護的芯保護管;以及與初級線圈電連接的第一電源供給源,其中,通過第一電源供給源驅動初級線圈的電流,從而以多個芯保護管為中心形成感應耦合電漿,並感應出完成變壓器的次級電路的多個放電室內側的AC電位。
在一個實施例中,反應器的主體含有金屬材料。
在一個實施例中,反應器的主體含有電絕緣材料。
在一個實施例中,多個放電室包括放電分離隔壁,其設置在各放電室的內側,將放電室內部劃分為二個或二個以上的放電區域。
在一個實施例中,磁芯包括一個或一個以上的單環閉合芯。
在一個實施例中,磁芯包括多環閉合芯。
在一個實施例中,多個線圈由包圍位於放電室內部的磁芯部分的管形的導電性部件構成,管形的導電性部件局部含有電絕緣材料。
在一個實施例中,反應器的主體電接地。
在一個實施例中,包括電容耦合電極,其位於多個放電室各自的內部。
在一個實施例中,電容耦合電極由整體包圍磁芯部分的管形的導電性部件構成,管形的導電性部件局部含有絕緣區域。
在一個實施例中,包括與電容耦合電極電連接的第二電源供給源。
在一個實施例中,包括電源分配器,從第一電源供給單元接受電源的輸入,將電源分配提供給初級線圈和電容耦合電極。
在一個實施例中,芯保護管包括電絕緣材料。
在一個實施例中,芯保護管包括金屬材料、和用於形成電的不連續性的電絕緣材料。
在一個實施例中,反應器的主體包括冷卻通道。
在一個實施例中,磁芯在其中心部形成中空區域,並具有設置在磁芯中空區域的冷卻通道。
在一個實施例中,包括設置為包圍磁芯外部的冷卻通道。
在一個實施例中,反應器的主體包括向多個放電室開口的多個氣體注入口,並包括用於向多個氣體入口分配提供氣體的氣體供給單元。
本發明的進一步其他型態涉及一種常壓電漿處理系統。本發明的常壓電漿處理系統包括:電漿反應器,其包括:具有多個放電室的反應器主體、根據多個放電室形成在反應器主體上的電漿噴射裂口、具有與多個放電室連接的磁芯及初級線圈的變壓器、包圍位於放電室內部的磁芯以進行保護的芯保護管、以及與初級線圈電連接的第一電源供給源;常壓處理單元,設有電漿反應器,通過經由電漿噴射裂口噴射的電漿,在常壓狀態下對工件進行電漿處理;工件備用的第一工件備用單元;以及第一輸送單元,在工件備用單元和常壓處理單元之間輸送工件。
在一個實施例中,電漿反應器以使電漿噴射裂口和工件相對的方式垂直設置,工件垂直地輸入到常壓處理單元中。
在一個實施例中,電漿反應器以使電漿噴射裂口和工件相對的方式水平設置,工件水平地輸入到常壓處理單元中。
在一個實施例中,第一輸送單元,在工件備用單元和常壓處理單元之間輸送工件,包括使工件的狀態水平-垂直/垂直-水平轉換的第一輸送自動機。
在一個實施例中,常壓處理單元包括使工件前後移動的輸送機構。
在一個實施例中,常壓處理單元包括用於對工件進行預熱的預熱機構。
在一個實施例中,常壓處理單元具有使工件固定在電漿反應器的相對的位置上的固定機構。
在一個實施例中,使在常壓處理單元處理的工件備用的第二工件備用單元;以及在常壓處理單元和其他工件備用單元之間輸送工件的第二輸送單元。
在一個實施例中,第二輸送單元,在工件備用單元和常壓處理單元之間輸送工件,包括使工件的狀態水平-垂直/垂直-水平轉換的第二輸送自動機。
本發明進一步其他型態涉及一種電漿處理室。本發明的電漿處理室包括:電漿反應器,其包括具有多個放電室的反應器主體、根據多個放電室形成在反應器主體上的電漿噴射裂口、具有與多個放電室連接的磁芯及初級線圈的變壓器、包圍位於放電室內部的磁芯以進行保護的芯保護管、以及與初級線圈電連接的第一電源供給源;以及室外殼,收容經由電漿噴射裂口輸出的電漿,具有內部施加了偏置功率的基板支撐台,其中,通過第一電源供給源驅動初級線圈的電流,初級線圈的驅動電流完成變壓器的次級電路,並感應出在多個放電室中分別形成感應耦合的電漿的多個放電室內側的AC電位,感應耦合的電漿以包圍芯保護管的外側的方式分別形成在放電室內。
在一個實施例中,反應器的主體包括向多個放電室開口的多個氣體注入口,並包括用於向多個氣體注入口分配提供氣體的氣體供給單元。
在一個實施例中,反應器的主體包括第二氣體注入口,其形成在和向電漿放電室開口的第一氣體注入口相鄰的二個電漿放電室之間,並向室外殼開口,氣體供給單元向第一及第二氣體注入口分別分離提供彼此不同的氣體。
在一個實施例中,基板支撐台包括用於對工件進行加熱的加熱機構。
在一個實施例中,在室外殼的內部包括用於照射光以進行加熱的光加熱機構。
在一個實施例中,基板支撐台包括用於固定工件的固定機構。
本發明的進一步其他型態涉及一種電漿處理系統。本發明的電漿處理系統包括:電漿處理室,其包括電漿反應器和室外殼,上述電漿反應器包括:具有多個放電室的反應器主體、根據多個放電室形成在反應器主體上的電漿噴射裂口、具有與多個放電室連接的磁芯及初級線圈的變壓器、包含位於放電室內部的磁芯以進行保護的芯保護管、和與初級線圈電連接的第一電源供給源,上述室外殼收容經由電漿噴射裂口輸出的電漿、並具有內部施加了偏置功率的基板支撐台;與電漿處理室連接的真空預備室;第一輸送自動機,設置在真空預備室上,在電漿處理室和真空預備室之間輸送工件基板;與真空預備室連接的輸送室;與輸送室連接且使工件基板備用的工件基板的備用室;以及第二輸送自動機,在工件基板的備用室和真空預備室之間傳送基板。
在一個實施例中,電漿處理室,以使電漿反應器的電漿噴射裂口和基板支撐台相對的方式垂直配置,工件基板垂直地輸入到真空預備室及電漿處理室內。
在一個實施例中,電漿處理室,以使電漿反應器的電漿噴射裂口和基板支撐台相對的方式水平配置,工件基板水平地輸入到真空預備室及電漿處理室內。
在一個實施例中,第二輸送自動機使處理的工件基板的狀態水平-垂直/垂直-水平地轉換。
根據如上所述的本發明的設有具有多重排列的放電室的電漿反應器的電漿處理室、及利用該處理室的電漿處理系統,電漿反應器可高密度、平均地生成大面積的電漿。特別是通過增加放電室的個數和長度可獲得所需形態的大面積的電漿,易於進行擴張。並且,可使電漿反應器的結構非常薄,從而可使設備面積最小化。例如將電漿反應器垂直豎立排列設置、或水平多層結構進行設置時,設備面積不會擴張,同時可大幅提高單位設備面積的處理量。
以下參照附圖說明本發明的較佳實施例,從而對本發明的具有放電感應電橋的電漿源及利用該電漿源的電漿處理系統進行詳細說明。本發明的實施例可變形為各種方式,本發明的範圍不受以下實施例限制。本實施例用於向本領域技術人員完全說明本發明。因此在附圖的要素形狀等中,為了強調並明確說明而有所誇張。並且在理解各附圖時,須注意相同的部件均儘量使用了相同的參照標號。並且對認為可混淆本發明要點的已知常識及結構詳細其詳細說明。
實施例1
圖1A及圖1B是本發明的第一實施例的電漿處理室的透視圖及其截面圖。參照附圖,電漿處理室具有室外殼(10)、及其內部的二個放電感應電橋(13、14)。放電感應電橋(13、14)是具有線形結構的中空管。放電感應電橋(13、14)安裝有環形的磁芯(20),磁芯(20)纏繞有線圈(21),構成變壓器。線圈(21)通過阻抗匹配器(30)與向變壓器的初級線圈提供射頻的電源供給源(30)電連接。
室外殼(10)具有面向二個側壁相對配置的多個開口部(15)。多個開口部(15)上連接有放電感應電橋(13、14)的兩端。因此提供了經由二對雙重孔(15)和放電感應電橋(13、14)的中空區域、在外部橫切室外殼(10)的內部區域的通道。
室外殼(10)在頂部具有氣體入口(11),在側壁或底部具有氣體出口(12)。並且,室外殼(10)的內部具有放置了工件基板(W)的接受器(susceptor,16)。較佳將氣體入口(11)配置為位於配置放電感應電橋(13、14)的區域的上部。因此經由氣體入口(11)輸入的處理氣體噴射到放電感應電橋(13、14)的上部,平均地擴散到室外殼(10)的下部的同時流動。雖然未圖示,但氣體入口(11)連接到提供處理氣體的氣體供給源,且氣體出口(12)連接到真空泵。
室外殼(10)由鋁、不銹鋼、銅這樣的金屬材料製造。或者也可由被塗覆的金屬、例如由被兩極處理的鋁或鍍鎳的鋁來製造。或者也可由耐火金屬(refractory metal)製造。室外殼(10)也可由適於完成所需的電漿處理的其他不同的材料來製造。
二個放電感應電橋(13、14),從室外殼(10)的一個側壁上至相對的另一個側壁、橫切室外殼的內部並列設置。放電感應電橋(13、14)由中空管構成,實質上包圍位於室外殼(10)內部的磁芯(20)以對其進行保護。
放電感應電橋(13、14)由石英、陶瓷這樣的電絕緣材料製造。此外,放電感應電橋(13、14),如上所述可和室外殼(10)一起由金屬材料製造,但此時為了防止渦流(eddy current),較佳包括由電絕緣材料構成的絕緣區域,以具有電的非連續性。雖然未圖示,但用於對放電感應電橋(13、14)進行溫度調節的冷卻通道設置在放電感應電橋(13、14)和磁芯(20)之間。
磁芯(20)具有單環的閉合芯結構。磁芯(20)由鐵氧體材料製造,但也可由鐵、空氣等其他代替材料構成。磁芯(20)安裝在二上放電感應電橋(13、14)上。因此實質上磁芯(20)的大部分位於室外殼(10)的內部,較小的一部分突出到室外殼(10)的外部。
磁芯(20)纏繞線圈(21)以構成變壓器。較佳線圈(21)在突出到室外殼(20)的外側的磁芯(20)的兩側的部分上一分為二地被纏繞。此外線圈(21)也可僅纏繞在突出到室外殼(20)的外側的磁芯(20)的任意一側的部分上。此外線圈(21)可纏繞在位於室外殼(20)的內部的磁芯(20)的部分上。線圈(21)和提供射頻的電源供給源(30)電連接。二個線圈(21)和電源供給源(30)串聯連接,但也可是並聯結構。
電源供給源(30)是用於提供RF功率的交流電源供給源。在電源供給源(30)的輸出端上形成用於進行阻抗匹配的阻抗匹配器(32)。但是也可不另行設置阻抗匹配器,而使用可進行輸出電壓控制的RF電源供給源構成。接受器(16)通過阻抗匹配器(36)與提供偏置功率的電源供給源(34)電連接。
電漿處理室,在通過電源供給源(30)將RF功率提供到線圈(21)時,在線圈(21)中電流被驅動,並向磁芯(20)感應磁束。從而以放電感應電橋(13、14)為中心形成感應耦合電漿(P),也就是說,完成變壓器的次級電路的室外殼(20)的內側AC電位被感應。根據二個放電感應電橋(13、14),電漿放電並列、平均地被感應。因此在室外殼(20)內部可獲得高密度、平均的電漿。
並且,由於具有放電感應電橋(13、14)的表面全部進入到室外殼(10)的內部的結構,因此設備清洗非常容易,可提高清洗效率並縮短清洗時間。因此可整體性地提高生產效率。特別是如下所述,電漿處理室易於進行擴張和變形,以使可根據工件基板的大小增加放電感應電橋的數量,可獲得需要的電漿的量。
圖2A及圖2B是具有並列排列的多個放電感應電橋的電漿處理室的透視圖及其截面圖。參照附圖,電漿處理室在室外殼(10)的內部具有四個放電感應電橋(13a、14a、13b、14b)。四個放電感應電橋(13a、14a、13b、14b)在室外殼(10)的上部並列排列。連接四個放電感應電橋(13a、14a、13b、14b)的兩端的多個開口部(15a、15b)設置在室外殼(10)的兩個側壁上。
在室外殼(10)的頂部可配置二個氣體入口(11a、11b)。較佳分別配置在放電感應電橋(13a、14a、13b、14b)的正上側。因此經由氣體入口(11a、11b)而輸入的處理氣體噴射到放電感應電橋(13a、14a、13b、14b)的上部,向室外殼(10)的下部平均地擴散的同時進行流動。
四個放電感應電橋(13a、14a、13b、14b)中安裝有二個磁芯(20a、20b)。分開纏繞在二個磁芯(20a、20b)上的多個線圈(21a、21b)經由第一阻抗匹配器(32)與電源供給源(30)電連接。多個線圈(21a、21b)的電連接方式可以是串聯、並聯、串聯並聯混合的任意一種方式。此外多個線圈(21a、21b)也可與二個以上的獨立電源供給源及阻抗匹配器連接,具有獨立的電源供給結構。
圖3A及圖3B是具有並列排列的多個放電感應電橋的圓筒狀的電漿處理室的透視圖及其截面圖。參照附圖,其他變形的電漿處理室具有六個放電感應電橋(13a、14a、13b、14b、13c、14c)。六個放電感應電橋(13a、14a、13b、14b、13c、14c)在室外殼(10)的上部並列排列。室外殼(10)的結構是圓筒狀的結構,六個放電感應電橋(13a、14a、13b、14b、13c、14c)對應於圓筒狀結構,其長度互相不同。連接六個放電感應電橋(13a、14a、13b、14b、13c、14c)的兩端的多個開口部(15a、15b、15c)設置在室外殼(10)的兩個側壁上。
在室外殼(10)的頂部可配置三個氣體入口(11a、11b、11c)。較佳分別配置在放電感應電橋(13a、14a、13b、14b、13c、14c)的正上側。因此經由氣體入口(11a、11b、11c)而輸入的處理氣體噴射到各個放電感應電橋(13a、14a、13b、14b、13c、14c)的上部,並向室外殼(10)的下部平均地擴散同時進行流動。
六個放電感應電橋(13a、14a、13b、14b、13c、14c)中安裝有三個磁芯(20a、20b、20c)。分開纏繞在三個磁芯(20a、20b、20c)上的多個線圈(21a、21b、21c)經由第一阻抗匹配器(32)與電源供給源(30)電連接。多個線圈(21a、21b、21c)的電連接方式可以是串聯、並聯、串聯並聯混合的任意一種方式。此外多個線圈(21a、21b、21c)也可與二個以上的獨立電源供給源及阻抗匹配器連接,具有獨立的電源供給結構。
這樣一來,本發明的電漿處理室變形較為容易,以使得通過增設耦合了變壓器的放電感應電橋的個數、並增加其長度而產生大面積的電漿。並且,根據電漿處理室的結構特徵,可對放電感應電橋的長度、形狀、配置結構等進行變形並實施。為了平均形成電漿,對於氣體入口結構及個數也可設置在適當的位置上並設置適當的個數。並且,可進行擴張,以增設室外殼的內部具有的接受器的個數,從而可進行多重基板處理。
圖4A及圖4B是具有可分離結構的室外殼的電漿處理室的透視圖及其分解圖。參照附圖,其他變形的電漿處理室,將室外殼(10)分割為上部外殼(10a)、中間外殼(10b)、及下部外殼(10c),各個耦合部分中分別插入用於進行真空絕緣的O形環(18、19)。在中間外殼(10b)中形成放電感應電橋(13、14)。中間外殼(10b)和放電感應電橋(13、14)可一體製造。
圖5是將分離型磁芯安裝在放電感應電橋上的示例圖。參照附圖,放電感應電橋(13、14)上安裝的磁芯(20),具有二個馬蹄形狀、可分離構成可進行間隔調節的第一及第二磁芯(20-1、20-2)。省略用於使第一及第二磁芯(20-1、20-2)水平移動的機械性電構成的具體圖示。通過調節第一及第二磁芯(20-1、20-2)的間隔,可調節傳送到室外殼(10)內部的感應電動勢的特性。因此可進行室外殼(10)內部產生的電漿特性的控制。
實施例2
圖6A及圖6B是本發明的第二實施例的電漿處理室的透視圖及其截面圖。參照附圖,本發明的第二實施例的電漿處理室,以和上述第一實施例相同的方式生成感應耦合電漿(P),因而省略和其相關的重復的說明。
電漿處理室,在室外殼(510)的內部在二個側壁上構成二個接受器(540)。並且,距離二個接受器(540)具有相同間隔、並垂直地並列排列二個放電感應電橋(522)。放電感應電橋(522)上安裝有纏繞了線圈(520)的磁芯(520)。
氣體入口(511)設置在室外殼(522)的頂部。較佳將氣體入口(510)配置在設置了放電感應電橋(520)的區域的上部。因此經由氣體入口(511)輸入的處理氣體噴射到放電感應電橋(522)的上部,並向室外殼(10)的下部平均地擴散同時進行流動。氣體出口(512),在設有接受器(540)的室外殼(510)的兩個側壁上配置二個,具有分離的排氣結構。
第二實施例的電漿處理室具有上述第一實施例的電漿生成結構。而具有在室外殼(510)的內部中心垂直排列放電感應電橋(522)的結構,並且以放電感應電橋(522)為中心在兩個側壁上垂直配置二個接受器、且可並列處理二個工件基板(W),這樣的結構特徵對減少設備大小是有效的。
圖7A及圖7B是具有多個放電感應電橋的電漿處理室的透視圖及其截面圖。如附圖所示,第二實施例的變形例的電漿處理室,具有在室外殼(510)內部垂直並列排列的四個放電感應電橋(522)。這樣一來可增設放電感應電橋(522)個數,以獲得大面積的電漿。
上述第二實施例,和上述第一實施例一樣,也通過增設耦合了變壓器的放電感應電橋、並延長其長度而生成大面積的電漿,變形較為容易。並且,可根據電漿處理室的結構特徵,改變放電感應電橋的長度、形狀、配置結構等並實施。為了形成平均的電漿,對氣體入口結構、個數也可設置在適當的位置並設置適當的個數。
實施例3
圖8A、圖8B及圖8C是本發明的第三實施例的電漿處理室的透視圖、其分解圖及其截面圖。參照附圖,本發明的第三實施例的電漿處理室(1000),包括具有放置工件基板(W)的接受器(1101)的室外殼(1110)、及在其上部形成的氣體供給單元(1200)。
在室外殼(1110)的上部區域,多個放電感應電橋(1300),從室外殼的一個側壁(1111)至相對的另一個側壁(1112)、橫切接受器(1101)的上部而並列設置。在室外殼(1110)的下部設有與真空泵(1104)連接的氣體出口(1105)。
在連接了多個放電感應電橋(1300)的室外殼(1110)的二個側壁(1111、1112)上,設有開口部(1113),且連接多個放電感應電橋(1300)的兩側的端部。因此放電感應電橋(1300)的中空區域(1301)形成橫切室外殼(1110)的內部區域的通路。在該中空區域(1301)中,嵌入纏繞了線圈(1312)的磁芯(1310)。磁芯(1310)纏繞線圈(1321)而構成變壓器。
圖9A及圖9B是使用多環或單環的閉合芯構成變壓器的示例圖。如圖9A所示,安裝在放電感應電橋(1300)上的磁芯(1310)具有多環閉合芯結構。磁芯(1310)上纏繞的線圈(1312)由按照各個環分別纏繞的多個線圈構成。並且如圖9B所示,可使用多個單環閉合芯(1310a、1310b)構成。
多個線圈(1312)和提供RF功率的第一電源供給源(1400)電連接。電連接方式可為串聯、並聯、或串聯並聯混合連接的任意一種。並且雖然未圖示,但在多個線圈(1312)和第一電源供給源(1400)之間形成阻抗匹配器。但是,也可不另外形成阻抗匹配器,而使用可進行輸出電壓控制的RF電源供給源構成。接受器(1101)和提供偏置功率的第二電源供給源(1410)電連接。而其也可不另外形成阻抗匹配器,而使用可進行輸出電壓控制的RF電源供給源構成。
當從第一電源供給源(1400)向線圈(1312)提供第一頻率的交流電源時,通過磁芯(1310)的多環,磁束(1314)被感應。並且,形成包圍放電感應電橋(1300)的感應電場(1316)。從而在室外殼(1110)的內部在放電感應電橋(1300)的周邊形成電漿放電。
再次參照圖8A至圖8C,氣體供給單元(1200)具有分離的氣體供給結構,從而可形成較平均的、高密度的電漿。氣體供給單元(1200)由氣體噴射板(1210)、氣體分配板(1220)、及上部蓋子(1230)構成,它們在室外殼(1110)的上部被真空絕緣,且依次進行層疊。各層之間真空絕緣。
氣體噴射板(1210)具有第一及第二氣體供給通道(1211、1212),且電接地。第一氣體供給通道(1211)由沿放電感應電橋(1300)的上部區域(1322)的長度方向線形排列的多個貫孔構成。第二氣體供給通道(1212)由沿放電感應電橋(1300)間的區域(1320)的長度方向線形排列的多個貫孔構成。
氣體分配板(1220),在與第二氣體供給通道(1212)對應的上部位置上平均地形成多個貫孔(1222),該貫孔(1222)通過多個連接管(1223)和第二氣體供給通道(1212)互相連接。並且,在氣體分配板(1220)上具有第一氣體入口(1221),其接受第一處理氣體,並排出到氣體噴射板(1210)的上部。
上部蓋子(1230)具有覆蓋氣體分配板(1220)的上部、接受第二處理氣體的第二氣體入口(1231)。並且,在和第一氣體入口(1221)對應的位置上,具有一個貫孔(1232)。
如此構成的氣體供給單元(1200),形成從第一氣體入口(1221)到第一氣體供給通道(1211)的一個第一氣體供給路徑(1201),並形成從第二氣體入口(1231)到第二氣體供給通道(1212)的另一個第二氣體供給路徑(1202)。
因此,第一處理氣體流入到放電感應電橋(1300)的上部區域(1322),第二處理氣體流入到放電感應電橋(1300)間的區域(1320)。此時,第一處理氣體流入到放電感應電橋(1300)的上部區域(1322)的同時在第二處理氣體之前形成電漿,在離子化的狀態下與第二處理氣體混合。第一處理氣體例如作為載氣,可使用Ar、N2 、O2 等氣體。第二處理氣體例如作為原料氣體可使用SiH4 、CH4 、CH3 、Cl2 等氣體。
另一方面,接受器(1101)和提供第二頻率偏置功率的第二電源供給源(1410)電連接。施加到接受器(1101)的偏壓朝向接地連接的氣體噴射板(1210)進行放電。此時,因在放電路徑上配置放電感應電橋(1300),可阻礙平均放電。因此放電感應電橋(1300)如圖10所示,在和接受器(1101)相對的底面上沿長度方向設置接地的電極(1330)。
圖11是其中具有偏壓電源的示例的電漿處理室的截面圖。參照附圖,接受器(1101)和提供第二頻率的偏置功率的第二電源供給源(1410)電連接,或和提供第三頻率的偏置功率的第三電源供給源(1420)電連接。第二及第三頻率是彼此不同的頻率。
圖12A及圖12B是放電分割隔板的分解及組裝圖。參照附圖,電漿處理室(1000)根據放電感應電橋(1300)進行電漿放電,此時,為了防止電漿放電偏向局部,可形成多個分割的放電分離隔壁(1340)。多個分割的放電分離隔壁(1340)在和多個放電感應電橋(1300)的長度方向垂直的方向上進行安裝,將電漿的形成區域劃分為多個。因此在整體上可進行較平均的電漿放電。放電分離隔壁(1340)由絕緣材料或金屬材料構成。
圖13A及圖13B是放電罩的分解及組裝結構的透視圖。並且圖14是設置了放電罩的電漿處理室的截面圖。參照附圖,一個變形例的電漿處理室(1000),在多個放電感應電橋(1300)的上部設有包括放電罩(1250)的氣體供給單元(1200)。
放電罩(1250)設置在氣體分配板(1220)的下部、室外殼(1110)的上部。放電罩(1250)具有和圖11所示的氣體噴射板(1210)一起交互形成的第一及第二氣體供給通道(1252、1254)。
放電罩(1250)以一定的間隔包圍多個放電感應電橋(1300),但和接受器(1101)相對的部分通過放電感應電橋(1300)而開放,並電接地。放電罩(1250)在和放電感應電橋(1300)對應的區域上具有圓頂結構(1251),在放電感應電橋(1300)間的區域(1320)中具有突出部(1253)。第一氣體供給通道(1252)根據圓頂結構(1251)構成,第二氣體供給通道(1254)根據突出部(1253)構成。因此在放電感應電橋(1300)和放電罩(1250)的圓頂結構(1251)之間,形成狹小的放電區域(1256)。並且,為防止局部放電及進行平均的放電,可在圓頂結構(1251)區域中設置多個放電分離隔壁(1255)。
第一處理氣體通道狹小的放電區域(1256)的同時進行電漿放電。放電罩(1250)的突出部(1251)與接受器(1101)相對並突出,因此可進行穩定的偏壓放電。突出部(1251)的形狀如圖15A至圖15C所示,可進行各種變更並實施。
如上所述的本發明的第三實施例的電漿處理室可提供一種適於具有多個放電感應電橋的獨特的放電結構的雙重氣體供給結構。並且通過提供和放電分離隔壁或放電罩、放電感應電橋接地的電極,可使高密度、大面積的電漿平均地生成。
實施例4
圖16A及圖16B是本發明的第四實施例的電漿反應器的正面及背面透視圖。參照附圖,電漿反應器(2100)具有反應器主體(2110),該反應器主體具有並列配置的多個放電室(2114)。反應器主體(2110),為了輸出電漿而按照各放電室(2114)具有向前面開口的多個電漿噴射裂口(2111)。在反應器主體(2110)的背面形成用於通過放電室(2114)提供氣體的氣體供給單元(2150)。在氣體供給單元(2150)中設有和氣體源(未圖示)連接的氣體入口(2151)。
反應器主體(2110)是垂直直立設置的四角框狀。反應器主體(2110)的形狀可根據工件作業物的形態製作為其他形狀。例如,為了處理圓盤型的工件作業物,可使多個放電室(2114)的長度彼此不同、整體呈圓形地變形製造。
反應器主體(2110)中,多個放電室(2114)從一端到另一端垂直排列形成。在該實施例中,放電室(2114)有8個,也可為個數在其以上或比其少的構成。即,放電室(2114)的長度和個數可隨著工件件的處理面積而增加或減少。並且可至少通過一個或二個放電室(2114)構成電漿反應器(2100)。
反應器主體(2110)由鋁、不銹鋼、銅等金屬材料製造。此外可由被塗敷的金屬、例如由兩極處理的鋁或鍍鎳的鋁製造。或者可由耐火金屬製造。並且,作為其他替代方案,可整體用石英、陶瓷這樣的電絕緣材料製造反應器主體(2110),也可由適於完成所需的電漿處理的其他不同的材料來製造。
圖17A及圖17B是多環閉合芯和單環閉合芯的示例圖。參照圖17A,在多個放電室(2114)中沿長度方向橫切設置磁芯(2121),磁芯(2121)中纏繞初級線圈(2122)並構成變壓器(2120)。磁芯(2121)由鐵氧體材料製造,也可由鐵、空氣等其他代替材料構成。磁芯(2121)可構成為由多個放電室(2114)整體共用的多環類型。此外如圖17B所示,也可構成為由二個放電室(2114)共用的單環類型。此外也可在一個放電室(2114)中安裝一個單環閉合芯。
磁芯(2121)大部分位於放電室(2114)中,一部分露出到放電室(2114)的外部。露出的部分上纏繞有初級線圈(2122)。初級線圈(2122)由按照磁芯(2121)的各個環分別纏繞的多個線圈構成。此外也可在多個環中每隔一個纏繞線圈。並且,多個線圈向由磁芯(2121)的各個環形成的磁束方向彼此不衝突的纏繞方向進行纏繞。
圖18A及圖18B是第一電源供給源和初級線圈的電連接結構的示例圖。參照圖18A,構成初級線圈(2122)的多個線圈可與第一電源供給源(2140)串聯連接。此外如圖18B所示,磁芯(2121)的上端和下端的線圈與第一電源供給源(2140)並聯連接。這樣一來,多個線圈可從串聯、並聯、串聯/並聯混聯多種電連接方式中進行選擇。
第一電源供給源(2140)是提供RF電源的交流電源的供給源。雖然沒有圖示,但可在第一電源供給源(2140)的輸出端中設置用於進行阻抗匹配的阻抗匹配器。但是本領域技術人員可知,也可不另行設置阻抗匹配器、而使用可進行輸出電壓控制的RF電源供給源構成。
圖19是反應器的主體和磁芯、以及芯保護管的分解透視圖。參照附圖,多個放電室(2114)以從反應器主體(2110)的上端開始直至下端的方式形成為圓筒狀且並列排列。放電室(2114)的兩端(2116)由蓋子部件(2112)支撐。蓋子部件(2112)由石英、陶瓷等絕緣材料製造。此外可用與反應器主體(2110)一樣的金屬材料製造。這種情況下,為了防止渦流,較佳蓋子部件(2112)含有絕緣區域,以具有電的非連續性。
磁芯(2121)的位於放電室(2114)的部分由管狀的芯保護管(2130)包圍並保護。芯保護管(2130)和上述第一至第三實施例中說明的放電感應電橋具有相同的結構。芯保護管(2130)由石英、陶瓷等電絕緣材料製造。此外芯保護管(2130)如上所述可由和反應器主體(2110)相同的金屬材料製造,但這種情況下,為了防止渦流,含有由電絕緣材料構成的絕緣區域,以具有電的非連續性。
圖20是表示放電室上安裝的磁芯、芯保護管、及冷卻通道的安裝結構的反應器主體部分的剖面圖,圖21是根據磁芯設置的冷卻通道的一個示例圖。參照附圖,磁芯(2121)的中心部是中空的,該中空區域中形成冷卻通道(2131)。例如,如圖21所示,可根據磁芯(2121)以鋸齒方式設置冷卻通道(2131)。
雖然沒有圖示,但可在反應器主體(2110)上形成冷卻通道,可構成包圍磁芯(2121)的管狀的冷卻通道。包圍磁芯(2121)的管狀冷卻通道由金屬材料製造時,較佳形成用於防止渦流的絕緣區域。這樣一來,可在以下結構的任意一個或其組合中進行選擇:冷卻通道(2131)設置在磁芯(2121)上、設置在反應器主體(2110)上、以及具有包圍磁芯(2121)的外部的結構。附圖中參照標號“2115”及虛線表示氣體的流動路徑和電漿的放電路徑。
多個放電室(2114)的長度變長時,分別通過一個以上的放電分離隔壁(2117)將放電區域劃分為二個以上的區域,可使電漿放電平均穩定地進行。放電分離隔壁(2117)由石英、陶瓷等電絕緣材料製造。此外放電分離隔壁(2117)可由與反應器主體(2110)相同的金屬材料製造,但這種情況下,為了防止渦流,較佳含有由電絕緣材料構成的絕緣區域,以具有電的非連續性。
圖22是電漿反應器的截面圖及放電室的部分放大圖。參照圖22,在反應器主體(2110)的後面形成氣體供給單元(2150)。多個放電室(2114)分別形成氣體注入口(2113)。氣體注入口(2113)沿放電室(2114)的長度方向形成多個。輸入到氣體供給單元(2150)的氣體入口(2151)的氣體,按照參照標號“2153”所示的分配路徑被分配,同時平均地經由氣體注入口(2113)注入到多個放電室(2114)。附圖中沒有具體圖示,但較佳的是,用於氣體分配的一個以上的氣體分配隔板設置在氣體供給單元(2150)上。
如上所述的電漿反應器(2100)通過電源供給源(2140)驅動初級線圈(2122),初級線圈(2122)的驅動電流完成變壓器(2120)的次級電路,從而形成感應耦合的電漿的AC電位按照各個放電室(2114)形成。因此以按照多個放電室(2114)的每個包圍芯保護管(2130)的外側的方式形成感應耦合的電漿。形成的電漿經由電漿噴射裂口(2111)噴射到前面。
本發明的電漿反應器(2100)可高密度、平均地生成大面積的電漿。特別是通過增加放電室(2114)的個數和長度,可獲得所需形態的大面積的電漿,擴散較為容易。並且,可使電漿反應器(2110)的結構非常薄地構成,可使設備面積最小化。
圖23是一個變形例的電漿反應器的分解透視圖。並且,圖24A及圖24B是表示多重放電室上安裝的磁芯、芯保護管、冷卻水供給管、及初級線圈的安裝結構的多重放電室的部分剖面圖及部分放大截面圖。參照附圖,一個變形例的電漿反應器(2100a)和上述電漿反應器(2100)基本上具有相同的結構。而在上述電漿反應器(2100)中,初級線圈(2123)具有纏繞在露出到反應器主體(2110)外部的磁芯的部分上結構特徵,另一方面,在一個變形例的電漿反應器(2100a)中,初級線圈(2123)具有安裝在位於芯保護管(2130)內側的磁芯(2121)的一部分上的結構特徵。特別是,初級線圈(2123)是在磁芯(2121)的各個環上纏繞一圈的線圈,由管狀的導電性部件構成。管狀的導電性部件為了防止產生渦流,沿長度方向包括由電絕緣材料構成的絕緣區域(2124)。
圖25A至圖25C是表示第一電源供給源和初級線圈的電連接結構的示例圖。
首先參照圖25A,電漿反應器(2100a)的初級線圈(2123)按照多個放電室(2114)分別設置一個,並與第一電源供給源(2140)串聯連接。初級線圈(2123)和電源供給源(2140)的電連接方式除了串聯外,還可以在並聯方式、串聯/並聯混聯方式等多種連接方式中進行選擇。
參照圖25B,通過電漿反應器(2100a),初級線圈(2123)可作為電容耦合電極發揮作用。為了作為電容耦合電極發揮作用,反應器主體(2100)接地連接。此時,初級線圈(2123)與第一電源供給源(2140)連接,但不是接地連接。此外如圖25C所示,初級線圈(2123)也可接地連接。
這樣一來,一個變形例的電漿反應器(2100a)和上述電漿反應器(2100)是基本相同的,但初級線圈(2123)的技術性特徵彼此不同。即,一個變形例的電漿反應器(2100a)中,初級線圈(2123)作為變壓器(2120)的初級線圈發揮作用的同時,還可作為與反應器主體(2110)電容性耦合的電極發揮作用。因此可同時產生變壓器(2120)產生的感應耦合電漿、及和接地的反應器主體(2110)之間產生的電容耦合電漿。
圖26是其他變形例的電漿反應器的分解透視圖。參照圖26,其他變形例的電漿反應器(2100b)具有和上述電漿反應器(2100)基本相同的結構。但其他變形例的電漿反應器(2100b)具有上述電漿反應器(2100)的初級線圈(2122)(簡稱為第一初級線圈)及一個變形例的電漿反應器(2100a)的初級線圈(2123)(簡稱第二初級線圈)。並且,如圖27A及圖27B所示,第二初級線圈(2123)和另外的第二電源供給源(2141)連接。第二電源供給源(2141)是用於提供RF電源的交流電源供給源。雖然沒有圖示,但可在第二電源供給源(2141)的輸出端設置用於進行阻抗匹配的阻抗匹配器。但是本領域技術人員可知,也可不另行設置阻抗匹配器,而使用可進行輸出電壓控制的RF電源供給源構成。
圖27A至圖27C是表示第一及第二電源供給源和初級線圈的電連接方式的圖。首先參照圖27A及圖27B,第一初級線圈(2122)如上述第一實施例所述,可通過串聯、並聯、串聯/並聯混聯的任意一種方式與第一電源供給源(2140)連接。並且,第二初級線圈(2123)也和上述變形例類似,可通過串聯、並聯、串聯/並聯混聯的任意一種方式與第二電源供給源(2141)連接。
參照圖27C,第一及第二初級線圈(2122、2123)可使用一個第一電源供給源(2140)和電源分配器(2142)提供電源。電源分配器(2142)可使用變壓器構成,但變壓器的初級線圈(2142a)與第一電源供給源(2140)連接,次級線圈(2142b、2142c)一分為二,分別與第一及第二初級線圈(2122、2123)連接。分離的次級線圈(2142b、2142c)的繞線比(winding ratio)可以固定形式構成,也可以可變形式構成。
其他變形例的電漿反應器(2100b)可使第二初級線圈(2123)如上所述一樣作為電容耦合電極發揮作用,此時,反應器主體(2110)接地連接。並且,第二初級線圈(2123)如上所述一樣接地連接,但也可不接地連接。
如上所述,本發明的第四實施例的具有多重排列的放電室的電漿反應器可高密度、平均地生成大面積的電漿。特別是通過增加放電室(2114)的個數和長度,可獲得所需形態的大面積的電漿,擴散較為容易。並且,可使電漿反應器的結構非常薄地構成,可使設備面積最小化。例如,將電漿反應器垂直豎立排列設置、或水平多層結構設置時,設備面積不會擴張,同時可大幅提高單位設備面積的處理量。
圖28是第四實施例的利用了電漿反應器的常壓電漿處理系統的概要構成圖。並且圖29A至圖29C是依次表示在常壓電漿處理系統中進行的工件基板的傳送過程的圖。參照附圖,常壓電漿處理系統利用上述電漿反應器(2100)在常壓狀態下對工件進行電漿處理。常壓電漿處理系統中,在前方具有工件(2210)備用的第一工件備用單元(a1),在後方具有常壓處理單元(a3)。第一工件備用單元(a1)和常壓處理單元(a3)之間具有第一輸送單元(a2)。
在第一工件備用單元(a1)中,包括層疊並保管工件(2210)的載體(2200)。工件(2210)例如是用於製造液晶顯示器的玻璃基板或大型矽晶圓基板。第一輸送單元(a2)中具有第一輸送自動機(2220)。為了方便,第一輸送自動機(2220)僅簡要圖示了一個機械手。第一輸送自動機(2220)在第一工件備用單元(a1)和常壓處理單元(a3)之間進行工件(2210)的輸送。
在常壓處理單元(a3)中,垂直設置電漿反應器(2100),通過經由電漿噴射裂口(2111)噴射的電漿,在常壓狀態下對工件(2210)進行電漿處理。在常壓處理單元(a3)中,具有使工件(2210)前後垂直移動的輸送機構(2230)。輸送機構(2230)例如可由具有多個輥的傳送系統構成,也可由未示例的其他方式的輸送機構構成。
常壓處理單元(a3)中也可具有使工件(2210)預熱的預熱機構(2240)。預熱機構(2240)例如可具有多個鹵素燈和反射罩。預熱機構(2240)可與電漿反應器(2100)相對設置,或者設置在第一輸送單元(a2)和常壓處理單元(a3)之間。預熱機構(2240)可根據需要,作為在電漿的處理過程中對工件(2210)持續加熱的加熱器來發揮作用。
常壓處理單元(a3)上設置的電漿反應器(2100)垂直設置。因此工件(2210)垂直地輸入輸出到常壓處理單元(a3)。因此第一輸送單元(a2)上設置的第一輸送自動機(2220)如圖29A所示,將工件(2210)在水平狀態下切換為垂直,如圖29B所示,中轉到常壓處理單元(a3)的輸送機構(2230)。接著,如圖29C所示,輸送機構(2230)使輸入的工件(2210)進入到電漿反應器(2100)的前面。通過電漿反應器(2100)進行工件(2210)的電漿處理。如果電漿的處理完成,進一步以相反的順序,將工件(2210)通過常壓處理單元(a3)排出到第一輸送單元(a2)。被處理的工件(2210)通過第一輸送自動機(2220)從垂直狀態切換為水平狀態,層疊在第一工件備用單元(a1)的載體(2200)上。
圖30是具有先入後出結構的常壓電漿處理系統的概要構成圖。參照圖30,常壓電漿處理系統,可在常壓處理單元(a3)的前方和後方對稱地構成第一及第二工件備用單元(a1、a5)、和第一及第二輸送單元(a2、a4),具有先入後出的結構。第一工件備用單元(a1)中備用有處理前的工件,第二工件備用單元(a5)中備用有處理後的工件。第一輸送單元(a2)上設置的第一輸送自動機(2220)執行將工件裝載到常壓處理單元(a3)的功能,第二輸送單元(a4)上設置的第二輸送自動機(2250)執行從常壓處理單元(a3)卸載工件的功能。
圖31是常壓處理單元中具有靜電吸盤的示例圖。參照附圖,常壓處理單元(a3)具有靜電吸盤(2270),作為在電漿處理過程期間用於對工件(2210)進行固定支撐的固定機構。其中,靜電吸盤(2270)可內置加熱器。
圖32A及圖32B是水平配置電漿反應器的示例圖。參照附圖,常壓電漿處理系統可將電漿反應器(2100)水平配置在常壓處理單元(a3)上。此時,如圖32A所示,預熱機構(2240)可與電漿反應器(2100)相對設置。此外如圖32B所示,也可設置在電漿反應器(2100)的前方。並且,輸送機構(2280)可由具有多個水平輥的傳送系統構成。上述常壓電漿處理系統可將電漿反應器(2100)設置為垂直或水平。
圖33A是利用了第四實施例的電漿反應器的電漿處理室的透視圖。圖33B是電漿處理室的截面圖及放電室的部分放大圖。參照附圖,電漿處理室(2300)包括:電漿反應器(2100);通過電漿反應器(2100)提供氣體的氣體供給單元(2150);收容由電漿反應器(2100)產生的電漿、並在內部具有基板支撐台(2320)的室外殼(2301)。
電漿處理室(2300)以使電漿反應器(2100)的電漿噴射裂口(2111)和基板支撐台(2320)相對的方式垂直配置。因此如下所述,工件基板(2330)垂直輸入到電漿處理室(2300),固定在基板支撐台(2320)上,在垂直狀態下進行電漿處理。電漿處理室(2300)對基板(2300)進行多種電漿處理,例如利用電漿去除光致抗蝕劑的灰化(ashing)、及絕緣膜或金屬膜的沉積(deposition)、蝕刻(etching)等。
在附圖中省略了具體圖示,但電漿處理室(2300)的構成可以是以使電漿反應器(2100)的電漿噴射裂口(2111)和基板支撐台(2320)相對的方式水平配置。這種情況下,工件基板(2330)水平輸入到電漿處理室(2300)中,並固定在基板支撐台(2320)上,在水平狀態下進行電漿處理。
在反應器主體(2110)的後面設有氣體供給單元(2150)。多個放電室(2114)分別形成氣體注入口(2113)。在附圖上未顯示,氣體注入口(2113)沿放電室(2114)的長度方向形成多個。輸入到氣體供給單元(2150)的氣體入口(2151)的氣體根據參照標號“1153”所示的氣體分配路徑被分配,同時平均地經由氣體注入口(2113)注入到多個放電室(2114)。附圖中沒有具體圖示,但較佳在氣體供給單元(2150)上設置用於進行氣體分配的一個以上的氣體分配隔板。
圖34是具有分離的氣體供給結構的反應器的主體截面圖。參照附圖,一個變形例的反應器主體(2110a)可具有二個分離的氣體供給結構。例如,反應器主體(2110a)包括第二氣體注入口(2118),其形成在與向電漿放電室(2114)開口的第一氣體注入口(2113)相鄰的二個電漿放電室(2114)之間,向室外殼開口。
通過第一氣體注入口(2113)輸入的氣體經由電漿放電室(2114)排出到電漿噴射裂口(2111)。通過第二氣體注入口(2118)輸入的氣體經由氣體噴射口(2119)被排出。通過氣體噴射口噴射的氣體,因通過電漿噴射裂口(2111)輸出的電漿氣體而離子化。附圖中省略了圖示,但氣體供給單元(2150)具有:通過第一及第二氣體流入口(2113、2118)使彼此不同的氣體分離供給的分離的氣體供給路徑、及與之對應的氣體分配隔板和氣體入口。
圖35是電漿處理系統的概要構成圖。參照附圖,電漿處理系統是利用上述電漿處理室(2300)對工件基板進行電漿處理的系統。電漿處理系統具有和電漿處理室(2300)連接的真空預備室(loadlock chamber)(2400)。真空預備室(2400)上連接了輸送室(2500),在輸送室的前方具有工件基板的備用室(2600)。工件基板的備用室(2600)中具有層疊並保管工件(2210)的載體(2610)。工件基板(2330)例如是用於製造液晶顯示器的玻璃基板或大型矽晶圓基板。
真空預備室(2400)和電漿處理室(2300)之間形成裂口閥(slit valve)(2340),裂口閥(2340)具體沒有圖示,其具有開閉真空預備室(2400)的基板出入口(2412)和電漿處理室(2300)的基板出入口(2310)的結構。真空預備室(2400)在輸送室(2500)一側具有另外的基板出入口(2410),通過未圖示的另外的裂口閥開閉。真空預備室(2400)和電漿處理室(2300)進行工件基板的交換時,維持和電漿處理室(2300)內部相同的真空狀態,和輸送室(2500)進行工件基板的交換時維持常壓狀態。
真空預備室(2400)中設有在電漿處理室(2300)和真空預備室(2400)之間輸送工件基板的第一輸送自動機(2420)。輸送室(2500)中設有在工件基板備用室(2600)和真空預備室(2400)之間傳送基板的第二輸送自動機(2510)。
圖36A至圖36C是依次表示在電漿處理系統中進行的工件基板的傳送過程的圖。參照附圖,第二輸送自動機(2510)使載體(2610)上放置的工件基板(2330)中轉到第一輸送自動機(2420)上。此時,第二輸送自動機(2410)將水平狀態的工件基板(2330)切換為垂直狀態,並中轉到第一輸送自動機(2420)上。
第一輸送自動機(2420)將接收的工件基板(2330)垂直地輸送到電漿處理室(2300)的基板支撐台(2320)上。基板支撐台(2320)將接收的工件基板(2330)在電漿處理過程期間固定。第一輸送自動機(2420)可具有能同時交換處理前後的二個工件基板的二個雙搖臂。並且,可具有可在第二輸送自動機(2510)和真空預備室(2400)同時交換處理前後的工件基板的二個雙搖臂結構。
基板支撐台(2320)具有用於固定基板的固定機構,例如具有靜電吸盤。或者可具有其他方式的固定機構。並且,基板支撐台可具有作為加熱工件基板的加熱機構的加熱器。此外,在室外殼內部具有光加熱機構,可通過光的照射進行工件基板的加熱。這樣一來,很明顯電漿處理室(2300)包括用於對工件基板進行所需的電漿處理而追加的結構。
真空預備室(2400)可追加必要的構成,以執行在電漿處理室(2300)接收工件基板(2330)前用於對基板進行預熱的預熱功能、及/或電漿處理結束後用於冷卻加熱的基板的冷卻功能。
這種電漿處理系統可具有以電漿處理室(2300)為中心對稱設置的其他真空預備室、其他輸送室、及其他工件基板的備用室。即,可構成如下所示的先入後出結構的系統:以電漿處理室(2300)為中心在前方將處理前的工件基板裝載到電漿處理室(2300),處理前的工件基板排出到電漿處理室(2300)的後方。
根據如上所述的本發明的設有具有多重排列的放電室的電漿反應器的電漿處理室、及利用該處理室的電漿處理系統,電漿反應器可高密度、平均地生成大面積的電漿。特別是通過增加放電室的個數和長度可獲得所需形態的大面積的電漿,易於進行擴張。並且,可使電漿反應器的結構非常薄,從而可使設備面積最小化。例如將電漿反應器垂直排列設置、或水平多層結構設置時,設備面積不會擴張,同時可大幅提高單位設備面積的處理量。
如上所述的本發明的具有放電感應電橋的電漿源及利用該它的電漿處理系統可進行多種變形,採取各種方式。因此本發明不受上述具體說明中所述的特別方式的限制,包括屬於申請專利範圍所定義的本發明的主旨和範圍內的所有變形物、均等物及替代物。因此本發明的真正的技術保護範圍由申請專利範圍內的技術思想所決定。
10...室外殼
10a...上部外殼
10b...中間外殼
10c...下部外殼
11、11a、11b、11c...氣體入口
12...氣體出口
13、14、13a、14a、13b、14b、13c、14c...放電感應電橋
15、15a、15b、15c...開口部
16...接受器
18、19...O形環
20、20a、20b、20c...磁芯
20-1...第一磁芯
20-2...第二磁芯
21、21a、21b、21c...線圈
30、32、36...阻抗匹配器
34...電源供給源
510...室外殼
511...氣體入口
512...氣體出口
520...磁芯
522...放電感應電橋
540...接受器
1000...電漿處理室
1101...接受器
1104...真空泵
1105...氣體出口
1110...室外殼
1111、1112...側壁
1113...開口部
1200...氣體供給單元
1201...第一氣體供給路徑
1202...第二氣體供給路徑
1210...氣體噴射板
1211...第一氣體供給通道
1212...第二氣體供給通道
1220...氣體分配板
1221...第一氣體入口
1223...連接管
1230...上部蓋子
1231...第二氣體入口
1222、1232...貫孔
1250...放電罩
1251...圓頂結構
1252...第一氣體供給通道
1253...突出部
1254...第二氣體供給通道
1255...放電分離隔壁
1256...放電區域
1300...放電感應電橋
1301...中空區域
1310...磁芯
1310a、1310b...單環閉合芯
1312...線圈
1314...磁束
1316...感應電場
1320...放電感應電橋間的區域
1322...上部區域
1330...電極
1340...放電分離隔壁
1400...第一電源供給源
1410...第二電源供給源
1420...第三電源供給源
2100、2100a、2100b...電漿反應器
2110、2110a...反應器主體
2111...電漿噴射裂口
2112...蓋子部件
2113...第一氣體注入口
2114...放電室
2115...氣體的流動路徑和電漿的放電路徑
2116...放電室的兩端
2117...放電分離隔壁
2118...第二氣體注入口
2119...氣體噴射口
2120...變壓器
2121...磁芯
2122、2123...初級線圈
2124...絕緣區域
2130...芯保護管
2131...冷卻通道
2140...第一電源供給源
2141...第二電源供給源
2142...電源分配器
2142a...初級線圈
2142b、2142c...次級線圈
2150...氣體供給單元
2151...氣體入口
2153...分配路徑
2200...載體
2210...工件
2220...第一輸送自動機
2230、2280...輸送機構
2240...預熱機構
2250...第二輸送自動機
2270...靜電吸盤
2300...電漿處理室
2301...室外殼
2310...基板出入口
2320...基板支撐台
2330...工件基板
2340...裂口閥
2400...真空預備室
2410、2412...基板出入口
2420...第一輸送自動機
2500...輸送室
2510...第二輸送自動機
2600...工件基板備用室
2610...載體
a1...第一工件備用單元
a2...第一輸送單元
a3...常壓處理單元
a4...第二輸送單元
a5...第二工件備用單元
P...感應耦合電漿
W...工件基板
為了更充分地理解在本發明的詳細說明中使用的附圖,提供各附圖的簡單說明。
圖1A及圖1B是本發明的第一實施例的電漿處理室的透視圖及其截面圖。
圖2A及圖2B是具有並列排列的多個放電感應電橋的電漿處理室的透視圖及其截面圖。
圖3A及圖3B是具有並列排列的多個放電感應電橋的圓筒狀的電漿處理室的透視圖及其截面圖。
圖4A及圖4B是具有可分離的結構的室外殼(chamber housing)的電漿處理室的透視圖及其分解圖。
圖5是將分離型磁芯安裝在放電感應電橋上的示例圖。
圖6A及圖6B是本發明的第二實施例的電漿處理室的透視圖及其截面圖。
圖7A及圖7B是具有垂直並列排列的放電感應電橋的電漿處理室的透視圖及其截面圖。
圖8A、圖8B及圖8C是本發明的第三實施例的電漿處理室的透視圖、其分解圖及其截面圖。
圖9A及圖9B是使用多環或單環的閉合芯構成變壓器的示例圖。
圖10是在放電感應電橋中設有接地的電極的示例圖。
圖11是其中具有偏壓電源的示例的電漿處理室的截面圖。
圖12A及圖12B是放電分割隔板的分解及組裝圖。
圖13A及圖13B是放電罩(放電笠)的分解及組裝結構的透視圖。
圖14是設置了放電罩的電漿處理室的截面圖。
圖15A至圖15C是使放電罩的突出部分的結構變形了的示例圖。
圖16A及圖16B是本發明的第四實施例的電漿反應器的正面及背面透視圖。
圖17A及圖17B是多環閉合芯和單環閉合芯的示例圖。
圖18A及圖18B是第一電源供給源和初級線圈的電連接結構的示例圖。
圖19是反應器的主體和磁芯、以及芯保護管的分解透視圖。
圖20是表示放電室上安裝的磁芯、芯保護管、及冷卻通道的安裝結構的反應器的主體部分的剖面圖。
圖21是根據磁芯設置的冷卻通道的一個示例圖。
圖22是電漿反應器的截面圖及放電室的部分放大圖。
圖23是一個變形例的電漿反應器的分解透視圖。
圖24A及圖24B是表示多重放電室上安裝的磁芯、芯保護管、冷卻水供給管、及初級線圈的安裝結構的多重放電室的部分剖面圖及部分放大截面圖。
圖25A至圖25C是表示第一電源供給源和初級線圈的電連接結構的示例圖。
圖26是其他變形例的電漿反應器的分解透視圖。
圖27A至圖27C是表示第一及第二電源供給源和初級線圈的電連接方式的圖。
圖28是第四實施例的利用了電漿反應器的常壓電漿處理系統的概要構成圖。
圖29A至圖29C是依次表示在常壓電漿處理系統中形成的工件基板的傳送過程的圖。
圖30是具有先入後出結構的常壓電漿處理系統的概要構成圖。
圖31是常壓處理單元中具有靜電吸盤的示例圖。
圖32A及圖32B是水平配置電漿反應器的示例圖。
圖33A是利用了第四實施例的電漿反應器的電漿處理室的透視圖。
圖33B是電漿處理室的截面圖及放電室的部分放大圍。
圖34是具有分離的氣體供給結構的反應器的主體截面圖。
圖35是電漿處理系統的概要構成圖。
圖36A至圖36C是在電漿處理系統中依次表示出工件基板的輸送過程的圖。
10...室外殼
11...氣體入口
12...氣體出口
13、14...放電感應電橋
16...接受器
20...磁芯
34...電源供給源
36...阻抗匹配器
P...感應耦合電漿
W...工件基板

Claims (56)

  1. 一種電漿處理室,包括:室外殼,具有內部放置工件基板的至少一個接受器;橫切室外殼內部設置的多個放電感應電橋;室外殼的多個開口部,連接多個放電感應電橋的兩端;變壓器,具有在多個放電感應電橋上安裝的磁芯和初級線圈;以及和初級線圈電連接的第一電源供給源,其中,通過第一電源供給源驅動初級線圈的電流,從而以放電感應電橋為中心形成感應耦合電漿,感應出完成變壓器的次級電路的室外殼的內側AC電位。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的電漿處理室,其中,包括第一阻抗匹配器,電連接在第一電源供給源和初級線圈之間。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的電漿處理室,其中,包括:用於在接受器提供偏置功率的第二電源供給源;以及和第二電源供給源電連接的第二阻抗匹配器。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的電漿處理室,其中,放電感應電橋含有電絕緣材料。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的電漿處理室,其中,放電感應電橋含有金屬材料和用於形成電的不連續性的電絕緣材料。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述的電漿處理室,其中,包括至少一個氣體入口,其配置在設有放電感應電橋的上部室外殼的頂部。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述的電漿處理室,其中,室外殼具有上部外殼和下部外殼、以及連接在上部外殼和下部外殼之間的中間外殼,在中間外殼上具有放電感應電橋。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述的電漿處理室,其中,磁芯具有分離為馬蹄狀的二個芯的結構,並具有移動型結構,以可變地調節相互之間的間隔。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述的電漿處理室,其中,包括在室外殼的內部的兩個側壁上相對設置的第一及第二接受器,多個放電感應電橋距離第一及第二接受器具有相同的間隔、並垂直地並列設置。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述的電漿處理室,其中,包括:至少一個氣體入口,配置在設有放電感應電橋的上部室外殼的頂部;和氣體出口,分別設置在設有第一及第二接受器的室外殼的兩個側壁上。
  11. 根據申請專利範圍第1項所述的電漿處理室,其中,包括具有分離的氣體供給結構的氣體供給單元,上述氣體供給單元具有:在放電感應電橋的正上方流入第一氣體的第一氣體供給通道;和在放電感應電橋之間流入第二氣體的第二氣體供給通道。
  12. 根據申請專利範圍第1項所述的電漿處理室,其中,磁芯包括一個或一個以上的單環閉合芯。
  13. 根據申請專利範圍第1項所述的電漿處理室,其中,磁芯包括一個或一個以上的多環閉合芯。
  14. 根據申請專利範圍第1項所述的電漿處理室,其中,接受器接受一個或一個以上的偏置功率供給。
  15. 根據申請專利範圍第1項所述的電漿處理室,其中,包括一個或一個以上的放電分離隔壁,用於將多個放電感應電橋產生的電漿的形成區域劃分為多個。
  16. 根據申請專利範圍第1項所述的電漿處理室,其中,包括與接受器相對地設置在放電感應電橋的內部並接地的電極。
  17. 根據申請專利範圍第1項所述的電漿處理室,其中,包括電接地的放電罩,其設置在多個放電感應電橋的上部。
  18. 根據申請專利範圍第17項所述的電漿處理室,其中,放電罩包括:在放電感應電橋的正上方流入第一氣體的第一氣體供給通道;以及在放電感應電橋之間流入第二氣體的第二氣體供給通道。
  19. 根據申請專利範圍第17項所述的電漿處理室,其中,放電罩包括一個或一個以上的放電分離隔壁,用於將多個放電感應電橋產生的電漿的形成區域劃分為一個或一個以上。
  20. 一種電漿反應器,包括:具有多個放電室的反應器主體;根據多個放電室形成在反應器主體上的電漿噴射裂口;具有與多個放電室連接的磁芯及初級線圈的變壓器;在放電室的內部包圍磁芯以進行保護的芯保護管;以及與初級線圈電連接的第一電源供給源,其中,通過第一電源供給源驅動初級線圈的電流,從而以多個芯保護管為中心形成感應耦合電漿,並感應出完成變壓器的次級電路的多個放電室內側的AC電位。
  21. 根據申請專利範圍第20項所述的電漿反應器,其中,反應器主體含有金屬材料。
  22. 根據申請專利範圍第20項所述的電漿反應器,其中,反應器主體含有電絕緣材料。
  23. 根據申請專利範圍第20項所述的電漿反應器,其中,多個放電室包括放電分離隔壁,其設置在各放電室的內側,將放電室內部劃分為二個或二個以上的放電區域。
  24. 根據申請專利範圍第20項所述的電漿反應器,其中,磁芯包括一個或一個以上的單環閉合芯。
  25. 根據申請專利範圍第20項所述的電漿反應器,其中,磁芯包括多環閉合芯。
  26. 根據申請專利範圍第20項所述的電漿反應器,其中,多個線圈由包圍位於放電室內部的磁芯部分的管形的導電性部件構成,管形的導電性部件局部含有電絕緣材料。
  27. 根據申請專利範圍第20項所述的電漿反應器,其中,反應器主體電接地。
  28. 根據申請專利範圍第20項所述的電漿反應器,其中,包括電容耦合電極,其位於多個放電室各自的內部。
  29. 根據申請專利範圍第28項所述的電漿反應器,其中,電容耦合電極由整體包圍磁芯部分的管形的導電性部件構成,管形的導電性部件局部含有絕緣區域。
  30. 根據申請專利範圍第28項所述的電漿反應器,其中,包括與電容耦合電極電連接的第二電源供給源。
  31. 根據申請專利範圍第28項所述的電漿反應器,其中,包括電源分配器,從第一電源供給源接受電源的輸入,將電源分配提供給初級線圈和電容耦合電極。
  32. 根據申請專利範圍第20項所述的電漿反應器,其中,芯保護管包括電絕緣材料。
  33. 根據申請專利範圍第20項所述的電漿反應器,其中,芯保護管包括金屬材料和用於形成電的不連續性的電絕緣材料。
  34. 根據申請專利範圍第20項所述的電漿反應器,其中,反應器主體包括冷卻通道。
  35. 根據申請專利範圍第20項所述的電漿反應器,其中,磁芯在其中心部形成中空區域,並具有設置在磁芯中空區域的冷卻通道。
  36. 根據申請專利範圍第20項所述的電漿反應器,其中,包括設置為包圍磁芯外部的冷卻通道。
  37. 根據申請專利範圍第20項所述的電漿反應器,其中,反應器主體包括向多個放電室開口的多個氣體注入口,並包括用於向多個氣體入口分配提供氣體的氣體供給單元。
  38. 一種常壓電漿處理系統,包括:電漿反應器,其包括:具有多個放電室的反應器主體、根據多個放電室形成在反應器主體上的電漿噴射裂口、具有與多個放電室連接的磁芯及初級線圈的變壓器、包圍位於放電室內部的磁芯以進行保護的芯保護管、以及與初級線圈電連接的第一電源供給源;常壓處理單元,設有電漿反應器,通過經由電漿噴射裂口噴射的電漿,在常壓狀態下對工件進行電漿處理;工件備用的第一工件備用單元;以及第一輸送單元,在工件備用單元和常壓處理單元之間輸送工件。
  39. 根據申請專利範圍第38項所述的常壓電漿處理系統,其中,電漿反應器以使電漿噴射裂口和工件相對的方式垂直設置,工件垂直地輸入到常壓處理單元中。
  40. 根據申請專利範圍第38項所述的常壓電漿處理系統,其中,電漿反應器以使電漿噴射裂口和工件相對的方式水平設置,工件水平地輸入到常壓處理單元中。
  41. 根據申請專利範圍第38項所述的常壓電漿處理系統,其中,第一輸送單元在工件備用單元和常壓處理單元之間輸送工件,並包括使工件的狀態水平-垂直/垂直-水平轉換的第一輸送自動機。
  42. 根據申請專利範圍第38項所述的常壓電漿處理系統,其中,常壓處理單元包括使工件前後移動的輸送機構。
  43. 根據申請專利範圍第38項所述的常壓電漿處理系統,其中,常壓處理單元包括用於對工件進行預熱的預熱機構。
  44. 根據申請專利範圍第38項所述的常壓電漿處理系統,其中,常壓處理單元具有使工件固定在電漿反應器的相對的位置上的固定機構。
  45. 根據申請專利範圍第38項所述的常壓電漿處理系統,其中,包括:使在常壓處理單元處理的工件備用的第二工件備用單元;以及在常壓處理單元和第二工件備用單元之間輸送工件的第二輸送單元。
  46. 根據申請專利範圍第45項所述的常壓電漿處理系統,其中,第二輸送單元在工件備用單元和常壓處理單元之間輸送工件,並包括使工件的狀態水平-垂直/垂直-水平轉換的第二輸送自動機。
  47. 一種電漿處理室,包括:電漿反應器,其包括具有多個放電室的反應器主體、根據多個放電室形成在反應器主體上的電漿噴射裂口、具有與多個放電室連接的磁芯及初級線圈的變壓器、包圍位於放電室內部的磁芯以進行保護的芯保護管、以及與初級線圈電連接的第一電源供給源;以及室外殼,收容經由電漿噴射裂口輸出的電漿,並具有內部施加了偏置功率的基板支撐台,其中,通過第一電源供給源驅動初級線圈的電流,初級線圈的驅動電流完成變壓器的次級電路,並感應出在多個放電室中分別形成感應耦合的電漿的多個放電室內側的AC電位,感應耦合的電漿以包圍芯保護管的外側的方式分別形成在放電室內。
  48. 根據申請專利範圍第47項所述的電漿處理室,其中,反應器主體包括向多個放電室開口的多個氣體注入口,並包括用於向多個氣體注入口分配提供氣體的氣體供給單元。
  49. 根據申請專利範圍第48項所述的電漿處理室,其中,反應器主體包括向電漿放電室開口的第一氣體注入口,以及形成在相鄰的二個電漿放電室之間並向室外殼開口第二氣體注入口,氣體供給單元向第一及第二氣體注入口分別提供彼此不同的氣體。
  50. 根據申請專利範圍第47項所述的電漿處理室,其中,基板支撐台包括用於對工件進行加熱的加熱機構。
  51. 根據申請專利範圍第47項所述的電漿處理室,其中,在室外殼的內部包括用於照射光以對工件進行加熱的光加熱機構。
  52. 根據申請專利範圍第47項所述的電漿處理室,其中,基板支撐台包括用於固定工件的固定機構。
  53. 一種電漿處理系統,包括:電漿處理室,其包括電漿反應器和室外殼,上述電漿反應器包括:具有多個放電室的反應器主體、根據多個放電室形成在反應器主體上的多個電漿噴射裂口、具有與多個放電室連接的磁芯及初級線圈的變壓器、包圍位於放電室內部的磁芯以進行保護的芯保護管、和與初級線圈電連接的第一電源供給源,上述室外殼收容經由電漿噴射裂口輸出的電漿,並具有內部施加了偏置功率的基板支撐台;與電漿處理室連接的真空預備室;第一輸送自動機,設置在真空預備室上,並在電漿處理室和真空預備室之間輸送工件基板;與真空預備室連接的輸送室;與輸送室連接且使工件基板備用的工件基板備用室;以及第二輸送自動機,在工件基板備用室和真空預備室之間傳送基板。
  54. 根據申請專利範圍第53項所述的電漿處理系統,其中,電漿處理室以使電漿反應器的電漿噴射裂口和基板支撐台相對的方式垂直配置,工件基板垂直地輸入到真空預備室及電漿處理室內。
  55. 根據申請專利範圍第53項所述的電漿處理系統,其中,電漿處理室以使電漿反應器的電漿噴射裂口和基板支撐台相對的方式水平配置,工件基板水平地輸入到真空預備室及電漿處理室內。
  56. 根據申請專利範圍第54或55項所述的電漿處理系統,其中,第二輸送自動機使工件的狀態水平-垂直/垂直-水平地轉換。
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