TW201301389A - 用以處理基板之裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用以處理一基板之裝置。該用以處理一基板之裝置可包含：一製程腔室，其具有形成於其中之一空間；一卡盤，其定位於該製程腔室中且支撐一基板；一供氣單元，其將反應氣體供應至該製程腔室中；一上部電極，其定位於該卡盤上方且向該反應氣體施加高頻功率；及一加熱器，其安裝於該上部電極中且對該上部電極加熱。

Description

用以處理基板之裝置
本文所揭示之本發明係關於一種用以處理基板之裝置，且更特定而言，係關於一種藉由使用電漿來處理基板之裝置。
電漿係在非常高之溫度產生或由強電場或射頻(RF)電磁場產生，且表示為由離子、電子或原子團形成之離子化氣態。在半導體器件製造製程中，藉由使用電漿來執行蝕刻製程。該蝕刻製程係藉由允許電漿中含有之離子微粒與基板碰撞來執行。
圖1為示出基板蝕刻速率之圖，其中藉由使用一般基板處理裝置執行蝕刻製程。參照圖1，在蝕刻製程開始之後，直至完成約五個基板之處理，蝕刻速率才達到基蝕刻速率L。此意謂，在蝕刻製程開始之後，直至完成約五個基板之處理，製程氣體才得以充分激發。因此，由於需要預定時間來獲得接近基蝕刻速率L之蝕刻速率，故用以處理基板之總加工時間可能增加。又，由於在製程之初始階段所提供之基板之蝕刻速率未達到基蝕刻速率，故基板處理效率可能降低。
本發明提供一種用以處理基板之裝置，其能夠減少總加工時間。
本發明亦提供一種用以處理基板之裝置，其能夠防止以低於基蝕刻速率之蝕刻速率處理之基板的產生。
本發明之諸實施例提供用以處理基板之裝置，包含： 製程腔室，其具有形成於其中之空間；卡盤，其定位於該製程腔室中且支撐基板；供氣單元，其將反應氣體供應至該製程腔室中；上部電極，其定位於該卡盤上方且向該反應氣體施加高頻功率；及加熱器，其安裝於該上部電極中且對其加熱。
在一些實施例中，用以處理基板之裝置可進一步包含分佈板，其定位於該上部電極下方且具有形成於其中的允許反應氣體通過之分佈孔。
在其他實施例中，加熱器可嵌入上部電極中。
在其他實施例中，用以處理基板之裝置可進一步包含：第一上部電源，其將第一頻率功率施加至上部電極；及第二上部電源，其將第二頻率功率施加至加熱器。該第二頻率可不同於該第一頻率。
在其他實施例中，用以處理基板之裝置可進一步包含第一頻率阻塞過濾器，其在第一上部電源與上部電極之間的區域中電氣連接至該第一上部電源和該上部電極，且阻止施加於該上部電極之第一頻率功率施加於該第一上部電源。
在其他實施例中，用以處理基板之裝置可進一步包含第二頻率阻塞過濾器，其在第二上部電源與加熱器之間的區域中電氣連接至該第二上部電源和該加熱器，且阻止施加於該加熱器之第二頻率功率施加於該第二上部電源。
在進一步實施例中，上部電極可包含：上部板，其電氣連接至第一上部電源；及下部板，其定位於該上部板下方，具有安裝於其中之加熱器，且具有形成於其中的供應製程氣體之供氣孔。
在進一步實施例中，下部板可包含：中心區域，其具有形成於其中之供氣孔；及邊緣區域，其環繞該中心區域，其中加熱器可提供在該邊緣區域中且可環繞該中心區域。
在進一步實施例中，第一頻率功率可具約13.56 MHz至約100 MHz之頻率範圍，且第二頻率功率可具約60 Hz之頻率。
在進一步實施例中，用以處理基板之裝置可進一步包含：下部電極，其安裝於卡盤中；第一下部電源，其產生與第一頻率功率相同之頻率功率；第二下部電源，其產生低於第一頻率功率之頻率功率；及匹配單元，其將自第一下部電源產生之頻率功率與自第二下部電源產生之頻率功率匹配，且向下部電極施加匹配後之頻率功率。
在進一步實施例中，第一下部電源可產生約100 MHz之頻率功率，且第二下部電源可產生約2 MHz之頻率功率。
附圖係包括以提供對本發明之進一步理解，且該等附圖已併入本說明書中且構成本說明書之一部分。圖式中圖示本發明之示例性實施例，且與說明書一起用以闡釋本發明之原理。
下文將參照附圖詳細描述根據本發明之較佳實施例的用以處理基板之裝置。此外，將省去關於熟知功能或配置之詳細描述，以避免不必要地混淆本發明之主題。
圖2顯示根據本發明之一實施例的用以處理基板之裝置的橫截面圖。
參照圖2，用以處理基板之裝置10產生電漿以處理基板W。用以處理基板之裝置10包含製程腔室100、卡盤 200、供氣單元300、電漿產生單元400及加熱單元500。
空間101形成於製程腔室100中。內部空間101係證明為用以在基板W上執行電漿製程處理之空間。基板W上之電漿處理包含蝕刻製程。排氣孔102形成在製程腔室100底部。排氣孔102連接至排氣管線121。可經由排氣管線121將製程期間產生之反應副產物及餘留在製程腔室100中之氣體排放至外部。製程腔室100之內部空間101藉由排氣過程減壓至預定壓力。
卡盤200定位於製程腔室100中。卡盤200支撐基板W。卡盤200包含藉由使用靜電力吸附及固定基板W之靜電卡盤200。靜電卡盤200包含介電板210、下部電極220、加熱器230、支撐板240及絕緣板270。
介電板210定位於靜電卡盤200之上端部分處。介電板210係提供於圓盤形介電物質中。將基板W安置於介電板210上。介電板210頂部之半徑小於基板W之半徑。因此，基板W之邊緣區域定位於介電板210外部。第一供應通道211形成於介電板210中。自介電板210之頂部至底部提供第一供應通道211。第一供應通道211彼此隔開且形成有複數個，且該等第一供應通道經提供為用以將熱傳遞媒質供應至基板W底部之路徑。
下部電極220及加熱器230係嵌入介電板210中。下部電極220定位於加熱器230上方。下部電極220連接至下部供電單元221。下部供電單元221向下部電極220施加功率。下部供電單元221包含兩個下部電源222及下部電源223以及匹配單元224。第一下部電源222及第二下部電源223產生不同大小之頻率功率。第一下部電源222可產 生高於第二下部電源224之頻率功率。第一下部電源222可產生約13.56 MHz至約100 MHz之範圍內的頻率功率，且第二下部電源223可產生約2 MHz之頻率功率。匹配單元224電氣連接至第一下部電源222及第二下部電源223，且使兩個不同大小之頻率功率匹配以施加至下部電極220。靜電力根據施加至下部電極222之功率作用於下部電極220與基板W之間，且基板W由靜電力吸附至介電板210上。
加熱器230電氣連接至外部電源(未圖示)。加熱器230藉由抵抗外部電源施加之電流來產生熱量。所產生之熱量經由介電板210傳遞至基板W。加熱器230所產生之熱量將基板W維持在預定溫度。加熱器230包含螺旋型線圈。加熱器230可以統一間距嵌入210介電板210中。
支撐板240定位於介電板下方。介電板210之底部與支撐板240之頂部可由黏合劑236黏合。支撐板240可以鋁材料提供。支撐板240之頂部可具有階躍高度以使得中心區域定位成高於邊緣區域。支撐板240之頂部之中心區域具有對應於介電板210之底部面積之面積，且與介電板210之底部接觸。第一循環通道241、第二循環通道242及第二供應通道243形成於支撐板240中。
提供第一循環通道241作為用以循環熱傳遞媒質之路徑。第一循環通道241可以螺旋形形成於支撐板240中。又，第一循環通道241可經配置以允許具有不同半徑之環形通道具有相同中心。各別第一循環通道241可彼此連通。該等第一循環通道241形成在相同高度。
提供第二循環通道242作為用以循環冷卻液之路徑。 第二循環通道242可以螺旋形形成於支撐板240中。又，第二循環通道242可經配置以允許具有不同半徑之環形通道具有相同中心。各別第二循環通道242可彼此連通。第二循環通道242可具有大於第一循環通道241之橫截面積的橫截面積。該等第二循環通道242形成在相同高度。第二循環通道242可定位於第一循環通道241下方。
第二供應通道243自第一循環通道241延伸至上方且提供於支撐板240上方。第二供應通道243係按與第一供應通道211之數量對應之數量提供，且在第一循環通道241與第一供應通道211之間進行連接。
第一循環通道241經由熱傳遞媒質供應管線251連接至熱傳遞媒質儲存單元252。熱傳遞媒質儲存單元252儲存熱傳遞媒質。該熱傳遞媒質包含惰性氣體。根據本發明之一實施例，該熱傳遞媒質包含氦(He)氣。He氣經由供應管線251供應至第一循環通道241，且藉由按順序通過第二供應通道243及第一供應通道211供應至基板W之底部。He氣用作媒質，其用以將自電漿傳遞之熱量傳遞至基板W再傳遞至靜電卡盤200。形成於靜電卡盤200處之靜電力吸附電漿中含有之離子微粒，使其移動至靜電卡盤200且在移動期間與基板W碰撞以執行蝕刻製程。在離子微粒與基板W之碰撞期間，在基板W中產生熱量。基板W中產生之熱量經由供應至基板W之底部與介電板210之頂部之間的空間的He氣傳遞至靜電卡盤200。因此，可將基板W維持於設定溫度。
第二循環通道242經由冷卻液供應管線261連接至冷卻液儲存單元262。冷卻液儲存單元262儲存該冷卻液。可 在冷卻液儲存單元262中提供冷卻器263。冷卻器263將該冷卻液冷卻至預定溫度。或者，可將冷卻器263安裝於冷卻液供應管線261處。經由冷卻液供應管線261供應至第二循環通道242之冷卻液沿第二循環通道242循環且冷卻支撐板240。支撐板240之冷卻藉由將介電板210與基板W一起冷卻來將基板W維持於預定溫度。
絕緣板270係提供於支撐板240下方。絕緣板270係以與支撐板240之尺寸對應之尺寸提供。絕緣板270定位於支撐板240與腔室100之底部之間。絕緣板270係以絕緣材料提供，且在支撐板240與腔室100之間進行電氣絕緣。
聚焦環280係安置於靜電卡盤200之邊緣區域處。聚焦環200具有環形形狀且沿介電板210之圓周安置。聚焦環280之頂部可具有階躍高度以使得外部280a高於內部280b。聚焦環280頂部之內部280b定位成與介電板210之頂部處於同一高度。聚焦環280頂部之內部280b支撐定位於介電板210外之基板W之邊緣區域。提供聚焦環280之外部280a，以使其環繞基板W之邊緣區域。聚焦環280擴大電場形成區域，以使得基板W定位於其中形成有電漿之區域中心。因此，電漿均勻地形成於基板W之整個區域上，從而可均勻地蝕刻基板W之每個區域。
供氣單元300將製程氣體供應至製程腔室100。供氣單元300包含氣體儲存單元310、供氣管線320及進氣口330。供氣管線320在氣體儲存單元310與進氣口330之間進行連接，且將儲存於氣體儲存單元310中之製程氣體供應至進氣口330。進氣口330連接至供氣孔412，該等供氣孔形 成於上部電極410中。
電漿產生單元400激發餘留於製程腔室100中之製程氣體。電漿產生單元400包含上部電極410、分佈板420及上部供電單元440。
上部電極410係以圓盤形提供且定位於靜電卡盤200上方。上部電極410包含上部板410a及下部板410b。上部板410a係以圓盤形提供。上部板410a電氣連接至第一上部電源441。上部板410a將自第一上部電源441產生之高頻功率施加至餘留於製程腔室100中之製程氣體以激發該製程氣體。該製程氣體受激發以轉變成電漿狀態。上部板410a之底部具有階躍高度，以使得中心區域定位成高於邊緣區域。供氣孔412形成於上部板410a之中心區域中。供氣孔412連接至進氣口330且將製程氣體供應至緩衝空間414。冷卻通道411可形成於上部板410a中。冷卻通道411可形成為螺旋形狀。又，冷卻通道411可經配置以允許具有不同半徑之環形通道具有相同中心。冷卻通道411經由冷卻液供應管線431連接至冷卻液儲存單元432。冷卻液儲存單元432儲存該冷卻液。儲存於冷卻液儲存單元432中之冷卻液經由冷卻液供應管線431供應至冷卻通道411。該冷卻液在冷卻通道411中循環且冷卻上部板410a。
下部板410b定位於上部板410a下方。下部板410b係以與上部板410a之尺寸對應之尺寸提供，且該下部板410b經定位以面對上部板410a。下部板410b之頂部具有階躍高度，以使得中心區域定位成低於邊緣區域。下部板410b之頂部與上部板410a之底部彼此結合以形成緩衝空間414。提供該緩衝空間414作為經由供氣孔412供應之氣體在被 供應至製程腔室100之前暫時留於其中之空間。供氣孔413形成於下部板410b之中心區域中。供氣孔413隔開恆定間隔且形成有複數個。供氣孔413連接至緩衝空間414。
分佈板420定位於下部板410b下方。分佈板420係以圓盤形提供。分佈孔421形成於分佈板420中。自分佈板420之頂部至其底部提供分佈孔421。分佈孔421係以與供氣孔413之數量對應之數量提供，且該等分佈孔421定位於與供氣孔413所定位之位置對應之位置處。餘留於緩衝空間414中之製程氣體經由供氣孔413及分佈孔421均勻地供應至製程腔室100中。
上部供電單元440將高頻功率施加至上部板410a。上部供電單元440包含第一上部電源441及過濾器442。第一上部電源441電氣連接至上部板410a且產生高頻功率。第一上部電源441產生第一頻率功率。第一上部電源441可產生與第一下部電源222相同之頻率功率。第一上部電源441可產生約13.56 MHz至約100 MHz之範圍內的頻率功率。
過濾器442在第一上部電源441與上部板410a之間的區域中電氣連接至第一上部電源441及上部板410a。過濾器442中通過第一頻率功率以使自第一上部電源441產生之第一頻率功率得以施加至上部板410a。過濾器442阻擋施加於上部板410a之第一頻率功率傳遞至第一上部電源441。過濾器442包含高通濾波器。
加熱單元500加熱下部板410b。加熱單元500包含加熱器510、第二上部電源520及過濾器530。加熱器510安裝於下部板410b中。可將加熱器510提供於下部板410b 之邊緣區域中。加熱器510包含加熱線圈且可提供以環繞下部板410b之中心區域。第二上部電源520電氣連接至加熱器510。第二上部電源520產生第二頻率功率。該第二頻率功率不同於第一頻率功率。該第二頻率功率可提供在低於第一頻率功率之頻率的頻率。該第二頻率功率可具約60 Hz之頻率。第二上部電源520可產生直流電力。又，第二上部電源520可產生交流電力。將自第二上部電源520產生之第二頻率功率施加至加熱器510，且加熱器510藉由抵抗所施加之電流產生熱量。自加熱器510產生之熱量加熱下部板410b，且受加熱之下部板410b將定位於其下方之分佈板420加熱至預定溫度。下部板410b可經加熱至約60℃至約300℃之溫度範圍。
過濾器530在第二上部電源520與加熱器510之間的區域中電氣連接至第二上部電源520及加熱器510。過濾器530中通過第二頻率功率以使自第二上部電源520產生之第二頻率功率得以施加至加熱器510。過濾器530阻擋施加於加熱器510之第二頻率功率傳遞至第二上部電源520。過濾器530包含低通濾波器。
圖4為展示藉由使用根據本發明之實施例的用以處理基板之裝置處理的基板之蝕刻速率的圖。
參照圖4，將基板順序地提供至電漿蝕刻製程。由於藉由使用本發明之用以處理基板之裝置蝕刻基板，使得最先提供至蝕刻製程之基板及此後提供之基板的蝕刻速率接近基蝕刻速率L。此結果之原因在於由於下部板410b及分佈板420由自加熱器510產生之熱量快速加熱至預定溫度，故餘留於製程腔室100中之製程氣體在該製程之初始階段 得到活躍激發。因此，由於本發明之蝕刻速率在蝕刻製程開始之後即達到基蝕刻速率，故不需要額外時間以使蝕刻速率達到基蝕刻速率。因此，不僅減少總加工時間，而且亦可防止產生以低於基蝕刻速率之基蝕速率處理之基板。
根據本發明，由於不需要額外加工時間以使基板處理達到基蝕刻速率，故總加工時間可得以減少。
又，根據本發明，在蝕刻製程之初始期提供的基板之蝕刻速率可達到基蝕刻速率。
雖然已參照本發明之示例性實施例對本發明進行詳細展示及描述，但是一般熟習此項技術者將瞭解，在不偏離由以下申請專利範圍界定之本發明之精神及範疇的情況下，可對本發明作出形式及細節上之各種改變。該等示例性實施例應僅視作描述性而非用於限制目的。因此，本發明之範疇並非由本發明之詳細描述界定，而由隨附申請專利範圍界定，且該範疇內之所有區別將被解釋為被包含於本發明概念中。
W‧‧‧基板
10‧‧‧裝置
100‧‧‧製程腔室/腔室
101‧‧‧內部空間
102‧‧‧排氣孔
121‧‧‧排氣管線
200‧‧‧卡盤/靜電卡盤
210‧‧‧介電板
211‧‧‧第一供應通道
220‧‧‧下部電極
221‧‧‧下部供電單元
222‧‧‧第一下部電源
223‧‧‧第二下部電源
224‧‧‧匹配單元
230‧‧‧加熱器
236‧‧‧黏合劑
240‧‧‧支撐板
241‧‧‧第一循環通道
242‧‧‧第二循環通道
243‧‧‧第二供應通道
251‧‧‧熱傳遞媒質供應管線
252‧‧‧熱傳遞媒質儲存單元
261‧‧‧冷卻液供應管線
262‧‧‧冷卻液儲存單元
263‧‧‧冷卻器
270‧‧‧絕緣板
280‧‧‧聚焦環
280a‧‧‧聚焦環外部
280b‧‧‧聚焦環內部
300‧‧‧供氣單元
310‧‧‧氣體儲存單元
320‧‧‧供氣管線
330‧‧‧進氣口
400‧‧‧電漿產生單元
410‧‧‧上部電極
410a‧‧‧上部板
410b‧‧‧下部板
411‧‧‧冷卻通道
412‧‧‧供氣孔
413‧‧‧供氣孔
414‧‧‧緩衝空間
420‧‧‧分佈板
421‧‧‧分佈孔
431‧‧‧冷卻液供應管線
432‧‧‧冷卻液儲存單元
440‧‧‧上部供電單元
441‧‧‧第一上部電源
442‧‧‧過濾器
500‧‧‧加熱單元
510‧‧‧加熱器
520‧‧‧第二上部電源
530‧‧‧過濾器
圖1為展示基板之蝕刻速率之圖，其中藉由使用一般基板處理裝置執行蝕刻製程。
圖2為示出根據本發明之一實施例的用以處理基板之裝置的橫截面圖。
圖3為示出根據本發明之另一實施例的用以處理基板之裝置的橫截面圖。
圖4為藉由使用根據本發明之實施例的用以處理基板之裝置處理的基板之蝕刻速率的圖。
10‧‧‧裝置
100‧‧‧製程腔室/腔室
101‧‧‧內部空間
102‧‧‧排氣孔
121‧‧‧排氣管線
200‧‧‧卡盤/靜電卡盤
210‧‧‧介電板
211‧‧‧第一供應通道
220‧‧‧下部電極
221‧‧‧下部供電單元
222‧‧‧第一下部電源
223‧‧‧第二下部電源
224‧‧‧匹配單元
230‧‧‧加熱器
236‧‧‧黏合劑
240‧‧‧支撐板
241‧‧‧第一循環通道
242‧‧‧第二循環通道
243‧‧‧第二供應通道
251‧‧‧熱傳遞媒質供應管線
252‧‧‧熱傳遞媒質儲存單元
261‧‧‧冷卻液供應管線
262‧‧‧冷卻液儲存單元
263‧‧‧冷卻器
270‧‧‧絕緣板
280‧‧‧聚焦環
280a‧‧‧聚焦環外部
280b‧‧‧聚焦環內部
300‧‧‧供氣單元
310‧‧‧氣體儲存單元
320‧‧‧供氣管線
330‧‧‧進氣口
400‧‧‧電漿產生單元
410‧‧‧上部電極
410a‧‧‧上部板
410b‧‧‧下部板
411‧‧‧冷卻通道
412‧‧‧供氣孔
413‧‧‧供氣孔
414‧‧‧緩衝空間
420‧‧‧分佈板
421‧‧‧分佈孔
431‧‧‧冷卻液供應管線
432‧‧‧冷卻液儲存單元
440‧‧‧上部供電單元
441‧‧‧第一上部電源
442‧‧‧過濾器
500‧‧‧加熱單元
510‧‧‧加熱器
520‧‧‧第二上部電源
530‧‧‧過濾器

Claims (12)

  1. 一種用以處理基板之裝置，包括：一製程腔室，其具有形成於其中之一空間；一卡盤，其定位於該製程腔室中且支撐一基板；一供氣單元，其將反應氣體供應至該製程腔室中；一上部電極，其定位於該卡盤上方且向該反應氣體施加高頻功率；及一加熱器，其安裝於該上部電極中且對該上部電極加熱。
  2. 如申請專利範圍第1項之用以處理基板之裝置，進一步包括一分佈板，其定位於該上部電極下方且具有形成於其中的允許該反應氣體通過之分佈孔。
  3. 如申請專利範圍第1項之用以處理基板之裝置，其中該加熱器嵌入該上部電極中。
  4. 如申請專利範圍第1項之用以處理基板之裝置，進一步包括：一第一上部電源，其將一第一頻率功率施加至該上部電極；及一第二上部電源，其將一第二頻率功率施加至該加熱器。
  5. 如申請專利範圍第4項之用以處理基板之裝置，進一步包括一第一頻率阻塞過濾器，其在該第一上部電源與該上部電極之間的一區域中電氣連接至該第一上部電源及該上部電極，且阻擋施加於該上部電極之該第一頻率功率施加於該第一上部電源。
  6. 如申請專利範圍第4項之用以處理基板之裝置，其中該第二頻率不同於該第一頻率。
  7. 如申請專利範圍第4項之用以處理基板之裝置，進一步包括 一第二頻率阻塞過濾器，其在該第二上部電源與該加熱器之間的一區域中電氣連接至該第二上部電源及該加熱器，且阻擋施加於該加熱器之該第二頻率功率施加於該第二上部電源。
  8. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項之用以處理基板之裝置，其中該上部電極包括：一上部板，其電氣連接至該第一上部電源；及一下部板，其定位於該上部板下方，具有安裝於其中之該加熱器，且具有形成於其中的供應製程氣體之供氣孔。
  9. 如申請專利範圍第8項之用以處理基板之裝置，其中該下部板包括：一中心區域，其具有形成於其中之該等供氣孔；及一邊緣區域，其環繞該中心區域，其中該加熱器提供在該邊緣區域中且環繞該中心區域。
  10. 如申請專利範圍第3項至第7項中任一項之用以處理基板之裝置，其中該第一頻率功率具有約13.56 MHz至約100 MHz之一頻率範圍，且該第二頻率功率具有約60 Hz之一頻率。
  11. 如申請專利範圍第3項至第7項中任一項之用以處理基板之裝置，進一步包括：一下部電極，其安裝於該卡盤中；一第一下部電源，其產生與該第一頻率功率相同之頻率功率；一第二下部電源，其產生低於該第一頻率功率之一頻率功率；及一匹配單元，其將自該第一下部電源產生之該頻率功率與自該第二下部電源產生之該頻率功率匹配，且向該下部電極施 加該匹配後之頻率功率。
  12. 如申請專利範圍第11項之用以處理基板之裝置，其中該第一下部電源產生約100 MHz之一頻率功率，且該第二下部電源產生約2 MHz之一頻率功率。
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