基板处理装置和方法

技术领域

本发明涉及一种基板处理装置及方法。

背景技术

在制造半导体装置或显示装置时，可以使用利用等离子体的基板处理工艺。利用等离子体的基板处理工艺根据生成等离子体的方式分为电容耦合等离子体(CCP：Capacitively Coupled Plasma)方式、电感耦合等离子体(ICP：Inductively CoupledPlasma)方式、经两者混合的方式等。

发明内容

解决的技术问题

然而，为了相对于氧化物(例如，SiO

本发明要实现的技术目的在于，提供一种提升等离子体稳定性及工艺重复性的、利用等离子体的基板处理装置。

本发明要实现的另一技术目的在于，提供一种提升等离子体稳定性及工艺重复性的、利用等离子体的基板处理方法。

本发明的目的不限于上述目的，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目的。

问题的解决方法

为实现上述技术目的的、根据本发明的基板处理方法的一方面包括：提供基板处理装置，基板处理装置包括等离子体生成区域和与等离子体生成区域分隔开的处理区域；在处理区域中布置包括硅层和氧化物层的基板；在不经过等离子体生成区域的情况下，向处理区域提供氢基气体，从而在处理区域中形成氢气氛；通过向等离子体生成区域提供氟基气体来生成等离子体；以及将所生成的等离子体提供到处理区域，以相对于氧化物层选择性地去除硅层。

另外，可以在生成等离子体的阶段、在选择性地去除硅层的阶段、以及在去除硅层之后的预定时间段期间，不经过等离子体生成区域而向处理区域提供氢基气体。

其中，在形成氢气氛的阶段、在生成等离子体的阶段、在选择性地去除硅层的阶段、以及在去除硅层之后的预定时间段期间，所提供的氢基气体的流量可以是恒定的。

另外，选择性地去除硅层可以包括：在第一处理阶段，以第一流量提供氢基气体；以及在第一处理阶段之后的第二处理阶段，以大于第一流量的第二流量提供氢基气体。

另外，在形成氢气氛的阶段以及在生成等离子体的阶段，可以以第一流量提供氢基气体。

另外，氢基气体可以包括氢或氨，且氟基气体可以包括三氟化氮或四氟化碳。

为实现本发明另一技术目的的、根据本发明的基板处理装置的一方面包括：等离子体生成模块，其包括等离子体生成区域和用于向等离子体生成区域提供第一气体的第一气体提供单元，并且等离子体生成模块使用第一气体在等离子体生成区域内生成等离子体；处理区域，其与等离子体生成区域分隔开并用于处理基板；支承模块，其布置在处理区域内，并用于支承基板；以及第二气体提供单元，其在由等离子体生成模块生成等离子体之前的第一时间段期间、在使用由等离子体生成模块生成的等离子体来处理基板的处理阶段、以及在结束对基板的处理之后的第二时间段期间，不经过等离子体生成区域而向处理区域提供第二气体。

第一气体可以是氟基气体，且第二气体可以是氢基气体。

基板可以包括硅层和氧化物层，并且硅层可以所生成的等离子体而相对于氧化物层选择性地被去除。

在生成等离子体之前的第一时间段期间、在使用由等离子体生成模块生成的等离子体来处理基板的处理阶段、以及在结束对基板的处理之后的第二时间段期间，由第二气体提供单元提供的第二气体的流量可以是恒定的。

等离子体生成模块可以通过电容耦合等离子体(CCP；Capacitively CoupledPlasma)方式或电感耦合等离子体(ICP；Inductively Coupled Plasma)方式生成等离子体。

第二气体提供单元可以包括向处理区域提供第二气体的气体喷射构件，并且在处理基板的处理阶段，气体喷射构件的温度和支承模块的温度可以彼此相同。

在处理基板的处理阶段，支承模块的温度可以为100℃以上。

为实现本发明另一技术目的的、本发明的基板处理装置的另一方面包括：等离子体生成区域；处理区域，其与等离子体生成区域分隔开；支承模块，其布置在处理区域内，并用于支承基板；第一气体提供单元，向等离子体生成区域提供用于生成等离子体的氟基气体；以及第二气体提供单元，在不经过等离子体生成区域的情况下，向处理区域提供氢基气体，其中，支承模块上布置有包括硅层和氧化物层的基板，第二气体提供单元通过向处理区域提供氢基气体而在处理区域中形成氢气氛，第一气体提供单元通过向等离子体生成区域提供氟基气体来生成等离子体，且硅层通过所生成的等离子体被提供到处理区域而相对于氧化物层选择性地被去除。

其中，在生成等离子体的阶段、在选择性地去除硅层的阶段、以及在去除硅层之后的预定时间段期间，第二气体提供单元在不经过等离子体生成区域的情况下向处理区域提供氢基气体。

其他实施例的具体细节包含在详细的说明及附图中。

附图说明

图1是用于说明根据本发明的一些实施例的基板处理装置的概念图。

图2是用于说明根据本发明的一些实施例的基板处理方法的流程图。

图3是用于说明提供氢基气体的方法的一示例的图。

图4是用于说明形成有氧化物层和硅层的基板的示例图。

图5是用于说明提供氢基气体的方法的另一示例的图。

图6是用于说明根据本发明的一实施例的基板处理装置的图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施方式。参考结合附图在下文详细叙述的实施方式，本发明的优点和特征以及实现优点和特征的方法将变得明确。然而，本发明并不受限于在下文中公布的实施方式，而是可以以各种不同的形式实现，并且本实施方式仅是为了使本发明的公开内容完整并向本发明所属技术领域的普通技术人员完整告知发明的范围而提供的，并且本发明仅由权利要求的范围限定。在整个说明书中，相同的参考标号指代相同的构成要素。

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，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、第二等来叙述各种元件、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。这些术语仅是用于将一个元件、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。

本说明书中使用的术语是用于描述实施方式的，而不是旨在限制本发明。在本说明书中，除非句子中特别说明，否则单数形式还包括复数形式。说明书中使用的“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”表示包括所提到的构成要素、步骤、操作和/或元件，而不排除一个以上的其他构成要素、步骤、操作和/或元件的存在或添加。

除非另有定义，否则本说明书中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)可以被用作本发明所属技术领域的普通技术人员通常可以理解的含义。此外，除非明确特别地进行定义，否则在通常使用的字典中定义的术语不应以理想化或过度地进行解释。

在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施方式，并且在参考附图进行描述时，与附图标号无关地，相同或对应的构成要素给予相同的参考标号，并省略对其的重复描述。

图1是用于说明根据本发明的一些实施例的基板处理装置的概念图。

参照图1，根据本发明的一些实施例的基板处理装置包括等离子体生成模块110，且等离子体生成模块110可以包括等离子体生成区域101、第一气体提供单元130等。此外，基板处理装置还可以包括处理区域102、支承模块90和第二气体提供单元120。

第一气体提供单元130将用于生成等离子体的第一气体提供到等离子体生成区域101。例如，第一气体可以是氟基气体(例如，包括三氟化氮或四氟化碳)。如下所述，氟基气体可以用于去除(蚀刻、清洗等)硅层。第一气体可以根据工艺类型(例如，被蚀刻物质、蚀刻剖面的形态等)而变化。

此外，惰性气体(inert gas)可以与第一气体一起提供到等离子体生成区域101。例如，惰性气体可以包括Ar、He。

虽然在图1中未明确示出，但是等离子体生成模块110可以通过电容耦合等离子体(CCP：Capacitively Coupled Plasma)方式或电感耦合等离子体(ICP：InductivelyCoupled Plasma)方式生成等离子体。

当以CCP方法生成等离子体时，例如，连接到射频(RF)电源的上部电极和连接到接地端的下部电极之间的区域可以是等离子体生成区域101。可以通过使用在上部电极和下部电极之间形成的电场将第一气体电离为等离子体。

当以ICP方式生成等离子体时，例如，通过连接到高频电源的天线(或线圈)在等离子体生成区域101中形成感应电场，并利用该感应电场将第一气体电离为等离子体。

特别地，等离子体生成区域101与处理区域102彼此分隔开。即，等离子体生成模块110可以是远程等离子体方式。虽然未单独示出，但例如，在等离子体生成区域101和处理区域102之间可以布置有气体喷射构件(即，喷头)122。在气体喷射构件122上设置有第一孔(通孔)，使得等离子体中的一部分(具体地，自由基物质或未带电的中性物质)可以从等离子体生成区域101移动到处理区域102。

支承模块90设置在处理区域102中以支承基板W。支承模块90可以以各种方式实现，例如静电卡盘(ESC；Electro-Static Chuck)、机械卡盘、真空卡盘等。基板W可以包括硅层和氧化物层(参照图4)。

在处理区域102中，可以执行蚀刻工艺或清洗工艺，但不限于此。即，在处理区域102中，可以使用任何使用等离子体的工艺。

第二气体提供单元120在不经过等离子体生成区域101的情况下向处理区域102提供第二气体。例如，在气体喷射构件122上设置有用于提供第二气体的第二孔。第二气体通过气体喷射构件122的第二孔直接被提供到处理区域102。例如，第二气体可以是氢基气体(例如，包括氢或氨)。

通过调节氢基气体的量，可以调节硅层和氧化物层之间的蚀刻选择比或蚀刻速度。具体地，氢基气体用于控制氟基的水平。氢基气体的氢成分与氟自由基化学结合而生成氟化氢(HF)，且氟化气被排出到腔室外部。随着氢基气体的流量增加，相对于氧化物层，可以选择性地去除更多的硅层。当氢基气体的流量为一定流量(例如，1000sccm)以上时，硅层继续被蚀刻，而氧化物层可能不再被蚀刻。

另外，氢基气体还起到钝化(passivation)氧化物层的作用。即，氢基气体与氧化物层部分结合，从而难以使氟基与氧化物层接触。因此，当氢基气体的流量增加时，氧化物层不能被很好地蚀刻。

如上所述，通过调节氢基气体的流量，可以稳定地调节硅层和氧化物层之间的蚀刻选择比。

图2是用于说明根据本发明的一些实施例的基板处理方法的流程图。图3是用于说明提供氢基气体的方法的一示例的图。图4是用于说明形成有氧化物层和硅层的基板的图。图4中示出的氧化物层和硅层的布置仅是示例，并且本发明的范围不限于此。

首先，提供基板处理装置，所述基板处理装置包括等离子体生成区域(见图1的101)和与等离子体生成区域101分隔开的处理区域(见图1的102)。

参照图1和图2，首先，在处理区域102内，在支承模块90上布置包括硅层和氧化物层的基板W(S5)。例如，如图4所示，基板W可以是在下部层201上暴露硅层220和氧化物层210的形态。下部层201可以包括Si、SiGe、SiO

然后，在操作S10中，在不经过等离子体生成区域101的情况下，将氢基气体提供到处理区域102，从而在处理区域102中形成氢气氛。

具体地，氢基气体(例如，氢气)可以通过气体喷射构件122的第二孔提供到处理区域102。在气体喷射构件122上可以设置有加热器，且气体喷射构件122通过加热器可以保持预定温度(例如，100℃以上，优选为100℃至200℃)。此外，支承模块90的温度可以是预定温度(例如，100℃以上，优选为100℃至200℃)。

气体喷射构件122的温度和支承模块90的温度可以基本相同。由于支承模块90位于处理区域102的下侧，而气体喷射构件122位于处理区域102的上侧，因此支承模块90和气体喷射构件122的温度基本上保持相同，从而可以将处理区域102的温度控制在期望范围内。

如上所述，由于处理区域102处于氢气氛，因此基板W的暴露的氧化物层210开始被氢基气体钝化。

接着，向等离子体生成区域101提供氟基气体，从而生成等离子体(S20)。如上所述，氟基气体(例如，三氟化氮)被提供到等离子体生成区域101，从而通过CCP方法或ICP方法生成等离子体。

在生成等离子体的阶段，继续将氢基气体提供到处理区域102，从而基板W的暴露的氧化物层210被氢基气体钝化。

接着，将生成的等离子体提供到处理区域，从而相对于氧化物层210选择性地去除硅层220(S30)。

具体地，在气体喷射构件122上设置有第一孔(通孔)，且等离子体中的一部分(具体而言，自由基物质或未带电的中性物质)从等离子体生成区域101移动到处理区域102。通过移动的氟基，可以相对于氧化物层选择性地去除硅层。

即使在选择性地去除硅层的阶段S30，也可以持续地将氢基气体提供到处理区域102，从而使基板W的暴露的氧化物层210被氢基气体钝化。

即使在选择性地去除硅层的阶段S30，气体喷射构件122的温度和支承模块90的温度也可以基本相同。通过将支承模块90和气体喷射构件122的温度保持在基本相同的水平，可以将处理区域102的温度控制在期望范围内。在此，支承模块90和气体喷射构件122的温度可以是预先设定的温度(例如，100℃以上，优选为100℃至200℃)。

另一方面，如图3所示，在生成等离子体之前将处理区域102形成为氢气氛阶段S10、在通过等离子体生成模块110生成等离子体的阶段S20、利用生成的等离子体处理基板W的处理阶段(即，选择性地去除硅层的阶段S30)，在不经过等离子体生成区域101的情况下将氢基气体提供到处理区域102。

特别是，如图3所示，在形成氢气氛的阶段S10、在生成等离子体的阶段S20、在选择性地去除硅层的阶段S30，所提供的氢基气体的流量可以是恒定的。例如，氢基气体的流量可以为约1000sccm。

在上述阶段S10、S20和S30期间，支承模块90的温度和气体喷射构件122的温度可以保持恒定。

另外，在利用等离子体处理基板的阶段(即，选择性地去除硅层的阶段)S30之后，处理区域102内可以残留有氟自由基。为了去除残留的氟自由基，在选择性地去除硅层的阶段S30之后的预定时间段(即，第二时间段期间)内还可以提供氢基气体。为了工艺的稳定性，氢基气体的流量可以与先前步骤S10、S20和S30中提供的流量(例如，约1000sccm)基本相同。氢基气体与剩余的氟自由基结合而生成氟化氢(HF)，且所生成的氟化氢可以被排出。为了工艺的稳定性，在选择性地去除硅层的阶段S30之后的预定时间段期间(即，第二时间段期间)，支承模块90和气体喷射构件122也可以以预定温度(例如，100℃以上，优选为100℃至200℃)保持恒定的温度。

图5是用于说明提供氢基气体的方法的另一示例的图。为了便于描述，将省略对图3和图4的描述。

参照图5，在形成氢气氛的阶段S10和生成等离子体的阶段S20，以第一流量提供氢基气体。

接着，利用等离子体处理基板(S30)。但是，利用等离子体处理基板的阶段(即，选择性地去除硅层的阶段)S30可以包括第一处理阶段S31和第二处理阶段S32。

具体地，可以在第一处理阶段S31以第一流量(例如，约1000sccm)提供氢基气体，在第一处理阶段S31之后，可以在第二处理阶段S32以大于第一流量的第二流量(例如，约1200sccm至1300sccm)提供氢基气体。

例如，假设图4的下部层201是氧化物层。在第一处理阶段S31期间，硅层220被去除，从而下部层201可以开始暴露。即，虽然未完全去除硅层220(例如，硅层220残留在下部层201和氧化物层210之间的边界部分、氧化物层210的侧壁部分等)，但是下部层201被部分地暴露。因此，为了防止暴露的下部层201被蚀刻，额外地增加氢基气体的流量。增加的氢基气体可以快速钝化暴露的下部层201。通过这种方式，可以在完全去除残留的硅层220的过程中保护下部层201。

即使在第二处理阶段S32结束之后，也可以在预定时间(第二时间)内以第二流量继续提供氢基气体，以去除残留的氟自由基。

以下，以通过电容耦合等离子体(CCP：capacitance coupled plasma)方式实现等离子体生成模块的情况为例进行说明。以可以以电感耦合等离子体(ICP)方式、微波等离子体(MWP；Micro-Wave Plasma)方式、电子回旋共振(ECR；Electron Cyclotron Resonance)等离子体方式、表面波等离子体(SWP；Surface Wave Plasma)方式、螺旋波等离子体(Helicon Wave Plasma)方式、电子束等离子体(e-beam Plasma)方式等不同的形式来实现。

图6是用于说明根据本发明的一实施例的基板处理装置的图。图6示出了通过电容耦合等离子体(CCP)方式实现的情况。

参照图6，根据本发明另一实施例的基板处理装置包括CCP单元1102、处理腔室1100、气体入口1116、等离子体生成区域1112、处理区域1130和支承模块1150。控制模块控制CCP单元1102、处理腔室1100、气体供应模块1114和支承模块1150以生成和控制等离子体。这里，等离子体生成区域1112对应于图1的等离子体生成区域101，处理区域1130对应于图1的处理区域102。

这里，CCP单元1102包括盖构件(lid)1106、间隔件1108和栅电极(gridelectrode)1110。等离子体在位于盖构件1106和栅电极1110之间的等离子体生成区域1112中生成。第一电源(例如，高频电源)电连接到盖构件1106。栅电极1110与第二电源(例如，接地电源)电连接。盖构件1106和栅电极1110是能够彼此电偏置的导电电极，以产生足够强的磁场以将引入到盖构件1106和栅电极1110之间的气体电离为等离子体。

盖构件1106可包括储气罐(gas box)、阻挡板(blocker plate)和面板(faceplate)中的至少一种。这些多个组件可以直接或间接地机械/电连接以充当单个电极(上部电极)。另外，也可以形成为一体。

栅电极1110包括离子阻挡板(ion blocker plate)，以允许非带电中性物质或自由基物质(uncharged neutral species or radical species)通过，并抑制带电物质(ionically-charged species)通过。另外，栅电极1110包括喷头(气体喷射构件122)，以将第二气体提供单元120所提供的第二气体(即氢基气体)提供到处理区域1130。离子阻挡板和喷头可以直接或间接机械/电连接以充当单个电极(下部电极)。另外，也可以形成为一体。

间隔件1108设置在盖构件1106和栅电极1110之间，并且由电介质形成。

从第一气体提供单元130供应的第一气体(即，氟基气体)移动到等离子体生成区域1112。此时，气体可以用于撞击等离子体，或者也可以维持已形成的等离子体。在一些实施方式中，生成等离子体的气体可以在通过气体入口1116向下移动到CCP单元1102之前，在位于处理腔室1100外部的远程等离子体系统(未示出)中已至少部分地转换为等离子体激发物质。当等离子体激发物质到达等离子体生成区域1112内时，该物质可以在CCP单元1102中另外被激发，或者可以在没有另外被激发的情况下穿过等离子体激发区域。在一些操作中，由CCP单元1102提供的附加激发的程度可以根据基板处理顺序和/或条件而随着时间而变化。

为了使气体均匀地传递到等离子体生成区域1112内，在盖构件1106上设置有多个孔。盖构件1106和栅电极1110分别用作上部电极和下部电极以生成等离子体。由于施加到盖构件1106的电源，被充电的盖构件1106可以促进等离子体生成区域1112内的等离子体的均匀分布。为了在等离子体生成区域1112中形成等离子体，间隔件1108将盖构件1106与栅电极1110电绝缘。

处理腔室1100可以连接到CCP单元1102的下部。处理区域1130位于处理腔室1100内。也就是说，处理区域1130设置在CCP单元1102的栅电极1110的下部。在处理区域1130中，在由CCP单元1102生成的等离子体当中，穿过栅电极(即，离子阻挡板)的不带电中性物质或自由基物质在工艺中被使用。处理腔室1100内的处理区域1130可以具有与周围压力不同的内部压力。

在处理区域1130中，布置有用于支承工艺中所使用的基板的支承模块1150。

如参照图1至图5所述，将第一气体(氟基气体)提供到等离子体生成区域1112以生成等离子体，并且在不经过等离子体生成区域1112的情况下，将第二气体(氢基气体)提供到处理区域1130。可以在生成等离子体之前形成氢气氛的阶段、生成等离子体的阶段、选择性地去除硅层的阶段、以及去除硅层之后的预定时间段期间，将第二气体提供到处理区域1130。

以上参考附图对本发明的实施方式进行了描述，但本发明所属技术领域的普通技术人员将可以理解，本发明在不变更其技术思想或必要特征的情况下，可以以其他具体的形式进行实施。因此，应理解在上文中记载的实施方式在所有方面都是示例性的，而不是限制性的。

附图标记的说明

90：支承模块 101：等离子体生成区域

102：处理区域 110：等离子体生成模块

130：第一气体提供单元 120：第二气体提供单元