CN103715051B - 等离子体处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等离子处理装置。等离子体处理装置，包括：在内部形成空间的腔室；位于所述腔室内并支承基板的基板支承单元；向所述腔室内供给工艺气体的气体供给单元；位于所述腔室的上部并具有提供从所述工艺气体产生等离子体的电磁波的天线的等离子体源单元；位于所述天线的上部使从所述天线向所述腔室的相反方向提供的电磁波反射到朝向所述腔室的方向的反射板；以及使所述反射板的位置移动的反射板驱动部。

Description

等离子体处理装置及方法

技术领域

本发明涉及一种处理基板的装置及方法，尤其涉及一种利用等离子体处理基板的装置及方法。

背景技术

在半导体元件的制造工艺中，蚀刻、沉积以及清洗工艺等利用等离子体对基板进行处理。利用等离子体的工艺是向腔室内部喷射工艺气体，将工艺气体产生等离子体提供给基板。

韩国授权专利第10-854995号中公开了利用等离子体处理基板的装置。在所述现有技术中，在设置于腔室盖上的感应线圈（或天线）中产生电磁场，从而从工艺气体产生等离子体。

在感应线圈中，形成放射状电磁场。将在感应线圈的下部产生的电磁场提供到腔室并用于产生等离子体，但是在感应线圈的上部产生的电磁场不会提供到腔室内部。这种装置不仅减少感应线圈中产生的电磁场的使用效率，而且降低等离子体的产生效率。

现有技术文献

专利文献

韩国授权专利第10-854995号

发明内容

要解决的技术问题

本发明提供一种能够调节在腔室内部产生的等离子体密度的等离子体处理装置及方法。

并且，本发明提供一种能够提高天线产生的电磁场的使用效率的等离子体处理装置及方法。

技术方案

根据本发明的实施例的等离子体处理装置，包括：腔室，在内部形成空间；基板支承单元，位于所述腔室内并支承基板；气体供给单元，向所述腔室内供给工艺气体；等离子体源单元，位于所述腔室的上部并具有天线，其中所述天线提供使所述工艺气体产生等离子体的电磁波；反射板，位于所述天线的上部，使从所述天线向所述腔室的相反方向提供的电磁波反射到朝向所述腔室的方向；以及反射板驱动部，使所述反射板的位置移动。

并且，所述反射板驱动部能够使所述反射板在上下方向上移动。

并且，所述反射板可以为金属材质。

并且，所述天线可以为螺旋形状的线圈，所述反射板具有与所述天线对向的平坦底面。

并且，所述反射板的与所述天线对向的底面为凹陷的曲面。

此外，还可以包括：传感器，对所述腔室内产生的等离子体密度进行测量；以及控制部，根据所述传感器中测量到的等离子体密度控制所述天线驱动部，使所述反射板和所述天线的距离变化。

根据本发明的实施例的等离子体处理方法，向设有基板的腔室内部供给工艺气体，并将位于所述腔室上部的天线施加的电磁波提供到所述腔室内部，使所述工艺气体产生等离子体，其中设置在所述天线上部的反射板将从所述天线向所述腔室的相反方向提供的电磁波反射到所述腔室内部。

并且，所述反射板可以在上下方向上移动，使与天线的距离变化。

并且，所述反射板可以根据所述基板的工艺处理步骤进行移动。

并且，所述反射板可以在对一张基板的工艺进行中反复移动。

并且，可以测量所述腔室内部的等离子体密度，并根据所述等离子体密度移动所述反射板。

根据本发明的另一实施例的等离子体处理方法，通过向腔室内部提供工艺气体来处理第一基板，处理所述第一基板之后处理第二基板，所述工艺气体通过位于所述腔室上部的天线提供的电磁波而被激发为等离子态，所述第一基板的工艺处理进行期间，设置在所述天线上部的反射板在第一位置将所述电磁波反射到所述腔室内部，在所述第二基板的工艺处理期间，所述反射板在与所述第一位置不同的第二位置将所述电磁波反射到所述腔室内部。

并且，所述第一位置和所述第二位置可以在上下方向上与所述天线之间的距离不同。

并且，所述反射板可以在上下方向上反复移动。

本发明的效果

根据本发明，由于可以调节腔室内的电磁波的密度，从而调节在腔室内产生的等离子体密度。

并且，根据本发明，将从天线产生的与腔室方向相反的电磁波反射到腔室内，因此电磁波使用效率得到提高。

附图说明

图1为示出根据本发明的一个实施例的基板处理装置的剖视图；

图2为示出利用图1的基板处理装置处理基板的一个实施例的剖视图；

图3为示出利用图1的基板处理装置处理基板的另一实施例的剖视图；

图4为示出利用图1的基板处理装置处理基板的再一实施例的剖视图；

图5为示出根据本发明的另一实施例的基板处理装置的剖视图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施例进行更详细的说明。本发明的实施例可以变形为各种形态，不应解释为本发明的范围由下面的实施例限定。本实施例是为了对本领域中具有普通知识的人更完整地说明本发明而提供的。因此，为了强调更明确的说明对图中元件的形状进行了夸张。

图1为示出根据本发明的一个实施例的基板处理装置的剖视图。

参照图1，等离子体处理装置10包括腔室100、基板支承单元200、气体供给单元300、等离子体源单元400以及反射单元500。腔室100提供执行等离子体处理的空间，基板支承单元200在腔室100内部支承基板W。气体供给单元300向腔室100内部提供工艺气体，等离子体源单元400通过向腔室100内部提供电磁波，从而从工艺气体产生等离子体。反射单元500将在等离子体源单元400中产生的电磁波反射到腔室100内部。下面，对各结构进行详细的说明。

腔室100包括腔室主体110和电介质盖120。腔室主体110的上表面开放，内部形成空间。腔室主体110的底板壁形成有排气孔113。排气孔113与排气线117连接，提供在腔室主体110内部停留的气体和工艺过程中产生的反应副产物向外部排出的通路。排气孔113可以在腔室主体110的底板壁边缘区域形成多个。

电介质盖120密封腔室主体110的开放的上表面。电介质盖120具有与腔室主体110的周界对应的半径。电介质盖120可以为电介质材质。电介质盖120可以为铝材质。由电介质盖120和腔室主体110包围的空间作为等离子体处理工艺执行的处理空间130。

基板支承单元200位于处理空间130内，用于支承基板W。基板支承单元200可以利用静电力固定基板W或以机械夹持方式支承基板W。下面，以基板支承单元200利用静电力固定基板W的方式为例进行说明。

基板支承单元200包括电介质板210、电极220、加热器230、聚焦环240、绝缘板250、接地板260、外壳270以及提升销单元280。

电介质板210为圆盘形状。电介质板210的上表面可以具有与基板W对应或比基板W小的半径。电介质板210的上表面可以形成突出部211。基板W由突出部211支承，并与电介质板210的上表面相隔预定间隔。电介质板210的侧面可以具有高度差，使下部区域比上部区域具有大的半径。

电极220埋设在电介质板210的内部。电极为厚度薄的导电性材质的圆盘，并通过电缆221与外部电源（未图示）连接。从外部电源施加的电力在电极220和基板W之间形成静电力，从而将基板W固定到电介质板210的上表面。

加热器230设置在电介质板210的内部。加热器230可以设置在电极220的下部。加热器230通过电缆231与外部电源（未图示）连接。加热器230通过抵抗外部电源施加的电流而产生热。产生的热经过电介质板210传递到基板W，将基板W加热到预定温度。加热器230为螺旋形状的线圈，可以以均匀的间隔埋设在电介质板210内部。

聚焦环240为环状，并沿着电介质板210的上部区域周界配置。聚焦环240的上表面可以具有高度差，使得与电介质板210邻接的内侧部比外侧部低。聚焦环240的上表面内侧部可以位于与电介质板210的上表面相同的高度。聚焦环240扩大电磁场形成区域，使基板W位于形成等离子体的区域的中心。由此，等离子体可以在基板整个区域均匀地形成。

绝缘板250位于电介质板210的下部，并支承电介质板210。绝缘板250为具有预定厚度的圆盘，可以具有与电介质板210对应的半径。绝缘板250为绝缘材质。绝缘板250通过电缆251与RF电源（未图示）连接。通过电缆251施加到绝缘板250的RF电流在基板支承单元200和电介质盖120之间形成电磁场。电磁场作为等离子体的能量。

绝缘板250可以形成冷却流路212。冷却流路212形成在加热器220的下部。冷却流路212提供冷却流体循环的通路。冷却流体的热被传递到电介质板210和基板W，对加热的电介质板210和基板W进行迅速冷却。冷却流路212可以形成为螺旋形状。与此不同地，冷却流路212也可以被配置为具有相互不同的半径的环状的流路并具有相同的中心。各个流路可以相互连通。与此不同，冷却流路213可以形成在接地板260上。

接地板260位于绝缘板250的下部。接地板260为具有预定厚度的圆盘，可以具有与绝缘板250对应的半径。接地板260接地。接地板260使绝缘板250和腔室主体110电气绝缘。

电介质板210、绝缘板250以及接地板260上形成有销孔201和净化气体供给孔202。销孔201从电介质板210的上表面提供到接地板260的下表面。销孔210形成多个，内部分别设置提升销281。

净化气体供给孔202形成多个，并从电介质板210的上表面提供到接地板260的下表面。净化气体供给孔202与净化气体供给线203连接，提供供给净化气体的流路。净化气体被供给到基板W和电介质板210的上表面之间的空间。停留在基板W和电介质板210之间的净化气体使从电介质板210到基板W的热传递效率提高。净化气体包括非活性气体。净化气体可以为氦（He）气。

外壳270位于接地板260的下部，并支承接地板260。外壳270为具有预定高度的圆筒，内部形成空间。外壳270可以具有与接地板260对应的半径。外壳270的内部设置各种电缆203、221、231、251和提升销单元280。

提升销单元280向电介质板210加载基板W或从电介质板210卸载基板W。提升销单元280包括提升销281、支承板282以及驱动部283。提升销281为多个，分别位于各销孔201中。提升销281沿着销孔201在上下方向移动，加载/卸载基板W。

支承板282位于外壳270的内部，并支承提升销281。驱动部283升降支承板282。通过驱动部283的驱动，支承板282在上下方向移动，由此销孔281沿着销孔201移动。

在接地板260和支承板282之间可以提供波纹管284。波纹管284包围位于外壳270内的提升销281区域。波纹管284根据支承板282的升降收缩或膨胀。

挡板290在腔室100内控制工艺气体的流动。挡板290为环状，并位于腔室110和基板支承单元200之间。挡板290上形成分配孔291。在腔室100内停留的工艺气体通过分配孔291流入到排气孔113。可以根据分配孔291的形状和排列控制流入到排气孔113的工艺气体的流动。

气体供给单元300向腔室100内部供给工艺气体。气体供给单元300包括喷嘴310、气体存储部320以及气体供给线330。

喷嘴310安装在电介质盖120。喷嘴310可以位于电介质盖120的中心区域。喷嘴310通过气体供给线330与气体存储部330连接。气体供给线330设有阀340。阀340开闭气体供给线330，调节工艺气体的供给流量。存储在气体存储部320的工艺气体通过气体供给线330供给到喷嘴310，从喷嘴310向腔室100内部喷射。喷嘴310主要向处理空间130的中央区域供给工艺气体。与此不同，气体供给单元300还可以包括安装在腔室主体110的侧壁的喷嘴（未图示）。喷嘴向处理空间130的边缘区域供给工艺气体。

等离子体源单元400从工艺气体产生等离子体。等离子体源单元400包括天线410、电源420以及上部盖430。

天线410设置在腔室100的上部。天线410可以为螺旋形状的线圈。电源420通过电缆与天线410连接，并将高频电力施加到天线410。由于高频电力的施加，在天线410上产生电磁波。电磁波以天线410为中心放射状地产生。电磁波中一部分被提供到腔室100内部，剩余部分被提供到腔室100的相反方向。提供到腔室100内部的电磁波在腔室100内部形成感应电场。工艺气体从感应电场获得离子化所需的能量并产生等离子体。等离子体被提供到基板W，从而可以执行蚀刻工艺。

反射单元500将从天线410提供到腔室100的相反方向的电磁波反射到腔室100内部。反射单元500包括反射板510、反射板驱动部520、传感器530以及控制部540。

反射板510位于天线410的上部。反射板510为具有预定厚度的金属材质的板，用于反射电磁波。根据实施例，反射板510可以具有平坦的下表面。反射板510的下表面将从天线410提供到腔室100的相反方向的电磁波反射到腔室100内部。

反射板驱动部520使反射板510的位置移动。反射板驱动部520使反射板510在上下方向移动。由于反射板驱动部520的驱动，反射板510和天线410之间的距离变化。根据反射板510和天线410之间的距离，被反射板510反射而提供到腔室100内部的电磁波的强度不同。如果反射板510和天线410之间的距离变小，则向腔室100内部反射的电磁波的强度变大；如果反射板510和天线410之间的距离变大，则向腔室100内部反射的电磁波的强度变弱。这种反射电磁波的强度变化使在腔室100内部形成的电磁场的强度变化，使等离子体产生区域变化。

传感器530对腔室100内部产生的等离子体密度进行测量。传感器530可以位于腔室100内部或外部测量腔室100内的等离子体密度。

传感器530测量的等离子体密度被控制部540接收。控制部540控制反射板驱动部420，使反射板510的位置根据腔室100内部的等离子体密度移动。控制部540可以通过使反射板510靠近天线410来提高腔室100内部的等离子体密度，通过移动反射板510使其远离天线410来降低腔室100内部的等离子体密度。

下面，对利用上述等离子体处理装置的等离子体处理方法进行说明。

通过提升销281的升降，基板W被放置到电介质板210的上表面，固定到电介质板210上。通过喷嘴310工艺气体被供给到腔室100内部。从外部电源对天线410和绝缘板250分别施加高频电力。由于高频电力的施加，在天线410上产生电磁波。从天线410向腔室100侧产生的电磁波直接传递到腔室100内部，向腔室100的相反方向产生的电磁波被反射板510反射而传递到腔室100内部。通过天线410和绝缘板250产生的电磁波在电介质盖120和基板支承单元200之间的空间形成感应电场，通过感应电场从工艺气体产生等离子体。产生的等离子体被提供到基板W。

在工艺执行期间，控制部540控制反射板驱动部520，使反射板510的位置根据等离子体密度变化。在等离子体密度低的情况下，控制部540如图2所示移动反射板510使其邻接天线410。从天线410向腔室100的相反方向产生的电磁波e2在短距离内被反射板510反射到腔室100侧。从天线410直接提供的电磁波e1和被反射板510反射的电磁波e2重叠，使得向腔室100内提供的电磁波密度变高。从而使从工艺气体产生的等离子体密度变高。

如图3所示，控制部540在腔室100内的等离子体密度高的情况下，移动反射板510使其远离天线410。从天线410向腔室100的相反方向产生的电磁波e3，相比于图2在移动相对长的距离后被反射板510反射，因此向腔室100内提供的电磁波密度相对低。由此，从工艺气体产生的等离子体密度变低。

控制部540可以反复移动反射板510，使其如图4所示与天线410的距离变化。控制部540可以连续地在上下方向移动反射板510，使其与天线410的距离变小变大的过程反复。由此，向腔室100内提供的电磁波密度变高或变低进行反复。这与对天线410施加脉冲信号的情况产生相同的效果。反射板510在上下方向移动的时间间隔调节与脉冲信号施加的间隔对应。

一张基板的处理可以通过多个工艺步骤实现。在各步骤中，反射板510和天线410之间的距离可以变化。反射板510和天线410之间的距离根据各步骤要求的工艺条件而变化。

根据另一实施例，反射板510和天线410之间的距离可以根据工艺处理中提供的基板而不同。在处理第一基板的情况下，反射板510如图2所示可以位于第一位置，在处理第二基板的情况下，反射板510如图3所示可以位于第二位置。第二位置为与第一位置不同的位置。第二位置为相对于第一位置远离天线410的位置。这样，反射板510的位置可以根据工艺处理中提供的基板的状态而变化。并且，反射板510可以在执行基板工艺处理期间，在相互不同的区间上下方向反复移动。

图5为示出根据本发明的另一实施例的基板处理装置的图。参照图5，反射板510的底面510a可以为曲面。反射板510的底面510a可以为向内侧凹陷的曲面。曲面510a根据反射板410的区域使电磁波的反射角不同。曲面510a的曲率可以根据腔室100内产生的等离子体的各区域的密度差异决定。

以上的详细说明为例示本发明。并且，前述内容为示出本发明的优选实施方式进行说明的，本发明可以在多种不同组合、变更及环境下使用。即，在本说明书公开的发明的概念的范围、与记述的公开内容等同的范围和/或本领域的技术或知识的范围内可进行变更或修改。记述的实施例说明了用于实现本发明的技术思想的最佳状态，本发明的具体适用领域及用途中要求的多种变更也是可能的。因此，以上本发明的详细说明不意图以公开的实施方式限定本发明。并且，随附的权利要求范围应解释为包括其他实施方式。

符号的说明

10： 基板处理装置 100：腔室

110： 腔室主体 120：电介质盖

200： 基板支承单元 210：电介质板

220： 电极 230：加热器

240： 聚焦环 250：绝缘板

260： 接地板 270：外壳

280： 提升销单元 300：气体供给单元

310： 喷嘴 320：气体存储部

330： 气体供给线 400：等离子体源单元

410： 天线 420：电源

430： 上部盖 500：反射单元

510： 反射板 520：反射板驱动部

530： 传感器 540：控制部

Claims (12)

1.一种等离子体处理装置，包括：

腔室，在内部形成空间；

基板支承单元，位于所述腔室内并支承基板；

气体供给单元，向所述腔室内供给工艺气体；

等离子体源单元，位于所述腔室的上部，并具有提供使所述工艺气体产生等离子体的电磁波的天线；

反射板，位于所述天线的上部，将从所述天线向所述腔室的相反方向提供的电磁波朝向所述腔室的方向进行反射；

反射板驱动部，使所述反射板的位置移动；

传感器，对所述腔室内产生的等离子体密度进行测量；以及

控制部，根据所述传感器中测量到的等离子体密度控制所述反射板驱动部，使所述反射板和所述天线的距离变化。

2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，所述反射板驱动部使所述反射板在上下方向上移动。

3.根据权利要求1或2所述的等离子体处理装置，所述反射板为金属材质。

4.根据权利要求1或2所述的等离子体处理装置，所述天线为螺旋形状的线圈，所述反射板具有与所述天线对向的平坦底面。

5.根据权利要求1或2所述的等离子体处理装置，所述反射板具有与所述天线对向的底面凹陷的曲面。

6.一种等离子体处理方法，其中，

向设有基板的腔室内部供给工艺气体，

将位于所述腔室上部的天线施加的电磁波提供到所述腔室内部，使从所述工艺气体产生等离子体，

设置在所述天线的上部的反射板将从所述天线向所述腔室的相反方向提供的电磁波反射到所述腔室内部，

测量所述腔室内部的等离子体密度，并根据所述等离子体密度移动所述反射板。

7.根据权利要求6所述的等离子体处理方法，所述反射板在上下方向上移动，使与天线的距离变化。

8.根据权利要求6或7所述的等离子体处理方法，所述反射板根据所述基板的工艺处理步骤移动。

9.根据权利要求6或7所述的等离子体处理方法，所述反射板在对一张基板的工艺进行中反复移动。

10.一种等离子体处理方法，其中，

向腔室内部提供工艺气体来处理第一基板，在所述第一基板的处理后处理第二基板，

所述工艺气体通过位于所述腔室上部的天线提供的电磁波而被激发为等离子态，

所述第一基板的工艺处理进行期间，设置在在所述天线的上部的反射板在第一位置将所述电磁波反射到所述腔室内部，

测量所述腔室内部的等离子体密度，并根据所述等离子体密度移动所述反射板，

在所述第二基板的工艺处理期间，所述反射板在与所述第一位置不同的第二位置将所述电磁波反射到所述腔室内部。

11.根据权利要求10所述的等离子体处理方法，所述第一位置和所述第二位置可以在上下方向上与所述天线之间的距离不同。

12.根据权利要求10或11所述的等离子体处理方法，所述反射板在上下方向上反复移动。