本文描述的发明构思的实施方式涉及支撑单元和包括该支撑单元的基板处理设备。
背景技术
为了制造半导体器件，通过诸如光刻、蚀刻、灰化、离子注入和薄膜沉积以及清洁工艺等各种工艺在基板上形成期望的图案。其中，从形成在基板上的层去除选定的加热区的蚀刻工艺包括湿法蚀刻工艺和干法蚀刻工艺。
其中，使用等离子体的蚀刻装置用于干法蚀刻工艺。通常，在腔室的内部空间中形成电磁场以形成等离子体。电磁场将在腔室中提供的工艺气体激发成为等离子体状态。
等离子体是指气体电离的状态，同时包括离子、电子和自由基。等离子体由于显著高温、强电场或射频电磁场而产生。半导体的制造工艺包括使用等离子体的蚀刻工艺。蚀刻工艺随着包含在等离子体中的离子粒子与基板碰撞而得以进行。
图1是示出基板处理设备1的截面图。参考图1，典型地，支撑单元2在通过使用等离子体对基板“w”执行蚀刻过程的基板处理设备1内部支撑基板，该支撑单元2包括：支撑板3，在其上放置基板；和聚焦环4，其沿支撑板3的周向布置并支撑基板“w”的边缘区域。通常，调节支撑板3的温度的加热器5和冷却构件6设置到支撑单元2上，但是调节聚焦环4的温度的元件没有设置到支撑单元2上。通常，仅通过与支撑板3接触来调节聚焦环4的温度，但仅通过与支撑板3的简单接触可能难以适当地调节聚焦环4的温度。
技术实现要素：
本发明构思的实施方式提供了能够精确地调节聚焦环的温度的设备。
本发明构思的实施方式提供了能够均匀处理基板的设备。
本发明构思的实施方式提供了能够提高用于基板的工艺的再现性的设备。
本发明构思提供了一种用于处理基板的基板处理设备。根据本发明构思的示例性实施方式，基板处理设备包括：腔室，其具有用于处理基板的处理空间；支撑单元，其在处理空间内支撑基板；气体供应单元，其将工艺气体供应到处理空间中；和等离子体源，其基于处理空间内的工艺气体产生等离子体。支撑单元包括：支撑板，基板放置在该支撑板上；聚焦环，其布置成围绕由支撑板所支撑的基板；和温度控制单元，其调节聚焦环的温度。温度控制单元包括：第一加热器，其布置成在聚焦环下方加热聚焦环并布置成与聚焦环相对；第二加热器，其安装在第一加热器下方与第一加热器相对的位置处；和冷却构件，其设置在第二加热器下方。
支撑单元还可以包括主体，其以环形定位在聚焦环下方，并且冷却构件可以设置在主体内部。
第一加热器和第二加热器可以设置在主体中。
支撑单元还可以包括传热片，其介于聚焦环和主体之间并且具有比主体的传热速率更高的传热速率。
支撑单元还可以包括传热片防护件，其围绕传热片的内表面和外表面。
传热片防护件可以与主体一体地设置。
根据示例性实施方式，聚焦环可以具有底表面，其呈阶梯式以在底表面的内部区域和外部区域之间形成高度差，其中主体的顶表面可以呈阶梯式以与聚焦环的底表面接合。
传热片防护件可以包括：内部防护件，其围绕内部片的内表面和外表面；和外部防护件，其围绕外部片的内表面和外表面。
温度控制单元可以包括：温度测量构件，其测量聚焦环的温度；和控制器，其根据由温度测量构件测量的温度来控制第一加热器、第二加热器和冷却构件。
当由温度测量构件测量的聚焦环的温度小于特定温度范围时，控制器可以升高第一加热器的温度，升高冷却构件的温度，并且升高第二加热器的温度。当由温度测量构件测量的聚焦环的温度高于特定温度范围时，控制器可降低第一加热器的温度，降低冷却构件的温度并降低第二加热器的温度。
聚焦环可以包括硅(si)、碳化硅(sic)、石英、氧化钇(y2o3)中的至少一者，并且主体可以是石英、氧化钇(y2o3)和氧化铝(al2o3)中的至少一者。
另外，本发明构思提供了一种用于在用于处理基板的处理空间中支撑基板的支撑单元。根据本发明构思的示例性实施方式，支撑单元包括：支撑板，基板放置在该支撑板上；聚焦环，其布置成围绕由支撑板所支撑的基板；和温度控制单元，其调节聚焦环的温度。温度控制单元包括：第一加热器，其布置成在聚焦环下方加热聚焦环并布置成与聚焦环相对；第二加热器，其安装在第一加热器下方与第一加热器相对的位置处，和冷却构件，其设置在第二加热器下方。
支撑单元还可以包括主体，其以环形定位在聚焦环下方，并且冷却构件可以设置在主体内部。
第一加热器和第二加热器可以设置在主体中。
支撑单元还可以包括传热片，其介于聚焦环和主体之间并具有比主体的传热速率高的传热速率。
支撑单元还可以包括传热片防护件，其围绕传热片的内表面和外表面。
支撑单元还可以包括支撑板加热构件，其加热支撑板。
所述支撑板可以包括：静电卡盘，其具有其上放置基板的顶表面；以及下主体，其设置在静电卡盘下方并且具有供冷却流体在其中流动的冷却管线。
冷却构件可以包括冷却流体通道，其供冷却流体在其中流动并形成在主体中。
温度控制单元可以包括：温度测量构件，其测量聚焦环的温度；和控制器，其根据由温度测量构件测量的温度来控制第一加热器、第二加热器和冷却构件。
附图说明
通过参考附图详细描述本发明构思的示例性实施方式，本发明构思的以上和其它目的和特征将变得显而易见。
图1是示出典型基板处理设备的截面图；
图2是示出根据本发明构思的实施方式的基板处理设备的截面图；
图3是示出图2的支撑单元的一部分的截面图；和
图4是示出根据本发明构思的另一实施方式的支撑单元的一部分的截面图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图更详细地描述本发明构思的实施方式。本发明构思的实施方式可以以各种形式进行修改，并且本发明构思的范围不应被解释为受到以下描述的本发明构思的实施方式的限制。提供本发明构思的实施方式用于对本领域技术人员更完全地描述本发明构思。因此，附图中的部件的形状等被夸大以强调更清楚的说明。
在下文中，将根据本发明构思的实施方式描述通过使用等离子体来蚀刻基板的基板处理设备。然而，本发明构思不限于此，而是可应用于具有用于支撑基板的边缘区域同时围绕支撑板(其上放置基板)的聚焦环的各种装置。
另外，根据本发明构思的实施方式，静电卡盘将被描述为支撑单元的示例。然而，本发明构思不受限制，而支撑单元可以通过机械卡合或真空来支撑基板。
图2是示出根据本发明构思的实施方式的基板处理设备的截面图。图3是示出图2的支撑单元200的一部分的截面图。参考图2和图3，基板处理设备10通过使用等离子体处理基板“w”。例如，基板处理设备10可以对基板“w”执行蚀刻过程。基板处理设备10包括腔室100、支撑单元200、气体供应单元300、等离子体源400和排气单元500。
腔室100具有用于处理基板“w”的处理空间。腔室100包括壳体110、盖120和衬层130。
壳体110具有内部空间，该内部空间具有敞开的顶表面。壳体110的内部空间被提供作为用于执行基板处理过程的处理空间。壳体110包括金属。壳体110可以包括铝(al)。壳体110可以接地。壳体110在其底表面中形成有排气孔102。排气孔102与排气管线151连接。由工艺产生的反应副产物和滞留在壳体110的内部空间中的气体可以通过排气管线151排出到外部。通过排气处理，壳体110的内部压力降低到特定压力。
盖120覆盖壳体110的敞开的顶表面。盖120设置为板状以密封壳体110的内部空间。盖120可以包括介电质窗口。
衬层130设置在壳体110内部。衬层130具有内部空间，该内部空间具有敞开的顶表面和底表面。衬层130可以被设置成圆筒形状。衬层130可以具有对应于壳体110的内侧表面的半径。衬层130沿着壳体110的内侧表面设置。支撑环131形成在衬层130的上端上。支撑环131设置在环形板中并且沿衬层130的周向从衬层130向外突出。支撑环131置于壳体110的上端以支撑衬层130。衬层130可以包括与壳体110的材料相同的材料。衬层130可以包括al。衬层130保护壳体110的内侧表面。当工艺气体转变为等离子体时，可在腔室100内排出电弧。电弧放电可损坏外围装置。衬层130保护壳体110的内侧表面以防止壳体110的内侧表面由于电弧放电而受损。此外，防止了在基板处理过程中产生的反应副产物沉积在壳体110的内壁上。与壳体110相比，衬层130需要更低的成本并且更容易用新的衬层更换。因此，当衬层130由于电弧放电而被损坏时，工作人员可以用新的衬层替换衬层130。
支撑单元200在腔室100内部的处理空间内支撑基板“w”。例如，支撑单元200设置在腔室100的壳体110内部。支撑单元200支撑基板“w”。支撑单元200可以包括通过使用静电力吸附基板“w”的静电卡盘。可替选地，支撑单元200可以以诸如机械夹紧的各种方式支撑基板“w”。以下，将描述包括静电卡盘的支撑单元200。
根据一实施方式，支撑单元200包括支撑板201、聚焦环240、温度控制单元600和主体260。支撑单元200可以在壳体110内部与壳体110的底表面间隔开。
支撑板201包括静电卡盘220、电极223、下主体230、绝缘板250和下盖270。基板“w”放置在支撑板201上。
静电卡盘220位于支撑板201的上端部上。静电卡盘220可以包括具有盘状的介电质。基板“w”被放置在静电卡盘220的顶表面上。静电卡盘220的顶表面的直径小于基板“w”的直径。静电卡盘220在其中形成有第一供应流体通道221，其作为向基板w的底表面供应传热气体的通道。电极223被埋设在静电卡盘220中。
电极223与第一下部电源223a电连接。通过施加到电极223的电流，静电力在电极223和基板“w”之间作用，并且基板“w”通过静电力被吸附到静电卡盘220。
支撑单元200还可以包括支撑板加热构件225。支撑板加热构件225加热支撑板201。支撑板加热构件225位于电极223下方。支撑板加热构件225与第二下部电源225a电气连接。支撑板加热件225抵抗从第二下部电源225a施加到其上的电流，从而产生热量。所产生的热量通过静电卡盘220传递到基板“w”。基板“w”通过支撑板加热构件225产生的热量保持在特定温度。支撑板加热构件225包括螺旋形状线圈。下主体230位于静电卡盘220下方。静电卡盘220的底表面可以通过粘合剂236结合到下主体230的顶表面。
下主体230在其中形成有第一循环流体通道231、第二循环流体通道232和第二供应流体通道233。第一循环流体通道231用作供传热气体循环通过的通道。第二循环流体通道232用作供冷却流体循环通过的通道。第二供应流体通道233使得第一循环流体通道231与第一供应流体通道221连通。第一循环流体通道231用作供传热气体循环通过的通道。第一循环流体通道231可以在下主体230内部形成为螺旋形状。可替选地，第一循环流体通道231可以包括以相互不同的半径同心布置的环形流体通道。第一循环流体通道231可以彼此连通。第一循环流体通道231形成在相同的高度。
第一循环流体通道231通过传热介质供应管线231b与传热介质储存单元231a连接。传热介质储存在传热介质储存单元231a中。传热介质包括惰性气体。根据一个实施方式，传热介质包括氦(he)气。氦(he)气通过传热介质供应管线231b被供应到第一循环流体通道231，并且依次通过第二供应流体通道233和第一供应流体通道221而被供应到基板“w”的底表面。氦(he)气用作有助于基板“w”与静电卡盘220之间的传热的介质。
第二循环流体通道232可以用作冷却管线，其具有在其中流动的冷却流体。根据一个实施方式，第二循环流体通道232通过冷却流体供应管线232c与冷却流体储存单元232a连接。冷却流体储存在冷却流体储存单元232a中。冷却器232b可以设置在冷却流体储存单元232a的内部。冷却器232b将冷却流体冷却到特定温度。可替选地，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接收在第二循环流体通道232中的冷却流体沿着第二循环流体通道232循环以冷却下主体230。冷却下主体230同时将静电夹盘220和基板“w”一起冷却，从而将基板“w”保持在特定温度。
聚焦环240设置在支撑板201的边缘区域处以围绕由支撑板201所支撑的基板“w”。根据一个实施方式，聚焦环240具有环形形状，并且沿着静电卡盘220的周向设置以支撑基板“w”的边缘区域。聚焦环240可以设置为具有以环形突出的边缘区域，使得等离子体集中在基板“w”上。聚焦环240可以包括介电材料，介电材料包括硅(si)、碳化硅(sic)、石英、氧化钇(y2o3)和氧化铝(al2o3)中的至少一者。例如，聚焦环240可以包括硅(si)、碳化硅(sic)、石英、氧化钇(y2o3)和氧化铝(al2o3)中的任何一者。
绝缘板250位于下主体230下方。绝缘板250包括使下主体230与下盖270绝缘的绝缘材料。
下盖270位于支撑单元200的下端处。下盖270可以与壳体110的底表面间隔开。下盖270具有内部空间，该内部空间具有敞开的顶表面。下盖270的顶表面被绝缘板250覆盖。因此，下盖270的截面的外径可以等于绝缘板250的外径。升降销模块(未示出)可以位于下盖270的内部空间中，使得将载送的基板“w”从设置在外部的载送构件移动到静电卡盘220。
下盖270具有连接构件273。连接构件273将下盖270的外侧表面与壳体110的内壁连接。多个连接构件273可以以规则距离设置在下盖270的外侧表面上。连接构件273支撑腔室100内的支撑单元200。另外，连接构件273与壳体110的内壁连接，使得下盖270电接地。与第一下部电源223a连接的第一电源线223c、与第二下部电源225a连接的第二电源线225c、与传热介质储存单元231a连接的传热介质供应管线231b、以及与冷却流体储存单元232a连接的冷却流体供应管线232c通过连接构件273的内部空间延伸到下盖270中。
气体供应单元300将工艺气体供应到腔室100内的处理空间中。气体供应单元300包括气体供应喷嘴310、气体供应管线320和气体储存单元330。气体供应喷嘴310安装在盖120的中心部分。气体供应喷嘴310在其底表面形成有喷射口。喷射口位于盖120的下方以将工艺气体供应到腔室100中。气体供应管线320将气体供应喷嘴310与气体储存单元330连接。气体供应管线320用于将储存在气体储存单元330中的工艺气体供应到气体供应喷嘴310。气体供应管线320上安装有阀321。阀321打开或关闭气体供应管线320以调节通过气体供应管线320供应的工艺气体的流速。
等离子体源400从供应到处理空间中的工艺气体产生等离子体。等离子体源400可以包括电感耦合等离子体(icp)源。等离子体源400包括天线室410、天线420和等离子体电源430。天线室410设置成具有敞开的下部的圆筒形状。天线室410具有内部空间。天线室410具有与腔室100的直径相对应的直径。天线室410的下端可拆卸地设置在盖120上。天线420设置在天线室410内部。天线420以缠绕成多匝的螺旋线圈形式设置并且与等离子体电源430连接。天线420从等离子体电源430接收功率。等离子体电源430可以位于腔室100的外部。接收功率的天线420可以在腔室100的处理空间中形成电磁场。工艺气体可以通过电磁场被转变成等离子体状态。
排气单元500介于壳体110的内壁和支撑单元200之间。排气单元500包括其中形成有通孔511的排气板510。排气板510设置成圆环形状。排气板510具有形成在其中的多个通孔511。提供在壳体110内部的工艺气体在通过排气板510的通孔511后通过排气孔102排出。可以根据排气板510的形状和通孔511的形状来控制工艺气体的流动。
温度控制单元600调节聚焦环240的温度。根据一个实施方式，温度控制单元600包括第一加热器610、第二加热器620、冷却构件630、温度测量构件640以及控制器650。
第一加热器610加热聚焦环240。第一加热器610在聚焦环240下方与聚焦环240相对设置。
第二加热器620安装在第一加热器610下方与第一加热器610相对的位置。第二加热器620介于第一加热器610和冷却构件630之间以最小化由冷却构件630的冷空气施加的对第一加热器610的加热效果的影响。
第一加热器610和第二加热器620可以设置为螺旋线圈的形式，以在施加功率时通过抵抗电流来产生热。可替选地，第一加热器610和第二加热器620可以设置为各种类型的加热器的形式以产生热。例如，第一加热器610和第二加热器620可以设置为供加热流体流过的加热流体通道的形式。第一加热器610和第二加热器620可以设置为相同类型或相互不同的类型。
冷却构件630安装在第二加热器620下方与第二加热器620相对的位置。根据一个实施方式，冷却构件630包括冷却流体通道631、流体供应单元632和冷却器633。冷却流体通道631包括其中流动有冷却流体的流体通道。冷却器633将冷却流体供应到冷却流体通道631以使得冷却流体在冷却流体通道631内部循环。冷却器633将冷却流体冷却。冷却器633可以设置在连接冷却流体通道631和流体供应单元632的管线上。可替选地，冷却器633可以设置在流体供应单元632的内部。可替选地，冷却构件630可以设置成各种类型。例如，冷却构件630可以包括珀尔帖器件。冷却构件630冷却聚焦环240。例如，冷却构件630的冷却流体通道631或珀尔帖器件设置在将在下面描述的主体260中，以冷却主体260。主体260被冷却以冷却聚焦环240和基板“w”的边缘区域，从而有助于控制基板“w”的边缘区域处的温度。
温度测量构件640实时测量聚焦环240的温度。根据一个实施方式，温度测量构件640可以包括插入主体260的内部部分的位置的温度传感器，主体260邻近聚焦环240。例如，当主体260附带有传热片防护件时，温度传感器可以插入到传热片防护件290中。由温度测量构件640所测量的温度测量值被传送到控制器650。
控制器650根据由温度测量构件640所测量的聚焦环240的温度来控制第一加热器610、第二加热器620和冷却构件630。根据一个实施方式，控制器650可以根据由温度测量构件640所测量的聚焦环240的温度调节施加到第一加热器610和第二加热器620的功率，并且可以调节由流体供应单元632所供应的流体量的温度和/或冷却器633的温度。例如，当由温度测量构件640所测量的聚焦环240的温度低于特定温度范围时，控制器650增加第二加热器620的温度，以使由冷却流体通道631内部的冷却流体的冷却空气造成的影响最小化，因为需要特定的时间来提高第一加热器610的温度、减少由流体供应单元632所供应的流体的量、增加冷却器633的温度、并且增加冷却流体的温度。另外，当由温度测量构件640所测量的聚焦环240的温度高于特定温度范围时，控制器650降低第二加热器620的温度以降低第一加热器610的温度、增加由流体供应单元632所供应的流体的量、降低冷却器633的温度、并且容易地将冷却流体通道631内部的冷却流体的冷空气传递到聚焦环240。可替选地，控制器650可以以各种方式调节聚焦环240的温度。
主体260在聚焦环240下方设置成与聚焦环240相对的环形状。第一加热器610、第二加热器620以及冷却构件630的冷却流体通道631或珀尔帖器件设置在主体260中。主体260可以包括介电材料，介电材料包括石英、氧化钇(y2o3)和氧化铝(al2o3)中的至少一者。例如，主体260可以包括石英、氧化钇(y2o3)和氧化铝(al2o3)中的任何一者。
传热片280可以介于聚焦环240和主体260之间。传热片280包括表现出比主体260的传热速率更高的传热速率的材料。例如，传热片280可以包括硅(si)。由于传热片280可以介于聚焦环240与主体260之间，所以聚焦环240与主体260之间的传热速率增加，由此通过使用第一加热器610和冷却构件630有利于调节聚焦环240的温度。
支撑单元200还可以包括传热片防护件290。传热片防护件290防止传热片280由于等离子体而被损坏或变形。根据一个实施方式，传热片防护件290设置在聚焦环240和主体260之间以围绕传热片280的内表面和外表面。传热片防护件290可以与主体260一体式设置。
图4是示出根据本发明构思的另一实施方式的支撑单元200a的一部分的截面图。参考图4，与图3不同，聚焦环240a和主体260a的形状以及传热片280a和传热片防护件290a的结构可以不同地设置。
根据一个实施方式，聚焦环240a的底表面是阶梯状的，使得内部区域241的高度不同于外部区域242的高度。例如，内部区域241可以设置成高于外部区域242。
主体260a的顶表面呈阶梯式以与聚焦环240a的底表面接合。
传热片280a包括内部片281和外部片282。内部片281设置为与内部区域241对应。外部片282设置为与外部区域242对应。
传热片防护件290a包括内部防护件291和外部防护件292。内部防护件291设置成围绕内部片281的内表面和外表面。外部防护件292设置成围绕外部片282的内表面和外表面。
此外，支撑单元200a的元件、结构和功能可以与图3的支撑单元200的元件、结构和功能基本相同。
如上所述，根据本发明构思的设备，调节聚焦环的温度的配置与调节支撑板的温度的配置不同，从而精确地调节聚焦环的温度。另外，根据本发明构思，由于通过调节聚焦环的温度得以更精确地调节由聚焦环支撑的基板的边缘区域的温度，所以可以对基板的中心区域和边缘区域均匀地进行处理，并且可以改善用于基板的工艺的再现性。
如上所述，根据本发明构思的实施方式，该设备可以精确地调节聚焦环的温度。
另外，根据本发明构思的实施方式，该设备可以均匀地处理基板。
此外，根据本发明构思的实施方式，该设备可以改善用于基板的工艺的再现性。
尽管已经参考本发明的示例性实施方式描述了本发明构思，但是对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离如在所附权利要求中所述的本发明构思的精神和范围的情况下可以对其做出各种改变和修改。