CN1909193A - 等离子蚀刻设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种等离子蚀刻设备，并提供一种等离子蚀刻设备，其包括：一衬底支撑件，其上安放一衬底；一电极，其安置成接近将要蚀刻的所述衬底的一表面；一介电膜，其形成在所述电极邻近于所述衬底的一表面上；和一电力供应构件，其用于在所述电极与所述衬底支撑件之间产生电位差。在所述设备中，在上面安放有所述衬底的所述衬底支撑件与围绕所述衬底的一边缘区域的所述电极之间施加电位差，且将所述衬底与所述电极之间的一距离设定为3毫米或更小，以便在所述衬底与所述电极之间的一区域中局部地产生等离子，藉此去除所述衬底的所述边缘区域中的微粒和一薄膜。此外，将一充当一气帘的气体注射到所述衬底的一上侧的一中心区域，以便防止将所述衬底与所述电极之间产生的等离子引入到所述衬底的所述上侧的所述中心区域中。另外，可在近似大气压力和常温下产生等离子。
Description
技术领域
本发明涉及一种等离子蚀刻设备，且更明确地说涉及一种使用介电障壁放电(DBD)或高压电容耦合的等离子(CCP)放电来去除衬底的边缘区域中的薄膜材料的等离子蚀刻设备。
背景技术
一种制造半导体装置或液晶显示器装置的方法包括沉积复数个薄膜的工艺和通过蚀刻使膜图案化的工艺。
通常，在腔室中执行膜的沉积和蚀刻。在衬底安放在腔室中的衬底支撑件的顶部上的状态下，将反应气体、源气体和类似物供应到腔室中，使得薄膜可沉积在衬底上。此时，如图1所示，薄膜部分地残留在衬底10的边缘区域(参看图1中由“A”表示的区域)的上部、侧面和下部部分上。
因此，应去除形成在衬底的边缘区域上的薄膜的部分。
然而，蚀刻衬底的常规方法通过使用多种化学物质来执行。化学物质产生的缺点是对环境的不良影响和将其进行局部清洁的难度。因此，已积极地研究新的蚀刻方法并将其应用于实践。新的蚀刻方法的一种是使用等离子。
此处，等离子表示包括离子、电子、原子团和类似物的离子化气体。在超高温、强电场或高频电磁场下产生等离子。
明确地说，通过在直流或高频电磁场下激发的自由电子来实现通过辉光放电产生等离子。受到激发的自由电子与气体分子碰撞以产生例如离子、原子团和电子的活性基团(active group)。此活性基团物理上且化学上影响材料的表面，藉此改变表面特性。根据在腔室中建立有等离子状态的区域中的压力，可将使用等离子来蚀刻衬底的方法进行分类。
在相关技术中，在近似真空的低压下产生辉光放电等离子。韩国专利特许公开案第2002-80955号中揭示了常规的低压等离子蚀刻设备。在常规的低压等离子蚀刻设备中，绝缘体安置在衬底支撑件的顶部上并面对将安放在其上的晶片，且用于产生等离子的电极安置在衬底支撑件和绝缘体的外周边处以便仅在晶片的边缘区域处产生等离子，藉此清洁晶片的边缘区域。在常规的等离子蚀刻设备中为了在低压下产生等离子，应在低压状态(即，气密真空状态)下执行所述工艺。因此，需要例如真空腔室、真空排出***和类似物的昂贵的装备，且设备的复杂的内部配置引起的问题是：需要大量时间来维护设备和进行真空抽吸。此外，问题在于，难以将所述设备应用于在近似的大气压力下执行的连续的工艺。
发明内容
因此，本发明的构思在于解决前述问题。本发明的目的在于提供一种使用DBD或高压CCP放电的等离子蚀刻设备，其可通过在近似大气压力下产生等离子来去除衬底的边缘区域中的薄膜材料。
根据本发明的一方面，提供一种等离子蚀刻设备，其包括：一腔室；一衬底支撑件，其安置在所述腔室中以便可将一衬底放置在其上；一电极，其提供成对应于所述衬底的一边缘区域并在所述电极与所述衬底的所述边缘区域之间留有一间隙，所述间隙小于所述腔室的一上壁与所述衬底之间的一间隙；和一电力供应构件，其用于将电力供应到所述衬底支撑件。
此处，所述衬底的所述边缘区域优选地在0.5到4毫米的范围内。
所述衬底与所述腔室的所述上壁之间的距离优选地为30到50毫米。
优选地，所述电极包括一位于所述衬底的一上侧的一边缘区域处的第一电极，和一位于所述衬底的一下侧的一边缘区域处的第二电极。
此时，所述电极与所述衬底之间的所述间隙优选地为0.1到5毫米，或1到1.5毫米。
优选地，所述电极具有一形成在其一表面上的介电膜。
所述介电膜与所述衬底之间的一间隙优选地为0.1到5毫米。
优选地，所述等离子蚀刻设备进一步包括一用于注射一非反应气体的非反应气体注射喷嘴，其安装在所述腔室的所述上壁的一对应于所述衬底的部分处。优选地，所述等离子蚀刻设备进一步包括一用于注射一反应气体的反应气体注射喷嘴，其安装在所述电极处。
此处，优选地，所述等离子蚀刻设备进一步包括一衬底支撑件驱动单元，其安装在所述衬底支撑件下方以便可提升和降低所述衬底支撑件，以允许将所述衬底引入到所述腔室中并从所述腔室去除所述衬底。
所述腔室中的压力优选地维持在10到1000托或700到800托的范围内。
所述等离子蚀刻设备可进一步包括一安装在所述电极下方的磁场产生构件。此外，所述电极可具有一形成在其一侧表面上的障壁。此时，优选地，所述障壁从所述电极的所述侧表面朝着所述衬底延伸，且所述障壁与所述衬底之间的一间隙为0.1到5毫米。
附图说明
从结合附图而给出的优选实施例的以下描述中将了解本发明的上述和其它目的、特征和优点，附图中：
图1是衬底的概念截面图，其说明常规衬底的问题；
图2是根据本发明的实施例的等离子蚀刻设备的概念截面图；
图3是图2中由“A”表示的区域的放大截面图；
图4是根据本发明的实施例的等离子蚀刻设备的变化形式的图2中由“A”表示的区域的放大截面图；
图5是根据本发明的另一实施例的等离子蚀刻设备的概念截面图；且
图6是图5中由“A”表示的区域的放大截面图。
具体实施方式
下文中，将参看附图详细描述本发明的优选实施例。然而，本发明不限于所述实施例，而是可实施成不同的形式。这些实施例仅用于说明的目的，且用于使所属领域的技术人员完全理解本发明的范围。附图中，相似参考标号表示相似元件。
图2是根据本发明的实施例的等离子蚀刻设备的概念截面图，图3是图2中由“A”表示的区域的放大截面图，且图4是根据本发明的实施例的等离子蚀刻设备的变化形式的图2中由“A”表示的区域的放大截面图。
参看图2和图3，根据本发明的实施例的等离子蚀刻设备包括腔室10、上面将放置衬底30的衬底支撑件20、安置成接近衬底30的边缘区域的电极42和44、形成在电极42和44的表面的至少一部分上的介电膜52和54，和用于在电极42和44与衬底支撑件20之间产生电位差的电力供应构件80。
此外，在此实施例中，可用来引入或收回衬底30的附加的入口/出口(未图示)形成在腔室10的一侧。衬底支撑件驱动单元21进一步安装在衬底支撑件20下方以便允许提升和降低衬底支撑件20，从而可容易地引入和收回衬底30。通过入口/出口装载衬底30，且通过衬底支撑件驱动单元21来提升衬底支撑件20，从而可将已装载的衬底30放置在衬底支撑件20上。
等离子蚀刻设备进一步包括用于排出可能在蚀刻工艺期间产生的气体和反应副产物(例如，微粒)的排出单元70。在此实施例中，排出单元70优选地形成在如图所示衬底支撑件20的底部上的两侧。电力供应构件80进一步包括RF电力产生单元82，和连接在RF电力产生单元82与衬底支撑件20之间以便匹配其间的电力的阻抗匹配构件84。因此，在RF电力产生单元82中产生RF电力，并接着通过阻抗匹配构件84将RF电力施加到衬底支撑件20。
优选地，电极42和44安置成对应于衬底30的边缘区域，且电极42和44的每一者与衬底30的边缘区域之间的间隙短于腔室10的上壁与衬底30之间的距离。电极42和44可彼此形成为整体，或彼此分离以便允许容易地装载和卸载衬底30。
在此实施例的等离子蚀刻设备中，两个电极分离地形成并彼此连接以便围绕衬底的边缘区域。也就是说，为了通过使用等离子来蚀刻衬底30的上表面的边缘区域、侧表面区域和下表面的边缘区域中的微粒和薄膜，将第一电极42安置在衬底30的上表面的边缘区域上方，并将第二电极44安置在衬底30的下表面的边缘区域下方。在衬底30与第一和第二电极42和44重叠的区域中产生等离子。此处，优选地，介电膜52和54形成在第一和第二电极42和44的表面上。
第一电极42形成为与第一电极42相同的形状。然而在此实施例中，第一电极优选地可制成具有中心开口的环形条带的形状。优选地，第一电极42与衬底30(在衬底的边缘区域处)的重叠区域的宽度与衬底30的上表面上不形成有装置成形图案的区域的宽度相同。此外，优选地，重叠区域的宽度与形成有对准键的区域的宽度相同。此时，衬底30的边缘区域对应于从衬底的最外端向内0.5到4毫米范围内的区域。
此处，在第一电极42中形成气体通道41a和气体注射喷嘴41b。可通过其将从外部供应的反应气体注射到将要蚀刻的衬底30与电极42和44之间的区域。此时，可使用Ar、CF4和类似物作为反应气体。第一电极42与衬底30之间的距离(参看图3中T1)在衬底30的边缘区域处(即，在重叠区域处)优选地为0.1到5毫米，且更优选地为1到1.5毫米。由于在本发明的等离子蚀刻设备中在近似的大气压力下执行工艺，所以如果具有电位差的衬底30与第一电极42之间的距离在前述范围外，那么不产生等离子。
优选地，第二电极44被制成从腔室10的内表面延伸并具有中心开口的板的形状。安放有衬底30的衬底支撑件20位于第二电极44的中心开口中。优选地，如图所示，第二电极44与衬底支撑件20间隔开。工艺副产物和气体可通过排出单元70经过此间隔而流出。优选地，第二电极44与衬底支撑件20之间的间隔(参看图3中T3)为0.1到100毫米。介电膜52和54形成在第二电极44与衬底30重叠的区域上。第二电极44优选地具有对应于第一电极42的长度。利用此结构，可有效地去除形成在衬底30的下侧处的薄膜或微粒。更优选地，重叠区域中第二电极44与衬底30之间的距离(参看图3中T2)为0.1到5毫米，且更优选地为1到1.5毫米。
第一和第二电极42和44可通过导电框60而彼此实体地连接或电连接。在此时时例中，第一电极42优选地耦合到在上下方向上移动的导电框60。当将衬底30装载到腔室10中时，提升导电框60并接着将衬底30安放在衬底支撑件20上。随后，降低导电框60并将其连接到第二电极44，从而第一和第二电极42和44可具有相同的电位水平。
将了解，第一和第二电极以及导电框的结构不限于此。或者，第二电极44和导电框60可彼此制造成整体，且接着可将第一电极42耦合到导电框60，从而它们可具有相同的电位水平。此时，第一电极42可固定，且彼此形成为整体的第二电极44和导电框60可在上下方向上移动，从而可容易地装载衬底30。否则，彼此形成为整体的第二电极44和导电框60可固定，且第一电极42可在上下方向上移动，从而可容易地装载衬底30。第一电极42、第二电极44和导电框60可通过具有电传导性的材料而互相形成为整体，从而它们可具有相同的电位水平。此外，第一电极42、第二电极44和导电框60可连接到腔室10，从而第一和第二电极42和44以及导电框60可通过腔室10而具有相同的电位。第一和第二电极42和44以及导电框60可通过上述方法以外的多种方法而具有相同的电位。
如图2所示，第一和第二电极42和44还连接到腔室的侧壁61的内表面的下端。腔室的上壁62形成在将要与衬底30间隔开某一距离或更多的侧壁61的上部区域处。也就是说，上壁与衬底间隔开的距离至少应足以避免通过侧壁61和衬底支撑件20产生等离子。侧壁61可呈中空圆柱的形状，且具有圆环板形状的上壁62可安置在圆柱的上侧处。将了解，侧壁61可由复数个圆柱或多角形柱构成，且复数个圆柱或多角形柱可通过具有圆环或多角形板形状的上壁62而彼此耦合。
如果侧壁61呈中空圆柱的形状且具有如上所述的某一厚度，那么在侧壁61中形成复数个气体管63和64，且在上壁62中形成气帘气体通道65a和气帘气体注射喷嘴65b。形成在侧壁61中的第一气体管63连接到第一电极42的气体通道41a以便供应反应气体，且形成在侧壁61中的第二气体管64与形成在上壁62中的气帘气体通道65a连通，从而可通过气帘气体注射喷嘴65b将非反应气体注射到安置在上壁62下方某一距离处的衬底30。此非反应气体充当用于保护衬底的不希望被蚀刻的区域的气体气帘。本发明不限于此。可将气体注射到侧壁61的侧表面(即，与第一电极42间隔的区域)，或注射到第二电极44的一区域。
因此，如图3所示，第一电极42和第二电极44界定“
形”等离子产生空间。
此时，在此实施例中，将接地电位施加到第一和第二电极42和44，且将RF电力施加到衬底20以便在等离子产生空间中产生等离子。也就是说，当接地电极42和44的表面由绝缘体覆盖，且以DBD方式通过衬底支撑件20将RF电力施加到衬底30时，仅在衬底30与接地电极42和44之间的区域中产生等离子。此时，在腔室10内在10到1000托的压力下且在15到40℃的温度下执行等离子产生工艺。优选地，在700到800托的压力下执行等离子产生工艺。在上述本发明中，可在常温下且在近似的大体压力下执行等离子产生工艺，且由于形成在电极42和44表面上的介电膜52和54而不产生电弧。此外，衬底30的中心区域上方，即上面形成有图案的衬底30的中心与与衬底间隔的上壁62之间的空间中，不产生等离子。为了在近似的大气压力下使用DBD产生等离子，具有电位差的两个部件之间的距离应在某一范围内。因此，由于在衬底30的中心区域上方形成某一空间，所以等离子不产生在此空间中。
本发明中，为了防止将已产生在等离子产生空间中的等离子引入到衬底30的中心区域中，通过形成在衬底30的中心区域上方的上壁中的气帘气体注射喷嘴65b将非反应气体注射到衬底30的上侧。利用此工艺，衬底30上方区域中的压力高于等离子产生空间中的压力，藉此防止将等离子产生空间中产生的副产物引入到上面形成有图案的衬底30的中心区域中。此外，安装在第二电极42下方的排出单元70促使衬底30下方区域中的压力低于等离子产生空间中的压力，藉此将等离子产生空间中产生的副产物排出到衬底30下方的区域。也就是说，产生图2中由虚线表示的气流以防止将副产物引入到上面形成有图案的衬底30的中心区域中。
本发明的等离子蚀刻设备可进一步包括磁场产生构件90，其用于额外地产生一磁场以便改进等离子的蚀刻速率。也就是说，如图4所示，将作为磁场产生构件90的电磁铁或永久磁铁安置在第二电极44下方以便将磁场施加到等离子产生空间。因此，等离子的活性电子沿着由磁场产生构件90产生的磁场移动。此处，磁场产生构件9形成在第二电极44下方区域的至少一部分中。优选地，磁场产生构件90构造成一沿着第二电极44的圆环条带的形状。显然，磁场产生构件不限于此。磁场产生构件可形成在第一电极42或导电框60处。
尽管上文中已描述了使用DBD在大气压力下放电，但本发明不限于此。例如，可使用高压CCP放电。
另外，在本发明的等离子蚀刻设备中，可通过在电极的侧表面上形成障壁来防止在电极的侧表面与衬底之间发生电子放电。
下文中，将参看附图详细描述根据本发明的另一实施例的等离子蚀刻设备。在以下描述中，将省略与先前实施例的描述相同的描述。
图5是根据本发明另一实施例的等离子蚀刻设备的概念性截面图，且图6是图5中由“A”表示的区域的放大截面图。
参看图5和图6，此实施例的等离子蚀刻设备包括具有用来执行蚀刻的空间的腔室110、上面安放将要蚀刻的衬底130的衬底支撑件120、安置成接近衬底130的边缘区域的电极142和144、与衬底130的上侧的中心区域间隔以便将气帘气体注射到衬底130的上侧的气帘气体注射构件190、用于在电极142和144与衬底支撑件120之间产生电位差的电力供应构件180和形成在电极142和144的侧表面上的障壁200。
介电膜152和154形成在电极142和144的面对衬底130的表面上，且气体供应通道141a和注射喷嘴141b形成在电极142中以便将气体注射到邻近于衬底130的区域中。
对于此实施例中的电极，第一电极142邻近于衬底130的上侧的边缘区域，且第二电极144邻近于衬底130的下侧。此处，第一电极142可连接到导电框160。随着导电框160的垂直移动，可调节第一电极142与衬底130之间的距离，且可能防止当装载和卸载衬底130时衬底130与第一电极142碰撞。同时，衬底支撑件120也可在上下方向上移动，从而可调节第一电极142与衬底130之间的距离以及第二电极144与衬底130之间的距离。此处，所述距离优选地为0.1到5毫米。因此，施加到衬底支撑件120的电位传输到衬底130。由于衬底130与安置成接近衬底的边缘区域的电极142和144之间的电位差，在其间的区域(即，等离子产生区域)中产生等离子。此时，在此实施例中，电极142和144接地，且将RF电力施加到衬底支撑件120，如图6所示。在腔室100中在700到800托的压力下(其近似大气压力)且在15到40℃的温度下执行等离子产生工艺。
上文中，如果在衬底130的边缘区域处的等离子产生区域中产生的等离子扩散到腔室100的中心区域，那么形成在衬底上的薄膜图案被这些等离子破坏。为了防止这种破坏，在此实施例中，将气帘气体注射构件190提供在衬底130的上侧的中心区域处(即，腔室100的上部区域)以便注射气帘气体，且将排出单元170提供在腔室100的下部区域处以便将存在于腔室100中的气体排出到外部。利用此结构，通过衬底130的上侧的边缘区域并通过衬底130下方的区域将注射到衬底130的上侧的气帘气体排出到腔室100外部，藉此防止等离子朝着腔室的上部区域扩散。可使用簇射头(shower head)作为气帘气体注射构件190。
另外，在电极142和144的侧表面上形成障壁200的情况下，可能屏蔽可能由电极142和144的侧表面与衬底130之间的电位差产生的等离子。如果使用例如陶瓷的绝缘材料作为障壁200，那么大大降低电极142和144的侧表面与衬底130之间的电位差。例如，在电极142和144的侧表面与衬底130之间的电位差为10伏或更大的情况下，如果在电极的侧表面上形成绝缘障壁200，那么电极与衬底130之间的电位差降低为1伏或更小，藉此抑制等离子的产生。此外，当促使障壁200从电极142和144的侧表面朝着衬底130延伸时，可能实体上防止产生在等离子产生区域(衬底的边缘区域)中的等离子扩散到衬底130的中心区域中。因此，在第一电极142的侧表面处形成障壁200，并将障壁200与衬底130之间的距离界定为约0.1到5毫米是有效的。通过将障壁200与衬底130之间的距离界定为约0.1到5毫米，可实体上防止等离子的扩散。障壁200的厚度优选地为0.3到10毫米。
根据上述本发明，在上面安放有衬底的衬底支撑件与围绕衬底的边缘区域的电极之间施加电位差，并将衬底与电极之间的距离设定为3毫米或更小，从而可在衬底与电极之间的区域中局部地产生等离子，以便去除衬底的边缘区域处的微粒和薄膜。
此外，将充当气帘的气体注射到衬底的上侧的中心区域，藉此防止将衬底与电极之间产生的等离子引入到衬底的上侧的中心区域中。
此外，在电极的侧表面与衬底之间形成障壁，藉此实体上防止将等离子引入到衬底的上侧的中心区域中，并防止在衬底的上侧的中心区域处产生等离子。
另外，可在常温和近似的大气压力下产生等离子。
Claims (14)
1.一种等离子蚀刻设备，其包括：
一腔室；
一衬底支撑件，其安置在所述腔室中以便能将一衬底放置在其上；
一电极，其提供成对应于所述衬底的一边缘区域并在所述电极与所述衬底的所述边缘区域之间留有一间隙，所述间隙小于所述腔室的一上壁与所述衬底之间的一间隙；和
一电力供应构件，其用于将电力供应到所述衬底支撑件。
2.根据权利要求1所述的等离子蚀刻设备，其中所述衬底的所述边缘区域在0.5到4毫米的一范围内。
3.根据权利要求1所述的等离子蚀刻设备，其中所述衬底与所述腔室的所述上壁之间的距离为30到50毫米。
4.根据权利要求1所述的等离子蚀刻设备，其中所述电极包括一位于所述衬底的一上侧的一边缘区域处的第一电极，和一位于所述衬底的一下侧的一边缘区域处的第二电极。
5.根据权利要求1所述的等离子蚀刻设备，其中所述电极与所述衬底之间的所述间隙为0.1到5毫米，或1到1.5毫米。
6.根据权利要求1所述的等离子蚀刻设备，其中所述电极具有一形成在其一表面上的介电膜。
7.根据权利要求5所述的等离子蚀刻设备，其中所述介电膜与所述衬底之间的一间隙为0.1到5毫米。
8.根据权利要求1所述的等离子蚀刻设备，其进一步包括一用于注射一非反应气体的非反应气体注射喷嘴，所述非反应气体注射喷嘴，安装在所述腔室的所述上壁的一对应于所述衬底的部分处。
9.根据权利要求1所述的等离子蚀刻设备，其进一步包括一用于注射一反应气体的反应气体注射喷嘴，所述反应气体注射喷嘴安装在所述电极处。
10.根据权利要求1所述的等离子蚀刻设备，其进一步包括一衬底支撑件驱动单元，所述衬底支撑件驱动单元安装在所述衬底支撑件下方以便可提升和降低所述衬底支撑件，以允许将所述衬底引入到所述腔室中及从所述腔室取出所述衬底。
11.根据权利要求1所述的等离子蚀刻设备，其中所述腔室中的压力维持在10到1000托或700到800托的一范围内。
12.根据权利要求1所述的等离子蚀刻设备，其进一步包括一安装在所述电极下方的磁场产生构件。
13.根据权利要求1所述的等离子蚀刻设备，其中所述电极可具有一形成在其一侧表面上的障壁。
14.根据权利要求13所述的等离子蚀刻设备，其中所述障壁从所述电极的所述侧表面朝着所述衬底延伸，且所述障壁与所述衬底之间的一间隙为0.1到5毫米。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| AD01 | Patent right deemed abandoned | ||
| C20 | Patent right or utility model deemed to be abandoned or is abandoned | ||
| CI01 | Correction of invention patent gazette |
Correction item: The patent right is deemed to be abandoned Correct: The withdrawal of the patent right shall be deemed as a waiver of the announcement False: The patent right is deemed to be abandoned Number: 3 Page: 1563 Volume: 26 |
|
| ERR | Gazette correction |
Free format text: CORRECT: OF PATENT RIGHT - APPLICATION DEEMED TO BE ABANDONED; FROM: DEEMED TO ABANDON PATENT RIGHTTO: RECALL DEEMED TO ABANDON PATENT RIGHT PUBLICATION |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |