CN109524289B - 批量型等离子体衬底处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种根据示范性实施例的批量型等离子衬底处理设备，包含：第一管件，配置成提供在其中处理多个衬底的处理空间；衬底支撑部件，配置成在处理空间中的第一方向上负载多个衬底；多个气体供应部件，设置有用于供应处理衬底的过程所需的处理气体的供应端口；排气部件，配置成与第一管件连通且将处理空间内部的处理残余物排出到外部；以及等离子体反应部件，设置于第一管件外部，且配置成利用等离子体来分解由气体供应部件供应的处理气体并将分解的处理气体提供到处理空间。

Description

批量型等离子体衬底处理设备

技术领域

本公开涉及一种批量型等离子体衬底处理设备，且更确切地说涉及一种在其中将外部分解的处理气体供应到内部处理空间中的批量型等离子体衬底处理设备。

背景技术

一般来说，衬底处理设备是一种设备，其中待处理的衬底位于处理空间中，且接着，借助于化学气相沉积方法、原子层沉积方法等等将包含于喷射到处理空间中的处理气体中的反应粒子沉积于衬底上。衬底处理设备包含能够在一个衬底上执行衬底处理过程的单晶片型和能够在多个衬底上同时执行衬底处理过程的批量型。

在普通衬底处理设备的情况下，设置加热构件以使得喷射到处理空间中的处理气体的反应粒子沉积在衬底上，但由于高温和高温下的长时间处理，因此出现问题。确切地说，在批量型的情况下，由于多个衬底容纳于处理空间内部，因此整个衬底不能均匀地加热，且因此存在的问题在于产生温度梯度且需要长的反应时间。因此，为了缓和温度梯度且促进处理气体的电离或化学反应进而降低温度和减少在处理空间中的反应时间，等离子体形成于处理空间内部的空间中。

同时，一般来说，在批量型衬底处理设备中，利用环绕处理空间的热壁型加热构件来升高处理空间的壁表面以及衬底的温度，且因此在处理气体沉积于处理空间内部的壁表面上时形成非所需的薄膜。然而，当如等离子体的处理环境形成于处理空间中时，存在的问题在于在衬底处理过程期间沉积于内壁上的薄膜在借助于形成于等离子体产生空间中的磁场或电场分离为粒子时充当污染物质。因此，不仅存在衬底上的薄膜的质量的问题，且还存在衬底上的处理过程的效率降低的问题。

(现有技术文献)

[专利文献1]韩国专利第10-1396602号

发明内容

本公开提供一种在其中将于外部利用等离子体分解的处理气体供应到处理空间中的批量型等离子体衬底处理设备。

根据示范性实施例，衬底处理设备包含：第一管件，配置成提供在其中处理多个衬底的处理空间；衬底支撑部件，配置成在处理空间中的第一方向上负载多个衬底；多个气体供应部件，设置有供应处理衬底的过程所需的处理气体的供应端口；排气部件，配置成与第一管件连通且将处理空间内部的处理残余物排出到外部；以及等离子体反应部件，设置于第一管件外部，且配置成利用等离子体分解由气体供应部件供应的处理气体并将分解的处理气体提供到处理空间。

衬底处理设备可进一步包含第二管件，所述第二管件配置成与第一管件间隔开且环绕第一管件的外部，以使得在第二管件与第一管件之间形成分离空间，其中等离子体反应部件设置于分离空间中。

等离子体反应部件可包含：多个电源电极部件，在第一方向上延伸；以及接地电极部件，设置于多个电源电极部件之间且在第一方向上延伸。

等离子体反应部件可容纳多个电极部件和接地电极部件，且进一步包含阻隔肋，所述阻隔肋配置成定义在其中形成等离子体的内部空间。

衬底处理设备可进一步包含可变电源部件，所述可变电源部件配置成控制应用于每一个多个电源电极部件的RF功率的大小或比率进而供应RF功率。

可变电源部件可包含：电源部件，配置成将RF功率供应到多个电源电极部件；以及多个可变电容器，分别设置于电源部件与多个电源电极部件之间。

可变电源部件可进一步包含探测杆，所述探测杆分别设置于多个电源电极部件与接地电极部件之间的空间中且配置成测量等离子体的放电特性值，其中可根据由探测杆测量的放电特性值来调整RF功率的大小和比率。

衬底处理设备可进一步包含陶瓷管，所述陶瓷管配置成环绕多个电源电极部件和接地电极部件的外部外围表面。

多个电源电极部件和接地电极部件可安置成在第一管件的外围方向上彼此间隔开，且多个气体供应部件可在第一方向上延伸且分别设置于电源电极部件外部。

气体供应部件的供应端口可形成为面对与电源电极部件相反的方向。

多个气体供应部件可在第一方向上延伸且设置于连接电源电极部件与接地电极部件的线外部，且气体供应部件的每一个供应端口可设置成面对电源电极部件与接地电极部件之间的空间。

第一管件可包含在第一方向上对应于电源电极部件安置的多个喷射端口，且喷射端口和供应端口可设置成相对于从第一管件的中心轴到供应端口的径向方向上彼此对准错位。

气体供应部件可包含：反应气体供应部件，配置成将反应气体供应到等离子体反应部件；以及源气体供应部件，配置成将源气体供应到处理空间，其中等离子体反应部件可利用等离子体来分解反应气体。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述可更详细地理解示范性实施例，在所述附图中：

图1是说明根据示范性实施例的衬底处理设备的平面视图。

图2是说明根据另一示范性实施例的衬底处理设备的平面视图。

图3A是沿图2中的平面视图的线A-A'截取的横截面图。

图3B是沿图2中的平面视图的线B-B'截取的横截面图。

图4是说明根据又一示范性实施例的衬底处理设备的平面视图。

图5是说明根据示范性实施例的气体供应部件的平面视图。

图6A-图6B是说明根据示范性实施例的可变电源部件的电路图。

附图标号说明

110：第一管件；

111：喷射端口；

120：第二管件；

130：等离子体反应部件；

131：接地电极部件；

132：电源电极部件；

133：阻隔肋；

140：衬底支撑部件；

150：排气部件；

151：排气构件；

152：排气管线；

153：排气端口；

160：气体供应部件/气体供应管；

161：供应端口；

170：陶瓷管件；

180：可变电源部件；

181：可变电容器；

182：电源部件；

190：源气体供应部件；

A-A'、B-B'：线；

S：衬底。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细地描述特定实施例。然而，本公开可以不同形式实施，且不应解释为限于本文中所阐述的实施例。实际上，提供这些实施例以使得本公开将是透彻且完整的，且将向所属领域的技术人员充分传达本公开的范围。为描述本公开，可放大附图，且在附图中，相同附图标号是指相同元件。

图1是说明根据示范性实施例的衬底处理设备的平面视图，图2是说明根据另一示范性实施例的衬底处理设备的平面视图，图3A是沿图2中的平面视图的线A-A'截取的横截面图，且图3B是沿图2中的平面视图的线B-B'截取的横截面图。

参看图1到图3B，根据示范性实施例的衬底处理设备可包含：第一管件110，提供在其中处理多个衬底S的处理空间；衬底支撑部件140，在其上于处理空间中的第一方向上负载多个衬底S；多个气体供应部件160，各自设置有用于提供处理衬底S的过程中所需的处理气体的供应端口161；排气部件150，与第一管件110连通以将处理空间中的处理残余物排出到外部；以及等离子体反应部件130，设置于第一管件110外部，且利用等离子体来分解从气体供应部件160接收的处理气体进而将分解的处理气体供应到处理空间。

首先，根据布置对其执行处理过程的衬底S的方法，衬底处理设备分类成单晶片型方法和批量型方法，在所述单晶片型方法中可在一个衬底S上执行衬底处理过程，在所述批量型方法中可同时在多个衬底S上执行衬底处理过程。然而，在本公开中，将仅描述其中在竖直方向(第一方向)上负载多个衬底S的批量型方法。

根据示范性实施例的衬底处理设备可具有一种结构，其中第一管件110和容纳第一管件110的第二管件120彼此间隔开地形成，从而维持与彼此的预定距离，且第一管件110和第二管件120可由如石英或陶瓷的耐热性材料形成。

第一管件110可形成为具有打开的下部部分的圆柱形形状，且在其中提供处理空间，在所述处理空间中容纳和处理多个衬底S。第一管件110的处理空间是其中在衬底支撑部件140上执行实际处理过程的区域，多个衬底S堆叠于所述衬底支撑部件上。

衬底支撑部件140是用于支撑衬底S的配置，可形成以在第一方向上(即在竖直方向上)负载多个衬底S，且可具有形成于其中且在其中分别处理多个衬底S的多个单元处理空间。也就是说，衬底支撑部件140可具有多个层以在第一方向上负载衬底S，且一个衬底S可负载于一个层(或单元处理空间)上。因此，用于衬底S的单元处理空间个别地形成于衬底支撑部件140的每一层上，且因此可防止发生单元处理空间之间的干扰。

当负载所有多个衬底S时，衬底支撑部件140可移动穿过第一管件110的下部部分(或入口)，且只要具有可在其上安装和支撑多个衬底S的形状，那么衬底支撑部件140可具有不受特定限制的各种形状和结构。

另外，喷射由等离子体反应部件130分解的处理气体的多个喷射端口111(稍后待描述)可形成于以上所提到的第一管件110中。多个喷射端口111可彼此以对应于衬底支撑部件140的相应单元处理空间的不同高度而形成，从而分别向多个衬底S供应由等离子体反应部件130分解的处理气体。

排气部件150可安置于处理空间内部且用以将处理空间中的处理残余物排出到外部。排气部件150可由以下配置：排气构件151，在第一方向上延伸；排气管线152，连接到排气构件151；以及排气泵(未绘示)。由于排气构件151设置有多个排气端口153，所述多个排气端口相对于第一管件110的喷射端口111且彼此以对应于相应单元处理空间在第一方向上以不同的高度形成，因此通过以上所提到的第一管件110的喷射端口111供应到多个衬底S的分解气体可通过衬底S且抽吸到排气端口153。

如此，第一管件110的喷射端口111和排气部件150的排气端口153在与第一方向交叉的第二方向(例如平行于衬底的表面的方向)上对应于彼此地位于同一条线上，其中在所述第一方向上负载衬底S。因此，从喷射端口111喷射的分解气体可在引入至排气端口153中时形成层流。也就是说，由于在接触衬底S的表面后沿衬底S移动时可将分解气体引入至排气端口153中，因此分解气体可在平行于衬底S的表面的方向上流动且因此均匀地供应到衬底S的上部表面。

气体供应部件160可供应衬底处理过程中所需的处理气体。气体供应部件160可配置成包含：气体供应管，设置有用于供应处理气体的供应端口161；以及气体供应源(未绘示)，连接到气体供应管且从外部供应衬底处理过程所需的处理气体。

在普通衬底处理设备的情况下，设置加热构件以使得喷射到处理空间中的处理气体的反应粒子沉积在衬底上，但由于高温和高温下的长时间处理，因此存在问题。确切地说，在批量型的情况下，由于多个衬底容纳于处理空间的内部，因此整个衬底不能均匀地加热，且因此存在的问题在于产生温度梯度且需要长的反应时间。因此，为了缓和温度梯度且促进处理气体的电离或化学反应进而降低温度和减少在处理空间中的反应时间，等离子体形成于处理空间内部的空间中。然而，处理空间的壁表面以及衬底由环绕处理空间的热壁型加热构件加热，且因此在处理气体沉积于处理空间内部的壁表面上时形成非所需薄膜。然而，当如等离子体的处理环境形成于处理空间中时，存在的问题在于在衬底处理过程期间薄膜在借助于在等离子体产生空间中产生的磁场或电场分离为粒子时充当污染物质。因此，不仅存在衬底上的薄膜的质量的问题，且还存在衬底上的处理过程的效率降低的问题。

在示范性实施例中，为了防止从处理空间的内壁分离出粒子的问题和改进衬底处理过程的效率，等离子体反应部件130设置于第一管件110的外部以将分解的处理气体供应到第一管件110的处理空间中。等离子体反应部件130(分解从气体供应部件160接收的处理气体并将分解的处理气体提供到处理空间中)沿第一管件110外部竖直地负载多个衬底S的方向(第一方向)安置，且可用作将处理气体激活成等离子体的激活机构。此时，设置于第一管件110外部的等离子体反应部件130还可安置从而与排气部件150彼此面对，但其位置不受特定限制。

根据示范性实施例，由于在第一管件110外部供应等离子体反应部件130且进而在外部处分解处理气体并将其供应到处理空间中，因此可降低用于分解供应到处理空间中的处理气体且将处理气体沉积在衬底S上的温度，即加热构件的加热温度。因此，可降低整个温度，所述温度包含处理表面的壁表面的温度，且因此可缓和处理空间的内壁上的非所需薄膜的分解问题。另外，由于等离子体并不形成于处理空间内部但形成于第一管件110外部(即处理空间外部)，因此可防止借助于在将处理气体供应到处理空间后在处理空间的内部空间中由等离子体的形成产生的磁场或电场来剥离形成于处理空间的内壁上的薄膜的问题。

此外，等离子体反应部件130并不安置于处理空间内部但安置于第一管件110外部，且因此，第一管件110可限制在其中处理相应衬底S的单元处理空间。因此，使由等离子体反应部件130分解的所有分解气体是经由第一管件110中对应于相应单元处理空间的喷射端口111所喷射的，且因此，可在将分解气体引入至位于同一条线上的排气端口153中时形成理想层流。

更具体地说，当根据示范性实施例的等离子体反应部件130设置于第一管件110外部时，第一管件110可限制形成于处理空间中且在其中负载多个衬底S的单元处理空间。另外，由于相应层上负载的衬底S的单元处理空间由处理空间的内壁表面限制且彼此分开地设置，因此从对应于单元处理空间的相应喷射端口111喷射的分解气体可均匀地和有效地供应到衬底的上部表面上而不存在浪费的问题，且形成层流。也就是说，由于第一管件110的大部分处理空间可通过设置于第一管件110外部的等离子体反应部件130由单元处理空间配置，因此由等离子体反应部件130分解的所有处理气体可在流入对应于喷射端口111的相应单元处理空间中时形成层流，且因此衬底处理过程的效率可得到改进。

相反地，当等离子体反应部件130并不设置于第一管件110外部但设置于用于衬底S的处理空间内部时，由于空间部分地由等离子体反应部件130占据且单元处理空间与其它自由空间连通，因此相应单元处理空间不能由第一管件110的内壁限制。因此，存在的问题在于由等离子体反应部件130供应的分解气体不在衬底S的表面上流动，但流入处理空间内部的自由空间，且因此，难以形成理想层流。因此，在示范性实施例中，等离子体反应部件130设置于第一管件110外部。

根据示范性实施例的衬底处理设备进一步包含第二管件120，所述第二管件环绕第一管件110外部同时与第一管件110间隔开以使得在第一管件110与第二管件120之间形成分离空间，且等离子体反应部件130可设置于分离空间中。

在示范性实施例中，安置环绕第一管件110外部同时与第一管件110间隔开的第二管件120，从而进一步促进对等离子体反应部件130的环境的控制，且分离空间在大气压状态下被屏蔽于外部环境且形成于第一管件110(即内管)的外壁与第二管件120(即外管)的内壁之间，且等离子体反应部件130安置于分离空间中。

在其中处理衬底S的处理空间处于真空状态下，且等离子体反应部件130的外部处于大气压状态下。由于第一管件110的处理空间、等离子体反应部件130的外部空间和设置于第一管件110外部的等离子体反应部件130中的每个空间彼此分别形成于不同的环境中，因此对适合于形成等离子体的环境的控制(即等离子体反应部件130的如压力和温度的环境)可极为重要。因此，在示范性实施例中，为了易于控制适合于通过分离等离子体反应部件130与真空状态下的处理空间来产生等离子体的环境，且更有效地使等离子体反应部件130与大气压状态下的外部空间隔离，将从第一管件110外部环绕第一管件110的第二管件120安置以形成第一管件110与第二管件120之间的分离空间(或缓冲空间)，且等离子体反应部件130设置于与真空状态下的处理空间和大气压状态下的外部环境隔离的独立空间中，即处于分离空间中。

另外，可设置加热构件以从外部环绕处理空间，但当等离子体反应部件130设置于作为第一管件110与第二管件120之间的空间的分离空间中时，可更容易地安装环绕作为外管的第二管件120外部的加热构件。也就是说，由于等离子体反应部件130并不形成为从第二管件120外部突出但形成于分离空间内部，因此可安装加热构件而不由等离子体反应部件130控制。此处，如图1到图3B中所示，说明虽然将处理气体提供到等离子体反应部件130的多个气体供应部件160为突出到第二管件120的外部，但是只要其位置可设置于连接电源电极部件132和接地电极部件131的线外部。稍后将提供关于气体供应部件160的位置的详细描述。

同时，为了利用等离子体激活处理气体，一个RF功率源通常应用于两个电极，但当应用一个RF功率源时，出现的问题在于在稳定地形成等离子体的功率增大时产生粒子。也就是说，当应用一个RF功率源时，由于通过用于形成等离子体的大功率离子化的粒子具有高能量，因此引起用于保护电极、分离阻隔肋133、第一管件110以及第二管件120的陶瓷管件170的损坏，且因此产生粒子。因此，在示范性实施例中，在处理空间外部的而不是理空间中分解处理气体后，为了将处理气体提供到处理空间中，设置等离子体反应部件130，且等离子体反应部件130设置有多个电源电极部件132和在多个电源电极部件132之间的接地电极部件131以降低产生等离子体所需的功率，且因此防止因高RF功率所致的粒子产生。

等离子体反应部件130可包含：多个电源电极部件132，在第一方向上延伸；以及接地电极部件131，设置于多个电源电极部件132之间且在第一方向上延伸。另外，等离子体反应部件130可进一步包含阻隔肋133，所述阻隔肋容纳多个电源电极部件132和接地电极部件131且定义在其中形成等离子体的内部空间。

电源电极部件132可接收从可变电源部件180分别应用于在负载衬底S的第一方向上延伸的电极上的RF功率，且稍后将提供关于将RF功率应用到每一个电源电极部件132上的可变电源部件180的详细描述。

接地电极部件131可以是与电源电极部件132一样的在衬底S的负载方向上延伸的电极，且安装成在多个电源电极部件132之间远离电源电极部件132平行地间隔开一定距离以使得多个等离子体产生空间形成于电源电极部件132与接地电极部件131之间。

当从可变电源部件180将RF功率应用于电源电极部件132时，电场产生于电源电极部件132与接地电极部件131之间且出现等离子体的产生。如在示范性实施例中，当设置其中电源电极部件132分别安装于接地电极部件131外部的电极结构时，产生用于分解处理气体(亦即，获得所需量的自由基)的等离子体所需的RF功率可减小到所需功率的一半。因此，可防止引起对管件170、阻隔肋133、第一管件110、第二管件120等等的损坏和进而产生粒子的问题。也就是说，当利用充足能量分解处理气体所需的RF功率是例如大致100瓦，且设置其中接地电极部件131安装于多个电源电极部件132之间的结构时，功率低于大致100瓦，例如大致50瓦的功率可供应到电源电极部件132中的每一个以产生等离子体。因此，即使供应低于所需功率的功率，最后可类似于在供应大致100瓦功率的情况下，利用充足能量较有效地分解处理气体而不产生粒子。

此时，电源电极部件132和接地电极部件131并不电性连接且以彼此间隔开的方式安置，且可使用电容耦合等离子体(capacitive coupling plasma；CCP)方法，其中通过将RF功率应用到每一个电源电极部件132中由产生于电源电极部件132与接地电极部件131之间的电场产生等离子体。

在描述用于示范性实施例中的CCP方法前，首先将ICP方法分类成根据等离子体密度或所应用功率的E模式和H模式，在所述ICP方法中当由流过天线的电流产生的磁场随时间改变时由磁场周围的电场产生等离子体。一般来说，在ICP方法中，等离子体由E模式的方式产生，且在借助于H模式转换时产生高密度等离子体。为了实现从通常具有低密度等离子体的E模式到维持高密度等离子体的H模式的模式转换，应维持大功率。然而，在大功率的情况下，即当增大输入功率时，由于高电子温度产生不参与反应的粒子和大量自由基。因此，存在的问题在于难以获得质量良好的薄膜，且难以根据通过天线形成的电场来产生均匀等离子体。

相反地，在示范性实施例中，使用CCP方法，其中借助于形成于并不彼此连接但彼此间隔开的电源电极部件132与接地电极部件131之间的电场发生电子加速且进而产生等离子体。因此，如在ICP方法中，并不需要用于维持等离子体的大功率，从而降低电子温度，产生参与反应的大量自由基，且因此，可较有效地获得质量良好的薄膜。另外，在使用单一电极的CCP方法的情况下，由于根据感应功率影响参与反应的自由基，因此可仅通过应用大功率获得所需量的自由基。然而，在使用多个电极(其中接地电极部件131安装于多个电源电极部件132之间的结构)的CCP方法中，如上文所说明，由于功率可分开供应到各电极，因此甚至在功率低于供应到单一电极的功率的情况下可获得相同量的自由基。

根据示范性实施例的衬底处理设备可进一步包含环绕多个电源电极部件132和接地电极部件131的外部外围表面的陶瓷管件170。

在由从其上部部分到下部部分保护每一个电极部件的陶瓷管件170环绕的状态下，可保护多个电源电极部件132和接地电极部件131中的每一个，且多个电源电极部件132和接地电极部件131可由柔性编织金属丝配置。

一般来说，根据RF的使用，导电可受金属的趋肤深度影响，所述趋肤深度是电流流过的深度。当网型网状电极用于在其中将RF功率应用于产生等离子体的等离子体反应部件中时，由于自由空间占据的区域是宽的，因此存在的问题在于因小的表面面积所致的大阻力对应用RF功率来说是低效的。此外，在高温和低温下反复地执行衬底处理过程。当电极形成于网状类型中时，网状电极的形状根据不同温度而不规则地改变，在维持形状的方面中变得不利，且阻力根据改变的形状而改变。因此，当应用RF功率时，存在出现不均匀等离子体的问题。

相反地，根据示范性实施例的多个电源电极部件132和接地电极部件131使自由空间最小化以及插入到陶瓷管件170中，且可形成于柔性编织类型(编织金属丝)中以便防止以上所提到的问题。在一实施例中，为了进一步减小自由空间，提供涂布每一个电极部件的表面的方法。

另外，为了在第一方向上延伸柔性编织型电源电极部件132和接地电极部件131且维持在固定状态下，根据示范性实施例的衬底处理设备可进一步包含固定和支撑相应电极部件的两端以便不允许两端移动的弹簧部件(未绘示)。柔性电源电极部件132和接地电极部件131可各自固定在第一方向上且进而维持在细长的杆形状下。

陶瓷管件170环绕电源电极部件132和接地电极部件131的外部外围表面，以使得陶瓷管件170可使每一个电极部件电绝缘且保护暴露于等离子体环境的电极。因此，可安全地保护电极部件免于由等离子体产生的污染或粒子。陶瓷管件170由类似于第一管件110和第二管件120的如石英或陶瓷的抗热材料组成，且可进而与第一管件110和第二管件120一体地制造。

由陶瓷管件170环绕的多个电源电极部件132和接地电极部件131可容纳于定义在其中形成等离子体的内部空间的阻隔肋133内部。通过分别形成定义分离空间内的内部空间的阻隔肋133，可减少处理气体均匀地扩散到等离子体反应部件130内部的时间，且可进而改进供应到阻隔肋133中的处理气体的等离子体分解速度。因此，可提高衬底S的处理过程的效率。

再次参看图1和图2，多个气体供应部件160在第一方向上延伸且设置于连接电源电极部件132和接地电极部件131的线外部，且气体供应部件160的供应端口161可设置成指向电源电极部件132与接地电极部件131之间的相应空间。

气体供应部件160可将处理气体供应到等离子体反应部件130中以使得在等离子体反应部件130中分解处理衬底S的过程所需的处理气体。当等离子体反应部件130的内部填充有从多个气体供应部件160接收的处理气体时，将预定RF功率应用于电源电极部件132中的每一个，且等离子体可进而产生于彼此面对的电源电极部件132与接地电极部件131之间。可将激发处于等离子体状态下且分解的处理气体供应到处理空间中，且可进而执行衬底处理过程。

当多个气体供应部件160设置于连接电源电极部件132和接地电极部件131的线外部时，且当气体供应部件160的供应端口161设置于指向电源电极部件132与接地电极部件131之间的相应空间时，气体供应部件160的供应端口161可面对电源电极部件132与接地电极部件131之间的空间，且因此，可提高等离子体的分解速率。也就是说，由于通过气体供应部件160的供应端口161供应的处理气体可直接供应到电源电极部件132与接地电极部件131之间的等离子体产生空间，因此可减少用于分解的处理气体扩散到等离子体产生空间中的时间。因此，可改进处理气体的分解速度，且因此，还可改进等离子体分解速率。

另外，多个气体供应部件160设置于连接电源电极部件132和接地电极部件131的线外部，且气体供应部件160的供应端口161设置成面对电源电极部件132与接地电极部件131之间的相应空间。因此，可减小由阻隔肋133环绕的等离子体反应部件130的空间的大小。因此，可减少将处理气体供应到等离子体反应部件130以均匀地扩散的时间，且因此，还可减少在进行等离子体分解后将处理气体供应到处理空间的时间。如图1和图2中所说明，多个气体供应部件160说明为从第二管件120的外部表面突出且分别设置于电源电极部件132与接地电极部件131之间。然而，只要位置可设置于电源电极部件132与接地电极部件131之间且设置于电源电极部件132和接地电极部件131的延伸线外部，那么位置不受特定限制。

喷射端口111和供应端口161可设置成不在从第一管件110的中心轴到供应端口161的径向方向上与彼此对准。

以上所提到的第一管件110的喷射端口111可对应于衬底支撑部件140的相应单元处理空间在第一方向上以彼此不同的高度形成且安置于对应于在第一方向上延伸的电源电极部件132的位置处，且气体供应部件160的供应端口161可设置成面对电源电极部件132与接地电极部件131之间的相应空间。因此，喷射端口111和供应端口161可不在从第一管件110的中心轴到供应部件161的径向方向上与彼此对准。当喷射端口111和供应端口161的位置不彼此对应，但如图1和图2中所示不与彼此对准时，通过供应端口161供应的处理气体并不通过第一管件110的喷射端口111逸出，但在等离子体分解的时间容限后分解且通过喷射端口111逸出。因此，可进一步改进等离子体分解效率。

图4是说明根据又一示范性实施例的衬底处理设备的平面视图。

参看图4，在又一示范性实施例中，多个电源电极部件132和接地电极部件131安置成在第一管件110的外围方向上彼此间隔开，且多个气体供应部件160在第一方向上延伸且可进而分别设置于电源电极部件132外部。

与多个电源电极部件132和接地电极部件131一样在第一方向上延伸的气体供应部件160设置于在第一管件110的外围方向上彼此间隔开地安置的电源电极部件132外部的阻隔肋133中以使得处理衬底S的过程所需的处理气体可在等离子体反应部件130中分解。因此，气体供应部件160可将处理气体供应到等离子体反应部件130中。

当等离子体反应部件130的内部填充有由多个气体供应部件160供应的处理气体时，可通过将预定RF功率应用到相应电源电极部件132来利用等离子体分解处理气体，且可将分解的处理气体供应到处理空间中，且因此，可执行衬底处理过程。

此处，气体供应部件160的供应端口161可形成为面对与电源电极部件132相反的方向。

当设置于相应电源电极部件132外部的气体供应部件160的供应端口161设置成面对阻隔肋133时，由供应部件161供应的处理气体可从面对供应端口161的阻隔肋133逐渐扩散到等离子体反应部件130的中心区域。因此，处理气体可均匀地分布在等离子体反应部件130内部的整个空间中，且可进而利用等离子体分解全部处理气体并提供到处理空间。

不同于示范性实施例，当分别设置于电源电极部件132外部的气体供应部件160的供应端口161并不形成于面对阻隔肋133的位置处，但相反地形成于面对电源电极部件132的位置处时，处理气体扩散到等离子体反应部件130中且可通过第一管件110的喷射端口111逸出到处理空间而无用于利用等离子体进行分解的时间容限。因此，不仅处理气体可能被浪费，且进而处理效率还可能被降低。

相反地，在示范性实施例中，由于气体供应部件160的供应端口161形成于面对阻隔肋133的位置处，因此处理气体并不通过喷射端口111逸出到处理空间，但从等离子体反应部件130的外围区域(即面对供应部件160的阻隔肋133)均匀地扩散和填充到中心区域中。因此，在此期间处理气体可保持在等离子体反应部件130内部的时间容限增大，且可改进处理气体的等离子体分解效率。

图5是说明根据示范性实施例的气体供应部件的平面视图。

参看图5，气体供应部件160可包含：反应气体供应部件160，向等离子体反应部件130供应反应气体；以及源气体供应部件190，向处理空间供应源气体，其中等离子体反应部件130可利用等离子体分解反应气体。

处理气体可包含一或多种类型的气体，即反应气体和源气体，且源气体供应部件190可将源气体直接供应到处理空间。源气体可由含有如硅树脂的薄膜材料的气体(二氯硅烷(SiH₂Cl₂，缩写：DCS)等)组成，所述薄膜材料包含待沉积于衬底S上的薄膜材料。

不同于将源气体直接供应到处理空间的源气体供应部件190，反应气体供应部件160可将反应气体首先供应到等离子体反应部件130中，且反应气体可由等离子体激活且提供到处理空间中。这类反应气体可由通过与源气体反应形成薄膜层的如NH₃、N₂O以及NO的包含氮的气体(含氮气体)组成。

根据示范性实施例，将具有高于在低温下分解的源气体的气体分解温度的如NH₃、N₂O以及NO的反应气体供应到等离子体反应部件130，以使得可通过等离子体反应部件130有效地分解反应气体且提供到处理空间。由于利用等离子体分解反应气体的特征与参考图1到图4所描述的特征相同，因此将不在此提供其上的详细描述。

图6A-图6B是说明根据示范性实施例的可变电源部件的电路图。

参看图6A-图6B，根据示范性实施例的衬底处理设备可进一步包含可变电源部件180，所述可变电源部件控制应用于多个电源电极部件132中的每一个的RF功率的大小或比率。

等离子体产生空间是分别形成于多个电源电极部件132与接地电极部件131之间的空间，且等离子体产生空间的形状、宽度等等在等离子体产生和密度确定中发挥重要作用。然而，虽然分别形成于多个电源电极部件132与接地电极部件131之间等离子体产生空间的宽度形成为具有相同宽度，但是存在的问题在于等离子体的产生可由于各种外部因素而变得不均匀。也就是说，虽然多个电源电极部件132和接地电极部件131安置成远离彼此间隔开某一距离且形成具有相同宽度的多个等离子体产生空间，但是并不使得等离子体产生期间的等离子体密度分布准确地成为1:1，且因此，出现的问题在于密度分布变得不均匀。

在示范性实施例中，可通过使用可变电源部件180来调整应用于电源电极部件132中的每一个的RF功率的大小或比率以使得均匀等离子体产生于每一个等离子体产生空间中。

可变电源部件180可包含：电源部件182，将RF功率供应到多个电源电极部件132；以及多个可变电容器181，分别设置于电源部件182与多个电源电极部件132之间。

在一示范性实施例中，将RF功率供应到电源电极部件132中的每一个的电源部件182可电性连接到电源电极部件132中的每一个且独立地供应应用于电源电极部件132的RF功率，如图6B中所说明。在另一个例示性实施例中，如图6A中所说明，从一个电源部件182输出的RF功率是分布式的到且还可供应到多个可变电容器181和电源电极部件132。

可变电容器181可设置有多个，且分别对应于多个电源电极部件132安置，且多个可变电容器181可分别连接于从电源部件182的输出部分供应RF功率处的配线点与多个电源电极部件132之间。另外，可变电容器181可调整由电性连接到可变电容器的电源部件182供应的RF功率的大小或比率。

可变电源部件180可进一步包含探测杆，所述探测杆分别设置于多个电源电极部件132与接地电极部件131之间的空间中且配置成测量等离子体的放电特性值，其中可通过使用由探测杆测量的放电特性值来调整RF功率的大小和比率。

探测杆可设置于多个电源电极部件132与接地电极部件131之间的相应空间以使得可变电容器181调整RF功率的比率的大小，且由探测杆测量形成于等离子体产生空间中的等离子体的放电特性值，即放电电流、放电电压、相位等等，且可调整RF功率的大小或比率。

根据示范性实施例，控制分别应用于电源电极部件132的RF功率的大小或比率且可可变地调整衬底处理过程所需的自由基的沉积。因此，可解决等离子体密度分布变得不均匀的问题。

在一示范性实施例中，等离子体反应部件设置于第一管件外部，且因此，由气体供应部件供应的处理气体可在等离子体反应部件中进行分解且接着供应到处理空间中。也就是说，由于在供应到处理空间中后并不利用等离子体分解处理气体，但将外部中利用等离子体分解的处理气体供应到处理空间中，因此不仅可防止粒子与处理空间的内壁分离的问题，且还可改进衬底处理过程的效率。

另外，通过设置有多个电源电极部件和接地电极部件来减少稳定地产生等离子体所需的电源，且因此可防止因高RF功率源所致的粒子的产生。

此外，通过使用可变电源部件来调整应用于电源电极部件中的每一个的RF功率的大小或比率，且因此等离子体可均匀地产生于每一个等离子体产生空间中。

到目前为止，在本公开的详细描述中，已经描述了具体示范性实施例，但是可在不脱离本公开的精神和范围的情况下对实施例进行各种修改。因此，本发明的范围不由本发明的详细描述界定，但由所附权利要求界定，且范围内的所有差异将解释为包含于本发明中。

Claims (11)

1.一种衬底处理设备，其特征在于，包括：

第一管件，配置成提供在其中处理多个衬底的处理空间；

衬底支撑部件，配置成在所述处理空间中的第一方向上负载所述多个衬底；

多个气体供应部件，设置有用于供应处理所述衬底的过程所需的处理气体的供应端口；

排气部件，配置成与所述第一管件连通且将所述处理空间内部的处理残余物排出到外部；以及

等离子体反应部件，设置于所述第一管件外部，且配置成利用等离子体来分解由所述气体供应部件供应的所述处理气体且将分解的处理气体提供到所述处理空间中，

其中所述等离子体反应部件包括：

阻隔肋，配置成定义在其中形成所述等离子体的内部空间；

多个电源电极部件，容纳于所述内部空间中以分别接收RF功率；以及

接地电极部件，容纳于所述内部空间中并设置于所述多个电源电极部件之间，所述接地电极部件经接地，

其中所述接地电极部件在所述接地电极部件与设置在其两侧的所述多个电源电极部件中的每一个之间产生电容耦合等离子体。

2.根据权利要求1所述的衬底处理设备，进一步包括第二管件，所述第二管件配置成与所述第一管件间隔开且环绕所述第一管件的外部，以使得在所述第二管件与所述第一管件之间形成分离空间，其中

所述等离子体反应部件设置于所述分离空间中。

3.根据权利要求1所述的衬底处理设备，进一步包括可变电源部件，所述可变电源部件配置成控制应用于每一个所述多个电源电极部件的所述RF功率的大小或比率进而供应所述RF功率。

4.根据权利要求3所述的衬底处理设备，其中所述可变电源部件包括：

电源部件，配置成将所述RF功率供应到所述多个电源电极部件；以及

多个可变电容器，分别设置于所述电源部件与所述多个电源电极部件之间。

5.根据权利要求3所述的衬底处理设备，其中所述可变电源部件进一步包括探测杆，所述探测杆分别设置于所述多个电源电极部件与所述接地电极部件之间的空间中，且配置成测量所述等离子体的放电特性值，其中

根据由所述探测杆测量的所述放电特性值来调整所述RF功率的所述大小以及比率。

6.根据权利要求1所述的衬底处理设备，进一步包括陶瓷管，所述陶瓷管配置成环绕所述多个电源电极部件以及所述接地电极部件的外部外围表面。

7.根据权利要求1所述的衬底处理设备，其中

所述多个电源电极部件以及所述接地电极部件安置成在所述第一管件的外围方向上彼此间隔开，以及

所述多个气体供应部件在所述第一方向上延伸，且分别设置于所述电源电极部件的外部。

8.根据权利要求1所述的衬底处理设备，其中所述气体供应部件的所述供应端口形成为面对与所述电源电极部件相反的方向。

9.根据权利要求1所述的衬底处理设备，其中

所述多个气体供应部件在所述第一方向上延伸，且设置于连接所述电源电极部件与所述接地电极部件的线外部，以及

所述气体供应部件的每一个所述供应端口设置为面对所述电源电极部件与所述接地电极部件之间的空间。

10.根据权利要求1所述的衬底处理设备，其中

所述第一管件包括在所述第一方向上对应于所述电源电极部件安置的多个喷射端口，以及

所述喷射端口以及所述供应端口设置为相对于从所述第一管件的中心轴到所述供应端口的径向方向上彼此错位。

11.根据权利要求1所述的衬底处理设备，其中所述气体供应部件包括：

反应气体供应部件，配置成将反应气体供应到所述等离子体反应部件；以及

源气体供应部件，配置成将源气体供应到所述处理空间，其中

所述等离子体反应部件利用等离子体来分解所述反应气体。

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