CN102810447A - 处理基板的设备 - Google Patents
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Abstract
提供了一种处理基板的设备。该处理基板的设备可包括：工艺腔室，所述工艺腔室中形成有空间，卡盘，所述卡盘被放置在所述工艺腔室中并且支撑基板，气体供应单元，所述气体供应单元将反应气体供应到工艺腔室内，上电极，所述上电极被放置在所述卡盘上方并且向反应气体施加高频功率，和加热器，所述加热器安装在所述上电极中并且加热所述上电极。
Description
相关申请的交叉引用
根据35U.S.C.§119，该美国非临时专利申请要求2011年5月31日提交的韩国专利申请10-2011-0052433和2011年9月1日提交的韩国专利申请10-2011-0088472的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
这里公开的本发明涉及处理基板的设备，并且更特别地涉及使用等离子体处理基板的设备。
背景技术
等离子体在非常高的温度下或者通过强电场或射频(RF)电磁场产生，并且表示为由离子、电子或者原子团形成的电离的气体状态。在半导体器件制造过程中，使用等离子体执行刻蚀工艺。该刻蚀工艺通过允许包含在等离子体中的离子粒子与基板碰撞来执行。
图1示出了基板的刻蚀速率的曲线图，其中使用常规基板处理设备执行刻蚀工艺。参考图1，刻蚀速率直到刻蚀工艺开始后完成大约五个基板的处理后才达到基本刻蚀速率(base etch rate)L。这意味着刻蚀工艺开始之后直到完成大约五个基板的处理，工艺气体才被充分激发。结果，由于获得接近基本刻蚀速率L的刻蚀速率需要预定的时间，处理基板的总加工时间可能会增加。而且，由于在工艺的起始阶段所提供的基板的刻蚀速率没有达到基本刻蚀速率，基板的处理效率可能会降低。
发明内容
本发明提供一种能够减少总加工时间的处理基板的设备。
本发明还提供一种处理基板的设备，该设备能够避免以低于基本刻蚀速率的刻蚀速率处理的基板的产生。
本发明的实施例提供了处理基板的设备，所述处理基板的设备包括：工艺腔室，所述工艺腔室中形成有空间；卡盘，所述卡盘被放置在所述工艺腔室中并且支撑基板；气体供应单元，所述气体供应单元将反应气体供应到所述工艺腔室内；上电极，所述上电极放置在所述卡盘上方并且向反应气体施加高频功率(power)；和加热器，所述加热器安装在所述上电极中并且加热所述上电极。
在一些实施例中，该处理基板的设备可进一步包括分配板(distribution plate)，所述分配板放置在所述上电极下方，并且所述分配板中形成有允许所述反应气体通过的分配孔。
在其它的实施例中，加热器可以被嵌入在所述上电极中。
仍然在其它实施例中，该处理基板的设备可进一步包括：第一上部电源，所述第一上部电源向所述上电极施加第一频率功率；和第二上部电源，所述第二上部电源向加热器施加第二频率功率。第二频率可以不同于第一频率。
还在其他的实施例中，该处理基板的设备可进一步包括第一频率阻隔滤波器(blocking filter)，所述第一频率阻隔滤波器在所述第一上部电源和所述上电极之间的部分与所述第一上部电源和所述上电极电连接，并阻止施加给所述上电极的第一频率功率施加给所述第一上部电源。
仍在其它的实施例中，该处理基板的设备进一步包括第二频率阻隔滤波器，所述第二频率阻隔滤波器在所述第二上部电源和所述加热器之间的部分与所述第二上部电源和所述加热器电连接，并阻止施加给所述加热器的第二频率功率施加给所述第二上部电源。
在进一步的实施例中，所述上电极可包括：上部板，所述上部板与所述第一上部电源电连接；和下部板，所述下部板放置在所述上部板下方，加热器安装在所述下部板中，并且所述下部板中形成有供应工艺气体的气体供应孔。
仍在进一步的实施例中，所述下部板可包括：中央区域，所述中央区域中形成有气体供应孔；和边缘区域，所述边缘区域围绕所述中央区域，其中所述加热器可以被提供在所述边缘区域中并且可以围绕所述中央区域。
还在进一步的实施例中，第一频率功率可具有大约13.56MHz到大约100MHz的频率范围，第二频率功率可具有大约60Hz的频率。
还在进一步的实施例中，该处理基板的设备可进一步包括：下电极，所述下电极安装在所述卡盘中；第一下部电源，所述第一下部电源产生与第一频率功率相同的频率功率；第二下部电源，所述第二下部电源产生比第一频率功率低的频率功率；和匹配单元，所述匹配单元将所述第一下部电源产生的频率功率与所述第二下部电源产生的频率功率匹配，并将匹配后的频率功率施加给所述下电极。
在更进一步的实施例中，第一下部电源可产生大约100MHz的频率功率，第二下部电源可产生大约2MHz的频率功率。
附图简述
附图被包括以提供对于本发明的进一步理解，并且附图被整合在说明书中并构成说明书的一部分。附图图解说明了本发明的示例性实施例，并且与说明书一起有助于说明本发明的原理。在图中：
图1示出了基板的刻蚀速率的曲线图，其中使用常规基板处理设备执行刻蚀工艺；
图2示出了根据本发明的一个实施例的处理基板的设备的剖视图；
图3示出了根据本发明的另一实施例的处理基板的设备的剖视图；和
图4示出了通过使用根据本发明的一个实施例的处理基板的设备处理的基板的刻蚀速率的曲线图。
具体实施例
下文中，将参考附图详细地描述根据本发明的优选实施例的处理基板的设备。另外，为避免不必要地模糊本发明的主题，将略去对熟知的功能或构造的详细说明。
图2示出了根据本发明的一个实施例的处理基板的设备的剖视图。
参考图2，处理基板的设备10产生等离子体以处理基板W。该处理基板的设备10包括工艺腔室100、卡盘200、气体供应单元300、等离子体生成单元400和加热单元500。
空间101形成在工艺腔室100中。内部空间101表现为对基板W执行等离子体工艺处理的空间。在基板W上的等离子体处理包括刻蚀工艺。排气孔102形成在工艺腔室100的底部处。排气孔102被连接到排气管线(exhaust line)121。在工艺中产生的反应副产物和残留在工艺腔室100中的气体可通过排气管线121排出到外部。工艺腔室100的内部空间101通过排气过程被降压到预定压力。
卡盘200放置在工艺腔室100中。卡盘200支撑基板W。卡盘200包括通过使用静电力吸附和固定基板W的静电卡盘200。静电卡盘200包括介电(dielectric)板210、下电极220、加热器230、支撑板240和绝缘板270。
介电板210放置在静电卡盘200的上端部分处。介质板210以盘状介电物质提供。基板W布置在介电板210上。介电板210的顶部具有比基板W的半径小的半径。结果，基板W的边缘区域被放置在介电板210的外侧。第一供应通道211形成在介电板210中。第一供应通道211被提供为从介电板210的顶部到底部。第一供应通道211彼此被隔开并形成为多个，并且被提供为向基板W的底部供应传热介质的路径。
下电极220和加热器230被嵌入在介电板210中。下电极220被放置在加热器230之上。下电极220被连接到下部供电单元221。下部供电单元221向下电极220施加功率。下部供电单元221包括两个下部电源222和223以及匹配单元224。第一和第二下部电源222和223产生具有不同大小的频率功率。第一下部电源222可产生比第二下部电源224产生的频率功率高的频率功率。第一下部电源222可产生在大约13.56MHz到大约100MHz的范围内的频率功率，并且第二下部电源223可产生大约2MHz的频率功率。匹配单元224与第一和第二下部电源222和223电连接并且匹配两个具有不同大小的频率功率以施加到下电极220。根据施加给下电极222的功率，静电力作用在下电极220和基板W之间，并且基板W通过静电力被吸附到介电板210上。
加热器230与外部电源(未示出)电连接。加热器230通过抵抗从外部电源施加的电流而产生热。所产生的热通过介电板210传导给基板W。基板W通过加热器230产生的热被维持在预定温度。加热器230包括螺旋线圈。加热器230可以以均匀间隔嵌入在介电板210中。
支撑板240被放置在介电板210下方。介电板210的底部和支撑板240的顶部可以用粘合剂236粘合。支撑板240可以以铝材料提供。支撑板240的顶部可具有阶梯高度使得中央区域被放置成比边缘区域高。支撑板240的顶部的中央区域具有与介电板210的底部的区域对应的区域并且与介电板210的底部接触。第一循环通道241、第二循环通道242和第二供应通道243形成在支撑板240中。
第一循环通道241被提供为传热介质循环的路径。第一循环通道241可以在支撑板240中形成为螺旋形状。而且，第一循环通道241可以布置成允许具有不同半径的环状通道具有相同的中心。各个第一循环通道241可以彼此连通。第一循环通道241在相同高度处形成。
第二循环通道242被提供为冷却液循环的路径。第二循环通道242可以在支撑板240中形成为螺旋形状。而且，第二循环通道242可以布置成允许具有不同半径的环状通道具有相同的中心。各个第二循环通道242可以彼此连通。第二循环通道242可具有比第一循环通道241的横截面面积大的横截面面积。第二循环通道242在相同高度处形成。第二循环通道242可以放置在第一循环通道241下方。
第二供应通道243从第一循环通道241延伸到上方，并且被提供在支撑板240之上。第二供应通道243的数目被提供为与第一供应通道211的数目相对应，并且连接在第一循环通道241和第一供应通道211之间。
第一循环通道241通过传热介质供应管线(supply line)251连接到传热介质存储单元252。传热介质存储单元252存储传热介质。传热介质包括惰性气体。根据本发明的一个实施例，传热介质包括氦(He)气。氦气通过供应管线251供应给第一循环通道241并且通过相继通过第二供应通道243和第一供应通道211被供应到基板W的底部。氦气作用为将从等离子体传送到基板W的热传送到静电卡盘200的介质。等离子体中包含的离子粒子被静电卡盘200处形成的静电力吸引以运动到静电卡盘200并且在运动期间与基板W碰撞以执行刻蚀工艺。在离子粒子与基板W碰撞期间，在基板W中产生热。基板W中产生的热通过供给到基板W的底部和介电板210的顶部之间的空间的He气而被传递到静电卡盘200。因此，基板W可以维持在设置的温度。
第二循环通道242通过冷却液供应管线261连接到冷却液存储单元262。冷却液存储单元262存储冷却液。可以在冷却液存储单元262中提供冷却器263。冷却器263将冷却液冷却到预定温度。可替代的，冷却器263可以安装在冷却液供应管线261处。通过冷却液供应管线261供给到第二循环通道242的冷却液沿着第二循环通道242循环并且冷却支撑板240。通过一起冷却介电板210和基板W，支撑板240的冷却将基板W保持在预定温度。
绝缘板270被提供在支撑板240下方。绝缘板270的尺寸被提供成与支撑板240的尺寸相对应。绝缘板270被放置在支撑板240和腔室100的底部之间。绝缘板270被提供为绝缘材料并且在支撑板240和腔室100之间电绝缘。
聚焦环280被布置在静电卡盘200的边缘区域处。聚焦环200具有环的形状并且沿着介电板210的圆周布置。聚焦环280的顶部可具有阶梯高度以使得外侧部分280a比内侧部分280b高。聚焦环280的预部的内侧部分280b被放置在与介电板210的顶部的高度相同的高度处。聚焦环280的顶部的内侧部分280b支撑基板W的放置在介电板210的外侧的边缘区域。聚焦环280的外侧部分280a被提供成围绕基板W的边缘区域。聚焦环280扩展电场形成区域使得基板W被放置在形成等离子体的区域的中央处。据此，等离子体被均匀地形成在基板W的整个区域上方，并且由此基板W的每个区域可以被均匀地刻蚀。
气体供应单元300将工艺气体供应到工艺腔室100。气体供应单元300包括气体存储单元310、供气管线320和进气口330。供气管线320连接在气体存储单元310和进气口330之间，并且将储存在气体存储单元310中的工艺气体供应到进气口330。进气口330连接到在上电极410中形成的气体供应孔412。
等离子体生成单元400激发在处理室100留下的工艺气体。等离子体生成单元400包括上电极410、分配板420和上部供电单元440。
上电极410被提供为盘状并且放置在静电卡盘200之上。上电极410包括上部板410a和下部板410b。上部板410a被提供为盘(disc)状。上部板410a与第一上部电源441电连接。上部板410a将第一上部电源441产生的高频功率施加到留在工艺腔室100中的工艺气体以激发工艺气体。所述工艺气体被激发以转变成等离子体状态。上部板410a的底部具有阶梯高度使得中央区域被放置成高于边缘区域。气体供应孔412形成在上部板410a的中央区域中。气体供应孔412被连接到进气口330并且将工艺气体供应到缓冲空间414。可以在上部板410a中形成冷却通道411。冷却通道411可以形成为螺旋形状。而且，冷却通道411可以布置成允许具有不同半径的环状通道具有相同的中心。冷却通道411通过冷却液供应管线431被连接到冷却液存储单元432。冷却液存储单元432存储冷却液。储存在冷却液存储单元432中的冷却液通过冷却液供应管线431供应到冷却通道411。冷却液在冷却通道411中循环并且冷却上部板410a。
下部板410b被放置在上部板410a的下方。下部板410b的尺寸被提供成与上部板410a的尺寸相对应并且面向上部板410a放置。下部板410b的顶部具有阶梯高度使得中央区域被放置成低于边缘区域。下部板410b的顶部和上部板410a的底部彼此结合以形成缓冲空间414。缓冲空间414被提供为通过气体供应孔412供给的气体在被供给到工艺腔室100之前临时存留的空间。气体供应孔413形成在下部板410b的中央区域中。气体供应孔413以恒定间隔隔开并且形成为多个。气体供应孔413与缓冲空间414相连接。
分配板420被放置在下部板410b下方。分配板420被提供为盘状。分配孔421形成在分配板420中。分配孔421被提供为从分配板420的顶部到底部。分配孔421的数目被提供为与气体供应孔413的数目相对应，并且分配孔421被放置在与放置气体供应孔413的位置对应的位置处。留在缓冲空间414中的工艺气体通过气体供应孔413和分配孔421被均匀地供应到工艺腔室100内。
上部供电单元440施加高频功率到上部板410a。上部供电单元440包括第一上部电源441和滤波器442。第一上部电源441与上部板410a电连接并且产生高频功率。第一上部电源441产生第一频率功率。第一上部电源441可产生与第一下部电源222的频率功率相同的频率功率。第一上部电源441可产生频率范围大约在13.56MHz到100MHz之间的频率功率。
滤波器442在第一上部电源441和上部板410a之间的部分与第一上部电源441和上部板410a电连接。滤波器442使第一频率功率通过，以使第一上部电源441产生的第一频率功率被施加到上部板410a。滤波器442阻止施加于上部板410a的第一频率功率被传送到第一上部电源441。滤波器442包括高通滤波器。
加热单元500加热下部板410b。加热单元500包括加热器510、第二上部电源520和滤波器530。加热器510安装在下部板410b中。加热器510可以被提供在下部板410b的边缘区域中。加热器510包括加热线圈并且加热器可以被提供为围绕下部板410b的中央区域。第二上部电源520被电连接到加热器510。第二上部电源520产生第二频率功率。第二频率功率与第一频率功率不同。第二频率功率可以提供为具有比第一频率功率的频率低的频率功率。第二频率功率可具有大约60Hz的频率。第二上部电源520可以产生直流功率。而且，第二上部电源520可以产生交流功率。第二上部电源520产生的第二频率功率被施加给加热器510并且加热器510通过抵抗施加的电流而产生热。加热器510产生的热加热下部板410b并且被加热的下部板410b以预定温度加热放置在下部板410b下的分配板420。下部板410b可以被加热到大约60℃到大约300℃的温度范围。
滤波器530在第二上部电源520和加热器510之间的部分与第二上部电源520和加热器510电连接。滤波器530使第二频率功率通过，以使第二上部电源520产生的第二频率功率被施加到加热器510。滤波器530阻止施加给加热器510的第二频率功率被传送到第二上部电源520。滤波器530包括低通滤波器。
图4示出了通过使用根据本发明的实施例的处理基板的设备处理的基板的刻蚀速率的曲线图。
参考图4，相继提供基板至等离子体刻蚀工艺。作为使用本发明的处理基板的设备刻蚀基板的结果，最先提供给刻蚀工艺的基板和其后提供给刻蚀工艺的基板的刻蚀速率接近基本刻蚀速率L。其原因在于，由于下部板410b和分配板420被加热器510产生的热快速加热到预定温度，留在工艺腔室100中的工艺气体在工艺的起始阶段被主动激发。由此，由于本发明中的刻蚀速率在刻蚀工艺刚刚开始之后达到基本刻蚀速率，不需要刻蚀速率达到基本刻蚀速率所需要的额外时间。因此，不仅减小了总加工时间，而且还可避免以比基本刻蚀速率低的刻蚀速率处理的基板的产生。
根据本发明，由于基板处理不需要达到基本刻蚀速率的额外加工时间，总工艺时间可以被减小。
此外，根据本发明，在刻蚀工艺的起始阶段提供的基板的刻蚀速率可达到基本刻蚀速率。
虽然已经参考本发明的示例性实施例细致地示出和描述了本发明，本领域普通技术人员将明白在不偏离下面的权利要求书限定的本发明的精神和范围的前提下，可在形式和细节上进行各种变化，示例性实施例应该被认为仅是说明的意义而非为了限定的目的。因此，本发明的范围并非由本发明的详细说明限定，而是由所附权利要求书限定，并且在该范围内的全部差异将被解释为被包括在创造性的概念中。
Claims (12)
1.处理基板的设备，包括：
工艺腔室，所述工艺腔室中形成有空间；
卡盘，所述卡盘被放置在所述工艺腔室中并且支撑基板；
气体供应单元，所述气体供应单元将反应气体供应到所述工艺腔室内；
上电极，所述上电极被放置在所述卡盘上方并且向所述反应气体施加高频功率；和
加热器，所述加热器安装在所述上电极中并且加热所述上电极。
2.根据权利要求1所述的处理基板的设备，进一步包括分配板，所述分配板被放置在所述上电极下方并且所述分配板中形成有允许所述反应气体通过的分配孔。
3.根据权利要求1所述的处理基板的设备，其中所述加热器嵌入在所述上电极中。
4.根据权利要求1所述的处理基板的设备，进一步包括：
第一上部电源，所述第一上部电源向所述上电极施加第一频率功率；和
第二上部电源，所述第二上部电源向所述加热器施加第二频率功率。
5.根据权利要求4所述的处理基板的设备，进一步包括第一频率阻隔滤波器，所述第一频率阻隔滤波器在所述第一上部电源和所述上电极之间的部分与所述第一上部电源和所述上电极电连接，并阻止施加给所述上电极的第一频率功率施加给所述第一上部电源。
6.根据权利要求4所述的处理基板的设备，其中所述第二频率与所述第一频率不同。
7.根据权利要求4所述的处理基板的设备，进一步包括第二频率阻隔滤波器，所述第二频率阻隔滤波器在所述第二上部电源和所述加热器之间的部分与所述第二上部电源和所述加热器电连接，并阻止施加给所述加热器的第二频率功率施加给所述第二上部电源。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的处理基板的设备，其中所述上电极包括：
上部板，所述上部板与所述第一上部电源电连接；和
下部板，所述下部板被放置在所述上部板下方，所述加热器安装在所述下部板中，并且所述下部板中形成有供应工艺气体的气体供应孔。
9.根据权利要求8所述的处理基板的设备，其中所述下部板包括：
中央区域，所述中央区域中形成有所述气体供应孔；和
边缘区域，所述边缘区域围绕所述中央区域，
其中所述加热器被提供在所述边缘区域中并且围绕所述中央区域。
10.根据权利要求3至7中任一项所述的处理基板的设备，其中所述第一频率功率具有大约13.56MHz到大约100MHz的频率范围，并且所述第二频率功率具有大约60Hz的频率。
11.根据权利要求3至7中任一项所述的处理基板的设备，进一步包括：
下电极，所述下电极安装在所述卡盘中；
第一下部电源，所述第一下部电源产生与所述第一频率功率相同的频率功率；
第二下部电源，所述第二下部电源产生比所述第一频率功率低的频率功率；和
匹配单元，所述匹配单元将所述第一下部电源产生的频率功率与所述第二下部电源产生的频率功率匹配，并将匹配后的频率功率施加给所述下电极。
12.根据权利要求11所述的处理基板的设备，其中所述第一下部电源产生大约100MHz的频率功率并且所述第二下部电源产生大约2MHz的频率功率。
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