用于处理基板的装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请请求分别于2019年7月1日和2019年9月4日递交韩国知识产权局的第10-2019-0078610号和10-2019-0109432号韩国专利申请的在35U.S.C.§119下的优先权，该韩国专利申请的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本文描述的本发明构思的实施方案涉及一种用于处理基板的装置和方法，更具体地，涉及一种具有用于防止加热器和RF电源耦合的滤波器的基板处理装置，以及该基板处理装置的基板处理方法。

背景技术

为了制造半导体元件，通过在基板上执行诸如光刻、蚀刻、灰化、离子注入、薄膜沉积和清洁等的各种工艺，在基板上形成所需图案。在这些工艺中，蚀刻工艺为去除形成在基板上的膜的选定的区域的工艺，且使用湿法蚀刻和干法蚀刻。

使用等离子体的蚀刻装置用于干法蚀刻。通常，为了形成等离子体，蚀刻装置在腔室的内部空间中形成电磁场，并且该电磁场将腔室内的工艺气体激发成等离子体状态。

等离子体是指含有离子、电子、和基团的物质的离子化气态。通过将惰性气体加热到很高的温度或使惰性气体经受强电场或射频(radio frequency，RF)电磁场来生成等离子体。半导体元件制造工艺使用等离子体来执行蚀刻工艺。通过包含在等离子体中的离子颗粒与基板碰撞，执行刻蚀工艺。此时，在从RF电源供应的用于生成等离子体的RF功率、和用于加热基板的加热构件之间可能生成耦合，为了防止该耦合，干扰滤波器可以用于加热构件。然而，在干扰滤波器连接至腔室的情况下，干扰滤波器的性能可能会被腔室阻抗变化而劣化，并且由干扰滤波器、以及干扰滤波器与静电卡盘之间的连接电缆引起的下电极的电压变化可能会对工艺产生影响。

发明内容

本发明构思的实施方案提供了一种用于防止耦合干扰滤波器的性能劣化的基板处理装置和方法。

此外，本发明构思的实施方案提供了一种基板处理装置和方法，该基板处理装置和方法用于通过耦合干扰滤波器来补偿腔室之间的静电卡盘电压(偏置电压)偏差，来减小腔室之间的离子的绝缘体碰撞偏差(insulator collision deviation)，从而减小工艺偏差。

本发明构思所要解决的技术问题不限于上述问题，且本发明构思所属领域的技术人员将从本说明书和附图清楚地理解本文中未提及的任何其他技术问题。

根据一示例性实施方案，一种用于处理基板的装置包括：腔室，在所述腔室中具有处理空间；基板支承单元，其在所述处理空间中支承所述基板；气体供应单元，其将气体供应到所述处理空间中；和等离子体生成单元，其包括RF电源，所述RF电源施加RF功率，其中，所述等离子体生成单元使用RF功率从所述气体生成等离子体。所述基板支承单元包括支承板，所述支承板支承所述基板和加热单元，所述加热单元控制所述基板的温度。所述加热单元包括加热构件；加热器电源，其向所述加热构件施加功率；和滤波器单元，其防止所述加热构件与所述RF电源的耦合。所述滤波器单元包括：滤波器，其干扰从所述RF电源供应的RF功率；以及滤波器控制单元，其防止滤波器的性能劣化。

所述滤波器控制单元可以包括：第一可变元件，其与所述滤波器串联连接；第二可变元件，其与所述滤波器并联连接；以及控制器，其调节所述第一可变元件和所述第二可变元件的阻抗值。

所述控制器可以通过调节所述第一可变元件的阻抗值、来补偿由滤波器单元引起的等离子体生成单元的阻抗变化。

所述控制器可以通过调节所述第二可变元件的阻抗值、来调节所述滤波器单元的谐振点(resonance point)。

所述第一可变元件和所述第二可变元件可以为可变电容器。

所述滤波器可以包括并联连接在一起的电感器和电容器。所述第二可变元件可以与所述电感器和所述电容器并联连接；以及所述第一可变元件可以与所述电感器、所述电容器和所述第二可变元件串联连接。

所述加热单元还可以包括电压测量构件，其测量施加有RF功率的下电极的电压，并且，所述控制器可以基于所述下电极的电压、来调节所述第一可变元件和所述第二可变元件的阻抗值。

所述控制器可以通过调节所述第一可变元件和所述第二可变元件的所述阻抗值、来执行控制，使得所述下电极的电压具有预设值。

加热器电源可以是交流(AC)电源。

所述滤波器单元还可以包括加热器电源滤波器，所述加热器电源滤波器设置在所述滤波器和所述加热器电源之间、并干扰从所述加热器电源供应的功率中的预设频率范围。

所述加热器电源滤波器可以包括并联连接在一起的电感器和电容器。

所述第一可变元件和所述第二可变元件可以设置为多个。

根据一示例性实施方案，一种用于处理基板的装置包括：腔室，在所述腔室中具有处理空间；基板支承单元，其在所述处理空间中支承所述基板；气体供应单元，其将气体供应到所述处理空间中；和等离子体生成单元，其包括RF电源，所述RF电源施加RF功率，其中，所述等离子体生成单元使用RF功率从所述气体生成等离子体。所述基板支承单元包括支承板，所述支承板支承所述基板；和加热单元，所述加热单元控制所述基板的温度。所述加热单元包括加热构件；加热器电源，其向所述加热构件施加功率；和滤波器单元，其包括连接至所述加热构件的第一端子和第二端子、以及连接至所述加热器电源的第三端子和第四端子。所述滤波器单元包括：第一可变元件，其具有连接至第一端子的一端、以及接地的相对端；第二可变元件，其具有连接至第二端子的一端、以及接地的相对端；并联连接在所述第一端子和第一节点之间的第三可变元件、第一电容器和第一电感器；并联连接在所述第二端子和第二节点之间的第四可变元件、第二电容器和第二电感器；第三电感器，其连接在所述第一节点和所述第三端子之间；第四电感器，其连接在所述第二节点和所述第四端子之间；第三电容器，其具有连接至第三端子的一端、以及接地的相对端；和第四电容器，其具有连接至第四端子的一端、以及接地的相对端。

根据一实施方式，所述装置还可以包括控制器，所述控制器调节所述第一可变元件至第四可变元件的电容值。

根据一示例性实施方案，提供了一种所述装置的基板处理方法。在基板处理方法中，通过调节所述第一可变元件的阻抗值、来补偿由滤波器单元引起的等离子体生成单元的阻抗变化。

可以通过调节所述第二可变元件的阻抗值、来调节所述滤波器单元的谐振点。

可以测量施加有RF功率的下电极的电压，并且，基于所述下电极的所测量的电压，可以调节所述第一可变元件和所述第二可变元件的阻抗值。

通过调节所述第一可变元件和所述第二可变元件的阻抗值，可以将所述下电极的电压控制至预设值。

通过调节所述第一可变元件和所述第二可变元件的阻抗值，可以调节所述装置的蚀刻速率。

所述第一可变元件和所述第二可变元件可以为可变电容器。

附图说明

参照以下附图，上述和其他目的及特征将从以下描述中变得显而易见，其中，除非另有说明，否则贯穿各个附图，相同的附图标记指代相同的部件，且其中：

图1为示出了根据本发明构思的实施方案的基板处理装置的截面图；

图2为示出了图1的基板处理装置中的基板支承单元的详细截面图；

图3为示出了根据本发明构思的实施方案的滤波器单元的电路图；

图4为示出了根据本发明构思的另一实施方案的滤波器单元的电路图；

图5为示出了根据本发明构思的另一实施方案的基板支承单元的截面图；

图6为示出了根据本发明构思的实施方案的基板处理方法的流程图。

具体实施方式

本发明构思的其他优点和特征及其实施方法将通过以下参照附图进行详细描述的实施方案加以阐明。本发明构思可以以不同的形式实施，并且不应该理解为限于本文所陈述的实施方案。相反，提供这些实施方案使得本公开彻底且完整，并且将本发明构思的范围完全传达给本发明构思所属的领域的技术人员。此外，本发明构思仅由所附的权利要求来定义。

虽未定义，但本文中使用的所有术语(包括技术术语或科学术语)与本发明构思所属的相关领域中的通用技术所普遍接受的术语含义相同。通用词典中定义的术语可以理解为与相关领域中使用的术语和/或本申请的文本含义相同，并且即使有些术语没有明确定义，也不应理解为概念性的或过于正式的。

本文中使用的术语仅用于实施方案的描述，且不旨在限制本发明构思。如本文中所使用的，单数形式旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还应理解的是，本文中使用的术语“包括”和/或“包含”特指存在所述特征或组件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征或组件。在说明书中,术语“和/或”表示列出的各组件或其各种组合。

图1为示出了根据本发明构思的实施方案的基板处理装置10的截面图。

参照图1，基板处理装置10使用等离子体处理基板W。例如，基板处理装置10可在基板W上执行蚀刻工艺。基板处理装置10可以包括腔室100、基板支承单元200、喷头300、气体供应单元400、挡板单元500和等离子体生成单元600。

腔室100可以在其中具有处理空间，在该处理空间中执行基板处理工艺。腔室100可以在其中具有处理空间，并且可以设置成封闭形状。腔室100可由金属材料形成。根据一实施方案，腔室100可由铝材料形成。腔室100可为接地的。腔室100可以具有在其底部形成的排气孔102。排气孔102可与排气管线151连接。在基板处理工艺中生成的反应副产物和腔室100的内部空间停留的气体可通过排气管线151排放到外面。腔室100中的压力通过排放工艺降低至预定压力。

根据一实施方案，内衬(liner)130可设置在腔室100的内部中。内衬130可具有在顶部和底部敞开的圆柱形形状。内衬130可与腔室100的内表面接触。内衬130可保护腔室100的内壁，从而防止腔室100的内壁被电弧放电损坏。另外，内衬130可防止在基板处理工艺期间生成的杂质沉积在腔室100的内壁上。可选地，可不设置内衬130。

基板支承单元200可位于腔室100内部。基板支承单元200可支承基板W。基板支承单元200可包括静电卡盘，该静电卡盘用静电力夹持基板W。可选地，基板支承单元200可以以诸如机械夹持的各种方式来支承基板W。下文中，将描述包括静电卡盘的基板支承单元200。

基板支承单元200可包括静电卡盘、下盖250和板270。在腔室100内部，基板支承单元200定位成与腔室100的底部向上间隔开。

静电卡盘可包括介电板220、主体230和环组件240。介电板220可由圆板状的介电质形成。基板W可放置在介电板220的上表面上。介电板220的上表面可具有比基板W更小的半径。基板W的边缘区域可位于介电板220的外部。

介电板220可在内部包括第一电极223，加热构件225和第一供应通道221。第一供应通道221可从介电板220的上表面延伸至介电板210的下表面。多个第一供应通道221可形成为彼此间隔开，且可以用作为将传热介质供应到基板W的底表面所通过的通道。

第一电极223可与第一电源223a电连接。第一电源223a可包括直流(directcurrent，DC)电源。开关223b可安装在第一电极223和第一电源223a之间。第一电极223可通过接通/切断开关223b来与第一电源223a电连接。当开关223b接通，则可将DC电流施加到第一电极223。静电力可通过施加到第一电极223的电流而作用在第一电极223和基板W之间，并且基板W可通过静电力而夹持至介电板220。

加热构件225可位于第一电极223的下方。加热构件225可与加热器电源225a电连接。加热器电源225a可以是交流(alternating current，AC)电源。加热构件225可以通过抵抗由加热器电源225a施加的电流而产生热量。产生的热量可通过介电板220传送到基板W。基板W可通过加热构件225产生的热量保持在预定温度。加热构件225可包括螺旋线圈。

主体230可位于介电板220的下方。介电板220的下表面和主体230的上表面可通过粘合剂236结合在一起。主体230可由铝材料形成。主体230的上表面可以具有台阶，使得主体230的上表面的中央区域位于比主体230的上表面的边缘区域更高的位置。主体230的上表面的中央区域可具有对应于介电板220下表面的区域，并且可粘结至介电板220的下表面。主体230可具有形成于其中的第一循环通道231、第二循环通道232和第二供应通道233。

第一循环通道231可用作传热介质循环所通过的通道。第一循环通道231可在主体230内部形成为螺旋形状。可替代地，第一循环通道231可由具有不同半径并且彼此同心的环形通道来实现。第一循环通道231可连接在一起。第一循环通道231可在相同的高度处形成。

第二循环通道232可用作为冷却流体循环所通过的通道。第二循环通道232可在主体230内部形成为螺旋形状。可替代地，第二循环通道232可由具有不同半径并且彼此同心的环形通道来实现。第二循环通道232可连接在一起。第二循环通道232可具有比第一循环通道231大的截面面积。第二循环通道232可在相同的高度处形成。第二循环通道232可位于第一循环通道231的下方。

第二供应通道233可从第一循环通道231向上延伸至主体230的上表面。可设置与第一供应通道221一样多的第二供应通道233。第二供应通道233可连接第一循环通道231和第一供应通道221。

第一循环通道231可通过传热介质供应管线231b与传热介质储存器231a连接。传热介质可存储在传热介质储存器231a中。传热介质可包括惰性气体。根据一实施方案，传热介质可包括氦(He)气。氦气可通过传热介质供应管线231b而供应至第一循环通道231，然后经由第二供应通道233和第一供应通道221供应至基板W的底表面。氦气用作介质，通过该介质将从等离子体传送到基板W的热量传送到静电卡盘。

第二循环通道232可通过冷却流体供应管线232c与冷却流体储存器232a连接。冷却流体可存储在冷却流体储存器232a中。冷却流体储液器232a可在其中包括冷却器232b。冷却器232b可将冷却流体冷却至预定温度。可替代地，冷却器232b可以安装在冷却流体供应管线232c上。通过冷却流体供应管线232c供应到第二循环通道232的冷却流体可在沿第二循环通道232循环时冷却主体230。在主体230被冷却的情况下，主体230可一起冷却介电板220和基板W，以将基板W保持在预定温度。

主体230可包括金属板。根据一实施方案，整个主体230可由金属板来实施。主体230可以与第三电源235a电连接。第三电源235a可为产生高频功率的高频电源。该高频电源可以为RF电源。主体230可以从第三电源235a接收RF功率。因此，主体230可用作电极。

环组件240具有环形形状。环组件240围绕介电板220的外围。环组件240支承基板W的边缘区域。根据一实施方案，环组件240具有聚焦环240b和绝缘环240a。聚焦环240b围绕介电板220且将等离子体聚集在基板W上。绝缘环240a围绕聚焦环240b。可选地，环组件240可以包括边缘环(未示出)，该边缘环与聚焦环240b的外围紧密接触，以防止介电板220的侧表面被等离子体损坏。与以上描述不同，环组件240的结构可以以各种方式变化。

图2为示出了图1的基板处理装置中的基板支承单元的详细截面图。

参照图2，滤波器单元225c位于加热构件225和加热器电源225a之间。在执行工艺的情况下，加热构件225将基板W保持在工艺温度。加热构件225可以用加热丝来实现。加热构件225、加热器电源225a和滤波器单元225c构成了加热单元，该加热单元控制基板W的温度。

如上所述，第三电源235a可以用产生RF功率的RF电源来实现，并且匹配器235c可以连接在用作电极的主体230和第三电源235a之间。

滤波器单元225c防止加热构件225和RF电源235a之间的耦合。具体地，通过RF电源235a供应的RF功率和通过加热器电源225a供应的AC功率可以产生耦合，并且滤波器单元225c可以防止RF功率和AC功率之间的耦合。例如，滤波器单元225c可以干扰将RF电源的RF功率引入加热器电源225a中，并且滤波器单元225c可以防止加热器电源225a和RF电源235a之间的耦合。

下文中，将参照图3详细描述根据本发明构思的实施方式的滤波器单元225c的结构。滤波器单元225c包括滤波器控制单元610和620、滤波器630和加热器电源滤波器640。

滤波器控制单元610和620可以防止滤波器630的性能劣化。滤波器控制单元610和620包括第一可变元件610、第二可变元件620、以及控制器(未示出)。第一可变元件610与滤波器630串联连接。第一可变元件610可以以可变电容器来实现。第一可变元件610的阻抗(电容)可以通过控制器(未示出)来调节，以通过滤波器单元225c来补偿等离子体生成单元600的阻抗变化。具体地，滤波器单元225c可以包括连接静电卡盘和滤波器单元225c的线缆。等离子体生成单元600的阻抗变化可以由连接滤波器单元225c和静电卡盘的线缆生成。在此情况下，第一可变元件610可以调节阻抗(电容)以补偿由滤波器单元225c的线缆引起的等离子体生成单元600的阻抗变化。

第二可变元件620与滤波器630并联连接。第二可变元件620可以以可变电容器来实现。第二可变元件620的阻抗(电容)可以通过控制器(未示出)来调节，以调节滤波器单元225c的谐振点。控制器(未示出)可以调节第一可变元件610和第二可变元件620的阻抗(电容)。例如，在执行蚀刻工艺的多个腔室中必须提供相同的蚀刻速率的情况下，设置在各腔室中的滤波器单元225c的控制器(未示出)可以调节第一可变电容器610的电容、以补偿等离子体生成单元600的阻抗变化，或者可以调节第二可变电容器620的电容、以调节滤波器单元225c的谐振点。控制器(未示出)可以根据滤波器单元225c的谐振点的变化，来调节多个腔室中的蚀刻速率。

多个腔室中的蚀刻速率可以通过调节流过等离子体生成单元600中的各电极的电流和电容值的谐振点来调节。

滤波器630干扰从RF电源235a供应的RF功率。滤波器630可以用带阻滤波器(bandreject filter)来实现，但并不限于带阻滤波器。滤波器630可以包括电感器631和电容器632。滤波器630的电感器631和电容器632可以彼此并联连接。例如，滤波器630的电感器631和电容器632可以并联连接在一起，第二可变元件620可以与滤波器630并联连接，其中，电感器631和电容器632可以并联连接在一起；第一可变元件610可以与电路串联连接，在该电路中，第二可变元件620、电感器631、和电容器632并联连接在一起。

加热器电源滤波器640干扰从加热器电源225a供应的功率中的预设频率范围。加热器电源滤波器640可以用低通滤波器(low-pass filter)来实现，但并不限于低通滤波器。加热器电源滤波器640可以包括电感器641和与电感器641彼此并联连接的电容器642。

参照图4，根据本发明构思的另一实施方案的滤波器单元225c’可以包括第一可变元件610-1和610-2、第二可变元件620-1和620-2、滤波器630-1和630-2、以及加热器电源滤波器640-1和640-2。控制器(未示出)可以调节第一可变元件610-1和610-2的电容、以补偿等离子体生成单元600的静电卡盘电压(偏置电压)变化，或者可以调节第二可变元件620-1和620-2的电容、以调节滤波器630-1和630-2谐振点，从而防止滤波器630-1和630-2的性能劣化。

滤波器单元225c’可以包括端子(terminal)T1、T2、T3和T4。端子T1和T2可以连接至加热构件225，且端子T3和T4可以连接至加热器电源225a。可变元件610-1可以连接在端子T1和地(ground)之间。可变元件610-1的一端可以连接至端子T1，且可变元件610-1的相对端可以接地。可变元件610-2可以连接在端子T2和地之间。可变元件610-2的一端可以连接至端子T2，且可变元件610-2的相对端可以接地。可变元件620-1、电容器632-1和电感器631-1可以在端子T1和节点N1之间并联连接在一起。可变元件620-2、电容器632-2和电感器631-2可以在端子T2和节点N2之间并联连接在一起。电感器641-1可以连接在节点N1和端子T3之间。电感器641-2可以连接在节点N2和端子T4之间。电容器642-1可以连接在端子T3和地之间。电容器642-1的一端可以连接至端子T3，且电容器642-1的相对端可以接地。电容器642-2可以连接在端子T4和地之间。电容器642-2的一端可以连接至端子T4，且电容器642-2的相对端可以接地。如图4所示，可变元件610-1和610-2共同连接的地、以及电容器642-1和642-2共同连接的地可以是彼此独立的，或者可以用共同的地来实现(即，单相接地(singleground))。

如图5所示，多个加热器电源225a和225b可以连接至不同位置设置的多个加热构件225，用于对基板各个区域进行温度控制，多个滤波器单元225c和225d可以分别连接至多个加热器电源225a和225b。

如上所述，第三电源235a可以用生成RF功率的RF电源来实现，并且主体230可以作为电极(下文中，主体230被称为下电极230)。下电极230接收来自第三电源235a的RF功率，并在腔室100的处理空间中生成等离子体。下电极230可以配备有电压测量构件(未示出)，该电压测量构件测量下电极230的电压。滤波器单元225c的控制器(未示出)可以基于由电压测量构件(未示出)测量的下电极230的电压，来调节第一可变元件610和第二可变元件620的阻抗。此外，通过控制第一可变元件610和第二可变元件620的阻抗，控制器(未示出)可以执行控制，使得下电极230的电压具有预设值。例如，当基于腔室100的蚀刻速率而设置下电极230电压的最优值时，控制器(未示出)可以通过调节第一可变元件610和第二可变元件620的阻抗来执行控制，使得下电极230的电压具有最优值。因此，可以最小化滤波器单元225c对工艺的影响，并且可以减小多个腔室之间的工艺偏差。

图6为示出了根据本发明构思的实施方案的基板处理方法的流程图。

参照图6，首先，通过调节第一可变元件的阻抗来补偿由滤波器单元引起的等离子体生成单元的阻抗变化(S610)。接下来，通过调节第二可变元件的阻抗来调节滤波器单元的谐振点(S620)。然后，通过调节第一可变元件和第二可变元件的阻抗将下电极的电压控制至预设值(S630)。此外，可以测量施加有RF功率的下电极的电压，并且，可以基于下电极的所测量的电压来调节第一可变元件和第二可变元件的阻抗。此外，可以通过调节第一可变元件和第二可变元件的阻抗来调节基板处理装置的蚀刻速率。因此，可以防止多个腔室之间的工艺偏差。

根据以上描述的本发明构思的各种实施方案，通过调节第一可变元件和第二可变元件的阻抗，可以防止滤波器单元的性能劣化，可以最小化基板处理装置中滤波器单元对工艺的影响。

在上文中，已经举例说明了通过使用等离子体执行蚀刻工艺。然而，不限于此，可以将基板处理工艺应用于使用等离子体的各种基板处理工艺(例如，沉积工艺、灰化工艺、清洁工艺等)。此外，已经举例说明了等离子体生成单元用电容耦合等离子体源来实现。然而，等离子体生成单元可以用电感耦合等离子体(inductively coupled plasma，ICP)源来实现。ICP源可以包括天线。

如上所述，根据本发明构思的各种实施方案，可以在不劣化干扰滤波器的性能的情况下，最小化干扰滤波器对工艺的影响。

本发明构思的效果不限于上述效果，且本发明构思所属领域的技术人员可从本说明书和附图中清楚地理解本文中未提及的任何其他效果。

虽然上面已经描述了本发明构思的实施方案，但是应当理解的是，提供实施方案是为了帮助理解本发明构思，而不旨在限制本发明构思的范围，并且在不脱离本发明构思的精神和范围的情况下，可以做出各种修改和等同的实施方案。例如，在本发明构思的实施方案中示出的组件可以以分布的方式来实现。同时，描述为分布式的组件可以以结合的方式来实现。因此，本发明构思的精神和范围应当由权利要求的技术理念确定，并且，应当理解的是，本发明构思的精神和范围不限于权利要求的文字描述，而是实际上延伸到技术价值的等同范围。

虽然已经参照示例性实施方案描述了本发明构思，但对于本领域的技术人员来说将显而易见的是，在不脱离本发明构思的精神和范围的情况下，可以做出各种改变和修改。因此，应当理解的是，上述实施方案并非限制性的，而是说明性的。