基板支撑装置及具备其的基板处理装置制造方法

基板支撑装置及具备其的基板处理装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及基板处理装置，包括：腔室，其形成处理空间；基板支架，其配置于所述腔室的内部，支撑基板；及上部电极，其与所述基板支架相向配置，接入RF电源；所述基板支架具备在内部相互隔开并独立地控制的多个接地电极，使得在所述上部电极与所述基板支架之间形成的等离子体均一形成至所述基板支架的边缘区域。另外，本发明能够在基板和基板周边部均一地控制等离子体分布或密度，在基板的中心区域和边缘区域均一控制等离子体分布或密度。
【专利说明】基板支撑装置及具备其的基板处理装置

【技术领域】
[0001]本发明涉及基板支撑装置及具备其的基板处理装置，详细而言，涉及能够调节等离子体分布的基板支撑装置及具备其的基板处理装置。

【背景技术】
[0002]半导体存储器等各种电子元件由多种薄膜层叠制造。即，在基板上形成各种薄膜，使用写真-蚀刻工序对如此形成的薄膜进行图案化，使得形成元件结构。
[0003]薄膜根据材料有导电膜、电介质膜、绝缘膜等，制造薄膜的方法也很多样。作为制造薄膜的方法，大致有物理方法及化学方法等。最近，为了高效制造薄膜，在制造工序中正在利用等离子体。在利用等离子体在基板上制造薄膜的情况下，能够降低薄膜制造温度，增加薄膜气相沉积速度。
[0004]但是，在利用等离子体的情况下，在进行工序的腔室内，引起难以将等离子体控制在所需状态的问题。
[0005]例如，在具备支撑基板的基板支架和与之相向的上部电极的工艺腔室内部制造薄膜时，在上部电极接入高频电源，例如RF(rad1 frequency:射频)电源，配备于基板支架的接地电极进行接地。因此，在上部电极与基板支架之间形成有等离子体，利用其在基板上形成薄膜。但是，此时生成的等离子体存在的问题是，在基板或基板支架的中心区域及边缘区域，其分布或状态显示出差异。另外，如果这种等离子体分布或状态因区域而异，则难以在基板上以均一的厚度制造薄膜。
[0006]因此，为了在基板上均一地制造薄膜，提出了调节气体喷射器的结构、气体喷射方式等的技术，但其存在过多耗费费用与时间的问题。


【发明内容】

[0007](要解决的技术课题)
[0008]本发明提供能够在基板及基板周边部均一地控制等离子体分布的基板支撑装置及基板处理装置。
[0009]本发明提供能够在基板上以均一的厚度制造薄膜的基板支撑装置及基板处理装置。
[0010](解决的解决手段)
[0011]本发明一种实施形态的基板支撑装置作为支撑基板的装置，包括:基板支架，其在边缘区域具有凸出的端坎部，供所述基板安放；第一接地电极，其安装于所述基板支架内部的中心区域；第二接地电极，其与所述第一接地电极隔开，安装于所述基板支架内部的边缘区域；及控制部，其独立地控制所述第一接地电极及第二接地电极。
[0012]其中，基板支架可以包括绝缘体材质，基板支架可以在所述第一接地电极及第二接地电极中的至少某一者的下侧具备发热体。
[0013]所述第一接地电极的大小可以小于所述基板，所述第二接地电极的内径可以形成得大于所述基板，在所述第一接地电极的外周面可以形成有第一弯曲部，在所述第二接地电极的内周面可以形成有与所述第一弯曲部对应的第二弯曲部。在形成弯曲部的情况下，所述第一弯曲部的至少一部分可以凸出到所述基板的外侧，所述第二弯曲部的至少一部分可以凸出到所述基板的内侧。
[0014]另外，所述第二接地电极可以配置于比所述第一接地电极更高的位置，所述第二接地电极可以配置于所述端坎部区域，即端坎部的下部。
[0015]本发明实施形态的基板支撑装置包括:腔室，其形成处理空间；基板支架，其配置于所述腔室的内部，支撑基板；及上部电极，其与所述基板支架相向配置，接入RF电源；所述基板支架具备在内部相互隔开并独立地控制的多个接地电极，使得在所述上部电极与所述基板支架之间形成的等离子体均一形成至所述基板支架的边缘区域。
[0016]其中，多个接地电极可以包括形状与所述基板对应的第一接地电极及配置于所述第一接地电极的外侧的第二接地电极，所述第一接地电极的大小可以小于所述基板，所述第二接地电极可以配置于所述基板的外侧。
[0017]另外，多个接地电极可以包括:第一接地电极，其外周面上形成有至少一部分凸出到所述基板外侧的第一弯曲部；及第二接地电极，其安装于所述第一接地电极的外侧，具有形成有与所述第一弯曲部对应的第二弯曲部的内周面。
[0018]另外，基板处理装置可以包括控制部，其能够分别调节在所述多个接地电极上形成的阻抗，此时，控制部可以包括可变电容器、可变线圈及可变阻抗体中的至少某一者。所述控制部可以使得在所述多个接地电极形成相互不同的阻抗。
[0019]另外，基板支架可以包括绝缘体，所述接地电极也可以在所述绝缘体内部以膜形态形成。
[0020](发明效果)
[0021]根据本发明的实施形态，可以在基板和基板周边部均一地控制等离子体分布或密度，可以在基板的中心区域和边缘区域均一地控制等离子体分布或密度。另外，可以在各区域相同地或类似地控制在基板的中心区域和边缘区域的上侧形成的等离子体状态。
[0022]于是，可以控制等离子体分布、密度等，把在基板上形成的薄膜的厚度均一制造至边缘区域，还能够相同地或类似地控制在边缘区域制造的薄膜与在中心区域制造的薄膜的特性。由此能够提高在基板上形成的薄膜的品质。
[0023]另外，根据本发明的实施形态，无需困难的结构变更或复杂的工序控制，以单纯的结构便能够容易地控制在腔室内形成的等离子体状态。
[0024]因此，能够以单纯的过程高效地执行薄膜制造工序，能够以低费用提高生产率。

【专利附图】

【附图说明】
[0025]图1是概略地显示本发明实施例的基板处理装置的构成的剖面图。
[0026]图2是概略地显示本发明实施例的基板支撑装置的构成的剖面图。
[0027]图3是本发明实施例的基板支撑装置的平面图。
[0028]图4是本发明变形例的基板支撑装置的平面图。
[0029]图5是显示在本发明实施例的基板处理装置中的等离子体生成的概念图。
[0030]符号说明
[0031]10:腔室20:基板支架
[0032]31:第一接地电极32:第二接地电极

【具体实施方式】
[0033]下面参照附图，详细说明本发明的实施例。但是，本发明并非限定于以下公开的实施例，可以以相互不同的多种形态体现，本实施例只提供用于使本发明的公开更完全，让所属领域的技术人员完全地了解发明的范畴。为了在附图中明确地表现各构成要素而夸张或放大显示了厚度，在附图中，相同符号指称相同的要素。
[0034]图1是概略地显示本发明实施例的基板处理装置的构成的剖面图。
[0035]如图1所示，本发明实施例的基板处理装置包括:腔室10，其形成处理空间；基板支架20，其配置于腔室的内部，支撑基板S ;及上部电极80，其与基板支架20相向地配置，接入RF电源；基板支架20具备在内部相互隔开并独立地控制的多个接地电极31、32，使得在上部电极80与基板支架20之间形成的等离子体均一形成至基板支架20的边缘区域。另夕卜，基板处理装置包括支撑基板支架20并使其移动的旋转轴及形成腔室内的真空气氛的真空形成部70。另外，所述的上部电极80还可以执行向腔室10供应气体的气体喷射器的作用。
[0036]这种基板处理装置作为使基板S载入腔室10后，在基板S上进行各种处理的装置，例如，为了在腔室10内制造半导体元件，可以载入晶片，利用气体喷射器供应工序气体，在晶片上制造薄膜。
[0037]腔室10:11，12具备上部开放的主体11、能开闭地安装于主体11的上部的顶盖
12。顶盖12结合于主体11的上部,如果封闭主体11内部,则在腔室10的内部，形成例如气相沉积工序等对基板W进行处理的空间。空间一般形成为真空气氛，因而在腔室10的既定位置，例如在腔室10的底面或侧面，连接有用于排出空间中存在气体的排气管71，排气管71连接于真空泵72。另外，在主体11的底面，形成有供后述的基板支架30的旋转轴50插入的贯通孔。在主体11的侧壁，形成有用于把基板S搬入腔室10内部或搬出到外部的闸门阀(图中未示出)。
[0038]基板支架20作为用于支撑基板S的构成，安装于腔室10内部的下侧。另外，在基板支架20的边缘区域，可以形成有向上部方向凸出的端坎部21。基板支架20安装于旋转轴50上。基板支架20为具有既定厚度的板形，具有与基板S形状类似的形状，例如，如果基板是圆形晶片，则可以制作成圆板形状。当然，并非限定于此，可以变更为多样的形状。基板支架20沿水平方向配备于腔室10内部，旋转轴50竖直地连接于基板支架20的底面。旋转轴50通过贯通孔连接于外部的马达等驱动手段(图中未示出)，使基板支架20上升、下降及旋转。此时，旋转轴50与贯通孔之间利用波纹管(图中未示出)等使得密闭，从而防止在处理基板的过程中，腔室10内部的真空解除。
[0039]基板支架20只要是能够安放、支撑基板的形态，则其形态或结构无特别限定。此时，可以把包括基板支架20中心的区域凹陷地形成为凹陷形，使得基板S能够稳定地安放于正确的位置。即，如图2所示，包括基板支架20的中心在内，可以凹陷地形成与基板S的大小相同或稍大的区域，在此外区域，即在边缘区域可以形成凸出的端坎部21。此时，端坎部21可以具备向凹陷槽方向向下倾斜的倾斜面。由此，进入腔室10的基板S可以被导向由端坎部21环绕的凹陷槽内侧，对准基板支架20的中心并安放于正确的位置。
[0040]另外，基板支架20可以包括绝缘体材质。S卩，基板支架20既可以整体由绝缘体制作，也可以一部分由绝缘体制作，还可以是绝缘体层涂布于基板支架20表面形成。此时，作为绝缘体，可以使用多种陶瓷材料，例如，可以使用氮化铝A1N、碳化硅SiC等。
[0041]另外，在基板支架20的内部，可以具备用于对其加热的发热体40，发热体40通过导线41与外部的电源连接。如果电源接入发热体40，则基板支架20被加热，由此使得能够加热安放于基板支架20上部的基板S。发热体40可以以多种方式及结构安装，没有特别限定。作为这种发热体40，可以使用钨(W)、钥(Mo)等。另外，发热体40可以位于后述的接地电极的下部。可以配备于多个接地电极中的至少某一者的下侧。例如，可以在第一接地电极31及第二接地电极32中的至少某一者的下侧安装发热体。当然，也可以在与第一接地电极31整体和第二接地电极32的一部分对应的区域安装发热体。
[0042]另外，在基板支架20的内部，具备在内部相互隔开并独立地控制的多个接地电极。对此将在后面叙述。
[0043]上部电极80在腔室10内部与基板支架20相向地隔开配置，与外部的电源90连接。在上部电极80接入RF(Rad1Frequency)电力后，使基板支架接地，在腔室10内的作为气相沉积空间的反应空间，利用RF激发等离子体。此时，基板支架通过后述的接地电极而接地。另外，上部电极80可以执行向腔室10内部供应气体的气体喷射器的作用。S卩，可以通过上部电极80，把外部供应的各种处理气体向基板支架20侧喷射。例如，可以喷射用于薄膜气相沉积的工序气体。上部电极80可以安装于形成腔室10的顶盖12，与供应互不相同种类的气体的多个气体供应源连接。上部电极80可以制造成与基板支架20相向，具有与其类似的既定面积，具备多个喷射孔的淋浴喷头型。当然，向腔室10供应气体的手段还可以独立于上部电极80，制造成插入腔室10内的喷嘴或喷射器型。就喷嘴或喷射器型而言，也可以贯通腔室10侧壁安装。
[0044]下面参照附图，详细说明接地电极及具备其的基板支撑装置。图2是概略地显示本发明实施例的基板支撑装置的构成的剖面图，图3是本发明实施例的基板支撑装置的平面图，图4是本发明变形例的基板支撑装置的平面图。
[0045]如图2所示，基板支撑装置包括:基板支架20，其在边缘区域具有凸出的端坎部21，供基板S安放；第一接地电极31，其安装于基板支架20内部的中心区域；第二接地电极32，其与第一接地电极31隔开，安装于基板支架20内部的边缘区域；及控制部60，其独立地控制第一接地电极31及第二接地电极32。基板支撑装置为了在与所述上部电极80之间形成等离子体，特别是为了使在上部电极80与基板支架20之间形成的等离子体均一地形成至基板支架20的边缘区域，在基板支架20内具备多个接地电极。
[0046]其中，某种对象物(例如基板或基板支架)的中心区域是包括该对象的中心在内，向外侧方向扩张并具有既定面积的区域，边缘区域是包括该对象的边缘(edge)在内，向内侧方向扩张并具有既定面积的区域。另外，中心区域与边缘区域既可以具有边界面并交汇，也可以是相互隔开、分离的区域。此时，各区域的面积无特别限定，但中心区域的面积可以与边缘区域的面积相同或更大。
[0047]接地电极30:31，32包括形状与基板S对应的第一接地电极31及配置于第一接地电极31的外侧的第二接地电极32。另外，接地电极30可以以薄板、薄片或膜(薄膜或厚膜)制造。另外，可以以多种方式涂布形成。例如，可以以丝网印刷方法，在基板支架20的内部面形成。接地电极30既可以以占有既定面积的结构制造，也可以由形成有多个开口的网状结构形成。另外，接地电极30以包括金属在内的电气导电性材质形成，例如可以使用钨、招、钥、铜、不锈钢、银、金、白金、镍等。当然，接地电极只要接地电力顺利接人即可，其形状或结构、材质等无特别限定。
[0048]第一接地电极31沿水平方向具有既定面积，在基板支架20内部，埋设于包括基板支架20的中心在内的覆盖基板S所占面积大部分的区域。第一接地电极31可以以与基板S对应的形状形成。例如，如果基板S是圆板形的晶片，则第一接地电极31也可以具有圆板形的形状。当然，也可以是以圆板形为基本结构并加以变形的形状。
[0049]第二接地电极32与第一接地电极31隔开，独立地位于基板支架20内部，使得不与其接触。此时，离开间隔无特别限定，各接地电极的电气特性只要能够独立地控制即可。可以配置于第一接地电极31的外侧，环绕第一接地电极31地配置。例如，如图3所示，当第一接地电极31为圆板形时，第二接地电极32可以具有环绕其的环状。
[0050]第一接地电极31与第二接地电极32的大小、形状或配置结构可以多样地变更。如图3所示，第一接地电极31的大小可以小于基板S，第二接地电极32的内径可以大于基板
S。此时，基板S的边缘区域位于第一接地电极31与第二接地电极32之间的边界区域的上部。另外，如图4所示，在第一接地电极31的外周面可以形成有第一弯曲部，在第二接地电极32的内周面可以形成有与第一弯曲部对应的第二弯曲部。另外，第一弯曲部的至少一部分可以凸出到基板S的外侧，第二弯曲部的至少一部分可以凸出到基板S的内侧。即，在第一接地电极31与第二接地电极32的边界区域形成凹凸不平的弯曲部，基板S的一部分区域，准确而言，边缘的一部分区域位于第二接地电极32的上部Al，基板S的边缘的另一部分区域位于第一接地电极31的上部A2，基板S的边缘的再一部分区域位于第一接地电极31与第二接地电极32之间的边界区域的上部A3。如果如此在接地电极形成弯曲部，则可以在接地电极之间的边界区域扩张各接地电极的面积，可以缓解在边界区域的急剧变化。
[0051]在图2中，把第一接地电极31与第二接地电极32安装于相同高度，但它们的高度可以多样地变更。即，第二接地电极32可以配置于比第一接地电极31更高的位置，第二接地电极32可以配置于端坎部21。可以控制第一接地电极31及第二接地电极32的高度，更精密地控制在它们的上部形成的等离子体分布。
[0052]另一方面，第一、第二接地电极31、32与独立地对它们进行控制的控制部60连接。控制部60既可以通过一个控制器，独立地控制接地电极31、32，也可以按接地电极，连接各个控制器61、62，各自控制各接地电极。接地电极31、32与控制部60之间借助于导线33、34连接，控制部60与地线连接。由此，可以分别调节在多个接地电极，即在第一、第二接地电极31、32形成的阻抗。即，可以控制使得施加于第一接地电极31的阻抗与施加于第二接地电极32的阻抗具有互不相同的值。如此不同地调节第一、第二接地电极31、32的阻抗，可以控制在它们的上部形成的等离子体分布或密度。此时，控制部可以包括各种可变元件。即，可以包括可变电容器、可变线圈及可变阻抗体中的至少某一者，接地电极31、32的阻抗可以控制使它们中的至少某一者可变。
[0053]下面参照附图，说明等离子体的形成。图5是显示在本发明实施例的基板处理装置中的等离子体生成的概念图。
[0054]一般而言，处理气体在腔室内实现等离子体化后，在基板的表面与等离子体的边界，借助于电子的移动速度大于阳离子种，形成包括高密度的阳离子种的离子层区域(plasma 1n sheath,等离子体层区域)。另外,在基板支架的表面与等离子体的边界,也同样地形成离子层区域，由于基板支架以绝缘体形成，因而形成厚度比基板侧更大的离子层区域。因此，在基板的表面与基板周边部的基板支架表面形成的离子层区域的厚度不同。另夕卜，基板的边缘区域由于存在于基板上的离子层区域与存在于基板支架的表面的离子层区域的厚度差异，形成等离子体密度急剧变化的区间。由此，因在基板边缘区域的等离子体分布不均一，导致在基板上执行的薄膜气相沉积等工序无法均一实现。为了解决该问题，可以借助于工序过程(配方，recipe)调节来管理、变更对薄膜气相沉积产生影响的变数，但存在于基板边缘区域的等离子体的急剧密度变化却是无法管理的因素。
[0055]相反，在本发明的实施例中，在基板支架20内部形成多个接地电极31，32，赋予能够独立地调节基板支架的边缘区域的阻抗的功能。由此，能够减小基板表面上部的离子层区域与基板支架的表面上部的离子层区域的厚度差异(S1->S2)，能够扩张等离子体的分布区域。例如，自动控制(AutomaticallyControl)可变元件,在腔室内的阻抗成份中，控制作为虚数区域值的感应性电抗XL成份与电容性电抗Xe成份，而且，根据需要，控制作为有效(Real)区域值的阻抗R，以这种方式变化相应区域的阻抗Z，控制等离子体的分布区域。即，使得能够类似地控制在基板内侧上部的等离子体分布(密度)与基板边缘区域上部及基板支架上部的等离子体分布(密度)。由于几乎类似地调节基板与基板周边的等离子体密度，因而能够均一地执行在基板的中心区域和基板的边缘区域进行的各种工序。例如，当在基板上气相沉积薄膜时，能够使气相沉积于基板的边缘区域的薄膜的特性具有与在基板中心区域气相沉积的薄膜相同或类似的特性。
[0056]上述示例性地说明了在相向的上部电极与基板支架之间借助于RF电力而形成等离子体的装置，但除此之外，本发明还可以应用于多种等离子体方式及结构的装置。
[0057]如上所述，在本发明的详细说明中，就具体实施例进行了说明，但是，在不超出本发明的范畴的限度内，当然可以进行多种变形。因此，本发明的范围不得局限于说明的实施例进行确定，而应由后述的权利要求书以及与该申请范围均等者确定。
【权利要求】
1.一种基板支撑装置，作为支撑基板的装置，其特征在于，包括: 基板支架，其在边缘区域具有凸出的端坎部，供所述基板安放； 第一接地电极，其安装于所述基板支架内部的中心区域； 第二接地电极，其与所述第一接地电极隔开，安装于所述基板支架内部的边缘区域；及 控制部，其独立地控制所述第一接地电极及第二接地电极。
2.根据权利要求1所述的基板支撑装置，其特征在于， 所述基板支架包括绝缘体材质。
3.根据权利要求1所述的基板支撑装置，其特征在于， 所述基板支架在所述第一接地电极及第二接地电极中的至少某一者的下侧具备发热体。
4.根据权利要求1所述的基板支撑装置，其特征在于， 所述第一接地电极的大小小于所述基板，所述第二接地电极的内径大于所述基板。
5.根据权利要求1所述的基板支撑装置，其特征在于， 在所述第一接地电极的外周面形成有第一弯曲部，在所述第二接地电极的内周面形成有与所述第一弯曲部对应的第二弯曲部。
6.根据权利要求5所述的基板支撑装置，其特征在于， 所述第一弯曲部的至少一部分凸出到所述基板的外侧，所述第二弯曲部的至少一部分凸出到所述基板的内侧。
7.根据权利要求1所述的基板支撑装置，其特征在于， 所述第二接地电极配置于比所述第一接地电极更高的位置。
8.根据权利要求1或7所述的基板支撑装置，其特征在于， 所述第二接地电极配置于所述端坎部下部。
9.一种基板处理装置，其特征在于，包括: 腔室，其形成处理空间； 基板支架，其配置于所述腔室的内部，支撑基板；及 上部电极，其与所述基板支架相向配置，接入RF电源； 所述基板支架具备在内部相互隔开并独立地控制的多个接地电极，使得在所述上部电极与所述基板支架之间形成的等离子体均一形成至所述基板支架的边缘区域。
10.根据权利要求9所述的基板处理装置，其特征在于， 所述多个接地电极，包括形状与所述基板对应的第一接地电极，及配置于所述第一接地电极的外侧的第二接地电极。
11.根据权利要求10所述的基板处理装置，其特征在于， 所述第一接地电极的大小小于所述基板，所述第二接地电极配置于所述基板的外侧。
12.根据权利要求9所述的基板处理装置，其特征在于， 所述多个接地电极包括:第一接地电极，其外周面上形成有至少一部分凸出到所述基板外侧的第一弯曲部；及第二接地电极，其安装于所述第一接地电极的外侧，具有形成有与所述第一弯曲部对应的第二弯曲部的内周面。
13.根据权利要求9所述的基板处理装置，其特征在于， 包括控制部，其能够分别调节在所述多个接地电极上形成的阻抗。
14.根据权利要求13所述的基板处理装置，其特征在于，所述控制部包括可变电容器、可变线圈及可变阻抗体中的至少某一者。
15.根据权利要求13或14所述的基板处理装置，其特征在于，所述控制部使得在所述多个接地电极形成相互不同的阻抗。
16.根据权利要求9所述的基板处理装置，其特征在于，所述基板支架包括绝缘体，所述接地电极在所述绝缘体内部以膜形态形成。
【文档编号】H01J37/20GK104241073SQ201410274021
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2013年6月21日
【发明者】朴镕均, 徐泰旭, 李来一 申请人:圆益Ips股份有限公司