TWI428062B - 電漿天線以及含該天線的電漿處理裝置 - Google Patents

Description

電漿天線以及含該天線的電漿處理裝置

本發明關於電漿天線以及含該天線的電漿處理裝置；更具體而言，本發明係關於對大面積基板實施電漿製程處理的電漿處理裝置中使用的電漿天線的形狀。

電漿處理裝置被廣泛使用於半導體基板、液晶顯示器的製造過程。電漿處理裝置通過使反應氣體活化變為電漿狀態，用電漿狀態的反應氣體的陽離子或自由基(Radical)處理半導體基板的規定區域。

電漿處理裝置有：用於薄膜蒸鍍的PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)裝置。通過蝕刻蒸鍍出的薄膜，使之圖形化的蝕刻裝置，濺射(Sputter)、灰化(Ashing)裝置等。

此類電漿發生裝置的電漿源有電源耦合型電漿源(CCP：Capacitive Coupled Plasma)、介電質耦合型電漿源(ICP：Induced Coupled Plasma)、使用微波的ECR(Electron Cyclotron Resonance)電漿源SWP(Surface Wave Plasma)電漿源等。

CCP類型通過給彼此相向的平行平板電極外加RF電力，利用電極間垂直形成的RF電磁場使電漿產生，ICP類型，使用由可施加高頻電力的天線感應的感應電磁場使反應氣體變為電漿狀態。

ICP方式的電漿發生裝置採用以下結構：在製程室上部形成由絕緣材料構成的介電質，在介電質的上部形成電漿天線。隨著近年來出現的液晶顯示器基板的大型化趨勢，電漿處理裝置的尺寸也隨之變大，介電質的尺寸也相應變大。

介電質一旦大型化，為了具有足以應對介電質上下部間的壓力差及自重的強度，介電質的厚度不得不加大。然而，當介電質變厚的情況下，由於電漿天線和電漿區域間的距離變大，存在因效能低落而產生密度較低之電漿的問題。

因此由於介電質可在分割後支持在圖1所示的棋盤形框架20上，即可減少各個介電質30的尺寸，因而也可減少介電質30的厚度。然而，十字形的框架要想穩定支持介電質30，就不得不加大框架20的寬度。因而由於框架20的存在，使介電質30的有效面積減少，從而使電漿的產生效率下降。

尤其是在包括介電質30的4個拐角部位的外周和十字形框架20所處的中央部位，所產生的電漿效率較低。

為了解決上述各處的電漿效率低落的問題，雖然研究了多種形狀的電漿天線，終因其形狀複雜，難以批量生產，前述各處的電漿效率並未能大幅提高。

(專利文獻1)韓國登錄號0775592號

本發明正是為了改善上述問題而提出來的，本發明的目的在於提供一種電漿天線，其即使針對大面積基板也能使電漿均勻產生。

本發明的另一目的在於提供一種電漿處理裝置，其即使針對大面積基板，也能通過使電漿均勻產生來處理基板。

本發明的目的並不局限於以上言明的目的，未言明的目的及其它目的，想必業內人士可從下述表述中得到明確的理解。

為了實現前述目的，本發明的實施方式的電漿天線用於電漿發生裝置的電漿天線中，前述電漿天線具有下述形狀：其接受電源供給部提供的電源，並在分支部向介電質的外周分支，前述分支的天線向中央集中，並在接地部接地。

為了實現前述目的，採用本發明的實施方式的電漿天線，其特徵在於：其用於電漿發生裝置的電漿天線中，該電漿天線由下述兩部分構成：第一天線，其具有下述形狀：其接受電源供給部提供的電源，並在第一分支部向介電質的外周分支，前述分支後的天線向中央集中，並在接地部接地；第二天線，其具有與前述第一天線相同的形狀，並在前述第一天線的內側形成；前述第一天線和前述第二天線並聯連接。

為了實現前述目的，採用本發明的實施方式的電漿處理裝置，其特徵在於，包括：製程室；介電質，其形成於前述製程室的中間，以便把前述製程室分割為上部的天線室和下部的基板處理室；氣體供給部，其向前述基板處理室提供氣體；電漿天線，其在前述天線室內形成；前述電漿天線包括：第一天線，其具有下述形狀：接受電源供給部提供的電源，並在第一分支部向介電質的外周分支，前述分支後的天線向中央集中，並在接地部接地；第二天線，其具有與前述第一天線相同的形狀，並在前述第一天線內側形成；前述第一天線和前述第二天線並聯連接。

前述本發明的電漿天線以及含有該天線的電漿處理裝置，具有下述優點：可解決由於含基板的拐角部分在內的外周和中央部位上的電漿產生的不均勻性，使前述位置上的電漿處理效率低落的問題。

此外，還具有下述優點：通過在並聯連接的第一電漿天線和第二電漿天線間形成可變電容器，調節可變電容器，即可生成多種電漿環境。

實施方式的具體內容包含在詳細說明及附圖中。

若參照附圖及下文詳述的實施方式，則可對本發明的優點、特徵以及實現這些的方法有明確的瞭解。但本發明並不局限於以下公示的實施方式，可通過彼此不同的多種形態具體體現。本實施方式僅僅是為了完善本發明的公示，使那些在本發明所屬的技術領域內具有常識人全面瞭解發明而提供的，本發明僅可由權利要求的範圍定義。而在整個說明書中，同樣的參照標號指同一種構成元件。

下面通過本發明的實施方式並參照用來說明電漿天線以及含該天線在內的電漿處理裝置的附圖來說明本發明。

圖2是表示採用本發明的一種實施方式的電漿天線的立體圖，圖3是表示採用本發明的一種實施方式的電漿處理裝置的剖面圖。

首先通過說明採用本發明的一種實施方式的電漿處理裝置100來說明電漿處理裝置100內形成的電漿天線150a、150b的形狀。

本發明的一種實施方式的電漿處理裝置100可由製程室110、介電質120、氣體供給部130、電漿天線150a、150b構成。

製程室110由導電性材料，例如內壁經極性氧化處理過的鋁或鋁合金構成，通過以能夠分解的形態組裝提供實施電漿狀態的製程處理的空間。

在製程室110的一個側面上可形成由氣體供給部130向製程室110的內部提供反應氣體配管111。

此外，製程室110通過接地線112接地。

還有，通過連接在製程室110的下部或側面上的未圖示的真空泵，即可使製程室110內部形成真空狀態，並形成排氣口113，其在處理製程後，把殘留在製程室110內的氣體排到外部。

介電質120形成於製程室110的中間，將製程室110分割為上部的天線室114和下部的實施電漿製程處理的基板處理室115。圖中示出通過介電質120將製程室110分割為上部製程室110b以及下部製程室110a兩部分，但也可採用整體性構成製程室110，由介電質120把製程室110的內部分割為天線室114和基板處理室115的構成。如圖所示，在通過介電質120把製程室110分割為上部製程室110b和下部製程室110a的情況下，通過對分割部分實施密封處理即可把製程室110的內外部以及天線室114和基板處理室115之間密封。

由於要想處理大面積基板(S)，必須加大介電質120的尺寸，因而可如圖1所示，通過棋盤形狀的框架分別支援分割為4部分的介電質120。

介電質120可用陶瓷、石英等絕緣材料構成，以便把上部的電漿天線150a、150b產生的感應電磁場傳遞到製程室的基板處理室115內部。選擇絕緣材料的介電質120的理由是通過減少電漿天線150a、150b和電漿間的電容性耦合，即可將電漿天線150a、150b產生的能量通過電感性耦合傳遞給電漿。

通過處於上部的電漿天線150a、150b在垂直向下的方向上產生隨時變化的電磁場，在製程室110的內部，雖可通過隨時變化的電磁場感應出水準方向的電磁場，而由於被此種感應電磁場加速的電子通過與中性氣體的 碰撞即可生成離子以及自由基(Radical)。此時，利用生成的離子及自由基即可對固定在製程室110內部的基板(S)實施製程處理。

氣體供給部130給製程室110內部，更具體而言，給基板處理室115提供反應氣體。氣體供給部130通過與製程室110內部貫通的配管111給製程室110內部提供反應氣體。

可在製程室110的下方形成用來固定基板(S)的基板支持台140。基板支援台140可用導電材料，例如表面經極性氧化處理過的鋁等構成。基板支持台140還可利用未圖示的驅動裝置上下驅動。基板支持台140可與匹配器142及高頻電源連接，並可通過高頻電源外加電漿製程處理過程中的偏壓用高頻電力，調節製程室110內部生成的電漿中的離子向基板(S)入射的能量。

電漿天線150a、150b位於用介電質120分割出的天線室114內，下面參照圖3說明採用本發明的一種實施方式的電漿天線150a、150b。

電漿天線150a、150b形成於由介電質120分割出的天線室114中，通過電源線181從電源供給部180接受高頻的RF電源。此時，電源供給部180形成於天線室114的頂壁上，可給電漿天線150a、150b提供電力。電源供給部180的頻率可根據符合使用電漿處理裝置100的製程的目的來決定，因此，可由具有該技術領域常識的人來變更。在電漿天線150a、150b和電源供給部180之間可形成作為匹配部的耦合器(matcher)182，該耦合器具有匹配阻抗的功能，以便把能量最大限度地傳遞給電漿天線150a、150b。

正如圖2中所示，採用本發明的一種實施方式的電漿天線150a、150b的整體形狀為：接受電源供給部180提供的電源，並在分支部151向介電質120的外周分支，分支後的天線再次向下方的中央集中與處於中央的接地部159連接。更具體而言，從介電質120的中央上方接受提供的電源之後，在分支部151，相對於被框架170分割為4部分的各個介電質120，向各介電質的拐角(距中央最遠的拐角152)分支。並且，被分支的天線再次與中央的接地部159連接，且在各個拐角152處再次分為153a、153b，一分為二後的各天線153a、153b正如圖中所示，在介電質120的上部形成四 方形，並再次與中央的接地部159連接。正如圖中所示，被分割為4部分的各個天線的形狀可全部對稱性一致。

此時，正如圖2所示，電漿天線150a、150b最好由第一天線150a和在第一天線150a內側形成的第二天線150b構成。

第一天線150a，如前所述，呈以下形狀：從電源供給部180接受高頻電源，並在第一分支部151向介電質120的各個拐角152分支，分支後的天線再次向中央集中，與接地部159連接。

還有，第二天線150b具有與第一天線150a相同的形狀，但其尺寸小一定比例，可在第一天線150a的內側形成。此時，第一天線150a的第一分支點151和第二天線的第二分支點155正如圖中所示，可通過電源線156電氣性導通。因此，第一天線150a和第二天線150b是並聯連接。

在第一分支點151和第二分支點155之間可形成可變電容器(C)157。因此，通過調節可變電容器157，使第一天線150a和第二天線150b產生相位差，即可控制各個天線150a、150b中流動的電流量。因此，通過調節可變電容器157，即可結合用戶的用途，變換出多種電漿環境。

若觀察電流流動的路徑，就可看出高頻電流從電源供給部180流出，通過匹配器182，到達第一分支部151。到達第一分支部151的電流，在第一分支部151一分為四，流向第一天線的各個天線。此時電流通過電氣性導通第一天線150a的第一分支部151和第二天線150b的第二分支部155的電源線156，從第一分支部151流向第二分支部155。此時，可通過調節電源線156上形成的可變電容器157，調節流入第一天線150a，和流入第二天線150b中的電流量。電流通過在第一分支部151一分為四的各個天線流入介電質120的4個拐角，在各自的4個拐角處天線153a、153b再次一分為二，電流通過各自的分支的天線153a、153b流入中央的接地部159。電流在第二天線150b的第二分支部155，通過以與第一天線150a相同的方式一分為四的天線流動，並再次流向中央的接地部159。

在前述實施方式中介紹了由第一天線150a和第二天線150b構成的情況，但電漿天線150a、150b的形狀還可擴張變更出多種形狀，例如可在第二天線150b的內側形成另外的第三天線等。

採用前述本發明的一種實施方式的電漿天線150a、150b正如圖中所示，由於電流可集中到包括介電質120的拐角在內的外周和中央部分，因而可解決因框架170等4個拐角和中央電漿效率低落的問題。

具有本發明所屬技術領域常識的人均能夠理解，在不變更該技術性構想及必要特徵的範圍內可用其它具體實施方式實施。因此，上述實施方式應理解為其不過是所有方面的例示，並非限定性的。本發明的範圍與前述詳細說明相比，主要由權利要求的範圍示出，從權利要求範圍的構思，範圍及其等同概念匯出的所有變更或變形的方式均應解釋為包含在本發明的範圍內。

20‧‧‧棋盤形框架

30‧‧‧介電質

100‧‧‧電漿處理裝置

110‧‧‧製程室

110a‧‧‧下部製程室

110b‧‧‧上部製程室

111‧‧‧反應氣體配管

112‧‧‧接地線

113‧‧‧排氣口

114‧‧‧天線室

115‧‧‧基板處理室

120‧‧‧介電質

130‧‧‧氣體供給部

140‧‧‧基板支持台

142‧‧‧匹配器

150a、150b‧‧‧電漿天線

151‧‧‧第一分支點

152‧‧‧拐角

153a、153b‧‧‧天線

155‧‧‧第二分支點

156‧‧‧電源線

157‧‧‧可變電容器

159‧‧‧接地部

170‧‧‧框架

180‧‧‧電源供給部

181‧‧‧電源線

182‧‧‧匹配器

圖1示出被框架分割的介電質。

圖2是採用本發明的一種實施方式的電漿天線的立體圖。

圖3是採用本發明的一種實施方式的電漿處理裝置的剖面圖。

150a、150b‧‧‧電漿天線

151‧‧‧第一分支點

152‧‧‧拐角

153a、153b‧‧‧天線

155‧‧‧第二分支點

156‧‧‧電源線

157‧‧‧可變電容器

159‧‧‧接地部

170‧‧‧框架

180‧‧‧電源供給部

181‧‧‧電源線

182‧‧‧匹配器

Claims (12)

1. 一種電漿天線，其特徵在於：其用於電漿發生裝置的電漿天線中，該電漿天線具有下述形狀：其接受電源供給部提供的電源，並在分支部向介電質的外周分支，該分支的天線向中央集中，並在接地部接地。
2. 根據申請專利範圍第1項之電漿天線，其中：前述電漿天線具有向該介電質的4個拐角分支的對稱形狀。
3. 根據申請專利範圍第2項之電漿天線，其中：具有在該介電質的4個拐角上分別再次分支後在向中央集中，並在前述接地部接地的形狀。
4. 一種電漿天線，其特徵在於：其用於電漿發生裝置的電漿天線中，該電漿天線由下述兩部分構成：第一天線，其具有下述形狀：其接受電源供給部提供的電源，並在第一分支部向介電質的外周分支，該分支後的天線向中央集中，並在接地部接地；第二天線，其具有與該第一天線相同的形狀，並在該第一天線的內側形成；該第一天線和該第二天線並聯連接。
5. 根據申請專利範圍第4項之電漿天線，其中：該第一天線具有下述形狀；其向該介電質的4個拐角分支。
6. 根據申請專利範圍第5項之電漿天線，其中：該電漿天線具有下述形狀：其從該介電質的4個拐角分別再次分支後向中央集中，並在該接地部接地。
7. 根據申請專利範圍第5項之電漿天線，其中：該第一分支部和該第二天線上分支出的第二分支部雖電氣性導通，且該第一天線和該第二天線並聯連接，但在該第一分支部和該第二分支部之間形成可變電容器。
8. 一種電漿處理裝置，其特徵在於，包括：製程室；介電質，其形成於該製程室的中間，以便把該製程室分割為上部的天 線室和下部的基板處理室；氣體供給部，其向該基板處理室提供氣體；電漿天線，其在該天線室內形成；該電漿天線包括：第一天線，其具有下述形狀：接受電源供給部提供的電源，並在第一分支部向介電質的外周分支，該分支後的天線向中央集中，並在接地部接地；第二天線，其具有與該第一天線相同的形狀，並在該第一天線內側形成；該第一天線和該第二天線並聯連接。
9. 根據申請專利範圍第8項之電漿處理裝置，其中：該第一天線具有向該介電質的4個拐角分支的形狀。
10. 根據申請專利範圍第9項之電漿處理裝置，其中：該電漿天線從該介電質的4個拐角分別再次分支後向中央集中，並在接地部接地。
11. 根據申請專利範圍第8項之電漿處理裝置，其中：該第一分支部和第二天線上分支出的第二分支部雖電氣性導通，且該第一天線和該第二天線並聯連接，但在該第一分支部和該第二分支部之間形成可變電容器。
12. 根據申請專利範圍第8項之電漿處理裝置，其中：該介電質分割為4部分，支援在棋盤形狀的十字形框架上。