电感耦合等离子体处理装置及其控制方法
【专利摘要】本发明涉及的电感耦合等离子体处理装置，具备：腔室；源线圈，设在所述腔室的上部的电介质窗外侧；可变电容器控制装置，其包括与所述源线圈连接而用于控制阻抗的可变电容器、使所述可变电容器自动旋转的电机以及用于检测所述电机的旋转的外部编码器；控制部，通过比较从所述外部编码器输出的外部编码器输出值与输入至所述电机的电机动作输入值，来判断所述可变电容器的动作异常。本发明涉及的电感耦合等离子体处理装置及其控制方法，通过电机精密地控制连接于各源线圈且用于调节阻抗的可变电容器的动作，以能够对多个源线圈有效地进行阻抗控制，而且能够对多个可变电容器精密地进行自动控制。
【专利说明】电感耦合等离子体处理装置及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电感耦合等离子体处理装置及其控制方法，更具体地说，能够自动进行阻抗控制的电感耦合等离子体处理装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002]电感耦合等离子体处理装置是在半导体和显示器制造工艺中用于进行蚀刻工艺或沉积工艺的装置。用于进行蚀刻工艺的电感耦合等离子体处理装置，与反应性离子蚀刻装置或电容耦合等离子体蚀刻装置相比，其蚀刻效果非常好。
[0003]但是，电感耦合等离子体处理装置难以对大面积基板进行蚀刻。通常，天线设在电感耦合等离子体处理装置的真空腔室上部。为了能够有效地对大面积基板进行蚀刻，天线的配置和阻抗的控制是非常重要的技术要素。
[0004]此外，无论多么有效地配置天线，由于复杂而长度较长的天线结构，不能有效地进行阻抗控制。进一步，为了对大面积基板进行蚀刻，需要按区域分别设置天线。
[0005]此外，为了处理更大面积的基板，需要将这些螺旋天线配置在多个彼此不同区域而使用，但是这种天线的结构和用于处理大面积基板的阻抗控制上，存在更大的困难。
[0006]在先技术文献
[0007]专利文献
[0008]韩国公开特许号:第10-2010-0053253号，“电感耦合等离子体天线”。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于，提供一种通过电机使可变电容器动作从而能够同时精确地控制多个可变电容器的电感耦合等离子体处理装置。
[0010]本发明的电感耦合等离子体处理装置，其具备:腔室；源线圈，设在所述腔室上部的电介质窗外侧；可变电容器控制装置，其包括:与所述源线圈连接而用于控制阻抗的可变电容器、使所述可变电容器自动旋转的电机以及用于检测所述电机的旋转的外部编码器；控制部，通过比较从所述外部编码器输出的外部编码器输出值与输入至所述电机的电机动作输入值，来判断所述可变电容器的动作异常。
[0011]在所述控制部存储有所述可变电容器的动作基准值，当所述控制部检测到所述可变电容器发生动作异常时，驱动所述电机将所述可变电容器设定为所述动作基准值。所述动作异常可以是所述电机的失步。
[0012]在所述电介质窗的上侧具有多个区域，在所述多个区域可以分别设有所述源线圈。
[0013]所述源线圈可以具有多个，在所述多个源线圈上分别具有所述可变电容器控制装置，并且具有用于控制所述可变电容器控制装置的从控制器，所述从控制器通过网络与主计算机连接。
[0014]所述主计算机上连接有输入输出部，在所述输入输出部上可以显示输入所述可变电容器的动作设定值的设定值输入部、输入所述动作基准值的动作基准值输入部、所述动作设定值、所述动作基准值、所述电机动作输入值和所述外部编码器输出值。
[0015]在所述可变电容器控制装置上设有用于检测所述可变电容器的电容量的电容量检测传感器，所述输出部可以显示由所述电容量检测传感器检测到的所述可变电容器的电容量。所述动作基准值可以是所述可变电容器的最小电容量。
[0016]本发明涉及的电感耦合等离子体处理装置的控制方法，该电感耦合等离子体处理装置具备:源线圈，设在所述腔室上部的电介质窗外侧；可变电容器控制装置，其包括:与所述源线圈连接而用于控制阻抗的可变电容器、使所述可变电容器自动旋转的电机以及用于检测所述电机的旋转的外部编码器；控制部，用于控制所述可变电容器控制装置的动作，所述方法通过比较从所述外部编码器输出的外部编码器输出值与向所述电机输入的电机动作输入值，来判断所述可变电容器的动作异常。所述动作异常可以是所述电机的失步。
[0017]当所述控制部检测到发生动作异常时，可以驱动所述电机以将所述可变电容器设定成所述动作基准值。
[0018]所述动作基准值可以是所述可变电容器的最小电容量。
[0019]在所述电介质窗的上侧具有多个区域，在所述多个区域可以分别设有所述源线圈，所述可变电容器控制装置分别设在所述源线圈上，以对各源线圈进行阻抗控制。
[0020]具有能够同时控制多个所述可变电容器控制装置的从控制器，所述从控制器通过网络与主计算机连接，并将从所述可变电容器控制装置传送的数据传送给所述主计算机，而所述主计算机可以向所述从控制器传送用于同时控制多个可变电容器控制装置的信号。
[0021]与所述主计算机连接的多个所述从控制器可以通过网络连接。
[0022]本发明涉及的电感耦合等离子体处理装置及其控制方法，通过电机精密地控制连接于各源线圈用于调节阻抗的可变电容器的动作，以便对多个源线圈有效地进行阻抗控制，而且能够对多个可变电容器进行精密的自动控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是示出本发明的实施例涉及的电感耦合等离子体处理装置的图。
[0024]图2是示出本发明的实施例涉及的电感耦合等离子体处理装置的源线圈结构的立体图。
[0025]图3是示出设置在本发明的实施例涉及的电感耦合等离子体处理装置的一个区域的可变电容器控制装置的状态图。
[0026]图4是示出本发明的实施例涉及的电感耦合等离子体处理装置的可变电容器控制装置的图。
[0027]图5是示出用于控制本发明的实施例涉及的电感耦合等离子体处理装置的可变电容器的网络配置的图。
[0028]图6是示出控制本发明的实施例涉及的电感耦合等离子体处理装置的方法的流程图。
[0029]附图标记:
[0030]20:源线圈
[0031]100:可变电容器控制装置[0032]110:电机
[0033]120:外部编码器
[0034]140:可变电容器
【具体实施方式】
[0035]下面，参照【专利附图】
【附图说明】本发明涉及的电感耦合等离子体处理装置的实施例。但是，本发明并不限定于下面公开的实施例，可以以各种形式实现，下面说明的实施例仅用于充分公开本发明，以便本领域的技术人员充分了解发明的保护范围。
[0036]图1是示出本发明的实施例涉及的电感耦合等离子体处理装置的图。如图1所示，本发明涉及的电感耦合等离子体处理装置具备腔室10，该腔室10具备闸门14，并形成有使工艺空间内部被抽成真空所需的排气孔11。在腔室10内部具有用于放置基板(晶片或不同尺寸的透明基板)的工作台12。在工作台12的上部设置有用于卡紧基板的静电卡盘13。
[0037]在腔室10的上部设有电介质窗15。在电介质窗15的上部设有作为RF天线的源线圈20。源线圈20设在被划分成独立空间的源线圈设置部16。而且，在源线圈设置部16的上部具有电气组件部17，在该电气组件部17设有如RF电源等的电控制装置。
[0038]图2是示出本发明的实施例涉及的电感耦合等离子体处理装置的源线圈结构的立体图。
[0039]如图2所示，本发明涉及的电感耦合等离子体处理装置的源线圈设置部16形成分别设有源线圈20的九个分割区域Al?A9。其中，位于角落部分的四个区域Al?A4中的源线圈20与第一高频电源30连接。此外，位于其余五个区域A5?A9的源线圈20与第二高频电源31连接。第一高频电源30和第二高频电源31分别发出13.56MHz高频。
[0040]而且，设在各区域Al?A9的源线圈20分支成四个、即第一至第四的四个源线圈21、22、23、24并向同一方向卷绕。此外，在各源线圈21、22、23、24的端部设有可变电容器控制装置100。
[0041]图3是示出设置在本发明的实施例涉及的电感耦合等离子体处理装置的一个区域的可变电容器控制装置的状态图。
[0042]如图3所示，可变电容器控制装置100设置在在各区域设置的源线圈21、22、23、24的末端。可变电容器控制装置100还可以设置在源线圈21、22、23、24的中间部分。此外，该可变电容器控制装置100固定安装在用于划分各区域Al?A9的隔壁16a上。
[0043]图4是示出本发明的实施例涉及的电感耦合等离子体处理装置的可变电容器控制装置的图。
[0044]如图4所示，可变电容器控制装置100包括:电机110 ;外部编码器120，设置在自电机110延伸的旋转轴上；绝缘法兰130，经过外部编码器120并延伸；可变电容器(VVC、Vacuum Variable Capacitor) 140,自绝缘法兰130延伸，且驱动轴与绝缘法兰130连接；冷却部150，设在可变电容器140的端部。
[0045]电机110采用步进电机110。外部编码器120包括:圆形盘121，设有沿圆周以每隔7.2度形成的共计50个检测孔121a ;检测传感器122，在圆形盘121的外周上部和下部分别设有发光部和受光部，以便能够检测该圆形盘121的检测孔121a。而且，在可变电容器140上同时具有Z-扫描传感器(未图不)。[0046]如上所述构成的可变电容器控制装置100，如图3所示地分别设置在位于一个区域的各源线圈21、22、23、24上。因此，为了大面积的基板处理而配置天线时，可以使用数十个可变电容器控制装置100。在本发明的实施例中使用共计36个可变电容器控制装置100。
[0047]所有可变电容器控制装置100为了控制阻抗而动作，以便个别地控制可变电容器140以保持均匀的等离子体。为此，各可变电容器140需要个别控制，而且被控制成彼此间的关联动作有效协调，要由用户一一手动调节这些可变电容器140来调节阻抗，效率非常低。
[0048]因此，在本发明中，在电感耦合等离子体处理装置内通过网络构建控制可变电容器的设备网(Devicenet) 200，以便能够同时自动控制所有可变电容器140。
[0049]图5是示出用于控制本发明的实施例涉及的电感耦合等离子体处理装置的可变电容器的网络配置的图。
[0050]如图5所示，位于各区域的第一至第四可变电容器控制装置100连接于第一从控制器(slave controller) 211,第n_3至第η可变电容器控制装置100连接于第M从控制器212。在此，M和η是自然数。
[0051]因此，本发明的实施例涉及的可变电容器控制装置100可以根据源线圈20的数量设置大量可变电容器控制装置100，可以将网络扩大至控制该可变电容器控制装置100所需的范围。
[0052]另一方面，从控制器211、212确保通信线路用于将外部编码器120和Z-扫描传感器所检测到的检测值传送给主计算机220。而且，各从控制器211、212可以具备用于控制各步进电机100的步进电机控制部和现场可编程门阵列(FPGA、Field Programmable GateArray),并且具备与FPGA连接且通过设备网200与主计算机220连接的ARM (AdvancedRISC Machines)处理器。
[0053]此外，在主计算机220上可以连接显示器，该显示器上结合有作为输入输出部230的触摸板。在输入输出部230的输入部具有输入对可变电容器140的动作设定值的设定值输入部和输入动作基准值的动作基准值输入部，在输出部显示动作设定值、动作基准值、电机动作输入值和外部编码器输出值。
[0054]在此，动作设定值是为了控制阻抗而由用户设定的可变电容器140的电容量的值，动作基准值(或负向极限值、“-limit”)可以是该可变电容器140的最小电容量值。设定该动作基准值的理由是由于所有可变电容器140实际具有10%左右的误差(Tolerance)。
[0055]即，所有可变电容器140的最小电容量(capacitance)不是“OpF”，具有几个?几十个PF等不同的最小电容量值。由此，设在多个源线圈20上的所有可变电容器140的最小电容量值都不同。因此，检测这些可变电容器140的最小电容量值之后，将该最小电容量值设定为动作基准值而作为用于操作可变电容器140的动作基准。
[0056]下面，说明如上所述构成的本发明的实施例涉及的电感耦合等离子体处理装置的控制方法。
[0057]向腔室10内部搬入基板并放置在静电卡盘13上。然后，向腔室10内部供给反应气体，而且腔室10内部通过排气装置保持为预设压力。之后，打开高频电源以规定RF功率输出用于生成等离子体的高频，该RF功率被提供至源线圈20。由此，来自源线圈20的磁力线贯穿电介质窗15而横跨腔室10内部的处理空间，从而产生感应电场。反应气体通过该感应电场被分裂成分子或原子并发生碰撞,从而产生等尚子体。该等尚子体以原子团或尚子形式在工艺空间内部向大处理空间扩散。此时，原子团向基板等方性地入射，离子通过直流偏置向基板移动，从而对基板进行蚀刻等处理。
[0058]另一方面，为了有效地处理如等离子体处理工艺，等离子体密度需要均匀。为了使等离子体密度均匀，需要调节源线圈20的阻抗。因此，可以利用设在各源线圈20上的可变电容器控制装置来调节各源线圈20的阻抗。
[0059]例如，如图2所示，源线圈20被分散设置在共计九个区域Al?A9时，即便设在所有区域的源线圈20上流过相同的高频电流，也不能确保等离子体密度或基板处理的均匀性。
[0060]S卩，根据工艺环境，需要对设在九个区域Al?A9的每个源线圈20进行固有阻抗调节。因此，为了确保适合各区域Al?A9的阻抗，利用可变电容器控制装置100进行对各源线圈20的阻抗调节。
[0061]另一方面，在本发明的实施例中，对可变电容器140的调节动作由步进电机110来执行。但是，因为无法预料的原因，步进电机110可能发生失步(step out)的情况。若步进电机110发生失步，即使为了驱动可变电容器140而向步进电机110输入规定的输入值，步进电机110实际不会按照该输入值进行动作。在该状态下，不能控制阻抗，所以也不能调节等离子体的均匀度，不能实现有效的基板处理。
[0062]为了解决这些问题，为驱动步进电机110而输入的值以脉冲值表示，电机110的实际动作由外部编码器120来检测，且将电机110的实际输出值以脉冲值表示。另外，将为了驱动步进电机110而输入的脉冲值和由外部编码器120检测输出的输出值进行比较，若显示这两个值不均等时，可以判断为发生了失步。
[0063]图6是示出控制本发明的实施例涉及的电感耦合等离子体处理装置的方法的流程图。
[0064]如图6所示，首先确认设置的可变电容器140的基准值(或最小电容量值)(S100)。虽然设置的每个可变电容器140的基准值都不同，但若最初确认之后设置，则除非更换可变电容器140，该值不变。
[0065]之后，将该基准值作为动作基准值向主计算机220输入(S110)。对所有可变电容器140进行相同的上述动作，并确认所有可变电容器140的动作基准值之后向主计算机220输入。
[0066]输入动作基准值之后，进行电感耦合等离子体处理装置的动作。根据等离子体的产生状态，进行最初的电感耦合等离子体处理装置的设定，此时，进行可变电容器140的电容量的调节。
[0067]为了调节可变电容器140的电容量,驱动电机110。输入用于使电机110动作的输入值即输入电流值，则步进电机HO进行与该输入电流值对应的步进动作(S120)。
[0068]然后，根据步进电机110的步进动作，外部编码器120检测该动作而生成作为输出值的输出电流值(S130)。接着，检测输入电流值和输出电流值并比较该两个值(S150)。若输入电流值和输出电流值相同，则意味着步进电机110旋转至所需旋转角。由此，可以判断可变电容器140已动作至所需状态。
[0069]与此相反，若输入电流值和输出电流值不相同，则可以判断为步进电机110发生了失步。此时，生成失步错误信号(S160)，为了消除该错误状态进行起始驱动(S170)。
[0070]起始驱动使可变电容器140以上述动作基准值动作。通过起始驱动命令,步进电机110使可变电容器140的电容量恢复至动作基准值。若可变电容器140达到动作基准值，则停止步进电机110的动作，使得可变电容器140处于调节阻抗的准备状态。之后，可以通过步进电机110的动作进行再次调节所需阻抗。
[0071]如上所述，本发明的实施例，并不应该解释为用于限定本发明的技术思想。本发明的保护范围仅以权利要求书的记载为准，对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，可以将本发明的技术思想进行各种形式的改进变更。因此，这些改进和变更对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说是显而易见的，属于本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种电感耦合等离子体处理装置，其具备: 腔室； 源线圈，设在所述腔室的上部的电介质窗外侧； 可变电容器控制装置，其包括与所述源线圈连接而用于控制阻抗的可变电容器、使所述可变电容器自动旋转的电机以及用于检测所述电机的旋转的外部编码器； 控制部，通过比较从所述外部编码器输出的外部编码器输出值与输入至所述电机的电机动作输入值，来判断所述可变电容器的动作异常。
2.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体处理装置，其特征在于， 在所述控制部存储有所述可变电容器的动作基准值，当所述控制部检测到所述可变电容器发生动作异常时，驱动所述电机以将所述可变电容器设定为所述动作基准值。
3.根据权利要求2所述的电感耦合等离子体处理装置，其特征在于， 所述动作异常是所述电机的失步。
4.根据权利要求2所述的电感耦合等离子体处理装置，其特征在于， 在所述电介质窗的上侧具有多个区域，在所述多个区域分别设有所述源线圈。
5.根据权利要求2所述的电感耦合等离子体处理装置，其特征在于， 具有多个所述源线圈，在所述多个源线圈上分别具有所述可变电容器控制装置，并且具有用于控制所述可变电容器控制装置的从控制器，所述从控制器通过网络与主计算机连接。
6.根据权利要求5所述的电感耦合等离子体处理装置，其特征在于， 所述主计算机上连接有输入输出部，在所述输入输出部上显示输入所述可变电容器的动作设定值的设定值输入部、输入所述动作基准值的动作基准值输入部、所述动作设定值、所述动作基准值、所述电机动作输入值和所述外部编码器输出值。
7.根据权利要求5所述的电感耦合等离子体处理装置，其特征在于， 在所述可变电容器控制装置上设有用于检测所述可变电容器的电容量的电容量检测传感器，所述输出部显示由所述电容量检测传感器检测到的所述可变电容器的电容量。
8.根据权利要求6所述的电感耦合等离子体处理装置，其特征在于， 所述动作基准值是所述可变电容器的最小电容量。
9.一种电感耦合等离子体处理装置的控制方法，该电感耦合等离子体处理装置具备:源线圈，设在所述腔室上部的电介质窗外侧；可变电容器控制装置，其包括与所述源线圈连接而用于控制阻抗的可变电容器、使所述可变电容器自动旋转的电机以及用于检测所述电机的旋转的外部编码器；控制部，用于控制所述可变电容器控制装置的动作， 所述控制方法的特征在于， 通过比较从所述外部编码器输出的外部编码器输出值与向所述电机输入的电机动作输入值，来判断所述可变电容器的动作异常。
10.根据权利要求9所述的电感耦合等离子体处理装置的控制方法，其特征在于， 所述动作异常是所述电机的失步。
11.根据权利要求9所述的电感耦合等离子体处理装置的控制方法，其特征在于， 当所述控制部检测到发生所述动作异常时，驱动所述电机以将所述可变电容器设定为动作基准值。
12.根据权利要求11所述的电感耦合等离子体处理装置的控制方法，其特征在于， 所述动作基准值是所述可变电容器的最小电容量。
13.根据权利要求12所述的电感耦合等离子体处理装置的控制方法，其特征在于， 在所述电介质窗的上侧具有多个区域，在所述多个区域分别设有所述源线圈，所述可变电容器控制装置分别设在所述源线圈上，以对各源线圈进行阻抗控制。
14.根据权利要求13所述的电感耦合等离子体处理装置的控制方法，其特征在于， 具有能够同时控制多个所述可变电容器控制装置的从控制器，所述从控制器通过网络与主计算机连接，以将从所述可变电容器控制装置传送的数据传送给所述主计算机，而所述主计算机向所述从控制器传送用于同时控制多个可变电容器控制装置的信号。
15.根据权利要求14所述的电感耦合等离子体处理装置的控制方法，其特征在于， 与所述主计算机连接的 多个所述从控制器通过网络连接。
【文档编号】H05H1/46GK103813610SQ201310325922
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年7月30日 优先权日:2012年11月8日
【发明者】林正焕 申请人:丽佳达普株式会社