CN111883410A - 批次型衬底处理设备 - Google Patents

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CN111883410A CN202010357457.3A CN202010357457A CN111883410A CN 111883410 A CN111883410 A CN 111883410A CN 202010357457 A CN202010357457 A CN 202010357457A CN 111883410 A CN111883410 A CN 111883410A
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Abstract

本发明提供一种批次型衬底处理设备。所述批次型衬底处理设备包括：筒，被配置成提供处理空间；分隔壁，被配置成提供在其中产生等离子体的放电空间；气体供应管，被配置成向所述放电空间供应工艺气体；以及多个电极，设置在所述筒外，以在所述放电空间中产生所述等离子体。所述筒具有从所述筒的最外圆周表面向内凹陷的多个凹槽，且所述多个电极分别容置在所述多个凹槽中。

Description

批次型衬底处理设备
技术领域
本发明涉及一种批次型衬底处理设备，且更具体来说，涉及一种将在单独空间中分解的工艺气体提供到处理空间中的批次型衬底处理设备。
背景技术
一般来说，衬底处理设备将待处理衬底定位在处理空间内，以通过使用化学气相沉积或原子层沉积来沉积注入到处理空间中的工艺气体中所包含的反应粒子。衬底处理设备被分类为能够对一个衬底执行衬底处理工艺的单晶片型衬底处理设备及能够同时对多个衬底执行衬底处理工艺的批次型衬底处理设备。
通常，在批次型衬底处理设备中，处理空间的壁表面以及衬底通过环绕处理空间的热壁型加热单元而在温度上升高。因此，会通过工艺气体在处理空间的内壁表面上形成不期望的薄膜。此处，当在处理空间中产生例如等离子体等的工艺环境时，沉积在内壁上的薄膜被在等离子体产生空间中产生的磁场或电场分离成粒子而在衬底处理工艺期间成为污染物。因此，衬底上的薄膜的品质可能劣化，且此外，衬底处理工艺的效率可能劣化。
[现有技术文献]
[专利文献]
(专利文献0001)韩国专利第10-1396602号
发明内容
本发明提供一种将在单独空间中分解的工艺气体提供到处理空间中的批次型等离子体衬底处理设备。
根据示例性实施例，一种批次型衬底处理设备包括：筒，被配置成提供在其中容置多个衬底的处理空间；分隔壁，在所述筒的纵向方向上延伸并设置在所述筒内，以提供与所述处理空间分离且在其中产生等离子体的放电空间；气体供应管，被配置成向所述放电空间供应处理所述多个衬底所需的工艺气体；以及多个电极，在所述筒的所述纵向方向上延伸并设置在所述筒外，以在所述放电空间中产生所述等离子体。所述筒可具有在所述筒的所述纵向方向上延伸且从所述筒的最外圆周表面向内凹陷的多个凹槽，且所述多个电极可分别容置在所述多个凹槽中。
所述多个凹槽可被设置成在所述筒的圆周方向上彼此间隔开。
所述多个凹槽之间的距离可相同。
在所述筒的圆周方向上，所述多个凹槽中的每一者的敞开的入口的宽度可小于所述多个凹槽中的每一者的内空间的最大宽度。
当基于所述筒的所述最外圆周表面时，所述多个凹槽中的至少一者的深度可不同于其余凹槽中的每一者的深度。
所述多个电极可包括被施加射频(radio frequency，RF)电力的多个电源电极及被接地的接地电极，且在所述多个凹槽中，设置在中间部分处且在其中容置所述接地电极的凹槽的深度可大于其余凹槽中的每一者的深度。
所述多个电极可分别接触所述多个凹槽的内表面，且所述批次型衬底处理设备可进一步包括保护盖，所述保护盖被配置成覆盖所述多个电极并覆盖所述筒的外壁的一部分。
所述气体供应管可在所述筒的圆周方向上设置在所述分隔壁外。
所述分隔壁可从所述多个凹槽中设置在外侧处的凹槽中的每一者延伸出。
所述气体供应管可从所述筒的外部将所述工艺气体供应到所述多个电极之间的空间中。
所述批次型衬底处理设备可进一步包括RF电源，所述RF电源被配置成向所述多个电极的一部分供应具有大约1kHz至大约10kHz的脉冲频带的脉冲式RF电力，以便周期性地接通/关断所述等离子体。
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是根据示例性实施例的衬底处理设备的平面图。
图2的(a)是沿着图1所示线A-A’截取的剖视图。
图2的(b)是沿着图1所示线B-B’截取的剖视图。
图2的(c)是沿着图1所示线C-C’截取的剖视图。
图3是根据示例性实施例的衬底处理设备的平面图。
图4是根据示例性实施例的衬底处理设备的平面图。
图5是根据实施例的衬底处理设备的平面图。
图6是根据实施例的衬底处理设备的平面图。
图7是示出根据示例性实施例的RF供电方法的电路图。
图8是示出根据实施例取决于脉冲式RF电力的施加而定的离子密度及自由基密度的视图。
[符号的说明]
110：筒
115：凹槽
120：注入孔
130：等离子体反应单元/分离式等离子体反应单元
131：电极/第一电极
132：电极/第二电极/内部电极
133：电极/第三电极
135：分隔壁
135a：子侧壁/第一子侧壁
135b：子侧壁/第二子侧壁
135c：主侧壁
140：衬底支撑单元
150：排气单元
151：排气构件
152：排气管线
153：排气孔
160：气体供应管/供应管
161：供应孔
170：保护管
172：保护盖
180：可变供电单元
181：RF分离器
182：RF电源
190：源气体供应管
A-A’、B-B’、C-C’：线
d1、d2：深度
S：衬底
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细阐述实施例。然而，本发明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本发明将透彻及完整，并将向所属领域的技术人员充分传达本发明的范围。在各图中，为使图示清晰起见，夸大各层及各区的尺寸。在通篇中相同的参考编号指代相同的元件。
图1是根据示例性实施例的衬底处理设备的平面图，图2的(a)是沿着图1所示线A-A’截取的剖视图，图2的(b)是沿着图1所示线B-B’截取的剖视图，且图2的(c)是沿着图1所示线C-C’截取的剖视图。
参照图1及图2，根据示例性实施例的衬底处理设备可包括：筒110，提供在其中处理多个衬底S的处理空间；衬底支撑单元140，在处理空间中在第一方向上(即，在筒110的纵向方向上)装载所述多个衬底S；排气单元150，与筒110连通，以将处理空间内的工艺残留物排出到外部；分隔壁135，在筒110的纵向方向上延伸，设置在筒110内以便与处理空间分离，并提供在其中产生等离子体的放电空间；气体供应管160，将处理所述多个衬底S所需的工艺气体供应到放电空间；以及多个电极131及132，在筒110的纵向方向上延伸并设置在筒110外，以在放电空间中产生等离子体。筒110可具有多个凹槽115，例如两个凹槽115，凹槽115在筒110的纵向方向上延伸且从筒110的最外圆周表面向内凹陷。所述多个电极131及132可分别容置在所述多个凹槽115中。此处，筒110的最外圆周表面意指除了凹槽115之外的最外圆周表面。
筒110可具有圆柱形形状，具有封闭的上部分及敞开的下部分且由例如陶瓷等耐热材料制成。筒110可提供在其中容置并处理所述多个衬底S的处理空间。筒110的处理空间可为在其中容置衬底支撑单元140且实际执行处理工艺(例如，沉积工艺)的空间，衬底支撑单元140在第一方向上(即，在筒110的垂直方向上)装载所述多个衬底S。从筒110的最外圆周表面向内凹陷的多个凹槽115可设置在筒110的一个区域中，例如筒110的面对排气单元150的区域中。所述多个凹槽115可在筒110的纵向方向上延伸，且可被设置成在筒110的圆周方向上彼此间隔开。在筒110的圆周方向上，所述多个凹槽115中的每一者的敞开的入口的宽度可小于所述多个凹槽115中的每一者的内空间的最大宽度。
衬底支撑单元140可被配置成支撑衬底S，以便在第一方向上(即，在垂直方向上)装载所述多个衬底S且提供在其中单独地处理所述多个衬底S的多个单元处理空间(unitprocessing space)。也就是说，衬底支撑单元140可提供多个层，使得衬底S在第一方向上被装载。此处，一个衬底S可被装载在一个层(或单元处理空间)上。因此，可在衬底支撑单元140的每一层上单独地界定用于每一衬底S的单元处理空间，以防止各单元处理空间彼此干扰。当所述多个衬底S均被装载在衬底支撑单元140上时，衬底支撑单元140可通过筒110的下部分(或进口)移动到筒110中的处理空间。衬底支撑单元140在形式或结构上不受特别限制，只要衬底支撑单元140在其上安装并支撑所述多个衬底S即可。
气体供应管160可被配置成使得处理所述多个衬底S的工艺所需的工艺气体可通过等离子体反应单元130被供应到筒110中。
等离子体反应单元130包括如下组件，所述组件包括分隔壁135及所述多个电极131及132，通过使用等离子体来分解或活化从气体供应管160供应的工艺气体，且仅将工艺气体的自由基提供到处理空间中。
分隔壁135可包括设置在筒110内并与筒110的内壁连接的子侧壁135a及135b、以及位于子侧壁135a与135b之间的主侧壁135c。分隔壁135可包括从筒110的内壁延伸到筒110的内部且彼此间隔开的子侧壁135a及135b、以及设置在子侧壁135a与135b之间且与筒110的所述多个凹槽115间隔开的主侧壁135c。子侧壁135a及135b以及主侧壁135c可沿着筒110的内壁在筒110的纵向方向上延伸。然而，分隔壁135并非仅限于图1所示的形状，只要分隔壁135提供与处理工艺分离的放电空间即可。
所述多个电极131及132设置在筒110外，且包括分别容置在所述多个凹槽115中的第一电极131及第二电极132。第一电极131及第二电极132中的每一者可在被保护管170从其上部分到下部分环绕的状态下容置在所述多个凹槽115中。
由于在筒110的圆周方向上所述多个凹槽115中的每一者的入口的宽度小于内空间的最大宽度，因此第一电极131及第二电极132可在被保护管170环绕的状态下稳定地安装在所述多个凹槽115中。为了将第一电极131及第二电极132稳定地安装在所述多个凹槽115中，在筒110的圆周方向上，所述多个凹槽115中的每一者的入口的宽度可比保护管170的最大宽度更小，且所述多个凹槽115中的每一者的内表面与保护管170的外表面可彼此接触。在其中第一电极131及第二电极132容置在所述多个凹槽115中的状态下，第一电极131的及第二电极132的中心轴可设置在筒110的外壁内。
第一电极131可连接到RF电源，且第二电极132可被接地。第一电极131可被称为电源电极，且第二电极132可被称为接地电极。
第一电极131及第二电极132可在所述多个衬底S被装载的第一方向上(即，在筒110的纵向方向上)延伸。此处，第一电极131及第二电极132可被设置成彼此间隔开。此外，可对第一电极131施加RF电力，以通过在第一电极131与第二电极132之间产生的电场而在放电空间中产生电容耦合等离子体(capacitive coupled plasma，CCP)。
一般来说，由于使用RF频率，在电传导中可能发生趋肤效应(skin effect)，即电流沿着表面流动。此处，当使用网型网状电极时，由于被空的空间占据的面积为宽的，因此RF电力因小的表面积所致的大电阻而被低效率地施加。此外，衬底处理工艺是在高温及低温下重复执行。当使用网型网状电极时，网状电极可根据温度改变而不规则地改变形状，且因此在形状保持方面是不利的。另外，由于电阻根据形状的改变而改变，因此当施加RF电力时，可能产生不均匀的等离子体。
为了防止上述限制，根据示例性实施例的第一电极131及第二电极132中的每一者可被插入到保护管170中，且此外可被设置成具有柔性的编织型(编织线)。在示例性实施例中，为了进一步减小空的空间，可另外执行在电极中的每一者的表面上施加金属的方法。
保护管170可环绕第一电极131及第二电极132中的每一者的外侧以将第一电极131及第二电极132电绝缘，且还可保护暴露于等离子体气氛的电极免受等离子体的影响。因此，可安全地保护第一电极131及第二电极132免受由等离子体产生的污染或粒子的影响。保护管170可由耐热材料(例如石英或陶瓷)制成。
随着为稳定地产生等离子体或获得期望量的自由基而施加的RF电力增加，保护第一电极131及第二电极132的保护管170以及分隔壁135可能被具有高能量的离子损坏，且因此可能产生粒子。当保护管170被损坏时，内部电极132也可能被损坏或污染。
在示例性实施例中，为在放电空间中产生等离子体而被施加RF电力的第一电极131及第二电极132可设置在筒110外的凹槽115中，以防止第一电极131及保护管170被等离子体损坏。
此外，RF电源可向第一电极131供应脉冲式RF电力。可在大约1kHz至大约10kHz的脉冲频率范围中对脉冲式RF电力的脉冲宽度及占空比(duty ratio)进行调整。当对第一电极131施加脉冲式RF电力时，可周期性地接通/关断等离子体，即，可以脉冲的形式产生等离子体。因此，在处理工艺期间会损坏分隔壁并产生粒子的离子的密度可降低，而自由基的密度可恒定地得以维持(参见图8)。根据示例性实施例，可在维持处理工艺的效率的同时防止分隔壁135被等离子体损坏。一般来说，RF电力可具有大约0.1MHz至几百MHz的频率。
第一电极131、第二电极132及气体供应管160可在筒110的圆周方向上彼此间隔开。至少一个气体供应管160可设置在分隔壁135外。例如，如图1所示，两个气体供应管160可在筒110的圆周方向上分别设置在分隔壁135的一侧及另一侧处。也就是说，所述两个气体供应管160可设置在第一子侧壁135a及第二子侧壁135b外，以将工艺气体供应到放电空间。另一方面，可在筒110的圆周方向上仅在分隔壁135的一侧或另一侧处设置一个气体供应管160。气体供应管160可具有在第一方向上(即，在筒110的纵向方向上)排列的多个供应孔161。
当气体供应管160设置在分隔壁135内时，可在气体供应管160周围的空间中界定其中不产生等离子体的死区(dead zone)。此外，当设置在分隔壁135内的气体供应管160的所述多个供应孔朝向分隔壁135设置时，在分隔壁135内可能产生涡流，且因此，向分隔壁135内的放电空间产生均匀的压力会花费时间。
在示例性实施例中，气体供应管160可在筒110的圆周方向上设置在分隔壁135外，即，设置在第一子侧壁135a及第二子侧壁135b外，以将工艺气体直接供应到分隔壁135内的放电空间中，从而使工艺气体扩散。因此，可不产生涡流，且可能在短时间内在放电空间中产生均匀的压力。此外，在示例性实施例中，由于第一电极131、第二电极132及气体供应管160设置在放电空间外，因此放电空间的尺寸可减小，以在短时间内在放电空间中产生均匀的压力。
可在等离子体反应单元130中界定多个注入孔120，在等离子体反应单元130中分解的工艺气体的自由基通过所述多个注入孔120被注入到处理空间中。所述多个注入孔120可被界定在分隔壁135的主侧壁135c中。所述多个注入孔120可被界定在第一电极131与第三电极133之间对应的位置中。所述多个注入孔120可在第一方向上(即，在筒110的纵向方向上)排列，以对应于衬底支撑单元140的单元处理空间，使得自由基分别供应到所述多个衬底S。
当工艺气体被直接供应到筒110内的处理空间以在处理空间中产生等离子体时，在通过磁场或电场执行处理工艺以产生等离子体的同时，在筒110的内壁上形成的薄膜可被分离成粒子。在示例性实施例中，在筒110中可设置有分离式等离子体反应单元130，即，在其中产生等离子体的放电空间与在其中处理衬底S的处理空间可彼此分离，以防止在执行处理工艺时在筒110的内壁上形成的薄膜被分离成粒子。
排气单元150可被设置成面对等离子体反应单元130。排气单元150可设置在处理空间中，以将处理空间内的工艺残留物排出到外部。排气单元150可由在第一方向上(即，在筒110的纵向方向上)延伸的排气构件151以及连接到排气构件151的排气管线152及排气泵(未示出)构成。排气构件151可设置有多个排气孔153，所述多个排气孔153面对等离子体反应单元130的注入孔且在第一方向上(即，在垂直方向上)排列，以分别对应于衬底支撑单元140的单元处理空间。
如上所述，由于等离子体反应单元130的注入孔120及排气单元150的排气孔153彼此对应，以在与衬底S被装载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)上设置在同一线上，因此从注入孔120注入的自由基可在被引入到排气孔153中的同时进行层流(laminar-flow)。因此，从注入孔120注入的自由基可被均匀地供应到衬底S的顶表面。
根据示例性实施例的衬底处理设备可进一步包括源气体供应管190，源气体供应管190将源气体供应到筒110中的处理空间。源气体供应管190设置在筒110中，且可设置在等离子体反应单元130的一侧处。
工艺气体可包括一种或多种气体，即，源气体及与源气体反应以产生薄膜材料的反应气体。源气体供应管190可将源气体直接供应到处理空间。与将源气体直接供应到处理空间的源气体供应管190不同，气体供应管160可首先将反应气体供应到等离子体反应单元130中，且反应气体可被等离子体活化且然后以自由基状态供应到处理空间。例如，当将要沉积在衬底S上的薄膜材料是氮化硅时，源气体可包括含硅气体、二氯硅烷(SiH2Cl2，缩写：DCS)等，且反应气体可包括含氮气体、NH3、N2O、NO等。
在示例性实施例中，由于将具有比源气体相对更高的气体分解温度的反应气体供应到等离子体反应单元130，因此反应气体可被等离子体反应单元130有效地分解并被供应到处理空间。
根据示例性实施例的衬底处理设备可进一步包括：加热单元，环绕筒110以加热所述多个衬底S；以及旋转单元，连接到衬底支撑单元140的下部分以允许衬底旋转，从而实现处理工艺的均匀性。
图3是根据示例性实施例的衬底处理设备的平面图。
参照图3，除了等离子体反应单元130之外，根据本发明实施例的衬底处理设备与图1所示衬底处理设备相同或相似，且因此，以下说明将主要集中在差异上。
根据示例性实施例的衬底处理设备可包括：筒110，提供在其中处理多个衬底S的处理空间；衬底支撑单元140，在处理空间中在第一方向上(即，在垂直方向上)装载所述多个衬底S；排气单元150，与筒110连通，以将处理空间内的工艺残留物排出到外部；分隔壁135，从筒110延伸出，以便与处理空间分离并提供在其中产生等离子体的放电空间；气体供应管160，将处理所述多个衬底S所需的工艺气体供应到分隔壁135的内部；以及多个电极131、132及133，在筒110的纵向方向上延伸并设置在筒110外，以在放电空间中产生等离子体。筒110可具有多个凹槽115，例如三个凹槽115，凹槽115在筒110的纵向方向上延伸且从筒110的最外圆周表面向内凹陷。所述多个电极131、132及133可分别容置在所述多个凹槽115中。
从筒110的最外圆周表面向内凹陷的多个凹槽115可设置在筒110的一个区域中，例如筒110的面对排气单元150的区域中。所述多个凹槽115可在筒110的纵向方向上延伸，且可被设置成在筒110的圆周方向上彼此间隔开。
为了在所述多个凹槽115之间的空间中均匀地产生等离子体，所述多个凹槽115之间的距离可彼此相同。在筒110的圆周方向上，所述多个凹槽115中的每一者的入口的宽度可小于所述多个凹槽115中的每一者的内空间的最大宽度。
所述多个电极131、132及133包括设置在筒110外并分别容置在所述多个凹槽115中的第一电极131、第二电极132及第三电极133。第一电极131、第二电极132及第三电极133中的每一者可在被保护管170从其上部分到下部分环绕的状态下容置在所述多个凹槽115中。第二电极132可容置在所述多个凹槽115中被界定在中间部分中的凹槽115中，且第一电极131及第三电极133可容置在所述多个凹槽115中设置在外侧处的凹槽115中。
由于在筒110的圆周方向上所述多个凹槽115中的每一者的入口的宽度小于内空间的最大宽度，因此第一电极131、第二电极132及第三电极133可在被保护管170环绕的状态下稳定地安装在所述多个凹槽115中。为了将第一电极131、第二电极132及第三电极133稳定地安装在所述多个凹槽115中，在筒110的圆周方向上，所述多个凹槽115中的每一者的入口的宽度可比保护管170的最大宽度更小，且所述多个凹槽115中的每一者的内表面与保护管170的外表面可彼此接触。在其中第一电极至第三电极131、132及133容置在所述多个凹槽115中的状态下，第一电极131的、第二电极132的及第三电极133的中心轴可设置在筒110的外壁内。
第一电极131及第三电极133可连接到RF电源，且第二电极132可被接地。第一电极131及第三电极133中的每一者可被称为电源电极，且第二电极132可被称为接地电极。
第一电极131、第二电极132及第三电极133可在所述多个衬底S被装载的第一方向上(即，在筒110的纵向方向上)延伸。此处，第一电极131、第二电极132及第三电极133被设置成彼此间隔开，且对第一电极131及第三电极133中的每一者施加RF电力，可通过在第一电极131与第二电极132之间以及第二电极132与第三电极133之间产生的电场在放电空间中产生电容耦合等离子体(CCP)。
为了在第一电极131与第二电极132之间以及第二电极132与第三电极133之间的空间中均匀地产生等离子体，第一电极131与第二电极132之间的距离和第二电极132与第三电极133之间的距离必须彼此相同。由于所述多个凹槽115之间的距离相同，因此第一电极131与第二电极132之间的距离可和第二电极132与第三电极133之间的距离相同。基于筒110的外壁，所述多个凹槽115可为彼此相同的深度。
随着为稳定地产生等离子体或获得期望量的自由基而施加的RF电力增加，保护第一电极131及第二电极132的保护管170以及分隔壁135可被具有高能量的离子损坏，且因此，可能产生粒子。当保护管170被损坏时，内部电极132也可能被损坏或污染。
在示例性实施例中，为在放电空间中产生等离子体而被施加RF电力的第一电极131、第二电极132及第三电极133可设置在筒110外的凹槽115中，以防止第一电极至第三电极131、132及133以及保护管170被损坏。
在示例性实施例中，可通过使用三电极结构向两个电极单独地供应RF电力，在所述三电极结构中第二电极132被设置成在分别被施加RF电力的第一电极131与第三电极133之间接地。因此，与其中向一个电极施加高RF电力的情况相比，可降低获得期望量的自由基所需的电力，以减少将产生的粒子的量或防止粒子的产生。
此外，在示例性实施例中，可向第一电极131及第三电极133供应脉冲式RF电力。可在大约1kHz至大约10kHz的脉冲频率范围中对脉冲式RF电力的脉冲宽度及占空比进行调整。当对第一电极131及第三电极133施加脉冲式RF电力时，可周期性地接通/关断等离子体，即，可以脉冲的形式产生等离子体。因此，在处理工艺期间会损坏分隔壁并产生粒子的离子的密度可降低，而自由基的密度可恒定地得以维持(参见图8)。根据示例性实施例，可在维持处理工艺的效率的同时防止分隔壁135被等离子体损坏。一般来说，RF电力可具有大约0.1MHz至几百MHz的频率。
由于各种因素，在第一电极131与第二电极132之间以及第二电极132与第三电极133之间产生的等离子体的密度可能不均匀。然而，在示例性实施例中，可在可变供电单元180中分别向第一电极131及第三电极133施加具有不同强度的RF电力，以在第一电极131与第二电极132之间的空间以及第二电极132与第三电极133之间的空间中产生均匀的等离子体。稍后将详细阐述用于分别向第一电极131及第三电极133施加具有不同强度的RF电力的可变供电单元180。
第一电极131、第二电极132、第三电极133及气体供应管160可被设置成在筒110的圆周方向上彼此间隔开。至少一个气体供应管160可设置在分隔壁135外。例如，如图3所示，两个气体供应管160可在筒110的圆周方向上分别设置在分隔壁135的一侧及另一侧处。
可在等离子体反应单元130中界定多个注入孔120，在等离子体反应单元130中分解的工艺气体的自由基通过所述多个注入孔120被注入到处理空间中。所述多个注入孔120可被界定在分隔壁135的主侧壁135c中。主侧壁135c可包括位于第一电极131与第二电极132之间以及第二电极132与第三电极133之间对应的位置中的多个注入孔120。因此，从气体供应管160供应的工艺气体可被在第一电极131与第二电极132之间以及第二电极132与第三电极133之间产生的等离子体充分分解，且因此，可向处理空间供应期望量的自由基。
图4是根据示例性实施例的衬底处理设备的平面图。
参照图4，除了凹槽之外，根据本发明实施例的衬底处理设备与图3所示衬底处理设备相同或相似，且因此，以下说明将主要集中在差异上。
在示例性实施例中，与图3不同，当基于筒110的最外圆周表面时，所述多个凹槽115中的至少一者的深度可不同于其余凹槽115中的每一者的深度。例如，当基于筒110的最外圆周表面时，所述多个凹槽115中设置在中间部分处的凹槽115的深度d2可大于设置在外侧处的凹槽115中的每一者的深度d1。此处，筒110的最外圆周表面意指除了凹槽115之外的最外圆周表面。如上所述，由于所述多个凹槽115中设置在中间部分处的凹槽115的深度大于设置在外侧处的凹槽115中的每一者的深度，因此容置在中间凹槽115中的第二电极132及接地电极可设置在放电空间中更深处，且第一电极131与第二电极132之间以及第二电极132与第三电极133之间的高密度等离子体产生区可扩展。由于供应管160内的工艺气体可在筒110的圆周方向上经由扩展的高密度等离子体产生区从设置在分隔壁135外的气体供应管160排放，因此可提高工艺气体的等离子体分解效率。因此，可将高密度自由基供应到处理空间。
图5是根据示例性实施例的衬底处理设备的平面图。
除了电极周围的结构之外，根据示例性实施例的衬底处理设备与图3所示衬底处理设备相同或相似，且因此，以下说明将主要集中在差异上。
在示例性实施例中，与图3不同，容置在多个凹槽115中的多个电极131、132及133可不被保护管170环绕。所述多个电极131、132及133可分别接触所述多个凹槽115的内表面。容置在所述多个凹槽115中的所述多个电极131、132及133可设置在放电空间中的更深处。因此，第一电极131与第二电极132之间以及第二电极132与第三电极133之间的高密度等离子体产生区可扩展。由于供应管160内的工艺气体可在筒110的圆周方向上经由扩展的高密度等离子体产生区从设置在分隔壁135外的气体供应管160排放，因此可提高工艺气体的等离子体分解效率。因此，可将高密度自由基供应到处理空间。
在此种情况中，视需要，可进一步设置覆盖所述多个电极131、132及133并覆盖筒110的外壁的一部分的保护盖172。保护盖可用于保护所述多个电极131、132及133免受外部环境的影响，或者支撑所述多个电极131、132及133。
图6是根据示例性实施例的衬底处理设备的平面图。
除了等离子体反应单元130及气体供应管160之外，根据本发明实施例的衬底处理设备与图3所示衬底处理设备相同或相似，且因此，以下说明将主要集中在差异上。
所述多个电极131、132及133包括设置在筒110外并分别容置在所述多个凹槽115中的第一电极131、第二电极132及第三电极133。第一电极131、第二电极132及第三电极133中的每一者可在被保护管170从其上部分到下部分环绕的状态下容置在所述多个凹槽115中。第二电极132可容置在所述多个凹槽115中被界定在中间部分中的凹槽115中，且第一电极131及第三电极133可容置在所述多个凹槽115中设置在外侧处的凹槽115中。
分隔壁135可从所述多个凹槽115中设置在外侧处的凹槽115延伸出。也就是说，分隔壁135可从其中容置第一电极131及第三电极133的凹槽115延伸出，以提供放电空间。
多个气体供应管160可从筒110的外部向所述多个电极131、132及133之间的空间供应工艺气体。所述多个供应管160设置在筒110外，即，设置在将第一电极至第三电极131、132及133的中心轴彼此连接的线外。此外，所述多个气体供应管160的供应孔161可被界定成分别面对第一电极131与第二电极132之间以及第二电极132与第三电极133之间的空间。
当所述多个气体供应管160的供应孔161朝向第一电极131与第二电极132之间的空间以及第二电极132与第三电极133之间的空间被界定时，通过所述多个气体供应管160的供应孔161供应的工艺气体可被直接供应到第一电极131与第二电极132之间以及第二电极132与第三电极133之间的放电空间中。因此，可不在分隔壁135内产生涡流，且可减少使工艺气体扩散到放电空间中所花费的时间，以提高工艺气体的分解速率及等离子体分解速率。
此外，可减小由分隔壁135及筒110的一部分环绕的放电空间的尺寸，以减少使供应到放电空间的工艺气体均匀扩散所花费的时间。因此，工艺气体可被等离子体分解，以减少将工艺气体供应到处理空间所花费的时间。
注入孔120及供应孔161可被设置成相对于筒110的径向方向彼此错位。当注入孔120及供应孔161不彼此对应而是如图6所示彼此错位时，通过供应孔161供应的工艺气体可不通过筒110的注入孔120被直接排放，而是具有用于由等离子体分解的余量(margin)以提高等离子体分解效率。通过供应孔161供应的工艺气体可被等离子体充分分解，且可将高密度自由基供应到处理空间。
图7是示出根据示例性实施例的RF供电方法的电路图。
参照图7的(a)，可变供电单元180可包括：RF电源182，向第一电极131及第三电极133供应RF电力；以及RF分离器181，分别设置在RF电源182与第一电极131之间以及RF电源182与第三电极133之间，以调整RF电力的强度及比率。
由于各种因素，可能发生不均匀等离子体产生，即在第一电极131与第二电极132之间产生的等离子体的密度及在第二电极132与第三电极133之间产生的等离子体的密度彼此不同。在示例性实施例中，可通过使用可变供电单元180来调整施加到第一电极131及第三电极133中的每一者的RF电力的强度及比率，以便产生均匀的等离子体。RF分离器181可调整从电连接的RF电源182供应的RF电力的强度或比率，使得分别向第一电极131及第三电极133施加具有不同强度的RF电力。
可变供电单元180可进一步包括探针，所述探针分别设置在第一电极131与第二电极132之间以及第二电极132与第三电极133之间，以测量等离子体的放电特性(放电电流、放电电压、相位等)。因此，可根据从探针测量的放电特性的差异来调整RF电力的强度及比率。
参照图7的(c)，第一电极131及第三电极133可电连接到两个RF电源182，以独立地接收RF电力，从而产生均匀的等离子体。
参照图7的(b)，当在第一电极131与第二电极132之间以及第二电极132与第三电极133之间产生的等离子体的密度是均匀的时，从一个RF电源182输出的RF电力可被均等地分配以供应到第一电极131及第三电极133。
此外，RF电源182可向第一电极131及第三电极133供应脉冲式RF电力。可在大约1kHz至大约10kHz的脉冲频率范围中对脉冲式RF电力的脉冲宽度及占空比进行调整。
根据示例性实施例，从气体供应管供应的工艺气体可在与处理空间分离的单独放电空间中分解，以便被提供到处理空间中，从而防止从筒的内壁分离出粒子。
根据示例性实施例，电极可设置在筒的凹槽中，以在放电空间中产生等离子体，从而防止电极及保护管被等离子体损坏。
根据示例性实施例，由于气体供应管设置在分隔壁外，以将工艺气体直接供应到分隔壁内的放电空间中，因此可不在分隔壁内发生涡流，且此外，可在短时间内在放电空间中产生均匀的压力。
根据示例性实施例，气体供应管可设置在分隔壁外，且此外，电极可设置在凹槽中，以减小放电空间的尺寸并在短时间内在放电空间中产生均匀的压力。
根据示例性实施例，可向电极供应脉冲式RF电力，以在处理期间在恒定地维持自由基的密度的同时降低离子的密度。根据示例性实施例，可在维持处理工艺的效率的同时防止分隔壁被等离子体损坏。
如上所述，尽管已参照本发明的优选实施例具体示出及阐述了本发明，但所属领域中的技术人员应理解，在不背离由所附权利要求界定的本发明的精神及范围的条件下，可在形式及细节上作出各种改变。因此，本发明的范围并非由对本发明的详细说明界定，而是由所附权利要求界定，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 (11)

1.一种批次型衬底处理设备，包括：
筒，被配置成提供在其中容置多个衬底的处理空间；
分隔壁，在所述筒的纵向方向上延伸并设置在所述筒内，以提供与所述处理空间分离且在其中产生等离子体的放电空间；
气体供应管，被配置成向所述放电空间供应处理所述多个衬底所需的工艺气体；以及
多个电极，在所述筒的所述纵向方向上延伸并设置在所述筒外，以在所述放电空间中产生所述等离子体，
其中所述筒具有在所述筒的所述纵向方向上延伸且从所述筒的最外圆周表面向内凹陷的多个凹槽，且
所述多个电极分别容置在所述多个凹槽中。
2.根据权利要求1所述的批次型衬底处理设备，其中所述多个凹槽被设置成在所述筒的圆周方向上彼此间隔开。
3.根据权利要求1所述的批次型衬底处理设备，其中所述多个凹槽之间的距离相同。
4.根据权利要求1所述的批次型衬底处理设备，其中在所述筒的圆周方向上，所述多个凹槽中的每一者的敞开的入口的宽度小于所述多个凹槽中的每一者的内空间的最大宽度。
5.根据权利要求1所述的批次型衬底处理设备，其中当基于所述筒的所述最外圆周表面时，所述多个凹槽中的至少一者的深度不同于其余凹槽中的每一者的深度。
6.根据权利要求5所述的批次型衬底处理设备，其中所述多个电极包括被施加射频电力的多个电源电极及被接地的接地电极，且
在所述多个凹槽中，设置在中间部分处且在其中容置所述接地电极的凹槽的深度大于其余凹槽中的每一者的深度。
7.根据权利要求1所述的批次型衬底处理设备，其中所述多个电极分别接触所述多个凹槽的内表面，且
所述批次型衬底处理设备进一步包括保护盖，所述保护盖被配置成覆盖所述多个电极并覆盖所述筒的外壁的一部分。
8.根据权利要求1所述的批次型衬底处理设备，其中所述气体供应管在所述筒的圆周方向上设置在所述分隔壁外。
9.根据权利要求1所述的批次型衬底处理设备，其中所述分隔壁从所述多个凹槽中设置在外侧处的凹槽中的每一者延伸出。
10.根据权利要求9所述的批次型衬底处理设备，其中所述气体供应管从所述筒的外部将所述工艺气体供应到所述多个电极之间的空间中。
11.根据权利要求1所述的批次型衬底处理设备，进一步包括射频电源，所述射频电源被配置成向所述多个电极的一部分供应具有1kHz至10kHz的脉冲频带的脉冲式射频电力，以便周期性地接通/关断所述等离子体。
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