TWI543670B - 用於產生電漿之天線單元及包括該天線單元之基板處理裝置 - Google Patents

Description

用於產生電漿之天線單元及包括該天線單元之基板處理裝置

本發明涉及一種用於產生電漿之天線單元，更具體地，涉及包括共軸引入部分之天線單元及包括所述天線單元之基板處理裝置。

本申請案主張於2010年10月19日申請之韓國專利申請案第10-2010-0101683號之優先權，該韓國專利申請案以引用之方式全部併入本文中。

通常，藉由在基板上形成薄膜之沈積製程、利用光敏材料選擇性地曝露及遮蔽薄膜之光微影製程及選擇性地移除薄膜之蝕刻製程來製造半導體器件、顯示器件及太陽能電池。在此等製造製程中，沈積製程及蝕刻製程在使用電漿之製造裝置中在處於最佳真空狀態之腔室內執行。在基板處理裝置中，反應氣體被激發以具有電漿態，並利用電漿態反應氣體執行製造製程。

根據產生電漿之方法，用於沈積製程及蝕刻製程之基板處理裝置可分類為電感耦合電漿(ICP)型及電容耦合電漿(CCP)型。ICP型可應用於反應性離子蝕刻(RIE)裝置及電漿增強化學氣相沈積(PECVD)裝置，而CCP型可應用於高密度電漿(HDP)蝕刻裝置及HDP沈積裝置。ICP型及CCP型具有各自之產生電漿之原理及各自之優缺點。因此，根據使用場合需要來選擇性地使用ICP型及CCP型。

圖1為根據先前技術之電感耦合電漿型基板處理裝置。在圖1中，基板處理裝置10包括：腔室12、天線14、氣體供應板16及基板支架18。腔室12包括腔室蓋12a及腔體12b，並提供與外界隔離之用於處理基板之反應空間。腔室蓋12a可由絕緣材料形成，且能夠將天線14之感應電場傳導至腔室12之內部。

天線14設置在腔室蓋12a上方且與腔室蓋12a隔開。天線14藉由饋線20連接至射頻(RF)電源22，而RF電源22將RF功率提供給天線14。天線14包括第一天線14a及第二天線14b。此外，饋線20包括第一饋線20a及第二饋線20b。第一天線14a經由第一饋線20a及可變電容C連接至RF電源22，而第二天線14b經由第二饋線20b連接至RF電源22。因此，第一天線14a及第二天線14b並聯地連接至RF電源22。此外，在天線14與RF電源22之間形成用於匹配負載及電源阻抗之匹配器24。

氣體供應板16連接至氣體供應管26，並藉由氣體供應管26將處理氣體噴灑到腔室12內部。基板支架18面向氣體供應板16，且基板28設置在基板支架18上。

此外，基板處理裝置10亦包括用來將基板28送入及/或送出腔室12之閘門(未展示)及用於自腔室12中排出反應氣體及殘留物之排放裝置30。

在基板處理裝置10中，當RF功率施加至天線14時，在天線14周圍產生水平方向之時變磁場，且由時變磁場感應出垂直方向之電場。感應電場傳導入腔室12中，且腔室12中之電子由感應電場加速。經加速之電子與中性氣體碰撞，從而產生離子及自由基(亦即，電漿)，並利用該電漿執行沈積製程及蝕刻製程。

當第一天線14a藉由設置在腔室蓋12a之中心之第一接入部分40a連接至第一饋線20a及RF電源22時，第二天線14b藉由設置在與腔室蓋12a之中心隔開之區域中的第二接入部分40b連接至第二饋線20b及RF電源22。由於第二天線14b之第二接入部分40b偏離腔室蓋12a之中心且與腔室蓋12a之中心隔開，因此第一天線14a及第二天線14b並不相對於腔室蓋12a之中心對稱地設置。結果，由RF電源22提供之RF功率未均勻地分配給第一天線14a及第二天線14b，因此腔室12中之電漿密度之均勻性變差。

因此，本發明涉及一種用於產生電漿之天線單元及包括所述天線單元之基板處理裝置，其基本上避免了由於先前技術之侷限性及缺點而引起之一或多個問題。

本發明之目的在於提供一種包括共軸接入部分之天線單元及包括所述天線單元之基板處理裝置，其改良了電漿密度之均勻性。

本發明之另一目的在於提供一種包括在腔室蓋中心之共軸接入部分之天線單元及藉由所述共軸接入部分並聯地連接至射頻電源之多個天線，及包括所述天線單元之基板處理裝置，射頻功率均勻地分配給所述多個天線。

為了實現此等及其他優點，且根據本發明之目的，如本文中所具體且廣泛描述的，一種用於產生電漿之天線單元包括：包括第一接入部分及自所述第一接入部分分離出來之多個第一子天線之第一天線；及包括第二接入部分及自所述第二接入部分分離出來之多個第二子天線之第二天線，所述第一接入部分與所述第二接入部分構成共軸線。

在另一態樣中，一種基板處理裝置包括：包括腔室蓋及腔體之腔室；在所述腔室蓋上方之天線單元，其中所述天線單元包括：包括第一接入部分及自所述第一接入部分分離出來之多個第一子天線之第一天線；及包括第二接入部分及自所述第二接入部分分離出來之多個第二子天線之第二天線，所述第一接入部分與所述第二接入部分構成共軸線；及將射頻功率施加給所述天線單元之射頻電源。

應理解，前文之概括描述及下文之詳細描述均為例示性及解釋性的，意在提供對所主張之本發明之進一步說明。

所包括之附圖用於提供對本發明之進一步理解，所述附圖併入本說明書中且構成本說明書之一部分，所述附圖圖示本發明之實施例。

現將詳細參考實施例，所述實施例在附圖中圖示。只要可能，類似之附圖標記將用於表示相同或者類似之部分。

圖2為展示依據本發明實施例之電感耦合型基板處理裝置之截面圖；在圖2中，基板處理裝置110包括腔室112、天線單元145、氣體供應板116及基板支架118。包括腔室蓋112a及腔體112b之腔室112提供與外界隔離之用來處理基板128之反應空間。腔室蓋112a可由絕緣材料形成，使得天線114之感應電場可傳導至腔室112之內部，並在腔室112中產生電漿。由絕緣材料形成之腔室蓋112a可減小天線114與電漿之間的電容耦合。

天線單元145設置在腔室蓋112a上方並與腔室蓋112a隔開。天線單元145包括天線114及饋線120，天線114包括直接連接至饋線120之接入部分140。天線114藉由饋線120連接至射頻(RF)電源122，RF電源122將RF功率提供給天線114。天線114可包括第一天線114a及第二天線114b，而接入部分140可包括第一接入部分140a及第二接入部分140b。此外，饋線120可包括第一饋線120a及第二饋線120b。第一接入部分140a與第二接入部分140b可形成為共軸線，從而第一接入部分140a及第二接入部分140b可設置在腔室蓋112a之中心。

第一天線114a之第一接入部分140a藉由第一饋線120a及可變電容C連接至RF電源122，而第二天線114b之第二接入部分140b藉由第二饋線120b連接至RF電源122。因此，第一天線114a與第二天線114b並聯地連接至RF電源122。此外，用來匹配負載及電源阻抗之匹配器124形成於天線114與RF電源122之間。

氣體供應板116連接至氣體供應管126，並藉由氣體供應管126將處理氣體噴灑到腔室112內部。基板支架118面向氣體供應板116，且基板128設置在基板支架118上。此外，基板處理裝置110亦包括用於將基板128送入及/或送出腔室112之閘門(未展示)及用於自腔室112中排出反應氣體及殘留物之排放裝置130。

圖3為展示依據本發明實施例之用於基板處理裝置之天線單元之立體圖。

在圖3中，天線單元145包括天線114及饋線120，而天線114包括直接接觸饋線120之接入部分140。天線114藉由接入部分140連接至饋線120。天線114包括第一天線114a及第二天線114b。腔室蓋112a(圖2所示)包括相對於腔室蓋112a中心之外同心區域及內同心區域。第一天線114a可設置在腔室蓋112a之外同心區域中，而第二天線114b可設置在腔室蓋112a之內同心區域中。接入部分140包括第一接入部分140a及第二接入部分140b，且第一天線114a及第二天線114b分別包括第一接入部分140a及第二接入部分140b。此外，饋線120包括第一饋線120a及第二饋線120b。

第一天線114a與第二天線114b並聯地連接至RF電源122。第二饋線120b自連接第一天線114a與匹配器124之第一饋線120a之分離點分離出來，且第二天線114b連接至第二饋線120b。可變電容C連接在所述分離點與第一接入部分140a之間，且可藉由可變電容C調節流經第一天線114a及第二天線114b之電流比。儘管未展示，但額外之可變電容可連接在所述分離點與第二接入部分140b之間以更容易地調節流經第一天線114a及第二天線114b之電流比。

第一天線114a之第一接入部分140a及第二天線114b之第二接入部分140b可在腔室蓋112a之中心形成為共軸線142。舉例而言，第一接入部分140a可包括位於其中之空洞，且第二接入部分140b可設置在第一接入部分140a之空洞中。此外，第一接入部分140a與第二接入部分140b之間的空隙可填充有絕緣體144。絕緣體144可包括例如聚四氟乙烯之樹脂。第一天線114a之第一接入部分140a連接至第一饋線120a，而第二天線114b之第二接入部分140b連接至第二饋線120b。

共軸線142之第一接入部分140a與第二接入部分140b可彼此隔開約30 mm。絕緣體144可接觸第一接入部分140a及第二接入部分140b。或者，絕緣體144可與第一接入部分140a及第二接入部分140b中之至少一者隔開約1 mm。

伸出物146可形成於第一接入部分140a之上端，以用來與第一饋線120a連接。第二天線114b之第二接入部分140b可自共軸線142向上伸出以與第二饋線120b連接。然而，由於第一接入部分140a與第二接入部分140b形成為共軸線142，因此很難將第一饋線120a與第一天線114a之第一接入部分140a直接連接。因此，藉由將第一饋線120a與自第一接入部分140a之上端向外伸出之伸出物146連接，第一饋線120a可容易地連接至第一接入部分140a。

第一天線114a可包括自第一接入部分140a之下端分離出來之多個第一子天線150。多個第一子天線150中之每一者可具有半弧形，使得多個第一子天線150構成環形。舉例而言，多個第一子天線150中之至少一者可包括：第一分支部分152、第一前弧形部分154、第一彎曲部分158、第一後弧形部分156及第一接地部分159。第一分支部分152自第一接入部分140a之下端分離出來，而第一前弧形部分154連接至第一分支部分152。此外，第一彎曲部分158連接在第一前弧形部分154與第一後弧形部分156之間，而第一後弧形部分156藉由第一彎曲部分158連接至第一前弧形部分154。

第一分支部分152可藉由螺栓連接至圓柱形之第一接入部分140a之下端。舉例而言，四個第一分支部分152可連接至第一接入部分140a之下端，且兩個相鄰之第一分支部分152之間的角度可為約90度。

第一彎曲部分可在第一前弧形部分154與第一後弧形部分156之間垂直地及水平地彎曲，以使第一前弧形部分154及第一後弧形部分156可藉由第一彎曲部分158連接而不與相鄰之第一子天線150接觸。舉例而言，一個第一子天線150之第一前弧形部分154可設置在左側相鄰之第一子天線150之第一後弧形部分156的上方，而一個第一子天線150之第一後弧形部分156可設置在右側相鄰之第一子天線150之第一前弧形部分154的下方。第一接地部分159可設置成與腔室蓋112a垂直，且可連接至外部接地端以接地。

第二天線114b可包括自第二接入部分140b之下端分離出來之多個第二子天線160。多個第二子天線160中之每一者可具有環形。舉例而言，多個第二子天線160中之每一者可包括第二分支部分162、第二前弧形部分164、第二彎曲部分168、第二中間弧形部分166、第三彎曲部分172、第二後弧形部分170及第二接地部分174。第二分支部分162自第二接入部分140b之下端分離出來，而第二前弧形部分164連接至第二分支部分162。此外，第二彎曲部分168連接在第二前弧形部分164與第二中間弧形部分166之間，而第三彎曲部分172連接在第二中間弧形部分166與第二後弧形部分170之間。此外，第二中間弧形部分166藉由第二彎曲部分168連接至第二前弧形部分164，而第二後弧形部分170藉由第三彎曲部分172連接至第二中間弧形部分166。

第二分支部分162可連接至第二接入部分140b之下端。舉例而言，兩個第二分支部分162可連接至第二接入部分140b之下端，且兩個第二分支部分162之間的夾角可為約180度。

第二彎曲部分168可在第二前弧形部分164與第二中間弧形部分166之間垂直地及水平地彎曲，而第三彎曲部分172可在第二中間弧形部分166與第二後弧形部分170之間垂直地及水平地彎曲。因此，第二前弧形部分164及第二中間弧形部分166可藉由第二彎曲部分168連接，而第二中間弧形部分166及第二後弧形部分170可藉由第三彎曲部分172連接而不與相鄰之第二子天線160接觸。舉例而言，一個第二子天線160之第二前弧形部分164及第二後弧形部分170可設置在另一個第二子天線160之第二中間弧形部分166的上方，而一個第二子天線160之第二中間弧形部分166可設置在另一第二子天線160之第二前弧形部分164及第二後弧形部分170的下方。第二接地部分174可設置成與腔室蓋112a垂直，且可連接至外部接地端以接地。

由於一個第一子天線150之第一前弧形部分154設置在另一個第一子天線150之第一後弧形部分156之上方，因此由第一前弧形部分154產生之RF磁場被第一後弧形部分156部分地屏蔽。此外，由於第一後弧形部分156距離RF電源122比第一前弧形部分154距離RF電源122遠，因此由第一後弧形部分156產生之RF磁場會比由第一前弧形部分154產生之RF磁場具有更小之強度。結果，避免了由於RF電源122附近之強RF磁場導致之電漿密度之局部不均勻性。類似地，由於一個第二子天線160之第二前弧形部分164及第二後弧形部分172設置在相鄰之第二子天線160之第二中間弧形部分166的上方，結果，避免了由於RF電源122附近之強RF磁場導致之電漿密度之局部不均勻性。

在圖3中，雖然第一天線114a包括自第一接入部分140a分離出來的夾角為約90度之四個第一子天線150，而第二天線114b包括自第二接入部分140b分離出來的夾角為約180度之兩個第二子天線160，但在另一實施例中，可根據使用場合需要來改變多個第一子天線150之數目及多個第二子天線160之數目。

圖4A為展示根據本發明實施例之天線單元之共軸接入部分之截面圖，圖4B為展示根據本發明另一實施例之天線單元之共軸接入部分之截面圖。

在圖4A中，在腔室蓋112a(圖2)之中心，第一天線114a之第一接入部分140a與第二天線114b之第二接入部分140b形成為共軸線142。連接至第二饋線120b(圖3所示)之第二接入部分140b設置在共軸線142之中心，而連接至第一饋線120a(圖3所示)之第一接入部分140a包圍第二接入部分140b。此外，在第一接入部分140a與第二接入部分140b之間的空隙中填充絕緣體144。絕緣體144可包括例如聚四氟乙烯之樹脂。

第一接入部分140a與第二接入部分140b可彼此隔開約30 mm之間距。此外，絕緣體144可與第一接入部分140a及第二接入部分140b中之每一者隔開約1 mm之間距。由於第一接入部分140a暴露於外界，因此第一接入部分140a之熱量相對容易發散。然而，由於第二接入部分140b被絕緣體144及第一接入部分140a包圍，因此第二接入部分140b之熱量相對難發散。為了冷卻第二接入部分140b，在絕緣體144中形成用於致冷劑之多條流徑180。舉例而言，可穿過絕緣體144形成所述多條流徑180。此外，所述多條流徑180形成為與第二接入部分140b相鄰以有效地冷卻第二接入部分140b。舉例而言，所述多條流徑180中之至少一條之中心可設置在對應於絕緣體144之中心線的圓圈182與第二接入部分140b之間。

在圖4B中，在腔室蓋112a(圖2所示)之中心，第一天線114a之第一接入部分140a與第二天線114b之第二接入部分140b形成為共軸線142。連接至第二饋線120b(圖3所示)之第二接入部分140b設置在共軸線142之中心，而連接至第一饋線120a(圖3所示)之第一接入部分140a包圍第二接入部分140b。此外，在第一接入部分140a與第二接入部分140b之間的空隙中填充絕緣體144。絕緣體144可包括例如聚四氟乙烯之樹脂。

第一接入部分140a與第二接入部分140b可彼此隔開約30 mm之間距。此外，絕緣體144可與第二接入部分140b接觸，且可與第一接入部分140a隔開約1 mm之間距。在另一實施例中，絕緣體144可與第一接入部分140a接觸。由於第一接入部分140a暴露於外界，因此第一接入部分140a之熱量相對容易發散。然而，由於第二接入部分140b被絕緣體144及第一接入部分140a包圍，因此第二接入部分140b之熱量相對難發散。為了冷卻第二接入部分140b，在絕緣體144中形成用於致冷劑之多條流徑180。舉例而言，可穿過絕緣體144形成所述多條流徑180。此外，多條流徑180形成為與第二接入部分140b接觸以更有效地冷卻第二接入部分140b。舉例而言，第二接入部分140b之表面可構成多條流徑180中之至少一條之一部分。由於致冷劑與第二接入部分140b直接接觸，因此提高了冷卻效率。

結果，在根據本發明之包括天線單元之ICP型基板處理裝置中，多個天線並聯地連接至RF電源，同時所述多個天線之多個接入部分在腔室蓋之中心形成為共軸線。結果，RF功率被均勻地施加至所述多個天線，從而提高了電漿密度之均勻性。

在不脫離本發明之精神及範疇之情況下，對本發明之用於產生電漿之天線單元及包括所述天線單元之基板處理裝置作出各種修改及變型對熟習此項技術者而言為顯而易見的。因此，本發明旨在涵蓋歸入所附申請專利範圍及其等效物之範疇內之本發明的修改及變型。

10．．．基板處理裝置

12．．．腔室

12a．．．腔室蓋

12b．．．腔體

14．．．天線

14a．．．第一天線

14b．．．第二天線

16．．．氣體供應板

18．．．基板支架

20．．．饋線

20a．．．第一饋線

20b．．．第二饋線

22．．．射頻(RF)電源

24．．．匹配器

26．．．氣體供應管

28．．．基板

30．．．排放裝置

40a．．．第一接入部分

40b．．．第二接入部分

110．．．基板處理裝置

112．．．腔室

112a．．．腔室蓋

112b．．．腔體

114．．．天線

114a．．．第一天線

114b．．．第二天線

116．．．氣體供應板

118．．．基板支架

120．．．饋線

120a．．．第一饋線

120b．．．第二饋線

122．．．射頻(RF)電源

124．．．匹配器

126．．．氣體供應管

128．．．基板

130．．．排放裝置

140．．．接入部分

140a．．．第一接入部分

140b．．．第二接入部分

142．．．共軸線

144．．．絕緣體

145．．．天線單元

146．．．伸出物

150．．．第一子天線

152．．．第一分支部分

154．．．第一前弧形部分

156．．．第一後弧形部分

158．．．第一彎曲部分

159．．．第一接地部分

160．．．第二子天線

162．．．第二分支部分

164．．．第二前弧形部分

166．．．第二中間弧形部分

168．．．第二彎曲部分

170．．．第二後弧形部分

172．．．第三彎曲部分

174．．．第二接地部分

180．．．流徑

182．．．圓圈

C．．．可變電容

圖1展示根據先前技術之電感耦合電漿型基板處理裝置；

圖2為展示根據本發明實施例之電感耦合型基板處理裝置之截面圖；

圖3為展示根據本發明實施例之用於基板處理裝置之天線單元的立體圖；

圖4A為展示根據本發明實施例之天線單元之共軸接入部分的截面圖；及

圖4B為展示根據本發明另一實施例之天線單元之共軸接入部分的截面圖。

114．．．天線

114a．．．第一天線

114b．．．第二天線

120．．．饋線

120a．．．第一饋線

120b．．．第二饋線

122．．．射頻(RF)電源

124．．．匹配器

140．．．接入部分

140a．．．第一接入部分

140b．．．第二接入部分

142．．．共軸線

144．．．絕緣體

145．．．天線單元

146．．．伸出物

150．．．第一子天線

152．．．第一分支部分

154．．．第一前弧形部分

156．．．第一後弧形部分

158．．．第一彎曲部分

159．．．第一接地部分

160．．．第二子天線

162．．．第二分支部分

164．．．第二前弧形部分

166．．．第二中間弧形部分

168．．．第二彎曲部分

170．．．第二後弧形部分

172．．．第三彎曲部分

174．．．第二接地部分

C．．．可變電容

Claims (14)

1. 一種用於產生一電漿之天線單元，其包括：一第一天線，其包括一第一接入部分及自所述第一接入部分分離出來之複數個第一子天線；及一第二天線，其包括一第二接入部分及自所述第二接入部分分離出來之複數個第二子天線，所述第一接入部分與所述第二接入部分構成一共軸線，其中所述第一接入部分包括一空洞，所述第二接入部分設置在所述空洞中。
2. 如請求項1之天線單元，其中所述第一接入部分與所述第二接入部分之間的一空隙中填充一絕緣體。
3. 如請求項2之天線單元，其中用於一致冷劑之複數條流徑形成於所述絕緣體中。
4. 如請求項3之天線單元，其中所述絕緣體與所述第二接入部分接觸，且所述第二接入部分之一表面構成所述複數條流徑中的至少一條之一部分。
5. 如請求項3之天線單元，其中所述絕緣體與所述第二接入部分隔開，且所述複數條流徑中之至少一條設置成鄰近所述第二接入部分。
6. 如請求項1之天線單元，其中所述複數個第一子天線中之至少一者包括：自所述第一接入部分之一下端分離出來之一第一分支部分；連接至所述第一分支部分之一第一前弧形部分； 連接至所述第一前弧形部分之一第一後弧形部分；及連接在所述第一前弧形部分與所述第一後弧形部分之間的一第一彎曲部分。
7. 如請求項6之天線單元，其中所述複數個第一子天線中之一者的所述第一前弧形部分設置在所述複數個第一子天線中之一相鄰者的所述第一後弧形部分之上方。
8. 如請求項7之天線單元，其中所述複數個第二子天線中之至少一者包括：自所述第二接入部分之一下端分離出來之一第二分支部分；連接至所述第二分支部分之一第二前弧形部分；連接至所述第二前弧形部分之一第二中間弧形部分；連接至所述第二中間弧形部分之一第二後弧形部分；連接在所述第二前弧形部分與所述第二中間弧形部分之間的一第二彎曲部分；及連接在所述第二中間弧形部分與所述第二後弧形部分之間的一第三彎曲部分。
9. 如請求項8之天線單元，其中所述複數個第二子天線中之一者的所述第二前弧形部分及所述第二後弧形部分設置在所述複數個第二子天線中之另一者的所述第二中間弧形部分之上方。
10. 如請求項9之天線單元，其中所述複數個第一子天線中之至少一者進一步包括連接至所述第一後弧形部分之一第一接地部分，所述複數個第二子天線中之至少一者進 一步包括連接至所述第二後弧形部分之一第二接地部分。
11. 如請求項1之天線單元，其中所述第一天線與所述第二天線並聯地連接至一射頻電源。
12. 一種基板處理裝置，其包括：包括一腔室蓋及一腔體之一腔室；在所述腔室蓋上方之一天線單元，其中，所述天線單元包括：包括一第一接入部分及自所述第一接入部分分離出來之複數個第一子天線之一第一天線；及包括一第二接入部分及自所述第二接入部分分離出來之複數個第二子天線之一第二天線，所述第一接入部分與所述第二接入部分構成一共軸線；及將一射頻功率施加至所述天線單元之一射頻電源，其中所述第一接入部分包括一空洞，所述第二接入部分設置在所述空洞中。
13. 如請求項12之基板處理裝置，其中，所述第一接入部分與所述第二接入部分之間的一空隙中填充一絕緣體。
14. 如請求項12之基板處理裝置，其中所述第一接入部分藉由一第一饋線及一可變電容連接至所述射頻電源，所述第二接入部分藉由一第二饋線連接至所述射頻電源，且其中所述第一天線與所述第二天線並聯地連接至所述射頻電源。