CN116344311A - 基板处理装置、基板处理方法和等离子体产生方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种基板处理装置。该基板处理装置可以包括：具有内部空间的腔室；电极，被配置用于在内部空间中产生等离子体；以及电源单元，被配置用于向电极施加射频电压，其中电源单元可以包括：第一电源，被配置用于向电极施加具有第一频率的第一脉冲电压；第二电源，被配置用于向电极施加具有第二频率的第二脉冲电压，所述第二频率不同于所述第一频率；第三电源，被配置用于施加具有第三频率的射频电压，所述第三频率不同于所述第一频率和所述第二频率；以及相位控制构件，用于控制所述第一脉冲电压的相位和所述第二脉冲电压的相位中的至少一者。

Description

基板处理装置、基板处理方法和等离子体产生方法
技术领域
本发明涉及基板处理装置、基板处理方法和等离子体产生方法。
背景技术
为了制造半导体器件，对基板进行诸如光刻工艺、蚀刻、灰化、离子注入、薄膜沉积和清洗等多种工艺以在该基板上形成期望的图案。在这些工艺当中，蚀刻工艺是从基板上形成的膜中去除所选加热区域的过程，并且使用湿蚀刻和干蚀刻。其中，将使用等离子体的蚀刻设备用于干蚀刻。
等离子体是指由离子或电子、自由基等组成的离子化气体状态。等离子体通过很高的温度或强射频(RF)电磁场来产生。在射频电磁场中，射频发生器向面向彼此的电极中的一者施加射频电压。射频发生器向该电极施加连续波射频或脉冲射频。当向电极施加连续波射频时，总是将具有恒定幅度的射频电压施加到电极上。相反，当向电极施加脉冲射频时，施加至电极的射频状态具有高态、或者低态或零态。高态是指脉冲开启，而低态或零态是指脉冲截止。脉冲射频的特征是采用脉冲截止状态。在脉冲开启状态中，如同在施加连续波射频的情况一样产生高离子能量，结果，晶片被蚀刻。在脉冲截止状态中，随着产生的等离子体鞘层消失，电子被冷却并且电子和阳离子的密度降低。与连续波射频相比，脉冲射频具有如下优势：获得在接近竖直的状态中出现的结果(诸如蚀刻形式或掩模形状等)。然而，近来，由于在基板(例如晶片)上形成的图案的线宽变窄了，因此需要进一步提高使用等离子体处理基板时的均匀性。
发明内容
本发明的目的是提供一种基板处理装置、一种基板处理方法以及等离子体产生方法，其能够对基板进行高效处理。
本发明的另一目的是提供一种基板处理装置、一种基板处理方法和等离子体产生方法，其能够利用等离子体提高基板处理均匀性。
本发明的又一目的是提供一种基板处理装置、一种基板处理方法和等离子体产生方法，其能够具有使用连续波射频产生等离子体时的优点和使用脉冲射频产生等离子体时的优点两者。
本发明的又一目的是提供一种基板处理装置、一种基板处理方法和等离子体产生方法，其能够允许在接近竖直的状态下出现待通过等离子体蚀刻的对象的形状。
本发明的又一目的是提供一种基板处理装置、一种基板处理方法和等离子体产生方法，其能够提高在使用脉冲射频产生等离子体时根据基板的区域产生的等离子体密度的均匀性。
本发明中要解决的问题不限于以上所述问题，并且本领域技术人员根据本说明书和附图将会理解未提及的其它问题。
本发明的示例性实施例提供一种基板处理装置。该基板处理装置可以包括：具有内部空间的腔室；电极，被配置用于在所述内部空间中产生等离子体；以及电源单元，被配置用于向所述电极施加射频电压，其中，所述电源单元可以包括：第一电源，被配置用于向所述电极施加具有第一频率的第一脉冲电压；第二电源，被配置用于向所述电极施加具有第二频率的第二脉冲电压，所述第二频率不同于所述第一频率；第三电源，被配置用于施加具有第三频率的射频电压，所述第三频率不同于所述第一频率和所述第二频率；以及相位控制构件，用于控制所述第一脉冲电压的相位和所述第二脉冲电压的相位中的至少一者。
根据示例性实施例，所述相位控制构件可以控制所述第一脉冲电压的相位和所述第二脉冲电压的相位中的至少一者，使得所述第一脉冲电压的相位和所述第二脉冲电压的相位彼此不同。
根据示例性实施例，所述相位控制构件可以控制所述第一脉冲电压的相位和所述第二脉冲电压的相位中的至少一者，使得在所述第一脉冲电压的相位和所述第二脉冲电压的相位之间的差可以变为90°至270°。
根据示例性实施例，所述相位控制构件可以控制所述第一脉冲电压的相位和所述第二脉冲电压的相位中的至少一者，使得在所述第一脉冲电压的相位和所述第二脉冲电压的相位之间的差可以变为180°。
根据示例性实施例，所述第一电源可以被配置用于向所述电极施加具有所述第一频率的所述第一脉冲电压，所述第一频率高于所述第二频率，并且所述相位控制构件可以被配置用于基于所述第一脉冲电压使所述第二脉冲电压的相位移位，以在所述第一脉冲电压的相位和所述第二脉冲电压的相位之间产生差异。
根据示例性实施例，所述第三电源可以被配置用于向所述电极施加具有第三频率的第三脉冲电压，所述第三频率低于所述第一频率和所述第二频率。
根据示例性实施例，所述第一电源可以被配置用于向所述电极施加具有所述第一频率的所述第一脉冲电压，所述第一频率高于所述第二频率，并且所述第三电源可以被配置用于使所述第三脉冲电压与所述第一脉冲电压同步并且向所述电极施加所述第三脉冲电压。
根据示例性实施例，所述相位控制构件可以连接到所述第一电源、所述第二电源和所述第三电源当中的所述第一电源和所述第二电源。
根据示例性实施例，所述基板处理装置还可以包括：下电极单元，其具有作为所述电极的下电极，并且所述下电极在所述内部空间中支撑所述基板；以及上电极单元，其具有上电极，所述上电极面向所述下电极并且提供被供应至所述内部空间的所述过程气体的供应路径。
根据示例性实施例，所述基板处理装置还可以包括供气单元，用于向所述内部空间供应过程气体，其中所述供气单元包括：储气单元，用于储存所述过程气体；进气端口，布置成当从顶部观察时与所述下电极的中央区域重叠并且供应所述过程气体；以及供气管线，用于将储存在所述储气单元中的所述过程气体供应到所述进气端口。
根据示例性实施例，所述第一电源可以被配置用于向所述电极进一步施加具有所述第一频率的第一连续电压，并且所述第二电源可以被配置用于向所述电极进一步施加具有所述第二频率的第二连续电压。
本发明的另一示例性实施例提供一种用于处理基板的方法。该基板处理方法可以包括：将基板送入腔室的内部空间中，并且将射频电压施加到电极上用于向内部空间产生等离子体，其中所述基板在所述内部空间中进行处理；其中所述射频电压可以包括具有第一频率的第一脉冲电压、具有与所述第一频率不同的第二频率的第二脉冲电压、以及具有第三频率的第三电压，所述的第三频率低于所述第一频率和所述第二频率。
根据示例性实施例，第一脉冲电压的相位和第二脉冲电压的相位可以彼此不同。
根据示例性实施例，第一脉冲电压的占空比和第二脉冲电压的占空比可以是50％，并且第一脉冲电压的相位和第二脉冲电压的相位之间的差可以是180°。
根据示例性实施例，第一脉冲电压的占空比和第二脉冲电压的占空比可以彼此不同，其中第一脉冲电压和第二脉冲电压被交替施加到所述电极以具有相位差。
根据示例性实施例，第一频率可以高于第二频率，并且通过利用相位控制构件使第一脉冲电压和第二脉冲电压的相位移位而在所述第一脉冲电压和所述第二脉冲电压之间产生相位差。
根据示例性实施例，所述第一频率可以高于所述第二频率，所述第三电压可以是脉冲电压，并且所述第三电压与所述第一脉冲电压同步施加到所述电极上。
本发明的又一示例性实施例提供了一种用于产生用于处理基板的等离子体的方法。该方法可以包括：向腔室的内部空间供应过程气体，并且将射频电压施加到电极上用于在所述内部空间中形成电场以将过程气体激发成等离子体状态，其中，可以将具有第一频率的第一电压和具有与所述第一频率不同的第二频率的第二电压交替施加到所述电极上，并且在所述第一电压或所述第二电压被施加到所述电极上的同时可以将具有第三频率的第三电压施加到所述电极上，所述第三频率低于所述第一频率和所述第二频率。
根据示例性实施例，所述第一电压和所述第二电压可以是脉冲电压，并且所述第一电压和所述第二电压之间的相位差可以是90°至270°。
根据示例性实施例，可以通过基于所述第一电压对所述第二电压进行相移，在所述第一电压和所述第二电压之间产生相位差，并且第一电压和第二电压之间的该相位差可以是180°。
根据本发明的示例性实施例，可以对基板进行高效处理。
根据本发明的示例性实施例，可以利用等离子体提高基板处理均匀性。
根据本发明的示例性实施例，可以具有使用连续波射频产生等离子体时的优点和使用脉冲射频产生等离子体时的优点两者。
根据本发明的示例性实施例，可以允许在接近竖直的状态下出现待通过等离子体蚀刻的对象的形状。
根据本发明的示例性实施例，可以提高在使用脉冲射频产生等离子体时根据基板的区域产生的等离子体密度的均匀性。
本发明的效果不限于以上所述的效果，并且本领域技术人员根据本说明书和附图将会清楚地明白未提及的其它效果。
附图说明
图1是示出根据本发明的示例性实施例的基板处理装置的示意图。
图2是示出由图1的第一电源施加到下电极上的第一脉冲电压的电压波形的曲线图。
图3是示出由图1的第二电源施加到下电极上的第二脉冲电压的电压波形的曲线图。
图4是示出由图1的第三电源施加到下电极上的第三脉冲电压的电压波形的曲线图。
图5是示出第一示例性实施例的曲线图，在该第一示例性实施例中，相位控制构件控制第二脉冲电压的相位。
图6是示出第二示例性实施例的曲线图，在该第二示例性实施例中，相位控制构件控制第二脉冲电压的相位。
图7是示出第三示例性实施例的曲线图，在该第三示例性实施例中，相位控制构件控制第二脉冲电压的相位。
图8是示出第四示例性实施例的曲线图，在该第四示例性实施例中，相位控制构件控制第二脉冲电压的相位。
图9是根据图5至图8的示例性实施例生成的针对基板的每个区域的等离子体密度的曲线图。
图10至图13是示出通过模拟而根据图5至图8的示例性实施例在腔室中产生的等离子体空间分布的视图。
图14是示出根据图5至图8的示例性实施例针对基板的每个区域的等离子体密度、等离子体鞘层和电场均匀性的比较图。
图15是示出根据图5至图8的示例性实施例针对基板的每个区域的等离子体鞘层电压幅度的曲线图。
图16是示出根据图5至图8的示例性实施例针对基板的每个区域的电场强度的曲线图。
图17是示出根据本发明的示例性实施例施加到下电极上的电压波形的视图。
图18是示出根据本发明的另一示例性实施例施加到下电极上的电压波形的视图。
图19是示出根据本发明的另一示例性实施例施加到下电极上的电压波形的视图。
图20是示出根据本发明的另一示例性实施例施加到下电极上的电压波形的视图。
图21是示出根据本发明的另一示例性实施例施加到下电极上的电压波形的视图。
具体实施方式
根据下面将参考附图详细描述的示例性实施例，将更加清楚地理解本发明的优点和特征以及用于实现这些优点和特征的方法。然而，本发明不限于下面阐述的示例性实施例，并且可以以多种不同形式实施。所述示例性实施例仅用于完整展现本发明的公开内容并且被记载用于向本发明所属技术领域的普通技术人员提供对本发明范围的完整理解，并且本发明仅由权利要求书的范围来限定。
本文使用的所有术语(包括技术术语或科学术语)具有与本发明所属相关技术中的通用技术通常所带有的含义相同的含义，除非另外定义。在通常词典中定义的术语应该被解释为具有与相关技术和/或本申请的上下文中的含义相同的含义，且不应该被归纳或解释为过分正式的含义，除非在本文中被明确定义。
还应理解，本文所使用的术语仅用于描述示例性实施例，并非要限制本公开。未指明数量时，旨在同样包括多数个的情况，除非在本说明书中另外特别声明。应当理解，本文中使用的词语“包括”和/或“包含”意味着存在所述的成分、部件、构成要素、步骤、操作和/或器件，并不排除存在或添加一个或多个其它成分、部件、构成要素、步骤、操作和/或器件。本说明书中，词语“和/或”表示所罗列的构造或其各种组合中的每一者。
诸如“第一”和“第二”等词语用于描述不同的构成要素，但是这些构成要素不受这些词语的限制。这些词语仅用于将一个部件与另一个部件进行区分。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一构成要素也可以被称为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被称为第一构成要素。
单数表述包括复数表述，除非上下文中明确另外表示。因此，为了描述更加清楚，附图中要素的形状、大小等可能被夸大。
本文中使用的术语“单元”和“模块”可以指软件或者硬件部件如FPGA或ASIC，作为用于处理至少一个功能或操作的单元。然而，“单元”和“模块”的含义不限于软件或硬件。“单元”和“模块”可以被配置在可寻址的存储介质上并且可以被配置为让一个或多个处理器重演。
例如，“单元”和“模块”可以包括诸如软件组件、面向对象的软件组件、类组件和任务组件等组件，进程，功能，属性，过程，子例程，程序代码片段，驱动器，固件，微代码，电路，数据，数据库，数据结构，表格，数组和变量。由组件和“单元”及“模块”提供的功能可以由多个组件和“单元”及“模块”单独执行，或者可以与其它附加组件集成在一起。
在下文中，将参考图1至图21描述本发明的示例性实施例。
图1是示出根据本发明的示例性实施例的基板处理装置的示意图。
参考图1，基板处理装置10利用等离子体处理基板W。例如，基板处理装置10可以对基板W执行蚀刻过程。该基板处理装置10可以包括腔室100、下电极单元200、供气单元300、上电极单元400、温度控制单元500、电源单元600和控制器700。
腔室100可以具有内部空间101。基板W可以在该内部空间101中进行处理。在内部空间101中可以通过等离子体来处理基板W。可以通过等离子体来蚀刻该基板W。可以将等离子体传送到基板W上以对该基板W上形成的膜进行蚀刻。
腔室100的内壁可以涂覆具有优异等离子体抗性的材料。腔室100可以接地。腔室100可以形成有出入端口(未示出)，通过该出入端口可以放入/取出基板W。该出入端口可以通过门(未示出)被选择性地打开和关闭。在基板W进行处理时，可以通过出入端口来关闭该内部空间101。另外，在基板W进行处理时，内部空间101可以具有真空压力气氛。
在腔室100的底部中可以形成排放孔102。内部空间101的气氛可以通过该排放孔102进行排放。排放孔102可以连接至排放管线VL以用于对内部空间101进行降压。供应至内部空间101的过程气体、等离子体、工艺副产物等可以通过排放孔102和排放管线VL而排放到基板处理装置10的外部。另外，通过利用排放管线VL进行的降压可以控制内部空间101中的压力。例如，通过利用下文中将描述的供气单元300和排放管线VL进行的降压，可以控制内部空间101的压力。当要进一步降低内部空间101的压力时，可以增加通过排放管线VL进行的降压或者降低供气单元300每单位时间供应的过程气体的供应量。相反，当要进一步增加内部空间101的压力时，可以减弱通过排放管线VL进行的降压或者增加供气单元300每单位时间供应的过程气体的供应量。
下电极单元200可以支撑基板W。下电极单元200可以在内部空间101中支撑基板W。下电极单元200可以具有在内部空间101中形成电场的电极对中的一者。另外，下电极单元200可以是能够利用静电力来吸附和固定该基板W的静电卡盘ESC。
下电极单元200可以包括电介质板210、下电极220、加热器230、支撑板240、绝缘板250、环部件260、绝缘体270和耦接环280。
电介质板210可以设置在支撑单元200上方。电介质板210可以以绝缘材料来提供。例如，电介质板210可以由包括陶瓷或石英的材料制成。电介质板210可以具有用于支撑基板W的座表面。当从顶部看时，电介质板210的座表面可以具有比基板W的下表面的面积更小的面积。放置在电介质板210上的基板W的边缘区域的下表面可以面向环部件260(将在下文中描述)的上表面。
电介质板210可以形成有第一供应流路211。第一供应流路211可以被形成为从电介质板210的上表面延伸到电介质板210的下表面。多个第一供应流路211彼此间隔开，并且可以被提供作为通道，通过该通道，热传递媒介被供应到基板W的下表面。例如，第一供应流路211可以与第一循环流路241和第二供应流路243(将在下文中描述)流体连通。
另外，在电介质板210中可以嵌入用于将基板W吸附到电介质板210上的单独电极(未示出)。可以向电极施加直流电。通过施加的电流，静电力作用在电极和基板之间，并且通过该静电力可以将基板W吸附到电介质板210上。
下电极220可以是在内部空间101中形成电场的电极。下电极220可以具有大体上板状形状。下电极220可以是在内部空间101中形成电场的电极对中的一者。下电极220可以被设置为面向上电极420(将在下文中描述)，该上电极420是所述电极对中的另一者。通过下电极220在内部空间101中形成的电场可以激发从供气单元300(将在下文中描述)供应的过程气体以产生等离子体。下电极220可以设置在电介质板210中。
加热器230电连接到外部电源(未示出)。该加热器230利用从外部电源供应的电流通过电阻产生热。产生的热可以通过电介质板210被传递到基板W。基板W可以通过加热器230中产生的热而维持在预定温度。加热器230可以包括螺旋线圈。加热器230可以以规则的间隔嵌入在电介质板210中。
支撑板240位于电介质板210下方。支撑板240可以以铝材料来提供。支撑板240的上表面可以为阶梯状，使得中央区域高于边缘区域。支撑板240的上表面的中央区域具有与电介质板210的下表面对应的面积，并且可以附着到电介质板210的下表面。支撑板240可以形成有第一循环流路241、第二循环流路242和第二供应流路243。
第一循环流路241可以被设置作为用于使热传递媒介循环的通道。储存在热传递媒介储存单元GS中的热传递媒介可以通过媒介供应管线GL供应至第一循环流路241。在媒介供应管线GL中可以设置媒介供应阀GB。根据媒介供应阀GB的打开/关闭或者打开程度的变化，将热传递媒介供应到第一循环流路241或者可以控制供应到第一循环流路241的热传递媒介的每单位时间的供应流量。热传递媒介可以包括氦气(He)。
第一循环流路241可以在支撑板240内部形成为螺旋形状。可替选地，第一循环流路241可以布置成使得具有不同半径的环形流路具有同一中心。各第一循环流路241可以彼此连通。所述第一循环流路241形成在相同高度处。
第二循环流路242可以被设置作为用于使冷却流体循环的通道。储存在冷却流体储存单元CS中的冷却流体可以通过流体供应管线CL被供应到第一循环流路242。在流体供应管线CL中可以设置流体供应阀CB。根据流体供应阀CB的打开/关闭或者打开程度的变化，将冷却流体供应到第二循环流路242或者可以控制供应到第二循环流路242的冷却流体的每单位时间的供应流量。冷却流体可以是冷却水或冷却气体。供应到第二循环流路242的冷却流体可以将支撑板240冷却到预定温度。被冷却到预定温度的支撑板240可以将电介质板210和/或基本W的温度保持在预定温度。
第二循环流路242可以在支撑板240内部形成为螺旋形状。可替选地，第二循环流路242可以布置成使得具有不同半径的环形流路具有同一中心。各第二循环流路242可以彼此连通。第二循环流路242可以具有比第一循环流路241更大的横截面积。所述第二循环流路242形成在相同高度处。第二循环流路242可以位于第一循环流路241下方。第二供应流路243从第一循环流路241向上延伸并且被提供作为支撑板240的上表面。第二供应流路243以与第一供应流路211对应的数量来设置，并且可以与第一循环流路241和第一供应流路211流体连通。
绝缘板250设置在支撑板240下方。绝缘板250以与支撑板240对应的尺寸来设置。绝缘板250位于支撑板240和腔室100的底表面之间。绝缘板250以绝缘材料来提供并且可以使支撑板240与腔室100彼此电绝缘。
环部件260可以布置在基板W的边缘区域下方。环部件260的至少一部分可以布置在基板W的边缘区域的下方。环部件260可以整体上具有环状形状。环部件260的上表面可以包括内侧上表面、外侧上表面和倾斜上表面。内侧上表面可以是与基板W的中央区域相邻的上表面。外侧上表面可以是与内侧上表面相比距基板W的中央区域更远的上表面。倾斜上表面可以是设置在内侧上表面和外侧上表面之间的上表面。该倾斜上表面可以是沿着背离基板W的中心的方向向上倾斜的上表面。环部件260可以扩大电场形成区域，使得基板W位于形成等离子体的区域的中心处。环部件260可以是聚焦环。
绝缘体270可以被构造成当从顶部观察时围绕环部件260。绝缘体270可以以绝缘材料来提供。绝缘体270可以被设置为包括绝缘材料如石英或陶瓷。
耦接环280可以与线缆连接。耦接环280可以布置在环部件260及绝缘体270下方。耦接环280可以被环部件260、绝缘体270、支撑板240和电介质板210包围。耦接环280可以包括环状体281和环电极282。环状体281可以以绝缘材料(例如石英或陶瓷)来提供。环电极282与设置有可变电容器的线缆等连接以控制阻抗。
供气单元300可以向腔室100提供过程气体。供气单元300可以包括储气单元310、供气管线320和进气端口330。供气管线320连接储气单元310和进气端口330，并且将储气单元310中储存的过程气体供应至进气端口330。进气端口330可以设置在形成于上电极420中的供气孔422中。
上电极单元400可以具有面向下电极220的上电极420。另外，以上所述的供气单元300可以连接至上电极单元400以提供由供气单元300所供应的过程气体的供应路径的一部分。上电极单元400可以包括支撑体410、上电极420和分配板430。
支撑体410可以固定至腔体100。上电极单元400的上电极420和分配板430可以固定至该支撑体410。支撑体410可以是上电极420和分配板430借以设置在腔室100中的媒介。上电极420可以是面向下电极220的电极。上电极420可以设置成面向下电极220。在上电极420和下电极220之间的空间中可以形成电场。所形成的电场可以通过激发供应至内部空间101的过程气体而产生等离子体。上电极420可以设置为盘状。上电极420可以包括上板420a和下板420b。上电极420可以接地。但是，本发明不限于此，并且射频电源(未示出)可以连接至上电极420以施加射频电压。
上板420a的下表面为阶梯状，使得中央区域高于边缘区域。在上板420a的中心区域中形成供气孔422。供气孔422连接至进气端口330并且向缓冲空间424供应过程气体。在上板420a内部可以形成冷却流路421。冷却流路421可以形成为螺旋形状。可替选地，冷却流路421可以布置成使得具有不同半径的环形流路具有同一中心。温度控制单元500(将在下文中描述)可以向冷却流路421供应冷却流体。所供应的冷却流体可以沿着冷却流路421循环并冷却上板420a。
下板420b位于上板420a下方。下板420b以与上板420a对应的大小设置并且定位成面向上板420a。下板420b的上表面为阶梯状，使得中央区域低于边缘区域。下板420b的上表面和上板420a的下表面彼此结合以形成缓冲空间424。该缓冲空间424被提供作为通过供气孔422供应的气体在被供应到腔室100中之前临时停留的空间。在下板420b的中央区域中形成供气孔423。多个供气孔423以规则的间距彼此间隔开。所述供气孔423连接至缓冲空间424。
分配板430位于下板420b下方。分配板430被设置为盘状。在分配板430中形成分配孔431。分配孔431被设置为从分配板430的上表面到下表面。分配孔431以对应于供气孔423的数量来设置，并且定位成与供气孔423所处的位置对应。在缓冲空间424中的过程气体通过供气孔423和分配孔431被均匀供应到腔室100中。
温度控制单元500可以控制上电极420的温度。温度控制单元500可以包括加热构件511、加热电源513、滤波器515、冷却流体供应单元521、流体供应通道523和阀525。
加热构件511可以加热下板420b。加热构件511可以是加热器。加热构件511可以是电阻加热器。加热构件511可以嵌入在下板420b中。加热电源513可以产生用于加热该加热构件511的功率。加热电源513可以加热该加热构件511以加热下板420b。加热电源513可以是直流(DC)电源。滤波器515可以阻止由电源单元600(将在下文中描述)施加的射频电压(功率)，使其不传输到加热电源513。
冷却流体供应单元521可以储存用于冷却上板420a的冷却流体。冷却流体供应单元521可以通过流体供应通道523将冷却流体供应至冷却流路421。被供应到冷却流路421的冷却流体可以在沿着冷却流路421流动的同时降低上板420a的温度。另外，在流体供应通道523中可以设置流体阀525来控制冷却流体供应单元521的冷却流体或每单位时间中该冷却流体的供应量。流体阀525可以是开/关阀或流量控制阀。
电源单元600可以向下电极220施加射频电压。电源单元600可以向下电极220施加射频电压以在内部空间101中形成电场。在内部空间101中形成的电场可以激发供应到该内部空间101的过程气体以产生等离子体。电源单元600可以包括第一电源610、第二电源620、第三电源630、匹配构件640和相位控制构件650。第一电源610可以向下电极220施加具有第一频率的电压。由第一电源610产生的电压的第一频率可以高于由第二电源620和第三电源630(将在下文中描述)产生的电压的第二频率和第三频率。第一电源610可以是用于在内部空间101中产生等离子体的源射频。第一频率可以是60MHz。
第一电源610可以被配置成向下电极220施加具有第一频率的第一连续电压或具有第一频率的第一脉冲电压。第一连续电压可以是连续波射频。另外，第一脉冲电压可以是脉冲射频。
图2是示出由图1的第一电源施加到下电极上的第一脉冲电压的电压波形的曲线图。在图2中，例如示出了第一脉冲电压的状态为高态或零态。在图2中，高态可以指在t0至t1和t2至t3的电压状态。另外，零态可以指在t1至t2的电压状态。高态可以表示为脉冲开启。零态可以表示为脉冲截止。另外，脉冲开启状态和脉冲截止状态可以交替出现。另外，脉冲开启状态的持续时间与脉冲截止的持续时间可以彼此相同。另外，在以上示例中，作为示例示出了脉冲截止状态为零态，但是脉冲截止状态也可以是低态(具体是频率与高态的频率相同但是电压幅度小于高态的电压幅度的状态)。另外，由第一电源610施加的第一脉冲电压的占空比可以是50％。占空比可以指脉冲开启状态的时间/(脉冲开启状态的时间+脉冲截止状态的时间)。第一脉冲电压的强度可以具有第一幅度V1。
再次参考图1，第二电源620可以向下电极220施加具有第二频率的电压。由第二电源620产生的电压的第二频率可以小于以上所述由第一电源610产生的电压的第一频率，并且可以大于由第三电源630产生的电压的第三频率。第二电源620可以是与第一电源610一起在内部空间101中产生等离子体的源射频。第二频率可以是2MHz至9.8MHz。
第二电源620可以被配置为向下电极220施加具有第二频率的第二连续电压或具有第二频率的第二脉冲电压。第二连续电压可以是连续波(CW)射频。另外，第二脉冲电压可以是脉冲射频。
图3是示出由图1的第二电源施加到下电极上的第二脉冲电压的电压波形的曲线图。在图3中，例如示出了第二脉冲电压的状态为高态或零态。另外，图3示出了当第二脉冲电压的相位未被相位控制构件650(将在下文中描述)移位时的电压波形。在图2中，高态可以指在t0至t1和t2至t3的电压状态。另外，零态可以指在t1至t2的电压状态。高态可以表示为脉冲开启。零态可以表示为脉冲截止。另外，脉冲开启状态和脉冲截止状态可以交替出现。另外，脉冲开启状态的持续时间与脉冲截止的持续时间可以彼此相同。另外，在以上示例中，作为示例示出了脉冲截止状态为零态，但是脉冲截止状态也可以是低态(具体是频率与高态的频率相同但是电压幅度小于高态的电压幅度的状态)。第二幅度V2可以小于第一幅度V1。但是，不限于此，并且第二幅度V2可以等于或大于第一幅度V1。另外，第二脉冲电压的占空比可以是50％。
另外，第二脉冲电压可以具有与第一脉冲电压相同的脉冲开启状态持续时间和脉冲截止状态持续时间。
再次参考图1，第三电源630可以向下电极220施加具有第三频率的电压。由第三电源630产生的电压的第三频率可以小于以上所述由第一电源610产生的电压的第一频率和由第二电源620产生的电压的第二频率。第三电源630可以是用于加速内部空间101中的等离子体的离子的偏置射频。第三频率可以是40kHz。
第三电源630可以被配置为向下电极220施加具有第三频率的第三连续电压或具有第三频率的第三脉冲电压。第三连续电压可以是连续波(CW)射频。另外，第三脉冲电压可以是脉冲射频。第三脉冲电压的占空比可以是50％。另外，第三脉冲电压的幅度可以为第三幅度V3。第三幅度V3可以大于第一幅度V1和第二幅度V2。与此不同，第三幅度V3也可以等于第一幅度V1和第二幅度V2，或者小于第一幅度V1和第二幅度V2。
控制器700可以控制基板处理装置10。控制器700可以控制基板处理装置10的部件。控制器70可以控制电源单元600。
控制器700可以包括：过程控制器，其由用于执行对基板处理装置10的控制的微处理器(计算机)构成；用户接口，其由用于进行命令输入操作的键盘等构成，以通过操作者管理基板处理装置10；显示器，用于可视化和显示基板处理装置10的运动情形，等等；以及存储有控制程序的存储器单元，用于通过过程控制器或程序的控制，执行由基板处理装置10执行的处理，即，用于根据多种数据和处理条件执行每个构造单元中的处理的处理方案。另外，用户接口和存储器单元可以与过程控制器连接。所述处理方案可以存储在存储器单元的存储介质中，并且存储介质可以是硬盘，也可以是便携式盘例如CD-ROM和DVD，或者半导体存储器例如闪存。另外，控制器700可以控制电源单元600，即，第一电源610、第二电源620和第三电源630，以改变第一脉冲电压、第二脉冲电压和第三脉冲电压的占空比。
图4是示出由图1的第三电源施加到下电极上的第三脉冲电压的电压波形的曲线图。在图4中，例如示出了第三脉冲电压的状态为高态或零态。在图4中，高态可以指在t0至t1和t2至t3的电压状态。另外，零态可以指在t1至t2的电压状态。高态可以表示为脉冲开启。零态可以表示为脉冲截止。另外，脉冲开启状态和脉冲截止状态可以交替出现。另外，脉冲开启状态的持续时间与脉冲截止的持续时间可以彼此相同。另外，在以上示例中，作为示例示出了脉冲截止状态为零态，但是脉冲截止状态也可以是低态(具体是频率与高态的频率相同但是电压幅度小于高态的电压幅度的状态)。
另外，第三脉冲电压可以具有与第一脉冲电压相同的脉冲开启状态持续时间和脉冲截止状态持续时间。另外，第三脉冲电压可以与第一脉冲电压同步。例如，当第一脉冲电压为脉冲开启时，第三脉冲电压也可以是脉冲开启。另外，当第一脉冲电压是脉冲截止时，第三脉冲电压也可以是脉冲截止。
再次参考图1，匹配构件640可以进行阻抗匹配。匹配构件640与第一电源610、第二电源620及第三电源630连接，使得第一电源610、第二电源620及第三电源630可以对施加到下电极220上的电压进行阻抗匹配。
相位控制构件650可以控制第一脉冲电压的相位和第二脉冲电压的相位中的至少一者。相位控制构件650可以使第一脉冲电压的相位和第二脉冲电压的相位中的至少一者移位。例如，相位控制构件650可以基于第一脉冲电压对第二脉冲电压的相位进行移位，使得在第一脉冲电压的相位和第二脉冲电压的相位之间出现差异。相位控制构件650可以控制第一脉冲电压的相位和第二脉冲电压的相位中的至少一者，使得在第一脉冲电压和第二脉冲电压之间的相位差为0°至360°。更具体而言，相位控制构件650可以控制第一脉冲电压的相位和第二脉冲电压的相位中的至少一者，使得在第一脉冲电压和第二脉冲电压之间的相位差为90°至270°。
在下文中，第一脉冲电压可以表示为高频或H，而第二脉冲电压可以表示为中频或M。在下面的相位控制的示例性实施例中，第三电源630可以向下电极220施加具有第三频率的射频电压。第三电源630可以向下电极220施加具有第三频率的第三脉冲电压，并且由第三电源630施加的第三脉冲电压可以与施加至下电极220的第一脉冲电压同步。另外，在下文中，将作为示例示出脉冲截止状态为零态，但是脉冲截止状态也可以是低态，如上所述。另外，图5至图8中的第一脉冲电压、第二脉冲电压和第三脉冲电压的占空比可以为50％。
图5是示出第一示例性实施例的曲线图，在该第一示例性实施例中，相位控制构件控制第二脉冲电压的相位。参考图5，相位控制构件650可以控制第二脉冲电压的相位使得在第一脉冲电压和第二脉冲电压之间的相位差变为0°。在这种情况下，在处于脉冲开启状态中的第一脉冲电压和处于脉冲开启状态中的第二脉冲电压彼此重叠的阶段中，通过将第一脉冲电压和第二脉冲电压结合而获得的电压被施加到下电极220上。在处于脉冲截止状态中的第一脉冲电压和处于脉冲截止状态中的第二脉冲电压彼此重叠的阶段中，下电极220未被施加电压。
图6是示出第二示例性实施例的曲线图，在该第二示例性实施例中，相位控制构件控制第二脉冲电压的相位。参考图6，相位控制构件650可以控制第二脉冲电压的相位使得在第一脉冲电压和第二脉冲电压之间的相位差变为90°。在这种情况下，在处于脉冲开启状态中的第一脉冲电压和处于脉冲开启状态中的第二脉冲电压彼此重叠的阶段中，通过将第一脉冲电压和第二脉冲电压结合而获得的电压被施加到下电极220上。在处于脉冲开启状态中的第一脉冲电压和处于脉冲截止状态中的第二脉冲电压彼此重叠时，下电极220被施加以第一脉冲电压。在处于脉冲截止状态中的第一脉冲电压和处于脉冲开启状态中的第二脉冲电压彼此重叠的阶段中，下电极220被施加以第二脉冲电压。在处于脉冲截止状态中的第一脉冲电压和处于脉冲截止状态中的第二脉冲电压彼此重叠的阶段中，下电极220未被施加电压。
图7是示出第三示例性实施例的曲线图，在该第三示例性实施例中，相位控制构件控制第二脉冲电压的相位。参考图7，相位控制构件650可以控制第二脉冲电压的相位使得在第一脉冲电压和第二脉冲电压之间的相位差变为180°(即，第二脉冲电压被100％移位)。在这种情况下，在处于脉冲开启状态中的第一脉冲电压和处于脉冲截止状态中的第二脉冲电压彼此重叠时，下电极220可以被施加以第一脉冲电压。在处于脉冲截止状态中的第一脉冲电压和处于脉冲开启状态中的第二脉冲电压彼此重叠的阶段中，下电极220可以被施加以第二脉冲电压。
图8是示出第四示例性实施例的曲线图，在该第四示例性实施例中，相位控制构件控制第二脉冲电压的相位。参考图8，相位控制构件650可以控制第二脉冲电压的相位使得在第一脉冲电压和第二脉冲电压之间的相位差变为270°。在这种情况下，在处于脉冲开启状态中的第一脉冲电压和处于脉冲截止状态中的第二脉冲电压彼此重叠时，下电极220可以被施加以第一脉冲电压。在处于脉冲开启状态中的第一脉冲电压和处于脉冲开启状态中的第二脉冲电压彼此重叠的阶段中，通过将第一脉冲电压和第二脉冲电压结合而获得的电压被施加到下电极220上。在处于脉冲截止状态中的第一脉冲电压和处于脉冲开启状态中的第二脉冲电压彼此重叠的阶段中，下电极220被施加以第二脉冲电压。在处于脉冲截止状态中的第一脉冲电压和处于脉冲截止状态中的第二脉冲电压彼此重叠的阶段中，下电极220未被施加电压。
在下文中，将描述根据本发明的示例性实施例使施加到下电极220的具有第二频率的第二脉冲电压的相位移位的效果。
图9是根据图5至图8的示例性实施例生成的针对基板的每个区域的等离子体密度的曲线图。参考图9可以看出，当第二脉冲电压的相位被移位180°时，可以看出在基板的中心与基板的边缘之间的等离子体密度偏离与其它情况下相比相对更小。当第二脉冲电压的相位被移位180°时，第一脉冲电压和第二脉冲电压可以被交替施加到下电极220上。即，第一脉冲电压和第二脉冲电压在彼此互补时可以依次施加到下电极220上。
图10至图13是示出通过模拟而根据图5至图8的示例性实施例在腔室中产生的等离子体空间分布的视图。参考图10至图13可以看出，当第二脉冲电压的相位被移位180°时，可以看出在基板的中心与基板的边缘之间的等离子体密度偏离与其它情况下相比相对更小。
当向下电极220施加高频电压时，供应到内部空间101的过程气体在相对短的时间内被激发成等离子体状态。另一方面，当向下电极220施加中频电压时，将朝向内部空间101(具体是基板W的中央区域)供应的过程气体激发成等离子体状态需要相对长的时间。因此，供应到基板W的中央区域的过程气体被充分送到基板W的边缘区域，然后被激发成等离子体状态。即，当向下电极220施加具有中频的第二脉冲电压时，在基板W的边缘区域中产生的等离子体密度可能高于当向下电极220施加具有高频的第一脉冲电压时的等离子体密度。因此，当第二脉冲电压被相移180°时，提供了进一步改善的等离子体均匀性。
图14是示出根据图5至图8的示例性实施例针对基板的每个区域的等离子体密度、等离子体鞘层和电场均匀性的比较图。具体地，示出了基板W的中央区域和边缘区域中的等离子体密度P、等离子体鞘层的电压以及内部空间101中形成的电场强度的均匀性。当值更接近1时，意味着基板的中央区域和边缘区域中的等离子体密度P、等离子体鞘层的电压以及内部空间101中形成的电场强度相似。参考图14可以看出，当第二脉冲电压的相位被移位180°时，可以看出，与其它情况下相比，在基板的中心与基板的边缘之间的等离子体密度偏离、等离子体鞘层的电压以及电场的强度均匀性得到了改善。
图15是示出根据图5至图8的示例性实施例针对基板的每个区域的等离子体鞘层电压幅度的曲线图，并且图16是示出根据图5至图8的示例性实施例针对基板的每个区域的电场强度的曲线图。图15和图16示出了通过模拟得到的数据。参考图15和图16可以看出，当第二脉冲电压的相位被移位180°时，鞘层电压的绝对值和等离子体的电场是最大的。另外，当第二脉冲电压的相位被移位180°时，由于第一脉冲电压和第二脉冲电压被连续施加到下电极220，所以就等离子体稳定性而言是有利的。
另外，根据本发明的示例性实施例，可以基于具有相对高的频率的第一脉冲电压对具有相对低的频率的第二脉冲电压进行相移，以更加精确地执行相移。另外，根据本发明的示例性实施例，由第三电源630施加的第三脉冲电压(其为偏置射频)可以与第一脉冲电压同步，如图17中所示。
在根据本发明的示例性实施例的基板处理方法或等离子体产生方法中，将过程气体供应到腔室100的内部空间101并且在内部空间101中形成电场，但是将射频电压施加到下电极220以将过程气体激发成等离子体状态。等离子体可以被传送到基板W以处理该基板W。具有第一频率的第一脉冲电压和具有第二频率的第二脉冲电压被交替施加到下电极220以产生等离子体，并且可以将具有比第一频率和第二频率更低的第三频率的第三脉冲电压施加到下电极220以对等离子体离子进行加速并处理基板W。
在施加第一脉冲电压的阶段中在基板W的中央区域中产生相对多的等离子体，并且在施加第二脉冲电压的阶段中在基板W的边缘区域中产生相对多的等离子体。在第一脉冲电压的情况下，由于是高频，被供应到基板W的中央区域附近的过程气体被相对快地激发成等离子体状态，而在第二脉冲电压的情况下，由于是相对低频，被供应到基板W的中央区域附近的过程气体朝向基板W的边缘区域扩散然后被激发成等离子体状态。
第三脉冲电压吸引并加速等离子体中的离子。即，在施加第一脉冲电压的阶段中，在等离子体激发时产生的等离子体的离子被吸引。这可能稍微降低等离子体激发的程度。在施加第二脉冲电压的阶段中，激发等离子体，但是第二脉冲电压不吸引离子。即，因为第三脉冲电压与第一脉冲电压同步，可以进一步改善等离子体密度的均匀性。
在以上示例中，作为示例描述了第三电源630所施加的电压是脉冲电压，但是不限于此。例如，第三电源630所施加的电压可以是连续电压，如图18中所示。
在以上示例中，作为示例描述了第三脉冲电压与第一脉冲电压同步，但是不限于此。例如，如图19中所示，第三脉冲电压的相位可以不同于第一脉冲电压的相位。
在以上示例中，作为示例描述了第一脉冲电压的占空比和第二脉冲电压的占空比为50％，并且这两个电压之间的相位差为180°(即，第二脉冲电压的相移是100％)，但是不限于此。例如，如图20中所示，第一脉冲电压的占空比和第二脉冲电压的占空比可以彼此不同。例如，第一脉冲电压的占空比为70％，第二脉冲电压的占空比为30％，并且第二脉冲电压可以相对于第一脉冲电压进行100％相移(即，第一脉冲电压和第二脉冲电压可以交替施加以具有相位差)。另外，如图21中所示，第一脉冲电压的占空比为30％，并且第二脉冲电压的占空比为70％。另外，第一脉冲电压和第二脉冲电压可以交替施加以具有相位差。
应当理解，所述示例性实施例被提供用于帮助理解本发明，并且本发明的范围不限于此，并且在本发明的范围中包括其各种变型的示例性实施例。本发明中提供的附图仅为本发明的优选示例性实施例的阐述。本发明的技术保护范围应当由所附权利要求书的技术构思确定，并且应当理解，本发明的技术保护范围不限于所附权利要求书中的字面公开本身，但是本发明的等效范围实质影响技术价值。

Claims (20)

1.一种用于处理基板的基板处理装置，包括：
具有内部空间的腔室；
电极，被配置用于在所述内部空间中产生等离子体；以及
电源单元，被配置用于向所述电极施加射频电压，
其中，所述电源单元包括：
第一电源，被配置用于向所述电极施加具有第一频率的第一脉冲电压；
第二电源，被配置用于向所述电极施加具有第二频率的第二脉冲电压，所述第二频率不同于所述第一频率；
第三电源，被配置用于施加具有第三频率的射频电压，所述第三频率不同于所述第一频率和所述第二频率；以及
相位控制构件，用于控制所述第一脉冲电压的相位和所述第二脉冲电压的相位中的至少一者。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中所述相位控制构件控制所述第一脉冲电压的相位和所述第二脉冲电压的相位中的至少一者，使得所述第一脉冲电压的相位和所述第二脉冲电压的相位彼此不同。
3.根据权利要求2所述的基板处理装置，其中所述相位控制构件控制所述第一脉冲电压的相位和所述第二脉冲电压的相位中的至少一者，使得在所述第一脉冲电压的相位和所述第二脉冲电压的相位之间的差变为90°至270°。
4.根据权利要求3所述的基板处理装置，其中所述相位控制构件控制所述第一脉冲电压的相位和所述第二脉冲电压的相位中的至少一者，使得在所述第一脉冲电压的相位和所述第二脉冲电压的相位之间的差变为180°。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的基板处理装置，其中所述第一电源被配置用于向所述电极施加具有所述第一频率的所述第一脉冲电压，所述第一频率高于所述第二频率，并且
所述相位控制构件被配置用于基于所述第一脉冲电压使所述第二脉冲电压的相位移位，以在所述第一脉冲电压的相位和所述第二脉冲电压的相位之间产生差异。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的基板处理装置，其中所述第三电源被配置用于向所述电极施加具有第三频率的第三脉冲电压，所述第三频率低于所述第一频率和所述第二频率。
7.根据权利要求6所述的基板处理装置，其中所述第一电源被配置用于向所述电极施加具有所述第一频率的所述第一脉冲电压，所述第一频率高于所述第二频率，并且
所述第三电源被配置用于使所述第三脉冲电压与所述第一脉冲电压同步并且向所述电极施加所述第三脉冲电压。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的基板处理装置，其中所述相位控制构件连接到所述第一电源、所述第二电源和所述第三电源当中的所述第一电源和所述第二电源。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的基板处理装置，还包括：
下电极单元，其具有作为所述电极的下电极，并且所述下电极在所述内部空间中支撑所述基板；以及
上电极单元，其具有上电极，所述上电极面向所述下电极并且提供被供应至所述内部空间的所述过程气体的供应路径。
10.根据权利要求9所述的基板处理装置，还包括供气单元，用于向所述内部空间供应过程气体，
其中所述供气单元包括：
储气单元，用于储存所述过程气体；
进气端口，布置成当从顶部观察时与所述下电极的中央区域重叠并且供应所述过程气体；以及
供气管线，用于将储存在所述储气单元中的所述过程气体供应到所述进气端口。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的基板处理装置，其中所述第一电源被配置用于向所述电极进一步施加具有所述第一频率的第一连续电压，并且
所述第二电源被配置用于向所述电极进一步施加具有所述第二频率的第二连续电压。
12.一种用于处理基板的基板处理方法，包括：
将所述基板送入腔室的内部空间中，并且将射频电压施加到电极上用于向所述内部空间产生等离子体，其中所述基板在所述内部空间中进行处理，
其中所述射频电压包括具有第一频率的第一脉冲电压、具有与所述第一频率不同的第二频率的第二脉冲电压、以及具有第三频率的第三电压，所述的第三频率低于所述第一频率和所述第二频率。
13.根据权利要求12所述的基板处理方法，其中所述第一脉冲电压的相位和所述第二脉冲电压的相位彼此不同。
14.根据权利要求13所述的基板处理方法，其中所述第一脉冲电压的占空比和所述第二脉冲电压的占空比是50％，并且
所述第一脉冲电压的相位和所述第二脉冲电压的相位之间的差为180°。
15.根据权利要求14所述的基板处理方法，其中所述第一脉冲电压的占空比和所述第二脉冲电压的占空比彼此不同，
其中所述第一脉冲电压和所述第二脉冲电压被交替施加到所述电极以具有相位差。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的基板处理方法，其中所述第一频率高于所述第二频率，并且
通过利用相位控制构件使所述第一脉冲电压和所述第二脉冲电压的相位移位而在所述第一脉冲电压和所述第二脉冲电压之间产生相位差。
17.根据权利要求12至15中任一项所述的基板处理方法，其中所述第一频率高于所述第二频率，
所述第三电压是脉冲电压，并且
所述第三电压与所述第一脉冲电压同步施加到所述电极上。
18.一种用于产生用于处理基板的等离子体的方法，包括：
向腔室的内部空间供应过程气体，并且将射频电压施加到电极上用于在所述内部空间中形成电场以将所述过程气体激发成等离子体状态，
其中，将具有第一频率的第一电压和具有与所述第一频率不同的第二频率的第二电压交替施加到所述电极上，并且在所述第一电压或所述第二电压被施加到所述电极上的同时将具有第三频率的第三电压施加到所述电极上，所述第三频率低于所述第一频率和所述第二频率。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一电压和所述第二电压是脉冲电压，并且
所述第一电压和所述第二电压之间的相位差是90°至270°。
20.根据权利要求19所述的方法，其中通过基于所述第一电压对所述第二电压进行相移，在所述第一电压和所述第二电压之间产生相位差。
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