TW201947640A - 基板處理裝置 - Google Patents

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Abstract

根據本發明一示例性實施例之基板處理裝置包含：氣體注入部、第一電極和第二電極。氣體注入部包含二氣體分配部及類型不同的二噴嘴組，氣體分配部設置於腔室的上部並且空間上彼此分開，二噴嘴組分別連接於二氣體分配部，且其中一噴嘴組的噴嘴與另一噴嘴組的噴嘴具有不同的長度。第一電極連接到RF電源供應器並設置於氣體注入部之下以與氣體注入部垂直地分開，第一電極具有多個開口，其中一類型的噴嘴組的噴嘴分別插入開口。第二電極設置以與第一電極相對並用以承載基板。氣體注入部可接地。

Description

基板處理裝置
本發明係關於一種基板處理裝置，尤其係關於第一氣體和第二氣體分別透過不同路徑供應到基板的基板處理裝置。
根據先前技術之基板處理裝置包含下支撐板和第一上電極，下支撐板用以支撐基板，第一上電極與下支撐板垂直地分離。當射頻(radio-frequency，RF)電源施加到第一上電極時，第一上電極和下支撐板之間會產生電漿，並且以電漿處理設置於下支撐板的基板。電漿可分解反應氣體以在基板上沉積出薄膜。混合氣體被排放到形成於第一上電極的多個噴嘴，其中混合氣體包含單一氣體供應單元中提供的多種氣體。故，多個噴嘴將氣體均勻注入至大面積的基板。第一上電極不僅作為注入結構，也作為電極。僅透過調整第一上電極之表面的形狀和噴嘴的形狀提供大面積的層體和層體形成均勻性控制效果。然而，由於整體電漿的擴散特性，大面積層體和層體形成均勻性控制受到限制。
韓國專利公開號10-2014-0084906揭露一種用於處理基板的裝置，此裝置具有反應氣體凸出噴嘴和設置於反應氣體凸出噴嘴周圍的稀釋氣體噴嘴。然而，因稀釋氣體噴嘴具有小的排氣空間，故稀釋氣體噴嘴難以調整排氣特性。
近年來隨著對大面積平板顯示器的需求增加，形成高品質的有機層是必須的。此外，需要利用原子層沉積法(atomic layer deposition，ALD)以用於大面積封裝處理或氧化半導體沉積處理，其中原子層沉積是透過交替注入兩種氣體來形成薄膜。
本發明的一方面提供一種裝置，其中第一氣體和第二氣體分別被排放至第一空間和第二空間，並且將藉由在第一空間排放第一氣體而產生的自由基提供到設有基板的第二空間，以改善沉積率和薄膜特性。
本發明的另一方面提供一種裝置，同時產生直接電漿和遠端電漿以改善薄膜沉積率和薄膜特性。
根據本發明的一方面，一種基板處理裝置包含：氣體注入部、第一電極和第二電極。氣體注入部包含二氣體分配部及類型不同的二噴嘴組，氣體分配部設置於腔室的上部並且空間上彼此分開，二噴嘴組分別連接於二氣體分配部，且其中一噴嘴組的噴嘴與另一噴嘴組的噴嘴具有不同的長度。第一電極連接到射頻(radio-frequency，RF)電源供應器並設置於氣體注入部之下以與氣體注入部垂直地分開，第一電極具有多個開口，其中一類型的噴嘴組的噴嘴分別插入開口。第二電極設置以與第一電極相對並且用以承載基板。氣體注入部可接地。
在一示例性實施例中，二氣體分配部可分別為第一氣體分配部和第二氣體分配部，第一氣體分配部設置於氣體注入部之上端的空間，第二氣體分配部設置於第一氣體分配部之下。其中一噴嘴組可包含多個第一噴嘴，第一噴嘴與第一氣體分配部的氣體緩衝空間連通，另一噴嘴組包含多個第二噴嘴，第二噴嘴與第二氣體分配部的流動路徑連通。
在一示例性實施例中，第一噴嘴可設置以分別穿過從氣體注入部的底表面凸出的凸出部。凸出部可設置成分別插入於開口中。第二噴嘴可設置於凸出部周圍並且位於氣體注入部內。透過第二噴嘴注入的氣體通過位於氣體注入部和第一電極之間的輔助電漿空間之後，可藉由第一電極的開口釋放。
在一示例性實施例中，各氣體分配部可分離不同類型的氣體並提供被分離的氣體，可提供混合多種氣體的混合氣體，或可分開相同類型的氣體並同時提供被分開的氣體。
在一示例性實施例中，各第一噴嘴可具有出氣口，出氣口設置於開口處、設置於與開口之底表面相同的位置，或設置於穿過開口之底表面而位於開口之下。
在一示例性實施例中，第一噴嘴的長度或出氣口位置可依據基板的位置而彼此不同。
在一示例性實施例中，第一電極的開口可呈漸縮形狀，開口的直徑在朝向基板的方向漸增。
在一示例性實施例中，第一電極的開口之截面形狀可包含直線部分以形成一或多個垂直階梯狀。或者，開口包含彼此不同的上直徑和下直徑。
在一示例性實施例中，第一電極之開口的截面或直徑可依據配置平面的位置而變化。
根據本發明的一方面，基板處理裝置包含：第一電極和氣體注入部。第一電極設置於腔室內部，第一電極接收來自外部元件的射頻電源並具有多個開口，開口以規則間隔的方式二維排列。氣體注入部包含第一噴嘴和第二噴嘴，第一噴嘴分別穿過從底表面凸出的凸出部而分別插入開口中，第二噴嘴設置於底表面並且位於各第一噴嘴周圍，氣體注入部設置於第一電極以固定間隔與第一電極分開以形成輔助電漿空間。第一噴嘴注入第一氣體。第一噴嘴的外徑小於第一電極之開口的內徑。第二噴嘴注入第二氣體。透過第二噴嘴注入的第二氣體通過位於氣體注入部之底表面和第一電極之間的輔助電漿空間之後，經由第一電極的開口注入。氣體注入部接地。
在一示例性實施例中，氣體注入部可包含第一氣體分配部和第二氣體分配部。第二氣體分配部可包含多個第一方向流動路徑和二第二方向流動路徑。第一方向流動路徑設置於第一電極並且在第一方向彼此平行延伸。第二方向流動路徑連接第一方向流動路徑之相對的兩端。第一氣體分配部可設置於第二氣體分配部。氣體緩衝空間可位於第一氣體分配部之底表面和第二氣體分配部之頂表面之間。第一電極的開口可以規則間隔的方式在第一方向上排列於相鄰的第一方向流動路徑之間。氣體緩衝空間可連接於第一噴嘴。各第一方向流動路徑在第一方向可週期地連接第二噴嘴。
在一示例性實施例中，基板處理裝置可更包含氣體供應路徑，氣體供應路徑穿過第一氣體分配部的邊緣以連接第二方向流動路徑。
在一示例性實施例中，基板處理裝置可更包含絕緣墊片，絕緣墊片設置以覆蓋第一電極的邊緣，絕緣墊片組合於腔室的側壁並插入第一氣體分配部和第二電極之間以維持固定間隔。
在一示例性實施例中，基板處理裝置可更包含射頻電源供應線路，射頻電源供應線路在對齊於第一方向之相鄰的其二第一噴嘴之間垂直地穿過氣體注入部以連接第一電極並供應射頻電源至第一電極。
在一示例性實施例中，第一電極的開口可呈由不同直徑產生的垂直階梯狀或呈漸縮形狀，且開口的直徑沿朝向基板的方向漸增。
在一示例性實施例中，第一噴嘴的底表面可低於第一電極的底表面並於朝向基板的方向凸出。
在一示例性實施例中，第一噴嘴之出氣口的直徑可沿朝向基板的方向增加。
在一示例性實施例中，氣體注入部可包含第一氣體分配部和第二氣體分配部。第二氣體分配部可包含多個第一方向流動路徑和二第二方向流動路徑。第一方向流動路徑設置於第一電極並且在第一方向彼此平行延伸。第二方向流動路徑連接第一方向流動路徑之相對的兩端。第二氣體分配部可設置於第一氣體分配部。氣體緩衝空間可設置於第一氣體分配部之頂表面和第二氣體分配部之底表面之間。第一電極的開口可以規則間隔的方式排列於第一方向流動路徑。氣體緩衝空間可連接於第二噴嘴。各第一方向流動路徑在第一方向可週期地連接第一噴嘴。
在一示例性實施例中，基板處理裝置可更包含氣體供應路徑，氣體供應路徑穿過第二氣體分配部的邊緣以連接第二方向流動路徑。
在一示例性實施例中，第一氣體分配部可更包含第二方向輔助流動路徑，第二方向輔助流動路徑週期地設置於第二方向流動路徑之間並在第二方向彼此平行延伸。
在一示例性實施例中，第一電極之開口的截面或直徑可依據配置平面的位置而變化。
在一示例性實施例中，第一噴嘴的底表面可依據配置平面的位置而變化。
在一示例性實施例中，基板處理裝置可更包含第二電極，第二電極設置與第一電極相對並用於承載基板。
如上所述，根據本發明之一示例性實施例之基板處理裝置可同時產生直接電漿和遠端電漿以改善薄膜沉積率和薄膜特性。
根據本發明一示例性實施例，包含使二氣體同時或交替注入的氣體注入部以提供形成大面積高品質的層體。氣體注入部可包含第一氣體分配部、第一噴嘴、第二氣體分配部和第二噴嘴。第一氣體分配部用來分配第一氣體，第一噴嘴用來注入第一氣體，第二氣體分配部用來分解第二氣體，第二噴嘴用來注入第二氣體。第一電極設置與氣體注入部的底表面分開，並且第一電極包含開口，其中凸出的第一噴嘴可插入開口。
根據本發明一示例性實施例，輔助電漿空間形成於第一電極和氣體注入部之間，氣體注入部設置於第一電極，而主要電漿空間形成於第一電極和第二電極之間，基板安裝於第二電極。第二噴嘴將第二氣體注入輔助電漿空間以形成輔助電漿，而第一噴嘴將第一氣體注入主要電漿空間以形成主要電漿。第一噴嘴供應第一氣體到主要電漿空間，而第二噴嘴供應第二氣體到輔助電漿空間。故，基板處理裝置可利用氣體注入部來控制局部電漿產生效率以改善基板處理特性。具體來說，若調整第二電極的高度，則輔助電漿和主要電漿的比例、遠端電漿和直接電漿的比例可被調整。故，根據本發明之基板處理裝置可在電漿輔助的原子層沉積法(plasma assisted atomic layer deposition process)中同時確保薄膜的生長速率和薄膜的品質。
本發明之實施例將會參考附圖並更充分地描述於下文。然而，本發明可以不同的形式實施，並不限於闡述於此的實施例。所提供的實施例使得本發明更完整透徹，並向本領域中具有通常知識者充分傳達本發明的範圍。
圖1為根據本發明一示例性實施例之基板處理裝置的平面圖。
圖2為圖1中沿線A-A'截取的剖面圖。
圖3為圖1中沿線B-B'截取的剖面圖。
圖4為圖1中沿線C-C'截取的剖面圖。
圖5為圖1中沿線D-D'截取的剖面立體圖。
請參考圖5，根據本發明一示例性之基板處理裝置100包含第一電極120和氣體注入部101。第一電極120設置於腔室110內部，第一電極120接收來自外部元件的射頻(radio-frequency，RF)電源並包含多個開口122，開口122以規則間隔的方式二維排列。
氣體注入部101包含第一噴嘴138和第二噴嘴133。第一噴嘴138分別穿過從氣體注入部101之底表面凸出的凸出部136，並且這些凸出部136分別插入第一電極120的這些開口122，第二噴嘴133設置於氣體注入部101之底表面且位於各第一噴嘴138周圍。氣體注入部101設置於第一電極120之上並垂直地與第一電極120分隔特定距離以形成輔助電漿空間131。第一噴嘴138注入第一氣體，且各凸出部136的外徑小於第一電極120之開口122的內徑。第二噴嘴133注入第二氣體，且透過第二噴嘴133注入的第二氣體通過位於氣體注入部101之底表面和第一電極120之頂表面之間的輔助電漿空間131之後，經由第一電極120的開口122注入。
基板處理裝置100利用由第一噴嘴138供應的第一氣體和由第二噴嘴133供應的第二氣體可進行原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)。ALD可在電漿的輔助下進行。若將電漿技術施加到ALD，則可改善ALD反應器的反應性、擴大處理溫度範圍以及減少清洗時間。在電漿輔助的ALD過程中，依序提供前驅物。使用沖洗氣體沖洗前驅物之後，提供電漿於反應器。沖洗氣體可被供應。提供有電漿的反應器可增加前驅物的反應性以改善層體形成速度並降低基板的溫度。
腔室110可為金屬腔室，並可為圓柱腔室或矩形腔室。氣體注入部101可作為腔室110的蓋體。腔室110可藉由排氣部將氣體排盡並處於真空狀態。
對於電漿輔助的ALD，電漿類型分為直接型電漿和遠端型電漿，直接型電漿中電漿直接產生於基板，遠端型電漿中僅由電漿產生的自由基提供至基板。因直接型電漿可提供大量自由基，故可增加薄膜成長率，但層體可能受到電漿的直接曝露而損壞。另一方面，遠端型電漿可形成高品質薄膜，但具有低的薄膜成長率。
根據一示例性實施例之基板處理裝置藉由同時使用直接型電漿和遠端型電漿並適當調整直接型電漿和遠端型電漿的比例，可同時達成高薄膜成長率和高品質薄膜。藉由縮短直接電漿所產生之位置與基板之間的距離，可大幅減少自由基移動距離。
當安裝有基板的第二電極152接地時，氣體注入部101接地，並且RF電源供應到第一電極120，主要電漿空間151形成於第一電極120和第二電極152之間。產生於輔助電漿空間131的輔助電漿不直接曝露至基板。產生於主要電漿空間151之主要電漿的密度取決於第一電極120之下表面和第二電極152之上表面之間的間隙b，而產生於輔助電漿空間131之輔助電漿的密度取決於第一電極120之上表面和氣體注入部101之下表面的間隙a。氣體注入部101、第一電極120和第二電極152可作為電容器。因第一電極120之上表面具有大致上與氣體注入部101之下表面相等的面積，故可確保大面積的接地。因此，輔助電漿空間131可穩定地產生電漿。第一電極120之上表面和氣體注入部101之下表面的間隙a可為幾毫米至幾十毫米，使得輔助電漿可產生於輔助電漿空間131。藉由調整第二電極152的高度可調整消耗於主要電漿空間151之電力和消耗於輔助電漿空間131之電力的比例。具體來說，當a＜b時，電漿主要產生於具有高容量的輔助電漿空間131。
因此，對於電漿輔助的ALD，藉由調整第二電極152的高度可控制直接電漿和遠端電漿的比例。此外，寄生電漿可產生於第一電極120的開口122。寄生電漿取決於開口122之內徑和凸出部136之外徑之間的差距。當開口122之內徑和凸出部136之外徑之間的差距小於或等於電漿鞘(Plasma sheath)，會抑制有效電漿的產生。具體來說，開口122之內徑和凸出部136之外徑之間的差距可為幾毫米內。開口122之內徑和凸出部136之外徑之間的差距可小於第一電極120之上表面和氣體注入部101之下表面的間隙a。
第二電極152可包含加熱元件和冷卻元件，加熱元件和冷卻元件用來加熱或冷卻基板至特定溫度。第二電極152包含高度調整元件以改變配置平面。第二電極152設置與第一電極120相對並可承載一基板。第二電極152可接地。
RF電源供應器174可於輔助電漿空間131和主要電漿空間151中產生電漿。RF電源供應器174可透過阻抗匹配電路(impedance matching network)(未繪示)供應RF電源到第一電極120和RF電源供應線路172。第一電極120可於輔助電漿空間131和主要電漿空間151中產生電容耦合電漿(capacitively-coupled plasma)。
氣體注入部101可透過第一噴嘴138注入第一氣體並透過第二噴嘴133注入第二氣體，並且氣體注入部101可作為腔室110的蓋體。第一氣體可為前驅氣體。透過第一噴嘴138注入的第一氣體可為例如三甲基鋁(tri-methyl aluminum，TMA)，四氯化鈦(TiCl4 )、四氯化鉿(HfCl4 )或甲矽烷(SiH4 )。從第二噴嘴133注入的第二氣體可包含氫氣、氮氣、氧氣、氨氣、氬氣和氦氣中的至少一者。
舉例來說，電漿輔助的ALD過程中包含第一到第四步驟。第一步驟中，氣體注入部101透過第一噴嘴138注入第一氣體(前驅氣體，例如TMA)。第二步驟中，透過第一噴嘴138及/或第二噴嘴133注入沖洗氣體(例如，氬氣)。第三步驟中，RF電源供應到第一電極120，同時提供第二氣體(反應氣體，例如氧氣)，以產生輔助電漿和主要電漿。第四步驟中，透過第一噴嘴138及/或第二噴嘴133注入沖洗氣體(例如，氬氣)。重複第一到第四步驟。
根據一修改的實施例，基板處理裝置除了使用電漿輔助的ALD還可使用化學氣相沉積法(chemical vapor deposition，CVD)來沉積薄膜。
氣體注入部101可包含第一氣體分配部140和第二氣體分配部130。第二氣體分配部130可包含多個第一方向流動路徑132和二第二方向流動路徑134。第一方向流動路徑132設置於第一電極120並且在第一方向彼此平行延伸。第二方向流動路徑134延伸於垂直第一方向的第二方向並分別連接第一方向流動路徑132之相對的兩端。第二氣體分配部130可由導電材料製成並可電性接地或浮接。
第一氣體分配部140可設置於第二氣體分配部130。氣體緩衝空間144可設置於第一氣體分配部140之底表面和第二氣體分配部130之頂表面之間。第一電極120的開口122可以規則間隔的方式排列於相鄰的兩個第一方向流動路徑132之間。氣體緩衝空間144可垂直地穿過第二氣體分配部130以與第一噴嘴138連接。各第一方向流動路徑132可在第一方向週期地連接第二噴嘴133。第二噴嘴133可垂直地穿過第二氣體分配部130。
第一氣體分配部140可為板狀形式並可具有含凹槽部分的底表面。第二氣體分配部130的頂表面和第一氣體分配部140的底表面可彼此組合以提供形成於凹槽部分的氣體緩衝空間144。氣體緩衝空間144可將氣體均勻分布於第一噴嘴138。為了將第一氣體分布到基板，構成第一噴嘴138之通孔的內徑於基板之中心部分可設定為小，於基板之邊緣部分可設定為大。第一氣體分配部140可由導電材料製成並可電性接地。第一氣體分配部140可作為腔室110的蓋體。
第二氣體分配部130可為板狀形式並可包含多個第一方向流動路徑132在第一方向彼此平行延伸。第一方向流動路徑132可具有規則間隔。多個第一噴嘴138和多個開口122可在第一方向上排列於相鄰的兩個第一方向流動路徑132之間。二第二方向流動路徑134可設置於第一方向流動路徑132之相對端的最外部分，以提供第二氣體流入第一方向流動路徑132。第二方向流動路徑134可延伸於垂直第一方向的第二方向並可連接第一方向流動路徑132之所有的一端。第二氣體分配部130可由插入高架部分與腔室110組合，高架部分形成於腔室110之側壁114的上部內側。第一氣體分配部140之邊緣的底表面設置為覆蓋第二氣體分配部130的邊緣並且第一氣體分配部140之邊緣的底表面與腔室110的側壁114組合。第二氣體分配部130可電性接地或浮接。詳細來說，第二氣體分配部130可接地。
氣體供應路徑146可穿過第一氣體分配部140接近中心的位置以連接氣體緩衝空間144。氣體供應路徑142可垂直穿過第一氣體分配部140的邊緣以連接第二方向流動路徑134。輔助孔134a可設置於第二氣體分配部130的邊緣，以將氣體供應路徑142和第二方向流動路徑134彼此連接。氣體供應路徑142可為複數。
絕緣墊片162可插入於第二氣體分配部130和第一電極120之間。此外，絕緣墊片162可為如氧化鋁的陶瓷或塑膠。絕緣墊片162設置為覆蓋第一電極120的邊緣並且絕緣墊片162與腔室110的側壁114組合。絕緣墊片162可在除了設有二維凸出之第一噴嘴138的部分之外的整個區域中形成輔助電漿空間131。
RF電源供應線路172在對齊於第一方向之相鄰的其二第一噴嘴138之間垂直地穿過氣體注入部101以連接第一電極120並供應RF電源至第一電極120。RF電源供應線路172可設置成與第一方向流動路徑132不相交。RF電源供應線路172可為同軸電纜結構以具有恆定的特定阻抗。RF電源供應線路172可包含內部導線、絕緣層和外導電護套。絕緣層覆蓋內部導線，外導電護套覆蓋絕緣層。外導電護套可具有一端連接於第二氣體分配部130。
根據一示例性實施例之基板處理裝置可進行有機層或無機層的原子層沉積法，以在大面積顯示器封裝的過程中改善透濕(moisture-permeability)性質。
根據一示例性實施例之基板處理裝置可應用於化學氣相沉積裝置。來源氣體(如SiH4 )可透過第一噴嘴注入，稀釋氣體(如氫氣、氮氣或氨氣)可透過第二噴嘴注入。稀釋氣體可從主要電漿空間解離。因此，諸如矽之薄膜可在低溫下沉積於基板。第一噴嘴的長度可影響到來源氣體的解離特性，以控制氫氣的含量和基板的缺陷因子。
根據一示例性實施例之基板處理裝置可改善大面積基板上的薄膜品質均勻性，例如薄膜各個位置的應力、滲透率等。
根據一示例性實施例之基板處理裝置包含從第一噴嘴注入之第一氣體的主要電漿空間，以及從第二噴嘴注入之第二氣體的輔助電漿空間。主要電漿空間和輔助電漿空間彼此分離，使得可調整電漿解離速率以改善薄膜品質。
圖6為根據本發明另一示例性實施例之基板處理裝置的剖面立體圖。如上所述，如圖1至圖5中相同的標號代表相同的元件，並且這些相同的元件將不會再重複說明。
請參考圖1至圖5和圖6，根據另一示例性實施例之基板處理裝置200包含：氣體注入部201、第一電極220和第二電極152。氣體注入部201包含二氣體分配部140和230，氣體分配部設置於腔室110的上部並空間上彼此分開，並且類型不同的二噴嘴組分別連接於二氣體分配部140和230，其中一噴嘴組的噴嘴233與另一噴嘴組的噴嘴238具有不同的長度。第一電極220連接到射頻(radio-frequency，RF)電源供應器174並設置於氣體注入部201之下以與氣體注入部201垂直地分開，第一電極220具有多個開口222，其中一類型的噴嘴組的多個噴嘴238分別插入開口222。第二電極152設置以與第一電極220相對，且第二電極152用以承載基板。第二電極152接地。
二氣體分配部140和230可分別為第一氣體分配部140和第二氣體分配部230，第一氣體分配部140設置於氣體注入部201之上端的空間，而第二氣體分配部230設置於第一氣體分配部140之下。二類型的噴嘴組可包含第一噴嘴238和第二噴嘴233，第一噴嘴238與第一氣體分配部140的氣體緩衝空間144連通，而第二噴嘴233與第二氣體分配部230的流動路徑132連通。
第一噴嘴238可設置以分別穿過從氣體注入部201的底表面凸出的凸出部236。凸出部236設置成分別插入於開口222中。第二噴嘴233可設置於凸出部236的周圍且位於氣體注入部201內。透過第二噴嘴233注入的第二氣體通過位於氣體注入部201和第一電極220之間的輔助電漿空間131之後，可藉由第一電極220的開口222排出。第一噴嘴238的長度L1可大於第二噴嘴233的長度L2。
二氣體分配部140和230可分離不同類型的氣體並提供被分離的氣體，可提供混合多種氣體的混合氣體，或可分開相同類型的氣體並同時提供被分開的氣體。
具體來說，對於電漿輔助的ALD，在提供前驅物的步驟中，第一噴嘴238可注入包含前驅物的第一氣體，而在提供反應物的步驟中，第二噴嘴233可藉由產生電漿來注入包含反應氣體的第二氣體。
對於化學氣相沉積法，包含來源氣體和稀釋氣體的混合氣體可透過第一噴嘴238和第二噴嘴233同時注入以產生電漿。或者，來源氣體可透過第一噴嘴238注入，而包含稀釋氣體的第二氣體可透過第二噴嘴233注入。
各第一噴嘴238可具有出氣口，出氣口設置於開口222處、設置於與開口222之底表面相同的位置，或設置於穿過開口222之底表面而位於開口222之下。
各第一噴嘴之出氣口的位置可用來調整第一氣體的注入位置，以調整在輔助電漿空間131和開口222中之寄生電漿空間中由電漿所造成的解離。第一氣體可輕微解離以參與沉積反應。當各第一噴嘴238的出氣口設置穿過開口222的底表面而位於開口222之下，第一氣體可主要提供到主要電漿空間151。
第一電極220的開口222可呈漸縮形狀，開口222的直徑於朝向基板的方向(或第二電極的方向)漸增。開口222之漸縮的形狀可控制輔助電漿空間131通過開口222的擴散
此外，各第一噴嘴238的出氣口可呈漸縮形狀，出氣口的直徑於朝向基板的方向(或第二電極的方向)漸增。故，透過第一噴嘴238注入之第一氣體的擴散可被控制。
各第二噴嘴233的出氣口可呈漸縮形狀，出氣口的直徑於朝向基板的方向(或第二電極的方向)漸增。故，透過第二噴嘴233注入之第二氣體的擴散可被控制於輔助電漿空間131中。
當第一噴嘴238的出氣口設置於低於第一電極220之底表面的位置時，寄生電漿或輔助電漿可具有高於主要電漿的電子密度和電子溫度，其中寄生電漿產生於第一電極220之開口222，輔助電漿產生於輔助電漿空間131，主要電漿產生於形成在第一電極220之下之主要電漿空間151。因此，第一氣體的過度解離反應可被抑制。
產生於第一電極220之開口222的寄生電漿亦會被開口222的形狀影響。開口222的形狀可呈圓柱狀或漸縮形狀，開口的直徑於朝向基板的方向漸增。漸縮形狀可藉由電漿擴散來改善電漿空間分布，或改善沉積速率空間分布。
圖7為根據本發明另一示例性實施例之基板處理裝置的剖面立體圖。如上所述，如圖1至圖6中相同的標號代表相同的元件，並且這些相同的元件將不會再重複說明。
請參考圖7，根據另一示例性實施例之基板處理裝置100a包含：氣體注入部101、第一電極120和第二電極152。氣體注入部101包含二氣體分配部140和130及類型不同的二噴嘴組，氣體分配部設置於腔室110的上部並且空間上彼此分開，二噴嘴組分別連接於二氣體分配部140和130，其中一噴嘴組的噴嘴133與另一噴嘴組的噴嘴138具有不同的長度。第一電極120連接到射頻(radio-frequency，RF)電源供應器174，第一電極120設置於氣體注入部101之下以與氣體注入部101垂直地分開，第一電極120具有多個開口122a。其中一噴嘴組的多個噴嘴138分別插入開口122a。第二電極152設置以與第一電極120相對，且第二電極152用以承載基板。第二電極152接地。
當第一噴嘴138的出氣口設置於第一電極120的開口122a時，由於產生於第一電極120之開口122a的寄生電漿，第一氣體可提供相對高的解離速率並可增加沉積速率。
第一電極120的開口122a之截面形狀可包含直線部分以形成一或多個垂直階梯狀。開口122a包含彼此不同的上下直徑。開口122a之下直徑可大於開口122a之上直徑。形成垂直階梯的形狀可藉由電漿擴散來改善電漿空間分布，或改善沉積速率空間分布。
圖8為根據本發明另一示例性實施例之基板處理裝置的平面圖。
圖9為圖8中沿線I-I'截取的剖面圖。
圖10為圖8中沿線II-II'截取的剖面圖。
圖11為圖8中沿線III-III'截取的剖面立體圖。
請參考圖8至圖11，根據本發明另一示例性實施例之基板處理裝置300包含第一電極120和氣體注入部301。第一電極120設置於腔室110內部，第一電極120接收來自外部元件的射頻(radio-frequency，RF)電源並具有多個開口122，開口122以規則間隔的方式二維排列。
氣體注入部301包含第一噴嘴338和第二噴嘴333。第一噴嘴338穿過從氣體注入部301之底表面凸出的凸出部336而分別插入第一電極120的開口122，而第二噴嘴333設置於氣體注入部301之底表面並且位於各第一噴嘴338周圍。氣體注入部301設置於第一電極120之上並垂直地與第一電極120分開特定距離以形成輔助電漿空間131。第一噴嘴338注入第一氣體，並且凸出部336的外徑小於開口122的內徑。第二噴嘴333注入第二氣體，並且透過第二噴嘴333注入的第二氣體通過位於氣體注入部301之底表面和第一電極120之頂表面之間的輔助電漿空間131之後，經由第一電極120的開口122注入。
氣體注入部301包含第一氣體分配部330和第二氣體分配部340。第一氣體分配部330包含多個第一方向流動路徑332和二第二方向流動路徑334。第一方向流動路徑332設置於第一電極120並且在第一方向彼此平行延伸。第二方向流動路徑334延伸於垂直第一方向的第二方向並分別連接第一方向流動路徑332之相對的兩端。
第二氣體分配部340設置於第一氣體分配部330。氣體緩衝空間344設置於第一氣體分配部330之頂表面和第二氣體分配部340之底表面之間。第一電極的開口可以規則間隔的方式排列於第一方向流動路徑。氣體緩衝空間344連接於第二噴嘴333。第一方向流動路徑332在第一方向可分別週期地連接第一噴嘴338。
氣體供應路徑342可穿過第二氣體分配部340的邊緣以連接第二方向流動路徑334。輔助孔334a可形成於第一氣體分配部330的邊緣以將氣體供應路徑342和第二方向流動路徑334彼此連接。
RF電源供應線路172在排列於第一方向之相鄰的其二第二噴嘴333之間可垂直穿過氣體注入部301以連接第一電極120並供應RF電源至氣體注入部301。在主要電漿空間151中，電漿可產生於第一電極120和第二電極152之間。
圖12為根據本發明另一示例性實施例之基板處理裝置的平面圖。
圖13為圖12中沿線IV-IV'截取的剖面立體圖。
請參考圖12和圖13，根據本發明另一示例性實施例之基板處理裝置300a包含第一電極120和氣體注入部301。第一電極120設置於腔室110內部，第一電極120接收來自外部元件的射頻(radio-frequency，RF)電源並包含多個開口122，開口122以規則間隔的方式二維排列。
氣體注入部301包含第一噴嘴338和第二噴嘴333。第一噴嘴338穿過從氣體注入部301之底表面凸出的凸出部336，並且這些凸出部336分別插入第一電極120的開口122。第二噴嘴333設置於氣體注入部301之底表面並且位於各第一噴嘴338周圍。氣體注入部301可設置於第一電極120之上並與第一電極120分隔特定距離以形成輔助電漿空間131。第一噴嘴338注入第一氣體，並且凸出部336的外徑小於第一電極120之開口122的內徑。第二噴嘴333注入第二氣體，並且透過第二噴嘴333注入的第二氣體通過位於氣體注入部301之底表面和第一電極120之頂表面之間的輔助電漿空間331之後，經由第一電極120的開口122注入。
氣體注入部301包含第一氣體分配部330和第二氣體分配部340。第一氣體分配部330包含多個第一方向流動路徑332和二第二方向流動路徑334。第一方向流動路徑332設置於第一電極120並且在第一方向彼此平行延伸。第二方向流動路徑334分別連接第一方向流動路徑332之相對的兩端。
第一氣體分配部330包含第二方向輔助流動路徑334a，第二方向輔助流動路徑334a週期地設置於第二方向流動路徑334之間並在第二方向彼此平行延伸。因此，第一方向流動路徑332和第二方向輔助流動路徑334a可彼此相交。
圖14為根據本發明另一示例性實施例之基板處理裝置的平面圖。
請參考圖14，根據另一示例性實施例之基板處理裝置100c包含第一電極120和氣體注入部101。第一電極120設置於腔室110內部，第一電極120接收來自外部元件的射頻(radio-frequency，RF)電源並包含多個開口122，開口122以規則間隔的方式二維排列。
氣體注入部101包含第一噴嘴138和第二噴嘴133。第一噴嘴138穿過從氣體注入部101之底表面凸出的凸出部136，並且這些凸出部136分別插入第一電極120的開口122。第二噴嘴133設置於底表面並且位於各第一噴嘴138周圍。氣體注入部101可設置於第一電極120之上並與第一電極120分隔特定距離以形成輔助電漿空間131。第一噴嘴138注入第一氣體，並且各凸出部136的外徑小於第一電極120之開口122的內徑。第二噴嘴133注入第二氣體，並且透過第二噴嘴133注入的第二氣體通過位於氣體注入部101之底表面和第一電極120之頂表面之間的輔助電漿空間131之後，經由第一電極120的開口122注入。
第一電極120之開口的截面或直徑可依據配置平面的位置而變化。具體來說，二維排列成矩陣之第一電極120的開口122中，設置於最外部之各開口122的直徑大於設置於內部之各開口的直徑。
圖15為根據本發明另一示例性實施例之基板處理裝置的剖面圖。
請參考圖15，根據另一示例性實施例之基板處理裝置100d包含第一電極120和氣體注入部101。第一電極120設置於腔室110內部，第一電極120接收來自外部元件的射頻(radio-frequency，RF)電源並包含多個開口122，開口122以規則間隔的方式二維排列。
氣體注入部101包含第一噴嘴138和第二噴嘴133。第一噴嘴138穿過從氣體注入部101之底表面凸出的凸出部136，並且這些凸出部136分別插入第一電極120的開口122，第二噴嘴133設置於底表面並且位於各第一噴嘴138周圍。氣體注入部101可設置於第一電極120之上並與第一電極120分隔特定距離以形成輔助電漿空間131。第一噴嘴138注入第一氣體，並且各凸出部136的外徑小於第一電極120之開口122的內徑。第二噴嘴133注入第二氣體，並且透過第二噴嘴133注入的第二氣體通過位於氣體注入部101之底表面和第一電極120之頂表面之間的輔助電漿空間131之後，經由第一電極120的開口122注入。
第一噴嘴138的長度和輸出位置依據配置平面的位置可不同於彼此。具體來說，設置於中間區域之第一噴嘴138的出氣口可設置於第一電極120之開口122中，而設置於外部區域之第一噴嘴138的出氣口可設置於低於第一電極120之開口122之底表面的位置。
當第一噴嘴138的出氣口位置局部改變時，電漿的空間分布特性可局部改變。因此，可減少發生於大面積之空間上層體品質分布和厚度偏差。
儘管已詳細描述本發明和其優點，應理解在不脫離下述申請專利範圍所界定之本發明的精神和範圍，可以進行各種改變、取代和修改。
100、100a、100c、100d、200、300、300a‧‧‧基板處理裝置
101、201、301‧‧‧氣體注入部
110‧‧‧腔室
114‧‧‧側壁
120、220‧‧‧第一電極
122、122a、222‧‧‧開口
130、230、340‧‧‧第二氣體分配部
131‧‧‧輔助電漿空間
132、332‧‧‧第一方向流動路徑
133、233、333‧‧‧第二噴嘴
134、334‧‧‧第二方向流動路徑
134a‧‧‧輔助孔
334a‧‧‧輔助孔
334a‧‧‧第二方向輔助流動路徑
136、236、336‧‧‧凸出部
138、238、338‧‧‧第一噴嘴
140、330‧‧‧第一氣體分配部
142、146、342‧‧‧氣體供應路徑
144、344‧‧‧氣體緩衝空間
151‧‧‧主要電漿空間
152‧‧‧第二電極
162‧‧‧絕緣墊片
172 RF‧‧‧電源供應線路
174 RF‧‧‧電源供應器
L1‧‧‧第一噴嘴的長度
L2‧‧‧第二噴嘴的長度
A-A’、B-B’、C-C’、D-D’、I-I’、II-II’、III-III’、IV-IV’‧‧‧截線
圖1為根據本發明一示例性實施例之基板處理裝置的平面圖。
圖2為圖1中沿線A-A'截取的剖面圖。
圖3為圖1中沿線B-B'截取的剖面圖。
圖4為圖1中沿線C-C'截取的剖面圖。
圖5為圖1中沿線D-D'截取的剖面立體圖。
圖6為根據本發明另一示例性實施例之基板處理裝置的剖面立體圖。
圖7為根據本發明另一示例性實施例之基板處理裝置的剖面立體圖。
圖8為根據本發明另一示例性實施例之基板處理裝置的平面圖。
圖9為圖8中沿線I-I'截取的剖面圖。
圖10為圖8中沿線II-II'截取的剖面圖。
圖11為圖8中沿線III-III'截取的剖面立體圖。
圖12為根據本發明另一示例性實施例之基板處理裝置的平面圖。
圖13為圖12中沿線IV-IV'截取的剖面立體圖。
圖14為根據本發明另一示例性實施例之基板處理裝置的平面圖。
圖15為根據本發明另一示例性實施例之基板處理裝置的剖面圖。

Claims (23)

  1. 一種基板處理裝置，包含：一氣體注入部，包含二氣體分配部及類型不同的二噴嘴組，該二氣體分配部設置於一腔室的上部並且空間上彼此分開，該二噴嘴組分別連接於該二氣體分配部，且其中一該噴嘴組的噴嘴與另一該噴嘴組的噴嘴具有不同的長度；一第一電極，連接到一射頻電源供應器，該第一電極設置於該氣體注入部之下以與該氣體注入部垂直地分開，該第一電極具有多個開口，其中一類型的該噴嘴組的噴嘴分別插入該些開口；以及一第二電極，設置以與該第一電極相對，且該第二電極用以承載一基板，其中該氣體注入部接地。
  2. 如請求項1所述之基板處理裝置，其中該二氣體分配部分別為一第一氣體分配部和一第二氣體分配部，該第一氣體分配部設置於該氣體注入部之上端的一空間內，該第二氣體分配部設置於該第一氣體分配部之下，並且其中一該噴嘴組包含多個第一噴嘴，該些第一噴嘴與該第一氣體分配部的一氣體緩衝空間連通，另一該噴嘴組包含多個第二噴嘴，該些第二噴嘴與該第二氣體分配部的多個流動路徑連通。
  3. 如請求項2所述之基板處理裝置，其中該些第一噴嘴設置以分別穿過從該氣體注入部之一底表面凸出的多個凸出部，該些凸出部設置成分別插入於該些開口中，該些第二噴嘴設置於該凸出部周圍並且位於該氣體注入部內，並且透過該些噴嘴注入的一氣體通過位於該氣體注入部和該第一電極之間的一輔助電漿空間之後，藉由該第一電極的該開口排出。
  4. 如請求項2所述之基板處理裝置，其中各該二氣體分配部分離不同類型的氣體並提供被分離的氣體、提供混合多種氣體的混合氣體，或分開相同類型的氣體並同時提供被分開的氣體。
  5. 如請求項3所述之基板處理裝置，其中各該些第一噴嘴具有一出氣口，該出氣口設置於該開口處、設置於與該開口之一底表面相同的位置，或設置於穿過該開口之該底表面而位於該開口之下。
  6. 如請求項3所述之基板處理裝置，其中該些第一噴嘴的一長度或一出氣口位置依據該基板的一位置而彼此不同。
  7. 如請求項3所述之基板處理裝置，其中該第一電極的該開口呈漸縮形狀，該開口的一直徑在朝向該基板的一方向漸增。
  8. 如請求項1所述之基板處理裝置，其中該第一電極之該開口的一截面形狀包含一直線部分以形成一或多個垂直階梯，並且該開口包含彼此不同的一上直徑和一下直徑。
  9. 如請求項8所述之基板處理裝置，其中該第一電極之該開口的截面或直徑依據配置平面的一位置而變化。
  10. 一種基板處理裝置，包含：一第一電極，設置於一腔室內部，該第一電極接收來自一外部元件的一射頻電源，並且該第一電極具有多個開口以規則間隔的方式二維排列；以及一氣體注入部，包含多個第一噴嘴和多個第二噴嘴，該些第一噴嘴分別穿過從該氣體注入部之一底表面凸出的多個凸出部而分別插入該些開口，該些第二噴嘴設置於該底表面並且位於各該些第一噴嘴周圍，該氣體注入部設置於該第一電極以一固定間隔與該第一電極分開以形成一輔助電漿空間，其中該些第一噴嘴注入一第一氣體，該第一噴嘴的一外徑小於該第一電極之該開口的一內徑，該些第二噴嘴注入一第二氣體，透過該些第二噴嘴注入的該第二氣體通過位於該氣體注入部之該底表面和該第一電極之間的該輔助電漿空間之後，經由該第一電極的該開口注入，並且該氣體注入部接地。
  11. 如請求項10所述之基板處理裝置，其中該氣體注入部包含一第一氣體分配部和一第二氣體分配部，該第二氣體分配部包含多個第一方向流動路徑和二第二方向流動路徑，該些第一方向流動路徑設置於該第一電極並且在一第一方向彼此平行延伸，該二第二方向流動路徑連接該些第一方向流動路徑之相對的兩端，該第一氣體分配部設置於第二氣體分配部，一氣體緩衝空間，位於該第一氣體分配部之一底表面和該第二氣體分配部之一頂表面之間，該第一電極的該開口以規則間隔的方式在該第一方向上排列於相鄰的該些第一方向流動路徑之間，該氣體緩衝空間連接於該些第一噴嘴，以及各該些第一方向流動路徑在該第一方向週期地連接該些第二噴嘴。
  12. 如請求項11所述之基板處理裝置，更包含：一氣體供應路徑，穿過該第一氣體分配部的一邊緣以連接一第二方向流動路徑。
  13. 如請求項12所述之基板處理裝置，更包含：一絕緣墊片，設置以覆蓋該第一電極的該邊緣，該絕緣墊片組合於該腔室的一側壁並插入該第一氣體分配部和該第二電極之間以維持一固定間隔。
  14. 如請求項12所述之基板處理裝置，更包含：一射頻電源供應線路，在對齊於該第一方向之相鄰的其中二該些第一噴嘴之間垂直地穿過該氣體注入部以連接該第一電極並供應射頻電源至該第一電極。
  15. 如請求項12所述之基板處理裝置，其中該第一電極的該開口呈由不同直徑產生的一垂直階梯狀或呈一漸縮形狀，且該開口的一直徑沿朝向該基板的一方向漸增。
  16. 如請求項10所述之基板處理裝置，其中該第一噴嘴的一底表面低於該第一電極的一底表面並於朝向該基板之一方向凸出。
  17. 如請求項10所述之基板處理裝置，其中該第一噴嘴之一出氣口的直徑沿朝向該基板之一方向增加。
  18. 如請求項10所述之基板處理裝置，其中該氣體注入部包含一第一氣體分配部和一第二氣體分配部，該第二氣體分配部包含多個第一方向流動路徑和二第二方向流動路徑，該些第一方向流動路徑設置於該第一電極並且在一第一方向彼此平行延伸，該二第二方向流動路徑連接該些第一方向流動路徑之相對的兩端，該第二氣體分配部設置於第一氣體分配部，一氣體緩衝空間設置於該第一氣體分配部之一頂表面和該第二氣體分配部之一底表面之間，該第一電極的該開口可以規則間隔的方式排列於該些第一方向流動路徑，該氣體緩衝空間連接於該些第二噴嘴，並且各該些第一方向流動路徑在該第一方向週期地連接該些第一噴嘴。
  19. 如請求項17所述之基板處理裝置，更包含：一氣體供應路徑，穿過一第二氣體分配部的一邊緣以連接該第二方向流動路徑。
  20. 如請求項17所述之基板處理裝置，其中該第一氣體分配部更包含一第二方向輔助流動路徑，該第二方向輔助流動路徑週期地設置於該第二方向流動路徑之間並在該第二方向彼此平行延伸。
  21. 如請求項10所述之基板處理裝置，其中該第一電極之該開口的一截面或一直徑依據一配置平面的一位置而變化。
  22. 如請求項10所述之基板處理裝置，其中該第一噴嘴之一底表面依據一配置平面的一位置而變化。
  23. 如請求項10所述之基板處理裝置，更包含：一第二電極，設置與該第一電極相對並用於承載一基板。
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