CN113066737A - 用于蚀刻薄层的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于蚀刻薄层的装置，包括：蚀刻剂供给单元，其构成为于基板上供给蚀刻剂以蚀刻形成在所述基板上的薄层；温度测量单元，其构成为在通过所述蚀刻剂执行蚀刻过程时测量所述基板的温度；激光照射单元，其构成为在包含所述基板的中央部分的第一部分上照射第一激光束，并且在围绕所述第一部分的第二部分上以环形照射第二激光束，从而在蚀刻过程中将所述基板的温度保持于预定温度；以及过程控制单元，其构成为基于由所述温度测量单元所测量的所述基板的温度来控制所述第一激光束和所述第二激光束的功率，以减小所述基板的所述第一部分和所述第二部分之间的温度差。

Description

用于蚀刻薄层的装置
技术领域
本公开涉及一种用于蚀刻薄层的装置。更具体地，本公开涉及一种用于蚀刻和去除形成在如硅晶片的基板上的薄层的装置。
背景技术
通常，半导体装置可以通过在硅晶片上重复执行的制造过程来制造。例如，可以执行用于在基板上形成薄层的沉积过程、用于在薄层上形成光阻图案的光刻过程、用于图案化或去除薄层的蚀刻过程等。
蚀刻过程分为干式蚀刻过程和湿式蚀刻过程。湿式蚀刻过程被分类成构成为逐片处理基板的单晶片类型和构成为同时处理基板的批量类型。在单晶片类型蚀刻装置中，于旋转的基板上供给蚀刻剂，并且通过薄层与蚀刻剂之间的反应去除薄层。通过基板的旋转去除由反应产生的蚀刻残余物和残留蚀刻剂。
例如，当在基板上形成包含氮化硅的薄层时，可以通过包含磷酸和水的蚀刻剂去除该薄层。为了提高氮化硅与蚀刻剂之间的反应速度，蚀刻剂被加热后被供给到基板的中央部分。通过基板的旋转，蚀刻剂从基板的中央部分向基板的边缘部分扩散。然而，在扩散过程中蚀刻剂的温度可能降低，因此从基板的中央部分向基板的边缘部分的蚀刻速度可能降低。因此，基板上的薄层可能未被一致地去除。
发明内容
本发明的实施方式提供了一种用于一致地蚀刻基板上的薄层的装置。
根据本发明的一个方面，一种用于蚀刻薄层的设备可以包括：蚀刻剂供给单元，其构成为于基板上供给蚀刻剂以蚀刻形成在所述基板上的薄层；温度测量单元，其构成为在通过所述蚀刻剂执行蚀刻过程时测量所述基板的温度；激光照射单元，其构成为在包含所述基板的中央部分的第一部分上照射第一激光束，并且在围绕所述第一部分的第二部分上以环形照射第二激光束，从而在蚀刻过程中将所述基板的温度保持于预定温度；以及过程控制单元，其构成为基于由所述温度测量单元所测量的所述基板的温度来控制所述第一激光束和所述第二激光束的功率，以减小所述基板的所述第一部分和所述第二部分之间的温度差。
根据本发明的一些实施方式，所述蚀刻剂供给单元可包括：蚀刻剂供给喷嘴，其构成为在所述基板的所述中央部分上供给所述蚀刻剂；喷嘴驱动部，其构成为在水平方向上移动所述蚀刻剂供给喷嘴；以及蚀刻剂加热部，其构成为于预定温度加热所述蚀刻剂。
根据本发明的一些实施方式，所述激光照射单元可设置在所述基板的所述中央部分的上方，并且所述蚀刻剂供给喷嘴可通过所述喷嘴驱动部在所述基板与所述激光照射单元之间沿水平方向移动。
根据本发明的一些实施方式，在将所述蚀刻剂以预定量供给到所述基板的所述中央部分之后，所述蚀刻剂供给喷嘴可沿水平方向移动以与所述基板分隔。
根据本发明的一些实施方式，所述薄层可包含氮化硅，并且所述蚀刻剂可包含磷酸和水。
根据本发明的一些实施方式，所述装置还可包括旋转驱动单元，其构成为旋转所述基板。此情况下，所述蚀刻剂供给单元可在所述基板的所述中央部分上以预定量供给所述蚀刻剂，并且所述旋转驱动单元可旋转所述基板，从而所述蚀刻剂完全散布在所述基板的上表面上以形成具有预定厚度的液体层。
根据本发明的一些实施方式，所述旋转驱动单元可停止所述基板的旋转，从而通过表面张力来保持所述液体层。
根据本发明的一些实施方式，所述装置还可包括碗单元，其构成为围绕所述基板以收集所述蚀刻剂。
根据本发明的一些实施方式，所述装置还可包括支承单元，其构成为支承所述基板，且所述旋转驱动单元可旋转所述支承单元。
根据本发明的一些实施方式，所述温度测量单元可包括热成像相机，其设置在所述基板上方。
根据本发明的一些实施方式，所述温度测量单元可包括多个红外线温度传感器，其设置在所述基板下方。
根据本发明的一些实施方式，所述装置还可包括支承单元，其构成为支承所述基板。此情况下，所述支承单元可包括：支承头，其具有圆板形状；以及支承销，其设置在所述支承头上以支承所述基板的边缘部分，并且所述红外线温度传感器可设置在所述支承头上。
根据本发明的一些实施方式，所述激光照射单元可包括可调环形模式(adjustable ring mode，ARM)光纤激光设备，其能够控制所述第一激光束和所述第二激光束的功率。
根据本发明的一些实施方式，所述装置还可包括红外线加热器，其构成为加热所述基板。
根据本发明的一些实施方式，所述温度测量单元可包括热成像相机，其设置在所述基板上方，并且所述红外线加热器可设置在所述基板下方。
根据本发明的一些实施方式，所述装置还可包括支承单元，其构成为支承所述基板。此情况下，所述支承单元可包括：支承头，其具有圆板形状；以及支承销，其设置在所述支承头上以支承所述基板的边缘部分，并且所述红外线加热器可包含多个红外线灯，其设置在所述支承头上。
根据本发明的一些实施方式，在所述支承头的上表面部分中可形成多个凹部，在所述凹部中可设置所述红外线灯，并且在所述红外线灯上方可设置多个窗以覆盖所述凹部的上部。
根据本发明的一些实施方式，所述温度测量单元可包括多个红外线温度传感器，其设置在所述基板下方，并且所述红外线加热器可设置于所述基板上方。此情况下，所述装置还可包括支承单元，其构成为支承所述基板。所述支承单元可包括：支承头，其具有圆板形状；以及支承销，其设置在所述支承头上以支承所述基板的边缘部分，并且所述红外线温度传感器可设置在所述支承头上。
上述本发明的概述并非旨在描述本发明的每个图示实施例或每种实施方式。下面的详细描述和权利要求将更具体地举例说明这些实施方式。
附图说明
通过以下结合附图的描述，可以更详细地理解本发明的实施方式，其中：
图1是示出根据本发明的实施方式的用于蚀刻薄层的装置的示意图；
图2是示出图1所示的蚀刻剂供给单元的平面图；
图3是示出从图1所示的激光照射单元照射的第一激光束和第二激光束的图像；以及
图4是示出根据本发明的另一实施方式的用于蚀刻薄层的装置的示意图。
尽管各种实施方式可以进行各种修改和替代形式，但是其细节已经通过示例在附图中示出并且将被详细描述。但是应当理解，其意图不是要将所主张的发明限定于所描述的特定实施方式。相反地，本发明旨在涵盖落入由权利要求书限定的主体的精神和范围内的所有修改、等同形式和替代形式。
具体实施方式
下文中，参考附图更详细地描述了本发明的实施方式。然而，本发明不限定于以下描述的实施方式，并且能够以各种其他形式实现。提供以下实施方式不是为了完全完成本发明，而是被提供来向本领域技术人员充分传达本发明的范围。
说明书中，当一个组件被称为在另一组件或层上或连接到另一组件或层时，它可以直接位在或连接到另一组件或层上，或者也可以存在中间组件或层。与此不同，将理解的是，当一个组件被称为直接位在或直接连接到另一组件或层上时，这意指不存在中间组件。而且，尽管在本发明的各种实施方式中，使用如第一、第二和第三的术语来描述各种区域和层，但是这些区域和层不受限于这些术语。
以下使用的术语仅用于描述具体实施方式，而非限制本发明。另外，除非在此另外定义，否则包括技术或科学术语在内的所有术语可以具有本领域技术人员通常理解的相同含义。
参考理想实施方式的示意图描述了本发明的实施方式。因此，从附图的形式可以预期制造方法的变化和/或可允许的误差。因此，本发明的实施方式不限于附图中的特定形式或区域，且包括形式的偏差。这些区域可以完全是示意性的，并且它们的形式可以不描述或描绘出任何给定的区域中的准确的形式或结构，而且并非旨在限制本发明的范围。
图1是示出根据本发明的实施方式的用于蚀刻薄层的装置的示意图，而图2是示出如图1所示的蚀刻剂供给单元的平面图。
参照图1和图2，用于蚀刻薄层的装置100可以用于在半导体制造过程中去除形成在基板10如硅晶片上的薄层12。例如，可以在基板10上形成包括氮化硅(Si3N4)的薄层12，并且薄层蚀刻装置100可以在基板10上供给包含磷酸(H3PO4)和水(H2O)的蚀刻剂20，并且可以利用薄层12和蚀刻剂20之间的蚀刻反应去除薄层12。
根据本发明的实施方式，薄层蚀刻装置100可包括处理室102和支承单元110，其中在该处理室102中执行用于去除薄层12的蚀刻处理，该支承单元110构成为支承基板10，并且构成为旋转支承单元110的旋转驱动单元120可被设置在处理室102中。
例如，支承单元110可包括具有圆盘形状的支承头112和设置在支承头112上以支承基板10的边缘部分的多个支承销114。支承销114可布置成圆环形状以支承基板10的边缘部分。在基板10的旋转过程中，可以将构成为支承基板10的侧部的多个支承构件116分别设置在支承销114上。旋转驱动单元120可包括：旋转驱动部122，其设置在支承头112下方并包括用于提供旋转力的电动机；和旋转轴124，其将旋转驱动部122连接到支承头112。
薄层蚀刻装置100可包括构成为将蚀刻剂20供给到基板10上以蚀刻薄层12的蚀刻剂供给单元130。例如，蚀刻剂供给单元130可包括：蚀刻剂供给喷嘴132，其构成为在基板的中央部分上供给蚀刻剂20；喷嘴驱动部134，其构成为在水平方向上移动蚀刻剂供给喷嘴132；以及蚀刻剂加热部136，其构成为于预定温度加热蚀刻剂20。
同时，可以通过氮化硅与包含磷酸和水的蚀刻剂20之间的化学反应来去除包含氮化硅的薄层12。薄层12与蚀刻剂20之间的反应式如下。
3Si3N4+4H3PO4+27H2O→4(NH4)3PO4+9H2SiO3
上述反应中，可以通过蚀刻剂20的温度来提高反应速度，且蚀刻剂加热部136例如可在低于蚀刻剂20的沸点的约150℃的温度加热蚀刻剂20，以增加薄层12的蚀刻速率。
根据本发明的实施方式，在薄层12上的蚀刻过程可利用水坑法(puddle method)执行。特别地，蚀刻剂供给单元130可以在基板10的中央部分上以预定量供给蚀刻剂20，并且旋转驱动单元120可以低速地旋转基板10以将蚀刻剂20完全散布在基板10的上表面，从而形成在其上具有预定厚度的液体层。也就是说，供给到基板10上的蚀刻剂20可以在离心力的作用下，从基板10的中央部分向基板10的边缘部分扩散，并且在蚀刻剂20充分地向基板10的边缘部分扩散之后，旋转驱动单元120可停止基板10的旋转。可以通过蚀刻剂20的表面张力来保持液体层，并且可以在形成液体层之后的预定时间执行薄层12上的蚀刻过程。
在供给到基板10上的蚀刻剂20从基板10的中央部分向基板10的边缘部分散布的过程中，蚀刻剂20的温度可能被改变，因此薄层12对于基板10的每个部分的蚀刻速率可能不同。根据本发明的实施方式，为了解决上述问题，薄层蚀刻装置100可包括温度测量单元140、激光照射单元150和过程控制单元104。温度测量单元140构成为在由蚀刻剂20执行的蚀刻过程期间测量基板10的温度。为了在蚀刻过程期间将基板10的温度维持在预定温度，激光照射单元150可以将第一激光束30(图3所示)照射到包括基板10的中央部分的第一部分上，并且将具有环形的第二激光束32(图3所示)照射到围绕第一部分的第二部分上。过程控制单元104可以基于由温度测量单元140测量的温度来控制第一激光束30的功率和第二激光束32的功率，以减小基板10的第一部分和第二部分之间的温度差。
例如，温度测量单元140可包括设置在基板10上方的热成像相机142，并且过程控制单元104可以从由热成像相机142获取的图像来检测基板10的第一部分的温度和围绕第一部分的第二部分的温度。
激光照射单元150可以设置在基板10的中央部分上方，并且可以提供具有与基板10的第一部分相对应的圆形光束图案的第一激光束30和具有对应于第二部分的圆环形光束图案的第二激光束32。例如，激光照射单元150可以包括可调环形模式(adjustable ringmode，ARM)光纤激光设备，其可控制第一激光束30和第二激光束32的功率。
图3是示出从图1所示的激光照射单元照射的第一激光束和第二激光束的图像。
参照图3，过程控制单元104可基于基板10的温度来控制第一激光束30的功率和第二激光束32的功率。例如，过程控制单元104可以如图3(a)所示控制第一激光束30具有与第二激光束32相同的功率，或者可以如图3(d)和3(e)所示选择性地提供第一激光束30或第二激光束32。此外，当基板10的第一部分和第二部分具有彼此不同的温度时，第二激光束32可以如图3(b)所示具有大于第一激光束30的功率，或者第一激光束30可以如图3(c)所示具有大于第二激光束32的功率。
如上所述，第一激光束30的功率和第二激光束32的功率是基于基板10的第一部分和第二部分的温度来控制，因此基板10的温度可以被一致地控制在预定温度。因此，可以在整个基板10上一致地控制薄层12的蚀刻速率。
参照图1和图2，蚀刻剂供给喷嘴132可以设置在激光照射单元150的下方。也就是说，蚀刻剂供给喷嘴132可以通过喷嘴驱动部134在基板10和激光照射单元150之间沿水平方向移动。例如，喷嘴驱动部134可以通过喷嘴臂138连接到蚀刻剂供给喷嘴132，并且可旋转喷嘴臂138，从而蚀刻剂供给喷嘴132被设置在基板的中央部分上方。而且，喷嘴驱动部134可以旋转喷嘴臂138，从而在将蚀刻剂20供给到基板10上之后，蚀刻剂供给喷嘴132从基板10被隔开。
根据本发明的实施方式，薄层蚀刻装置100可以包括碗单元160，其构成为围绕基板10以收集蚀刻剂20。例如，为了在蚀刻工艺之后从基板10去除反应副产物和残留的蚀刻剂，旋转驱动单元120可以使基板10高速旋转，并且可从基板10去除反应副产物和残留的蚀刻剂。从基板10去除的反应副产物和残留蚀刻剂可被碗单元160收集，并且可以通过连接到碗单元160的排出管(未示出)排出。
如图1所示，碗单元160包括一个碗。然而，作为另一示例，碗单元160可以包括多个碗。例如，在执行蚀刻过程之后，可以执行用于从基板10去除蚀刻残留物的漂洗过程和用于干燥基板10的干燥过程。此外，碗单元160还可以包括构成为收集用于漂洗过程的漂洗液如去离子水的第二碗(未示出)以及构成为收集用于干燥过程的干燥液如异丙醇的第三碗(未示出)。另外，尽管附图中未示出，但是薄层蚀刻装置100还可包括构成为供给漂洗液的漂洗液供给单元和构成为供给干燥液的干燥液供给单元。
同时，根据本发明的实施方式，薄层蚀刻装置100可以包括构成为以预定温度加热基板10的红外线加热器170。红外线加热器170可以设置在基板10下方，并且可以包含设置在支承头112上的多个红外线灯172。例如，红外线加热器170可以包含设置在支承头112中的多个红外线灯172，并且支承头112可以包括多个石英窗174，该石英窗174构成为将从红外线灯172照射的红外光朝着基板10的下表面传导。具体地，可以在支承头112的上表面部分中形成多个凹部，并且可以在凹部中设置红外线灯172。此情况下，石英窗174可设置在红外线灯172上方以覆盖凹部的上部。
图4是示出根据本发明另一实施方式的用于蚀刻薄层的装置的示意图。
参照图4，薄层蚀刻装置100可以包括构成为加热基板10的红外线加热器180和构成为测量基板10的温度的温度测量单元190。例如，红外线加热器180可包括设置在基板10上方的多个红外线灯182，且温度测量单元190可包括多个设置在基板10下方，例如在支承头112上的红外线温度传感器192。
根据上述的本发明的实施方式，于将蚀刻剂20供给到基板10上时，可改变基板10的第一部分和设置在其上的蚀刻剂20的温度以及基板10的第二部分和设置在其上的蚀刻剂20的温度。可通过第一激光束30和第二激光束32的功率控制来减小第一部分的温度和第二部分的温度之间的差。
特别地，当第二部分的温度低于第一部分的温度时，第二激光束32的功率可以被控制为大于第一激光束30的功率，因此，可使基板10和蚀刻剂20的温度一致。此外，当由红外线加热器170加热的基板10的温度高于蚀刻剂20的温度时，第一部分的温度可以低于第二部分的温度。此情况下，可将第一激光束30的功率控制为大于第二激光束32的功率，因此，可使基板10和蚀刻剂20的温度一致。结果，可使整个基板10和蚀刻剂20的温度一致，且因此可使薄层12的蚀刻速率一致。
尽管已经参考特定实施方式描述了薄层蚀刻装置100，但其不限定于此。因此，本领域技术人员将容易理解，在不偏离由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种具体修改和改变。

Claims (19)

1.一种用于蚀刻薄层的装置，包括：
蚀刻剂供给单元，其构成为于基板上供给蚀刻剂以蚀刻形成在所述基板上的薄层；
温度测量单元，其构成为在通过所述蚀刻剂执行蚀刻过程时测量所述基板的温度；
激光照射单元，其构成为在包含所述基板的中央部分的第一部分上照射第一激光束，并且在围绕所述第一部分的第二部分上以环形照射第二激光束，从而在蚀刻过程中将所述基板的温度保持于预定温度；以及
过程控制单元，其构成为基于由所述温度测量单元所测量的所述基板的温度来控制所述第一激光束和所述第二激光束的功率，以减小所述基板的所述第一部分和所述第二部分之间的温度差。
2.根据权利要求1所述的用于蚀刻薄层的装置，其中，所述蚀刻剂供给单元包括：蚀刻剂供给喷嘴，其构成为在所述基板的所述中央部分上供给所述蚀刻剂；喷嘴驱动部，其构成为在水平方向上移动所述蚀刻剂供给喷嘴；以及蚀刻剂加热部，其构成为于预定温度加热所述蚀刻剂。
3.根据权利要求2所述的用于蚀刻薄层的装置，其中，所述激光照射单元设置在所述基板的所述中央部分的上方，并且所述蚀刻剂供给喷嘴通过所述喷嘴驱动部在所述基板与所述激光照射单元之间沿水平方向移动。
4.根据权利要求3所述的用于蚀刻薄层的装置，其中，在将所述蚀刻剂以预定量供给到所述基板的所述中央部分之后，所述蚀刻剂供给喷嘴沿水平方向移动以与所述基板分隔开。
5.根据权利要求1所述的用于蚀刻薄层的装置，其中，所述薄层包含氮化硅，并且所述蚀刻剂包含磷酸和水。
6.根据权利要求1所述的用于蚀刻薄层的装置，还包括：旋转驱动单元，其构成为旋转所述基板，
其中，所述蚀刻剂供给单元在所述基板的所述中央部分上以预定量供给所述蚀刻剂，并且所述旋转驱动单元旋转所述基板，从而所述蚀刻剂完全散布在所述基板的上表面上以形成具有预定厚度的液体层。
7.根据权利要求6所述的用于蚀刻薄层的装置，其中，所述旋转驱动单元停止所述基板的旋转，从而通过表面张力来保持所述液体层。
8.根据权利要求6所述的用于蚀刻薄层的装置，还包括：碗单元，其构成为围绕所述基板以收集所述蚀刻剂。
9.根据权利要求6所述的用于蚀刻薄层的装置，还包括：支承单元，其构成为支承所述基板，
其中，所述旋转驱动单元旋转所述支承单元。
10.根据权利要求1所述的用于蚀刻薄层的装置，其中，所述温度测量单元包括：热成像相机，其设置在所述基板上方。
11.根据权利要求1所述的用于蚀刻薄层的装置，其中，所述温度测量单元包括：多个红外线温度传感器，其设置在所述基板下方。
12.根据权利要求11所述的用于蚀刻薄层的装置，还包括：支承单元，其构成为支承所述基板，
其中，所述支承单元包括：支承头，其具有圆板形状；以及支承销，其设置在所述支承头上以支承所述基板的边缘部分，并且所述红外线温度传感器设置在所述支承头上。
13.根据权利要求1所述的用于蚀刻薄层的装置，其中，所述激光照射单元包括：可调环形模式(ARM)光纤激光设备，其能够控制所述第一激光束和所述第二激光束的功率。
14.根据权利要求1所述的用于蚀刻薄层的装置，还包括：红外线加热器，其构成为加热所述基板。
15.根据权利要求14所述的用于蚀刻薄层的装置，其中，所述温度测量单元包括：热成像相机，其设置在所述基板上方，并且所述红外线加热器设置在所述基板下方。
16.根据权利要求15所述的用于蚀刻薄层的装置，还包括：支承单元，其构成为支承所述基板，
其中，所述支承单元包括：支承头，其具有圆板形状；以及支承销，其设置在所述支承头上以支承所述基板的边缘部分，并且所述红外线加热器包含多个红外线灯，其设置在所述支承头上。
17.根据权利要求16所述的用于蚀刻薄层的装置，其中，在所述支承头的上表面部分中形成多个凹部，在所述凹部中设置所述红外线灯，并且在所述红外线灯上方设置多个窗以覆盖所述凹部的上部。
18.根据权利要求14所述的用于蚀刻薄层的装置，其中，所述温度测量单元包括：多个红外线温度传感器，其设置在所述基板下方，并且所述红外线加热器设置于所述基板上方。
19.根据权利要求18所述的用于蚀刻薄层的装置，还包括：支承单元，其构成为支承所述基板，
其中，所述支承单元包括：支承头，其具有圆板形状；以及支承销，其设置在所述支承头上以支承所述基板的边缘部分，并且所述红外线温度传感器设置在所述支承头上。
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