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CN1577730A - 使用混合耦合等离子体的装置 - Google Patents

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Abstract

一种混合耦合等离子体型装置，包括：一具有一注气单元的腔室；一位于该腔室中的静电夹盘；一位于该注气单元上的绝缘盘；一高频产生器；一连接到该高频产生器的阻抗匹配电路；以并联方式连接到该阻抗匹配电路的第一和第二天线，该高频产生器的一功率被提供到该第一和第二天线；一以串联方式连接到该第一和第二天线中的一个上的板形电极，该高频产生器的该功率被提供到该电极；和一位于该高频产生器与该第一和第二天线中的一个之间的功率分配器。

Description

使用混合耦合等离子体的装置
本专利申请案要求2003年7月14日提交的第2003-0047847号韩国专利申请案的权利，且将该案以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种用于制造半导体设备的装置，具体而言，其涉及一种使用具有电感耦合等离子体(ICP)和电容耦合等离子体(CCP)属性的混合耦合等离子体(HCP)的装置。
背景技术
随着与半导体设备有关的工业的发展，已经研究出一种具有高容量和高功能的用于制造半导体设备的装置。因此，需要在有限的区域中集成更多数目的元件。此外，在半导体设备的制造领域中已经研究和发展出超精细图案化和高集成的技术。
为了获得具有超精细图案化和高集成的半导体设备，一种使用通过激活反应气体而获得的等离子体的技术被广泛应用于半导体设备的制造过程中。在半导体设备的制造过程中，处于等离子体状态的反应气体的阳离子或根被用来将一层沉积或蚀刻在基板的一预定区域中。一种半导体设备的制造装置包括一形成等离子体的腔室。依照形成等离子体的方法，可将该装置的腔室分类为电容耦合等离子体(CCP)型和电感耦合等离子体(ICP)型。
图1是依照相关技术的半导体设备的ICP型制造装置的示意图。在图1中，ICP型制造装置包括一具有一排气孔的腔室10，一注气单元20，一天线30和一静电夹盘60。经注气单元20将反应气体喷入腔室10之内，且向天线30提供一电源功率。将一基板″W″加载在一获得偏压功率的静电夹盘60上。此外，将一电源射频(RF)产生器50和一电源阻抗匹配盒40连接到腔室10。电源RF产生器50向天线30提供电源功率，且电源阻抗匹配盒40将一负载阻抗匹配到连接至电源RF产生器50的连接电缆的特性阻抗。而且，将一偏压RF产生器80和一偏压阻抗匹配盒70连接到静电夹盘60。偏压RF产生器80将偏压功率提供给静电夹盘60，且偏压阻抗匹配盒70将一负载阻抗匹配到连接至偏压RF产生器80的连接电缆的特性阻抗。
在将基板″W″设置在静电夹盘60上之后，用静电力将基板″W″固定在静电夹盘60上。然后，将反应气体注入腔室10内。同时，向天线30提供电源功率，且并向静电夹盘60提供偏压功率。反应气体被电源功率和偏压功率激活，以形成等离子体″P″。等离子体″P″中的阳离子冲上基板″W″，且与之碰撞而形成或蚀刻一层。
因为具有较高的等离子体密度和较低的离子能量分布，半导体设备的ICP型制造装置具有较高的生产产量，且损坏基板的可能性更低。然而，等离子体密度在腔室的中央部分是均匀的，且在腔室的边界部分是不均匀的。随着基板的扩大，位于中央部分和边界部分中的均匀度差别可能进一步恶化制造过程的可靠度。
图2是依照相关技术的半导体设备的CCP型制造装置的示意图。在图2中，CCP型制造装置包括一具有一排气孔的腔室12、一注气单元22、一板形的上电极32和一作为下电极的静电夹盘62。经注气单元22将反应气体喷入腔室12内，且一向上电极32提供电源功率。将基板″W″加载在一获得偏压功率的静电夹盘62上。此外，将一电源RF产生器52和一电源阻抗匹配盒42连接到腔室12。电源RF产生器52将电源功率提供到上电极32，且电源阻抗匹配盒42将一负载阻抗匹配到连接至电源RF产生器52的连接电缆的特性阻抗。此外，将一偏压RF产生器82和一偏压阻抗匹配盒72连接到静电夹盘62。偏压RF产生器82将偏压功率提供到静电夹盘62，且偏压阻抗匹配盒72将一负载阻抗匹配到连接至偏压RF产生器82的连接电缆的特性阻抗。
在将基板″W″设置在静电夹盘62上之后，清空腔室12，且将反应气体注入腔室12内。然后，通过将电源RF功率和偏压RF功率分别应用到上电极32和静电夹盘62而在上电极32与静电夹盘62之间产生一个电场。
在半导体设备的CCP型制造装置中，因为离子具有高能量，所以将由高强度电场产生的离子用于蚀刻过程。然而，因为它们的高能量，这些离子不能用于低压下的化学气相沉积(CVD)过程和溅镀过程。具体而言，因为在CCP型装置中产生的等离子体具有高鞘电压、高自偏压和高等离子体阻抗，所以该等离子体可能进一步损坏基板。
发明内容
因此，本发明针对一种混合耦合等离子体型装置，其可以实质上消除由于相关技术的限制和缺点而引起的一个或多个问题。
为克服上文描述的问题，本发明提供一种具有ICP型装置和CCP型装置的优点的混合耦合等离子体(HCP)型装置。
本发明的额外特点和优点将在下文的描述中得到阐明，且将部分从描述中变得显而易见，或可通过本发明的实践而获悉。本发明的该等目的和其他优点将通过书面描述和其权利要求以及附图中所特定指出的结构来实现和获得。
为了实现这些和其他目的，且根据本发明的目的，如同具体实施例以及广义描述所示，一种混合耦合等离子体型装置包括：一具有一注气单元的腔室；一位于该腔室中的静电夹盘；一位于该注气单元上的绝缘盘；一高频产生器；一连接到该高频产生器的阻抗匹配电路；以并联方式连接到该阻抗匹配电路的第一和第二天线，该高频产生器的功率被提供到该第一和第二天线；一以串联方式连接到该第一和第二天线之一上的板形电极，该高频产生器的功率被提供到该电极；以及一位于该高频产生器与该第一与第二天线之一之间的功率分配器。
另一方面，一种混合耦合等离子体型装置包括：一腔室；一位于腔室中的夹盘；一位于静电夹盘上的注气单元；一位于该注气单元上的绝缘盘；一位于该绝缘盘上的天线；一位于该天线上的电极；一连接到该天线和该电极的电源阻抗匹配电路；一连接到该电源阻抗匹配电路的电源产生器；一位于该电源阻抗匹配电路与该天线之间的功率分配器；一连接到该夹盘的偏压阻抗匹配电路；和一连接到该偏压阻抗匹配电路的偏压产生器。
应该理解，上文的大致描述和下文的详细描述都是示范性和说明性的，且旨在对权利要求所主张的发明提供进一步的解释。
附图说明
附图的目的在于为本发明提供进一步的理解，且被并入本文中以构成本说明书的一部分，这些附图说明了本发明的实施例，且与描述部分一起用来阐述本发明的原理。
在附图中：
图1是依相关技术的半导体设备的ICP型制造装置的示意图；
图2是依相关技术的半导体设备的CCP型制造装置的示意图；
图3是依本发明的一个实施例的混合耦合等离子体(HCP)型装置的示意图；
图4A是依本发明的一个实施例的HCP型装置的天线的示意图；
图4B是图4A的等效电路图；
图5A是依本发明的另一实施例的HCP型装置的天线的示意图；
图5B是图5A的等效电路图；以及
图6是依本发明的另一实施例的HCP型装置的天线的等效电路图。
具体实施方式
现将具体参考本发明在附图中得到图示说明的实施例。将尽可能在各附图中使用相同的参照数字来表示相同或相似的部件。
图3是依照本发明的一个实施例的混合耦合等离子体(HCP)型装置的示意图。
在图3中，HCP装置包括一具有一排气孔的腔室100，一静电夹盘600，一注气单元200，一绝缘盘320，一天线340和一板形电极360。可将该静电夹盘600设置在腔室100的底部部分，且将基板″W″加载在静电夹盘600上。可将注气单元200设置在腔室100的顶部，且将绝缘盘320设置在注气单元200上。此外，将一电源射频(RF)产生器500和一电源阻抗匹配盒(I.M.B.)400连接到天线340和电极360，且将一偏压RF产生器800和一偏压阻抗匹配盒700连接到静电夹盘600。经注气单元200将反应气体喷入腔室100内。将绝缘盘320用来产生最佳状态的等离子体。因为RF电场的传输取决于介电材料的介电常数，所以可通过绝缘盘320控制到达反应气体的功率传输。举例来说，绝缘盘320可由陶瓷制成。
向天线340和电极360提供一电源RF功率，且向静电夹盘600提供一偏压功率。可经过一可变电容器380将天线340连接到电源阻抗匹配盒400。
图4A是依照本发明的一个实施例的HCP型装置的天线的示意图，且图4B是图4A的等效电路图。
在图4A和4B中，天线340包括以并联方式连接到一电源匹配盒400的第一和第二子天线340a和340b。将该第一和第二子天线340a和340b设置在绝缘盘320上，且可构成同心环，其中第二子天线340b围绕第一子天线340a。该第一子天线340a包括第一和第二端341和342，且该第二子天线340b包括第一和第二端343和344。该第一子天线340a的第一端341是接地的，且该第一子天线340a的第二端342穿过天线340上的电极360的一个孔被连接到电源阻抗匹配盒400。因为该第一子天线340a在电极360的孔处接触到电极360，所以该第一子天线340a被电连接到电极360。此外，该第二子天线340b的第一端343是接地的，且该第二子天线340b的第二端344被连接到可变电容器(CR)380。可变电容器(CR)380起到一功率分配器的功能，将电源RF产生器500的电源RF功率分配给第一和第二子天线340a和340b及电极360。
该第一和第二子天线340a和340b可由一中空管制成，且该第一和第二子天线340a和340b的一个表面上可涂覆有银。此外，可将该第一和第二子天线340a和340b设置在一单一平面上。电极360对应于CCP型装置的上电极，且电极360的形状可能根据绝缘盘320和天线340的排列而变化。电极360可平行于由该第一和第二子天线340a和340b所构成的平面。
可变电容器(CR)380控制流经天线340的电流以从ICP型、CCP型以及HCP型中选择一种类型，用来从腔室100中的反应气体形成等离子体。HCP型具有ICP型和CCP型两者的属性。与ICP组件相对应的平行谐振电感耦合型等离子体阻抗和与CCP组件相对应的电容耦合型等离子体阻抗可能通过可变电容器(CR)380而在绝对值和相位方面发生变化。因此，ICP组件以及CCP组件的电流和电压可通过可变电容器(CR)380加以控制。
第一子天线340a的电阻、电容和电感可由一第一阻抗602和电阻所代表，第二子天线340b的电容和电感可由第二阻抗604所代表。电极360和静电夹盘600之间的电容可由第一电容器″CF″所代表，且电极360和天线340之间的杂散电容可由第二电容器″CS″所代表。
图5A是依照本发明的另一实施例的HCP型装置的天线的示意图，且图5B是图5A的等效电路图。
在图5A和5B中，天线340包括以并联方式连接到一电源匹配盒400的第一、第二和第三子天线340a、340b和340c。将该第一、第二和第三子天线340a、340b和340c设置在绝缘盘320上，且可构成同心环，其中该第三子天线340c围绕该第一子天线340a，而该第二子天线340b包围第三子天线340c。因此，第三子天线340c被设置在第一和第二子天线340a和340b之间。该第一、第二和第三子天线340a、340b和340c中的每一个都包括第一和第二端。将该第一和第三子天线340a和340c的第一端342和346穿过电极360的孔连接到电源阻抗匹配盒400，且该第一和第三子天线340a和340c的第二端341和345都是接地的。因为该第一和第三子天线340a和340c在电极360的洞处接触到电极360，所以该第一和第三子天线340a和340c被电连接到电极360。此外，该第二子天线340b的第一端343是接地的，且该第二子天线340b的第二端344被连接到可变电容器(CR)380。可变电容器(CR)380起到一功率分配器的功能，将电源RF产生器500的电源RF功率分配到第一子天线340a、第二子天线340b、第三子天线340c以及电极360。
该第一、第二和第三子天线340a、340b和340c可由一中空管制成，且该第一、第二和第三子天线340a、340b和340c的一个表面上可涂覆有银。此外，可将该第一、第二和第三子天线340a、340b和340c设置在一单一平面上。电极360对应于CCP型装置的上电极，且电极360的形状可根据绝缘盘320和天线340的排列而变化。电极360可平行于由该第一、第二和第三子天线340a、340b和340c所构成的平面。
可变电容器(CR)380控制流经天线340的电流以从ICP型、CCP型和HCP型中选择一种类型，用来从腔室100中的反应气体形成等离子体。HCP型具有ICP型和CCP型两者的属性。与ICP组件相对应的平行谐振电感耦合型等离子体阻抗和与CCP组件相对应的电容耦合型等离子体阻抗可通过可变电容器(CR)380而在绝对值和相位方面发生变化。因此，ICP组件和CCP组件的电流和电压可通过可变电容器(CR)380加以控制。
该第一子天线340a的电阻、电容和电感可由第一阻抗602和电阻所代表，该第二子天线340b的电容和电感可由第二阻抗604所代表。而且，该第三子天线340c的电阻、电容和电感可由第三阻抗612所代表。电极360与静电夹盘600之间的电容可由第一电容器″CF″所代表，且电极360与天线340之间的杂散电容可由第二电容器″CS″所代表。
图6是根据本发明的另一实施例的HCP型装置的天线的等效电路图。
尽管未在图6中显示，但是天线可包含以并联方式连接到一电源匹配盒400的第一、第二、第三和第四子天线。该第一、第二、第三和第四子天线可构成同心环，其中将该第三和第四子天线设置在第一和第二子天线之间。该第一、第二、第三和第四子天线中的每一个都包含第一和第二端。该第一、第三和第四子天线的第一端可穿过该电极的孔而连接到电源阻抗匹配盒400，且该第一、第三和第四子天线的第二端为接地的。由于该第一、第三和第四子天线在该电极的孔处接触到电极，因此，该第一、第三和第四子天线被电连接到该电极。此外，该第二子天线的第一端可为接地的，且该第二子天线的第二端可连接到可变电容器“CR”。该可变电容器“CR”起到功率分配器的作用，将电源RF产生器500的电源RF功率分配到该第一子天线、第二子天线、第三子天线、第四子天线和电极。
每一个子天线可由一中空管制成，且可每一个子天线的一个表面上可涂覆有银。此外，可将该第一、第二、第三和第四子天线设置于一单一面上。该电极对应于CCP型装置的上电极，且该电极的形状可根据绝缘盘和天线的排列而变化。该电极可平行于由该第一、第二、第三和第四子天线所构成的平面。
可变电容器“CR”控制流经天线的电流以从ICP型、CCP型和HCP型的中选择一种类型，用来从腔室中的反应气体形成等离子体。该HCP型具有ICP型和CCP型两者的属性。与ICP组件相对应的平行谐振电感耦合型等离子体阻抗和与CCP组件相对应的电容耦合型等离子体可通过可变电容器“CR”而在绝对值和相位方面发生变化。因此，ICP组件和CCP组件的电流和电压可通过可变电容器“CR”加以控制。
该第一子天线的电阻、电容和电感可由第一阻抗602来代表，且该第二子天线的电阻、电容和电感可由第二阻抗604来代表。此外，该第三子天线的电阻、电容和电感可由第三阻抗612来代表，该第四子天线的电阻、电容和电感可由第四阻抗622来代表。电极与静电夹盘之间的电容可由第一电容器“CF”来代表，且电极与天线之间的杂散电容可由第二电容器“CS”来代表。
尽管未在图中显示，但是可将两个以上的多个子天线设置在第一与第二子天线之间，且可将可变电容器连接到除第二子天线之外的其它子天线。
参考图3至图6，根据本发明的HCP型装置的操作将在后文加以说明。在将基板“W”置于一静电夹盘600上之后，通过一静电力将该基板固定在静电夹盘600上。然后，通过注气单元200将反应气体注入腔室100中。同时，向天线340提供一电源功率，且向静电夹盘600提供一偏压功率。该静电夹盘600和该天线340起到对应于相关技术ICP型装置的等离子体产生单元的作用，且该电极360和该静电夹盘600起到对应于相关技术CCP型装置的等离子体产生单元的作用。因此，反应气体被电源功率和偏压功率激活以在腔室100中形成等离子体“P”。该等离子体“P”可具有一强氧化力。等离子体“P”中的阳离子冲上基板“W”并与之碰撞以形成或蚀刻一层。
根据本发明的HCP型装置可用作ICP型、CCP型和具有ICP型和CCP型两者的属性的HCP型中的一种类型，这是通过基于基板的种类与尺寸和/或反应气体的种类来控制连接到一天线上的可变电容器而得以实现的。例如，当可变电容器具有高电容时，等离子体可接近一ICP型等离子体，且当可变电容器具有低电容时，等离子体可接近一CCP型等离子体。因此，根据本发明的HCP型装置可通过一可变电容器而在ICP型、CCP型和HCP型中的一种类型上进行操作。
所属领域的技术人员将了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况将可对本发明进行各种修正和改变。因此，本发明旨在涵盖本发明的该等修正和改变，只要该等修正和改变属于随附的权利要求及对等内容的范围之内。

Claims (19)

1.一种混合耦合等离子体型装置，包括：
一具有一注气单元的腔室；
一位于该腔室中的静电夹盘；
一位于该注气单元上的绝缘盘；
一高频产生器；
一连接到该高频产生器的阻抗匹配电路；
以并联方式连接到该阻抗匹配电路的第一和第二天线，该高频产生器的一功率被提供至该第一和第二天线；
一以串联方式连接到该第一和第二天线中的一个上的板形电极，该高频产生器的该功率被提供至该电极；和
一位于该高频产生器和该第一与第二天线中的一个之间的功率分配器。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于一基板被加载在该静电夹盘上。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该高频产生器是一射频产生器。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该电极被设置在该第一和第二天线上，以与一由该第一和第二天线所构成的平面平行。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该功率分配器是一可变电容器。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于该可变电容器具有一用于电感耦合等离子体的第一电容和一用于电容耦合等离子体的第二电容，且该第一电容高于该第二电容。
7.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括至少一个置于该第一与第二天线之间的天线，其中该至少一个天线、该第一和该第二天线被以并联方式连接到该阻抗匹配电路。
8.一种混合耦合等离子体型装置，包括：
一腔室；
一位于该腔室中的夹盘；
一位于该静电夹盘上的注气单元；
一位于该注气单元上的绝缘盘；
一位于该绝缘盘上的天线；
一位于该天线上的电极；
一连接到该天线和该电极上的电源阻抗匹配电路；
一连接到该电源阻抗匹配电路上的电源产生器；
一位于该电源阻抗匹配电路与该天线之间的功率分配器；
一连接到该夹盘上的偏压阻抗匹配电路；和
一连接到该偏压阻抗匹配电路上的偏压产生器。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于该功率分配器是一可变电容器。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于该电极具有一板形。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于该天线包含以并联方式连接到该电源阻抗匹配电路上的第一和第二子天线。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于该第一和第二子天线具有同心环形状。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于该电极与一由该第一和第二子天线构成的平面平行。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于该第二子天线围绕该第一子天线。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于该电极具有一孔，且该第一子天线的一第一端穿过该孔被连接到该电源阻抗匹配电路上。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于该第二子天线的一第一端被连接到该功率分配器上。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于该第一和第二子天线的第二端是接地的。
18.根据权利要求12所述的装置，进一步包含至少一个在该第一与第二子天线之间的第三子天线。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于该至少一个第三子天线、该第一天线和该第二天线被以并联方式连接到该阻抗匹配电路上。
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