CN109659214B - 批次型等离子体衬底处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种将在单独的空间中分解的工艺气体供应到处理空间中的批次型衬底处理装置。所述衬底处理装置包括：管材；衬底支撑部件；气体供应管道；排气部件；以及等离子体反应部件，其中所述等离子体反应部件可包括多个电源供应电极部件及接地电极部件。

Description

批次型等离子体衬底处理装置
技术领域
本公开涉及一种批次式等离子体衬底处理装置，且更具体来说，涉及一种将在单独的空间中分解的工艺气体供应到处理空间中的批次型等离子体衬底处理装置。
背景技术
大体来说，衬底处理装置是让待处理衬底位于处理空间中并接着通过化学气相沉积方法、原子层沉积方法或类似方法在衬底上沉积已被喷射到处理空间中的工艺气体中所包含的反应粒子(reaction particle)的一种装置。衬底处理装置包括能够对单一衬底执行衬底处理工艺的单晶片型及能够对多个衬底同时执行衬底处理工艺的批次型。
一般的衬底处理装置设置有加热工具以使已被喷射到处理空间中的工艺气体的反应粒子沉积在衬底上，但具有因高温以及在高温下进行长时间处理而造成的问题。具体来说，在批次型的情形中，由于处理空间中容置有多个衬底，因此衬底无法在整体上被均匀地加热，从而出现造成温度梯度 (temperature gradient)的问题及耗费长的反应时间的问题。因此，形成等离子体以缓解温度梯度并促进工艺气体的离子化、化学反应或类似操作从而由此降低处理空间中的反应温度及反应时间。
为形成等离子体，一般来说，提供被施加射频(radio frequency，RF)功率的功率电极以及接地电极，并对单一功率电极施加单一射频功率以由此在功率电极与接地电极之间形成等离子体。当施加单一射频功率时，尽管用于稳定地形成等离子体的功率及用于获得所需数量的自由基的功率增大，然而仍出现产生粒子的问题。即，由于由等离子体放电所激励的自由基受到所施加的功率影响，因此应施加高的功率以获得所需数量的自由基。因此，当施加单一射频功率时，会施加高的功率以获得所需数量的自由基，从而使离子化粒子具有高的能量，且存在用于保护电极的管道(pipe)、管材(tube)或类似物受到损坏且因此产生粒子的问题。
[现有技术文献]
[专利文献]
(专利文献0001)韩国专利第10-0734778号
发明内容
本公开涉及一种将在单独的空间中分解的工艺气体供应到处理空间中的批次型等离子体衬底处理装置。
根据示例性实施例，一种衬底处理装置包括：管材，被配置成提供处理空间，在所述处理空间中处理多个衬底；衬底支撑部件，被配置成于所述处理空间中在第一方向上装载所述多个衬底；气体供应管道，被配置成将处理所述衬底的工艺所需的工艺气体供应到所述管材中；排气部件，被配置成与所述管材连通且将所述处理空间内的工艺残留物排放到外部；以及等离子体反应部件，从所述管材延伸，通过用以界定形成有等离子体的放电空间的分离壁与所述处理空间分离，并对从所述气体供应管道供应的所述工艺气体进行等离子体分解以由此将经分解工艺气体供应到所述处理空间，其中所述等离子体反应部件包括：多个电源供应电极部件，容置在所述放电空间中且在所述第一方向上延伸；以及接地电极部件，设置在所述多个电源供应电极部件之间且在所述第一方向上延伸。
所述多个电源供应电极部件与所述接地电极部件可彼此间隔开且电分离，且所述等离子体可为容性耦合等离子体(capacitively coupled plasma，CCP)。
所述衬底处理装置可进一步包括可变电源供应部件，所述可变电源供应部件被配置成对所述多个电源供应电极部件中的每一者施加射频功率且控制及供应所述射频功率的强度或比率。
所述可变电源供应部件可包括：电源供应部件，被配置成对所述多个电源供应电极部件供应所述射频功率；以及多个可变电容器，分别设置在所述电源供应部件与所述多个电源供应电极部件之间。
所述可变电源供应部件可进一步包括探测杆，所述探测杆分别设置在位于所述多个电源供应电极部件与所述接地电极部件之间的空间中且被配置成测量放电特性值，其中所述射频功率的所述强度或所述比率可根据由所述探测杆所测量出的所述放电特性值来调整。
所述衬底处理装置可进一步包括陶瓷管材，所述陶瓷管材被配置成环绕所述多个电源供应电极部件的外周边表面及所述接地电极部件的外周边表面。
所述多个电源供应电极部件与所述接地电极部件可被配置成在所述管材的周边方向上彼此间隔开，且所述气体供应管道可在所述第一方向上延伸并可设置有多个，且可设置在所述电源供应电极部件中的每一者的外部。
所述气体供应管道可包括：在所述第一方向上排列的多个供应口，且所述气体供应管道的所述供应口可被形成为面对与所述电源供应电极部件相反的方向。
所述气体供应管道可在所述第一方向上延伸且在连接所述电源供应电极部件与所述接地电极部件的管线外部设置有多个，且所述气体供应管道的所述供应口可被设置成分别面对位于所述电源供应电极部件与所述接地电极部件之间的空间。
所述等离子体反应部件可包括在所述第一方向上与所述电源供应电极部件及所述衬底支撑部件对应地进行排列的多个喷射口，且所述喷射口与所述供应口可被设置成相对于从所述管材的中心轴线到所述供应口的径向方向彼此不对准。
所述气体供应管道可包括：反应气体供应管道，被配置成对所述等离子体反应部件供应反应气体；以及源气体供应管道，被配置成对所述处理空间供应源气体，其中所述等离子体反应部件可对所述反应气体进行等离子体分解。
在示例性实施例中，提供作为与处理空间分离的单独空间的等离子体反应部件，且因此从气体供应管道供应的工艺气体可在等离子体反应部件中分解且接着被供应到处理空间中。因此，不仅可防止粒子从处理空间的内壁脱离的问题，而且可提高衬底处理工艺的效率。
另外，提供将电源供应电极部件装设在接地电极部件外部的三电极结构，以使稳定地形成等离子体或获得所需数量的自由基所需的射频功率可被分布及供应到多个电源供应电极部件。因此，供应到所述电源供应电极部件的功率可大幅降低，且因此，可防止由于高的射频功率而产生粒子。
另外，由于在被设置成彼此间隔开的电源供应电极部件与接地电极部件之间形成有电容耦合等离子体(CCP)，因此即使利用比电感耦合等离子体 (ICP)的功率低的功率也可形成稳定的等离子体。此外，由于因低电子温度而产生许多参与反应的自由基，因此可有效地获得良好质量的膜。
此外，被施加到电源供应电极部件中的每一者的射频功率的强度或比率是通过使用可变电源供应部件来调整，由此可在等离子体产生空间中的每一者中均匀地产生等离子体。
附图说明
结合附图阅读以下说明，可更详细地理解示例性实施例，在附图中：
图1是示出根据示例性实施例的衬底处理装置的平面图。
图2A是沿图1中的平面图的线A-A’截取的剖视图。
图2B是沿图1中的平面图的线B-B’截取的剖视图。
图3是示出根据另一示例性实施例的衬底处理装置的平面图。
图4是示出根据又一示例性实施例的衬底处理装置的平面图。
图5是示出根据示例性实施例的气体供应管道的平面图。
图6A及图6B是示出根据示例性实施例的可变电源供应部件的电路图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细阐述示例性实施例。然而，本公开可被实施为不同的形式，而不应被视为仅限于本文中所述的实施例。确切来说，提供这些实施例是为了使此公开内容将透彻及完整，并将向所属领域的技术人员充分传达本公开的范围。可夸大附图以详细阐述本公开，且在附图中相同的参考编号指代相同的元件。
图1是示出根据示例性实施例的衬底处理装置的平面图，图2A是沿图1 中的平面图的线A-A’截取的剖视图，且图2B是沿图1中的平面图的线B-B’截取的剖视图。
参照图1、图2A及图2B，根据示例性实施例的衬底处理装置包括：管材110，提供处理空间，在处理空间中处理多个衬底S；衬底支撑部件140，在衬底支撑部件140中所述多个衬底S于所述处理空间中在第一方向上进行装载；气体供应管道160，用于供应处理衬底S的工艺所需的工艺气体；排气部件150，与管材110连通且将所述处理空间中的工艺残留物排放到外部；以及等离子体反应部件130，从管材110延伸且通过界定形成有等离子体的放电空间的分离壁与处理空间分离，且等离子体反应部件130对从气体供应管道160供应的工艺气体进行等离子体分解并将经分解工艺气体供应到所述处理空间，其中等离子体反应部件130可包括：多个电源供应电极部件132，容置在所述放电空间中且在所述第一方向上延伸；以及接地电极部件131，设置在所述多个电源供应电极部件132之间且在所述第一方向上延伸。
首先，根据用于在所要执行的工艺中排列衬底S的方法，衬底处理装置包括对单一衬底S执行衬底处理工艺的单晶片型及对多个衬底S执行衬底处理工艺的批次型。此处，在示例性实施例中，将阐述在垂直方向(第一方向) 上装载多个衬底S的批次型。
管材110可形成为具有开放下部分的圆柱形状且在管材110中提供有处理空间，多个衬底S容置在所述处理空间中且在所述处理空间中进行处理。管材110的处理空间是对上面堆叠有所述多个衬底S的衬底支撑部件140执行实际工艺的区。
衬底支撑部件140是用于支撑衬底S的组件，衬底支撑部件140被形成为使得所述多个衬底S在第一方向上(即在垂直方向上)进行装载，且可具有形成在衬底支撑部件140中的多个单元处理空间且所述多个衬底S中的每一者在所述多个单元处理空间中被个别地处理。即，衬底支撑部件140可具有多个层以使得衬底S在第一方向上进行装载，且单一衬底S可装载在单一层(或单元处理空间)上。因此，衬底S的单元处理空间个别地形成在衬底支撑部件140的每一层上，且因此可防止在各单元处理空间之间出现干扰。
当所有衬底均装载在衬底支撑部件140上时，衬底支撑部件140可经由管材110的下部分(或入口)移动到管材110的处理空间。此处，衬底支撑部件140可具有各种形状及结构，只要所述多个衬底S可被安装及支撑在衬底支撑部件140上即可。
气体供应管道160可供应处理衬底S的工艺所需的工艺气体，且气体供应管道160可在第一方向上排列且包括形成在彼此不同的高度上的多个供应口161。
等离子体反应部件130是以下的一种组件：其在管材110内通过界定形成有等离子体的放电空间的分离壁133与处理空间分离，并对从气体供应管道160供应的工艺气体进行等离子体分解以将经分解工艺气体供应到处理空间。等离子体反应部件130从管材110的内壁向内延伸且可充当将工艺气体激励成等离子体并将所述等离子体供应到处理空间的激励机构(activating mechanism)。此处，等离子体反应部件130可在所述多个衬底S的垂直装载方向上设置在管材110内。此时，等离子体反应部件130也可被设置成面对排气部件150，但等离子体反应部件130的位置不受特别限制。
另外，在等离子体反应部件130中可形成有多个喷射口120，所述多个喷射口120将在等离子体反应部件130中分解的工艺气体喷射到处理空间中。此时，所述多个喷射口120可在第一方向上与衬底支撑部件140的相应单元处理空间对应地进行排列且形成在彼此不同的高度上以将经分解工艺气体分别供应到所述多个衬底S。
等离子体反应部件130设置在管材110内，且形成有等离子体的放电空间通过分离壁133与处理空间分离，且因此，从气体供应管道160供应到管材110中的工艺气体在处理空间中不分解，且可在所述等离子体反应部件的放电空间(其为单独的空间)中分解并接着被供应到处理空间。因此，可防止形成在处理空间的内壁上的薄膜通过由于在将工艺气体供应到处理空间之后在所述处理空间中形成等离子体而产生的磁场或电场的问题。
排气部件150可设置在处理空间内且用于将所述处理空间中的工艺残留物排放到外部。排气部件150可由在第一方向上延伸的排气构件151、连接到排气构件151的排气管线152以及排气泵(未示出)形成。此处，排气构件151可设置有多个排气口153，所述多个排气口153面对等离子体反应部件130的喷射口120且在第一方向上与相应单元处理空间对应地形成在彼此不同的高度处。因此，经由等离子体反应部件130的上述喷射口120供应到所述多个衬底S的经分解工艺气体可穿过衬底S并被抽吸到排气口153。
这样一来，等离子体反应部件130的喷射口120及排气部件150的排气口153可在与装载衬底S的第一方向交叉的第二方向(例如与衬底S的表面平行的方向)上彼此对应地位于同一管线上。因此，从喷射口120喷射的经分解工艺气体可在被引入到排气口153中的同时形成层流(laminar flow)。即，由于经分解工艺气体可在接触衬底S的表面之后沿衬底S移动的同时被引入到排气口153中，因此经分解工艺气体可在与衬底S的表面平行的方向上流动且因此被均匀地供应到衬底S的上表面。
同时，为将工艺气体激励成等离子体，一般来说，对电极施加单一射频功率以形成等离子体。此时，当施加单一射频功率时，尽管用于稳定地形成等离子体的功率及用于获得所需数量的自由基的功率增大，然而仍出现产生粒子的问题。即，由于参与反应的自由基受到所施加的功率影响，因此应施加高的功率以获得所需数量的自由基。因此，当施加单一射频功率时，会施加高的功率以获得所需数量的自由基且由此使离子化粒子具有高的能量，且存在用于保护电极的管道170、分离壁133及管材110或类似物受到损坏且因此产生粒子的问题。
在示例性实施例中，在等离子体反应部件130中，利用设置有所述多个电源供应电极部件132及设置在所述多个电源供应电极部件132之间的接地电极部件131的三电极结构(three-electrode structure)将功率分布到所述多个电源供应电极部件132中的每一者。因此，产生等离子体所需的功率及用于获得所需数量的自由基的功率降低，且可防止由于高的射频功率而出现粒子。
电源供应电极部件132可通过在装载衬底S的第一方向上延伸的电极中的每一者来从可变电源供应部件180接收射频功率，且随后将提供关于用于对电源供应电极部件132中的每一者供应射频功率的可变电源供应部件180 的详细说明。接地电极部件131可像电源供应电极部件132一样为在衬底S 的装载方向上延伸的电极，且被装设成在所述多个电源供应电极部件132之间与电源供应电极部件132平行地间隔开，以使得在电源供应电极部件132 与接地电极部件131之间形成多个等离子体产生空间。
当从可变电源供应部件180对上述电源供应电极部件132中的每一者施加受控的射频功率时，在电源供应电极部件132与接地电极部件131之间产生等离子体。此时，如在示例性实施例中一样，当提供电源供应电极部件132 中的每一者装设在接地电极部件131外部的三电极结构时，产生用于对工艺气体进行分解的等离子体所需的射频功率或获得所需数量的自由基所需的功率可减小到一半或显著减小。因此，可防止用于保护电极的管道170、分离壁133、管材110或类似物由于高的功率及粒子的产生而受到损坏的问题。举例来说，当对具有足够能量的工艺气体进行分解所需的射频功率为100瓦 (W)时且当提供接地电极部件131装设在所述多个电源供应电极部件132 之间的三电极结构时，比100W低的50W的功率可被分布及供应到电源供应电极部件132中的每一者。因此，即使供应比产生等离子体所需的功率低的功率，仍可获得与在供应为100W的功率的情形中的自由基相同数量的自由基，且由于为50W的低功率被分布及供应到电源供应电极部件132中的每一者，因此工艺气体可被更有效地分解而不会由于高的功率而产生粒子。
多个电源供应电极部件132与接地电极部件131彼此间隔开且彼此电分离，且等离子体可为电容耦合等离子体(CCP)。
电源供应电极部件132及接地电极部件131电断接且被设置成彼此间隔开，且电容耦合等离子体(CCP)可利用通过对电源供应电极部件132中的每一者施加射频功率而在电源供应电极部件132与接地电极部件131之间产生的电场来产生。
与通过利用由在电分离的电极之间形成的电场所产生的电子加速 (electronacceleration)获得能量来形成等离子体的电容耦合等离子体方法不同，在电感耦合等离子体(inductively coupled plasma，ICP)方法中，等离子体是当通过在彼此连接的天线中流动的电流形成的磁场有变化时通过在所述磁场周围形成的电场来形成。一般来说，等离子体是通过E模式产生，且在转换到H模式的同时会形成高密度等离子体。电感耦合等离子体方法是根据等离子体密度或所施加电功率而分类成E模式及H模式。为实现从等离子体密度低的E模式到使等离子体维持为高密度的H模式的转换，应引发高的功率，且当输入功率增大时，会出现产生粒子及许多由于高电子温度而不参与反应的自由基的问题，且因此不易于获得良好质量的膜，且由于通过天线而形成的电场而不易于产生均匀的等离子体。
相反地，在示例性实施例中，由于在彼此断接、电分离且间隔开的电源供应电极部件132中的每一者与接地电极部件131之间形成有电容耦合等离子体(CCP)，因此不必像在电感耦合等离子体(ICP)中一样引发高的功率来实现模式转换。因此，可更有效地防止粒子的产生且可更有效地通过产生许多由于低电子温度而参与反应的自由基来获得良好质量的膜。
可进一步提供陶瓷管材170，陶瓷管材170环绕多个电源供应电极部件 132的外周边表面以及接地电极部件131的外周边表面。
多个电源供应电极部件132以及接地电极部件131中的每一者可以被陶瓷管材170环绕的状态被保护，陶瓷管材170保护电极部件中的每一者的上部分到下部分，且多个电源供应电极部件132及接地电极部件131可由柔性编包导线(flexible braided wire)配置成。
一般来说，由于使用射频而进行的导电可能受到金属皮深度(metal skin depth)影响，其中金属皮深度是电流流动的深度。此处，当在被施加射频功率且产生有等离子体的等离子体反应部件130中使用筛网型筛网电极 (mesh-type mesh electrode)时，由于自由空间所占用的面积为宽阔的，因此存在由于小的表面积所造成的大电阻而使射频功率施加不高效的问题。此外，以高温及低温重复地执行衬底处理工艺。当电极形成为筛网型时，在维持形状方面，筛网电极的形状根据变化的温度而不规则地改变是不利的，且由于电阻根据改变的形状而变化，因此当施加射频功率时，存在出现非均匀等离子体的问题。
相反地，根据示例性实施例的多个电源供应电极部件132以及接地电极部件131使自由空间最小化且被插入陶瓷管材170中，且可形成为柔性编包型(编包导线)以防止上述问题。在一实施例中，为进一步减小自由空间，也可另外使用对电极部件中的每一者的表面进行涂布的方法。
另外，可进一步提供弹簧部件(未示出)，所述弹簧部件固定且支撑每一电极部件的两个端部以使柔性编包型电源供应电极部件132以及接地电极部件131维持在第一方向上延伸且以固定状态固定在等离子体反应部件130中的状态。通过弹簧部件，柔性电源供应电极部件132及接地电极部件131各自可在第一方向上固定且维持细长杆形状。
陶瓷管材170可通过环绕电源供应电极部件132的外周边表面及接地电极部件131的外周边表面来使电极部件中的每一者电绝缘，且保护暴露到等离子体环境的电极部件免受等离子体影响。因此，电极部件可得到安全保护而免受可能由等离子体造成的污染或粒子影响。与管材110相同，陶瓷管材 170可由例如石英或陶瓷等耐热材料形成且是与管材110一体地形成。
图4是示出根据又一示例性实施例的衬底处理装置的平面图。
如上所述，根据又一示例性实施例的包括多个电源供应电极部件132以及接地电极部件131的等离子体反应部件130设置在管材110内，且可通过界定形成有等离子体的放电空间的分离壁133与处理空间分离。参照图4，根据又一示例性实施例，等离子体反应部件130可设置在管材110外部。
一般的衬底处理装置设置有加热工具以使被喷射到处理空间中的工艺气体的反应粒子沉积在衬底上，但高温以及在高温下进行长时间处理造成了多种问题。具体来说，在批次型的情形中，由于处理空间中容置有多个衬底，因此衬底无法在整体上被均匀地加热，从而出现造成温度梯度的问题及耗费长的反应时间的问题。因此，在处理空间内的空间中形成等离子体以缓解温度梯度并促进工艺气体的离子化、化学反应或类似操作以由此降低处理空间中的反应的温度及时间。然而，处理空间的壁表面以及衬底被环绕处理空间的热壁型加热工具(hot wall-type heating means)加热，由此在工艺气体甚至沉积在处理空间内的壁表面上的同时仍会形成非期望薄膜。此时，当在处理空间中形成例如等离子体等工艺环境时，存在此种薄膜在通过在等离子体产生空间中所形成的磁场或电场而作为粒子脱离(detach)的同时在衬底处理工艺期间充当污染物质的问题。因此，不仅出现衬底上的薄膜的质量劣化而且在衬底上进行的处理工艺的效率也劣化的问题。
相反地，在又一示例性实施例中，等离子体反应部件130设置在管材110 外部，且因此工艺气体可在外部分解并被供应到处理空间中。因此，用于让供应到处理空间中的工艺气体分解且用于让工艺气体沉积在衬底S上的温度 (即加热工具的加热温度)可降低。因此，例如处理空间的壁表面的温度等各种温度整体上可降低，以使得可缓解在处理空间的内壁上沉积有非期望薄膜的问题。另外，由于等离子体形成在管材110外部，因此可防止形成在处理空间的内壁上的薄膜通过因在将工艺气体供应到处理空间之后在所述处理空间的内部空间中形成等离子体而产生的磁场或电场而作为粒子脱离的问题。
此外，等离子体反应部件130设置在管材110外部，从而使管材110可限制在处理相应衬底S的单元处理空间。因此，在所有通过等离子体反应部件130而分解的经分解气体经由与相应单元处理空间对应的喷射口120喷射且被引入到位于同一管线处的排气口153中的同时，可形成理想的层流。换句话说，通过将等离子体反应部件130提供到外部，管材110可在处理空间中约束装载及形成有多个衬底S的单元处理空间。另外，由于用于装载在相应层上的衬底S的单元处理空间受到处理空间的内壁表面所约束且被设置成彼此分离，因此从与单元处理空间对应的相应喷射口120喷射的经分解工艺气体可均匀地且有效地供应到衬底的上表面上而不会造成浪费问题，且可形成层流。
同时，在又一示例性实施例中，可进一步提供环绕管材110的外部以与管材110形成分离空间的外管材(未示出)，且等离子体反应部件130可设置在所述分离空间中。即，可设置与管材110间隔开且环绕管材110的外部的外管材，以使对等离子体反应部件130的环境的控制变得更容易，且在作为内管材的管材110的外壁与所述外管材的内壁之间形成相对于处于大气压状态的外部环境而被屏蔽的分离空间，且因此，等离子体反应部件130可形成在所述分离空间中。
在处理衬底S的处理空间处于真空状态，且设置在分离空间中的等离子体反应部件的外部处于大气压状态。即，管材110的处理空间、设置在管材 110外部的等离子体反应部件130及等离子体反应部件130的外部空间各自形成在彼此不同的环境中。因此，控制适合于形成等离子体的环境(即例如等离子体反应部件130的压力及温度等环境)可为非常重要。因此，在又一示例性实施例中，为通过更有效地将等离子体反应部件130相对于处于真空状态的处理空间进行屏蔽及更有效地将等离子体反应部件130相对于处于大气压状态的外部空间进行屏蔽来轻易地控制适合于产生等离子体的环境，设置从管材110的外部且环绕管材110的外管材以在管材110与所述外管材之间形成分离空间(或缓冲空间)，且可在相对于处于真空状态的处理空间及处于大气压状态的外部环境而被屏蔽的隔离空间中(即在所述分离空间中)设置等离子体反应部件。
另外，可设置加热工具以从外部环绕处理空间。此时，当等离子体反应部件130设置在作为管材110与外管材之间的空间的分离空间中时，可更易于装设环绕所述外管材的外部的加热工具。即，由于等离子体反应部件130 不被形成为从管材110的外部突出而是形成在分离空间内，因此加热工具的装设可不受到等离子体反应部件130所约束。
重新参照图1，气体供应管道160在第一方向上延伸且设置在连接电源供应电极部件132与接地电极部件131的管线外部，且气体供应管道160的供应口161可被设置成直接朝向位于电源供应电极部件132与接地电极部件 131之间的相应空间。
气体供应管道160可将工艺气体供应到等离子体反应部件130，从而使处理衬底S的工艺所需的工艺气体在等离子体反应部件130中分解。当等离子体反应部件130的内部被从多个气体供应管道160接收的工艺气体填满时，预定射频功率被施加到电源供应电极部件132中的每一者，且由此在彼此面对的电源供应电极部件132与接地电极部件131之间可产生等离子体，在等离子体状态下被激励并且被分解的工艺气体可被供应到处理空间中，且因此可执行衬底处理工艺。
当多个气体供应管道160从连接电源供应电极部件132与接地电极部件 131的管线设置到外部时，且当气体供应管道160的供应口161直接朝向位于电源供应电极部件132与接地电极部件131之间的相应空间进行设置时，气体供应管道160的供应口161可分别面对位于电源供应电极部件132与接地电极部件131之间的空间，且因此，等离子体的分解速率可增大。即，经由气体供应管道160的供应口161供应的工艺气体可被直接供应到位于电源供应电极部件132与接地电极部件131之间的等离子体产生空间。因此，用于分解的工艺气体扩散到等离子体产生空间中的时间可减少，以使工艺气体的分解速度可提高且等离子体的分解速率可由此提高。
另外，多个气体供应管道160设置在连接电源供应电极部件132与接地电极部件131的管线外部，且气体供应管道160的供应口161被设置成面对位于电源供应电极部件132与接地电极部件131之间的相应空间，且因此，被分离壁133所环绕的等离子体反应部件130的空间的大小可减小。因此，被供应到等离子体反应部件130的工艺气体均匀扩散的时间可减少，且因此，对工艺气体进行等离子体分解且接着将工艺气体供应到处理空间的时间也可减少。如图1中所示，多个气体供应管道160被示出为从管材110的外表面突出且相应地设置在电源供应电极部件132与接地电极部件131之间。然而，气体供应管道的位置不受特别限制，只要所述位置可设置在电源供应电极部件132与接地电极部件131之间且设置在连接电源供应电极部件132与接地电极部件131的管线外部即可。
喷射口120与供应口161可被设置成在从管材110的中心轴线到供应口 161的径向方向上彼此不对准。
上述等离子体反应部件130的喷射口120可在第一方向上与衬底支撑部件140的相应单元处理空间对应地形成在彼此不同的高度处及与在第一方向上延伸的相应电源供应电极部件132对应的位置处，且气体供应管道160的供应口161可被设置成分别面对位于电源供应电极部件132与接地电极部件131之间的空间。因此，喷射口120与供应口161可相对于从管材110的中心轴线到供应口161的径向方向彼此不对准。当喷射口120的位置与供应口的位置彼此不对应而是如图1中所示彼此不对准时，经由供应口161供应的工艺气体不立即经由管材110的喷射口120逸出，而是在等离子体分解的时间余裕(temporal margin)之后进行分解再经由喷射口120逸出。因此，等离子体分解效率可进一步提高。
图3是示出根据另一示例性实施例的衬底处理装置的平面图。
参照图3，在又一示例性实施例中，多个电源供应电极部件132与接地电极部件131被设置成在管材110的周边方向上彼此间隔开，且多个气体供应管道160可被设置成在第一方向上延伸且可由此设置在相应电源供应电极部件132外部。
与多个电源供应电极部件132及接地电极部件131相同，在第一方向上延伸的气体供应管道160设置在电源供应电极部件132外部，以使处理衬底 S的工艺所需的工艺气体可在等离子体反应部件130中分解，电源供应电极部件132以在管材110的周边方向上彼此间隔开的方式设置在分离壁133中。因此，气体供应管道160可将工艺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的内部被从所述多个气体供应管道160供应的工艺气体填满时，工艺气体可通过将预定射频功率施加到相应电源供应电极部件132而进行等离子体分解，且经分解的工艺气体可被供应到处理空间中，且因此，可执行衬底处理工艺。
此处，气体供应管道160的供应口161可被形成为面对与电源供应电极部件132相反的方向。
当设置在相应电源供应电极部件132外部的气体供应管道160的供应口 161被设置成面对分离壁133时，从供应口161供应的工艺气体可从面对供应口161的分离壁133逐渐扩散到等离子体反应部件130的中心区。因此，工艺气体可均匀地分布在等离子体反应部件130内的整个空间中，且工艺气体可由此整体地进行等离子体分解并被提供到处理空间。
与示例性实施例不同，当设置在相应电源供应电极部件132外部的气体供应管道160的供应口161不形成在面对分离壁133的位置处而是相反地形成在面对电源供应电极部件132的位置处时，工艺气体扩散到等离子体反应部件130中且可经由管材110的喷射口120立即逸出到处理空间而不存在利用等离子体进行分解的时间余裕。因此，不仅可能浪费工艺气体，而且工艺效率可能由此劣化。
相反地，在示例性实施例中，由于气体供应管道160的供应口161形成在面对分离壁133的位置处，因此工艺气体不经由喷射口120立即逸出到处理空间，而是可从等离子体反应部件130的边缘区(即面对供应口161的分离壁)均匀地扩散及填充到中心区。因此，期间工艺气体保持在等离子体反应部件130内的时间余裕增大，且因此，工艺气体的等离子体分解效率可提高。
图5是示出根据示例性实施例的气体供应管道的平面图。
参照图5，气体供应管道160包括：反应气体供应管道162，对等离子体反应部件130供应反应气体；以及源气体供应管道190，对处理空间供应源气体，其中所述等离子体反应部件130可对反应气体进行等离子体分解。
工艺气体可包括一种或多种气体，即反应气体及源气体，且源气体供应管道190可将源气体直接供应到处理空间。源气体可由含有例如硅酮等薄膜材料的气体(二氯硅烷(SiH2Cl2)，缩写：DCS等)构成，所述薄膜材料包括将要沉积到衬底S上的薄膜材料。
与将源气体直接供应到处理空间的源气体供应管道190不同，反应气体供应管道162可首先将反应气体供应到等离子体反应部件130中，且反应气体可被等离子体激励并被提供到处理空间中。此种反应气体可由例如NH3、 N2O及NO等与源气体反应以形成薄膜层的含氮气体。
根据示例性实施例，通过对等离子体反应部件130供应例如NH3、N2O 及NO等反应气体，所述反应气体通过等离子体反应部件130有效地分解且接着可被提供到处理空间，所述反应气体具有的气体分解温度比甚至会在低温下分解的源气体高。由于反应气体的等离子体分解的细节与以上参照图1 到图4所述的细节相同，因此本文中不再对其予以赘述。
图6A及图6B是示出根据示例性实施例的可变电源供应部件的电路图。
参照图6A及图6B，衬底处理装置可进一步包括可变电源供应部件180，可变电源供应部件180对多个电源供应电极部件132中的每一者施加射频功率且控制及供应所述射频功率的强度或比率。
等离子体产生空间是分别形成在多个电源供应电极部件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、宽度及类似参数在等离子体产生及密度确定方面有着重要作用。此处，尽管分别形成在多个电源供应电极部件132与接地电极部件131之间的等离子体产生空间的宽度被形成为具有相同的宽度，然而仍存在等离子体的产生可能由于各种外部因素而变得非均匀的问题。即，尽管多个电源供应电极部件132与接地电极部件131 被设置成彼此间隔开特定距离且形成有具有相同宽度的多个等离子体产生空间，然而在等离子体产生期间的等离子体密度分布未被精确成1:1，且因此，出现密度分布变得非均匀的问题。
在示例性实施例中，被施加到电源供应电极部件132中的每一者的射频电源的强度或比率可使用可变电源供应部件180来调整，以使在等离子体产生空间中的每一者中产生均匀的等离子体。
可变电源供应部件180可包括：电源供应部件182，对多个电源供应电极部件132供应射频功率；以及多个可变电容器181，分别设置在电源供应部件182与多个电源供应电极部件132之间。
电源供应部件182对电源供应电极部件132中的每一者供应射频功率，且在一实施例中，如图6B中所示，电源供应部件182可电连接到相应电源供应电极部件132且也可独立地供应被施加到相应电源供应电极部件132的射频功率。另外，在另一实施例中，如图6A中所示，从单一电源供应部件182 输出的射频功率也可被分布及供应到多个可变电容器181及电源供应电极部件132。
可变电容器181可设置有多个，且多个可变电容器181可分别与多个电源供应电极部件132对应地进行设置，且可分别连接在从电源供应部件182 的输出部件供应的射频功率源所分布的分布点与所述多个电源供应电极部件 132之间。另外，可变电容器181可调整从电连接到所述可变电容器的电源供应部件182供应的射频功率的强度或比率。
可变电源供应部件180可进一步包括探测杆，所述探测杆分别设置在位于多个电源供应电极部件132与接地电极部件131之间的空间中以测量等离子体的放电特性值，且射频功率的强度及比率可通过使用由所述探测杆所测量出的放电特性值来调整。
探测杆可被设置到多个电源供应电极部件132与接地电极部件131的相应空间，以使可通过可变电容器181调整射频功率的强度或比率。此时，通过所述探测杆测量在等离子体产生空间中形成的等离子体的放电特性值(即放电电流、放电电压、相位及类似值)，且因此，可调整射频功率的强度或比率。
根据示例性实施例，被施加到电源供应电极部件132中的每一者的射频功率的强度或比率受到控制且衬底S处理工艺所需的自由基的沉积可被以变化的方式调整为均匀。因此，可解决等离子体密度分布变得非均匀的问题。
目前，在对本公开的详细说明中已阐述具体示例性实施例，但在不背离本公开的精神及范围的条件下，可对其作出各种润饰。因此，本发明的范围并非由对本发明的详细说明所界定，而是由随附权利要求所界定，且处于所述范围内的所有差异将被视为包含于本发明中。

Claims (10)

1.一种衬底处理装置，其特征在于，包括：
管材，被配置成提供处理空间，在所述处理空间中处理多个衬底；
衬底支撑部件，被配置成于所述处理空间中装载所述多个衬底，以使得所述多个衬底在第一方向上堆叠；
气体供应管道，被配置成将处理所述衬底的工艺所需的工艺气体供应到所述管材中；
排气部件，被配置成与所述管材连通且将所述处理空间内的工艺残留物排放到外部；以及
等离子体反应部件，从所述管材延伸，通过用以界定形成有等离子体的放电空间的分离壁与所述处理空间分离，并对从所述气体供应管道供应的所述工艺气体进行等离子体分解以由此将经分解工艺气体供应到所述处理空间，其中，
所述等离子体反应部件包括：
多个电源供应电极部件，容置在所述放电空间中且在所述第一方向上延伸；以及
接地电极部件，设置在所述多个电源供应电极部件之间且在所述第一方向上延伸，
其中所述多个电源供应电极部件中的每一者被施加射频功率，
其中所述接地电极部件与所述多个电源供应电极部件彼此间隔开且接地，
其中所述多个电源供应电极部件中的每一者与所述接地电极部件之间的每一空间形成多个等离子体产生空间，以产生电容耦合等离子体。
2.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，进一步包括可变电源供应部件，所述可变电源供应部件被配置成藉由控制施加至所述多个电源供应电极部件中的每一者的所述射频功率的强度或比率以对所述多个电源供应电极部件中的每一者施加所述射频功率。
3.根据权利要求2所述的衬底处理装置，其特征在于，所述可变电源供应部件包括：
电源供应部件，被配置成对所述多个电源供应电极部件供应所述射频功率；以及
多个可变电容器，分别设置在所述电源供应部件与所述多个电源供应电极部件之间。
4.根据权利要求2所述的衬底处理装置，其特征在于，所述可变电源供应部件进一步包括探测杆，所述探测杆分别设置在位于所述多个电源供应电极部件与所述接地电极部件之间的空间中且被配置成测量所述等离子体的放电特性值，且所述射频功率的所述强度或所述比率是根据由所述探测杆所测量出的所述放电特性值来调整。
5.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，进一步包括陶瓷管材，所述陶瓷管材被配置成环绕所述多个电源供应电极部件的外周边表面及所述接地电极部件的外周边表面。
6.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，所述多个电源供应电极部件与所述接地电极部件被配置成在所述管材的周边方向上彼此间隔开，且所述气体供应管道在所述第一方向上延伸并设置有多个，且设置在所述电源供应电极部件中的每一者的外部。
7.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，所述气体供应管道包括在所述第一方向上排列的多个供应口，且所述气体供应管道的所述供应口被形成为面对与所述电源供应电极部件相反的方向。
8.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，所述气体供应管道在连接所述电源供应电极部件与所述接地电极部件的管线外部设置有多个，且所述气体供应管道在所述第一方向上延伸并包括在所述第一方向上排列的多个供应口，且所述气体供应管道中的每一者的所述供应口被设置成分别面对位于所述电源供应电极部件与所述接地电极部件之间的空间。
9.根据权利要求8所述的衬底处理装置，其特征在于，所述等离子体反应部件包括在所述第一方向上与所述电源供应电极部件及所述衬底支撑部件对应地进行排列的多个喷射口，且所述喷射口与所述供应口被设置成相对于从所述管材的中心轴线到所述供应口的径向方向彼此不对准。
10.一种衬底处理装置，其特征在于，包括：
管材，被配置成提供处理空间，在所述处理空间中处理多个衬底；
衬底支撑部件，被配置成于所述处理空间中装载所述多个衬底，以使得所述多个衬底在第一方向上堆叠；
气体供应管道，被配置成将工艺气体供应到所述管材中，其中所述工艺气体包括源气体以及反应气体；
排气部件，被配置成与所述管材连通且将所述处理空间内的工艺残留物排放到外部；以及
等离子体反应部件，从所述管材延伸，通过用以界定形成有等离子体的放电空间的分离壁与所述处理空间分离，并对从所述气体供应管道供应的所述工艺气体进行等离子体分解以由此将经分解工艺气体供应到所述处理空间，其中，
所述等离子体反应部件包括：
多个电源供应电极部件，容置在所述放电空间中且在所述第一方向上延伸；以及
接地电极部件，设置在所述多个电源供应电极部件之间且在所述第一方向上延伸，
其中所述多个电源供应电极部件中的每一者被施加射频功率，
其中所述接地电极部件与所述多个电源供应电极部件彼此间隔开且接地，
其中所述多个电源供应电极部件中的每一者与所述接地电极部件之间的每一空间形成多个等离子体产生空间，以产生电容耦合等离子体，
其中所述气体供应管道包括：
反应气体供应管道，被配置成对所述等离子体反应部件供应所述反应气体；以及
源气体供应管道，被配置成对所述处理空间供应所述源气体。
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