基板处理设备的天线布置结构以及基板处理设备的制作方法

本申请分别要求于2015年11月20日和2016年7月6日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2015-0163489和10-2016-0085397的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及一种基板处理设备的天线布置结构以及一种具有所述天线布置结构的基板处理设备。更具体地，本发明涉及一种在通过产生等离子体而处理基板的基板处理设备中能够改进基板处理均匀性的天线布置结构以及一种具有所述天线布置结构的基板处理设备。

背景技术：

在制造半导体中，等离子体用于在基板上形成薄膜或处理所需图案。作为使用等离子体的基板处理的代表性实例，可以包括等离子体增强化学气相沉积(PECVD)处理和等离子体刻蚀处理。

根据产生等离子体的方法，等离子体处理设备可以分成电容耦合等离子体(CCP)型和电感耦合等离子体(ICP)型。在CCP型等离子体处理设备的情况下，上电极设置在用于形成等离子体的处理室上，而下电极设置在基板支撑件或卡盘下方，基板或基板托盘装载在基板支撑件或卡盘上。相反，在ICP型等离子体处理设备的情况下，用于产生等离子体的天线结构设置在处理室的顶部上或周围。

ICP型等离子体基板处理设备包括：处理室，其形成在其中通过使用等离子体处理基板的空间；基板支撑件，其设置在处理室中，并且基板装载在其上；天线，其设置在处理室的顶部上，并且在处理室中形成等离子体；匹配单元，其将射频(RF)电源供应给天线并执行阻抗匹配；等等。

在使用等离子体的基板处理设备的基板处理中，处理室中的等离子体均匀性是很重要的。当等离子体在处理室中形成得不均匀时，基板的处理结果根据基板装载在基板支撑件上的位置而变化，以致产生缺陷。

在ICP型等离子体基板处理设备的情况下，可以通过布置和形成用于产生等离子体的天线来改变室中的处理条件和状态。但是，在现有技术中的ICP型等离子体基板处理设备内，由于天线的布置特性，等离子体密度在支撑基板的基板支撑件的中心侧处高，并且等离子密度朝向边缘降低，因此，在处理室中没有实现均匀的等离子体密度。

处理室中的等离子体密度的不均匀性降低了基板处理的一致性，并且基板的处理结果根据基板在基板支撑件上的位置而变化，以致引起缺陷。

技术实现要素：

已经努力做出本发明以提供一种基板处理设备的天线布置结构以及一种具有所述天线布置结构的基板处理设备，所述基板处理设备能够在处理室中均匀地处理基板。

本发明的示例性实施例提供一种基板处理设备的天线布置结构，基板处理设备通过使用等离子体而执行基板处理，天线布置结构包括：天线，其包括设置为基于中心点CP的同心圆的多个天线线圈；以及密度调整板，其调整多个天线线圈的半径，或至少部分地屏蔽在多个天线线圈中产生的感应磁场，以调整处理室中的等离子体密度。

多个天线线圈可以包括第一天线线圈、第二天线线圈、第三天线线圈以及第四天线线圈，并且设置为使得：相对于从第一天线线圈的中心点的半径，第二天线线圈的半径设定为118％至123％，第三天线线圈的半径设定为139％至145％，而第四天线线圈的半径设定为155％至170％。

相对于第一天线线圈的半径，第二天线线圈的半径可以设定为119％至122％，第三天线线圈的半径可以设定为130％至143％，而第四天线线圈的半径可以设定为159％至165％。

第一天线线圈、第二天线线圈、第三天线线圈以及第四天线线圈中的每一个可以在预定位置处被切开，并且供电单元可以连接到一个端部，而地线可以连接到另一个端部。

当设定从中心点沿半径方向延伸的标准线CL，并且第一转角是140°时，第二转角可以被设定为10°至50°，第一转角是从标准线沿顺时针方向至第一天线线圈被切开的第一端部的一个角，第二转角是从标准线沿顺时针方向至第二天线线圈被切开的第二端部的一个角。

第三转角可以被设定为190°至230°，第三转角是从标准线沿顺时针方向至第三天线线圈被切开的第三端部的一个角。

第四转角可以被设定为300°至310°，第四转角是从标准线沿顺时针方向至第四天线线圈被切开的第四端部的一个角。

第一至第四天线线圈可以具有四边形的横截面，并且四边形形状的宽度和高度的尺寸可以是从第一天线线圈的中心点的半径的8％至14％。

第一天线线圈可以设置在最高的平面上，而第二天线线圈、第三天线线圈以及第四天线线圈可以顺序地设置在较低的平面上。

多个孔可以形成在密度调整板上。

具有比密度调整板的直径小的直径的圆形空间可以形成在密度调整板的中心处。

可以通过减小密度调整板的整体直径与圆形空间的直径的比而增加均匀性。即，当圆形空间的直径相同时，可以通过减小密度调整板的整体直径而增加均匀性。

本发明的另一个示例性实施例提供一种基板处理设备，所述基板处理设备包括：处理室，其具有用于基板处理的空间；基板支撑件，其定位在处理室中，并且基板加载在其上；以及头单元，其覆盖处理室的顶部，其中，第一至第四天线线圈的布置结构包括在头单元中。

根据本发明的示例性实施例，可以通过改进天线布置结构而改善处理室中的基板处理的均匀性。

因此，可以降低缺陷率，并且提高基板处理效率。

通过在用于产生等离子体的天线结构中安装密度调整板还有利于便于应用，以容易改变结构并能够良好地进行等离子体密度调整。

上述发明内容仅是说明性的，而不意图以任何方式进行限制。除了上述的说明性的方面、实施例和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，其他方面、实施例和特征将变得显然。

附图说明

图1是根据本发明的示例性实施例的基板处理设备的截面图。

图2是示出了根据本发明的示例性实施例的基板处理设备中的天线布置结构的平面图。

图3是示出了根据本发明的示例性实施例的基板处理设备中的天线布置结构的截面图。

图4是用于描绘根据本发明的示例性实施例的基板处理设备中的天线布置结构的示图。

图5是示出了本发明的装载基板的基板托盘的示图。

图6是示出了根据本发明的另一个示例性实施例的基板处理设备中的天线布置结构的示图。

图7是示出了根据本发明的又一个示例性实施例的基板处理设备中的天线布置结构的示图。

图8至图11是示出了包括在根据本发明的示例性实施例的基板处理设备的天线布置结构中的密度调整板的实例的示图。

图12是示出了通过设置包括在根据本发明的示例性实施例的基板处理设备的天线布置结构中的密度调整板的一个实例执行等离子体刻蚀的结果的示图。

图13是示出了通过设置包括在根据本发明的示例性实施例的基板处理设备的天线布置结构中的密度调整板的另一实例执行等离子体刻蚀的结果的示图。

应当理解的是，附图不一定是按比例的，而是呈现本发明的基本原理的各种特征说明的稍作简化的表示。如本文所公开的本发明的具体设计特征(包括诸如具体的尺寸、方向、位置和形状)将部分地由特定的预定应用和使用环境来确定

在图中，附图标记在附图的全部几个图中表示本发明的相同或等同部件。

具体实施方式

下文将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。

首先，在表示相应图的构成元件的附图标记中，尽管相同的元件在不同的图中被示出，但它们将由相同的附图标记来表示。另外，在以下描述中，可以省略已知的现有技术的详细解释，以避免不必要地模糊本发明的主题。另外，在下文中，将描述本发明的示例性实施例。但是，应当理解的是，本发明的技术主旨不限于具体实施例，而是可以被本领域技术人员改变或修改。

图1是根据本发明的示例性实施例的基板处理设备的截面图。

基板处理设备1可以包括：处理室3，其形成用于基板处理的空间；基板支撑件7，其定位在处理室3中，并且基板5装载在其上；喷头9，其用于供应处理气体；以及头单元10，其覆盖处理室3的顶部。

在头单元10中，包括用于在处理室3中产生等离子体的天线20。另外，基板处理设备1还可以包括匹配单元(未示出)，匹配单元将RF电源供应给天线20，并且执行阻抗匹配。

可以通过包括至少一个天线线圈而形成天线20。在示例性实施例中，可以通过包括形成同心圆的多个天线线圈来形成天线20。

图2是示出了根据本发明的示例性实施例的基板处理设备中的天线布置结构的平面图(从头单元的内部看的平面图)，而图3是示出了根据本发明的示例性实施例的基板处理设备中的天线布置结构的截面图。

参见图2和图3，可以通过包括形成基于中心点CP的同心圆的多个天线线圈22、24、26和28来形成本发明的天线20。

在示例性实施例中，多个天线线圈22、24、26和28包括具有最小半径的第一天线线圈22、设置在第一天线线圈22外侧处的第二天线线圈24、设置在第二天线线圈24外侧处的第三天线线圈26以及设置在第三天线线圈26外侧处并具有最大半径的第四天线线圈28。

在示例性实施例中，第一至第四天线线圈22、24、26和28可以设置在同一平面上。另外，在另一示例性实施例中，第一至第四天线线圈22、24、26和28可以设置在具有高度差的不同平面上。在此情况下，参见图3，以第四天线线圈28设置在最低平面上并且第一天线线圈22设置在最高平面上的相同方式，可以逐步地设置第四天线线圈28至第一天线线圈22。

同时，为了将多个天线线圈22、24、26和28固定到头单元10，可以设置包括绝缘子的一个或更多个线圈固定构件30a和30b。线圈固定构件30a和30b不限于图2中所示的形状，而是可以具有将天线线圈22、24、26和28固定到头单元10内部的各种形状。

每个天线线圈22、24、26和28都具有部分切口形状，并且每个天线线圈的一个端部通过第一至第四供电单元32、34、36和38连接到RF电源，而另一个端部通过第一至第四接地单元42、44、46和48接地。

参见图3，每个天线线圈22、24、26和28的横截面可以形成为四边形形状(在图3中具有宽度w和高度h)，并且在示例性实施例中，每个天线线圈22、24、26和28的横截面可以形成为正方形形状(w＝h)。但是，在本发明的示例性实施例中，每个天线线圈22、24、26和28的横截面可以形成为非四边形的形状，如圆形或椭圆形。

图4是用于描绘根据本发明的示例性实施例的基板处理设备中的天线布置结构的示图。

在本发明的示例性实施例中，每个天线线圈22、24、26和28设置为形成基于中心点CP的同心圆。另外，每个天线线圈22、24、26和28具有环形形状，所述环形形状具有打开的一侧。

从中心点CP到第一天线线圈22的宽度中心的半径由R1表示，从中心点CP到第二天线线圈24的宽度中心的半径由R2表示，从中心点CP到第三天线线圈26的宽度中心的半径由R3表示，并且从中心点CP到第四天线线圈28的宽度中心的半径由R4表示。

第一天线线圈22与第二天线线圈24之间的距离由d1表示，第二天线线圈24与第三天线线圈26之间的距离由d2表示，并且第三天线线圈26与第四天线线圈28之间的距离由d3表示。

参见图4，标准线CL以从中心点CP的12点钟方向来表示，并且从标准线CL起沿顺时针方向最先示出的天线线圈22、24、26和28的端部分别被称为第一端部22a、第二端部24a、第三端部26a和第四端部28a。在此情况下，从标准线CL到天线线圈22、24、26和28的角由第一转角θ1、第二转角θ2、第三转角θ3和第四转角θ4来表示。

为了改进处理室中的基板处理的均匀性，虽然保持其他处理条件不变，但是改变了天线线圈22、24、26和28的布置，并且执行等离子体刻蚀处理。

常用的刻蚀处理条件如表1所示。

[表1]

对于刻蚀处理，如图5所示，2英寸的蓝宝石基板装载在基板托盘100的27个袋102上。

根据表1所示的处理条件，改变天线线圈22、24、26和28的布置并且执行等离子体刻蚀处理。

测试实例1

首先，为了根据天线线圈22、24、26和28的半径变化验证处理均匀性，每个天线线圈22、24、26和28的横截面为具有12mm的宽度和高度的正方形，并且转角分别设定为θ1＝140°、θ2＝50°、θ3＝230°以及θ4＝310°。

为了验证定位在基板托盘100中心处的基板和远离所述中心的基板的基板处理均匀性，将装载在图5所示的袋之中的#17、#6、#1、#2、#10和#24上的基板的刻蚀程度相互比较。当比较刻蚀程度时，将横截面为近似三角形的刻蚀结构的高度和宽度的均匀性(根据整体平均的偏差)相互比较，并且其结果如表2所示。

[表2]

如表2所示，当相对于第一天线线圈22的半径R1，第二天线线圈24的半径R2是118至123％，第三天线线圈26的半径R3是139至145％，并且第四天线线圈28的半径R4是大约155至170％时，等离子体刻蚀结构的宽度均匀性比较好。如果考虑等离子体刻蚀结构的高度均匀性，当相对于第一天线线圈22的半径R1，第二天线线圈24的半径R2是119至122％，第三天线线圈26的半径R3是130至143％，并且第四天线线圈28的半径R4是大约159至165％时，显示出了更好的刻蚀结果。

测试实例2

基于测试实例2中结果最好的第三时间的结果，调整相应的天线线圈22、24、26和28的转角。在测试实例2中，为了验证基板处理的整体均匀性，将装载在图5所示的袋之中的#1、#4、#6、#8、#10、#12、#13、#17、#21和#24上的基板的刻蚀程度相互比较。

在下面的表3中示出了根据转角的均匀性测试结果。

[表3]

根据表3中的结果，在第一角θ1设定为140°的情况下，当第二转角θ2是10°至50°，第三转角θ3是190°至230°，并且第四转角θ4是300°至310°时，预计示出了良好的结果。具体地，与第三转角θ3或第四转角θ4相比，确定的是，相对于第一角θ1而对第二转角θ2的设定对于处理均匀性具有大的影响。即，当第二转角θ2设定为相对于第一角θ1小130°至90°时，可以改进处理均匀性。

测试实例3

基于根据测试实例1和2的结果，当天线线圈22、24、26和28的从中心点CP的半径应用为在测试实例1中的第三测试中设定值，天线线圈22、24、26和28的转角应用为在测试实例2中的第二测试中设定值，线圈横截面的宽度/高度长度设定为20mm、15mm和10mm，并且天线线圈22、24、26和28的线圈之间的距离d1、d2和d3设定为6mm、11mm和16mm时，测试基板处理均匀性。

在表4中示出了结果。

[表4]

在图4所示的天线布置中，线圈之间的距离d1、d2和d3与相应天线线圈22、24、26和28的半径R1、R2、R3和R4以及天线线圈22、24、26和28的横截面尺寸相关。例如，如同测试实例1中的第三时间，当半径R1、R2、R3和R4增加26mm时，线圈之间的距离d1、d2和d3在天线线圈的横截面具有15mm的宽度和高度时变成11mm。在此情况下，相对于R1的天线线圈的横截面尺寸的比是12％，并且相对于R1的线圈之间的距离的比是8.8％(表4中第二测试的结果)。

在表4中，在第一时间，相对于R1的线圈之间的距离是4.8％，并且线圈横截面尺寸是16％，而在第三时间，相对于R1的线圈之间的距离是12.8％，并且线圈横截面尺寸是8％。

因此，当天线线圈的横截面尺寸基于第一天线线圈22的半径R1具有8至14％的比时，可以实现优良的刻蚀均匀性。

图6是示出了根据本发明的另一个示例性实施例的基板处理设备中的天线布置结构的示图,而图7是示出了根据本发明的又一个示例性实施例的基板处理设备中的天线布置结构的示图。

参见图6,可以以第一天线线圈22的位置最高,并且高度朝向第四天线线圈28依次降低的相同方式设置多个天线线圈22、24、26和28。天线线圈22、24、26和28的阶梯布置可以有助于在基板支撑件7上均匀地保持处理室3中的等离子密度。

参见图7，除了形成同心圆的多个天线线圈22、24、26和28之外，根据本发明的示例性实施例的基板处理设备的天线布置结构还可以包括在第一天线线圈22内的盘形的密度调整板60。在多个天线线圈22、24、26和28中产生的等离子体中，在基板支撑件7的中心处的密度高于在其外侧处的密度。密度调整板60定位在天线20的中心处，以部分地屏蔽由天线20形成的感应磁场，由此防止等离子体密度的增加，并有助于形成整体均匀的等离子体密度。

密度调整板60的直径可以等于或小于第一天线线圈22的内直径。可替代地，密度调整板60可以定位为沿着第一天线线圈22的向下方向至少部分地重叠。

另外，密度调整板60可以定位在比第一天线线圈22低的平面上，或定位在与第一天线线圈22相同或比第一天线线圈22高的平面上。

密度调整板60可以由导电金属制成。在示例性实施例中，密度调整板60可以由诸如铜(Cu)或铝(Al)的导电金属制成。

在本发明中，如上所述，通过调整天线线圈22、24、26和28的布置，在处理室中可以均匀地保持由天线20的多个天线线圈22、24、26和28产生的等离子体的密度。此外，密度调整板60定位在天线20的中心处，以部分地屏蔽由天线20形成的感应磁场，由此防止中心处的等离子体密度的增加，并有助于形成均匀的等离子体密度。

如上所述，发明人通过实验验证，当密度调整板60附加地设置在天线布置结构中时，显示出了比测试实例1至3中的测试结果更优良的等离子体刻蚀均匀性。

同时，密度调整板60可以应用到现有天线结构上，以用来改进等离子体密度的均匀性。

图8至图11是示出了包括在根据本发明的示例性实施例的基板处理设备的天线布置结构中的密度调整板的实例的示图。

在本发明中提出的包括密度调整板60的天线布置结构有助于在处理室3中均匀地形成等离子体密度。在此，等离子体密度被均匀化，以通过等离子体处理来实现晶圆间均匀性(WtWU％)。

通过多个重复的试验和误差，发明人验证了改变密度调整板60的厚度或结构对等离子体处理有影响。

图8示出了具有预定厚度的密度调整板60。密度调整板60具有盘形形状，并且可以通过控制密度调整板60的材料、厚度或直径来调整等离子体密度。

图9示出了完全形成多个孔62的密度调整板60。多个孔62可以均匀地形成在密度调整板60上。通过控制孔62的直径和数量或者密度调整板60的直径或厚度，可以调整等离子体密度。

图10示出了圆形空间64形成在其中心处的密度调整板60。在圆形空间64形成在其中心处的密度调整板60的情况下，可以根据中心处的圆形空间64的影响来调整等离子体密度。在此情况下，可以根据整个密度调整板60的直径与圆形空间64的直径的比来调整等离子体密度。

图11示出了圆形空间64形成在其中心处并且多个孔62形成在板上的密度调整板60。图11所示的密度调整板60设置了图9和图10所示的孔62和圆形空间64。

将描述一个实例，其中多个基板5(使用图5所示的基板托盘100)装载在基板支撑件7上，在设置天线20的多个天线线圈22、24、26和28(使天线线圈22、24、26和28的布置适应现有常规配置)并且设置密度调整板60的情况下，执行等离子体刻蚀处理。

多个基板5装载在不同的位置处，多个基板5之中的晶圆间均匀性(WtW U％)是很重要的。在本发明的示例性实施例中，测试了沿垂直方向以三角形金字塔形状对每个基板5进行刻蚀。图12和图13示出了根据三角形金字塔的高度和底部宽度均匀性的WtW U％。在此，密度调整板60由铜材料制成。

图12是示出了通过使用根据本发明的示例性实施例的天线布置结构的实例而执行等离子体刻蚀的结果的示图。

图12示出了当图8所示的密度调整板60的直径从180mm改变至100mm时形成在多个基板32上的刻蚀结构的WtW U％。

参见图12，可见，当密度调整板60的直径减小时，高度的均匀性劣化，但是宽度的均匀性改善。即，被密度调整板60的直径改变所屏蔽的感应磁场的尺寸或范围变化对于刻蚀结构的高度或宽度的均匀性有影响。

因此，参见图12的结果，可以认为：当宽度的均匀性很重要时，减小密度调整板60的直径，而当高度的均匀性很重要时，增加密度调整板60的直径。

图13是示出了通过使用根据本发明的示例性实施例的天线布置结构的另一个实例而执行等离子体刻蚀的结果的示图。

图13示出了图11所示的密度调整板60在圆形空间64的直径是100mm并且整体直径从220mm改变至160mm时的均匀性，以及没有密度调整板60时的均匀性。

参见图13，可见，当圆形空间64设置在密度调整板60的中心处，同时密度调整板60的直径保持相同时，密度调整板60的整体直径减小，但是高度的均匀性和宽度的均匀性增强。

如上所述，已经在附图和说明书中描述和图示了示例性实施例。选择和描述示例性实施例是为了解释本发明的某些原理和它们的实际应用，由此能够使本领域技术人员制造和利用本发明的各种示例性实施例及其各种替代和修改。从上述描述明白，本发明的某些方面不受在此所示的实例的具体细节限制，因此，可以预见的是，本领域技术人员将作出它的其他修改和应用或者等同方式。但是，在考虑了说明书和附图之后，本发明的许多改变、修改、变体和其他用途和应用对于本领域技术人员将变得显而易见。不背离本发明的主旨和范围的所有这些改变、修改、变体和其他用途和应用视为被仅由以下权利要求限定的本发明所覆盖。