CN110581051B - 用于处理基板的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于处理基板的装置，其包括工艺腔室、在所述工艺腔室中支承所述基板的支承单元、供应工艺气体的气体供应单元和从所述工艺气体生成等离子体的等离子体源。所述支承单元包括静电吸盘，且所述装置还包括将夹持电压供应至所述静电吸盘的电源，和管理单元，该管理单元反馈控制针对每个工艺施加至电源的电压，并控制所述基板和所述静电吸盘之间供应的传热气体流量。所述管理单元该包括监测所述基板的物理性能变化的第一监测单元。所述管理单元该包括第一控制器，其通过基于监测的性能变化反馈对应于预设参考值的夹持力值来执行控制以补偿所述夹持电压。

Description

用于处理基板的装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年06月07日提交韩国工业产权局、申请号为 10-2018-0065593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
本文中描述的本发明构思的实施方式涉及一种用于处理基板的装置和方法。
背景技术
容性耦合等离子体(capacitively couple plasma,CCP)处理方法和电感耦合等离子体(inductively coupled plasma,ICP)处理方法用于利用等离子体处理半导体晶圆和显示基板的表面。使用等离子体的基板处理装置包括用于在处理期间夹持基板的静电吸盘。在相关技术中，当静电吸盘夹持基板时，无论每个工艺的条件如何，施加至基板上的电源的电压值是一样的。然而，在静电吸盘长时间使用的情况下，改变了静电吸盘的物理性能和基板层值的物理性能。由于性能改变，对于基板的夹持力存在差异，因此，也改变了蚀刻速率。
发明内容
本发明构思的实施方式提供了一种用于有效地反馈控制施加至静电吸盘的夹持电压的基板处理装置和方法。
此外，本发明构思的实施方式提供了一种用于根据腔室中装置的性能变化有效地控制气体流量的基板处理装置和方法。
本发明构思所要解决的技术问题不限于上述的问题。本发明构思所属领域的技术人员将从以下描述中清楚地理解本文中没有提及的任何其他技术问题。
根据一示例性实施方式，用于处理基板的装置包括在内部具有处理空间的工艺腔室，在所述工艺腔室中支承所述基板的支承单元，将工艺气体供应至所述处理空间的气体供应单元和从所述工艺气体生成等离子体的等离子体源。
所述支承单元包括使用静电力夹持所述基板的静电吸盘，且所述装置还包括：将夹持电压供应至所述静电吸盘的电源，和管理单元，该管理单元反馈控制针对每个工艺施加至电源的电压，并控制所述基板和所述静电吸盘之间供应的传热气体流量。
所述管理单元可该包括监测所述基板的物理性能变化的第一监测单元。
所述物理性能可为膜品质信息。
所述管理单元该包括监测所述静电吸盘的物理性能变化的第二监测单元。
所述物理性能可为介电常数。
所述第一监测单元和所述第二监测单元可根据监测的物理性能变化一同监测夹持力值的变化。
所述管理单元还可包括第一控制器，其通过基于监测的性能变化反馈对应于预设参考值的夹持力值来执行控制以补偿所述夹持电压。
所述管理单元还可包括第三监测单元，其监测放置在所述静电吸盘上的所述基板与所述静电吸盘之间供应的传热气体泄漏流量的变化，其中，所述传热气体泄漏流量的变化根据所述基板和所述静电吸盘的物理性能的变化而发生。
所述管理单元还可包括第二控制器，其基于通过所述第三监测单元监测的所述传热气体泄漏流量的变化来控制气体流量以对应于反馈的所述夹持电压。
在执行所述装置的工艺时，所述管理单元反馈可通过监测每个工艺步骤的物理性能变化来控制电压和气体流量。
根据一示例性实施方式，一种通过收集腔室中装置的性能来处理基板的方法，其包括监测所述基板的物理性能变化；监测静电吸盘的物理性能变化；基于所述监测的结果，检测夹持力值是否变化；和当检测到所述夹持力值的变化时，通过反馈对应于参考值的夹持电压来执行补偿。
所述方法还包括根据所述基板和所述静电吸盘的状态变化，监测放置在所述静电吸盘上的所述基板和所述静电吸盘之间供应的传热气体的泄漏流量的变化。
所述方法还包括基于所述气体的泄漏流量的变化，控制气体流量至与反馈的夹持电压相对应的值。
附图说明
参照以下附图，从以下描述中，上述和其他目的及特征将变得显而易见，除非另有说明，否则相同的附图标记在各个附图中表示相同部件，并且其中：
图1为示出了根据本发明构思的基板处理装置的视图；
图2为示出了图1的静电吸盘的视图；
图3为示出了根据本发明构思的管理单元的框图；和
图4和5为示出了本发明构思的基板处理方法的流程图。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细描述本发明构思的实施方式，使得本发明构思所属领域的技术人员可以容易地实现本发明构思。然而，本发明构思可以以各种不同的形式来实施，并不限于本文中描述的实施方式。此外，在描述本发明构思的实施方式时，当与已知的功能或配置相关的详细描述可能使得本发明构思的主题不必要地模糊时，该详细描述被省略。另外，在整个附图中，执行相似的功能和操作的部件具有相同的附图标记。
说明书中的术语“包括(include)”和“包含(comprise)”为“开放式”表述，仅为了说明存在相应的组件，并且除非另有特别的说明，否则不排除但可能包括额外的组件。特别地，应当理解的是，术语“包括”、“包含”和“具有”，在本文中使用时，特指存在所述特征、整数、步骤、操作、组件和/或部件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、组件、部件和/或其组。
诸如第一、第二等的术语可以用于描述不同的组件，但该组件不应受术语的限制。术语可以仅用于区别一个组件与其他组件。例如，在不脱离本发明构思的范围的情况下，第一组件可以被称为第二组件，相类似地，第二组件也可以被称为第一组件。
除非另有说明，否则单数形式的术语可以包括复数形式。此外，在附图中，组件的形状和尺寸可被夸大以为清楚的说明。
在整个说明书中，术语，组件“～单元”指的是软件组件或硬件部件，例如FPGA或ASIC，并执行至少一种功能和操作。然而，应当理解的是，组件“～单元”不限于软件组件或硬件组件。组件“～单元”可以在能够通过地址指定的存储介质中执行。组件“～单元”还可以配置为再生一个或多个处理器。
例如，组件“～单元”可以包括各种类型的组件(例如，软件组件、面向对象的软件组件、类组件和任务组件)、工艺、功能、属性、程序、子程序、程序代码的片段、驱动器、固件、微代码、电路、数据、数据库、数据结构、表、阵列和变量。由组件和组件“～单元”提供的功能可以通过多个组件和组件“～单元”来分别执行，并且还可以与其他额外的组件集成。
下文中，将描述根据本发明构思的实施方式的使用等离子体蚀刻基板的基板处理装置。然而，并不限于此，本发明构思适用于各种使用气体处理基板的装置。
图1为示出了根据本发明构思的实施方式的基板处理装置的示意平面图。
参照图1，根据本发明构思的实施方式的基板处理装置10包括工艺腔室100、静电吸盘200、气体供应单元300、等离子体生成单元400 和管理单元500。工艺腔室100具有形成在其内部的空间101。内部空间101设置为在其中在基板W上执行等离子体处理的空间。在基板W 上的等离子处理包括蚀刻工艺。排气孔102形成在工艺腔室100的底部。排气孔102与排气管线121连接。在处理期间生成的反应副产物和停留在工艺腔室100中的气体可以通过排气管线121排放到外部。此外，工艺腔室100的内部空间101中的压力通过排气工艺降低至预定压力。
静电吸盘200位于工艺腔室100中。静电吸盘200使用静电力吸引并夹持基板W。
图2为示出了图1的静电吸盘200的剖视图。
参照图1和图2，静电吸盘200包括介电板210、下电极220、支承板240和绝缘板270。
介电板210位于静电吸盘200的顶部。介电板210由盘状的介电质构成。基板W放置在介电板210的顶表面。介电板210的顶表面具有小于基板W的半径。因此，基板W的边缘区域位于介电板210的外部。介电板210具有形成在其中的第一供应通道211。第一供应通道 211从介电板210的顶表面延伸至介电板210的底表面。第一供应通道 211彼此间隔开并且用作通道，传热介质通过该通道供应到基板W的底表面。下电极220埋入介电板210中。下电极220与电源221电连接。电源221包括直流(DC)电源。开关222安装在下电极220和电源221之间。通过打开或关闭开关222，下电极220可电连接至电源 221，或与电源221断开。当开关222处于打开位置，直流电施加至下电极220。施加至下电极220的电流在下电极220和基板W之间诱导出静电力，且基板W通过该静电力夹持至介电板210。
支承板240位于介电板210的下方。介电板210的底表面和支承板240的顶表面通过胶黏剂236结合在一起。支承板240可由铝制成。支承板240的顶表面可具有台阶，使得中心区域位于比边缘区域更高的位置。支承板240的顶表面的中心区域具有与介电板210的底表面的中心区域相对应的面积，并且结合到介电板210的底表面。第一循环通道241、第二循环通道242和第二供应通道243形成在支承板240 中。
第一循环通道241用作为通道，传热介质通过该通道循环。第一循环通道241可在支承板240中形成为螺旋形状。可选地，第一循环通道241可包括多个具有不同半径的同心环状通道。每个第一循环通道241可彼此连通。第一循环通道241形成在相同高度处。下文中，在其中形成第一循环通道241的支承板240的区域称为第一区域240a。第一区域240a位于邻近支承板240的底表面的位置。第二循环通道242 用作为通道，冷却流体通过该通道循环。第二循环通道242可在支承板 240中形成为螺旋形状。可选地，第二循环通道242可包括多个具有不同半径的同心环状通道。每个第二循环通道242可彼此连通。下文中，在其中形成第二循环通道242的支承板240的区域称为第二区域240b。第二区域240b位于第一区域240a之上。第二区域240b位于比第一区域240a更靠近介电板210的位置。
第二供应通道243从第一循环通道241向上延伸至支承板240的顶表面。设置与第一供应通道211一样多的第二供应通道243。第二供应通道243连接第一循环通道241和第一供应通道211。
每个第二供应通道243形成在与第二区域240b相邻的第二循环通道242之间的区域中。第一循环通道241通过传热介质供应管线251 连接至传热介质储存器252。传热介质储存器252具有储存在其内部的传热介质。传热介质包括惰性气体。根据一实施方式，传热介质包括氦气(He)。氦气通过传热介质供应管线251供应至第一循环通道241，然后通过第二供应通道243供应至基板W的底表面。氦气用作为介质，从等离子体传递至基板W的热量通过该介质传递至静电吸盘200。包含在等离子体中的离子粒子通过静电吸盘200中形成的静电力被吸引并移动至静电吸盘200，并与基板W碰撞，以在移动至静电吸盘200 的过程中执行蚀刻工艺。在离子粒子与基板W碰撞的过程中，热量在基板W中产生。在基板W中产生的热量通过供应到基板W的底表面和介电板210的顶表面之间的空间中的氦气传递至静电吸盘200。因此，基板W可维持在设定的温度。
第二循环通道242通过冷却流体供应管线261连接至冷却流体储存器262。冷却流体储存器262具有储存在其内部的冷却流体。冷却器 263可设置在冷却流体储存器262中。冷却器263使冷却流体冷却至预定温度。可选地，冷却器263可安装在冷却流体供应管线261上。通过冷却流体供应管线261供应至第二循环通道242的冷却流体在沿第二循环通道242循环时冷却支承板240。支承板240在被冷却时，一同冷却介电板210和基板W，以将基板W维持在预定温度。
绝缘板270设置在支承板240的下方。绝缘板270具有与支承板 240的尺寸相对应的尺寸。绝缘板270位于支承板240和工艺腔室100 的底部之间的位置。绝缘板270由绝缘材料制成，且与支承板240和工艺腔室100电绝缘。
聚焦环280设置在静电吸盘200的边缘区域。聚焦环280具有环形形状，且围绕介电板210设置。聚焦环280的顶表面可具有台阶，使得外部280a位于比内部280b更高的位置。聚焦环280的顶表面的内部280b位于与介电板210的顶表面相同的高度处。聚焦环280的顶表面的内部280b支承位于介电板210外部的基板W的边缘区域。聚焦环280的外部280a围绕基板W的边缘区域。聚焦环280扩大了形成电场的区域，使得基板W位于形成等离子体的区域的中心。因此，等离子体可均匀地在基板W的整个区域上方形成，因此基板W的每个区域可被均匀地蚀刻。
气体供应单元300将工艺气体供应至工艺腔室100中。气体供应单元300包括气体储存器310、气体供应管线320和气体进气口330。气体供应管线320连接气体储存器310和气体进气口330，并将储存在气体储存器310中的工艺气体供应至气体进气口330。气体进气口330 与形成在上电极410中的气体供应孔412连接，并将工艺气体供应到气体供应孔412中。气体分配板420位于上电极410下方。气体分配板420具有盘形形状，且具有与上电极410的尺寸相对应的尺寸。气体分配板420的顶表面具有台阶，使得中心区域位于比边缘区域更底的位置。气体分配板420的顶表面和上电极410的底表面通过它们的组合形成缓冲空间415。缓冲空间415设置为一空间，通过气体供应孔 412供应的工艺气体在被供应到工艺腔室100的内部空间101中之前暂时停留在该空间中。第一分配孔421形成在气体分配板420的中心区域。第一分配孔421从气体分配板420的顶表面延伸至气体分配板 420的底表面。多个第一分配孔421彼此间隔开预定间隙。第一分配孔 421与缓冲空间415连接。
喷头430位于气体分配板420下方。喷头430具有盘形形状。第二分配孔431形成在喷头430中。第二分配孔431从喷头430的顶表面延伸至喷头430的底表面。多个第二分配孔431彼此间隔开预定间隙。
设置与第一分配孔421一样多的第二分配孔431。第二分配孔431 位于与第一分配孔421相对应的位置。多个第二分配孔431分别与多个第一分配孔421连接。停留在缓冲空间415中的工艺气体通过第一分配孔421和第二分配孔431均匀地供应至工艺腔室100中。
图3为示出了包括在根据本发明构思的实施方式的基板处理装置中的管理单元500的示例性框图。下文中，将描述本发明构思的基板处理装置10的管理单元500的配置和工艺。
如图3所示，基板处理装置10的管理单元500可包括第一监测单元501、第二监测单元502、第三监测单元503、第一控制器511和第二控制器512。管理单元500可监测静电吸盘200和基板W的性能变化。基于监测静电吸盘200和基板W的性能变化的结果，管理单元500可测量时变夹持力。管理单元500可通过调节夹持电压控制夹持力，以对应于测量的时变夹持力和参考夹持力之间的差异。此外，当静电吸盘 200和基板W的性能改变时，根据上述的传热介质的气体流量值也相应地改变。在处理基板W的过程中，固定基板W的夹持力必须保持恒定，且相应产生的气体流量值也必须保持恒定。本发明构思的管理单元 500可控制静电吸盘200和基板W之间气体泄漏流量以对应于时变夹持力。
保持基板W的夹持力可以由以下公式给出。
Figure BDA0002089379300000081
在上述公式中，“F”表示夹持力,“ε”表示介电常数,“V”表示施加的电压值。因此，影响夹持力的因素为介电常数，介电常数与关于基板W的膜品质的信息相关联。虽然这里没有提出，但是当本领域技术人员确定一个因素影响夹持力时，本发明构思的管理单元500可以监测该因素。
第一监测单元501可根据基板W的状态的变化来监测物理性能变化。物理性能可为关于基板W的膜品质的信息。物理性能可为关于基板W被蚀刻的程度的信息。第一监测单元501可检测根据基板W的膜品质信息而变化的夹持力的变化。确定夹持力是否变化的基础上，参考夹持力可为在相应的工艺中达到目标蚀刻速率所需的夹持力。可在处理基板W之前获得膜品质信息，该膜品质信息为基板W的独特介电常数。夹持力可根据基板W上的膜的类型而变化，因此，基板W的夹持力可通过使用根据膜品质信息从基板W检测到的夹持信息来更有效地控制。
第二监测单元502可根据静电吸盘200的状态的变化来监测物理性能变化。物理性能可为关于包含在静电吸盘200内的介电质的介电常数的信息。物理性能可为关于静电吸盘200的表面状态或湿度的变化的信息。第二监测单元502可检测根据静电吸盘200的介电常数的变化而变化的夹持力的变化。确定夹持力是否变化的基础上，参考夹持力可为在相应的工艺中达到目标蚀刻速率所需的夹持力。
因此，第一监测单元501和第二监测单元502可检测基板W的性能变化和静电吸盘200的性能变化。当检测性能变化时，第一监测单元 501和第二监测单元502监测相应的物理性能变化是否影响夹持力。
尽管图3示出了管理单元500包括第一监测单元501、第二监测单元502第三监测单元503、第一控制器511和第二控制器512的一个实施例，但是这对应于一个最佳实施方式。在本发明构思的另一实施方式中，管理单元500可仅包括第一监测单元501。管理单元500可仅检测基板W的变化，且可仅执行基于检测结果的反馈控制。在本发明构思的再一实施方式中，管理单元500可仅包括第二监测单元502。管理单元500可仅检测静电吸盘200的变化，且可仅执行基于检测结果的反馈控制。
第一监测单元501和第二监测单元502将检测结果传送至第一控制器511。
第三监测单元503可检测在静电吸盘200和基板W之间供应的传热气体泄漏流量的变化。如上所述，随着时间流逝和随着工艺被执行，静电吸盘200和基板W的性能改变。因此，夹持力改变，且传热气体流量也改变。第三监测单元503检测气体流量的变化，且第三监测单元 503将检测结果传送至第二控制器512。
基于根据通过第一监测单元501或第二监测单元502监测的基板 W和静电吸盘200的物理性能变化而变化的夹持力，第一控制器511 可调节施加至电源211的电压以施加参考夹持力。例如，在检测的基板 W和静电吸盘200的物理性能改变且测量的夹持力减小的情况下，必须施加更高的夹持电压以施加对应于设定的参考值的夹持力。此时，施加的夹持电压可通过上述夹持力的等式确定。在检测的基板W或静电吸盘200的物理性能改变且测量的夹持力增大的情况下，必须施加更低的夹持电压以施加对应于设定的参考值的夹持力。此时，施加的夹持电压通过上述夹持力的等式确定。
第二控制器512可基于通过第三监测单元503监测的气体泄漏流量的变化来控制气体流量以对应于反馈的夹持电压。即使根据基板W 和静电吸盘200的变化产生的夹持电压被补偿，当用于处理相应产生的热量的气体流量值没有被补偿时，由于不平衡可能无法实现精确的蚀刻。因此，当基于监测气体泄漏流量的变化的结果反馈控制适当的电压时，第二控制器512可根据电压控制气体流量。
在本发明构思中，可对每个工艺执行监测。具体地，尽管基板W 的膜品质信息或静电吸盘200的介电常数可随着时间流逝而变化，如上所述，即使在执行工艺的过程中，各个工艺的条件可不相同，因此，由于不同的条件，可改变基板W和静电吸盘200的物理性能。也就是说，与现有技术不同，在现有技术中，所有工艺步骤都提供恒定的电压和恒定的气体流量，在本发明构思中，即使在不仅每个工艺中的条件改变而且在每个条件下基板W或静电吸盘200的物理性能都改变时，对于每个工艺都可以进行处理，并且可以进行反馈控制。结果，可以比以前更有效地处理基板W。
下文中，将描述根据本发明构思的基板处理方法。
图4和5为示出了根据本发明构思的基板处理方法的流程图。
参照图4，基板处理方法包括监测基板的物理性能变化的步骤。该物理性能可为膜品质信息。其后，监测静电吸盘200的物理性能变化。该物理性能可为介电常数。本发明构思的第一控制器511监测物理性能变化，并确定夹持力是否改变。当检测到夹持力变化时，第一控制器 511计算差值，然后计算必须反馈控制的值，且利用相应的夹持电压执行反馈控制。当没有检测到夹持力变化时，第一控制器511持续监测基板W和静电吸盘200的物理性能。
参照图5，在完成对夹持电压的反馈控制之后，根据相应基板W 和静电吸盘200的状态变化来监测气体泄漏流量的变化。当通过监测气体泄漏流量的变化使用对应于目前夹持电压的值做出反馈时，第二控制器512可将气体泄漏流量值调节到对应于相应的夹持电压的值。
根据本发明构思的实施方式，该基板处理装置和方法可有效地反馈控制施加至静电吸盘的夹持电压。
此外，根据本发明构思的实施方式，该基板处理装置和方法可根据腔室中装置的性能变化一同控制气体泄漏流量变化。
本发明构思的效果不限于上述的效果。本发明构思所属领域的技术人员可从本说明书和附图中清楚地理解本文中没有提及的任何其他效果。
虽然已经在上文中已经描述了本发明构思的实施方式，但是应当理解的是，所提供的实施方式是为了帮助理解本发明构思，而不是旨在限制本发明构思的范围，并且在不脱离本发明构思的精神和范围的情况下可以进行各种修改和等同实施方式。在本发明构思中提供的附图仅是本发明构思的最佳实施方式的附图。本发明构思的范围应当由权利要求的技术理念确定，并且，应当理解的是，本发明构思的范围不限于权利要求的文字描述，而是实际上延伸到技术价值的等同范围。
虽然已经参照示例性的实施方式描述了本发明构思，但对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明构思的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改。因此，应当理解的是，上述实施方式并非限制性的，而是说明性的。

Claims (11)

1.一种用于处理基板的装置，其中，所述装置包括：
工艺腔室，所述工艺腔室在内部具有处理空间；
支承单元，所述支承单元配置为在所述工艺腔室中支承所述基板；
气体供应单元，所述气体供应单元配置为将工艺气体供应至所述处理空间；和
等离子体源，所述等离子体源配置为从所述工艺气体生成等离子体，
其中，所述支承单元包括静电吸盘，所述静电吸盘配置为使用静电力夹持所述基板，以及
其中，所述装置还包括：
电源，所述电源配置为将夹持电压供应至所述静电吸盘；和
管理单元，所述管理单元配置为反馈控制针对每个工艺施加至电源的电压，并控制所述基板和所述静电吸盘之间供应的传热气体流量。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述管理单元包括第一监测单元，所述第一监测单元配置为监测所述基板的物理性能变化。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述管理单元包括第二监测单元，所述第二监测单元配置为监测所述静电吸盘的物理性能变化。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述物理性能为膜品质信息。
5.根据权利要求3所述的装置，其中，所述物理性能为介电常数。
6.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第一监测单元和所述第二监测单元分别根据监测的物理性能变化一同监测夹持力值的变化。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述管理单元还包括第一控制器，所述第一控制器配置为通过基于监测的性能变化反馈对应于预设参考值的夹持力值来执行控制以补偿所述夹持电压。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述管理单元还包括第三监测单元，所述第三监测单元配置为监测放置在所述静电吸盘上的所述基板与所述静电吸盘之间供应的传热气体泄漏流量的变化，其中，所述传热气体泄漏流量的变化根据所述基板和所述静电吸盘的物理性能的变化而发生。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述管理单元还包括第二控制器，所述第二控制器配置为基于通过所述第三监测单元监测的所述传热气体泄漏流量的变化来控制气体流量以对应于反馈的所述夹持电压。
10.根据权利要求7或9所述的装置，其中，在执行所述装置的工艺时，所述管理单元反馈通过监测每个工艺步骤的物理性能变化来控制电压和气体流量。
11.一种通过收集腔室中装置的性能来处理基板的方法，其中，所述方法包括：
监测所述基板的物理性能变化；
监测静电吸盘的物理性能变化；
基于所述监测的结果，检测夹持力值是否变化；和
当检测到所述夹持力值的变化时，通过反馈对应于参考值的夹持电压来执行补偿；
其中，所述方法还包括：
根据所述基板和所述静电吸盘的状态变化，监测放置在所述静电吸盘上的所述基板和所述静电吸盘之间供应的传热气体的泄漏流量的变化；
基于所述气体的泄漏流量的变化，将气体流量控制至与反馈的夹持电压对应的值。
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