CN109300762A - 基板处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制基板上的等离子体环境的基板处理装置。基板处理装置包括：工艺腔室，在内部限定处理空间；气体喷射部，设置在所述工艺腔室，并且向所述处理空间供应工艺气体；静电吸盘，在所述工艺腔室与所述气体喷射部相互面对面设置，并包括静电电极，用于在安装于所述工艺腔室上部的基板施加静电力；等离子体电源供应部，包括至少一个RF电源，以对所述气体喷射部施加至少一个RF电源，进而在所述工艺腔室内部形成等离子体环境；静电力电源供应部，包括DC电源，进而对所述静电电极供应DC电力；静电吸盘电流控制电路部，为了控制所述气体喷射部及所述静电吸盘之间的等离子体环境，在所述静电电极与所述静电力电源供应部并联连接。

Description

基板处理装置
技术领域
本发明涉及半导体制造，更详细地说涉及利用等离子体的基板处理装置。
背景技术
在半导体元件的制造中，正在适用利用等离子体的工艺。例如，利用等离子体激活工艺气体，可使在低的工艺温度也能够以快速执行沉积或者蚀刻等的工艺。在利用该等离子体的基板处理装置中，对等离子体环境的控制非常重要，诸如根据工艺腔室控制等离子体的匹配、气体量、压力等的工艺变数等。
但是，现有技术的等离子体的控制中，根据工艺腔室条件，进行阻抗匹配，进而可稳定工艺腔室内等离子体环境，但是由于工艺腔室整体被接地，因此在将基板上流动的电流最优化方面存在局限性。尤其是，在适用静电吸盘的基板处理装置中，有必要精确地控制考虑静电力的基板上的等离子体环境。
发明内容
(要解决的问题)
本发明是用于解决包括上述问题的各种问题，目的在于提供考虑静电吸力来控制基板上的等离子环境，进而能够控制工艺条件的基板处理装置。但是，上述课题不过是示例性的，不得由此限定本发明的范围。
(解决问题的手段)
用于解决上述课题的根据本发明观点的基板处理装置包括：工艺腔室，在内部限定处理空间；气体喷射部，设置在所述工艺腔室，并且向所述处理空间供应工艺气体；静电吸盘，在所述工艺腔室与所述气体喷射部相互面对面设置，并且包括静电电极，用于在安装于所述工艺腔室上部的基板施加静电力；等离子体电源供应部，包括至少一个RF电源，以对所述气体喷射部施加至少一个RF电源，进而在所述工艺腔室内部形成等离子体环境；阻抗匹配部，为了所述至少一个RF电源与所述工艺腔室的阻抗匹配，连接于所述等离子体电源供应部以及所述气体喷射部之间；静电力电源供应部，包括DC电源，进而对所述静电电极供应DC电力；静电吸盘电流控制电路部，为了控制所述气体喷射部以及所述静电吸盘之间的等离子体环境，在所述静电电极与所述静电力电源供应部并联连接，并且使至少一个RF电流通过，并且断绝从所述静电力电源供应部引入的DC电流，所述RF电流通过所述至少一个RF电源生成并通过所述静电电极流动。
在所述基板处理装置中，所述静电吸盘电流控制电路部可包括：用于通过所述至少一个RF电流的至少一个RF滤波器；以及用于断绝所述DC电流的至少一个DC隔绝元件。
在所述基板处理装置中，所述至少一个RF电源包括：第一频带的第一RF电源以及大于所述第一频带的第二频带的第二RF电源；所述静电吸盘电流控制电路部可包括：用于至少通过所述第一频带的第一RF电流的第一RF滤波器；用于至少通过所述第二频带的第二RF电流的第二RF滤波器；以及用于断绝所述DC电流的至少一个电容器。
在所述基板处理装置中，所述第一RF电源是所述第一频带至少是包括370kHz的低频(LF)电源；所述第二RF电源是所述第二频带至少是包括27.12MHz的高频(HF)电源；所述至少一个电容器可包括第一电容器，所述第一电容器串联连接于所述静电电极以及所述第一RF滤波器之间；所述第一RF滤波器以及所述第一电容器的串联连接结构可与所述第二RF滤波器并联连接。
在所述基板处理装置中，所述第一RF滤波器包括带阻滤波器，所述带阻滤波器通过除了所述第二RF电流以外的其余RF电流；所述第二RF滤波器可包括带通滤波器，所述带通滤波器用于通过所述第二RF电流的同时断绝所述DC电流。
在所述基板处理装置中，所述第一RF滤波器包括相互并联连接的第一电感器以及第二电容器；所述第二RF滤波器可包括相互串联连接的第二电感器以及第三电容器。
在所述基板处理装置中，所述第一RF滤波器可包括第四电容器，所述第四电容器串联连接于所述第一电感器以及所述第二电容器的并联连接结构与接地部之间。
在所述基板处理装置中，所述静电力电源供应部可包括DC滤波器，所述DC滤波器配置在所述静电电极以及所述DC电源之间，以用于断绝通过所述静电电极的至少一个所述RF电流引入所述DC电源。
在所述基板处理装置中，所述静电吸盘可包括：加热器，用于加热所述基板；加热器电源部，连接于所述加热器以对所述加热器施加AC电力；以及第三RF滤波器，连接于所述加热器电源部以及所述加热器之间。
(发明的效果)
根据如上所述的本发明的一部分实施例，可以控制通过静电电极流到静电吸盘的RF电流，同时避免静电力和干扰，从而能够控制基板上的等离子体环。当然，本发明的范围不受这些效果的限制。
附图说明
图1是概略示出本发明一实施例的基板处理装置。
图2是概略示出图1的基板处理装置中静电吸盘电流控制电路部的结构的一示例的图面。
图3是概略示出图2的静电吸盘电流控制电路部的一示例的图面。
图4是概略示出在图1的基板处理装置中施加等离子体电源时的RF电流的流动的图面。
具体实施方法
在说明书整体内容中，在说明诸如膜、区域或者基板等的一个构成要素位于另一构成要素“上”时，可解释为所述一构成要素直接位于所述另一构成要素“上”或者可存在介入于这之间的其他一构成要素。相反，在说明一构成要素“直接”位于另一构成要素“上”时，则可解释为不存在介入于这之间的其他构成要素。
参照概略性示出理想实施例的图面说明本发明的实施例。在图面中，例如根据制造技术以及/或者公差(tolerance)可预测示出的图像的变形。因此，本发明的实施例不应被解释为限于本文所示区域的任何特定形状，而是应包括例如由制造引起的形状变化。此外，为了方便和清楚地解释，可夸大附图中每层的厚度和尺寸。相同的符号指的是相同的元素。
图1是概略示出本发明一实施例的基板处理装置100。
参照图1，基板处理装置100可包括：工艺腔室110、气体喷射部120以及静电吸盘130。
工艺腔室110可在内部限定处理空间112。例如，工艺腔室110是为保持气密性而构成的，并且为了排放处理空间112内工艺气体并调节处理空间112内真空度，可通过排气口连接于真空腔室(未示出)。可提供各种形状的工艺腔室110，例如可包括限定处理空间112的侧壁部与位于侧壁部上端的盖部。
气体喷射部120可设置在工艺腔室110，以向处理空间112供应从工艺腔室110的外部供应的工艺气体。气体喷射部120可与静电吸盘130面对面地设置在工艺腔室110上部，以向安装在静电吸盘130上的基板S喷射工艺气体。气体喷射部120可包括：形成在上侧或者侧部以接收从外部供应的工艺气体的至少一个流入孔，向朝向基板S的下方形成以向基板S上喷射工艺气体的多个喷射孔。
例如，气体喷射部120可具有花洒(shower head)形状、喷嘴(nozzle)形状等各种形状。若气体喷射部120是花洒形状，则气体喷射部120也能够以覆盖工艺腔室110上部的形状结合于工艺腔室110。例如，气体喷射部120能够以工艺腔室110的盖形状结合于侧壁部。
静电吸盘130与气体喷射部120面对面地设置在工艺腔室110，并且在其上部可安装基板S。例如，静电吸盘130可包括用于将静电力施加于基板S而固定在其上部的静电电极135。静电力电源供应部150可包括DC电源152以对静电电极135供应DC电力。例如，DC电源152一端连接接地部，而另一端经由节点n1电连接于静电电极135。
再则，在静电力电源供应部150与静电吸盘电流控制电路部160共享节点(n1)且并联连接于静电电极135的情况下，静电力电源供应部150可包括配置在静电电极135以及DC电源152之间的DC滤波器155，以断绝通过静电电极135的RF电流引入DC电源152。例如，DC滤波器155可串联连接于节点n1与DC电源152之间。选择性地，在DC滤波器155与节点n1之间可添加电阻。若断绝RF电流，则DC滤波器155可形成各种形式以使DC电流通过。
静电吸盘130的形状大致对应于基板S的形状，但是并不限于此，而是可提供大于基板S的各种形状，进而能够稳定地安装基板S。在一示例中，静电吸盘130可连接于外部电机(未示出)，以使静电吸盘130能够升降，在这一情况下，为了保持气密性，也可连接波纹管(未示出)。进一步地说，静电吸盘130是为了在上部安置基板S而构成的，因此也可称为基板安装部、基板支撑架、基座等。
等离子体电源供应部140可包括至少一个RF电源，以对工艺腔室110施加至少一个RF(radio frequency，无线电频率)电力，以在工艺腔室110内部形成等离子体环境。例如，等离子体电源供应部140可连接于气体喷射部120，以对气体喷射部120施加RF电力。在这一情况下，气体喷射部120也可称为电源供应电极或者上部电极。为了RF电源与工艺腔室110之间的阻抗匹配，阻抗匹配部146可配置在等离子体电源供应部140以及气体喷射部120之间。
等离子体电源供应部140内RF电源可以是一个或者是多个。例如，为了根据工艺条件的等离子体环境控制，RF电源可包括第一频带的第一RF电源142以及大于第一频带的第二频带的第二RF电源144。根据工艺条件或者工艺步骤，由第一RF电源142以及第二RF电源144构成的双频电源可设置不同频带，因此具有能够精确地控制工艺的优点。图1是示出了等离子体电源供应部140的电源是两个RF电源142、144，但是这不过是示例性的，不得由此限定本发明的范围。
在该等离子体电源供应部140的一示例中，第一RF电源142可以是第一频带至少是370kHz的低频(low frequency,LF)电源；第二RF电源144可以是第二频带至少是27.12MHz的高频(high frequency,HF)电源。高频HF电源可以是5MHz至60MHz范围，选择性的13.56MHz至27.12MHz的频率范围的RF电源。低频LF电源可以是频带范围在100kHz至5MHz，选择性地300kHz至600kHz的RF电源。在一实施例中，第二频带具有13.56MHz至27.12MHz的频带范围，第一频带可具有300kHz至600kHz的频率范围。
在等离子体电源供应部140供应的RF电力应该是在等离子体电源供应部140与工艺腔室110之间通过阻抗匹配部146适当地进行阻抗匹配，才不会从工艺腔室110反射回来，而且可有效传达至工艺腔室110。通常，等离子体电源供应部140的阻抗是固定的，并且处理工艺腔室110的阻抗不是恒定的，因此可以使工艺腔室110的阻抗与等离子体电源供应部140的阻抗相匹配地设定阻抗匹配部146的阻抗，但是本发明的范围不限于此。
例如，阻抗匹配部146可由在电阻器R、电感器L和电容器C群组中选择的两个或者两个以上的串联或者并联组合构成。进一步地说，阻抗匹配部146可采用可变电容器或者电容阵列切换结构，以根据RF电力的频率与工艺条件改变阻抗值。
静电吸盘电流控制电路部160可连接于静电吸盘130，以控制气体喷射部120以及静电吸盘130之间的等离子体环境。这种静电吸盘电流控制电路部160在等离子体电源供应部140与工艺腔室110之间阻抗匹配的状态下控制向工艺腔室110侧壁上的RF电流与向静电吸盘130或者基板S上的RF电流的比例，进而控制基板S上的等离子体特性，可区分于用于等离子体电源供应部140与工艺腔室110之间的阻抗匹配的阻抗匹配部146。同时，作为比较例在静电吸盘130而不是气体喷射部120施加RF电力的情况下，为了静电吸盘130与下部RF电源(未示出)之间的阻抗匹配，在两者之间添加下部阻抗匹配部，因此也可区分该下部阻抗匹配部与静电吸盘电流控制电路部160。
更详细地说，如图4所示，若从等离子体电源供应部140向气体喷射部120供应RF电源，则RF电力经过阻抗匹配部146供应至工艺腔室110，进而从等离子体电源供应部140向气体喷射部120流动RF电流It。该RF电流It可分成经过工艺腔室110内等离子体(plasma)向工艺腔室110的壁面流动的RF电力Iw与经过工艺腔室110内等离子体向静电吸盘130流动的RF电流Ic。
由于基板S安装在静电吸盘130上，因此在基板S上沉积薄膜或者蚀刻基板S上的膜时，为了提高工艺处理效率，有必要在基板S上控制等离子体特性，例如等离子体密度、均匀度、形状等。为此，有必要控制向工艺腔室110的壁面流动的RF电流Iw与向静电吸盘130流动的RF电流Ic的比例。两个RF电流Iw、Ic之合恒定为RF电流It，因此为了调节RF电流Ic，有必要调节从静电吸盘130至接地部的路径上的阻抗，而静电吸盘电流控制电路部160调节从该静电吸盘130至接地部的路径上的阻抗，进而可控制流向静电吸盘130的RF电流Ic。
例如，在工艺腔室110的壁面流动的RF电流Iw变得过大，则等离子体向基板S的周边部分散，降低等离子体均匀度，进而可使基板S上的沉积膜的均匀度变差或者蚀刻膜的均匀度变差。但是，若通过静电吸盘电流控制电路部160提高静电吸盘130或者基板S上的等离子体密度来提高RF电流Ic，则可提高沉积膜的均匀度与蚀刻膜的均匀度。从而，控制电力吸盘电流控制电路部160，进而可控制静电吸盘130或者基板S上的等离子体特性。
例如，静电吸盘电流控制电路部160在静电电极135以及接地部之间与静电力电源供应部150并联连接。例如，静电吸盘电流控制电路部160与静电力电源供应部150在节点n1相互接触，进而可电连接静电电极135。与此相同，若以共享结构连接，则可将连接于静电电极135的布线结构简单化，进而可缩小静电电极135的体积。
在如上所述的并联连接结构中，有必要使通过RF电源142、144生成并通过静电电极135流动的RF电流，由静电吸盘电流控制电路部160通过，并隔绝从静电力电源供应部150通过节点n1引入静电吸盘电流控制电路部160的DC电流。为此，静电吸盘电流控制电路部160可包括：用于使RF电流通过的至少一个RF滤波器与用于隔绝DC电流的至少一个DC隔绝元件。DC隔绝元件可与RF滤波器分开提供，不仅如此也可包括RF滤波器内的一部分元件。
图2是概略示出图1的基板处理装置中静电吸盘电流控制电路部的结构的一示例的图面。
参照图2，静电吸盘电流控制电路部160可包括RF滤波器162与DC隔绝元件168。在等离子体电源供应部140内电源包括第一RF电源142与第二RF电源144的情况下，RF滤波器162可包括用于至少通过第一频带的第一RF电流I1的第一RF滤波器166；用于至少通过第二频带的第二RF电流I2的第二RF滤波器164。在RF电流除了第一频带与第二频带的RF电流以外可包括谐波(harmonics)成分的RF电流，因此第一RF滤波器162或者第二RF滤波器164除了第一频带与第二频带以外有必要使这种谐波成分的RF电流通过。
在第一RF滤波器166使第一频带(低频，LF)的RF电流通过的情况下，DC隔绝元件168可串联连接于节点n1与第一RF滤波器166之间，以隔绝DC电流流向第一RF滤波器166。在第二RF滤波器164使第二频带(高频，HF)的RF电流通过并隔绝低频带的情况下，第二RF滤波器164可隔绝DC电流，因此在第二RF滤波器164可省略单独连接DC隔绝元件。在这一情况下，也可解释为第二RF滤波器164内装DC隔绝元件。
例如，第一RF滤波器166包括以使第一频带(低频，LF)与谐波成分的第一RF电流I1通过的带阻滤波器(band rejection filter,BRF)；第二RF滤波器164可包括使第二频带(高频，HF)的第二RF电流I2通过的同时隔绝DC电流的带通滤波器(band pass filter,BPF)。在只阻止特定频带并且使剩余成分全部通过的这一点，该带阻滤波器(BRF)也可称为陷波滤波器(notch filter)。例如，第一RF滤波器可由阻止第二频带HF并且使剩余的通过的带阻滤波器构成。另一方面，在使低于第二频带HF的频带与高于第二频带HF的频带的这一点，第一RF滤波器166也可称为双重带通滤波器。
图3是概略示出图2的静电吸盘电流控制电路部160的一示例的图面。
参照图3，DC隔绝元件168包括第一电容器C1，第一RF滤波器166至少包括相互并联连接的第一电感器L1以及第二电容器C2。进一步地说，第一RF滤波器166还可包括串联连接于第一电感器L1以及第二电容器C2的并联连接结构与接地部之间的第四电容器C4。例如，第一电感器L1以及第二电容器C2的并联连接结构可与第一电容器C1串联连接。
对于第一RF滤波器166，低于第二频带HF的RF电流I11通过第一电感器L1流向接地部，高于第二频带HF的高谐波成分的RF电流I12通过第二电容器C2以及第四电容器C4可流向接地部。
第二RF滤波器164可包括相互串联连接的第二电感器L2以及第三电容器C3。例如，第二电感器L2连接于节点n1，第二电容器C2可串联连接于第二电感器L2与接地部之间。第二RF滤波器164可使第二频带HF的第二RF电流I2通过。
在一实施例中，第三电容器C3也可作为可变电容器来提供，能够调节第二RF滤波器164的阻抗。在附加实施例中，在静电吸盘电流控制电路部160还可添加用于检测流向第二RF滤波器164的第二RF电流I2的量的传感器(未示出)。在这一情况下，利用传感器检测第二RF电流I2，基于该检测的值也可调节第三电容器C3的电容，直到第二RF电流I2变成希望的值。
进一步地说，在完成沉积或者蚀刻工艺之后检测基板S上的膜特性，例如轮廓、均匀度等，根据检测结果也可调节第三电容器C3的电容器，以得到希望的膜特性。
从而，根据上述的实施例，对应于高频电源与低频电源的双RF电源，在静电吸盘电流控制电路部160内构成双RF滤波器结构，进而能够更加精确地控制工艺特性。
另一方面，重新参照图1，静电吸盘130可包括用于加热基板S的加热器17。加热器电源部180可连接于加热器17，以对加热器17施加AC电力。再则，第三RF滤波器185连接于加热器电源部180与加热器137之间，可执行加热器电源部180的AC电力与加热器137之间的抗阻匹配功能。
如上所述，上述的实施例中，通过静电吸盘电流控制电路部160控制静电吸盘130或者基板S上的等离子体环境或者等离子体特性，进而可提高工艺效率(例如，沉积速度、蚀刻速度)或者工艺均匀度(例如，沉积均匀度、蚀刻均匀度)。另外，静电力电源供应部150与静电吸盘电流控制电路部160在节点n1并联连接，并且用一个电线连接于静电电极135，进而能够使静电吸盘130端的布线结构简单化的同时也可使RF电流与DC电流不相互干涉地形成电路。
参照在图面示出的实施例说明本发明，但是这不过是示例性的，至少使该技术领域具有通常知识的技术人员能够从此实施各种变形以及同等的其他实施例。因此，本发明真正的技术保护范围应该有权利要求的技术思想决定。

Claims (10)

1.一种基板处理装置，其特征在于，包括：
工艺腔室，在内部限定处理空间；
气体喷射部，设置在所述工艺腔室，并且向所述处理空间供应工艺气体；
静电吸盘，在所述工艺腔室与所述气体喷射部相互面对面设置，并且包括静电电极，用于在安装于所述工艺腔室上部的基板施加静电力；
等离子体电源供应部，包括至少一个RF电源，以对所述气体喷射部施加至少一个RF电源，进而在所述工艺腔室内部形成等离子体环境；
阻抗匹配部，为了所述至少一个RF电源与所述工艺腔室的阻抗匹配，连接于所述等离子体电源供应部以及所述气体喷射部之间；
静电力电源供应部，包括DC电源，进而对所述静电电极供应DC电力；
静电吸盘电流控制电路部，为了控制所述气体喷射部以及所述静电吸盘之间的等离子体环境，在所述静电电极与所述静电力电源供应部并联连接，并且使至少一个RF电流通过，并且断绝从所述静电力电源供应部引入的DC电流，所述RF电流通过所述至少一个RF电源生成并通过所述静电电极流动。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述静电吸盘电流控制电路部包括：用于通过所述至少一个RF电流的至少一个RF滤波器；以及用于断绝所述DC电流的至少一个DC隔绝元件。
3.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述至少一个RF电源包括：第一频带的第一RF电源以及大于所述第一频带的第二频带的第二RF电源；
所述静电吸盘电流控制电路部包括：用于至少通过所述第一频带的第一RF电流的第一RF滤波器；用于至少通过所述第二频带的第二RF电流的第二RF滤波器；以及用于断绝所述DC电流的至少一个电容器。
4.根据权利要求3所述的基板处理装置，其特征在于，
所述第一RF电源是所述第一频带至少是包括370kHz的低频电源；
所述第二RF电源是所述第二频带至少是包括27.12MHz的高频电源；
所述至少一个电容器包括第一电容器，所述第一电容器串联连接于所述静电电极以及所述第一RF滤波器之间；
所述第一RF滤波器以及所述第一电容器的串联连接结构与所述第二RF滤波器并联连接。
5.根据权利要求4所述的基板处理装置，其特征在于，
所述第一RF滤波器包括带阻滤波器，所述带阻滤波器通过除了所述第二RF电流以外的其余RF电流；
所述第二RF滤波器包括带通滤波器，所述带通滤波器用于通过所述第二RF电流的同时断绝所述DC电流。
6.根据权利要求5所述的基板处理装置，其特征在于，
所述第一RF滤波器包括相互并联连接的第一电感器以及第二电容器；
所述第二RF滤波器包括相互串联连接的第二电感器以及第三电容器。
7.根据权利要求6所述的基板处理装置，其特征在于，
所述第一RF滤波器包括第四电容器，所述第四电容器串联连接于所述第一电感器以及所述第二电容器的并联连接结构与接地部之间。
8.根据权利要求4所述的基板处理装置，其特征在于，
所述第二频带具有13.56MHz至27.12MHz的频率范围；所述第一频带具有300kHz至600kHz的频率范围。
9.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述静电力电源供应部包括DC滤波器，所述DC滤波器配置在所述静电电极以及所述DC电源之间，以用于断绝通过所述静电电极的所述至少一个RF电流引入到所述DC电源。
10.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述静电吸盘包括：加热器，用于加热所述基板；
加热器电源部，连接于所述加热器以对所述加热器施加AC电力；以及
第三RF滤波器，连接于所述加热器电源部以及所述加热器之间。
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