TWI452945B - Plasma processing device and plasma processing method - Google Patents

Description

電漿處理裝置及電漿處理方法

本發明係關於一種電漿處理裝置及處理方法，係關於可產生均勻之電漿，對於大面積基板可進行均勻之處理之電漿處理裝置及處理方法。

在半導體裝置、液晶顯示裝置等製造處理器上，大多使用利用電漿處理基板表面之電漿處理裝置。作為此種電漿處理裝置，可舉例譬如有對基板實施蝕刻之電漿蝕刻裝置、及實施化學氣相沈積CVD(Chemical Vapor Deposition)之電漿CVD裝置等。

此種電漿處理裝置具備上下相互平行相對之2個平板電極。在該電極之間搭載有基板之狀態下，產生電漿，對基板實施一定之處理。

然而，當電漿處理裝置所處理之基板尺寸擴大時，則難以對所處理之基板之所有部分取得均勻之電漿。特別如液晶顯示裝置，當所處理之基板之尺寸超過2、3m時，由於基板之各部分其電漿密度不均勻，故具有處理強度不同、難以確保良好之製程條件之問題點。

本發明所欲達成之技術課題，係在於提供一種可按各區域即時反 映電漿密度，形成均勻之電漿之電漿處理裝置及電漿處理方法。

用於達成前述技術課題之本發明之電漿處理裝置，包括：真空腔；配置於前述真空腔內部下側，且包含複數個區塊之下部電極；配置於前述真空腔內部上側，且接地之上部電極；對前述真空腔內部供給製程氣體之製程氣體供給部；與前述下部電極連接，施加源功率之源功率供給部；與前述下部電極之各區塊分別連接，且對各區塊獨立地施加偏壓功率之偏壓功率供給部；及計算施加於前述下部電極之各區塊之偏壓功率，控制前述偏壓功率供給部之控制部。

又，藉由構造成進一步包含配置於前述下部電極之各區塊之間，以絕緣前述各區塊之絕緣體，可按各區塊施加不同之源功率或偏壓功率。

前述絕緣體具有雙重階差構造，與前述絕緣體接觸之各區塊可構成為具有階差構造。

又，前述絕緣體可由陶瓷或氧化鋁(Al₂O₃)構成。

又，前述區塊上部，以進而具備靜電吸盤為佳。

另一方面，前述絕緣體，可以構成為進而具備冷卻前述靜電吸盤之冷卻氣體通過流路。

又，宜進而包含對假想分割前述上部電極與下部電極之間之空間的區域別斷層攝影電漿密度，將對應所攝影之各區域別電漿密度之資料提供於前述控制部之電漿斷層攝影部。

又，前述電漿斷層攝影部宜包含於與前述下部電極之上面平行之一方向上攝影前述上部電極與下部電極之間之空間之複數個第1攝影機構、及於與前述第1攝影機構不同方向上攝影之複數個第2 攝影機構。

又，前述控制部可構造成具備PID反饋控制機構(PID feedback scheme)、中性網路系統(neutral network system)或模糊控制系統中之任一個，此時，可以即時劃線反映各區域別電漿密度之偏壓功率值。

另一方面，用於達成前述技術課題之本發明之電漿處理方法，包括：將基板搬入真空腔內部之步驟；在前述真空腔內部形成電漿之步驟；按前述真空腔內部各區域別攝影電漿密度之步驟；考慮所攝影之電漿密度來計算各區域別偏壓功率之步驟；將所計算出之偏壓功率施加於各區域別之步驟；及將基板搬出至前述真空腔外部之步驟。

攝影前述電漿密度之步驟，係以2個以上相互不同之方向分別攝影1個區域之電漿密度，將其組合來計算各區域別電漿密度。

又，計算前述偏壓功率之步驟，其特徵在於：使用PID反饋控制機構，前述PID反饋控制機構係將所攝影之各區域別電漿密度作為輸入變數使用，將各區域別偏壓功率作為輸出變數。

1‧‧‧本發明一實施例之電漿處理裝置

10‧‧‧真空腔

12‧‧‧基板出入口

14‧‧‧開閉機構

20‧‧‧上部電極

30‧‧‧下部電極

32‧‧‧區塊

34‧‧‧絕緣體

36‧‧‧冷卻氣體流路

40‧‧‧製程氣體供給部

41‧‧‧製程氣體供給管

42‧‧‧擴散板

44‧‧‧擴散板

46‧‧‧擴散孔

48‧‧‧擴散孔

50‧‧‧源功率供給部

60‧‧‧偏壓功率供給部

70‧‧‧電漿斷層攝影部

72‧‧‧第1攝影機構

74‧‧‧第2攝影機構

76‧‧‧攝影線

78‧‧‧攝影線

80‧‧‧控制部

90‧‧‧靜電吸盤

B‧‧‧偏壓功率值

C‧‧‧修正值

D‧‧‧電漿密度值

S‧‧‧基板

圖1係顯示基於本發明一實施例之電漿處理裝置之構造之縱截面圖。

圖2係顯示基於本發明一實施例之電漿處理裝置之構造之橫截面圖。

圖3係顯示基於本發明一實施例之下部電極之構造之部分立體圖。

圖4係顯示經由基於本發明一實施例之電漿斷層攝影部測定之各區塊別電漿密度值之圖表。

圖5係顯示基於本發明一實施例之各區塊別修正值之圖表。

圖6係顯示基於本發明一實施例之各區塊別偏壓功率值之圖表。

圖7係說明基於本發明一實施例之電漿處理方法之各步驟之方塊圖。

以下，參照圖面更詳細地說明本發明之較佳一實施例。

首先，參照圖1~圖3說明基於本發明之一實施例之電漿處理裝置。圖1係顯示基於本發明之一實施例之電漿處理裝置的構造之縱截面圖，圖2係顯示基於本發明之一實施例之電漿處理裝置的構造之橫截面圖。又，圖3係顯示基於本發明之一實施例之下部電極的構造之部分立體圖。

基於本實施例之電漿處理裝置1，如圖1、2所示，包括真空腔10、上部電極20、下部電極30、製程氣體供給部40、源功率供給部50、偏壓功率供給部60、電漿斷層攝影部70、及控制部80。

首先，真空腔10於其內部具有一定體積，具有可使內部空間成為真空狀態之密閉構造。在此，所謂真空狀態係指比大氣壓狀態低之氣壓狀態、完全之真空狀態。

此種真空腔10，具有與一般所處理之基板形狀類似的形狀，在處理如液晶顯示基板般之長方形形狀基板之電漿處理裝置中，係使用長方體形狀之真空腔。

另一方面，最近所處理之基板尺寸一直擴大，真空腔之尺寸亦急遽擴大。因此，亦可不一體形成一個真空腔，而將其分離為複數 個零件製造後，再組裝成一個使用。

又，真空腔10具備用於排出腔內部氣體，以減壓腔內部之排氣泵(未圖示)。該排氣泵係所要求之腔內部之壓力愈低或真空腔內部之體積愈大，其容量愈大。作為此種排氣泵，可使用渦輪分子泵(TMP泵)及低溫泵等。又，此種排氣泵，可於一個真空腔上設置一個，亦可為於一個真空腔上具備複數個排氣泵之構成。

又，真空腔10，為了提高腔內部之壓力，亦可為進而具備將氮氣或惰性氣體注入於腔內部之通氣(venting)泵(未圖示)之構成。雖然反覆執行將基板搬入、搬出真空腔10之步驟，但在此將基板搬入、搬出之步驟中，有必要將腔內部之壓力設為與外部之壓力相同，為進行用於提高真空狀態之腔內部壓力之通氣作業，通氣泵成為必要。

又，在真空腔10之一側壁上形成有作為用於搬入及搬出基板之通路而使用之基板出入口12。該基板出入口12，為管理真空腔10內部之壓力，宜盡可能形成為小。因此，該基板出入口12，只要為真空腔10內所處理之基板S可通過之大小即足夠。

在基板出入口12前方設置有打開、關閉基板出入口之開閉機構14。該開閉機構14，在基板之搬入、搬出步驟中開放基板出入口12，在對於基板之電漿處理步驟中關閉基板出入口12。為使真空腔10內部之真空容易形成，開閉機構14有必要與腔外壁正確地密著。因此，亦可在開閉機構14之內壁上，設置用於保持基板出入口12附近之氣密之密封機構(未圖示)。

其次，在真空腔10內部，為了形成用於形成電漿之電場而設置有上部電極20與下部電極30之2個電極。首先，上部電極20，如圖1所示，配置於真空腔10內部上側。在本實施例中，上部電極20被 接地。

又，下部電極30配置於真空腔10內部下側。在該下部電極30上面，如圖1所示，由於搭載有基板S，故亦稱該下部電極30為基板搭載台。

該下部電極30上施加有用於形成電場之源功率。該源功率可使用高頻功率(RF：RadioFrequency Power)，頻率宜為13.56MHz程度。

在本實施例中，下部電極30如圖2所示，具有複數個區塊32組裝而成之構造。在本實施例之下部電極30上，施加有前述源功率及偏壓功率。此時，可對本實施例之下部電極32施加按各區塊別不同之值之偏壓功率。因此，下部電極之各區塊32，在相互絕緣之狀態下組裝而成。

形成下部電極30之區塊32之個數，可以多種形式構成，最好與切離電漿處理裝置所處理之基板S後所得之液晶顯示基板之個數一致。即，若為可從電漿處理裝置所處理之基板得到16個液晶顯示基板之16面取基板，則最好將下部電極30如圖2所示，以16個區塊32構成。

在下部電極之各區塊32之間，進而設置有使區塊相互間絕緣之絕緣體34。該絕緣體34，由於必須能耐真空腔10內部之電漿環境，故最好以耐電漿性材料形成。因此，在本實施例中可由陶瓷或氧化鋁構成絕緣體34。另一方面，絕緣體亦可由耐熱性塑膠形成。又，下部電極之各區塊32，如圖3所示，以階差形狀組裝而成。因此，配置於各區塊32之間之絕緣體34具有雙重階差構造。所謂雙重階差構造係指如圖3所示，各區塊32之端部具有階差形狀，鄰接之各區塊的階差形狀端部相互重疊之構造。如此，藉由下部 電極之各區塊32具有階差形狀，可防止電漿浸透於區塊32之接縫。若電漿浸透於區塊之接縫，則具有內部被腐蝕或損傷、產生顆粒等問題點。但，由於電漿具有直進性，故如上所述，將階差構造導入到區塊32之接縫後，電漿通過之路徑變成階差之路徑。因此，具有直進性之電漿不容易浸透於區塊32之接縫的優點。

結果，藉由導入此種階差構造，儘管本實施例之下部電極30不為一體構造之構造，但具有電漿不浸透於內部之優點。

又，可在本實施例之下部電極30之上部進而設置靜電吸盤90。靜電吸盤90係使用靜電吸附基板S之構成要素。即，藉由向靜電吸盤90施加高電壓之直流電壓，可使基板S與靜電吸盤90之間產生大的庫侖(Coulomb)力，將基板S固定於靜電吸盤90上。若使用此種靜電吸盤90，則具有在電漿處理步驟中可將基板S密著於下部電極之優點。

若電漿處理步驟中不使基板S密著於下部電極30，則具有基板中之一部分與下部電極分離之危險。若基板S之一部分從下部電極30分離，則基板S與上部電極20之間之間隔不能保持於一定，具有不能對基板進行均勻之處理之問題。

另一方面，在下部電極30上部配置靜電吸盤90時，有必要使冷卻氣體通過靜電吸盤進行冷卻。但，形成下部電極30之各區塊32，由於係鋁等金屬材質，故難以作業形成用於使冷卻氣體通過之流路。但，由於絕緣體34不係金屬材質，故容易作業形成用於使冷卻氣體通過之流路。因此，在本實施例中在絕緣體34上如圖3所示形成冷卻氣體流路36。

又，在此電漿處理裝置1中，為輔助搬入、搬出基板於處理裝置內部之步驟，而設置有內部乘降銷(未圖示)與外部乘降條(未圖 示)。此時，內部乘降銷係貫通下部電極30之端部位而形成，一面通過形成於下部電極30之貫通孔而上下驅動。

又，外部乘降條係另外形成於下部電極30之外側。即，可在下部電極30之側壁與電漿處理裝置之側壁之間所形成的空間，以可上下驅動之構造形成。當然，視情況，不使用外部乘降條亦可搬送基板S。

其次，製程氣體供給部40，係向真空腔10內部供給用於形成電漿的製程氣體之構成要素。在本實施例中，該製程氣體供給部40以噴頭構成。即，如圖1所示，以可對搭載於下部電極30之基板S整個面供給均勻之製程氣體的方式，構成對應於基板整個面大小之大小之噴頭40。在本實施例中，該噴頭40形成於上部電極20，由多重擴散板42、44、擴散孔46、48等構成。藉由製程氣體供給管41供給至真空腔10內部之一地點之製程氣體，經由該擴散板42、44、擴散孔46、48而均勻地擴散。因此，上部電極20與下部電極30之間供給有均勻密度之製程氣體。如此，供給具有均勻密度之製程氣體，係對於形成均勻之電漿為必須的。

其次，源功率供給部50，係與下部電極30連接，且將源功率施加於下部電極30之構成要素。作為源功率，由於如上所述可使用RF功率(Radio Frequency Power)，故源功率供給部50將具有特定頻率之RF功率供給於下部電極30。源功率亦可以按構成下部電極之各區塊32別供給不同之信號，但亦可向所有區塊32供給同一值之信號。

由該源功率供給部50供給之源功率，與上部電極20之接地電壓耦合，在上部電極20與下部電極30之間形成電場。藉由該電場，由噴頭40供給之製程氣體被離子化，形成電漿。

其次，偏壓功率供給部60，與下部電極30之各區塊32分別連接，且對各區塊32獨立地施加偏壓功率。在本實施例中，按各區塊32別獨立地施加偏壓功率。即，按各區塊32別供給不同值之偏壓功率。因此，該偏壓功率供給部60分別連接於形成下部電極之各區塊32。

由偏壓功率供給部60供給之偏壓功率，係為產生於上部電極20與下部電極30之間之空間之電漿提示方向性，使電漿處理效率增加。即，在安裝有基板之下部電極30方向上引進電漿，使基於電漿之處理速度增加。該偏壓功率愈大，基於電漿之處理速度愈大，偏壓功率愈小，基於電漿之處理速度愈小。

在本實施例中，該偏壓功率使用RF功率。但，偏壓功率之頻率與前述源功率之頻率不同。

其次，電漿斷層攝影部70，在假想分割上部電極20與下部電極30之間之空間之區域別上斷層攝影電漿密度。該電漿斷層攝影部70，係用於按各區域別正確地測定上部電極20與下部電極30之間產生之電漿之特性。

如上所述，隨著電漿處理裝置1所處理之基板S之尺寸的增加，真空腔10、下部電極20及上部電極30亦擴張。因此，電漿產生之區域亦擴張。狹小區域中產生之電漿可以具有全體性均勻之密度，但寬廣區域中產生之電漿，則根據製程氣體之密度差或製程氣體之移動速度差、電位差、溫度差等各種要因而具有各區域別不同之密度。

如此產生之電漿之區域別密度差，作為使基板之處理程度不同、不能取得均一之製程結果之原因。因此，按各區域別測定正確之電漿密度，將之即時反映以取得均勻之電漿，對於確保製程之均 一性非常重要。

本實施例之電漿斷層攝影部70，如圖2所示，為了按各區域別測定正確之電漿密度，具有第1攝影機構72及第2攝影機構74。第1攝影機構72，於與下部電極30之上面平行之一方向上攝影上部電極20與下部電極30之間之空間，第2攝影機構74係於與下部電極之上面平行之方向攝影上部電極與下部電極之間之空間，其係於與第1攝影機構72之攝影方向不同之方向上攝影。

在此，第1攝影機構72與第2攝影機構74可分別配置複數個。此時，所配置之第1攝影機構72與第2攝影機構74之個數如圖2所示，有必要以在下部電極之各區塊32別上可形成最小限度1個以上之攝影線之方式、以足夠之個數設置。

如此組合攝影於各相異方向上之資料，可知曉各區域別電漿密度。譬如，第1攝影機構72，如圖2所示，攝影於與下部電極30之長邊正交之方向，第2攝影機構74攝影於與下部電極30之短邊正交之方向。對於第1攝影機構72之攝影線76與第2攝影機構74之攝影線78交叉之部分，由於收集有在2方向上攝影之資料，故可組合此2種資料，掌握攝影線之交叉區域之電漿密度。

其次，控制部80，基於對應電漿斷層攝影部70所得之區域別電漿密度之資料，計算施加於各區塊32之偏壓功率，控制偏壓功率供給部60。即，控制部80將區域別電漿密度之資料作為輸入值，將應供給於各區域別之偏壓功率值作為輸出值進行計算。又，控制偏壓功率供給部60，以將所計算出之偏壓功率值供給到各區塊32別。

特別係，該控制部80必須即時反映電漿斷層攝影部70所得之區域別電漿密度之資料，而計算偏壓功率值。因此，在本實施例中， 該控制部80可構造成具有PID反饋控制機構、中性網路系統或模糊控制系統中之任一者。

譬如，該控制部80具有PID反饋控制機構時，將電漿斷層攝影部70所取得之各區域別電漿密度之資料作為輸入變數，將各區域別偏壓功率值作為輸出變數來運用系統。

以下，參照圖5說明基於本發明之一實施例之電漿處理方法。圖7係說明基於本發明之一實施例之電漿處理方法之各步驟之流程圖。

首先，將製程處理之基板S搬入真空腔10內部(S10)。該基板由於具有非常薄之厚度且具有寬廣之面積，故搬運步驟中常發生特定之部分下垂於下側之現象。因此，在使用機器人等支撐使基板中之一部分不下垂於下側之狀態下，使其進入真空腔10內部後，安裝於下部電極30上。

此時，亦可使用靜電吸盤90使基板S密著於下部電極30上。如此，在使用靜電吸盤90時，在基板S完全載置於靜電吸盤90上部之狀態下，將直流電壓施加於靜電吸盤，使基板密著。

其次，於真空腔10內部形成電漿(S20)。具體而言，於使用噴頭40對真空腔10內部供給製程氣體之狀態下，對下部電極30施加源功率，使製程氣體離子化，產生電漿。

其次，對真空腔10內部之各區域別攝影電漿密度(S30)。此時，攝影電漿密度之各區域，最好與下部電極30之各區塊32一致。又，在攝影該電漿密度之步驟，最好在2個以上相互不同之方向上分別攝影1個區域之電漿密度，來取得特定區域之正確之電漿密度。

譬如，該步驟中所測定之各區域別電漿密度值D，如圖4所示，具 有各區域別相異之值。

其次，考慮所攝影之電漿密度，計算各區域別偏壓功率(S40)。即，基於前步驟取得之各區域別電漿密度值D，計算施加於各區塊別之偏壓功率值B。

譬如，如圖5所示，為了使各區域別具有相同之電漿密度，必須為一定大小之修正值C。計算該修正值C，為將該修正值充作各區域別而計算與之相應之偏壓功率值B。如此計算出之各區域別偏壓功率值B如圖6所示，具有與各區域別電漿密度值相反之大小。即，在電漿密度值D較大之區域，偏壓功率值B較小，在電漿密度值D較小之區域，偏壓功率值B較大。

其次，將計算出之偏壓功率值B供給給各區塊32別，形成均勻之電漿(S50)。

又，使用如此形成之均勻之電漿來處理基板(S60)。即使在處理基板之過程中，亦繼續進行對各區域別電漿密度之攝影，在電漿密度發生差異時，改變偏壓功率值，以即時確保電漿之均勻性。其次，搬出經處理之基板S(S70)。在使用靜電吸盤90使基板密著於下部電極時，先遮斷施加於靜電吸盤之直流電源以除去靜電，其後搬出基板。若在除去靜電前搬出基板，則具有基板發生破損之危險。

[產業上之可利用性]

根據本發明，具有可使用斷層攝影技法即時反映各區域別所測定之電漿密度值，按下部電極之各區塊別施加相異之偏壓功率值，以形成均勻之電漿之優點。

以上，藉由本發明之實施例進行了詳細地說明，但本發明不限定於此，在本發明所屬之技術領域只要為具有通常之知識者，在不 脫離本發明之思想與精神下，可修正或變更本發明。

10‧‧‧真空腔

30‧‧‧下部電極

32‧‧‧區塊

34‧‧‧絕緣體

70‧‧‧電漿斷層攝影部

72‧‧‧第1攝影機構

74‧‧‧第2攝影機構

76‧‧‧攝影線

78‧‧‧攝影線

80‧‧‧控制部

Claims (14)

1. 一種電漿處理裝置，其特徵在於包括：真空腔；配置於前述真空腔內部下側，且包含複數個區塊之下部電極；配置於前述真空腔內部上側，且接地之上部電極；對前述真空腔內部供給製程氣體之製程氣體供給部；與前述下部電極連接，施加源功率之源功率供給部；與前述下部電極之各區塊分別連接，且對各區塊獨立地施加偏壓功率之偏壓功率供給部；計算施加於前述下部電極之各區塊之偏壓功率，控制前述偏壓功率供給部之控制部；及電漿斷層攝影部，該電漿斷層攝影部係對假想分割前述上部電極與下部電極之間之空間的各區域分別斷層攝影電漿密度，將對應所攝影之各區域別電漿密度的資料提供於前述控制部；其中前述電漿斷層攝影部包含：於與前述下部電極之上面平行之一方向上攝影前述上部電極與下部電極之間之空間的複數個第1攝影機構；及於與前述第1攝影機構不同之方向上攝影的複數個第2攝影機構。
2. 如請求項1之電漿處理裝置，其係進而包含配置於前述下部電極之各區塊之間，使前述各區塊絕緣之絕緣體。
3. 如請求項2之電漿處理裝置，其中前述絕緣體具有雙重階差構造 ，與前述絕緣體接觸之各區塊具有階差構造。
4. 如請求項3之電漿處理裝置，其中前述絕緣體由陶瓷構成。
5. 如請求項3之電漿處理裝置，其中前述絕緣體由氧化鋁構成。
6. 如請求項2之電漿處理裝置，其中前述絕緣體由耐熱性塑膠構成。
7. 如請求項2之電漿處理裝置，其中於前述區塊上部進而具備靜電吸盤。
8. 如請求項7之電漿處理裝置，其中於前述絕緣體進而具備冷卻前述靜電吸盤之冷卻氣體通過流路。
9. 如請求項1之電漿處理裝置，其中前述控制部具備PID反饋控制機構(PIDfeedback scheme)、中性網路系統(neutral network system)或模糊控制系統中之任一者。
10. 一種電漿處理方法，其特徵在於包括：將基板搬入真空腔內部之步驟；在前述真空腔內部形成電漿之步驟；按前述真空腔內部各區域別，在2個以上相互不同之方向分別斷層攝影1個區域之電漿密度之步驟；考慮所攝影之電漿密度來計算各區域別偏壓功率之步驟；將所計算出之偏壓功率按各區域別施加之步驟；及將該基板搬出至前述真空腔外部之步驟。
11. 如請求項10之電漿處理方法，其中計算前述偏壓功率之步驟係使用PID反饋控制機構。
12. 如請求項11之電漿處理方法，其中前述PID反饋控制機構，係將所攝影之各區域別電漿密度作為輸入變數使用，將各區域別偏壓功率作為輸出變數。
13. 如請求項10之電漿處理方法，其中搬入前述基板之步驟，進而包含將基板密著於下部電極之步驟。
14. 如請求項13之電漿處理方法，其中在將前述基板密著於該下部電極之步驟中，係使用靜電將該基板密著於該下部電極。