感应耦合等离子体发生器天线结构制造技术

一种感应耦合等离子体发生器天线结构，它使容纳半导体晶片或平面显示器等被加工物的圆形或长方形箱室内部等离子体密度沿着旋转方向对称均匀产生，从而可以有效加工大尺寸－大面积加工物。这种感应耦合等离子体发生器天线一端形成施加无线电频率ＲＦ电源的带电端，另一端具有接地的接地端，其中上述天线并联电连接至少２个环型天线１０、２０；每个天线１０、２０的带电端Ｐ、接地端Ｇ以天线１０、２０中心为准分布在对称位置；每个天线１０、２０的带电端Ｐ、接地端Ｇ分布在箱室远处，每个天线１０、２０的中间部分１０ａ、２０ａ位于箱室近处且相互平行交叉设置，使箱室内具有沿着旋转方向的均匀等离子体密度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及等离子体发生器天线结构，特别是在感应耦合等离子体发生器中使用并联天线降低阻抗，使施加高电压和在天线全区因电压不均引起的不均匀等离子体分布变得均匀。相互对称安装每个天线，相互平行交叉设置带电端和接地端及天线的中间部分，使箱室内等离子体分布沿着旋转方向均匀对称地产生。
技术介绍
在制作半导体设备的
中，要把微细图案制作到半导体晶片基板上、平面显示器或者其他类似物上面，就须产生等离子体以进行干蚀刻、化学汽相沉积、溅射等多种表面处理工序。最近为了降低费用及提高产量，可以见到用于半导体装置的晶片或用于平面显示器基片的大小达到例如300mm以上的大型化倾向。随着这种情况，为加工大型晶片或基片的等离子体发生器规模也在增加。在等离子体发生器中广泛使用感应耦合型等离子体发生器、电容耦合型等离子体发生器等。另外，还开发了对一个通用等离子体发生器施加磁场的方式。感应耦合型等离子体发生器，虽然等离子体密度高，但为了改善均匀度需要很多附带部件。例如，使用中间部分更厚的绝缘体或把天线变成圆屋顶形态使用，但其不仅结构复杂而且很难使用在氧化膜蚀刻工序中。上述感应耦合型等离子体发生器包括产生等离子体的箱室，此箱室具备了提供反应气体的气体注入口和保持箱室内部真空状态且反应结束后排除反应气体的真空泵及气体排除口。还有在上述箱室内部有放晶片或玻璃基片等样品的夹盘，在箱室上安装连结高频电源的天线。在上述天线和箱室之间安装绝缘膜以减少天线和等离子体之间的电容耦合，从而帮助来自高频电源的能量通过感应耦合传送到等离子体。该感应耦合等离子体发生器于是可有如下动作。也就是说，首先通过真空泵排气使箱室内部真空化，从气体注入口导入产生等离子体的反应气体，且保持必要的压力。接着从高频电源向上述天线施加高频功率。传统感应耦合等离子体发生器使用了单一螺旋形天线或数个单个电极形天线。从而，因无线电频率RF的功率而形成了同天线所在平面垂直的随着时间变化的磁场。这种随着时间变化的磁场在箱室内形成感应电场。电子被加热并被导入电场，形成与天线感应耦合的等离子体。这样电子与周边的中性气体碰撞产生离子及原子团等，把它们利用在等离子体蚀刻及沉积中。还有若从另外高频电源向夹盘施加功率，可以控制射向样品的离子能量。多条线构成了螺旋形结构的天线，它们彼此串联，每条感应线圈上流动的电流量是固定的。这时调节感应电场分布较困难。箱室内壁上离子及电子的损失造成等离子体中心部的高密度，接近箱室内壁部分等离子体密度下降。所以很难保持均匀等离子密度。还有，天线的每条感应线圈是串联的，随着天线电压下降大，这增加了与等离子体电容耦合影响。随着电功率下降，也难以保持等离子体均匀性。下面，在分别连接不同相位三个高频电源的三个单个电极结构天线中，接近各单个电极处等离子体密度高，越接近箱室中央部等离子体密度越低，所以难以确保等离子体均匀性，很难处理大面积的实验体。还有，使用各自独立工作的电源，所以增加了费用，理由是一个独立阻抗匹配电路应当用于单个电极，以得到一个有效利用电能的阻抗匹配状态。本申请人旨在消除这种弊端，曾申请过有关等离子体发生器的专利，专利号为大韩民国第2000-65696号，这种感应耦合等离子体发生器，独立形成外部天线和内部天线。在上述外部天线和内部天线一端分别组成一次感应线圈和二次感应线圈，使此一次感应线圈和二次感应线圈形成相互感应作用。当向外部天线提供无线电频率RF功率，随着一次感应线圈和二次感应线圈的相互感应作用，使具有二次感应线圈的内部天线也能得到与外部天线相同频率的功率。向内部天线提供的功率可以通过调节一次感应线圈和二次感应线圈间的交叉率或铁氧体磁芯轴向移动来进行。另外，在上述的等离子体发生器中由环型天线的结构性问题产生箱室内部等离子体的密度分布不均匀的问题，即从图1所示的传统环型天线A-A`线及B-B`线剖面上看，等离子体密度在天线1的中间部分形成等离子体密度相对高的区域Z，天线带电端及接地端出现相对低的等离子体密度，从中发现在A-A`线及B-B`线剖面上等离子体密度分布相互不对称也不均匀。这种等离子体密度分布沿着旋转方向发生非对称的原因是天线带电端施加较高电压，发生离子损失，造成等离子体下降。同时环型天线断开部分，即带电端和接地端之间电流流量为零(0)，所以不发生感应电场，从而这部分的等离子体产生变弱，导致等离子体密度下降。还有，传统天线因为施加高电压，等离子体内形成降低半导体元件产量的粉状粒子。
技术实现思路
为解决上述弊端，本专利技术提供了一种等离子体发生器，它改进了等离子体发生器天线结构，不施加高电压即可防止粉状粒子的产生，可以使天线全区分布均匀的电压，使箱室内部的等离子体密度分布沿着旋转方向对称并均匀产生，从而可以有效加工大尺寸晶片或大面积平面显示器等离子体。为了实现此目的，本专利技术提供一种沿着旋转方向产生均匀等离子体密度的感应耦合等离子体发生器天线结构，这种感应耦合等离子体发生器天线一端形成接收无线电频率RF电源的带电端，另一端接地，其特征在于；上述天线至少并联安装2个环型天线，每个天线带电端和接地端以天线中心为准分布在对称位置并相互交叉，每个天线带电端和接地端分布在箱室远处，每个天线中间部分位于箱室近处。本专利技术中，由于各个天线为并联，从而降低了总阻抗，解决了电压不均问题，同时用低电压也可以达到均匀的电压分布，因此防止施加高电压引起的产量下降。并联天线可以设置在内侧和外侧，可以制造宽天线，因此可以进行大尺寸工序。在本专利技术具体实施例中，彼此垂直交叉设置在扁平型箱室上的各个天线，使箱室内形成沿着旋转方向均匀的等离子体密度。本专利技术的另外一个实施例中提供一种天线，其结构适用于等离子体处理诸如液晶显示器(LCD)、等离子显示器(PDP)或者有机电激发光显示器(有机EL)大型矩形平面显示器表面。在该天线结构中，内部天线和外部天线，各自形状为矩形，并且彼此并联。内部天线以两个矩形天线双层环状对称重叠设置，从而使电感匹配容易。外部天线由具有L字型的四个天线构成，每个天线有两个边，双层环形对称设置，从而使电感匹配容易。为了有效地减弱电场，设置各个天线，这些天线形成内外部天线，以便使带电端分布在箱室最远处，接地端分布在箱室最近处，从而使等离子体均匀度提高，以及使安装在天线和箱室之间绝缘体内壁上少产生沉积，延长设备的清洁周期，延长设备寿命。附图说明图1是传统等离子体发生器天线结构平面图；图2是图1的A-A`及B-B`剖面上等离子体密度分布曲线图；图3是根据本专利技术一实施例的等离子体发生器天线结构透视简要图；图4是根据本专利技术一实施例的安装天线的感应耦合等离子体发生器剖面图；图5是图2的曲线图，图示了沿C-C`及D-D`剖面上等离子体密度分布；图6是本专利技术另一个实施例的天线透视图；图7是本专利技术又一个实施例的天线透视图；图8是安装图7所示天线的感应耦合等离子体发生器剖面图；图9是本专利技术又一个实施例的天线透视图；图10是本专利技术又一个实施例的天线安装状态图；图11表示，为了可以在液晶显示器(LCD)，等离子显示器(PDP)或有机电激发光显示器(有机EL)等大面积加工物处理中适用，把本专利技术的天线制造成长方形结构的一实施例透视图；图12是图11的平面图。具体实施例方式下面参照附图详细说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种感应耦合等离子体发生器天线结构，该天线结构的一端形成施加无线电频率ＲＦ功率的带电端，另一端接地，其特征在于：　　　　至少２个环型天线单元彼此电并联地布置；　　　　各天线的带电端和接地端相对于天线中心对称布置；　　　　各天线相互交叉设置以便其带电端和接地端设置在远离箱室处，而其中心部分则设置在靠近箱室处。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李容官，李相元，严世勳，
申请(专利权)人：株式会社普来马特，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]