CN117253818A - 基板处理设备和基板处理方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种基板处理设备和一种基板处理方法。基板处理设备包括具有处理空间的处理室，基板在处理室中被等离子体处理；以及激光照射单元，用不同脉冲宽度的多个激光照射基板，以加热基板，使基板达到可被等离子体处理的温度。

Description

基板处理设备和基板处理方法
相关申请
本申请要求2022年6月17日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2022-0074301号的优先权权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本申请涉及一种基板处理设备和一种基板处理方法。
背景技术
在半导体器件制造工艺中，蚀刻工艺是选择性地去除目标材料以制成期望结构的工艺。
原子层蚀刻(Atomic layer etching,ALE)已被研究以去除目标量(厚度)的目标材料。原子层蚀刻工艺是重复对目标材料的表面进行改质和去除改质表面的设定循环的工艺。此外，由于在去除目标材料时可以在原子水平上控制原子层蚀刻工艺，因此原子层蚀刻已被积极地应用于已经日益小型化的半导体器件的制造工艺中。
同时，当保持基板被加热到高温时，以原子层蚀刻工艺执行改质操作和去除操作。然而，其存在局限，即，将基板加热到高温需要相当多的时间。
[相关技术文献]
[专利文献]
(专利文献1)韩国专利登记第10-1702869号。
发明内容
示例性实施例提供一种基板处理设备和一种基板处理方法，用于快速加热基板以达到适用于等离子体处理的适当温度。
根据本公开的一个方面，基板处理设备包括：处理室，其具有处理空间，基板在处理空间中被等离子体处理；激光照射单元，用具有不同脉冲宽度的多个激光照射所述基板以加热所述基板，使所述基板达到被等离子体处理的温度。
所述激光照射单元被控制以进行操作，使得所述具有不同脉冲宽度的多个激光照射重叠一定时间。
所述激光照射单元被控制以进行操作，使得所述具有不同脉冲宽度的多个激光依次照射。
所述激光照射单元包括：
第一照射单元，以连续波激光照射所述基板以预热所述基板；以及第二照射单元，以脉冲激光照射所述基板。
所述第一照射单元和所述第二照射单元被控制以进行操作，使得所述连续波激光和所述脉冲激光照射重叠一定时间。
所述第一照射单元和所述第二照射单元被控制以进行操作，使得所述连续波激光和所述脉冲激光依次照射。
所述第一照射单元为激光二极管或光纤激光振荡器，所述第二照射单元为绿色激光振荡器。
所述激光照射单元设置在所述处理室的外部，并且所述处理室包括透明窗，从所述激光照射单元照射的激光穿过所述透明窗。
所述激光照射单元被设置在所述处理室的上部和下部以用激光照射所述基板的上表面和下表面；所述处理室的上部和下部均由所述透明窗形成，使得从所述激光照射单元照射的激光从中穿过；以及设置在所述处理室的所述下部的所述透明窗和所述基板之间的基板支撑单元由透明材料形成，使得通过所述透明窗的激光从中穿过。
基板处理设备还可以包括：等离子体产生单元安装在所述处理腔室中并在所述处理空间中产生等离子；其中，所述等离子体产生单元包括：供气单元，设置在所述处理室中，向所述处理室供应处理气体，并用作等离子体产生电极；以及基板支撑单元，设置在所述处理室中以支撑所述基板并用作等离子体产生电极。
根据本公开的另一方面，还提供一种基板处理设备，包括：处理室，具有处理空间，基板在处理空间中被等离子体处理；供气单元，设置在所述处理室中，向所述处理室供应处理气体，并用作等离子体产生电极；气体排放单元形成在所述处理室或所述供气单元的一侧；基板支撑单元设置在所述处理室中以支撑所述基板并用作等离子体产生电极；以及激光照射单元，用具有不同脉冲宽度的多个激光照射所述基板以加热所述基板，以使所述基板达到被等离子体处理的温度。
所述激光照射单元设置在所述处理室的上部并且用激光照射所述基板的上表面；所述处理室的上部由透明窗形成，使得从所述激光照射单元照射的激光从中穿过；以及供气单元设置于所述透明窗与所述基板之间，由透明材料形成，使得通过所述透明窗的所述激光从中穿过。
根据本公开的另一个方面，还提供一种基板处理方法，包括：基板加热操作，用具有不同脉冲宽度的多个激光照射基板以将基板加热到基板被等离子体处理的温度；以及等离子体处理基板的基板处理操作。
附图说明
从以下结合附图的详细描述，可以更加清楚地理解本公开的上述和其他方面、特征和优点，其中：
图1和图2是表示脉冲激光照射引起的基板的温度变化的曲线图；
图3绘示本公开的第一示例性实施例的基板处理设备；
图4是本公开中具有不同脉冲宽度的多个激光的能量的曲线图；
图5是本公开中被不同脉宽的多束激光加热的基板的温度曲线图；
图6绘示本公开的第二示例性实施例的基板处理设备；
图7绘示本公开的第三示例性实施例的基板处理设备；
图8是本公开的一示例性实施例的基板处理方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述示例性实施例，以便本公开内容所涉及的技术领域的技术人员可以容易地实施这些实施例。在本公开的描述中，如果对相关的已知功能或结构的详细解释被认为不必要地转移了本公开的主旨，则这种说明将被省略但可以被本领域技术人员理解。此外，在整个说明书中，相似的组件编号用于相似的部件。在本公开中，诸如：“上方”、“上部”、“上表面”、“下方”、“下部”、“下表面”、“侧面”等术语是根据附图确定的，而在实际情况中，这些术语可根据装置或元件布置的方向而改变。
应当理解，当一个元件被称为“连接到”另一个元件时，它可以直接连接到另一个元件，或者也可以存在中间元件。此外，除非有明确的相反描述，否则“包括”一词以及诸如“组成”或“包含”等变体，将被理解为意味着包含所述元件，但不排除任何其他元件。
蚀刻工艺是将通过曝光绘制的电路图案或通过沉积在基板上的薄膜切除的工艺。然而，随着基板的电路图案越来越精细，需要相应的精确蚀刻，因此，原子层蚀刻(atomiclayer etching,ALE)工艺被采用。
原子层蚀刻工艺是以原子层为单位执行基板的蚀刻的工艺。在所述原子层蚀刻工艺中，通过在将基板加热至高温的同时执行改质操作和去除操作来执行工艺以增加蚀刻速率。改质操作是其中原料气体在由硅形成的基板的表面上吸附和反应使得表面特性改变的操作。去除操作是离子化的惰性气体(等离子体离子)对基板表面施加物理冲击以去除表面原子层的操作。
图1和图2是揭示脉冲激光照射引起的基板的温度变化的曲线图。
在原子层蚀刻工艺中有热原子层蚀刻工艺(thermal atomic layer etching,thermal ALE)和等离子增强原子层蚀刻工艺(plasma-enhanced atomic layer etching,PE ALE)。热原子层蚀刻工艺是通过热吸附方法执行的，该方法利用处理室内的热量诱导来源气体和多个基板表面原子之间的反应。
在热原子层蚀刻工艺中，脉冲激光被用作快速热源来加热所述基板。以此方式，通过在热原子层蚀刻工艺中使用快速热源，可以缩短工艺时间并且可以最小化器件损坏。
然而，适用于现有循环工艺的具有约500nm波长的脉冲激光由于短脉冲宽度而不能将基板快速加热至高处理温度。具体而言，当从激光振荡器照射脉冲激光时，由于脉冲激光的脉冲宽度非常短，因此脉冲激光会被重复地照向基板。如图1和图2所揭示，脉冲激光(具有短脉冲宽度)的照射与脉冲激光的下一次照射之间存在有时间间隔。因此，在不进行脉冲激光照射的时间间隔内，基板中可能发生冷却，从而，基板不能在短时间内，即在一定时间的毫秒(～ms)和微秒(～us)内被加热到适当的温度。
同时，为了改善这一点，已经提出通过在脉冲激光的照射和下一次脉冲激光的照射之间从另一个脉冲激光源(脉冲激光振荡器(pulsed laser oscillator))照射脉冲激光来连续照射脉冲激光的方法。然而，即使在这种方法中，除非脉冲激光的脉冲能量非常高(～1000J)，否则很难在适合循环过程的短时间将基板的温度快速升高到400℃或更高，其为该工艺的合适温度。即，即使脉冲激光器从两个或多个脉冲激光源连续照射，所有类型的激光器都是短脉冲宽度而不是长脉冲宽度的脉冲激光器，也不可能实现基板温度的快速上升。
图3绘示本公开的第一实施例的基板处理设备。
为了克服上述限制，本公开的基板处理设备被配置为用具有不同脉冲宽度的多个激光照射基板S以达到基板S待处理的温度。
具体而言，本公开的基板处理设备包括如图3所示的处理室100和激光照射单元200。
处理室100是具有处理空间的腔室，基板S在处理空间中被等离子体处理。作为代表性示例，处理室100可以用在等离子体蚀刻工艺中，在所述等离子体蚀刻工艺中基板S被等离子体蚀刻。此外，处理室100不受本发明限制，可用于包括等离子处理的工艺中，同时需要基板S的高温状态。具体地，处理室100可用于电容耦合等离子体(capacitively coupledplasma,CCP)腔室，以及这种电容耦合等离子体腔室可以应用于热原子层蚀刻(thermalALE)。
处理室100可以包括透明窗100a，从激光照射单元200照射的激光穿过透明窗100a。如果激光照射单元200设置在处理室100外部，则处理室100的一部分被透明窗100a代替，使得从激光照射单元200照射的激光穿过处理室100。
激光照射单元200用具有不同脉冲宽度的多个激光照射安置在基板支撑单元400上的基板S以加热基板S。举例而言，激光照射单元200可以包括第一照射单元210和第二照射单元220。
第一照射单元210以连续波(continuous wave,CW)激光照射基板S。CW激光器是连续发射激光的连续波激光器。也就是说，连续波激光具有不同于脉冲激光的脉冲宽度，具体地，从第一照射单元210发射的脉冲宽度比脉冲激光的脉冲宽度相对长。
第二照射单元220用脉冲激光照射基板S。脉冲激光是脉冲宽度极短的激光，是脉冲宽度非常短的超短激光。即，脉冲激光具有不同于连续波激光的脉冲宽度，具体地，从第二照射单元220发射的脉冲宽度相较于连续波激光的脉冲宽度较短。
图4是本公开中具有不同脉冲宽度的多个激光器的能量的曲线图。
具体地，第一照射单元210可以是使用连续波激光照射的激光二极管或光纤激光振荡器；第二照射单元220可以是使用脉冲激光照射的绿色激光振荡器。
参照附图，第一照射单元210可以是激光二极管(laser diode,LD)，其照射激光的波长范围大约为808nm至980nm，其可以以相对低的成本获得最大脉冲能量。或者，第一照射单元210可以是照射具有大约1070nm波长的激光的光纤激光振荡器。
此外，第二照射单元220可以是使用大约500nm波长的激光进行照射的绿色激光振荡器。
图5是本公开中由具有不同脉冲宽度的多个激光器加热的基板的温度的曲线图。
参见附图，第一照射单元210的连续波激光器用于将基板S预热至400℃或更高，此温度为合适的处理温度，即，预热处理。此外，第二照射单元220的脉冲激光用于将由第一照射单元210的连续波激光预热或已经预热的基板S的温度升高到峰值温度(400℃或更高)。因此，与仅使用脉冲激光的传统方法相比，基板S的整个表面可以在非常快的时间(～ms)(毫秒尺度)内被加热到400℃或更高，如图中所示。
这里，例如，可以控制激光照射单元200进行操作，使得具有不同脉冲宽度的多个激光照射重叠一定时间。具体地，可以控制第一照射单元210和第二照射单元220操作，使得连续波激光和脉冲激光照射彼此重叠一定时间。
此外，作为另一示例，可以控制激光照射单元200进行操作，使得顺序地照射具有不同脉冲宽度的多个激光。具体地，可以控制第一照射单元210和第二照射单元220进行操作，从而依次照射连续波激光和脉冲激光。
图6是本公开的第二实施例的基板处理设备的视图。
参照附图，在第二示例性实施例的基板处理设备中，与上述第一示例性实施例的基板处理设备相比，激光照射单元200可以另外设置在处理室100下方。
具体地，激光照射单元200可以设置在处理室100的上侧和下侧。设置在处理室100的上侧的激光照射单元200用激光照射基板S上表面。设置在处理室100下方的激光照射单元200用激光照射基板S的下表面。因此，基板S的温度可以在更快的时间内升高到合适的处理温度。
处理室100的上部和下部可以由透明窗100a形成，使得从激光照射单元200照射的激光从中穿过。也就是说，一个透明窗100a形成在处理室100的上部，设置在处理室100上方的激光照射单元200的激光穿过透明窗100a到达基板S的上表面。另外，在处理腔室100的下部形成另一透明窗100a，设置在处理腔室100下方的激光照射单元200的激光通过透明窗100a照射基板S的下表面。
此时，设置在处理室100下部的透明窗100a和基板S之间的基板支撑单元400可以由透明材料形成，使得通过透明窗100a的激光可以从中通过。
同时，激光照射单元200使用具有不同脉冲宽度的多个激光照射基板S以加热基板S。这样的激光照射单元200可以包括第一照射单元210和第二照射单元220，由于其细节已经在本公开的第一示例性实施例中进行了描述，所以将省略其详细描述。
图7绘示本公开的第三示例性实施例的基板处理设备。
参照附图，第三示例性实施例揭示的基板处理设备可以应用于热原子层蚀刻。
具体地，第三示例性实施例的基板处理装置包括处理室100、气体供气单元300、气体排放单元、基板支撑单元400和激光照射单元200。
处理室100是具有处理空间的腔室，基板S在处理空间中被等离子体处理。例如，处理室100可为电容耦合等离子体(capacitively coupled plasma,CCP)腔室。这种电容耦合等离子体腔室可应用于热原子层蚀刻。
供气单元300设置在处理室100内，并向处理室100供应处理气体。例如，供气单元300可以供应用于原子层蚀刻的来源气体(前驱体precursor)、蚀刻气体和吹扫气体到处理室100。尽管图中未绘示出，但气体排放单元可以形成在处理室100或供气单元300的一侧以排放由供气单元300供应的处理气体。
基板支撑单元400设置在处理室100中并支撑基板S。
本公开的等离子体产生单元包括上述供气单元300和基板支撑单元400。供气单元300和基板支撑单元400中的每一个都可以用作用于等离子体产生的电极。也就是说，供气单元300和基板支撑单元400用作电极以将供应到处理室100中的处理气体转变成等离子体状态。一个射频(RF)电源V可以安装在连接到基板支撑单元400的电源线L中。此外，在电源线L中的射频电源V上可以安装一个电容器(未绘示)，以形成相对于基板支撑单元400的自直流偏压(self-DC bias)，该支撑单元400是邻近射频电源V的一个电极。当电容器，即隔离电容器(blocking capacitor)，捕获(累积)通过的电子成为负电压，等离子体的正离子向基板S加速以提高蚀刻速率
此外，激光照射单元200使用具有不同脉冲宽度的多个激光照射基板S以使基板S达到可被处理的温度。这样的激光照射单元200可以包括例如第一照射单元210和第二照射单元220，并且由于其细节已经在上面的第一示例性实施例中进行了描述，因此这里将省略对其的描述。
同时，激光照射单元200设置在处理室100上方以用激光照射基板S的上表面，并且处理室100可以具有由透明窗100a形成的上部，使得从激光照射单元200照射的激光从中穿过。
此外，设置在处理室100上部的透明窗100a和基板S之间的供气单元300可以由透明材料形成，使得穿过透明窗100a的激光可以从中穿过.
图8是本公开的示例性实施例的基板处理方法的流程图。
参照附图，本公开的基板处理方法包括基板加热操作(S 100)和基板处理操作(S200)。
基板加热操作(S 100)是使用具有不同脉冲宽度的多个激光照射基板以加热基板使得基板达到等离子体处理温度的操作。
例如，基板加热操作(S 100)可以包括第一照射操作(S 110)和第二照射操作(S120)。第一照射操作(S 110)是用连续波激光照射基板以预热基板的操作。第二照射操作(S120)是用脉冲激光照射基板的操作。
CW激光器是一种连续波激光器，其中的激光器是连续发射的，而脉冲激光器是一种脉冲宽度极短的激光器，是一种脉冲宽度极短的超短激光器。连续波激光器用于将基板预热至400℃或更高的状态，其为等离子体处理工艺的合适温度，即，进行预热处理。脉冲激光用于将被第一照射单元210的连续波激光预热或已经预热的基板S的温度升高到峰值温度(400℃或更高)。因此，与仅使用脉冲激光的传统方法相比，基板S的整个表面可以在非常快的时间(～ms)(毫秒尺度)内被加热到400℃或更高，如图中所示。
在基板加热操作(S 100)中，例如，具有不同脉冲宽度的多个激光可以照射重叠一定时间。在另一个实施例中，在基板加热操作(S 100)中，具有不同脉冲宽度的多个激光可以依次照射。
接下来，执行基板处理操作(S200)。基板处理操作(S200)是对基板进行等离子体处理的操作。作为一个代表性的实施例，基板处理操作(S200)是对基板进行等离子体蚀刻的操作。此外，基板处理操作(S200)不受本公开内容的限制，可以包括等离子体处理的工艺，同时需要基板S的高温状态，例如，等离子体沉积。
根据本公开的基板处理设备和基板处理方法被配置为通过使用具有不同脉冲宽度的多个激光照射基板来加热基板，以使得基材的整个区域可以在短时间内达到等离子体处理的适当温度。
虽然上面已经说明和描述了示例性示例性实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的范围的情况下可以进行修改和变化。

Claims (20)

1.一种基板处理设备，其特征在于，包括：
处理室，具有处理空间，基板在所述处理空间中被等离子体处理；以及
激光照射单元，用具有不同脉冲宽度的多个激光照射所述基板以加热所述基板，以使所述基板达到被等离子体处理的温度。
2.如权利要求1所述的基板处理设备，其特征在于，所述激光照射单元被控制以进行操作，使得所述具有不同脉冲宽度的多个激光照射重叠一定时间。
3.如权利要求1所述的基板处理设备，其特征在于，所述激光照射单元被控制以进行操作，使得所述具有不同脉冲宽度的多个激光依次照射。
4.如权利要求1所述的基板处理设备，其特征在于，
所述激光照射单元包括：
第一照射单元，以连续波激光照射所述基板以预热所述基板；以及
第二照射单元，以脉冲激光照射所述基板。
5.如权利要求4所述的基板处理设备，其特征在于，所述第一照射单元和所述第二照射单元被控制以进行操作，使得所述连续波激光和所述脉冲激光照射重叠一定时间。
6.如权利要求4所述的基板处理设备，其特征在于，所述第一照射单元和所述第二照射单元被控制以进行操作，使得所述连续波激光和所述脉冲激光依次照射。
7.如权利要求4所述的基板处理设备，其特征在于，所述第一照射单元为激光二极管或光纤激光振荡器，所述第二照射单元为绿色激光振荡器。
8.如权利要求1所述的基板处理设备，其特征在于，所述激光照射单元设置在所述处理室的外部，并且所述处理室包括透明窗，从所述激光照射单元照射的所述激光穿过所述透明窗。
9.如权利要求8所述的基板处理设备，其特征在于，
所述激光照射单元被设置在所述处理室的上部和下部以用激光照射所述基板的上表面和下表面；
所述处理室的所述上部和所述下部均由所述透明窗形成，使得从所述激光照射单元照射的所述激光从中穿过；以及
设置在所述处理室的所述下部的所述透明窗和所述基板之间的基板支撑单元由透明材料形成，使得通过所述透明窗的所述激光从中穿过。
10.如权利要求1所述的基板处理设备，还包括：
等离子体产生单元，安装在所述处理室中并在所述处理空间中产生等离子；
其中，所述等离子体产生单元包括：
供气单元，设置在所述处理室中，向所述处理室供应处理气体，并用作等离子体产生电极；以及
基板支撑单元，设置在所述处理室中以支撑所述基板并用作等离子体产生电极。
11.一种基板处理设备，包括：
处理室，具有处理空间，基板在所述处理空间中被等离子体处理；
供气单元，设置在所述处理室中，向所述处理室供应处理气体，并用作等离子体产生电极；
气体排放单元，形成在所述处理室或所述供气单元的一侧；
基板支撑单元，设置在所述处理室中以支撑所述基板并用作等离子体产生电极；以及
激光照射单元，用具有不同脉冲宽度的多个激光照射所述基板以加热所述基板，以使所述基板达到被等离子体处理的温度。
12.如权利要求11所述的基板处理设备，其特征在于，
所述激光照射单元包括：
第一照射单元，以连续波激光照射所述基板以预热所述基板；以及
第二照射单元，以脉冲激光照射所述基板。
13.如权利要求12所述的基板处理设备，其特征在于，所述第一照射单元和所述第二照射单元被控制以进行操作，使得所述连续波激光和所述脉冲激光照射重叠一定时间。
14.如权利要求12所述的基板处理设备，其特征在于，所述第一照射单元和所述第二照射单元被控制以进行操作，使得所述连续波激光和所述脉冲激光依次照射。
15.如权利要求12所述的基板处理设备，其特征在于，所述第一照射单元为激光二极管或光纤激光振荡器，所述第二照射单元为绿色激光振荡器。
16.如权利要求11所述的基板处理设备，其特征在于，
所述激光照射单元设置在所述处理室的上部并且用激光照射所述基板的上表面；
所述处理室的上部由透明窗形成，使得从所述激光照射单元照射的所述激光从中穿过；以及
供气单元设置于所述透明窗与所述基板之间，由透明材料形成，使得通过所述透明窗的所述激光从中穿过。
17.一种基板处理方法，其特征在于，包括：
基板加热操作，用具有不同脉冲宽度的多个激光照射基板以将所述基板加热到所述基板被等离子体处理的温度；以及
基板处理操作，对所述基板进行等离子体处理。
18.如权利要求17所述的基板处理方法，其特征在于，在所述基板加热操作中，所述具有不同脉冲宽度的多个激光照射重叠一定时间。
19.如权利要求17所述的基板处理方法，其特征在于，在所述基板加热操作中，所述具有不同脉冲宽度的多个激光依次照射。
20.如权利要求17所述的基板处理方法，其中
所述基板加热操作包括：
第一照射操作，以连续波激光照射所述基板以预热所述基板；以及
第二照射操作，以脉冲激光照射所述基板。
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