CN102157327B - 基板处理装置的气体供给结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的基板处理装置的气体供给结构，将喷头以四边形环状结构配置在腔室的上部，或者喷头的喷射面为曲面、喷射口形成放射状结构，以便在腔室内更加均匀地喷射工艺气体，从而能够形成均匀的等离子体，可提供提高蚀刻处理性能的效果。

Description

基板处理装置的气体供给结构

技术领域

本发明涉及一种在腔室内产生等离子体而执行基板表面处理工艺的基板处理装置的气体供给结构。

背景技术

大规模集成电路(LSI：Large Scale Integrated Circuit)或平板显示装置(FPD：Flat Panel Display)这样的电子器件，在制造过程中要对基板执行真空处理工艺。

这种真空处理工艺是，向腔室内导入气体，通过高压放电产生等离子体，而且利用该等离子体的加速力使基板表面上的物质以物理方式喷溅(sputter)的方法，和利用等离子体的活性种以化学方式分解基板表面上的物质的方法。

按照形成等离子体的方法，利用等离子体的基板处理技术可以分为等离子体蚀刻(PE：Plasma Etching)、反应离子蚀刻(RIE：Reactive Ion Etching)、磁增强反应离子蚀刻(MERIE：Magneticaly Enhanced Reactive Ion Etching)、电子回旋共振(ECR：Electron Cyclotron Resonance)、变换耦合等离子体(TCP；Transformer Coupled Plasma)以及电感耦合等离子体(ICP：Inductively Coupled Plasma)等。

特别是，高密度等离子体的形成和玻璃(或者半导体)基板上的等离子体浓度的均匀性，对沉积或者蚀刻性能具有很大的影响。为此，变换多种方式开发了用于产生等离子体的方法，其中之一是电感耦合等离子体产生方式(ICP：Inductively Coupled Plasma)。

这种电感耦合等离子体方式是，利用在电介质的外部缠绕线圈来改变电磁场时，在线圈内部产生感应磁场、并且在反应腔室内形成由此产生的二次感应电流的原理，来产生高密度等离子体的方法。

利用ICP方法的基板处理装置的结构通常是，在腔室的内部下侧具备搭载基板的下部电极，在腔室或者与该腔室接合的导引架的上部具备施加RF电源的天线，并且一边向腔室内供给反应气体、一边产生等离子体，从而能够执行基板表面处理工艺。

如上所述的基板处理装置是向腔室内喷射工艺气体的结构，有直接喷射方法和喷头方法。

根据向腔室内喷射工艺气体的结构，不仅能够形成更加均匀的等离子体，对基板的沉积或者蚀刻处理性能也产生很大影响，所以要求符合大型化的基板处理装置的气体喷射结构。

以上说明的背景技术内容是本申请的发明人为了导出本发明而拥有或者在本发明的导出过程中所学到的技术信息，不能说一定是本发明申请之前对一般公众公开的公知技术。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种基板处理装置的气体供给结构，将喷头以四边形环状结构配置，以便向腔室内均匀地喷射工艺气体，从而不仅能够形成均匀的等离子体，还能提高沉积或者蚀刻处理性能。

为了实现上述课题，本发明涉及的基板处理装置的气体供给结构，具有：导引架，具备构成多边形框体的外廓面的外廓架和设置在所述外廓架的内部且分隔中央窗口和该中央窗口周边的周边窗口的分隔架；喷头，在所述分隔架的底面以多边形环状结构配置，以便向腔室内部喷射工艺气体。

此时，也可以是，所述喷头的喷射面以水平面形成，在该水平面上形成的气体喷射口沿垂直方向形成。

再者，也可以是，所述喷头的喷射面以曲面形成，在该曲面上形成的气体喷射口形成放射状结构。

还有，也可以是，所述喷头不仅形成在所述分隔架的底面，还形成在中央窗口侧的侧面上。

另外，也可以是，所述导引架的外廓架由四边形框体结构形成，所述喷头以四边形环状结构配置。

优选的是，在构成所述中央窗口的四边形状的分隔架上，在四边形的各隅角部附近分别连接气体导入管，可通过分隔架的内部流路向所述喷头供给工艺气体。

为了实现上述课题，本发明涉及的基板处理装置的气体供给结构，具备可向腔室内喷射工艺气体的喷头，所述喷头的喷射面形成为曲面，在该曲面上形成的气体喷射口形成放射状结构。

如上所述的本发明的解决技术问题的主要技术手段将通过下面说明的“发明的具体实施方式”或者所附的“附图”等的例示来说明得更加具体、明确，除了上述的主要的解决技术问题的技术手段之外，将会追加说明根据本发明的多种解决技术问题的技术手段。

本发明涉及的基板处理装置的气体供给结构中，喷头以四边形环状结构配置在腔室的上部，能够向腔室内均匀地喷射工艺气体，因此，能够形成均匀的等离子体，具有提高沉积或者蚀刻处理性能的效果。

而且，由于本发明中喷头的喷射面以曲面结构构成、喷射口形成放射状结构，因此，具有能更均匀地喷射工艺气体的效果。

附图说明

图1是图示本发明涉及的基板处理装置的剖视图。

图2是图示本发明涉及的基板处理装置的导引架的立体图。

图3是示出在本发明涉及的基板处理装置的导引架上配置有天线的结构的一实施例的俯视图。

图4是示出在本发明涉及的基板处理装置的导引架上配置有天线的结构的另一实施例的俯视图。

图5是表示在本发明涉及的基板处理装置中示出工艺气体供给结构的导引架上部的主要部分立体图。

图6是沿图5的A-A方向的剖视图。

图7是表示在本发明涉及的基板处理装置中示出工艺气体喷射结构的中央窗口的底面方向的立体图。

图8至图10是示出本发明涉及的基板处理装置中的工艺气体喷射结构的多个实施例的概略剖视图。

图11是示出本发明涉及的基板处理装置中的天线冷却结构以及绝缘板加热结构的俯视图。

图12是表示在本发明中用于天线冷却以及绝缘板加热的涡流发生器的剖视图。

图13是沿图11的B-B方向的剖视图。

图14是示出本发明中构成的天线的剖视图。

图15是图示本发明涉及的基板处理装置中示出能量损失减少结构的一实施例的俯视图。

图16是图示本发明涉及的基板处理装置中示出能量损失减少结构的另一实施例的俯视图。

图17是表示图16的主要部分放大图。

图18是表示与图17不同的另一实施例的主要部分放大图。

图19是用于说明本发明的能量损失减少结构的效果的参考图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的优选实施例。

在说明本发明的多个实施例的结构时，对相同或类似的结构部分附予相同的附图标记，并省略重复说明。

图1是图示本发明的一实施例涉及的基板处理装置的概略结构剖视图。

本发明涉及的基板处理装置包括：腔室主体11、设置在该腔室主体上且搭载基板S的基板搭载台15及下部电极17、与所述腔室主体11的上部接合的导引架20、设置在该导引架20上的多个窗口30、配置在这些窗口30上的天线40及RF电源施加部50、以及向由腔室主体11和导引架20构成的腔室10内部供给工艺气体的工艺气体供给部60。

详细说明如上所述的本发明涉及的基板处理装置的主要特征结构部分。

首先，参照图2至图3说明导引架20。

导引架20由四边框体结构形成，其内侧具有全部构成五个窗口30的分隔结构。

为此，导引架20包括构成四边框体的外廓面的外廓架21和在该外廓架21的内部相互连接而分隔五个窗口20的分隔架25。

在导引架20中形成的五个窗口30包括位于导引架20中央部分的中央窗口30A和配置在该中央窗口30A周围的四个周边窗口30B。

中央窗口30A以及周边窗口30B全部由四边窗结构构成，在本实施例的附图中表示四个周边窗口30B以中央窗口30A为中心按顺时针方向配置的结构。当然，周边窗口30B也可以以中央窗口30A为中心按逆时针方向配置。

当各周边窗口30B具有四边形结构时，其由分隔中央窗口30A和顺时针方向的前侧另一周边窗口30B的第一边a、分隔该周边窗口30B与顺时针方向的后侧另一周边窗口30B的第二边b、与第一边a相对置且与导引架20的外廓面接触的第三边c、以及与第二边b相对置且与导引架的外廓面接触的第四边d构成。

此时，优选各周边窗口30B的第一边a同中央窗口30A的一面和前侧周边窗口30B的第二边b′接触，所有周边窗口30B以中央窗口30A为中心按顺时针方向连续配置的结构构成。

而且，各周边窗口30B按顺时针方向第一边a和第二边b由所述分隔架25形成，第三边c和第四边d由所述外廓架21形成。

因此，各周边窗口30B与中央窗口30A的四个面中的任一面接触，且四个周边窗口以中央窗口为中心按顺时针或者逆时针方向连续配置，整体上均匀配置。

在以上述结构配置的中央窗口30A以及周边窗口30B中，***设置由陶瓷材质等构成的绝缘板31，并且，在外廓架21的内侧部和各分隔架25的两侧部形成有可支撑所述绝缘板31的外廓面的台阶结构的板支撑部22。

而且，为了防止在所述各窗口30设置的绝缘板31脱离，在外廓架21和分隔架25上设置固定夹具23、26，如附图所示，设置在外廓架21上的固定夹具23的截面可以按L形结构形成，设置在分隔架25上的固定夹具26的截面可以按U形结构形成。

所述U形结构的固定夹具26以一个分隔壁为中心能够同时支撑两侧的绝缘板31。

这些固定夹具23、26优选利用连接部件等被固定在导引架20上。

这样的固定夹具23、26根据实施条件其形状和结构可进行多种变化实施。

另外，参照附图3，在所述导引架20的外廓架21上，可形成有能够使加热导引架的流体流过的加热流路24a。当然，在外廓架21的一侧可具有与所述加热流路24a和外部的供给加热流体的管线连接的出入用连接接头24b。

而且，在所述导引架20的分隔架25上形成有比其它部分相对较低的天线通过部27，能够使下面详细说明的周边天线45通过。参照附图2，在分隔周边窗口30B和周边窗口30B的分隔架25上形成天线通过部27。

图3中的附图标记28表示设置在分隔架25的天线通过部27上用于固定天线的天线固定支架。还有，附图标记29表示覆盖天线固定支架28以防止周边天线45脱离的天线固定夹具。此时，天线固定夹具29也优选由U形结构形成，并且，同时还可以执行固定绝缘板31的作用。

另一方面，在上面例示说明了导引架20以四边框体结构形成的结构，但是并不限定于此，导引架20可以是五边框体、六边框体等，可根据实施条件进行多种变形实施。

下面，参照图3以及图4，说明具有如上所述的导引架20结构的基板处理装置的天线40的配置结构。

参照图3，在导引架20的中央窗口30A上设置两个中央天线41，在四个周边窗口30B上设置四个周边天线45。

两个中央天线41在导引架的中心被导入，从而在中央窗口30A内配置按顺时针方向旋转的两个天线40。

四个周边天线45的结构可以是，一个天线在各周边窗口30B被导入，按顺时针方向依次通过其它三个周边窗口30B而连接。参照图3举例说明，第一周边天线451从第一周边窗口301开始，按顺时针方向经过第二周边窗口302、第三周边窗口303并连接至第四周边窗口304；第二周边天线452从第二周边窗口302开始，按顺时针方向经过第三周边窗口303、第四周边窗口304并连接至第一周边窗口301。此时，第二周边天线452从第一周边天线451的内侧部分开始，第三周边天线453以及第四周边天线454也与所述第一周边天线451以及第二周边天线452相同的方式连接，从而构成全体为线圈型结构、四个周边天线45以相等间距且有规律地配置的结构。

附图中，附图标记401表示中央天线41或者周边天线45被导入的部分，附图标记405表示配置在中央天线41以及周边天线45结束的位置并且能够与各天线40接地的部分连接的末端固定体。

而且，优选在所述天线固定支架28上具有三个天线***部28a，天线***部28a能够***并固定通过分隔架25的三个周边天线45。还有，在天线固定支架28的上部接合所述天线固定夹具29(参照图2)，从而能够稳定地固定周边天线45。

如上所述的导引架20以及天线40的配置结构，通过以导引架的中央窗口为中心的多个周边窗口以及天线的配置结构，对腔室内的等离子体产生方向产生影响，从而，在基板处理工艺时的等离子体密度不仅在腔室的中间部分、在周边区域也均匀，能够整体上均匀地形成。而且，在分隔架25的周围形成涡电流(eddy current)，对形成均匀的等离子体产生影响。其结果，可通过如上所述的导引架20以及天线40的配置结构来提高工艺性能。

图4是示出与上述不同的其它实施例的天线配置结构的示意图。

图4所示的天线40′的结构是，中央天线41′以及周边天线45′按照与图3所示的中央天线41以及周边天线45相反的方向设置。

而且，四个周边天线45′是从一个导入线分支成两个的结构形成一对45a，在四个周边窗口30B上配置有四对周边天线45′，整体上形成线圈型结构。

下面，参照图5至图10，说明具有如上所述导引架20结构的基板处理装置中的工艺气体的导入以及喷射结构。

本发明在分隔所述中央窗口30A的分隔架25上形成喷头61(参照附图7)结构，以便喷射工艺气体。即，由于中央窗口30A以四边形结构构成，因此，在分隔它的四个边的分隔架25上形成喷头61，从而能够喷射工艺气体。

图7是从下面观察导引架20的中央部分的示意图，参照附图说明喷头61。

在构成各边的分隔架25上形成规则地排列了多个喷射口62a的喷头61。附图7例示了在除中央窗口30A的隅角部附近以外的四边上，形成能够分别喷射工艺气体的喷头61结构。

优选这种喷头61的结构是，在分隔架25的各边的底部形成工艺气体经过的凹部63(参照附图6)，并且在该凹部63的外侧组装形成有多个喷射口62a的喷头板62。

图8至图10是包含喷头板62的分隔架25的横向剖视图，参照附图说明喷头61的喷射结构的多种实施例。

喷头61的喷射结构是，在分隔架25的底面形成喷射面62b，此时，如图8所示，喷射面62b以水平结构形成，而喷射口62a可以沿垂直方向构成。

而且，如图9所示，喷射面62b′以环形(半圆形、半椭圆形等)结构形成，而喷射口62a′在环形喷射面上可以按放射状结构扩散的结构形成。这样的环形喷射面62b′以及放射状喷射口62a′的结构属于简单结构，能够使工艺气体均匀地扩散喷射到腔室内，从而可提高工艺效率。

另外，如图10所示，不仅在分隔架25的底面、还在侧面也形成喷射面

62b″，可以具有在底面和侧面分别形成喷射口62a″的结构。此时，侧面喷射口62a″优选向中央窗口30A侧喷射工艺气体的构成。

下面，参照图5和6，说明向具有如上所述结构的多种实施例的喷头61供给工艺气体的结构。

工艺气体供给结构根据实施条件可具有多种结构，但是，本实施例中表示了在中央窗口30A的四个隅角部附近形成气体流入口64(参照附图6)，并且在形成该气体流入口64的分隔架25的上部垂直地连接有气体导入管65的结构。

此时，可以使通过一个气体导入管65供给的气体以中央窗口30A的隅角部为中心沿着在分隔架上形成的流路路径向某一侧方向或者两侧方向供给。此时，当构成为可向两侧方向流动时，可以在各边上的形成流路的凹槽63中间部分形成隔断壁。

由于在中央窗口30A的四个隅角部设置气体导入管65，所以与固定绝缘板31的固定夹具26、29不发生干扰地形成气体供给结构。

附图标记65a、65b表示气体导入管65的法兰部，上部法兰65a固定在腔室的上侧覆盖结构物等上，下部法兰65b固定在导引架20上。

这样，可以以中央窗口30A为中心形成四个气体导入管65，参照附图5，向四个气体导入管65供给气体的一个气体供给总管66a分成两个第一供给管66b，并且该第一供给管66b再分成两个第二供给管66c，之后各第二供给管66c与各气体导入管65连接。

上面以喷头61由四边环形结构配置的构成为例进行了说明，但并不限定于此，根据所述导引架20的结构，喷头61可以以五边形或者六边形配置的结构进行多种变更实施。

下面，参照图11至图14，说明所述天线40的冷却结构以及绝缘板31加热结构。

加热绝缘板31的结构是，在绝缘板31的上部构成能够喷射加热空气的加热管道71。

只要加热管道71的配置结构是能够全面均匀地加热绝缘板31的结构即可，可根据实施条件进行适当的设计而构成。本实施例的附图中示出了在各周边窗口30B上分别形成两个加热线，中央窗口30A则导入配置在周边窗口30B的加热线来加热绝缘板31的结构。此时，加热线由在窗口上部沿水平方向配置且形成有朝窗口方向的喷射口的加热管道71构成。

当然，加热管道71为了不干扰配置在窗口上部的天线，配置成比天线低或者高。

另外，在图11中，连接在加热管道71之间的加热线71a由具有比其它加热管道71相对小的管径的管道构成，或者可以不构成加热线71a。

这样构成加热绝缘板31的加热管道71，能够减少在腔室10的内侧聚合物(Polymer)沉积在绝缘板31上。

向所述加热管道71供给加热空气的方法，可以通过连接供给加热空气的管线而构成多种结构，但是，本实施例中利用了涡流发生器(VortexGenerator)73。对此，在下面参照附图12进行说明。

其次，冷却天线40的结构如图14所示，各个天线40、41、45以中空的管道形状构成，并且使冷却流体通过其内部来冷却天线。

此时，冷却流路的结构可以是从天线40的导入部侧向天线内部流入冷却流体，从天线40的末端部侧排出冷却流体的构成。冷却流体在天线40的内部通过的回路结构属于公知常识，故省略详细说明。

但是，在本发明的实施例中，是利用涡流发生器73能够实施绝缘板加热和天线冷却的结构，下面对其进行说明。

涡流发生器73是利用结构简单的喷嘴和圆形管，在没有任何化学作用或者燃烧作用的情况下，将压缩空气分离成低温空气和高温空气的能量分离装置，如图12所示，当压缩空气通过配管供给涡流管74时，第一次投入至旋转室75进行超高速的旋转。该旋转空气流向热空气出口侧，此时，第二次涡流的气流经过位于第一次涡流内侧的更低压区域，损失热量后流向冷气出口侧。此时，在旋转的两个空气流中，内部气流的空气粒子与外部气流的空气粒子旋转一次的时间相同，所以实际运动速度比外部气流低。该运动速度之差说明运动能量减少，而且该损失的运动能量转换成热量而提高外部气流的空气温度，而内部气流的温度进一步下降。

在这种涡流发生器73的两侧分别连接所述加热管道71和天线40的冷却流路，从而通过导入简单结构来实现加热绝缘板31的同时冷却天线40的结构。

在上面作为提供加热空气以及冷却空气的结构举例说明了涡流发生器73，但并不限定于此，也可以利用其它冷却器的结构或者单独的加热空气供给单元和冷却空气供给单元构成。

下面，参照图15至图19，说明如上所述的本发明涉及的基板处理装置中能够使腔室内壁部分的能量损失最小化、并且能够确保等离子体均匀性的能量损失减少装置的结构。

如图15以及图16所示，在腔室10的壁面上设置内衬护板81，此时，内衬护板81在包含腔室10的隅角部分的腔室壁面上紧贴设置。

图15示出在上面说明的导引架20的内侧壁面(图1的W部分)上以隅角部分为中心向两侧壁面延伸地设置了内衬护板81的结构。

图16示出在导引架20的内侧未形成上述的分隔架25(参照附图2)的情况，或者不是在导引架20侧而是在腔室10主体的内部设置内衬护板81的结构。此时，内衬护板81是被称为内衬或者护板的构成部分，可以包括由L形结构形成且设置在腔室10的隅角部的隅角部护板82和由平面形结构形成且设置在腔室10的壁面上的壁面护板83。

所述内衬护板81可以在铝材表面进行阳极氧化而构成。

并且，图16所示的实施例中，内衬护板81可以仅对隅角部护板82的铝材表面进行阳极氧化处理而构成。此时，壁面护板83可以涂覆陶瓷材质而构成。

此时，优选隅角部护板82和壁面护板83相互组装的部分以阶梯型结构相互接合，而且，优选在腔室壁面上不能形成高度差。

所述隅角部护板82如图17的C部分，内侧隅角部分可以相对于腔室的壁面形成为倾斜面。

另外，本发明的能量损失减少结构是，在所述隅角部护板82的后方形成贯穿腔室壁的孔12，并且在该孔12中设置与隅角部护板82电连接的电容器85(Capacitor)。此时，电容器85与外部电路连接或者接地。

如图15至图17所示，电容器可以贯穿所述腔室10的隅角部后，与隅角部护板82的背面连接。此时，在腔室10的隅角部沿对角线方向贯穿形成有能够***安装电容器85的孔12。

与此不同，也可以如图18所示，具有多个所述电容器85，以腔室10的隅角部为中心在两侧壁面上分别与隅角部护板82的背面连接而构成。此时，在腔室10的隅角部侧的壁面上，分别形成有能够***并安装各电容器85的孔12。

虽然附图中未示出，优选安装电容器85的孔12内具有能够密封腔室内部的密封部件(未图示)。

如上所述的电容器85可以与隅角部护板82以螺纹结合方式连接。此时，优选隅角部护板82的后方突出有凸台84，在电容器85上具有螺纹部86，并且螺纹部86连结在凸台84上。在腔室的孔12中具有能够***安装凸台84的凸台***部13。

由此，内衬护板81、凸台84、螺纹部86、电容器85以及与电容器85连接的外部电路具有相互电连接的结构。

优选在腔室10的外侧壁面上设置用于支撑电容器85的支撑盖88。支撑盖88只要是能够维持所述电容器85***在腔室的孔12中的状态的支撑结构即可，可进行多种变更实施。

而且，所述电容器85可以由真空可变型电容器构成。真空可变型电容器具有公知电容器结构，故省略说明具体结构。但是，本发明中的真空可变型电容器，优选通过在腔室的外侧调节(旋转调节等)电容调节构件89的方式能够适当的控制电容器的电容的结构。

这样调节电容器的电容的理由是，根据腔室10内部的等离子体产生的状态，适当的调节电容器85的电容，可实现最优化的能量损失减少工作。

如图19所示，在不具备本发明的能量损失减少结构的情况下(A曲线)，腔室10的壁面以及隅角部侧电位几乎接近于零，但是，如本发明设置有内衬护板81和电容器85的情况下(B曲线)，腔室10的隅角部侧的电位比零大很多。

因此，本发明如图19的B曲线所示，能够使腔室10内部的电位差最小化，从而在腔室内产生更加均匀的等离子体。特别是，如图19的B曲线图的K部分，能够减少腔室壁面上的能量损失，并将该能量全部用于产生等离子体，从而能够提高沉积装置或者蚀刻装置的效率。

而且，如上所述的本发明可适用于所有利用等离子体的基板处理装置。例如，可以使用于基板处理装置(Dry etcher)、化学气相沉积装置(ChemicalVapor Deposition)等。

如上所述，本发明实施例中说明的技术思想可以分开独立实施，也可以组合实施。而且，本发明通过附图以及发明内容上记载的实施例进行了说明，但这只是示例，本发明技术领域的技术人员可进行多种变形以及实施均等的其它实施例。因此，本发明的技术保护范围应以权利要求范围来定义。

Claims (3)

1.一种基板处理装置的气体供给结构，其特征在于，包括：

导引架，具备构成四边形框体的外廓面的外廓架和设置在所述外廓架的内部且分隔中央窗口和该中央窗口周边的周边窗口的分隔架；

喷头，在所述分隔架的底面以四边形环状结构配置，以便向腔室内部喷射工艺气体，

在构成所述中央窗口的四边形状的分隔架上，在四边形的各隅角部附近分别连接气体导入管，可通过分隔架的内部流路向所述喷头供给工艺气体，

所述喷头不仅形成在所述分隔架的底面，还形成在中央窗口侧的侧面上。

2.根据权利要求1所述的基板处理装置的气体供给结构，其特征在于，

所述喷头的喷射面以水平面形成，在该水平面上形成的气体喷射口沿垂直方向形成。

3.根据权利要求1所述的基板处理装置的气体供给结构，其特征在于，

所述喷头的喷射面以曲面形成，在该曲面上形成的气体喷射口形成放射状结构。