CN103681410A - 用于处理基板的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种使用等离子体的基板处理装置。该基板处理装置包括其内具有处理空间的室、设置在该室中以支撑该基板的支撑构件、将气体供应到该室中的气体供应单元、以及设置在该室上部的等离子体源，该等离子体源包括从供应到该室中的气体产生等离子体的天线，其中，该室包括具有开口的顶面的壳体，该壳体内具有处理空间，以及覆盖该壳体的开口的顶面的电介质组件，并且其中该电介质组件包括电介质窗口和具有比电介质窗口的强度更大的强度的加强膜。

Description

用于处理基板的装置

技术领域

本文中公开的本发明涉及一种用于处理基板的装置，并且更具体而言涉及一种使用等离子体的基板处理装置。

背景技术

为了制造半导体器件，执行例如光刻工艺、蚀刻工艺、灰化工艺、离子注入工艺、薄膜沉积工艺、清洗工艺等多种工艺以在基板上形成期望的图案。在这些工艺中，蚀刻工艺移除了从形成于基板上的层中所选的区域。蚀刻工艺可以包括湿法（wet）蚀刻工艺和干法（dry）蚀刻工艺。

在这些中，使用等离子体的蚀刻装置用于干法蚀刻工艺。通常，为了生成等离子体，在室的内部空间中引起电磁场，并且该电磁场将室中提供的处理气体激发为等离子体态。

等离子体代表由离子、电子以及原子团构成的气体的电离状态。在高温处或者由强电场或者射频（Radio Frequency）电磁场产生等离子体。在半导体器件制造工艺中，通过使用等离子体执行蚀刻工艺。通过允许包含在等离子体中的离子微粒撞击基板来执行蚀刻工艺。

通常，在基板处理工艺期间，由于等离子体，物理冲击可以发生在室中。具体说，在基板处理工艺期间，介电组件在强度上也许是弱的而引起裂缝。另外，因为室内部由于等离子体的产生而温度突然变化，所以可能会损坏介电组件。此外，在基板处理工艺之后，当化学清洗介电组件时由于清洗液而造成该介电组件可能会被损坏。

发明内容

本发明提供了一种包括在使用等离子体的基板处理工艺中具有良好强度和耐热性的介电组件的基板处理装置。

本发明还提供了一种包括具有良好耐化学性并且在基板处理工艺之后在清洗期间防止由于清洗液而损坏的介电组件的基板处理装置。

本发明实施例提供了基板处理装置，包括：其内具有处理空间的室；设置在该室内用以支撑该基板的支撑构件；将气体供应到该室中的气体供应单元；以及设置在该室上部的等离子体源，该等离子体源包括从供应到室中的气体产生等离子体的天线，其中，该室包括：壳体，该壳体具有开口的顶面，该壳体内具有处理空间；以及覆盖该壳体的开口的顶面的电介质材料组件，并且其中该电介质材料组件包括电介质材料窗口和具有比电介质材料窗口的强度更大的强度的加强膜。

在一些实施例中，可以将加强膜附接到电介质材料窗口的顶面。

在其他实施例中，可以以多层来提供加强膜。

在另其他实施例中，该多层的至少一层可以由硅材料形成

在另其他实施例中，电介质材料组件可以进一步包括加热该电介质材料窗口的加热层。

在另其他实施例中，该加热层可以设置在该电介质材料窗口的上面。

在进一步的实施例中，加热层可以设置在该加强膜上，并且该加强膜可以设置在该电介质窗口上。

在进一步的实施例中，电介质材料组件可以进一步包括具有围绕该电介质材料组件的顶面和该电介质材料组件的侧表面的形状的涂覆膜。

在又进一步的实施例中，涂覆膜可以包括聚四氟乙烯（Teflon）。

附图说明

为提供进一步对于本发明的理解而引入附图，以及并入所述附图并构成本说明书的一部分。附图阐述了本发明的示例性实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是根据本发明实施例的基板处理装置的剖视图；

图2是图1的介电组件的分解透视图；

图3是阐述图2的介电组件的示例的剖视图；

图4是阐述图3的介电组件的改进的示例的剖视图；以及

图5是阐述图3的介电组件的另一个改进的示例的剖视图。

具体实施方式

然而，本发明可以以不同的方式来体现并且本发明不应构造为限制本文提出的实施例。相反，提供这些实施例以便这种公开将会是彻底的和全部的，并且完全地将本发明的范围传达给本领域的技术人员。在附图中，为了清楚的目的而夸大了层和区域的厚度。

以下将会阐述一种根据本发明实施例的使用等离子体蚀刻基板的基板处理装置。然而，本发明并不限于此。例如，本发明可以应用到能够执行将等离子体供应到室中的工艺的多种装置中。

图1是根据本发明实施例的基板处理装置的剖视图。

参考图1，基板处理装置10通过使用等离子体来处理基板W。例如，该基板处理装置10可以在基板W上执行蚀刻工艺。基板处理装置10包括室100、支撑构件200、气体供应单元300、等离子体源400、以及隔板单元500。

室100提供在其内执行基板处理工艺的空间。室100可以包括壳体110、电介质材料组件120以及衬板130。

壳体110具有设有开口的顶面的内部空间。壳体110的内部空间提供在其内执行基板处理工艺的空间。壳体110由金属形成。可替选地，壳体110可以由铝材料形成。壳体110可以接地。在壳体110的底面中限定排气孔102。排气孔102连接到排气管道151。当执行基板处理工艺时产生的反应副产物以及可以在壳体110内驻留的气体可以经由排气管道151排放到外部。因此，壳体110的内部空间经由排气过程而在预设压力处被减压。

图2是图1的介电组件的分解透视图。图3是图2的介电组件的示例的剖视图。

参考图2和图3，电介质材料组件120覆盖壳体110的开口的顶面。电介质材料组件120具有板形状以密封壳体110的内部空间。单独地提供电介质材料组件120。

根据本发明实施例的电介质材料组件1200包括电介质材料窗口1201、加强膜1202、加热层1203、以及涂覆膜1205。根据实施例，电介质材料组件1200可以具有板形状，其中，电介质材料窗口1201、加强膜1202、加热层1203、以及涂覆膜1205中的每个均具有预设厚度。另外，电介质材料窗口1201、加强膜1202以及加热层1203可以具有相同的截面积以形成各自的层。涂覆膜1205可以具有围绕由电介质材料窗口1201、加强膜1202以及加热层1203构成的多层结构的顶面和侧表面的形状。

电介质材料窗口1201具有与壳体110的直径相同的直径。根据实施例，电介质材料窗口1201可以由氧化钇（Y₂O₃）或者氧化铝（Al₂O₃）形成。该电介质材料窗口1201可以设置在电介质材料组件120的下端上。

加强膜1202设置在电介质材料窗口1201上。根据实施例，可以将加强膜1202附接到电介质材料窗口1201的顶面。可以以多层来提供加强膜1202。多层中的至少一层可以由硅材料形成。加强膜1202可以由具有良好强度的材料形成。根据实施例，加强膜1202可以具有比电介质材料窗口1201的强度更大的强度。

加热层1203对电介质材料窗口1201进行加热。加热层1203可以设置在电介质材料窗口1201上。另外，加热层1203可以设置在加强膜1202上。加热层1203可以包括加热构件（未显示）。在加热层1203的整个区域中以均匀距离来设置加热构件（未显示）。根据实施例，可以以螺旋形线圈的形状来提供每个加热构件（未显示）。将从加热构件（未显示）产生的热量传递到电介质材料组件1200的整个区域中。

以围绕电介质材料组件1200的顶面和侧表面的形状来提供涂覆膜1205。根据实施例，可以以具有开口的下部的圆柱形来提供涂覆膜1205。涂覆膜1205可以包括具有良好耐化学性的材料。根据实施例，涂覆膜1205可以包括聚四氟乙烯。

在本发明的上述示例性实施例中，电介质材料组件1200包括电介质材料窗口1201、加强膜1202、加热层1203、以及涂覆膜1205。可替选地，电介质材料组件1200可以不包括加热层1203和涂覆膜1205两者之一或者全部。这在以下改进的示例中将会阐述。

图4是图3的电介质材料组件的改进的实施例的剖视图。

参考图4，电介质材料组件1210包括电介质材料窗口1211、加强膜1212以及涂覆膜1215。当与图3的电介质材料组件1200相比时，电介质材料组件1210可以不包括加热层1203。电介质材料组件1210包括具有良好强度的加强膜1212。因此，这可以防止电介质材料组件1210由在使用等离子体的基板处理工艺期间产生的冲击所造成的损坏。

电介质材料组件1210包括涂覆膜1215。涂覆膜1215可以由具有良好耐化学性的材料形成。涂覆膜1215可以防止设置在涂覆膜1215内部的电介质材料窗口1211和加强膜1212在基板处理工艺之后在使用清洗液的清洗工艺中受到损坏。

图5是图3的电介质材料组件的另一个改进的实施例的剖视图。

参考图5，电介质材料组件1220包括电介质材料窗口1221、加强膜1222以及加热层1223。当与图3的电介质材料组件1200相比时，电介质材料组件1220可以不包括涂覆膜1205。可以设置电介质材料窗口1221、加强膜1222以及加热层1223以分别形成具有相同截面积的层。

电介质材料组件1220包括具有良好强度的加强膜1222。因此，这可以防止电介质材料组件1220由在使用等离子体的基板处理工艺期间产生的冲击所造成的损坏。

电介质材料组件1220包括加热层1223。在使用等离子体的基板处理工艺期间或者之前，加热层1223对电介质材料组件1220进行加热。因此，这可以防止电介质材料组件1220在基板处理工艺期间在温度上的突然变化。因此，可以防止电介质材料组件1220由于温度的突然改变而造成的损坏。

不同于前面的实施例和改进的实施例，电介质材料窗口、加强膜、加热层和涂覆膜可以位于彼此不同的位置处。例如，加热层可以设置在加强膜的下面。

再参考图1，衬板130设置在壳体110内。衬板130具有设有开口的顶面和开口的底面的内部空间。衬板130可以具有圆柱形。衬板130的半径可以对应于壳体110的内部表面的半径。可以沿壳体110的内部表面设置衬板130。支撑环131设置在衬板130的上端。以具有环形的板来提供支撑环131。支撑环131沿衬板130的圆周从衬板130向外突出。支撑环131设置在壳体110的上端上以支撑衬板130。衬板130和壳体110可以由相同的材料形成。衬板130可以由铝材料形成。衬板130保护壳体110的内部表面。当激发处理气体时，可能在室100内发生电弧放电。电弧放电可以损坏外围器件。衬板130可以保护壳体110的内部表面以防止壳体110的内部表面由电弧放电造成的损坏。另外，衬板130可以防止在基板处理工艺期间产生的杂质沉积在壳体110的内侧壁上。当与壳体110的那些相比时，衬板130在制造成本上可以是廉价的并且容易被替代。因此，当衬板130被电弧放电损坏时，工人可以用新的衬板130替代损坏的衬板130。

支撑构件200设置在壳体110内。支撑构件200支撑基板W。支撑构件200可以包括用于通过使用静电力来吸附基板W的静电卡盘210。可替选地，支撑构件200可以通过例如机械式夹紧的多种方法来支撑基板W。在下文，将会描述包括静电卡盘210的支撑构件200。

支撑构件200包括静电卡盘210、绝缘板250以及下盖270。在室100内从壳体110的底面向上隔开支撑构件200。

静电卡盘210包括电介质板220，电极223、加热器225、支撑板230以及聚焦环240。

电介质板220设置在静电卡盘210的上端。电介质板220具有圆形并且由电介质材料形成。基板W放置在电介质板220的顶面上。电介质板220的顶面具有小于基板W半径的半径。因此，基板W可以具有设置在电介质板220外部的边缘区域。在电介质板220内限定第一供应通道221。从电介质板220的顶面一直到电介质板220的底面限定第一供应通道221。可以提供多个第一供应通道221。另外，将该多个第一供应通道221彼此分隔开。每一个第一供应通道221用作通道，通过其向基板W的底面供应热传递介质。

下部电极223和加热器225埋于电介质板220内。下部电极223设置在加热器225的上面。下部电极223电连接至第一下部电源223a。第一下部电源223a可以包括直流电源。开关223b设置在下部电极223与第一下部电源223a之间。下部电极223可以通过开关223b的开/关操作电连接至第一下部电源223a。当开关223b接通时，将直流电流施加到下部电极223中。通过施加到下部电极223中的电流，静电力可以在下部电极223和基板W之间起作用。因此，可以通过静电力使基板W吸附到电介质板220。

加热器225电连接至第二下部电源225a。加热器225可以抵抗从第二下部电源225a施加的电流以产生热量。可以将该产生的热量经过电介质板220运送到基板W中。通过在加热器225中产生的热量可以将基板W保持在预设温度处。加热器225包括螺旋形线圈。

支撑板230设置在电介质板220的下面。可以通过使用粘合剂236将电介质板220的下面和支撑板230的顶面彼此粘合到一起。支撑板230可以由铝材料形成。支撑板230可以具有阶梯部以便其顶面的中央区域被布置得比其边缘区域的高度更高。支撑板230顶面的中央区域的表面面积对应于电介质板220的底面的表面面积并且该中央区域粘合到电介质板220的底面。在支撑板230内限定第一循环通道231、第二循环通道232、以及第二供应通道233。

以经由其而循环热传递介质的通道来提供第一循环通道231。可以在支撑板230内将第一循环通道231限定为螺旋形。可选地，可以提供第一循环通道231以便具有彼此不相同的半径的环形通道同中心地布置。在这种情形下，第一循环通道231可以彼此相通。可以在相同高度处限定第一循环通道231。

以经由其而循环冷却流体的通道来提供第二循环通道232。第二循环通道232可以在支撑板230内具有限定的螺旋形。可替选地，提供第二循环通道232以便具有彼此不相同的半径的环形通道同中心地布置。在这种情形下，第二循环通道232可以彼此相通。每一个第二循环通道232均可以具有大于每一个第一循环通道231的截面积的截面积。可以在相同高度处限定第二循环通道232。可以在第一循环通道231之下限定第二循环通道232。

第二供应通道233从第一循环通道231向上延伸直到支撑板230的顶面。以对应于第一供应通道的数量的数量来提供第二供应通道243。第二供应通道243将第一循环通道231连接至第一供应通道221。

通过热传递介质供应管道231b将第一循环通道231连接至热传递介质存储单元231a，热传递介质被存储在热传递介质存储单元231a中。热传递介质包括惰性气体。根据实施例，热传递介质可以包括氦气（He）。通过热传递介质供应管道231b将氦气供应到第一循环通道231中。随后，氦气相继地流经第二供应通道233和第一供应通道221，并且随后被供应至基板W的底面。氦气可以作为用于将从等离子体传递的热朝静电卡盘210而传递至基板W的介质。

第二循环通道232经过冷却流体供应管道232c连接到冷却流体存储单元232a。冷却流体被存储在冷却流体存储单元232a中。冷却器232b可以设置在冷却流体存储单元232a内。冷却器232b将冷却流体冷却到预定温度。可替选地，冷却器232b可以设置在冷却流体供应管道232c上。将经由冷却流体供应管道232c供应到第二循环通道232中的冷却流体沿第二循环通道232进行循环以冷却支撑板230。可以将电介质板220和基板W一起冷却，同时冷却支撑板230以将基板W保持在预定温度处。

聚焦环240设置在静电卡盘210的边缘区域上。聚焦环240具有环形并且沿电介质板220的圆周进行设置。聚焦环240可以具有阶梯部以便其顶面的外部240a设置在比其顶面的内部240b更高的高度处。聚焦环240的顶面的内部240b设置在与电介质板220的高度相同的高度处。聚焦环240的顶面的内部240b支撑被设置在电介质板220外部的基板W的边缘区域。聚焦环240的外部240a围绕基板W的边缘区域。聚焦环240将等离子体聚集到室100内朝向基板W的区域中。

绝缘板250设置在支撑板230的下面。绝缘板250的截面积对应于支撑板230的截面积。绝缘板250设置在支撑板230和下盖270之间。绝缘板250由绝缘材料形成以使支撑板230与下盖270电绝缘。

下盖270设置在支撑构件200的下端。从壳体110的底面向上分隔开下盖270。下盖270具有带有开口的顶面的内部空间。下盖270的顶面被绝缘板250所覆盖。因此，在下盖270的截面积的外部半径可以具有与绝缘板250的外部半径相等的长度。可以将用于使被承载基板W从外部承载构件移动到静电卡盘210的升降栓（lift pin）模块（未显示）设置在下盖270的内部空间中。

下盖270包括连接构件273。连接构件273将下盖270的外表面连接到壳体110的内侧壁。可以提供多个连接构件273。该多个连接构件273可以以预定距离设置在下盖270的外表面上。连接构件273在室100内支撑支撑构件200。另外，连接构件273可以连接到壳体110的内侧壁以允许下盖电接地。第一电力线223c连接到第一下部电源223a，第二电力线225c连接到第二下部电源225a，热传递介质供应管道231b连接到热传递介质存储单元231a，以及连接到冷却流体存储单元232a的冷却流体供应管道232c可以分别经由连接构件273的内部空间延伸到下盖270中。

气体供应单元300将处理气体供应到室100中。气体供应单元300包括气体供应喷嘴310、气体供应管道320以及气体存储单元330。气体供应喷嘴310设置在电介质材料组件120的中部。在气体供应喷嘴310的底面中限定注入孔。在电介质材料组件120的下部中限定该注入孔以将处理气体供应到室100中。气体供应管道320将气体供应喷嘴310连接到气体存储单元330。气体供应管道320将存储在气体存储单元330中的处理气体供应到气体供应喷嘴310中。阀门321设置在气体供应管道320中。该阀门321打开或关闭气体供应管道320以调整经由气体供应管道320供应的处理气体的流速。

等离子体源400将室100内的处理气体激发到等离子体态。可以使用电感耦合等离子体（ICP）源作为等离子体源400。等离子体源400包括天线室410，天线420以及等离子体电源430。天线室410具有带有开口的下侧的圆柱形。天线室410具有内部空间。天线室410可以具有对应于室100的直径的直径。天线室410可以具有可拆卸地设置在电介质材料组件120上的下端。天线420设置在天线室410内。可以以多次缠绕的螺旋形线圈来提供天线420。天线420连接到等离子体电源430。天线420从等离子体电源430接收电力。等离子体电源430可以设置在室的外部。被施加电力的天线420可以在室100的处理空间中产生电磁场。由该电磁场将处理气体激发到等离子体态。

隔板单元500设置在壳体110的内侧壁与支撑构件200之间。隔板单元500包括具有通孔511的隔板510。隔板510可以具有环孔形状。在隔板510中限定多个通孔511。通过隔板510的通孔511经由排气孔102将供应到壳体110中的处理气体排出。根据隔板510以及每个通孔511的形状可以在流量上控制处理气体。

在下文中，将会阐述通过使用图1的基板处理装置的基板处理工艺。

当基板W放置在支撑构件200上时，从第一下部电源223a将直流电施加到下部电极223中。通过施加到下部电极223中的直流电，静电力可以在下部电极223和基板W之间起作用。因此，可以通过静电力使基板W吸附到静电卡盘210。

当基板W吸附在静电卡盘210上时，经由气体供应喷嘴310将处理气体供应到壳体110中。另外，经过天线420将产生在等离子体电源430中的高频功率施加到壳体110中。该施加的高频功率激发驻留在壳体110中的处理气体。将被激发的气体供应到基板W上以处理该基板W。可以通过使用被激发的处理气体执行蚀刻工艺。

在使用等离子体的基板处理工艺中，当产生等离子体时，由于等离子体而可以在室100即电介质材料组件120内发生物理冲击，并且通过使用产生的等离子体处理基板W以引起裂纹。另外，当产生等离子体时，并且随后使用该等离子体处理基板时，室内部的温度也许会突然改变。由于在基板处理工艺中温度突然改变，因此可能使电介质材料组件120裂开。

根据本发明的实施例，电介质材料组件1200进一步包括在电介质材料窗口1201上具有良好强度的加强膜1202。因此，这可以防止由于在使用等离子体的基板处理工艺中生成的物理冲击而对电介质材料组件1200造成的裂开以及损坏。

另外，根据本发明实施例，电介质材料组件1200包括加热层1203。在基板处理工艺之前或者基板处理工艺期间，加热层1203对电介质材料组件1200进行加热。被加热的电介质材料组件1200由于加热层1203而在温度上可能突然变化。加热层1203可以调整电介质材料组件1200的温度以防止电介质材料组件1200在温度上的突然变化。因此，这可以防止电介质材料组件1200由于在室100内的温度的突然变化而造成的损坏。

可独立地提供电介质材料组件1200。在基板处理工艺之后，可以将电介质材料组件1200分离以清洗在处理工艺期间沉积的颗粒和杂质。此处，清洗溶液可能损坏电介质材料组件1200。

根据本发明实施例，电介质材料组件1200包括涂覆膜1205。涂覆膜1205可以包括具有良好耐化学性的聚四氟乙烯。因此，这可以防止电介质材料组件1200被清洗溶液损坏。

根据本发明实施例，可以提供包括具有良好强度和耐热性的电介质材料组件的基板处理装置。

另外，根据本发明实施例，可以提供包括具有良好耐化学性的电介质材料组件的基板处理装置。

本发明的特征不限于前面所述的内容，而此处未被描述的其他特征将通过说明书以及附图而被本领域技术人员清楚理解。

本发明所属的本领域技术人员应理解的是，在没有脱离上述范围内的本发明的本质特征的情况下，仅以示例性目的描述了本发明的精神，所以各个修改、添加以及替换是可以的。因此，为了解释公开于本发明中的实施例，本发明的范围精神不限于本发明的技术思想，并且不受本发明的实施例所限，在其应该被以下的权利要求解释的等同体的范围内，本发明公开的保护范围、所有的技术思想，都应该被解释为包含在本公开的范围中。

Claims (10)

1.一种基板处理装置，包括：

其内具有处理空间的室；

设置在所述室中用以支撑所述基板的支撑构件；

将气体供应到所述室中的气体供应单元；以及

设置在所述室上部的等离子体源，所述等离子体源包括从供应到所述室中的所述气体产生等离子体的天线；

其中，所述室包括：

具有开口的顶面的壳体，所述壳体内具有处理空间；以及

覆盖了所述壳体的开口的顶面的电介质材料组件，并且

其中所述电介质材料组件包括电介质材料窗口和具有比所述电介质材料窗口的强度更大的强度的加强膜。

2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，将所述加强膜附接到所述电介质材料窗口的顶面。

3.根据权利要求2所述的基板处理装置，其中，以多层来提供所述加强膜。

4.根据权利要求3所述的基板处理装置，其中，所述多层的至少一层由硅材料形成。

5.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，所述电介质材料组件进一步包括加热所述电介质材料窗口的加热层。

6.根据权利要求5所述的基板处理装置，其中，所述加热层设置在所述电介质材料窗口的上面。

7.根据权利要求6所述的基板处理装置，其中，所述加热层设置在所述加强膜上，以及

所述加强膜设置在所述电介质材料窗口上。

8.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，所述电介质材料组件进一步包括具有围绕所述电介质材料组件的顶面和所述电介质材料组件的侧表面的形状的涂覆膜。

9.根据权利要求8所述的基板处理装置，其中，所述涂覆膜包括聚四氟乙烯。

10.根据权利要求7所述的基板处理装置，其中，所述电介质材料组件进一步包括具有围绕所述电介质材料组件的顶面和所述电介质材料组件的侧表面的形状的涂覆膜，

其中，所述涂覆膜包括聚四氟乙烯。

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