CN116137222A - 基板处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种能够通过同时使用不同类型的等离子体来弥补彼此的缺点并使优点最大化的基板处理装置及方法。基板处理装置包括：壳体；基板支承单元，布置在壳体的内部，并且支承基板；喷头单元，布置在壳体的内部，并且向基板供应工艺气体；天线单元，布置在壳体的外部；以及等离子体产生单元，基于工艺气体在壳体的内部产生用于处理基板的等离子体，其中，等离子体产生单元将天线单元和喷头单元分别用作电极来产生第一等离子体和第二等离子体。

Description

基板处理装置及方法
技术领域
本发明涉及一种用于处理基板的装置和方法。更具体地，本发明涉及一种使用等离子体处理基板的装置和方法。
背景技术
半导体器件的制造工艺可以在半导体器件的制造设备中连续执行，并且可以分为前处理和后处理。半导体器件的制作设备可以安装在由定义为工厂(FAB)的空间中以制造半导体器件。
前处理指的是在晶片(Wafer)上形成电路图案以完成芯片(Chip)的工艺。前处理可以包括：在晶片上形成薄膜的沉积工艺(Deposition Process)；通过使用光掩模(PhotoMask)将光致抗蚀剂(Photo Resist)转印到薄膜上的光刻工艺(Photo LithographyProcess)；通过使用化学材料或反应性气体选择性地去除不需要的部分以在晶片上形成期望的电路图案的蚀刻工艺(Etching Process)；去除经蚀刻之后残留的光致抗蚀剂的灰化工艺(Ashing Process)；通过将离子注入到与电路图案连接的部分来呈现电子器件的特性的离子注入工艺(Ion Implantation Process)；以及在晶片上去除污染源的清洗工艺(Cleaning Process)等。
后处理是指对通过前处理完成的产品性能进行评价的工艺。后处理可包括：检查晶片上的各个芯片是否工作，以筛选优质产品和不良产品的第一检查工艺；通过切割(Dicing)、芯片接合(Die Bonding)、引线接合(Wire Bonding)、模塑(Molding)、标记(Marking)等切割和分离各个芯片，以形成产品的形状的封装工艺(Package Process)；以及通过电特性检查、老化检查等步骤最终检查产品的特性和可靠性的最终检查工艺等。
发明内容
解决的技术问题
在使用等离子体处理基板的情况下，可以使用电容耦合等离子体(CCP：Capacitively Coupled Plasma)和电感耦合等离子体(ICP：Inductively CoupledPlasma)中的某一种类型的等离子体来处理基板。
然而，在使用CCP的情况下，难以独立控制离子能量和电子密度。另一方面，在使用ICP的情况下，则由于等离子体的均匀性(Uniformity)低，难以将等离子体应用到大面积基板。
本发明旨在解决的技术问题在于，提供一种通过同时使用不同类型的等离子体来弥补彼此的缺点并最大化优点的基板处理装置和方法。
本发明的技术问题不限于上述问题，本领域的技术人员通过下面的描述可以清楚地理解未提及的其他问题。
解决方法
为解决上述技术问题，根据本发明一方面的基板处理装置包括：壳体；基板支承单元，布置在所述壳体中，并且支承基板；喷头单元，布置在所述壳体中，并且将工艺气体供应到所述基板上；天线单元，布置在所述壳体的外部；以及等离子体产生单元，在所述壳体中基于所述工艺气体产生用于处理所述基板的等离子体，其中，所述等离子体产生单元将所述天线单元和所述喷头单元用作电极来产生第一等离子体和第二等离子体两者。
等离子体产生单元可基于在基板上沿基板的宽度方向形成的电场以及在基板上沿基板的高度方向形成的电场来同时增加等离子体密度和等离子体均匀性。
所述等离子体产生单元可以同时产生所述第一等离子体和所述第二等离子体，或者依次产生所述第一等离子体和所述第二等离子体。
天线单元可附接到壳体的外侧壁，或者可附接到壳体的上表面。
当所述天线单元被用作电极时，所述等离子体产生单元可以包括：高频电源，向所述天线单元施加RF电力；传输线路，其包括第一线路和第二线路，第一线路连接所述高频电源的第一端子和所述天线单元的第一位点，第二线路连接所述高频电源的第二端子和所述天线单元的第二位点；辅助线路，从所述传输线路分支出并连接到GND；以及匹配模块，将所述第一线路上的RF电力和所述第二线路上的RF电力进行匹配。
所述辅助线路可以从所述第一线路分支出，并且所述匹配模块可以安装在所述第二线路上。
第一等离子体可以是电感耦合型等离子体(ICP)，以及第二等离子体可以是电容耦合型等离子体(CCP)。
当依次产生第一等离子体和第二等离子体时，等离子体产生单元可以首先产生第二等离子体。
当产生第一等离子体和第二等离子体时，等离子体产生单元还可以将基板支承单元用作电极。
当天线单元附接到壳体的外侧壁时，天线单元可具有圆柱形结构。
当天线单元附接到壳体的上表面时，天线单元可具有平面形结构。
所述高频电源可以提供为多个，且多个高频电源可以分别并联连接到所述第一线路和所述第二线路。
当天线单元附接到壳体的外侧壁时，天线单元的大小可以与壳体的高度相同，或者可以小于壳体的高度。
当所述天线单元的大小小于所述壳体的高度时，所述天线单元的大小或位置可以对应于与所述等离子体的产生相关的等离子体区域的大小或位置。
为解决上述技术问题，根据本发明另一方面的基板处理装置包括：壳体；基板支承单元，布置在所述壳体内部，并且支承基板；喷头单元，布置在所述壳体内部，并且将工艺气体供应到所述基板上；天线单元，布置在所述壳体的外部；以及等离子体产生单元，基于所述工艺气体在壳体内部产生用于处理所述基板的等离子体，其中，所述等离子体产生单元将所述天线单元、所述喷头单元和所述基板支承单元分别用作电极来同时产生第一等离子体和第二等离子体，所述第一等离子体是电感耦合型等离子体(ICP)，所述第二等离子体是电容耦合型等离子体(CCP)，所述天线单元附接到所述壳体的外侧壁，并且所述等离子体产生单元基于在所述基板上沿所述基板的宽度方向形成的电场以及在所述基板上沿所述基板的高度方向形成的电场同时增加等离子体密度和等离子体均匀性。
为解决上述技术问题，根据本发明一方面的基板处理方法包括以下步骤：在布置于壳体内部的基板支承单元上布置基板；使用布置在壳体内部的喷头单元将工艺气体供应到基板上；以及使用等离子体产生单元基于工艺气体在壳体内部产生用于处理基板的等离子体，其中产生等离子体的步骤包括：将布置在壳体外部的天线单元以及喷头单元用作电极来产生第一等离子体和第二等离子体两者，并基于在基板上沿基板的宽度方向形成的电场以及在基板上沿基板的高度方向形成的电场来同时增加等离子体密度和等离子体均匀性。
在产生等离子体的步骤中，可以同时产生所述第一等离子体和所述第二等离子体，或者可以依次产生所述第一等离子体和所述第二等离子体。
在产生等离子体的步骤中，使用附接到壳体的外侧壁的单元或附接到壳体的上表面的单元作为天线单元。
在产生等离子体的步骤中，还可以将所述基板支承单元用作电极来产生所述第一等离子体和所述第二等离子体。
其他实施例的具体事项包含在详细的说明及附图中。
附图说明
图1是示例性示出根据本发明第一实施例的基板处理装置的内部结构的剖视图。
图2是示例性示出根据本发明第二实施例的基板处理装置的内部结构的剖视图。
图3是示例性示出根据本发明第三实施例的基板处理装置的内部结构的剖视图。
图4是用于说明使用构成根据本发明第一实施例的基板处理装置的等离子体产生单元可获得的效果的第一例示图。
图5是用于说明使用构成根据本发明第一实施例的基板处理装置的等离子体产生单元可获得的效果的第二例示图。
图6是示例性示出根据本发明第四实施例的基板处理装置的内部结构的剖视图。
图7是示例性示出根据本发明第五实施例的基板处理装置的内部结构的剖视图。
图8是用于说明使用构成根据本发明第五实施例的基板处理装置的等离子体产生单元可获得的效果的第一例示图。
图9是用于说明使用构成根据本发明第五实施例的基板处理装置的等离子体产生单元可获得的效果的第二例示图。
图10是用于说明根据本发明第一实施例的基板处理装置的另一操作示例的第一例示图。
图11是用于说明根据本发明第一实施例的基板处理装置的另一操作示例的第二例示图。
附图标记的说明
100：基板处理装置 110：壳体
120：基板支承单元 122：静电卡盘
130：等离子体产生单元 131：第一高频电源
132：第一传输线路 133：第二高频电源
134：第二传输线路 135：第三高频电源
136：第三传输线路 137：第四传输线路
138：匹配模块 139：辅助线路
140：喷头单元 150：第一气体供应单元
160：第二气体供应单元 170：衬垫单元
180：挡板单元 190：天线单元
191：天线 210：等离子体区域
220：处理区域 310：第一电场
320：第二电场 330：磁场
340：感应电场
具体实施方式
下面，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。本发明的优点和特征以及实现这些优点和特征的方法将通过以下参照附图详细描述的实施例而变得清楚。然而，本发明并不局限于以下所公开的实施例，而是能够以相互不同的多种形态实现，且本实施例只是为了使本发明的公开完整，并向本发明所属技术领域的普通技术人员完整地告知发明的范畴而提供的，本发明仅由权利要求书的范围定义。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
元件或层被称为在另一元件或层的“上方”或“上”时，其不仅包括在另一元件或另一层的正上方的情况，还包括中间介入有另一层或另一元件的情况。相反，元件被称为“直接在上方”或“在正上方”时，其表示中间不存在介入的另一元件或层。
可以使用“下方”、“下面”、“下部”、“上方”、“上部”等空间相对术语以便于描述如图中所示的一个元件或构成要素与其他元件或构成要素的相互关系。空间相对术语应当理解为除了图中所示的方向之外还包括元件在使用时或操作时的不同方向的术语。例如，在图中所示的元件被翻转的情况下，被描述为在另一元件的“下方”或“下面”的元件可以定位成在另一元件的“上方”。因此，示例性术语“下方”可以包括下方和上方两种方向。元件也可以定向为另外的方向，且因此空间相对术语可以依据定向进行解释。。
虽然使用了第一、第二等来描述各种元件、构成要素和/或部分，但显然这些元件、构成要素和/或部分不受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、构成要素或部分与其他元件、构成要素或部分区分开。因此，在本发明的技术思想内，下文中提到的第一元件、第一构成要素或第一部分显然也可以是第二元件、第二构成要素或第二部分。
本说明书中使用的用语是为了说明实施例，并不是为了限制本发明。在本说明书中，单数形式也包括复数形式，除非另外特别说明。说明书中使用的“包括(comprises)”和/或“包括的(comprising)”不排除所提及的结构要素、步骤、动作和/或元件之外存在或追加一个以上的其他结构要素、步骤、动作和/或元件。
除非另有定义，否则在本说明书中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。另外，除非明确定义，否则通常使用的词典中所定义的用语不应理想化或过度解释。
以下，参照附图详细说明本发明的实施例，在参照附图进行说明时，不论附图编号如何，相同或对应的构成要素赋予相同的附图标记，并省略对其的重复说明。
本发明涉及一种能够通过同时使用不同类型的等离子体来弥补彼此的缺点并使优点最大化的基板处理装置和方法。本发明涉及一种通过同时使用例如电容耦合等离子体(CCP：Capacitively Coupled Plasma)源和电感耦合等离子体(ICP：Inductively CoupledPlasma)源来弥补彼此的缺点并最大限度地发挥其优点的基板处理装置及方法。
在使用CCP源处理基板的情况下，可以产生均匀密度的等离子体，适合于处理大面积的基板。然而，其等离子体密度(Plasma Density)低，并且难以对离子能量和电子密度进行独立控制。
另一方面，在使用ICP源处理基板的情况下，不同于使用CCP源处理基板的情况，其等离子体密度高，并且能够对离子能量和电子密度进行独立控制。然而，其等离子体均匀性(Plasma Uniformity)低，并且难以处理大面积基板。
在本发明中，基板处理装置被构造为同时使用不同类型的等离子体。即，在本发明中，基板处理装置被构造为同时使用CCP源和ICP源。因此，根据这种构造，本发明可实现如下效果，即，不仅可以通过产生均匀密度的等离子体来适用于处理大面积基板，而且能够独立地控制离子能量和电子密度。以下，将参照附图对本发明进行详细描述。
图1是示例性示出根据本发明第一实施例的基板处理装置的内部结构的剖视图。
如图1所示，基板处理装置100可以构造为包括壳体110、基板支承单元120、等离子体产生单元130、喷头单元140、第一气体供应单元150、第二气体供应单元160、衬垫单元170、挡板单元180以及天线单元190。
基板处理装置100是利用等离子体来处理基板W(例如，晶片(Wafer))的装置。这种基板处理装置100可以在真空环境下对基板W进行蚀刻或清洗处理，也可以对基板W进行沉积处理。基板处理装置100例如可以提供为蚀刻工艺腔室(Etching Process Chamber)或清洗工艺腔室(Cleaning Process Chamber)，或者可以提供为沉积工艺腔室(depositionProcess Chamber)。
壳体110提供执行利用等离子体来处理基板W的工艺，即，等离子体工艺的空间。壳体110可以在其下部具有排气孔111。
排气孔111可以连接到安装有泵112的排气管线113。排气孔111可以通过排气管线113将等离子体工艺中产生的反应副产物和残留在壳体110内部的气体排出到壳体110的外部。在这种情况下，壳体110的内部空间可以被降低到预定压力。
开口部114可形成在壳体110的侧壁上。开口部114可以起到使基板W进出壳体110内部的通道的作用。虽然未在图1中示出，但是开口部114可被构造为通过门组件来开闭。
门组件可被构造为包括外部门和门驱动器。外部门布置于壳体110的外侧壁。该外部门可通过门驱动器朝向基板处理装置100的高度方向，即第三方向30移动。门驱动器可以使用从电机、液压缸和气压缸中选择的至少一个来操作。
基板支承单元120安装在壳体110的内部下侧区域。该基板支承单元120可利用静电力来支承基板W。然而，本实施例不限于此。基板支承单元120也可通过机械夹持(Mechanical Clamping)、真空(Vacuum)等各种方式来支承基板W。
在利用静电力来支承基板W的情况下，基板支承单元120可以构造为包括基座121及静电卡盘(ESC：Electro Static Chuck)122。
静电卡盘122是利用静电力来支承安置于静电卡盘122上方的基板W的基板支承部件。静电卡盘122可由陶瓷材料制成，并且可以与基座121结合从而固定到基座121上。
虽然未在图1中示出，但是静电卡盘122也可以通过使用驱动构件在壳体110内部安装成能够在第三方向30上移动。在静电卡盘122如上所述形成为能够在基板处理装置100的高度方向上移动的情况下，可以实现使基板W定位到呈现更均匀的等离子体分布的区域中的效果。
环组件123被提供为围绕静电卡盘122的边缘。该环组件123可被提供为环形状，以覆盖基板W的边缘区域。环组件123可包括聚焦环(Focus Ring)123a和边缘环(Edge Ring)123b。
聚焦环123a形成在边缘环123b的内侧，并且直接围绕静电卡盘122。聚焦环123a可以由硅材料制成，并且当在壳体110中执行等离子体工艺时，聚焦环123a可以使离子聚集在基板W上。
边缘环123b可形成在聚焦环123a的外侧，并且可以提供为围绕聚焦环123a。边缘环123b作为绝缘环，可以由石英(Quartz)材料制成，并且可以起到防止静电卡盘122的侧面因等离子体而被损伤的作用。
加热构件124和冷却构件125被提供为在壳体110内部执行基板处理工艺时使基板W保持工艺温度。加热构件124可以提供为加热丝以提高基板W的温度，并且可以安装在基板支承单元120的内部，例如，静电卡盘122的内部。冷却构件125可以提供为冷却线路，制冷剂在该冷却线路中流动以降低基板W的温度，并且冷却构件125可以安装在基板支承单元120的内部，例如，基座121的内部。
另外，冷却构件125可以通过使用冷却装置(Chiller)126来接收制冷剂。冷却装置126可以单独地安装在壳体110的外部。
第一气体供应单元150提供第一气体以去除残留在静电卡盘122或环组件123上的异物。为此，第一气体供应单元150可包括第一气体供应源151和第一气体供应管线152。
第一气体供应源151可以提供氮气(N2气体)作为第一气体。第一气体供应源151可以提供除氮气之外的其他气体或清洁剂，只要该气体或清洁剂能够去除残留在静电卡盘122或环组件123上的异物即可。
第一气体供应管线152传送由第一气体供应源151提供的第一气体。第一气体供应管线152可连通到静电卡盘122和聚焦环123a之间的空间，且第一气体可通过该空间流动，以去除残留在静电卡盘122的边缘部分或环组件123的上部等位置上的异物。
等离子体产生单元130从残留在放电空间中的气体产生等离子体。在此，放电空间是指壳体110的内部空间中位于基板支承单元120的上部的空间。等离子体产生单元130的详细描述将在后面描述。
喷头单元(Shower Head Unit)140向壳体110的内部空间喷射工艺气体。为此，喷头单元140可以包括多个气体喷射孔(Gas Feeding Hole)。
喷头单元140可以在壳体110的内部与静电卡盘122竖直相对地布置。喷头单元140可以具有比静电卡盘122更大的直径，也可以具有与静电卡盘122相同的直径。喷头单元140可以由硅材料制成或由金属材料制成。
喷头单元140可以划分为多个模块。例如，喷头单元140可以分为第一模块、第二模块、第三模块等三个模块。在这种情况下，第一模块可以向基板W的中央区域(Center Zone)提供工艺气体，且第二模块可以围绕第一模块的外侧布置，并向基板W的中间区域(MiddleZone)提供工艺气体。此外，第三模块可以围绕第二模块的外侧布置，并向基板W的边缘区域(Edge Zone)提供工艺气体。
第二气体供应单元160通过喷头单元140向壳体110的内部空间供应工艺气体(第二气体)。为此，第二气体供应单元160可以包括第二气体供应源161和第二气体供应管线162。
第二气体供应源161可以提供用于处理基板W的气体作为工艺气体。第二气体供应源161例如可以提供蚀刻气体或清洗气体作为工艺气体，也可以提供沉积气体作为工艺气体。
在基板处理装置100中可以布置至少一个第二气体供应源161。当在基板处理装置100中布置多个第二气体供应源161时，可以实现在短时间内提供大量气体的效果。另外，当在基板处理装置100中布置多个第二气体供应源161时，多个第二气体供应源161也可以提供彼此相同的气体。例如，一些第二气体供应源161可以提供蚀刻气体，另一些第二气体供应源161可以提供清洗气体，而另外一些第二气体供应源161可以提供沉积气体。
第二气体供应管线162将由第二气体供应源161提供的工艺气体传送到喷头单元140。为此，第二气体供应管线162可连接第二气体供应源161和喷头单元140，在这种情况下，第二气体供应管线162可穿过壳体110的上部连接到喷头单元140。
另外，虽然未在图1中示出，当喷头单元140划分为多个模块时，第二气体供应单元160还可以包括用于向喷头单元140的各模块分配工艺气体的气体分配器及气体分配管线。气体分配器安装在第二气体供应管线162上，并且将从第二气体供应源161供应的工艺气体分配到喷头单元140的各模块，气体分配管线将由气体分配器分配的工艺气体传送到喷头单元140的各模块。
衬垫单元(Liner Unit或Wall Liner)170用于保护壳体110的内部免受在工艺气体被激发的过程中产生的电弧放电或在基板处理工艺中产生的杂质等的影响。为此，衬垫单元170可形成为覆盖壳体110的内侧壁。
衬垫单元170可包括位于其上部的支承环171。支承环171从衬垫单元170的上部向外侧方向(即，第一方向10)突出形成，并且起到将衬垫单元170固定于壳体110的作用。
挡板单元(Baffle Unit)180起到排出等离子体工艺的副产物、未反应气体等的作用。该挡板单元180可安装在壳体110的内壁与基板支承单元120之间。
挡板单元180可提供为环形状，并且可包括沿竖直方向(即，第三方向30)贯通的多个通孔。挡板单元180可以根据通孔的数量和形状来控制工艺气体的流动。
天线单元(Antenna Unit)190起到在壳体110的内部产生磁场和电场从而将通过喷头单元140流入壳体110内部的工艺气体激发为等离子体的作用。天线单元190可以包括使用线圈来形成闭环的天线191，并且可以使用从第三高频电源135提供的RF电力。
天线单元190可以沿着壳体110的外侧壁的周边安装。在这种情况下，天线191可以以壳体110的高度方向(第三方向30)作为长度方向来安装，并且可以具有与壳体110的高度相同的大小。天线单元190可以可拆卸地安装在壳体110的侧壁上。
等离子体产生单元130可使用电容耦合型等离子体源和电感耦合型等离子体源在壳体110内部的放电空间中产生等离子体。即，等离子体产生单元130可使用电容耦合等离子体(CCP)源和电感耦合等离子体(ICP)源在壳体110内部的放电空间中产生等离子体。在这种情况下，等离子体产生单元130例如可以将喷头单元140用作第一电极，将静电卡盘122用作第二电极，并且将天线单元190用作第三电极。
等离子体产生单元130可以构造为包括第一高频电源131、第一传输线路132、第一电极、第二高频电源133、第二传输线路134、第二电极、第三高频电源135、第三传输线路136、第四传输线路137、匹配模块138、辅助线路139以及第三电极。
第一高频电源131向第一电极施加RF电力。例如，当喷头单元140用作第一电极时，第一高频电源131可以向喷头单元140施加RF电力。然而，本实施例不限于此。也可以在壳体110的内部或外部单独地安装第一电极。在这种情况下，喷头单元140可以不用作第一电极。
第一传输线路132连接到第一电极和接地端子(GND)。第一高频电源131可以安装在该第一传输线路132上。
第二高频电源133向第二电极施加RF电力。例如，在静电卡盘122用作第二电极的情况下，第二高频电源133可以向静电卡盘122施加RF电力。
第二传输线路134连接到第二电极和GND。第二高频电源133可以安装在该第二传输线路134上。
当第二高频电源133安装在第二传输线路134上时，等离子体产生单元130可以向基板处理装置100施加多种频率(Multi Frequency)，从而可以提高基板处理装置100的基板处理效率。然而，本实施例不限于此。如图2所示，等离子体产生单元130也可以构造成不包括第二高频电源133。即，第二高频电源133也可以不布置在第二传输线路134上。图2是示例性示出根据本发明第二实施例的基板处理装置的内部结构的剖视图。
再次参照图1进行说明。
第三高频电源135向第三电极施加RF电力。例如，当天线单元190用作第三电极时，第三高频电源135可以将RF电力施加到天线单元190。
第三传输线路136将第三高频电源135与天线单元190的第一位点连接，且第四传输线路137将第三高频电源135与天线单元190的第二位点连接。以上，第三高频电源135的输入端子可以连接到第四传输线路137，并且第三高频电源135的输出端子可以连接到第三传输线路136。然而，本实施例不限于此。第三高频电源135的输入端子也可以连接到第三传输线路136，并且第三高频电源135的输出端子也可以连接到第四传输线路137。
在第三高频电源135的输入端子和输出端子具有不同大小的RF电力的情况下，匹配模块138将RF电力进行匹配并施加到第三电极。也就是说，匹配模块138可将第三传输线路136上的RF电力与第四传输线路137上的RF电力进行匹配。为此，匹配模块138可以安装在第三传输线路136上。
辅助线路139连接到第四传输线路137上的一个位点和GND。在匹配模块138安装在第三传输线路136上的情况下，辅助线路139可以将第四传输线路137上的一个位点与GND连接。然而，本实施例不限于此。匹配模块138可以安装在第四传输线路137上，在这种情况下，辅助线路139可以将第三传输线路136上的一个位点和GND连接。
如上所述，在图1中，天线单元190围绕壳体110的外侧壁安装，第三高频电源135、第三传输线路136、第四传输线路137、匹配模块138和辅助线路139连接到该天线单元190的一侧。
然而，本实施例不限于此。如图3所示，不仅在天线单元190的一侧，而且在天线单元190的另一侧也可以连接第三高频电源135a和135b、第三传输线路136a和136b、第四传输线路137a和137b、匹配模块138a和138b以及辅助线路139a和139b。
在此，安装在天线单元190的一侧的第三高频电源135a、第三传输线路136a、第四传输线路137a、匹配模块138a及辅助线路139a可以与安装在天线单元190的另一侧的第三高频电源135b、第三传输线路136b、第四传输线路137b、匹配模块138b及辅助线路139b相对地安装。当如上所述两个第三高频电源135a和135b安装在天线单元190的两侧时，可以获得与第一高频电源131和第二高频电源133相同的效果。图3是示例性示出根据本发明第三实施例的基板处理装置的内部结构的剖视图。
另外，天线单元190还可以被分成两个单元，其中一个单元安装成围绕壳体110的外侧壁的一部分，而另一个单元安装成围绕壳体110的外侧壁的剩余部分。在这种情况下，第三高频电源135a和135b、第三传输线路136a和136b、第四传输线路137a和137b、匹配模块138a和138b以及辅助线路139a和139b可以安装成分别连接到划分出的各个天线单元190。
以上描述了构成等离子体产生单元130的第一电极、第二电极和第三电极以及分别连接到第一电极、第二电极和第三电极的第一高频电源131、第一传输线路132、第二高频电源133、第二传输线路134、第三高频电源135、第三传输线路136、第四传输线路137、匹配模块138和辅助线路139。
如上所述，等离子体产生单元130可使用电容耦合型等离子体(CCP)源和电感耦合型等离子体(ICP)源在壳体110的内部放电空间中产生等离子体。在这种情况下，等离子体产生单元130可以使用第一电极和第二电极作为电容耦合型等离子体(CCP)源，并且可以使用第三电极和第二电极作为电感耦合型等离子体(ICP)源。
如图4所示，当第一电极和第二电极用作电容耦合型等离子体(CCP)源，且喷头单元140和静电卡盘122分别用作第一电极和第二电极时，可在位于喷头单元140和静电卡盘122之间的等离子体区域(Plasma Region)210中沿竖直方向(第三方向30)形成第一电场310。因此，在这种情况下，可以在等离子体区域210中产生均匀密度的等离子体，从而提高等离子体均匀度(Plasma Uniformity)，由此可以在处理区域(Process Region)220处理大面积的基板。图4是用于说明使用构成根据本发明第一实施例的基板处理装置的等离子体产生单元可获得的效果的第一例示图。
此外，当第三电极和第二电极用作电感耦合型等离子体(ICP)源，且天线单元190和静电卡盘122分别用作第三电极和第二电极时，可以通过天线单元190沿壳体110的外侧壁的周边形成第二电场320，并且沿壳体110的竖直方向形成磁场330。因此，如图5所示，在等离子体区域210中，可以沿左右方向(第一方向10或第二方向20)形成感应电场340。因此，在这种情况下，能够提高等离子体区域210中的等离子体密度(Plasma Density)，由此能够独立地控制离子能量和电子密度。图5是用于说明使用构成根据本发明第一实施例的基板处理装置的等离子体产生单元可获得的效果的第二例示图。
因此，在本发明中，等离子体产生单元130利用第一电极、第二电极及第三电极来同时使用电容耦合型等离子体(CCP)源和电感耦合型等离子体(ICP)源，从而同时提高等离子体均匀度和等离子体密度，实现对离子能量和电子密度的独立控制以及大面积基板处理的效果。
再次参照图1进行说明。
在基板处理装置100中可以布置单个第一高频电源131，但也可以布置多个第一高频电源131。当在基板处理装置100中布置多个第一高频电源131时，第一高频电源131可并行地布置在第一传输线路132上。
另外，在基板处理装置100中布置有多个第一高频电源131的情况下，虽然未在图1中示出，但是等离子体产生单元130还可以包括与多个第一高频电源电连接的第一匹配网络。在此，第一匹配网络可以起到如下作用，即，当从各个第一高频电源输入不同大小的频率电力时，将所述频率电力进行匹配并施加到第一电极。
另外，虽然未在图1中示出，但是可以在连接第一高频电源131和第一电极的第一传输线路132上布置第一阻抗匹配电路，以执行阻抗匹配。第一阻抗匹配电路用作无损无源电路，使得电能能够从第一高频电源131被最大程度地传递到第一电极。
同样地，在基板处理装置100中可以布置单个第二高频电源133，也可以布置多个第二高频电源133。当在基板处理装置100中布置多个第二高频电源133时，第二高频电源133可以并行地布置在第二传输线路134上。
另外，在基板处理装置100中布置多个第二高频电源133的情况下，虽然未在图1中示出，但是等离子体产生单元130还可以包括与多个第二高频电源电连接的第二匹配网络。在此，第二匹配网络起到如下作用，即，当从各个第二高频电源输入不同大小的频率电力时，其将所述频率电力进行匹配并施加到第二电极。
另外，虽然未在图1中示出，但是可以在连接第二高频电源133和第二电极的第二传输线路134上布置第二阻抗匹配电路，以执行阻抗匹配。第二阻抗匹配电路用作无损耗无源电路，使得电能能够从第二高频电源133被最大程度地传递到第二电极。
另外，第三高频电源135也可以在基板处理装置100中布置成单个，或者可以布置成多个。当在基板处理装置100中布置多个第三高频电源135时，多个第三高频电源135可以分别并联连接到第三传输线路136和第四传输线路137。
另外，如上所述，天线单元190可沿着壳体110的外侧壁的周边安装，并且可提供为具有与壳体110的高度相同的大小。然而，本实施例不限于此。如图6所示，考虑到等离子体区域210的大小，天线单元190也可以提供为具有与等离子体区域210相适应的大小。即，天线单元190可以沿着壳体110的外侧壁的周边安装，但天线单元190的大小也可以小于壳体110的高度。图6是示例性示出根据本发明第四实施例的基板处理装置的内部结构的剖视图。
以上参照图1至图6描述的基板处理装置100是当天线单元190形成为圆筒形结构(Cylindrical Type)时的示例。然而，本实施例不限于此。天线单元190可以形成为平面型结构(Planar Type)，且基板处理装置100也可以将平面型结构的天线单元190用作第三电极。下面将详细描述这种情况。
图7是示例性示出根据本发明第五实施例的基板处理装置的内部结构的剖视图。
与图1的基板处理装置100类似，图7的基板处理装置100可以构造为包括壳体110、基板支承单元120、等离子体产生单元130、喷头单元140、第一气体供应单元150、第二气体供应单元160、衬垫单元170、挡板单元180和天线单元190。
构成图7的基板处理装置100的各单元110至190的功能与构成图1的基板处理装置100的各单元110至190的功能相同。因此，省略对构成图7的基板处理装置100的各单元110～190的详细说明，仅说明图7的基板处理装置100的各单元110～190与构成图1的基板处理装置100的各单元110～190的差异。
在图1的基板处理装置100中，天线单元190可以围绕壳体110的外侧壁而附接。另一方面，在图7的基板处理装置100中，天线单元190可以附接到壳体110的上表面。在这种情况下，天线191可以以壳体110的宽度方向(第一方向10)作为长度方向来安装，并且可以提供为具有与壳体110的直径相对应的大小。
另外，虽然未在图7中示出，但是可以在壳体110的上表面和天线单元190之间安装窗模块。在这种情况下，壳体110的上表面可以是敞开的，并且窗模块可以安装为覆盖壳体110的上表面。即，窗模块可以用作密封壳体110的内部空间的壳体110的上盖。
窗模块可以由绝缘材料(例如，氧化铝(Al2O3))形成为介电窗(DielectricWindow)。窗模块可以在其表面上形成有涂膜，以防止在壳体110内部进行等离子体工艺时产生微粒(Particle)，并且窗模块可以形成有用于插入第二气体供应管线162的通孔。
另外，虽然未在图7中示出，但是壳体110的上表面可以是敞开的，并且天线单元190也可以安装成用作壳体110的上盖。
如上所述，等离子体产生单元130可使用电容耦合型等离子体源(即，CCP源)和电感耦合型等离子体源(即，ICP源)在壳体110内部的放电空间产生等离子体，将喷头单元140用作第一电极，将静电卡盘122用作第二电极，并且将天线单元190用作第三电极。在这种情况下，等离子体产生单元130可以将第一电极和第二电极用作电容耦合型等离子体源，并且可以将第三电极和第二电极用作电感耦合型等离子体源。
在第一电极和第二电极用作电容耦合型等离子体(CCP)源，且喷头单元140和静电卡盘122分别用作第一电极和第二电极的情况下，如图8所示，可在位于喷头单元140和静电卡盘122之间的等离子体区域210中沿竖直方向(第三方向30)形成第一电场310。因此，在这种情况下，可以在等离子体区域210中产生均匀密度的等离子体，从而提高等离子体均匀度(Plasma Uniformity)，由此，可以在处理区域220处理大面积的基板。图8是用于说明使用构成根据本发明第五实施例的基板处理装置的等离子体产生单元可获得的效果的第一例示图。
此外，在第三电极和第二电极用作电感耦合型等离子体(ICP)源，且天线单元190和静电卡盘122分别用作第三电极和第二电极的情况下，在天线单元190上形成第二电场320，并且在壳体110的竖直方向上形成磁场330，且由此，如图9所示，在等离子体区域210中可以在左右方向(第一方向10或第二方向20)上形成感应电场340。因此，在这种情况下，能够提高等离子体区域210中的等离子体密度(Plasma Density)，由此能够独立地控制离子能量和电子密度。图9是用于说明使用构成根据本发明第五实施例的基板处理装置的等离子体产生单元可获得的效果的第二例示图。
因此，在本发明中，等离子体产生单元130利用第一电极、第二电极及第三电极来同时使用电容耦合型等离子体(CCP)源和电感耦合型等离子体(ICP)源，从而同时提高等离子体均匀度和等离子体密度，实现对离子能量和电子密度的独立控制以及大面积基板处理的效果。
以上，参照图1至图9对可同时使用电容耦合型等离子体源和电感耦合型等离子体源的基板处理装置100进行了说明。具体而言，参照图1至图6说明了包括圆筒形结构的天线单元190的基板处理装置100，然后，参照图7至图9说明了包括平面型结构的天线单元190的基板处理装置100。
在本发明中，基板处理装置100的特征在于，在处理基板W的情况下，操作电容耦合型等离子体源和电感耦合型等离子体源两者。在这种情况下，电容耦合型等离子体源和电感耦合型等离子体源可以同时操作，但本实施例不限于此。即，电容耦合型等离子体源和电感耦合型等离子体源也可以依次操作。
当电容耦合型等离子体源和电感耦合型等离子体源依次操作时，可以首先操作电容耦合型等离子体源，然后操作电感耦合型等离子体源，以通过同时增加等离子体均匀性和等离子体密度来独立地控制离子能量和电子密度以及实现对大面积基板的处理。在这种情况下，电感耦合型等离子体源起到倍增由电容耦合型等离子体源产生的等离子体的活性的作用。
另一方面，在本发明中，也可以不使电容耦合型等离子体源和电感耦合型等离子体源两者都操作，而只操作其中一种等离子体源。例如，在蚀刻硅化合物(例如，氧化硅)的情况下，如图10所示，可以仅操作电容耦合型等离子体源。图10是用于说明根据本发明第一实施例的基板处理装置的另一操作例的第一例示图。
另外，例如，在蚀刻多晶硅(Poly Silicon)或在基板W上沉积薄膜的情况下，如图11所示，也可以仅操作电感耦合型等离子体源。图11是用于说明根据本发明第一实施例的基板处理装置的另一操作例的第二例示图。
在半导体制造工艺中，在蚀刻工艺中所使用的设备使用CCP或ICP中的某一种类型的等离子体来进行蚀刻工艺。在CCP型等离子体的情况下，由于可以形成均匀密度的等离子体，因此可以适用于大面积的晶片。然而，其产生相对低密度的等离子体，并且存在难以独立地控制离子能量和电子密度的问题。
另一方面，在ICP型等离子体的情况下，可以产生相对高密度的等离子体，并且可以独立地控制等离子体密度和离子能量。这可以通过根据等离子体密度的增加而增加蚀刻率(E/R，Etch Rate)并确保低压工艺，以及根据平均自由路径(MFP，Mean Free Path)的增加而确保离子的直线性，从而适用于下一代高宽比(HAR，Aspect Ratio)工艺。然而，其由于等离子体均匀性低，所以难以应用于大面积晶片。
在本发明中，通过同时使用两种类型的等离子体，即CCP型等离子体和ICP型等离子体，可以弥补彼此的缺点并使优点最大化。此外，可以提供针对下一代HAR工艺优化的基板处理装置100。
以上参照附图对本发明的实施例进行了说明，但本发明所属技术领域的普通技术人员应当理解，在不变更其技术思想或必要特征的情况下，能够以其他具体形态实施本发明。因此，应理解为上述实施例在所有方面都是示例性的，而不是限制性的。

Claims (20)

1.一种基板处理装置，包括：
壳体；
基板支承单元，布置在所述壳体的内部，并且支承基板；
喷头单元，布置在所述壳体的内部，并且将工艺气体供应到所述基板上；
天线单元，布置在所述壳体的外部；以及
等离子体产生单元，基于所述工艺气体在所述壳体的内部产生用于处理所述基板的等离子体；
其中，所述等离子体产生单元将所述天线单元和所述喷头单元分别用作电极来产生第一等离子体和第二等离子体。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，所述等离子体产生单元基于在所述基板上沿所述基板的宽度方向形成的电场以及在所述基板上沿所述基板的高度方向形成的电场，同时增加等离子体密度和等离子体均匀度。
3.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，所述等离子体产生单元同时产生所述第一等离子体和所述第二等离子体，或者依次产生所述第一等离子体和所述第二等离子体。
4.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，所述天线单元附接到所述壳体的外侧壁或者附接到所述壳体的上表面。
5.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，在将所述天线单元用作电极的情况下，所述等离子体产生单元包括：
高频电源，向所述天线单元施加RF电力；
传输线路，包括第一线路和第二线路，所述第一线路连接所述高频电源的第一端子和所述天线单元的第一位点，以及所述第二线路连接所述高频电源的第二端子和所述天线单元的第二位点；
辅助线路，从所述传输线路分支出，并且与接地端子连接；以及
匹配模块，将所述第一线路上的RF电力和所述第二线路上的RF电力进行匹配。
6.根据权利要求5所述的基板处理装置，其中，
所述辅助线路从所述第一线路分支出，以及
所述匹配模块安装在所述第二线路上。
7.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，所述第一等离子体为电感耦合型等离子体，所述第二等离子体为电容耦合型等离子体。
8.根据权利要求7所述的基板处理装置，其中，在依次产生所述第一等离子体和所述第二等离子体的情况下，所述等离子体产生单元首先产生所述第二等离子体。
9.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，所述等离子体产生单元在产生所述第一等离子体和所述第二等离子体时还将所述基板支承单元用作电极。
10.根据权利要求4所述的基板处理装置，其中，在所述天线单元附接到所述壳体的外侧壁的情况下，所述天线单元具有圆筒形结构。
11.根据权利要求4所述的基板处理装置，其中，在所述天线单元附接到所述壳体的上表面的情况下，所述天线单元具有平面形结构。
12.根据权利要求5所述的基板处理装置，其中，所述高频电源被提供为多个，并且多个高频电源分别并联连接到所述第一线路和所述第二线路。
13.根据权利要求4所述的基板处理装置，其中，在所述天线单元附接到所述壳体的外侧壁的情况下，所述天线单元在竖直方向上的高度与所述壳体的高度相同或者小于所述壳体的高度。
14.根据权利要求13所述的基板处理装置，其中，当所述天线单元在竖直方向上的高度小于所述壳体的高度时，所述天线单元的大小和位置对应于与所述等离子体的产生相关的等离子体区域的大小和位置。
15.一种基板处理装置，包括：
壳体；
基板支承单元，布置在所述壳体的内部，并且支承基板；
喷头单元，布置在所述壳体的内部，并且将工艺气体供应到所述基板上；
天线单元，布置在所述壳体的外部；以及
等离子体产生单元，基于所述工艺气体在所述壳体的内部产生用于处理所述基板的等离子体；
其中，所述等离子体产生单元将所述天线单元、所述喷头单元和所述基板支承单元分别用作电极来同时产生第一等离子体和第二等离子体，
所述第一等离子体是电感耦合型等离子体，以及所述第二等离子体是电容耦合型等离子体，
所述天线单元附接到所述壳体的外侧壁，以及
所述等离子体产生单元基于在所述基板上沿所述基板的宽度方向形成的电场以及在所述基板上沿所述基板的高度方向形成的电场，同时增加等离子体密度和等离子体均匀度。
16.一种基板处理方法，包括以下步骤：
在布置于壳体的内部的基板支承单元上布置基板；
使用布置在所述壳体的内部的喷头单元，将工艺气体供应到所述基板上；以及
使用等离子体产生单元，基于所述工艺气体在所述壳体的内部产生用于处理所述基板的等离子体，
其中，在产生所述等离子体的步骤中，将布置在所述壳体的外部的天线单元以及所述喷头单元分别用作电极来产生第一等离子体和第二等离子体两者，以及
基于在所述基板上沿所述基板的宽度方向形成的电场以及在所述基板上沿所述基板的高度方向形成的电场，同时增加等离子体密度和等离子体均匀性。
17.根据权利要求16所述的基板处理方法，其中，
在产生所述等离子体的步骤中，同时产生所述第一等离子体和所述第二等离子体，或者依次产生所述第一等离子体和所述第二等离子体。
18.根据权利要求16所述的基板处理方法，其中，
在产生所述等离子体的步骤中，使用附接到所述壳体的外侧壁的单元或附接到所述壳体的上表面的单元作为所述天线单元。
19.根据权利要求16所述的基板处理方法，其中，所述第一等离子体为电感耦合型等离子体，以及所述第二等离子体为电容耦合型等离子体。
20.根据权利要求16所述的基板处理方法，其中，
在产生所述等离子体的步骤中，还将所述基板支承单元用作电极来产生所述第一等离子体和所述第二等离子体。
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