CN101266921A - 基板处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基板处理方法。把装在处理室内的基板放置在支撑阳极上。然后将处理室与外部隔断，并把处理室内部的压力增加到既定压力。在既定压力下使基板的温度稳定在一定温度，再把处理室内的压力减小到处理压力。一旦在处理室内完成对基板的处理，就把基板卸到处理室的外部。使处理室内部的压力增加的方法包括提供净化气体的方法和提供处理气体的方法。
Description
技术领域
本发明涉及基板处理方法，特别是涉及放置在阳极(plate)上的基板的处理方法。
背景技术
蒸镀在晶片表面上的薄膜，可以利用蚀刻有选择地去除，并在晶片表面上形成所希望的图案。在半导体制造过程中会反复进行这种处理。此外，不仅针对蒸镀的膜，为了生成沟槽(trench)，也可以对硅基板本身进行蚀刻。薄膜可以包括光致抗蚀剂(photoresist)、氧化硅膜或氮化硅膜等不同的薄膜。氧化膜或氮化膜与光致抗蚀剂相比会提供更良好的蚀刻条件。
下面，对一般的等离子体蚀刻装置进行说明。将处理气体提供到室内，一旦在两个电极之间形成电场，则一部分气体原子被离子化，生成阳离子和自由电子，形成等离子体。在等离子体蚀刻装置中，由以13.56MHz动作的高频发生器提供能量。
等离子体蚀刻的两个主要素是自由基和离子。自由基具有不饱和键，为电中性。因此，自由基因不饱和键而具有非常大的反应性能，与晶片上的物质主要通过化学的作用发生反应。但离子带有电荷，并因电位差向一定的方向加速，它与晶片上的物质主要通过物理的作用发生反应。
另一方面，晶片被装在室内，放置在设置于室内的卡盘上。把晶片的温度条件调节到适合处理的条件，如果温度条件满足就开始处理。不过在以上所述的一般装置中存在一些问题。
为了提高处理的精度，必须准确地调节处理条件，其中晶片的温度条件非常重要。在晶片离开卡盘的状态下，提供给室内的气体分子具有作为晶片和卡盘之间的温度传递介质的功能。因此，调节晶片的温度非常困难，特别是在高真空状态下进行处理时，由于室内存在的气体分子非常少，这种问题就变得更严重。
为了解决此问题，有时向晶片的后面喷射氦气，但在这种情况下要求有另外固定晶片的装置。以往使用的是机械式夹具或静电卡盘，但机械式夹具不能使晶片均匀受力，存在产生微粒(particle)的缺点。此外在使用静电卡盘的情况下，装置的结构变得复杂，生产费用增加，此外在进行处理时，必须要有卡住或脱开的过程。
发明内容
鉴于所述的问题，本发明的目的在于提供一种可以容易地调节晶片的温度条件的基板处理方法。
本发明另一个目的在于提供可以确保晶片的温度均匀度的基板处理方法。
本发明其他的目的通过下述的详细说明和附图会更清楚。
为达到所述的目的，本发明提供的基板处理方法包括以下步骤：把基板装到处理室内；向所述处理室提供用于对所述基板进行处理的处理气体，把所述处理室内的压力增加到既定压力，并使所述基板的温度稳定；把所述处理室内的压力减小到处理压力，对所述基板进行处理；把所述基板卸到所述处理室的外部。
所述处理气体可以包括蚀刻气体或清洗气体。
对所述基板进行处理的步骤可以包括以下步骤：在所述处理室内形成电场的状态下，向所述处理室内提供所述处理气体，生成等离子体，并用生成的等离子体对所述基板进行处理。
对所述基板进行处理的步骤还可以包括以下步骤：对所述基板进行加热，去除在所述基板上部表面上形成的处理副产物。
本发明还提供一种基板处理方法，其包括以下步骤：把基板装在第一室内；向所述第一室提供用于对所述基板进行处理的处理气体，把所述第一室内的压力增加到既定压力，并使所述基板的温度稳定；把所述第一室内的压力减小到处理压力，对所述基板进行第一处理；把所述基板卸到所述第一室的外部，并装到第二室内；把所述第二室内的压力增加到既定压力，并使所述基板的温度稳定；把所述第二室内的压力减小到处理压力，对所述基板进行第二处理；把所述基板卸到所述第二室的外部。
在所述第一室内对所述基板进行第一处理的步骤可以包括以下步骤：在所述第一室内形成电场的状态下，向所述第一室内提供所述处理气体，生成等离子体，并用生成的等离子体对所述基板进行处理。
在所述第二室内对所述基板进行第二处理的步骤还可以包括以下步骤：对所述基板进行加热，去除在所述基板上部表面上形成的处理副产物。
所述处理气体可以包括蚀刻气体或清洗气体。
按照本发明，通过向室内提供气体，使室的内部压力和气体分子的密度增加，利用气体分子可以容易地对晶片W进行温度调节。此外，可以减小晶片W不同区域的温度偏差。特别是用净化气体或处理气体可以容易地调节晶片W的温度。
附图说明
图1是简要表示包括本发明的处理组件(process module)的半导体制造设备的图。
图2是简要表示图1的第一处理组件的图。
图3是简要表示图1的第二处理组件的图。
图4是表示本发明的基板处理方法的流程图。
图5是表示图2的第一处理室和图3的第二处理室内的压力变化曲线图。
图6是表示用图2的第一处理组件测量的晶片W的温度变化曲线图。
图7是表示用图3的第二处理组件测量的晶片W的温度变化曲线图。
附图标记说明
1半导体制造设备
10a、10b 处理组件
120、220 处理室
140、240 阳极
160、260 排气管
170 线圈
180、280 供气管
具体实施方式
下面参照图1～图7对本发明优选的实施方式进行详细说明。本发明的实施方式可以变化成各种不同形式，本发明的范围不能解释为限定于后面叙述的实施方式。本实施方式是为了向具有属于本发明技术领域的普通技术知识的人更详细地说明本发明。因此，为了更明确的强调说明，附图中所示的各要素的形状可以有些夸张。
下面对作为基板的一个例子的晶片W进行说明，但本发明的技术思想和范围不限于此。此外，为了说明本发明，以下是以等离子体蚀刻装置为例进行说明，但本发明可以应用于在把晶片放置于阳极上的状态下进行处理的多种半导体制造装置。此外，下面是以电感耦合等离子体(ICP)型的等离子体装置为例进行说明，但也可以应用于包括电子回旋共振(ECR)型的各种各样的等离子体装置。
图1是简要表示包括本发明的处理组件10a、10b的半导体制造设备1的图。
参照图1，半导体制造设备1包括处理设备2、设备前端组件3和边界壁(interface wall)4。
设备前端组件3安装在处理设备2的前方，把晶片W在容纳晶片W的容器(图中没有表示)和处理设备2之间传送。设备前端组件3具有多个装载入口60和框架50。框架50位于装载入口60和处理设备2之间。利用高架传输装置、高架输送器、或自动引导车等传送装置(图中没有表示)，把容纳晶片W的容器放置在装载入口60上。作为容器可以使用前面敞开的整体式罐那样的密闭容器。在框架50内，放置于装载入口60的容器和处理设备2之间，设置有传送晶片W的框架机械手70。在框架50内可以设置自动打开或关闭容器门的开启器(图中没有表示)。此外，可以对框架50提供叶片式过滤器单元，使净化空气从框架50内的上部向下部流动，向框架50内提供净化空气(图中没有表示)。
在处理设备2内对晶片W进行规定的处理。处理设备2包括加载互锁室(loadlock chamber)20、传输室30以及第一和第二处理组件10a、10b。传输室30具有大体为多角形的断面。加载互锁室20或处理组件10a、10b位于传输室30的侧面。加载互锁室20位于传输室30侧面部位中与设备前端组件3相邻的侧面部位，处理组件10a、10b位于其他的侧面部位。加载互锁室20包括：装料室20a，为了进行处理，使送入处理设备2的晶片W临时待机；以及卸料室20b，使处理完成后从处理设备2取出的晶片W临时待机。传输室30和处理组件10a、10b的内部保持真空，加载互锁室20的内部在真空和大气压之间进行切换。加载互锁室20能防止外部污染物流入传输室30和处理组件10a、10b。在加载互锁室20和传输室30之间，以及在加载互锁室20和设备前端组件3之间，设置闸阀(图中没有表示)。当晶片W在设备前端组件3和加载互锁室20之间移动时，加载互锁室20和传输室30之间的闸阀被关闭，当晶片W在加载互锁室20和传输室30之间移动时，加载互锁室20和设备前端组件3之间的闸阀被关闭。
传输室30内安装有传送机械手40。传送机械手40把晶片W装在处理组件10a、10b上，或把晶片W从处理组件10a、10b上卸下。此外，传送机械手40把晶片W在处理组件10a、10b和加载互锁室20之间进行传送。
处理组件10a、10b对晶片W进行规定的处理，例如进行蚀刻、清洗、灰化等处理。处理组件10a、10b构成一组，对晶片W进行连续处理。
图2是简要表示图1的第一处理组件10a的图。
第一处理组件10a包括第一处理室120、第一阳极140、第一排气管160、线圈170和第一供气管180。
第一处理室120提供进行蚀刻处理的内部空间，在进行处理时，第一处理室120的内部空间与外部隔断。在第一处理室120的一侧形成晶片W出入的通道122。通道122用狭缝门(slit door，图中没有表示)那样的开关构件打开或关闭。在第一处理室120的另一侧形成第一供气孔126。通过后面叙述的第一供气管180供给的气体，通过第一供气孔126流入到第一处理室120的内部。在第一处理室120的底面上形成排放第一处理室120内气体的第一排气孔124。在后面叙述的第一阳极140的周围形成第一排气孔124，在第一排气孔124上形成后面叙述的第一排气管160。
在第一处理室120的内部空间设置第一阳极140。用支撑轴142支撑第一阳极140。晶片W放置在第一阳极140上部表面上。第一阳极140接地，与后面叙述的线圈170一起，在第一处理室120的内部形成电场。在第一阳极140上设置多个支撑凸起140a，晶片W的背面用多个支撑凸起140a支撑。因此，晶片W保持与第一阳极140的上部表面隔开一定距离的状态。
第一排气管160连接在第一排气孔124上，进行第一处理室120内部的压力调节和内部空气的排气。在第一排气管160上可以设置用于强制排气的另外的泵(图中没有表示)。因此，可以利用泵强制使第一处理室120的内部压力降低。
在第一处理室120的上部设置线圈170，高频发生器(图中没有表示)连接在线圈170上。一旦使连接在线圈170上的高频发生器工作，则从线圈170产生高频能量，产生的能量通过第一处理室120的上部壁面，传递到第一处理室120的内部，在第一处理室120的内部形成电场。另一方面，在本实施方式中，说明的是线圈170设在第一处理室120的上部，但线圈170的位置还可以进行多种变化。
第一供气管180分路为处理气体管182和净化气体管184。处理气体在处理气体管182的内部流动，净化气体在净化气体管184的内部流动。因此，处理气体和净化气体通过第一供气管180供给到第一处理室120的内部。另一方面，在处理气体管182上设置打开或关闭处理气体管182的阀门182a，在净化气体管184上设置打开或关闭净化气体管184的阀门184a。
处理气体由在第一处理室120内进行的处理所决定，所以在第一处理室120内进行蚀刻处理的情况下，处理气体为蚀刻气体，在进行清洗处理的情况下，处理气体为清洗气体。在对第一处理室120进行维护时，为了把内部的有毒气体排到外部，向第一处理室120的内部提供净化气体。净化气体包括氮气(N2)等非活性气体。
图3是简要表示图1的第二处理组件10b的图。
第二处理组件10b包括第二处理室220、第二阳极240、第二排气管260和第二供气管280。
第二处理室220提供进行蚀刻处理的内部空间，在进行处理时，第二处理室220的内部空间与外部隔断。在第二处理室220的一侧形成晶片W出入的通道222。通道222用狭缝门(图中没有表示)那样的开关构件打开或关闭。在第二处理室220的另一侧形成第二供气孔226。通过后面叙述的第二供气管280所提供的气体，通过第二供气孔226流入第二处理室220的内部。在第二处理室220的底面上形成排放第二处理室220内气体的第二排气孔224。在后面叙述的第二阳极240的周围形成第二排气孔224，在第二排气孔224上形成后面叙述的第二排气管260。
在第二处理室220的内部空间设置第二阳极240。用支撑轴244支撑第二阳极240。晶片W放置在第二阳极240的上部表面。在第二阳极240的内部设置加热器242。加热器242对安放在第二阳极240上部表面上的晶片W在处理温度进行加热。在第二阳极240上设置多个支撑凸起240a，用多个支撑凸起240a支撑晶片W的背面。因此，晶片W保持与第一阳极240的上部表面隔开一定距离的状态。
第二排气管260连接在第二排气孔224上，进行第二处理室220内部的压力调节和内部空气的排气。在第二排气管260上可以设置用于强制排气的另外的泵(图中没有表示)。因此，可以利用泵强制使第二处理室220的内部压力降低。
净化气体在第二供气管280内部流动，净化气体通过第二供气管280提供到第二处理室220的内部。另一方面，在第二供气管280上设置打开或关闭第二供气管280的阀门280a。在对第二处理室220进行维护时，为了把内部的有毒气体排到外部，向第二处理室220的内部提供净化气体。净化气体包括氮气(N2)这样的非活性气体。
图4是表示本发明的基板处理方法的流程图，图5是表示图2的第一处理室120和图3的第二处理室220内的压力变化的曲线图。
下面参照图2～图5，说明对晶片W的蚀刻处理和调节晶片W温度的方法。
首先把晶片W装在第一处理室120的内部(S10)。传送机械手40把晶片W装在第一处理组件10a上，晶片W通过在第一处理室120的一侧形成的第一通道122，放置到第一阳极140上。第一处理室120内部的压力保持真空状态(图5的“a”区间：装入晶片的区间)。
然后，在将第一处理室120的内部空间与外部隔断的状态下，把第一处理室120内部的压力增加到既定压力，并使晶片W的温度稳定(S20)。所谓使晶片W的温度稳定，意味着使晶片W和第一阳极140的温度差在既定范围内或使晶片W不同区域的温度偏差在一定范围内。除此以外也意味着把晶片W的温度调节到既定温度。可以根据操作者的要求来决定能判断已使晶片W的温度稳定的范围。
第一处理室120的内部压力从真空状态增加到1999.84Pa(15T(Torr))以上(优选的是2666.45Pa(20T))(图5的“b”区间：使温度稳定的区间)。使第一处理室120的压力增加的方法有两种。第一种方法是向第一处理室120的内部提供处理气体，第二种方法是向第一处理室120的内部提供净化气体。处理气体或净化气体通过第一供气管180，提供到第一处理室120的内部。一旦把气体强制提供到第一处理室120的内部，则第一处理室120内部的压力增加。
通过向第一处理室120内部强制提供气体，第一处理室120的内部被气体充满，因此第一处理室120内部的压力和气体分子的密度增加。充满第一处理室120内部的气体分子具有作为在第一阳极140和晶片W之间的温度传递介质的功能。因此，在第一阳极140和晶片W之间可以顺利地进行热传递。
图6是表示用图2的第一处理组件10a测量的晶片W的温度变化曲线图，在多个区域测量晶片W的温度。图6的左侧曲线图表示第一处理室120的内部为真空状态时的晶片W的温度变化，图6的右侧曲线图表示第一处理室120的内部为高压状态时的晶片W的温度变化。在图6中“1”表示晶片W放置在第一阳极140上的时刻。
用传送机械手40把晶片W装在第一处理室120的内部，晶片W的温度比第一阳极140的温度高。在把晶片W放置在第一阳极140上以后，在晶片W和第一阳极140之间进行热传递，晶片W逐渐被冷却。
可以看出，图6的左侧曲线图表示的晶片W，不同区域具有较大的温度偏差，其被缓慢冷却。而图6的右侧曲线图表示的晶片W，最初不同区域具有较大的温度偏差，但通过增加第一处理室120的内部压力(“H”时刻)，晶片W的温度快速收敛。这种结果是因为在第一处理室120的内部压力高的情况下，利用气体分子能顺利地进行热传递。即，在内部压力高的情况下，可以通过气体分子迅速调节晶片W的温度。此外，同样的道理，可以减少晶片W的不同区域的温度偏差。
接下来，如果晶片W的温度稳定，则把第一处理室120的内部压力减小到处理压力，对晶片W进行第一处理(S30)。第一处理室120的内部压力从2666.45Pa(20T)减小到666.61Pa(5T)以下(优选的是133.32Pa(1T))。即，第一处理组件10a的处理压力为133.32Pa(1T)(图5的“c”区间：处理区间)。
如果第一处理室120的内部压力达到处理压力，则向第一处理室120内提供处理气体。通过处理气体管182和第一供气管180来提供处理气体。一旦在第一处理室120内形成电场，则由处理气体生成等离子体，生成的等离子体对晶片W表面进行蚀刻。处理气体由要进行蚀刻的膜来决定。
此后，一旦完成第一处理，则把晶片W从第一处理室120卸下(图5的“d”区间)，并装到第二处理室220中(S40)(图5的“a”区间)。晶片W装到第二处理室220的方法与把晶片W装到第一处理室120的方法相同。
此后，在第二处理室220的内部空间与外部隔断的状态下，把第二处理室220内部的压力增加到既定压力，并使晶片W的温度稳定(S50)。第二处理室220的内部压力从真空状态增加到1999.84Pa(15T(Torr))以上(优选的是2666.45Pa(20T))(图5的“b”区间)。第二处理室220的压力通过向其内部提供净化气体而增加。通过第二供气管280向第二处理室220的内部提供净化气体。除此以外，使晶片W的温度稳定的原理与前面所述的方法相同。
图7是表示用图3的第二处理组件10b测量的晶片W的温度变化曲线图，在不同区域测量了晶片W的温度。图7的左侧曲线图表示第二处理室220的内部为真空状态时的晶片W的温度变化，图7的右侧曲线图表示第二处理室220的内部为高压状态时的晶片W的温度变化。
用传送机械手40把晶片W装在第二处理室220的内部，晶片W的温度比第二阳极240的温度低。把晶片W放置在第二阳极240上以后，在晶片W和第二阳极240之间进行热传递，晶片W逐渐被加热。
图7的左侧曲线图表示的晶片W，不同区域具有较大的温度偏差，而图7的右侧曲线图表示的晶片W，几乎没有因区域不同造成的温度偏差。这种结果是因为在第二处理室220的内部压力高的情况下，利用气体分子可以顺利地进行热传递。即，在内部压力高的情况下，利用气体分子可以迅速调节晶片W的温度。此外，根据同样的原因，可以减少晶片W不同区域的温度偏差。
接下来，如果晶片W的温度稳定，则把第二处理室220的内部压力减小到处理压力，并对晶片W进行第二处理(S60)。第二处理室220的内部压力从2666.45Pa(20T)减小到666.61Pa(5T)以下(优选的是133.32Pa(1T))。即，第二处理组件10b的处理压力为133.32Pa(1T)(图5的“C”区间)。
第二处理室220的内部压力如果达到处理压力，则第二阳极240把晶片W加热到既定温度。一旦对晶片W进行加热，则第一处理(蚀刻)后残留在晶片W表面上的物质蒸发，以气体状态通过第二排气管260排到外部。
以上所述的本发明优选的实施方式只是举例而已，具有属于本发明技术领域普通技术知识的人，在不脱离本发明的技术思想的范围内，可以进行各种各样的置换、变形和变更，而这些置换、变更等都属于本发明的权利要求范围。
Claims (10)
1.一种基板处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
把基板装到处理室内；
向所述处理室提供用于对所述基板进行处理的处理气体，把所述处理室内的压力增加到既定压力，并使所述基板的温度稳定；
把所述处理室内的压力减小到处理压力，对所述基板进行处理；
把所述基板卸到所述处理室的外部。
2.根据权利要求1所述的基板处理方法，其特征在于，所述处理气体包括蚀刻气体或清洗气体。
3.根据权利要求1所述的基板处理方法，其特征在于，对所述基板进行处理的步骤还包括以下步骤：
在所述处理室内形成电场的状态下，向所述处理室内提供所述处理气体，生成等离子体，并用生成的等离子体对所述基板进行处理。
4.根据权利要求3所述的基板处理方法，其特征在于，对所述基板进行处理的步骤还包括以下步骤：
对所述基板进行加热，去除在所述基板上部表面上形成的处理副产物。
5.根据权利要求1所述的基板处理方法，其特征在于，所述既定压力为2666.45Pa，所述处理压力为133.32Pa。
6.一种基板处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
把基板装在第一室内；
向所述第一室提供用于对所述基板进行处理的处理气体，把所述第一室内的压力增加到既定压力，并使所述基板的温度稳定；
把所述第一室内的压力减小到处理压力，对所述基板进行第一处理；
把所述基板卸到所述第一室的外部，并装到第二室内；
把所述第二室内的压力增加到既定压力，并使所述基板的温度稳定；
把所述第二室内的压力减小到处理压力，对所述基板进行第二处理；
把所述基板卸到所述第二室的外部。
7.根据权利要求6所述的基板处理方法，其特征在于，在所述第一室内对所述基板进行第一处理的步骤还包括以下步骤：
在所述第一室内形成电场的状态下，向所述第一室内提供所述处理气体，生成等离子体，并用生成的等离子体对所述基板进行处理。
8.根据权利要求6所述的基板处理方法，其特征在于，在所述第二室内对所述基板进行第二处理的步骤还包括以下步骤：
对所述基板进行加热，去除在所述基板上部表面上形成的处理副产物。
9.根据权利要求6所述的基板处理方法，其特征在于，所述处理气体包括蚀刻气体或清洗气体。
10.根据权利要求6所述的基板处理方法，其特征在于，所述既定压力为2666.45Pa，所述处理压力为133.32Pa。
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