CN109671609A - 基板处理装置和基板处理方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种基板处理装置，其包括：内部具有处理空间的腔室、支承处理空间中的基板的支承单元、将气体供应到处理空间中的气体供应单元、从供应到处理空间中的气体产生等离子体的等离子体源，以及检测单元，该检测单元设置在腔室的侧壁中并测量阻抗变化以检测颗粒在腔室内壁或暴露至处理空间的部件的表面上的吸附程度。

Description

基板处理装置和基板处理方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年10月17日提交韩国工业产权局、申请号为10-2017-0134553的韩国专利申请的优先权和权益，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本文中描述的发明构思的实施例涉及一种基板处理装置和方法，尤其涉及一种用于检测颗粒在腔室内壁或部件的表面上的吸附程度的基板处理装置和方法。

背景技术

执行各种工艺来制造半导体设备，例如光刻、蚀刻、薄膜沉积、离子注入、清洁等。在这些工艺中，蚀刻、薄膜沉积和清洁工艺利用了使用等离子体的基板处理装置。

通常，通过将工艺气体供应到腔室并将工艺气体激发成等离子体来执行对基板的等离子体处理。在基板等离子体处理中，部分等离子体附着到腔室的内壁以充当颗粒。因此，在等离子体处理之前和之后，执行用于均匀地保持腔室的内部状态的清洁工艺。

在相关技术中，附着到腔室内壁的颗粒是用肉眼观察或通过用相机对腔室内壁进行拍照来检测的。因此，不可能精确地检测颗粒在腔室内壁上的吸附程度。

发明内容

本发明构思的实施例提供了一种用于通过测量阻抗变化来检测颗粒在腔室内壁或部件的表面上的吸附程度的基板处理装置和方法。

本发明构思的方面不限于上述方面，并且本发明构思所属领域的技术人员可以从该说明书和附图中清楚地理解本文中未提及的任何其它方面。

根据实施例的一个方面，基板处理装置包括：内部具有处理空间的腔室、支承处理空间中的基板的支承单元、将气体供应到处理空间中的气体供应单元、从供应到处理空间中的气体产生等离子体的等离子体源，以及设置在腔室侧壁中的检测单元，所述检测单元测量阻抗变化以检测颗粒在腔室内壁或暴露至处理空间的部件的表面上的吸附程度。

检测单元可包括：安装在腔室侧壁中的检查空间(inspection space)中并因颗粒的沉积而变形的隔膜，检查空间与处理空间相连通；电压源，其将电流施加到隔膜；和控制器，其通过利用流经隔膜的电流来测量阻抗变化并基于该阻抗变化来检测颗粒的吸附程度。

检测单元还可包括：与隔膜间隔开并且设置得比隔膜更远离腔室侧壁的板。电压源的一端可以连接至隔膜，且电压源的相对一端可以连接至该板。

隔膜的电容可以因颗粒的沉积而改变；并且控制器可以测量隔膜的电容变化，并当隔膜的电容变化超出预设范围时可确定颗粒的吸附程度超出允许范围。

检测单元还可以包括：测量仪器，其测量板的振动频率；和控制器，其可以基于板的振动频率的变化来预测颗粒的吸附程度，并且可以通过将预测的颗粒的吸附程度与基于阻抗变化检测的颗粒的吸附程度进行对比来验证准确性(accuracy)。

隔膜可以用100μm或更薄的薄板来实施。

当确定颗粒的吸附程度超出允许范围时，控制器可以输出通知以告知(inform)腔室的更换周期(replacement cycle)。

根据实施例的另一个方面，基板处理方法包括：通过利用设置在腔室侧壁中的检测单元来测量阻抗变化；和检测颗粒在腔室内壁或暴露至腔室的处理空间的部件的表面上的吸附程度。

检测单元可以包括：隔膜，其安装在腔室侧壁中的检查空间中并因颗粒的沉积而变形，检查空间与处理空间相连通；和电压源，其将电流施加到隔膜。对颗粒在腔室内壁或部件的表面上的吸附程度的检测可以包括：通过利用流经隔膜的电流来测量阻抗变化；和基于该阻抗变化来检测颗粒的吸附程度。

检测单元还可包括：与隔膜间隔开并且设置得比隔膜更远离腔室侧壁的板。电压源的一端可以连接至隔膜，且电压源的相对一端可以连接至该板。

隔膜的电容可以通过颗粒的沉积来改变。阻抗变化的测量可以包括测量隔膜的电容变化，并且基于阻抗变化的对颗粒的吸附程度的检测可以包括当隔膜的电容变化超出预设范围时确定颗粒的吸附程度超出允许范围。

对颗粒在腔室内壁或部件的表面上的吸附程度的检测还可包括：测量板的振动频率；基于板的振动频率的变化预测颗粒的吸附程度；和通过将预测的颗粒的吸附程度与基于阻抗变化检测的颗粒的吸附程度进行对比来验证准确性。

隔膜可以用100μm或更薄的薄板来实施。

对颗粒在腔室内壁或部件的表面上的吸附程度的检测还可包括：输出通知，从而在确定颗粒的吸附程度超出允许范围时告知腔室的更换周期。

根据本发明构思的各种实施例，通过利用阻抗变化，可以精确且方便地测量颗粒在腔室内壁或部件的表面上的吸附程度。

附图说明

参照以下附图，上述和其他目的和特征将从以下描述中变得显而易见，其中除非另有说明，否则相同的附图标记在各个附图中指代相同部件，且其中：

图1为示出了根据本发明构思的实施例的基板处理装置的截面图；

图2为示出了根据本发明构思的实施例的检测单元的具体配置的视图；

图3和图4为用于解释根据本发明构思的实施例的检测颗粒的吸附程度的方法的视图；

图5为用于解释根据本发明构思的实施例的验证颗粒吸附程度准确性的方法的视图；

图6为示出了根据本发明构思的实施例的基板处理方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图，更为详细地描述本发明构思的实施例。但是，本发明构思可以以不同的形式体现，且其不应被理解为局限于本文中所附的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开周密和完整，并向本领域技术人员充分传达本发明构思的范围。在附图中，为了说明的清楚，组件的尺寸被夸大了。

图1为示出了根据本发明构思的实施例的基板处理装置10的截面图。

参见图1，基板处理装置10包括：腔室100、支承单元200、气体供应单元300、等离子体源400、挡板单元500和检测单元600。

腔室100具有在其中执行基板处理的空间。腔室100包括：壳体110、密封盖120和内衬130。

壳体110在其中具有顶部开放的空间。壳体110的内部空间用作在其中执行基板处理的处理空间。壳体110由金属制成。壳体110可由铝制成。壳体110可接地。壳体110具有形成在其底部的排出孔102。排出管线151连接至排出孔102。在处理过程中产生的反应副产物和留在壳体110的内部空间的气体可以通过排出管线151排出到外部。通过排出过程，将壳体110内的压力降低到预定压力。

密封盖120覆盖壳体110的开放的顶部。密封盖120具有板状并密封壳体110的内部空间。密封盖120可包括介电物质窗。

内衬130设置在壳体110内。内衬130形成在顶部和底部均为开放的空间中。内衬130可具有圆柱形状。内衬130可以具有与壳体110的内表面相对应的半径。内衬130沿壳体110的内表面设置。支承环131形成在内衬130的上端。支承环131具有环形板形状并沿内衬130的周边突出到内衬130的外部。支承环131放置在壳体110的上端并支承内衬130。内衬130可以由与壳体110的材料相同的材料制成。也就是说，内衬130可以由铝制成。内衬130保护壳体110的内表面。在工艺气体被激发的过程中，可能在腔室100的内部发生电弧放电。电弧放电对周围装置造成损坏。内衬130保护壳体110的内表面，从而防止壳体110的内表面被电弧放电损坏。此外，内衬130防止在基板处理期间产生的杂质沉积在壳体110的内壁上。与壳体110相比，内衬130价格便宜且易于更换。因此，在内衬130被电弧放电损坏的情况下，操作者可以用新的内衬替换内衬130。

支承单元200位于壳体110的内部。支承单元200支承基板W。支承单元200可包括：静电吸盘210，其用静电夹持基板W。可选地，支承单元200可以通过诸如机械夹持的各种方法来支承基板W。以下将描述包括静电吸盘210的支承单元200。

支承单元200包括：静电吸盘210、绝缘板250和下盖270。支承单元200可以位于腔室100中，并向上与壳体110的底部间隔开。

静电吸盘210包括：介电板220、电极223、加热器225、支承板230和聚焦环240。

介电板220位于静电吸盘210的顶部。介电板220由盘状介电物质制成。基板W放置在介电板220的顶侧上。介电板220的顶侧具有比基板W小的半径。因此，基板W的边缘区域位于介电板220外部。介电板220具有形成在其中的第一供应通道221。第一供应通道221从介电板210的顶侧延伸到底侧。第一供应通道221彼此间隔开，并用作将传热介质供应到基板W的底侧的通道。

电极223和加热器225埋设在介电板220中。电极223位于加热器225的上方。电极223电连接至第一下电源223a。第一下电源223a包括直流电源。开关223b安装在电极223和第一下电源223a之间。电极223可以根据开关223b的开/关状态与第一下电源223a电连接或断开。当开关223b处于接通位置时，向电极223施加直流电流。施加到电极223的电流在电极223和基板W之间诱发静电力，并通过静电力将基板W夹持到介电板220。

加热器225电连接至第二下电源225a。加热器225抵抗由第二下电源225a施加的电流以产生热量。所产生的热量通过介电板220传递到基板W。基板W通过加热器225产生的热量而保持在预定温度。加热器225包括螺旋线圈。

支承板230位于介电板220的下方。介电板220的底侧和支承板230的顶侧可通过粘合剂236粘合。支承板230可以由铝制成。支承板230的顶侧可具有台阶，使得中心区域位于比边缘区域更高的位置。支承板230的顶侧的中心区域具有与介电板220的底侧相对应的区域，并粘合至介电板220的底侧。支承板230具有形成在其中的第一循环通道231、第二循环通道232和第二供应通道233。

第一循环通道231用作循环传热介质的通道。第一循环通道231可以以螺旋形状形成在支承板230中。可选地，第一循环通道231可以具有多个有不同半径的同心环形通道。同心环形通道可以彼此连通。第一循环通道231形成在相同高度处。

第二循环通道232用作循环冷却流体的通道。第二循环通道232可以以螺旋形状形成在支承板230中。可选地，第二循环通道232可以具有多个有不同半径的同心环形通道。同心环形通道可以彼此连通。第二循环通道232可以具有比第一循环通道231大的截面面积。第二循环通道232形成在相同高度处。第二循环通道232可以位于第一循环通道231的下方。

第二供应通道233从第一循环通道231向上延伸到支承板230的顶侧。形成与第一供应通道221一样多的第二供应通道233。第二供应通道233连接第一循环通道231和第一供应通道221。

第一循环通道231通过传热介质供应管线231b连接至传热介质存储器231a，传热介质存储在传热介质存储器231a中。传热介质包括惰性气体。根据一实施例，传热介质包括氦(He)气。氦气通过传热介质供应管线231b供应到第一循环通道231，然后依次通过第二供应通道233和第一供应通道221供应到基板W的底侧。氦气用作介质，通过该介质，将从等离子体传递到基板W的热量传递到静电吸盘210。

第二循环通道232通过冷却流体供应管线232c连接至冷却流体存储器232a。冷却流体存储在冷却流体存储器232a中。冷却流体存储器232a的内部可设置冷却器232b。冷却器232b将冷却流体冷却至预定温度。可选地，冷却器232b可以安装在冷却流体供应管线232c上。通过冷却流体供应管线232c供应到第二循环通道232的冷却流体在沿着第二循环通道232循环时冷却支承板230。支承板230在被冷却时，同时冷却介电板220和基板W，以将基板W保持在预定温度。

聚焦环240设置在静电吸盘210的边缘区域中。聚焦环240具有环形形状并围绕介电板220设置。聚焦环240的顶侧可具有台阶，使得外部240a位于比内部240b更高的位置。聚焦环240的顶侧的内部240b与介电板220的顶侧平齐。聚焦环240的顶侧的内部240b支承位于介电板220外部的基板W的边缘区域。聚焦环240的顶侧的外部240a位于基板W的边缘周围。聚焦环240使腔室100中的等离子体集中在面对基板W的区域上。

绝缘板250位于支承板230的下方。绝缘板250具有与支承板230相对应的横截面积。绝缘板250位于支承板230和下盖270之间。绝缘板250由绝缘材料制成，并使支承板230与下盖270电绝缘。

下盖270位于支承单元200的底部。下盖270向上与壳体110的底部间隔开。下盖270的内部形成有顶部开放的空间。下盖270的顶侧被绝缘板250覆盖。因此，下盖270的横截面的外径可等于绝缘板250的直径。将经传送的基板W从外部的传送构件移动到静电吸盘210的升降销模块(未示出)可位于下盖270的内部空间中。

下盖270具有连接构件273。连接构件273连接下盖270的外表面和壳体110的内壁。连接构件273可以以预定的间隔设置在下盖270的外表面上。连接构件273支承腔室100内部的支承单元200。此外，连接构件273连接至壳体110的内壁，以使下盖270电接地。连接至第一下电源223a的第一电源线223c、连接至第二下电源225a的第二电源线225c、连接至传热介质存储器231a的传热介质供应管线231b、以及连接至冷却流体存储器232a的冷却流体供应管线232c通过连接构件273的内部空间向下盖270的内部延伸。

气体供应单元300将工艺气体供应到腔室100中。气体供应单元300包括：气体供应喷嘴310、气体供应管线320和气体存储器330。气体供应喷嘴310安装在密封盖120的中心。气体供应喷嘴310在其底部形成有注射孔。注射孔位于密封盖120下方，并将工艺气体供应到腔室100内部的处理空间中。气体供应管线320连接气体供应喷嘴310和气体存储器330。气体供应管线320用于将气体存储器330中储存的工艺气体供应至气体供应喷嘴310。气体供应管线320上安装有阀321。阀321打开/关闭气体供应管线320，并调节通过气体供应管线320供应的工艺气体的量。

等离子体源400将腔室100内的工艺气体激发为等离子体。根据本发明构思的实施例，等离子体源400可以用ICP型等离子体源实施，但不限于此。等离子体源400包括：天线410、高频电源420和功率分配器430。天线410接收来自高频电源420的信号并感应出电磁场，从而产生等离子体。功率分配器430将来自高频电源420的信号分配给天线410。

检测单元600可设置在腔室100的侧壁中。检测单元600可以设置形成于壳体110的内圆周表面中的孔中。检测单元600可以设置在穿过内衬130所形成的孔中。根据一实施例，检测单元600可设置在形成于腔室100的侧壁中的观察端口(view port)上。检测单元600测量阻抗变化，并检测处理过程中产生的颗粒(例如，聚合物)在腔室100的内壁或暴露至腔室100的处理空间的部件的表面上的吸附程度。

具体而言，检测单元600可以通过利用隔膜来检测颗粒在腔室100的内壁或部件的表面上的吸附程度，该隔膜因穿过形成在壳体110中的孔引入的颗粒的沉积而变形。下面将参照图2描述检测单元600的具体配置。

挡板单元500位于壳体110的内壁和支承单元200之间。挡板单元500包括具有贯穿孔的挡板。挡板具有环形形状。供应到壳体110中的工艺气体穿过挡板的贯穿孔并通过排出孔102排出。工艺气体的流动可以根据挡板的形状和贯穿孔的形状来控制。

图2为示出了根据本发明构思的实施例的检测单元600的具体配置的视图。

参照图2，检测单元600可包括：隔膜610、电压源620、控制器630、板640和测量仪器650。

如图3所示，隔膜610安装在腔室100的侧壁中的检查空间中，并因其上的颗粒的沉积而变形。检查空间与腔室100的处理空间连通。根据一实施例，隔膜610可以用100μm或更薄的薄板来实施。但是并不限于此，隔膜610可以由通过颗粒在其上的沉积而可变形的各种材料制成。

电压源620连接至隔膜610和板640，并向隔膜610和板640施加电流。控制器630通过利用流经隔膜610的电流来测量阻抗变化。基于隔膜610的阻抗变化，控制器630可以检测颗粒在腔室100内壁或部件的表面上的吸附程度。

具体地，参照图4，随着吸附在隔膜610上的颗粒(聚合物)的数量的增加，隔膜610与板640之间的距离减小，因此隔膜610的电容值增大。电容C由方程C＝(E x S)/d给出，其中E是介电物质的介电常数，S是极板的横截面积，d是极板之间的距离。因此，电容C随着隔膜610和板640之间距离d的减小而增大。当隔膜610的电容值大于特定值时，利用隔膜610的电容值随着吸附在隔膜610上的颗粒数量的增加而增加的特性，控制器630可以确定颗粒在腔室100的内壁或部件的表面上的吸附程度超出允许范围。当确定颗粒的吸附程度超出允许范围时，控制器630可以输出通知以告知腔室100的更换周期。因此，用户可以精确且方便地测量颗粒在腔室100的内壁或部件的表面上的吸附程度。

板640与隔膜610间隔开。板640比隔膜610离腔室100的侧壁更远。测量仪器650连接至板640。测量仪器650可测量板640的振动频率。控制器630可基于板640的振动频率的变化来预测颗粒的吸附程度，并且可通过将预测的颗粒吸附程度与基于隔膜610的阻抗变化测得的颗粒的吸附程度进行对比来验证准确性。如图5所示，板640的振动周期可以根据颗粒的吸附而增加。也就是说，控制器630可以通过利用由测量仪器650测量的板640的振动周期来预测颗粒的吸附程度。

例如，当基于隔膜610的阻抗变化检测的颗粒的吸附程度与基于板640的振动频率的变化预测的颗粒的吸附程度之间的差异大于预设值时，控制器630可以确定检测到的颗粒的吸附程度是不准确的。因此，控制器630可以通过利用板640的振动频率的变化来验证颗粒的吸附程度，并且当基于隔膜610的阻抗变化测量的颗粒的吸附程度存在误差时，控制器630可以排除测量的颗粒的吸附程度，从而更准确地检测颗粒的吸附程度。

图6为示出了根据本发明构思的实施例的基板处理方法的流程图。

参照图6，控制器630通过利用流经隔膜610的电流来测量阻抗变化(步骤S610)。根据一实施例，控制器630可以通过测量流经隔膜610的电流来测量隔膜610的电容变化。

接下来，基于阻抗变化，控制器630检测颗粒在腔室100的内壁或部件的表面上的吸附程度(步骤S620)。具体地，当隔膜610的电容变化超出预设范围时，控制器630可以确定颗粒的吸附程度超出允许范围。

此外，步骤S620可以包括：测量板640的振动频率的步骤、基于板640的振动频率的变化预测颗粒的吸附程度的步骤、以及通过将预测的颗粒的吸附程度与基于阻抗变化检测的颗粒的吸附程度进行对比来验证准确性的步骤。因此，可以更准确地检测颗粒在腔室100的内壁或部件的表面上的吸附程度。

如上所述，根据本发明构思的各个实施例，通过利用阻抗变化，可以精确和方便地测量颗粒在腔室100的内壁或部件的表面上的吸附程度。

在上文中，虽然已经参照示例性实施例和附图对本发明构思进行了描述，但是本发明构思不限于此，而是在不脱离以下权利要求中所要求保护的发明构思的精髓和范围的情况下，可以由本发明构思所属领域的技术人员进行各种修改和改变。因此，提供本发明构思的示例性实施例是为了解释本发明构思的精髓和范围，而不是对其进行限制，所以本发明构思的精髓和范围不受实施例的限制。本发明构思的范围应当基于所附的权利要求进行解释，并且在等同于权利要求的范围内的所有技术思想都应当包括在本发明构思的范围内。

虽然已经参照实施例描述了本发明构思，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明构思的精髓和范围的情况下，可以进行各种改变和修改。因此，应该理解，上述实施例不是限制性的，而是说明性的。

Claims (14)

1.一种用于处理基板的装置，其包括：

腔室，其内部具有处理空间；

支承单元，其配置为支承所述处理空间中的所述基板；

气体供应单元，其配置为将气体供应到所述处理空间中；

等离子体源，其配置为从供应至所述处理空间中的所述气体产生等离子体；以及

设置在形成于所述腔室侧壁中的孔中的检测单元，所述检测单元配置为测量随着通过所述侧壁中的所述孔引入的颗粒的沉积程度而变化的阻抗变化，并检测颗粒在所述腔室内壁或暴露至所述处理空间的部件的表面上的吸附程度。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述检测单元包括：

隔膜，其安装在所述腔室的所述侧壁中的检查空间中，并因颗粒的沉积而变形，所述检查空间与所述处理空间相连通；

电压源，其配置为向所述隔膜施加电流；以及

控制器，其配置为通过利用流经所述隔膜的电流来测量所述阻抗变化，并基于所述阻抗变化来检测所述颗粒的吸附程度。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述检测单元还包括：板，其与所述隔膜间隔开并且设置得比所述隔膜更远离所述腔室的侧壁，和

其中所述电压源的一端连接至所述隔膜，且所述电压源的相对一端连接至所述板。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述隔膜的电容因颗粒的沉积而改变，且

其中，所述控制器测量所述隔膜的所述电容变化；和当所述隔膜的所述电容变化超出预设范围时，确定所述颗粒的吸附程度超出允许范围。

5.根据权利要求3所述的装置，其中所述检测单元还包括配置为测量所述板的振动频率的测量仪器，且

其中，所述控制器基于所述板的所述振动频率的变化来预测颗粒的吸附程度，并通过将预测的所述颗粒的吸附程度与基于所述阻抗变化检测的所述颗粒的吸附程度进行对比来验证准确性。

6.根据权利要求2所述的装置，其中所述隔膜用100μm或更薄的薄板来实施。

7.根据权利要求4所述的装置，其中当确定所述颗粒的吸附程度超出所述允许范围时，所述控制器输出通知以告知所述腔室的更换周期。

8.一种处理基板的方法，其包括：

测量阻抗变化，所述阻抗变化随着通过形成于腔室的侧壁中的孔引入的颗粒的沉积程度而改变；和

通过利用设置在所述腔室的所述侧壁中的所述孔中的检测单元，检测颗粒在所述腔室内壁或暴露至所述腔室的处理空间的部件的表面上的吸附程度。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述检测单元包括：

隔膜，其安装在所述腔室的所述侧壁中的检查空间中并因颗粒的沉积而变形，所述检查空间与所述处理空间相连通；

电压源，其配置为向所述隔膜施加电流，和

其中对所述颗粒在所述腔室内壁或所述部件的表面上的吸附程度的检测包括：

通过利用流经所述隔膜的所述电流来测量所述阻抗变化；和

基于所述阻抗变化来检测所述颗粒的吸附程度。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述检测单元还包括：板，其与所述隔膜间隔开且设置得比所述隔膜更远离所述腔室侧壁，和

其中所述电压源的一端连接至所述隔膜，且所述电压源的相对一端连接至所述板。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述隔膜的电容因颗粒的沉积而改变，

其中，所述阻抗变化的测量包括测量所述隔膜的电容变化，且

其中，基于所述阻抗变化的对所述颗粒的吸附程度的检测包括当所述隔膜的所述电容变化超出预设范围时、确定所述颗粒的吸附程度超出允许范围。

12.根据权利要求10所述的方法，其中对所述颗粒在所述腔室内壁或所述部件的表面上的吸附程度的检测还包括：

测量所述板的振动频率；

基于所述板的振动频率的变化，预测颗粒的吸附程度；和

通过将预测的所述颗粒的吸附程度与基于所述阻抗变化检测的所述颗粒的吸附程度进行对比来验证准确性。

13.根据权利要求9所述的方法，其中所述隔膜用100μm或更薄的薄板来实施。

14.根据权利要求11所述的方法，其中对颗粒在所述腔室内壁或所述部件的表面上的吸附程度的检测还包括：

在确定所述颗粒的吸附程度超出所述允许范围时输出通知，从而告知所述腔室的更换周期。