TWI540673B - 基板支撐裝置及具備該基板支撐裝置的基板處理裝置 - Google Patents

Description

基板支撐裝置及具備該基板支撐裝置的基板處理裝置

本發明涉及基板支撐裝置及具備該基板支撐裝置的基板處理裝置，詳細而言，涉及能夠調節電漿體分佈的基板支撐裝置及具備該基板支撐裝置的基板處理裝置。

半導體記憶體等各種電子元件由多種薄膜層疊製造。即，在基板上形成各種薄膜，使用寫真-蝕刻製程對如此形成的薄膜進行圖案化，以形成元件結構。

薄膜根據材料有導電膜、電介質膜、絕緣膜等，製造薄膜的方法也很多樣。作為製造薄膜的方法，大致有物理方法及化學方法等。最近，為了高效率製造薄膜，乃在製造過程中利用電漿體。利用電漿體在基板上製造薄膜的情況下，能夠降低薄膜製造溫度，增加薄膜氣相沉積速度。

但是，在利用電漿體的情況下，在進行製程的腔室內，引起難以將電漿體控制在所需狀態的問題。

例如，在具備支撐基板的基板支架和與之相對方向的上部電極的工作腔室內部製造薄膜時，在上部電極接入高頻電源，例如RF(radio frequency：射頻)電源，配備於基板支架的接地電極進行接地。因此，在上部電極與基板支架之間形成有電漿體，利用其在基板上形成薄膜。但是，此時生成的電漿體所存在的問題是，在基板或基板支架的中心區域及邊緣區域，其分佈或狀態顯示出差異。另外，如果這種電漿體分佈或狀態因區域而異，則難以在基板上以均一的厚度製造薄膜。

因此，為了在基板上均一地製造薄膜，提出了調節氣體噴射器的結構、氣體噴射方式等的技術，但其存在過多耗費費用與時間的問題。

本發明提供能夠在基板及基板周邊部均一地控制電漿體分佈的基板支撐裝置及基板處理裝置。

本發明提供能夠在基板上以均一的厚度製造薄膜的基板支撐裝置及基板處理裝置。

本發明以一種實施形態的基板支撐裝置作為支撐基板的裝置，包括：基板支架，其在邊緣區域具有凸出的端坎部，供所述基板安放；第一接地電極，其安裝於所述基板支架內部的中心區域；第二接地電極，其與所述第一接地電極隔開，安裝於所述基板支架內部的邊緣區域；以及控制部，其獨立地控制所述第一接地電極及第二接地電極。

其中，基板支架可以包括絕緣體材質，基板支架可以在所述第一接地電極及第二接地電極的至少其中之一的下側具備發熱體。

所述第一接地電極的大小可以小於所述基板，所述第二接地電極的內徑可以形成得大於所述基板，在所述第一接地電極的外周面可以形成有第一彎曲部，在所述第二接地電極的內周面可以形成有與所述第一彎曲部對應的第二彎曲部。在形成彎曲部的情況下，所述第一彎曲部的至少一部分可以凸出到所述基板的外側，所述第二彎曲部的至少一部分可以凸出到所述基板的內側。

另外，所述第二接地電極可以配置於比所述第一接地電極更高的位置，所述第二接地電極可以配置於所述端坎部區域，即端坎部的下部。

本發明實施形態的基板支撐裝置包括：腔室，其形成處理空間；基板支架，其配置於所述腔室的內部，支撐基板；以及上部電極，其與所述基板支架相對方向配置，接入RF電源；所述基板支架具備在內部相互隔開並獨立地控制的多個接地電極，使得在所述上部電極與所述基板支架之間形成的電漿體均一形成至所述基板支架的邊緣區域。

其中，多個接地電極可以包括形狀與所述基板對應的第一接地電極及配置於所述第一接地電極的外側的第二接地電極，所述第一接地電極的大小可以小於所述基板，所述第二接地電極可以配置於所述基板的外側。

另外，多個接地電極可以包括：第一接地電極，其外周面上形成有至少一部分凸出到所述基板外側的第一彎曲部；以及第二接地電極，其安裝於所述第一接地電極的外側，具有形成有與所述第一彎曲部對應的第二彎曲部的內周面。

另外，基板處理裝置可以包括控制部，其能夠分別調節在所述多個接地電極上形成的阻抗，此時，控制部可以包括可變電容器、可變線圈及可變阻抗體的至少其中之一。所述控制部可以使得在所述多個接地電極形成相互不同的阻抗。

另外，基板支架可以包括絕緣體，所述接地電極也可以在所述絕緣體內部以膜形態形成。

根據本發明的實施形態，可以在基板和基板周邊部均一地控制電漿體分佈或密度，可以在基板的中心區域和邊緣區域均一地控制電漿體分佈或密度。另外，可以在各區域相同地或類似地控制在基板的中心區域和邊緣區域的上側形成的電漿體狀態。

於是，可以控制電漿體分佈、密度等，把在基板上形成的薄膜的厚度均一地製造至邊緣區域，還能夠相同地或類似地控制在邊緣區域製造的薄膜與在中心區域製造的薄膜的特性。由此能夠提高在基板上形成的薄膜的品質。

另外，根據本發明的實施形態，無需困難的結構變更或複雜的製程控制，以單純的結構便能夠容易地控制在腔室內形成的電漿體狀態。

因此，能夠以單純的過程高效率地執行薄膜製程，能夠以低費用提高生產率。

10‧‧‧腔室

11‧‧‧主體

12‧‧‧頂蓋

20‧‧‧基板支架

21‧‧‧端坎部

30‧‧‧接地電極

31‧‧‧第一接地電極

32‧‧‧第二接地電極

33、34‧‧‧導線

40‧‧‧發熱體

41‧‧‧導線

50‧‧‧旋轉軸

60‧‧‧控制部

61、62‧‧‧控制器

70‧‧‧真空形成部

71‧‧‧排氣管

72‧‧‧真空泵

80‧‧‧上部電極

90‧‧‧電源

A1‧‧‧第二接地電極的上部

A2‧‧‧第一接地電極的上部

A3‧‧‧邊界區域的上部

S‧‧‧基板

第1圖是概略地顯示本發明實施例的基板處理裝置的構成的剖面圖；第2圖是概略地顯示本發明實施例的基板支撐裝置的構成的剖面圖；第3圖是本發明實施例的基板支撐裝置的平面圖；第4圖是本發明變形實施例的基板支撐裝置的平面圖；以及第5圖是顯示在本發明實施例的基板處理裝置中的電漿體生成的示意 圖。

下面參照附圖，詳細說明本發明的實施例。但是，本發明並非限定於以下揭露的實施例，可以以相互不同的多種形態呈現，本實施例只提供用於使本發明的揭露更完全，讓所屬領域的技術人員完全地瞭解發明的範疇。為了在附圖中明確地表現各構成要素而誇張或放大顯示了厚度，在附圖中，相同符號指稱相同的要素。

第1圖是概略地顯示本發明實施例的基板處理裝置的構成的剖面圖。

如第1圖所示，本發明實施例的基板處理裝置包括：腔室10，其形成處理空間；基板支架20，其配置於腔室的內部，支撐基板S；以及上部電極80，其與基板支架20相對方向地配置，接入RF電源；基板支架20具備在內部相互隔開並獨立地控制的多個接地電極31、32，使得在上部電極80與基板支架20之間形成的電漿體均一形成至基板支架20的邊緣區域。另外，基板處理裝置包括支撐基板支架20並使其移動的旋轉軸及形成腔室內的真空環境的真空形成部70。另外，所述的上部電極80還可以執行向腔室10供應氣體的氣體噴射器的作用。

這種基板處理裝置作為使基板S載入腔室10後，在基板S上進行各種處理的裝置，例如，為了在腔室10內製造半導體元件，可以載入晶片，利用氣體噴射器供應製程氣體，在晶片上製造薄膜。

腔室10：11、12具備上部開放的主體11、能開閉地安裝於主體11的上部的頂蓋12。頂蓋12結合於主體11的上部，如果封閉主體11內部，則在腔室10的內部，形成例如氣相沉積製程等對基板S進行處理的空間。空間一般形成為真空環境，因而在腔室10的既定位置，例如在腔室10的底面或側面，連接有用於排出空間中存在氣體的排氣管71，排氣管71連接於真空泵72。另外，在主體11的底面，形成有供後述的基板支架20的旋轉軸50插入的貫通孔。在主體11的側壁，形成有用於把基板S搬入腔室10內部或搬出到外部的閘門閥(圖中未示出)。

基板支架20作為用於支撐基板S的構成，安裝於腔室10內部的下側。另外，在基板支架20的邊緣區域，可以形成有向上部方向凸出的 端坎部21。基板支架20安裝於旋轉軸50上。基板支架20為具有既定厚度的板形，具有與基板S形狀類似的形狀，例如，如果基板是圓形晶片，則可以製作成圓板形狀。當然，並非限定於此，可以變更為多樣的形狀。基板支架20沿水平方向配備於腔室10內部，旋轉軸50豎直地連接於基板支架20的底面。旋轉軸50通過貫通孔連接於外部的馬達等驅動手段(圖中未示出)，使基板支架20上升、下降及旋轉。此時，旋轉軸50與貫通孔之間利用伸縮管(圖中未示出)等使得密閉，從而防止在處理基板的過程中，腔室10內部的真空被解除。

基板支架20只要是能夠安放、支撐基板的形態，則其形態或結構無特別限定。此時，可以把包括基板支架20中心的區域凹陷地形成為凹陷形，使得基板S能夠穩定地安放於正確的位置。即，如第2圖所示，包括基板支架20的中心在內，可以凹陷地形成與基板S的大小相同或稍大的區域，在此外區域，即在邊緣區域可以形成凸出的端坎部21。此時，端坎部21可以具備向凹陷槽方向向下傾斜的傾斜面。由此，進入腔室10的基板S可以被導向由端坎部21環繞的凹陷槽內側，對準基板支架20的中心並安放於正確的位置。

另外，基板支架20可以包括絕緣體材質。即，基板支架20既可以整體由絕緣體製作，也可以一部分由絕緣體製作，還可以是絕緣體層塗布於基板支架20表面形成。此時，作為絕緣體，可以使用多種陶瓷材料，例如，可以使用氮化鋁AlN、碳化矽SiC等。

另外，在基板支架20的內部，可以具備用於對其加熱的發熱體40，發熱體40藉由導線41與外部的電源連接。如果電源接入發熱體40，則基板支架20被加熱，由此使得能夠加熱安放於基板支架20上部的基板S。發熱體40可以以多種方式及結構安裝，沒有特別限定。作為這種發熱體40，可以使用鎢(W)、鉬(Mo)等。另外，發熱體40可以位於後述的接地電極的下部。可以配備於多個接地電極中的至少某一者的下側。例如，可以在第一接地電極31及第二接地電極32的至少其中之一的下側安裝發熱體。當然，也可以在與第一接地電極31整體和第二接地電極32的一部分對應的區域安裝發熱體。

另外，在基板支架20的內部，具備在內部相互隔開並獨立地 控制的多個接地電極。對此將在後面敍述。

上部電極80在腔室10內部與基板支架20相對方向地隔開配置，與外部的電源90連接。在上部電極80接入RF(RadioFrequency)電力後，使基板支架接地，在腔室10內之作為氣相沉積空間的反應空間，利用RF激發電漿體。此時，基板支架藉由後述的接地電極而接地。另外，上部電極80可以執行向腔室10內部供應氣體的氣體噴射器的作用。即，可以藉由上部電極80，把外部供應的各種處理氣體向基板支架20側噴射。例如，可以噴射用於薄膜氣相沉積的製程的氣體。上部電極80可以安裝於形成腔室10的頂蓋12，與供應互不相同種類的氣體的多個氣體供應源連接。上部電極80可以製造成與基板支架20相對方向，具有與其類似的既定面積，具備多個噴射孔的蓮蓬頭型。當然，向腔室10供應氣體的手段還可以獨立於上部電極80，製造成插入腔室10內的噴嘴或噴射器型。就噴嘴或噴射器型而言，也可以貫通腔室10側壁安裝。

下面參照附圖，詳細說明接地電極及具備其的基板支撐裝置。

第2圖是概略地顯示本發明實施例的基板支撐裝置的構成的剖面圖；第3圖是本發明實施例的基板支撐裝置的平面圖；第4圖是本發明變形實施例的基板支撐裝置的平面圖。

如第2圖所示，基板支撐裝置包括：基板支架20，其在邊緣區域具有凸出的端坎部21，供基板S安放；第一接地電極31，其安裝於基板支架20內部的中心區域；第二接地電極32，其與第一接地電極31隔開，安裝於基板支架20內部的邊緣區域；以及控制部60，其獨立地控制第一接地電極31及第二接地電極32。基板支撐裝置為了在與所述上部電極80之間形成電漿體，特別是為了使在上部電極80與基板支架20之間形成的電漿體均一地形成至基板支架20的邊緣區域，在基板支架20內具備多個接地電極。

其中，某種對象物(例如基板或基板支架)的中心區域是包括該物件的中心在內，向外側方向擴張並具有既定面積的區域，邊緣區域是包括該物件的邊緣(edge)在內，向內側方向擴張並具有既定面積的區域。另外，中心區域與邊緣區域既可以具有邊界面並交匯，也可以是相互隔開、分離的區域。此時，各區域的面積無特別限定，但中心區域的面積可以與 邊緣區域的面積相同或更大。

接地電極30：31、32包括形狀與基板S對應的第一接地電極31及配置於第一接地電極31的外側的第二接地電極32。另外，接地電極30可以以薄板、薄片或膜(薄膜或厚膜)製造。另外，可以以多種方式塗布形成。例如，可以以絲網印刷方法，在基板支架20的內部面形成。接地電極30既可以以佔有既定面積的結構製造，也可以由形成有多個開口的網狀結構形成。另外，接地電極30以包括金屬在內的電氣導電性材質形成，例如可以使用鎢、鋁、鉬、銅、不銹鋼、銀、金、白金、鎳等。當然，接地電極只要接地電力順利接入即可，其形狀或結構、材質等無特別限定。

第一接地電極31沿水平方向具有既定面積，在基板支架20內部，埋設於包括基板支架20的中心在內的覆蓋基板S所占面積大部分的區域。第一接地電極31可以以與基板S對應的形狀形成。例如，如果基板S是圓板形的晶片，則第一接地電極31也可以具有圓板形的形狀。當然，也可以是以圓板形為基本結構並加以變形的形狀。

第二接地電極32與第一接地電極31隔開，獨立地位於基板支架20內部，使得不與其接觸。此時，離開間隔無特別限定，各接地電極的電氣特性只要能夠獨立地控制即可。可以配置於第一接地電極31的外側，環繞第一接地電極31地配置。例如，如第3圖所示，當第一接地電極31為圓板形時，第二接地電極32可以具有環繞其的環狀。

第一接地電極31與第二接地電極32的大小、形狀或配置結構可以多樣地變更。如第3圖所示，第一接地電極31的大小可以小於基板S，第二接地電極32的內徑可以大於基板S。此時，基板S的邊緣區域位於第一接地電極31與第二接地電極32之間的邊界區域的上部。另外，如第4圖所示，在第一接地電極31的外周面可以形成有第一彎曲部，在第二接地電極32的內周面可以形成有與第一彎曲部對應的第二彎曲部。另外，第一彎曲部的至少一部分可以凸出到基板S的外側，第二彎曲部的至少一部分可以凸出到基板S的內側。即，在第一接地電極31與第二接地電極32的邊界區域形成凹凸不平的彎曲部，基板S的一部分區域，準確而言，邊緣的一部分區域位於第二接地電極32的上部A1，基板S的邊緣的另一部分區域位於第一接地電極31的上部A2，基板S的邊緣的再一部分區域位於 第一接地電極31與第二接地電極32之間的邊界區域的上部A3。如果如此在接地電極形成彎曲部，則可以在接地電極之間的邊界區域擴張各接地電極的面積，可以緩和在邊界區域的急劇變化。

在第2圖中，把第一接地電極31與第二接地電極32安裝於相同高度，但它們的高度可以多樣地變更。即，第二接地電極32可以配置於比第一接地電極31更高的位置，第二接地電極32可以配置於端坎部21。可以控制第一接地電極31及第二接地電極32的高度，更精密地控制在它們的上部形成的電漿體分佈。

另一方面，第一、第二接地電極31、32與獨立地對它們進行控制的控制部60連接。控制部60既可以利用一個控制器，獨立地控制接地電極31、32，也可以按接地電極，連接各個控制器61、62，各自控制各接地電極。接地電極31、32與控制部60之間借助於導線33、34連接，控制部60與地線連接。由此，可以分別調節在多個接地電極，即在第一、第二接地電極31、32形成的阻抗。即，可以控制使得施加於第一接地電極31的阻抗與施加於第二接地電極32的阻抗具有互不相同的值。如此不同地調節第一、第二接地電極31、32的阻抗，可以控制在它們的上部形成的電漿體分佈或密度。此時，控制部可以包括各種可變元件。即，可以包括可變電容器、可變線圈及可變阻抗體中的至少某一者，接地電極31、32的阻抗可以控制使它們的至少其中之一可變化。

下面參照附圖，說明電漿體的形成。第5圖是顯示在本發明實施例的基板處理裝置中的電漿體生成的示意圖。

一般而言，處理氣體在腔室內產生電漿體化後，在基板的表面與電漿體的邊界，借助於電子的移動速度大於陽離子種，形成包括高密度的陽離子種的離子層區域(plasma ion sheath，電漿體層區域)。另外，在基板支架的表面與電漿體的邊界，也同樣地形成離子層區域，由於基板支架以絕緣體形成，因而形成厚度比基板側更大的離子層區域。因此，在基板的表面與基板周邊部的基板支架表面形成的離子層區域的厚度不同。另外，基板的邊緣區域由於存在於基板上的離子層區域與存在於基板支架的表面的離子層區域的厚度差異，形成電漿體密度急劇變化的區間。由此，因在基板邊緣區域的電漿體分佈不均一，導致在基板上執行的薄膜氣相沉積等 製程無法均一實現。為了解決該問題，可以借助於製程(配方，recipe)調節來管理、變更對薄膜氣相沉積產生影響的變數，但存在於基板邊緣區域的電漿體的急劇密度變化卻是無法管理的因素。

相反，在本發明的實施例中，在基板支架20內部形成多個接地電極31、32，賦予能夠獨立地調節基板支架的邊緣區域的阻抗的功能。由此，能夠減小基板表面上部的離子層區域與基板支架的表面上部的離子層區域的厚度差異(S1→S2)，能夠擴張電漿體的分佈區域。例如，自動控制(Automatically Control)可變元件，在腔室內的阻抗成份中，控制作為虛數區域值的感應性電阻抗XL成份與電容性電阻抗Xc成份，而且，根據需要，控制作為有效(Real)區域值的阻抗R，以這種方式變化相應區域的阻抗Z，控制電漿體的分佈區域。即，使得能夠類似地控制在基板內側上部的電漿體分佈(密度)與基板邊緣區域上部及基板支架上部的電漿體分佈(密度)。由於幾乎類似地調節基板與基板周邊的電漿體密度，因而能夠均一地執行在基板的中心區域和基板的邊緣區域進行的各種製程。例如，當在基板上氣相沉積薄膜時，能夠使氣相沉積於基板的邊緣區域的薄膜的特性具有與在基板中心區域氣相沉積的薄膜相同或類似的特性。

上述示例性地說明了在相對方向的上部電極與基板支架之間借助於RF電力而形成電漿體的裝置，但除此之外，本發明還可以應用於多種電漿體方式及結構的裝置。

如上所述，在本發明的詳細說明中，就具體實施例進行了說明，但是，在不超出本發明的範疇的限度內，當然可以進行多種變形。因此，本發明的範圍不得局限於說明的實施例進行確定，而應由後述的申請專利範圍以及與該申請範圍均等者確定。

20‧‧‧基板支架

21‧‧‧端坎部

30‧‧‧接地電極

31‧‧‧第一接地電極

32‧‧‧第二接地電極

33、34‧‧‧導線

40‧‧‧發熱體

41‧‧‧導線

50‧‧‧旋轉軸

60‧‧‧控制部

61、62‧‧‧控制器

S‧‧‧基板

Claims (12)

1. 一種基板支撐裝置，作為支撐基板的裝置，包括：基板支架，其在邊緣區域具有凸出的端坎部，供所述基板安放；第一接地電極，其安裝於所述基板支架內部的中心區域；第二接地電極，其與所述第一接地電極隔開，安裝於所述基板支架內部的邊緣區域；以及控制部，其獨立地控制所述第一接地電極及第二接地電極；所述第一接地電極的大小小於所述基板，所述第二接地電極的內徑大於所述基板；所述第二接地電極配置於比所述第一接地電極更高的位置。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的基板支撐裝置，其中：所述基板支架包括絕緣體材質。
3. 根據申請專利範圍第1項所述的基板支撐裝置，其中：所述基板支架在所述第一接地電極及第二接地電極的至少其中之一的下側具備發熱體。
4. 根據申請專利範圍第1項所述的基板支撐裝置，其中：在所述第一接地電極的外周面形成有第一彎曲部，在所述第二接地電極的內周面形成有與所述第一彎曲部對應的第二彎曲部。
5. 根據申請專利範圍第4項所述的基板支撐裝置，其中：所述第一彎曲部的至少一部分凸出到所述基板的外側，所述第二彎曲部的至少一部分凸出到所述基板的內側。
6. 根據申請專利範圍第1項所述的基板支撐裝置，其中：所述第二接地電極配置於所述端坎部下部。
7. 一種基板處理裝置，包括：腔室，其形成處理空間；基板支架，其配置於所述腔室的內部，支撐基板；以及上部電極，其與所述基板支架相對方向配置，接入RF電源；所述基板支架具備在內部相互隔開並獨立地控制的多個接地電極，使得在所述上部電極與所述基板支架之間形成的電漿體均一形成至所述基板支 架的邊緣區域；所述多個接地電極包括形狀與所述基板對應的第一接地電極、及配置於所述第一接地電極的外側的第二接地電極；所述第一接地電極的大小小於所述基板，所述第二接地電極配置於所述基板的外側。
8. 根據申請專利範圍第7項所述的基板處理裝置，其中：所述多個接地電極包括：第一接地電極，其外周面上形成有至少一部分凸出到所述基板外側的第一彎曲部；以及第二接地電極，其安裝於所述第一接地電極的外側，具有形成有與所述第一彎曲部對應的第二彎曲部的內周面。
9. 根據申請專利範圍第7項所述的基板處理裝置，其中：包括控制部，其能夠分別調節在所述多個接地電極上形成的阻抗。
10. 根據申請專利範圍第9項所述的基板處理裝置，其中：所述控制部包括可變電容器、可變線圈及可變阻抗體的至少其中之一。
11. 根據申請專利範圍第9項或第10項所述的基板處理裝置，其中：所述控制部使得在所述多個接地電極形成相互不同的阻抗。
12. 根據申請專利範圍第7項所述的基板處理裝置，其中：所述基板支架包括絕緣體；所述接地電極在所述絕緣體內部以膜形態形成。