CN114823260A - 具有中间电极的基板处理设备 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种具有中间电极的基板处理设备。该基板处理设备可以包括真空室、设置在真空室的内部的下部部分处的基板支撑单元以及在真空室的内部形成电场的电场形成单元。电场形成单元可以包括设置在真空室内部的上部部分处的上电极、设置在基板支撑单元中的下电极以及设置在上电极和下电极之间的中间电极。
Description
技术领域
本公开的实施方式提供一种具有中间电极的基板处理设备和使用该基板处理设备来处理基板的方法。
背景技术
近来，由于半导体装置已经被最小化并且高度多层化，利用蚀刻工艺处理基板(例如，半导体晶圆)的难度增加。为了形成具有高纵横比的图案，使用具有优异的蚀刻选择性的金属硬掩模，但是即使使用金属硬掩模也难以承受蚀刻损伤。
发明内容
根据本公开的实施方式的基板处理设备可以包括：真空室；基板支撑单元，该基板支撑单元设置在所述真空室的内部的下部部分处；以及电场形成单元，该电场形成单元在所述真空室的内部形成电场。电场形成单元可以包括：上电极，该上电极设置在所述真空室的内部的上部部分处；下电极，该下电极设置在所述基板支撑单元中；以及中间电极，该中间电极设置在所述上电极和所述下电极之间。
根据本公开的实施方式的基板处理设备可以包括：真空室；气体提供单元，该气体提供单元被配置为将气体提供到真空室中；支撑板，该支撑板设置在所述真空室的内部的下部部分处；上电极，该上电极设置在所述真空室的内部的上部部分处；下电极，该下电极设置在所述支撑板中；以及中间电极，该中间电极与所述支撑板的上表面相邻。中间电极可以包括被配置为与支撑板上的晶圆的边缘区域物理接触的端部部分。
根据本公开的实施方式的处理基板的方法可以包括以下步骤：将晶圆装载到真空室内的基板支撑单元的支撑板上；使用气体排出单元抽空所述真空室；使用气体提供单元将反应气体、前驱物或等离子体中的一者提供到所述真空室中，以及使用电场形成单元处理所述晶圆。使用电场形成单元的步骤可以包括形成电场的步骤。形成电场的步骤可以包括将上电极电压施加到上电极、将下电极电压施加到下电极以及将中间电极电压施加到中间电极。中间电极与晶圆物理接触。
附图说明
图1是根据本公开的实施方式的基板处理设备的示意性结构图。
图2A至图2D和图3A和图3B是例示与晶圆的上表面接触的中间电极的图。
图4A至图4C是例示根据本公开的实施方式的使用基板处理设备处理的晶圆的图。
具体实施方式
本公开的实施方式提供一种具有中间电极的基板处理设备和使用基板处理设备处理基板的方法。
本公开的实施方式提供用于在处理基板时将电压施加到晶圆的金属硬掩模的方法和工艺。
图1是根据本公开的实施方式的基板处理设备100的示意性结构图。参照图1，根据实施方式的基板处理设备100可以包括真空室10、气体提供单元20、基板支撑单元30、气体排出单元40以及电场形成单元51至54。
气体提供单元20可以从真空室10的外部将各种反应气体、前驱物(precursor)或等离子体提供到真空室10中。反应气体可以包括用于蚀刻工艺的气体、用于沉积工艺的气体、用于吹扫(purging)工艺的气体和用于清洁工艺的气体中的至少一种。气体提供单元20可以包括气体提供管21、质量流量计22、气体输送管23和气体分布单元24。气体提供管21可以将气体从气体罐或气体贮存器提供到质量流量计22。尽管在附图中仅示出了一个气体提供管21，但是气体提供管21可以包括多个子气体提供管(未示出)。在气体被传送到真空室10中时，质量流量计22可以控制各种气体的流率(flow rate)。尽管在附图中仅示出了一个质量流量计22，但是质量流量计22可以包括多个子质量流量计(未示出)。气体输送管23可以将反应气体、前驱物或等离子体从质量流量计22输送到设置在真空室10中的气体分布单元24。气体输送管23可以通过真空室10的上部和/或侧部将反应气体、前驱物或等离子体输送并提供到真空室10中。气体分布单元24可以将反应气体、前驱物或等离子体均匀地分布到真空室10中。在一个实施方式中，气体分布单元24可以包括喷头(shower head)。例如，气体分布单元24可以包括多个气体注入开口24a。在一个实施方式中，气体分布单元24可以包括挡板。
基板支撑单元30可以设置在真空室10内部的下部。基板支撑单元30可以包括支撑板31和致动器32。基板(例如，晶圆)W可以装载在支撑板31上。在一个实施方式中，支撑板31可以包括静电卡盘(ESC)。在一个实施方式中，支撑板31可以包括真空卡盘。致动器32可以执行上升操作、下降操作和旋转操作。因此，支撑板31可以通过致动器32的操作而被升高、降低和旋转。
气体排出单元40可以包括气体排出管41和真空泵42。气体排出管41可以将反应气体、前驱物和等离子体从真空室10的内部传输至真空泵42。真空泵42可以将反应气体、前驱物和等离子体从真空室10的内部排出到真空室10的外部。真空泵42可以抽出(evacuate)真空室10内部的气体。
基板处理设备100还可以包括设置在真空室10外部的线圈61。线圈61可以在真空室10内部形成磁场。线圈61可以设置在真空室10的侧壁上。在一个实施方式中，线圈61可以设置在真空室10上方。
电场形成单元51至54可以包括上电极51、下电极52、中间电极53和控制器54。上部电极51可以被设置在真空室10内部的上部部分。上电极51可以设置在气体提供单元20的气体分布单元24的上方。下电极52可以嵌入或设置在支撑板31中。在一个实施方式中，下电极52可以设置在支撑板31下方。上电极51和下电极52可以在真空室10中形成等离子体P，并且可以形成电场以允许等离子体P与晶圆W的反应。
中间电极53可以与基板支撑单元30的支撑板31相邻设置。在一个实施方式中，中间电极53可以与支撑板31的上表面相邻设置。在一个实施方式中，中间电极53可以与支撑板31的侧表面相邻设置。基板支撑单元30还可以包括设置在支撑板31的边缘部分上的边缘环33。边缘环33可以安装在支撑板31上，并且可以被配置为联接到支撑板31并且与支撑板31分离。边缘环33可以包括诸如石英的绝缘材料。在一个实施方式中，中间电极53可以与设置在支撑板31上的边缘环33相邻设置。
在一个实施方式中，中间电极53可以穿透支撑板31的边缘环33。在一个实施方式中，中间电极53可以嵌入边缘环33中。中间电极53可以与晶圆W接触。中间电极53可以与设置在晶圆W的最上部分上的导电材料层电接触。例如，中间电极53可以与晶圆W的导电材料层直接接触或者可以与晶圆W的导电材料层电容连接(capacitively connected)。通过在中间电极53和晶圆W的导电材料层之间插入电介质，可以基本形成中间电极53和晶圆W之间的电连接。在一个实施方式中，基板处理设备100可以包括沿着基板支撑单元30的支撑板31的外周设置的至少两个中间电极53。因此，中间电极53和晶圆W可以具有两个或更多个接触点。
控制器54可以向上电极51、下电极52和中间电极53施加电压。控制器54可以周期性地改变电压。例如，控制器54可以调节施加到上电极51、下电极52和中间电极53的电压，以使得所施加的电压电平独立地变化。
图2A至图2D与图3A和图3B是例示与晶圆W的上表面接触的中间电极53的图。晶圆W可以包括下层71、中间层72和上层73。下层71可以包括蚀刻目标层。例如，下层71可以包括硅基板、氧化硅层、氮化硅层或其它非导电材料层中的一个。中间层72可以包括导电材料层。例如，中间层72可以包括金属蚀刻掩模层。上层73可以包括非导电材料层。例如，上层73可以包括光致抗蚀剂图案。中间电极53可以在物理上与晶圆W的中间层72接触或者与中间层72电接触。例如，中间电极53可以穿透晶圆W的上层73以与中间层72的边缘区域接触。因为中间层72可以完全形成在晶圆W的下层71上，所以中间层72可以与支撑板31中的下电极52平行。因此，中间层72和下电极52可以形成电容器的电极。中间电极53可以具有条状形状或棒状形状。中间电极53的端部可以逐渐变细成点并且可以具有针状形状。中间电极53的针形端部部分可以是圆形的(rounded)或可以以基本平坦的表面为端面。
参照图2B，中间电极53可以包括主体部分B和端部部分E。端部部分E可以直接接触晶圆W。主体部分B可以具有垂直柱形形状。在不同的实施方式中，主体部分B的截面可以具有不同的形状。例如，主体部分B可以具有基本上平坦的垂直侧表面。端部部分E可以具有倒圆锥形形状、倒金字塔形形状或倒楔形形状。端部部分E可以具有尖的(pointed)形状并且可以物理地穿透上层73。例如，端部部分E的远端或最远端可以具有针形形状或尖峰形(pinnacle)形状。在一个实施方式中，端部部分E的远点或最远点可以是圆形的。中间电极53的主体部分B和端部部分E可以包括诸如金属的导体。
参照图2C，中间电极53的端部部分E可以包括尖的端部尖端(end tip)E2和可以具有倾斜侧表面的端部主体E1。端部尖端E2可以包括诸如特氟隆或塑料的绝缘材料。端部尖端E2可以由比用于形成晶圆W的上层73的材料更硬的材料形成，这可以有助于于对晶圆W的上层73的物理穿透。
参照图2D，晶圆W可以包括暴露的边缘区域EA，并且中间电极53可以与在边缘区域EA中暴露的中间层72直接接触。在晶圆W的边缘区域EA中，可以去除上层73的一部分以暴露中间层72。在具有或不具有暴露的边缘区域EA的各种实施方式中，中间电极53的端部部分可以不同。例如，参照图2B，中间电极53可以包括端部部分E。参照图2C，中间电极53可以包括端部主体E1和端部尖端E2。中间电极53的端部部分可以是圆形的或平坦的。因此，参照图2B至图2D描述的本发明构思可以与彼此以及具有或不具有暴露的边缘区域EA的实施方式兼容。
参照图3A和图3B，中间电极53可以包括主体部分B和端部部分E。主体部分B可以具有弹性。例如，主体部分B可以具有平板弹簧或具有弹性特性的条形形状。中间电极53的端部部分E可以具有弯曲形状。例如，中间电极53的端部部分E可以具有肘形形状或托架(bracket)形状。中间电极53的端部部分E也可以具有弹性。在一个实施方式中，中间电极53的主体部分B可以具有被设置为水平延伸的水平杆形形状或水平条形形状。在一个实施方式中，中间电极53可以具有倾斜形状。例如，中间电极53可以相对于晶圆W的中间层72的顶表面形成0°至90°范围内的角度。
参照图3A，端部部分E可以具有顶点向下突出的曲线(curved)或弯曲(bent)形状。在顶点的最低端部或最低点处，端部部分E可以下降并上升以变圆或具有V形形状，以使得中间电极53的端部部分E和晶圆W的中间层72可以彼此接触。
参照图3B，端部部分E可以具有相对于主体部分B倾斜的滑动杆形状或节段(segment)形状。例如，端部部分E可以相对于主体部分B形成0°至90°范围内的角度。中间电极53或晶圆W可以在水平方向上平移，以使得端部部分E和晶圆W的中间层72可以彼此接触。中间电极53的端部部分E可以滑到晶圆W的中间层72的边缘上。在其它实施方式中，中间电极53或晶圆W可以在垂直方向上平移，以使得中间电极53的端部部分E和晶圆W的中间层72彼此接触。
图4A至图4C是例示根据本公开的实施方式的使用基板处理设备100处理的晶圆W的图。例如，将描述使用反应体(reactor)R选择性地蚀刻晶圆W的工艺。
参照图1和图4A，使用基板处理设备100蚀刻晶圆W的方法可以包括以下步骤：将晶圆W装载到真空室10中的基板支撑单元30的支撑板31上；使用气体排出单元40在真空室10内部制造真空；使用气体提供单元20将反应气体、前驱物或等离子体中的至少一者提供到真空室10中；以及使用电场共振单元51至54来处理晶圆W。
使用电场形成单元51至54处理晶圆W的步骤可以包括以下步骤：将第一上电极电压Va1施加到上电极51；将第一下电极电压Vb1施加到下电极52；以及将第一中间电极电压Vc1施加到中间电极53，以在第一时段中执行基板处理工艺。第一上电极电压Va1可以是接地电压或负(-)电压，第一下电极电压Vb1可以是正(+)电压，并且第一中间电极电压Vc1可以是正电压或浮置电压。浮置电压可以是其中没有电压被施加到中间电极53的状态。由于在上电极51与下电极52之间产生的电场，反应体R强烈地受到电场影响，并且相对快速地从上电极51的外周移动到晶圆W的表面，并且在后续反应中，可以蚀刻晶圆W的下层71、中间层72和上层73。在这种情况下，晶圆W的上层73可以选择性地暴露下层71的一部分和中间层72的一部分。晶圆W的中间层72可以选择性地暴露下层71的一部分。因此，反应体R可以部分地去除晶圆W的暴露的下层71和暴露的中间层72。由于蚀刻选择性，下层71可以比中间层72更容易被蚀刻。在一个实施方式中，第一上电极电压Va1和第一下电极电压Vb1可以互换。例如，与第一下电极电压Vb1相同的电压可以被施加到上电极51，并且与第一上电极电压Va1相同的电压可以被施加到下电极52。在一个实施方式中，第一中间电极电压Vc1可以是落在第一上电极电压Va1和第一下电极电压Vb1之间的中间电压。在一个实施方式中，中间层72可以被上层73完全覆盖并且可以不被蚀刻。例如，可以部分地去除暴露的下层71和上层73。
参照图1和图4B，使用基板处理设100处理晶圆W的方法可以包括以下步骤：将第二上电极电压Va2施加到上电极51；将第二下电极电压Vb2施加到下电极52；以及将第二中间电极电压Vc2施加到中间电极53，以在第二时段中执行基板处理工艺。第二上电极电压Va2可以是接地电压或负(-)电压，第二下电极电压Vb2可以是更高的正(+)电压，并且第二中间电极电压Vc2可以是比Vb2低的正(+)电压或接地电压。例如，第二中间电极电压Vc2可以是落在第二上电极电压Va2和第二下电极电压Vb2之间的中间电压。因为第二中间电极电压Vc2被施加到晶圆W的中间层72，所以可以调整上电极51和下电极52之间的电场。例如，可以控制轰击晶圆W的中间层72的反应体R的物理能。因此，可以减轻或减少中间层72的损坏。
参照图1和图4C，使用基板处理设备100处理晶圆W的方法可以包括以下步骤：将第三上电极电压Va3施加到上电极51；将第三下电极电压Vb3施加到下电极52；以及将第三中间电极电压Vc3施加到中间电极53，以在第三时段中执行基板处理工艺。第三上电极电压Va3可以是接地电压或负(-)电压，第三下电极电压Vb3可以是正(+)电压，并且第三中间电极电压Vc3可以是负(-)电压。例如，第三中间电极电压Vc3可以是具有与第三上电极电压Va3相同的极性的电压。中间电极电压Vc1-Vc3可以在上电极电压Va1-Va3和下电极电压Vb1-Vb3之间改变或变化。
因为第三中间电极电压VC3被施加到晶圆W的中间层72，所以可以减轻反应体R对晶圆W的中间层72的轰击，或者可以显著减少或弱化导向晶圆W的中间层72的物理能。
当使用基板处理设备100处理晶圆W时，可以减轻对形成在晶圆W上的金属材料层(例如，中间层72)的损坏。因此，即使中间层72较薄，蚀刻工艺也可以以稳定的方式执行，以使得可以改进精细图案蚀刻工艺和高纵横比蚀刻工艺。
根据本公开的实施方式，可以降低对晶圆上的金属硬掩模的损坏的严重性，以使得可以稳定地形成具有高纵横比的图案。
虽然本公开内容包含许多细节，但是这些细节不应被解释为对本教导或可以要求保护的内容的范围的限制，而是可以特定于本教导的特定实施方式的特征的描述。在本专利文档中在单独实施方式的上下文中描述的特定特征也在单个实施方式中组合实施。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式在多个实施方式中实现。此外，尽管特征可能在上面被描述为以特定组合起作用并且甚至最初如此要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或更多个特征在一些情况下可以从组合中删除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变化。
类似地，虽然在附图中以特定顺序描述了操作，但是这不应当被理解为要求以所示的特定顺序或依次执行这些操作，或者执行所有示出的操作，以实现期望的结果。此外，本专利文档中描述的实施方式中的各个系统组件的分离不应被理解为在所有实施方式中都要求这种分离。仅描述了一些实施方式和示例。可以基于本专利文档中描述和例示的内容来做出其它实施方式、增强和变化。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年1月19日提交的韩国专利申请第10-2021-0007395号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
Claims (20)
1.一种基板处理设备，该基板处理设备包括：
真空室；
基板支撑单元，所述基板支撑单元设置在所述真空室的内部的下部部分处；以及
电场形成单元，所述电场形成单元在所述真空室的内部形成电场；
其中，所述电场形成单元包括：
上电极，所述上电极设置在所述真空室的内部的上部部分处；
下电极，所述下电极设置在所述基板支撑单元中；以及
中间电极，所述中间电极设置在所述上电极和所述下电极之间。
2.根据权利要求1所述的基板处理设备，该基板处理设备还包括控制器，所述控制器向所述上电极、所述下电极和所述中间电极施加电压。
3.根据权利要求1所述的基板处理设备，该基板处理设备还包括气体提供单元，所述气体提供单元包括设置在所述真空室的内部的上部部分中的气体分布单元，
其中，所述上电极设置在所述气体分布单元上方。
4.根据权利要求1所述的基板处理设备，其中，
所述基板支撑单元包括支撑板和移动所述支撑板的致动器，并且
所述下电极被设置在所述支撑板中。
5.根据权利要求1所述的基板处理设备，其中，所述中间电极包括具有杆形形状的主体部分和端部部分。
6.根据权利要求5所述的基板处理设备，其中，所述端部部分包括具有尖的形状的端部尖端。
7.根据权利要求6所述的基板处理设备，其中，所述端部尖端包括绝缘材料。
8.根据权利要求6所述的基板处理设备，其中，所述端部尖端的端点是圆形的。
9.根据权利要求6所述的基板处理设备，其中，所述端部部分还包括具有倾斜侧表面的端部主体。
10.根据权利要求1所述的基板处理设备，其中，所述中间电极包括:
主体部分，所述主体部分具有水平杆形形状；以及
端部部分，所述端部部分具有弯曲形状。
11.根据权利要求10所述的基板处理设备，其中，所述端部部分包括向下的顶点。
12.根据权利要求10所述的基板处理设备，其中，所述端部部分具有与所述主体部分成一角度的杆形形状。
13.根据权利要求1所述的基板处理设备，其中，
所述基板支撑单元包括支撑板和边缘环，并且
所述中间电极与所述边缘环相邻。
14.根据权利要求13所述的基板处理设备，其中，所述中间电极穿透所述边缘环。
15.一种基板处理设备，该基板处理设备包括：
真空室；
气体提供单元，所述气体提供单元将气体提供到所述真空室中；
支撑板，所述支撑板设置在所述真空室的内部的下部部分处；
上电极，所述上电极设置在所述真空室的内部的上部部分处；
下电极，所述下电极设置在所述支撑板中；以及
中间电极，所述中间电极与所述支撑板的上表面相邻；
其中，所述中间电极包括与所述支撑板上的基板的边缘区域物理接触的端部部分。
16.一种处理基板的方法，该方法包括以下步骤：
将晶圆装载到真空室内的基板支撑单元的支撑板上；
使用气体排出单元抽空所述真空室；
使用气体提供单元将反应气体、前驱物和等离子体中的一者提供到所述真空室中，以及
使用电场形成单元处理所述晶圆，
其中，使用所述电场形成单元的步骤包括形成电场的步骤，并且所述形成电场的步骤包括以下步骤：
将上电极电压施加到上电极；
将下电极电压施加到下电极，以及
将中间电极电压施加到中间电极；
其中，所述中间电极与所述晶圆物理接触。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述中间电极电压是所述上电极电压与所述下电极电压之间的电压。
18.根据权利要求17所述的方法，该方法还包括以下步骤：在所述上电极电压与所述下电极电压之间改变所述中间电极电压以控制导向所述晶圆的物理能。
19.根据权利要求16所述的方法，
其中，所述中间电极电压具有与所述上电极电压相同的极性。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述中间电极电压是接地电压。
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