CN111883409B - 批次型衬底处理设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种批次型衬底处理设备。批次型衬底处理设备包含：筒，配置成提供处理空间；隔离壁，配置成提供其中产生等离子的放电空间；气体供应管，配置成将工艺气体供应到放电空间；以及多个电极，配置成在放电空间中产生等离子。多个电极中的至少一个安置于隔离壁外部，且多个电极中的至少一个安置于隔离壁内部。

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，且更确切地说涉及一种将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的衬底安置于处理空间中以通过使用化学气相沉积或原子层沉积来沉积注射到处理空间中的工艺气体中包含的反应粒子。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和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。
一般来说，在批次型衬底处理设备中，处理空间以及衬底的壁表面通过包围处理空间的热壁型加热单元增加温度。因此，非所需薄膜通过工艺气体形成于处理空间的内壁表面上。此处，当处理空间中形成处理环境(例如等离子)时，通过等离子生成空间中产生的磁场或电场将沉积于内壁上的薄膜分离成粒子以在衬底处理工艺期间充当污染物。因此，衬底上的薄膜的质量可能劣化，且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10-0734778号
发明内容
本发明提供一种将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。
根据示例性实施例，一种批次型衬底处理设备包含：筒，配置成提供其中容纳多个衬底的处理空间；隔离壁，与处理空间分离，提供其中产生等离子的放电空间且在筒的纵向方向上延伸；气体供应管，配置成将处理多个衬底所需的工艺气体供应到放电空间；以及多个电极，在筒的纵向方向上延伸且配置成在放电空间中产生等离子，其中多个电极中的至少一个安置于隔离壁外部，且多个电极中的至少一个安置于隔离壁内部。
多个电极可包含：第一电极，安置于隔离壁外部；以及第二电极，安置于隔离壁内部，其中第一电极连接到RF电源，且第二电极接地。
第一电极、第二电极以及气体供应管可在筒的圆周方向上彼此间隔开，且气体供应管可安置于隔离壁外部。
多个电极可包含在筒的圆周方向上彼此间隔开并依序安置的第一电极、第二电极以及第三电极，第一电极可安置于隔离壁的一侧外部，且第二电极和第三电极安置于隔离壁内部，且第一电极和第三电极可连接到RF电源，且第二电极可接地。
筒的圆周方向上的第一电极与第二电极之间的距离可大于筒的圆周方向上的第二电极与第三电极之间的距离。
气体供应管可安置于筒的圆周方向上的隔离壁的另一侧外部。
多个电极可包含在筒的圆周方向上彼此间隔开并依序安置的第一电极、第二电极以及第三电极，且第一电极和第三电极可安置于隔离壁外部并连接到RF电源，且第二电极可安置于隔离壁内部并接地。
筒的圆周方向上的第一电极与第二电极之间的距离可等于筒的圆周方向上的第二电极与第三电极之间的距离。
气体供应管可包含多个气体供应管，所述多个气体供应管安置于放电空间外部以将工艺气体供应到第一电极与第二电极之间的空间和第二电极与第三电极之间的空间。
批次型衬底处理设备可还包含可变供电单元，所述可变供电单元配置成将具有不同强度的RF功率分别供应到第一电极和第三电极。
RF电源可供应脉冲频率为大致1千赫兹到大致10千赫兹的脉冲RF功率以周期性地接通/断开等离子。
隔离壁可安置于筒内部或外部。
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例性实施例，在所述附图中：
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)是沿图1的的线A-A'截取的横截面图。
图2的(b)是沿图1的线B-B'截取的横截面图。
图2的(c)是沿图1的线C到C'截取的横截面图。
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是根据实施例的衬底处理设备的平面图。
图8是根据实施例的衬底处理设备的平面图。
图9是根据实施例的衬底处理设备的平面图。
图10是根据示例性实施例的示出RF供电方法的电路图。
图11是示出根据实施例的视脉冲RF功率的施加而定的离子密度和自由基密度的视图。
附图标号说明
110：筒；
120：注射孔；
130：等离子反应单元；
131、132、133：电极；
135：隔离壁；
135a、135b：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；
161：供应孔；
170：保护管；
180：可变供电单元；
181：RF分路器；
182：RF电源；
190：源气体供应管；
S：衬底。
具体实施方式
下文中将参考附图详细地描述实施例。然而，本发明可以不同形式实施，并且不应解释为限于本文中所阐述的实施例。更确切地，提供这些实施例使得本发明将是透彻并且完整的，并且将把本发明的范围完整地传达给所属领域的技术人员。在附图中，出于说明清楚起见而放大了层和区域的尺寸。在整个附图中，类似的附图标记指代类似的元件。
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)是沿图1的线A-A'截取的横截面图。图2的(b)是沿图1的线B-B'截取的横截面图，以及图2的(c)是沿图1的线C-C'截取的横截面图。
参看图1和图2，根据示例性实施例的衬底处理设备包含：筒110，提供其中处理多个衬底S的处理空间；衬底支撑单元140，在第一方向(即，筒110的纵向方向)上的处理空间中装载多个衬底S；排气单元150，与筒110连通以将处理空间内的处理残留物排放到外部；隔离壁135，提供与处理空间分离的放电空间，提供产生等离子的放电空间且在筒110的纵向方向上延伸；气体供应管160，将处理多个衬底S的工艺所需的工艺气体供应到放电空间；以及多个电极131和电极132，在筒110的纵向方向上延伸且在放电空间中产生等离子。
等离子反应单元130可包含隔离壁135以及多个电极131和132。由气体供应管160供应的工艺气体可通过等离子分解且随后提供到筒110内的处理空间中。
筒110可具有带有密闭式上部部分和开放式下部部分的圆柱形形状且由如陶瓷的耐热性材料制成。筒110可提供其中容纳并处理多个衬底S的处理空间。筒110的处理空间可以是其中容纳衬底支撑单元140且实际上执行处理工艺(例如，沉积工艺)的空间，所述衬底支撑单元140在第一方向上(即，在筒110的纵向方向上)装载多个衬底S。
衬底支撑单元140可配置成支撑衬底S以在第一方向(即，筒110的纵向方向)上装载多个衬底S并提供其中单独地处理多个衬底S的多个单元处理空间。也就是说，衬底支撑单元140可提供多个层，使得在第一方向上(即，在筒110的纵向方向上)装载衬底S。此处，可将一个衬底S装载在一个层(或单元处理空间)上。因此，用于每个衬底S的单元处理空间可单独地限定在衬底支撑单元140的每个层上以防止单元处理空间彼此干扰。
衬底支撑单元140并非特定地受限于形式或结构，只要在将全部多个衬底S装载在衬底支撑单元140上时，衬底支撑单元140通过筒110的下部部分(或入口)移动到筒110内的处理空间中即可。
气体供应管160可配置成使得可通过等离子反应单元130将处理多个衬底S的工艺所需的工艺气体供应到筒110中。
可通过隔离壁135将等离子反应单元130与处理空间分离，所述隔离壁135提供其中筒110内部产生等离子的放电空间。等离子反应单元130可以是通过使用等离子将由气体供应管160供应的工艺气体分解且仅将所分解工艺气体的自由基提供到处理空间中的组件。
隔离壁135可包含：子侧壁135a和子侧壁135b，安置于筒110内部并连接到筒110的内壁；以及主侧壁135c，在子侧壁135a与子侧壁135b之间。隔离壁135可包含：子侧壁135a和子侧壁135b，从筒110的内壁延伸到筒110的内部且彼此间隔开；以及主侧壁135c，安置于子侧壁135a与子侧壁135b之间且与筒110的内壁间隔开。子侧壁135a和子侧壁135b以及主侧壁135c可沿筒110的内壁在筒110的纵向方向上延伸。然而，隔离壁135不限于图1中所示出的形状，只要隔离壁135提供与处理工艺分离的放电空间即可。在示例性实施例中，主侧壁135c可进一步在筒110的圆周方向上延伸超过子侧壁135a和子侧壁135b以形成直径小于筒110的直径的筒形状。
多个电极131和132可在筒110的圆周方向上彼此间隔开。多个电极131和132包含：第一电极131，安置于隔离壁135的一侧外部；以及第二电极132，安置于隔离壁135内部。第一电极131可连接到RF电源，且第二电极132可接地。第一电极131可被称为功率电极，且第二电极132可被称为接地电极。第一电极131可邻近于第一子侧壁135a的外壁安置，且第二电极132可邻近于第二子侧壁135b的内壁安置。第一电极131和第二电极132可在其中装载多个衬底S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和第二电极132可安置为彼此间隔开。同样，可将RF功率施加到第一电极131以通过第一电极131与第二电极132之间产生的电场产生电容耦合等离子(capacitive coupled plasma，CCP)。
随着被施加以稳定地产生等离子或获得所需量的自由基的RF功率增大，保护电极131和电极132的保护管170和隔离壁135可被具有高能量的离子破坏且因此可能产生粒子。确切地说，随着施加RF功率，具有高能量的离子可加速朝向第一电极131以反复地碰撞保护管170，进而进一步破坏保护施加RF功率的第一电极131的保护管170。当保护管170被破坏时，内部电极132也可能被破坏或被污染。
在示例性实施例中，可将施加RF功率以在放电空间中产生等离子的第一电极131安置于隔离壁135外部以防止第一电极131和保护管170被等离子破坏。同样，在与第一电极安置于隔离壁135内部的情况相比较时，在第一电极131安置于隔离壁135外部时，与工艺气体相比具有较高介电常数的隔离壁135可安置于第一电极131与第二电极132之间以减小因电容组件增大所致的第一电极131的阻抗。因此，可减小被施加以稳定地产生等离子或获得所需自由基量的RF功率。因此，可减小第一电极131与第二电极132之间的电场的强度以减小因等离子所致的对隔离壁135的破坏。
同样，RF电源可将脉冲RF功率供应到第一电极131。可在大致1千赫兹到大致10千赫兹的脉冲频率范围内调节脉冲RF功率的脉冲宽度和占空比。当将脉冲RF功率施加到第一电极131时，可周期性地接通/断开等离子，即，可以脉冲形式产生等离子。因此，可减小在处理工艺期间破坏隔离壁并产生粒子的离子的密度，然而可恒定地维持自由基的密度(参见图11)。根据示例性实施例，可防止隔离壁135被等离子破坏，同时维持处理工艺的效率。一般来说，RF功率可具有大致0.1兆赫到数百兆赫的频率。
第一电极131、第二电极132以及气体供应管160可在筒110的圆周方向上彼此间隔开，且第二电极132可安置于第一电极131与气体供应管160之间。气体供应管160可安置于隔离壁135的另一侧外部，即，安置于隔离壁135的第二子侧壁135b外部以将工艺气体供应到隔离壁135内的放电空间中。气体供应管160可具有布置在第一方向上(即，在筒110的纵向方向上)的多个供应孔161。
当气体供应管160安置于隔离壁135内部时，其中并不产生等离子的零值区可被限定在气体供应管160周围的空间中。同样，当将安置于隔离壁135内部的气体供应管160的多个供应孔朝向隔离壁135安置时，隔离壁135内部可能产生涡流，且因此在一段时间产生到隔离壁135内部的放电空间的均匀压力。在示例性实施例中，由于气体供应管160安置于第二子侧壁135b外部以将工艺气体直接供应到隔离壁135内部的放电空间，因此隔离壁135内部可能不产生涡流，且同样可在短时间内在放电空间中产生均匀压力。同样，在示例性实施例中，由于第一电极131和气体供应管160安置于隔离壁135外部，因此可减小放电空间的大小以在短时间内在放电空间中产生均匀压力。
多个注射孔120可被限定在等离子反应单元130中，通过所述注射孔120将等离子反应单元130中分解的工艺气体的自由基注射到处理空间中。多个注射孔120可被限定在隔离壁135的主侧壁135c中。多个注射孔120可被限定在远离气体供应管160的一侧中且还可设置在第一电极131与第二电极132之间对应的位置中。因此，由气体供应管160供应的工艺气体可通过第一电极131与第二电极132之间产生的等离子充分分解，且因此可将具有高密度的自由基供应到处理空间中。多个注射孔120可布置在第一方向上(即，筒110的纵向方向上)以对应于衬底支撑单元140的单元处理空间，使得将自由基分别供应到多个衬底S。
当将工艺气体直接供应到筒110内的处理空间以在处理空间中产生等离子时，可将筒110的内壁上形成的薄膜分离成粒子状，同时通过磁场或电场执行处理工艺以产生等离子。在示例性实施例中，分离器等离子反应单元130可设置在筒110中，即，可将其中产生等离子的放电空间和其中处理衬底S的处理空间彼此分离以防止在执行处理工艺时筒110的内壁上形成的薄膜分离成粒子状。
排气单元150可安置成面向等离子反应单元130。排气单元150可安置于处理空间中以将处理空间内的处理残留物排放到外部。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和连接到排气构件151的排气管线152和排气泵(未示出)构成。排气构件151可设置有多个排气孔153，所述排气孔153面向等离子反应单元130的注射孔且布置在第一方向上(即，竖直方向上)以分别对应于衬底支撑单元140的单元处理空间。
如上所述，由于等离子反应单元130的注射孔120和排气单元150的排气孔153对应于彼此以安置于与其中装载衬底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)上的相同管线中，因此从注射孔120注射的自由基在引入到排气孔153中时可能叠层流动。因此，可将从注射孔120注射的自由基均匀地供应到衬底S的顶表面。
示例性实施例中的衬底处理设备可更包含包围第一电极131和第二电极132的保护管170。
可在由保护管170从其上部部分到下部部分包围的状态下保护第一电极131和第二电极132中的每一个。第一电极131和第二电极132中的每一个可设置呈具有柔性的编绕导线状。
一般来说，由于使用RF频率，因此电流沿其表面流动的集肤效应(skin effect)可能出现在电导中。此处，在使用网型网状电极时，由于由空的空间占据的面积较宽，因此由因较小表面积所致RF功率无法由较大电阻施加。此外，在高温和低温下反复地执行衬底处理工艺。当使用网型网状电极时，网状电极可根据温度变化而不规则地改变形状且因此就形状保持性来说是不利的。另外，由于电阻根据所改变形状而改变，因此当施加RF功率时，可产生不均匀的等离子。
为防止上文提及的局限性，可将根据示例性实施例的第一电极131和第二电极132中的每一个***到保护管170中以及设置呈具有柔性的编绕类型(编绕导线)形式。在示例性实施例中，为进一步减小空的空间，可另外执行将金属施加在电极中的每一个的表面上的方法。
保护管170可包围第一电极131和第二电极132中的每一个的外部以使第一电极131和第二电极132电绝缘且还可保护暴露于等离子大气的电极远离等离子。因此，可安全地保护电极远离由等离子产生的污染物或粒子。保护管170可由如石英或陶瓷的耐热材料制成。
根据示例性实施例的衬底处理设备可更包含将源气体供应到筒110中的处理空间的源气体供应管190。源气体供应管190安置于筒110中且可安置于等离子反应单元130的一侧处。
工艺气体可包含一种或多种类型的气体，即，源气体和与源气体反应的反应气体以产生薄膜材料。源气体供应管190可将源气体直接供应到处理空间。不同于将源气体直接供应到处理空间的源气体供应管190，气体供应管160可首先将反应气体供应到等离子反应单元130中，且反应气体可通过等离子活化且随后供应到处理空间。举例来说，当待沉积在衬底S上的薄膜材料是氮化硅时，源气体可包含含硅气体，二氯硅烷(SiH2Cl2，缩写：DCS)及其类似物，且反应气体可包含含氮气体，NH3、N2O、NO以及其类似物。
在示例性实施例中，由于将相较于源气体具有相对较高气体分解温度的反应气体供应到等离子反应单元130，因此反应气体可通过等离子反应单元130有效地分解并供应到处理空间。
衬底处理设备可更包含包围筒110以加热多个衬底S的加热单元。同样，可通过待连接到衬底支撑单元140的下部部分的旋转单元来旋转衬底支撑单元140以均匀地执行处理工艺。
图3是根据示例性实施例的衬底处理设备的平面图。
参看图3，根据示例性实施例的等离子反应单元130可设置在筒110外部。等离子反应单元130的配置和作用与参看图1和图2所描述的配置和作用相同或类似。
隔离壁135可包含：第一子侧壁135a和第二子侧壁135b，安置于筒110外部并连接到筒110的外壁；以及主侧壁135c，安置于第一子侧壁135a与第二子侧壁135b之间。隔离壁135可包含：子侧壁135a和子侧壁135b，从筒110的外壁延伸到筒110的外部且彼此间隔开；以及主侧壁135c，安置于子侧壁135a与子侧壁135b之间且与筒110的外壁间隔开。
第一电极131可邻近于第一子侧壁135a安置，且气体供应管160可安置于第二子侧壁135b外部以通过多个供应孔161将工艺气体供应到隔离壁135内部的放电空间。筒110可在对应第一电极131与第二电极132之间的位置中包含多个注射孔120。
在示例性实施例中，等离子反应单元130可安置于筒110外部以减小筒110的直径。因此，由于筒110可限制其中处理衬底S中的每一个的单元处理空间，因此等离子反应单元130中分解的工艺气体(即，自由基)可理想地叠层流入单元处理空间中。也就是说，由于等离子反应单元130安置于筒110外部，因此筒110可限制其中装载多个衬底S的单元处理空间。另外，由于分别装载在层上的用于衬底S的单元处理空间受处理空间的内壁表面限制以彼此分隔开，因此从分别对应于单元处理空间的注射孔120注射的自由基可不会被浪费并均匀地供应到衬底S的顶表面上以为叠层流动的。
图4是根据示例性实施例的衬底处理设备的平面图。
参看图4，根据示例性实施例的衬底处理设备包含：筒110，提供其中处理多个衬底S的处理空间；衬底支撑单元140，在第一方向上(即，筒110的竖直方向上)的处理空间中装载多个衬底S；排气单元150，与筒110连通以将处理空间内的处理残留物排放到外部；隔离壁135，从筒110延伸以限定与处理空间分离且其中产生等离子的放电空间；气体供应管160，将处理多个衬底S的工艺所需的气体供应到隔离壁135的内部；以及多个电极，配置成在由隔离壁135限定的放电空间中产生等离子。
隔离壁135可包含：子侧壁135a和子侧壁135b，安置于筒110内部并连接到筒110的内壁；以及主侧壁135c，在子侧壁135a与子侧壁135b之间。隔离壁135可包含：子侧壁135a和子侧壁135b，从筒110的内壁延伸到筒110的内部且彼此间隔开；以及主侧壁135c，安置于子侧壁135a与子侧壁135b之间且与筒110的内壁间隔开。子侧壁135a和子侧壁135b以及主侧壁135c可沿筒110的内壁在筒110的纵向方向上延伸。在示例性实施例中，主侧壁135c可进一步在筒110的圆周方向上延伸超过子侧壁135a和子侧壁135b以形成直径小于筒110的直径的筒形状。
多个电极131、132以及133包含：第一电极131，安置于隔离壁135外部；以及第二电极132和第三电极133，安置于隔离壁135内部。
第一电极131和第三电极133可连接到RF电源，且第二电极132可接地。第一电极131和第三电极133中的每一个可被称为功率电极，且第二电极132可被称为接地电极。
第一电极131、第二电极132以及第三电极133可在筒110的圆周方向上彼此间隔开并依序安置。此处，第一电极131可安置于隔离壁135的一侧外部，且第二电极132和第三电极133可安置于隔离壁135内部，即，放电空间中。第一电极131可邻近于隔离壁135的第一子侧壁135a的外壁安置，且第二电极132可邻近于隔离壁135的第二子侧壁135b的内壁安置。第二电极132可安置于第一电极131与第三电极133之间。第一电极131、第二电极132以及第三电极133可在其中装载多个衬底S的第一方向上(即，筒110的纵向方向上)延伸。此处，由于将RF功率施加到第一电极131和第三电极133中的每一个，因此电容耦合等离子(CCP)可由第一电极131与第二电极132之间以及第二电极132与第三电极133之间产生的电场产生。
为通过使用等离子来活化工艺气体，通常可将RF功率施加到双电极结构中的一个电极以产生等离子。在这种情况下，用于稳定地产生等离子的功率或用于获得所需自由基量的功率可增大以产生粒子。也就是说，当将RF功率施加到一个电极时，可施加高功率以获得所需自由基量，且因此离子化粒子可具有高能量。因此，保护电极的保护管170和隔离壁135可能被粒子破坏，且因此可能产生粒子。
在示例性实施例中，可通过使用三电极结构将RF功率单独地供应到两个电极，其中第二电极132在分别施加RF功率的第一电极131与第三电极133之间接地。因此，当与其中将高RF功率施加到一个电极的情况相比较时，产生等离子所需的功率和用于获得所需自由基量的功率可降低以减小待产生的粒子的量或阻止粒子产生。
由于第一电极131安置于隔离壁135外部且第三电极133安置于隔离壁135内部，因此可将介电常数大于工艺气体的介电常数的隔离壁135安置于第一电极131与第二电极132之间，且因此第一电极131的阻抗与第三电极133的阻抗可彼此不同。举例来说，第一电极131的阻抗可小于第三电极133的阻抗。在这种情况下，第一电极131与第二电极132之间的距离以及第二电极132与第三电极133之间的距离可被调节为与阻抗匹配。举例来说，为匹配阻抗，可将筒110的圆周方向上的第一电极131与第二电极132之间的距离调节为大于第二电极132与第三电极133之间的距离。因此，可将RF功率同等地施加到第一电极131和第三电极133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之间的空间中均匀地产生等离子。在这种情况下，第一电极131与第二电极132之间的距离可能增大或减小以降低第一电极131与第二电极132之间的电场强度，进而减小对第一电极131周围安置的隔离壁的破坏或防止隔离壁被破坏。
可将具有不同强度的RF功率分别施加到可变供电单元180中的第一电极131和第三电极133替代调节电极之间的距离，例如，可将下部RF功率施加到具有相对较小阻抗的第一电极131以在第一电极131与第二电极132之间的空间和第二电极132与第三电极133之间的空间中均匀地产生等离子。在这种情况下，可将下部RF功率施加到第一电极131以减小对第一电极131周围安置的隔离壁135的破坏或防止隔离壁135被破坏。随后将详细描述用于将具有不同强度的RF功率分别施加到第一电极131和第三电极133的可变供电单元180。
在示例性实施例中，可将脉冲RF功率供应到第一电极131和第三电极133。可在大致1千赫兹到大致10千赫兹的脉冲频带中调节脉冲RF功率的脉冲宽度和占空比。占空比意味接通周期与断开周期的比率。当将脉冲RF功率施加到第一电极131和第三电极133时，可周期性地接通/断开等离子，即，可以脉冲的形式产生等离子。因此，破坏电极和隔离壁且在处理工艺期间产生粒子的离子的密度可减小，然而可恒定地维持自由基的密度(参见图11)。因此，在维持处理工艺的效率时，可减小因等离子所致的第三电极133和隔离壁135的破环或防止出现所述破坏。
气体供应管160可安置于筒110的圆周方向上的隔离壁135的另一侧外部。气体供应管160可安置于隔离壁135的第二子侧壁135b外部以在筒110的圆周方向上与第三电极133间隔开，进而通过多个供应孔161将工艺气体供应到隔离壁135内部的放电空间。气体供应管160可具有布置在第一方向上(即，在筒110的纵向方向上)的多个供应孔161。
当气体供应管160安置于隔离壁135内部时，其中并不产生等离子的零值区可被限定在气体供应管160周围的空间中。同样，当安置于隔离壁135内部的气体供应管160的多个供应孔朝向隔离壁135安置时，隔离壁135内部可能产生涡流，且因此花费时间产生到隔离壁135内部的放电空间的均匀压力。在示例性实施例中，由于气体供应管160安置于第二子侧壁135b外部以将工艺气体直接供应到隔离壁135内部的放电空间，因此隔离壁135内部可能不产生涡流，且同样可在短时间内在放电空间中产生均匀压力。同样，在示例性实施例中，由于第一电极131和气体供应管160安置于隔离壁135外部，因此可减少均匀地扩散工艺气体所花费的时间。也就是说，可在短时间内在放电空间中产生均匀压力。因此，工艺气体可由等离子分解以减少将工艺气体供应到处理空间所花费的时间。
多个注射孔120可被限定在等离子反应单元130中，通过所述注射孔120将等离子反应单元130中分解的工艺气体的自由基注射到处理空间中。多个注射孔120可被限定在隔离壁135的主侧壁135c中。主侧壁135c可在对应于第一电极131与第二电极132之间以及第二电极132与第三电极133之间的位置中包含多个注射孔120。因此，从气体供应管160供应的工艺气体可由第一电极131与第二电极132之间以及第二电极132与第三电极133之间产生的等离子充分分解，且因此可将具有高密度的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。
参看图5，根据示例性实施例的等离子反应单元130可设置在筒110外部。等离子反应单元130的配置和作用与参看图4所描述的配置和作用相同或类似。
隔离壁135可包含：第一子侧壁135a和第二子侧壁135b，安置于筒110外部并连接到筒110的外壁；以及主侧壁135c，安置于第一子侧壁135a与第二子侧壁135b之间。隔离壁135可包含：子侧壁135a和子侧壁135b，从筒110的外壁延伸到筒110的外部且彼此间隔开；以及主侧壁135c，安置于子侧壁135a与子侧壁135b之间且与筒110的外壁间隔开。
第一电极131可邻近于第一子侧壁135a的外壁安置，且第二电极132可邻近于第二子侧壁135b的内壁安置。第二电极132可安置于第一电极131与第三电极133之间。
气体供应管160可安置于第二子侧壁135b外部以通过多个供应孔161将工艺气体供应到隔离壁135内部的放电空间。
筒110可在对应第一电极131与第二电极132之间的位置中包含多个注射孔120。
在示例性实施例中，由于等离子反应单元130安置于筒110外部，因此筒110可限制其中装载多个衬底S的单元处理空间。另外，由于分别装载在层上的衬底S的单元处理空间受处理空间的内壁表面限制以彼此分隔开，因此从分别对应于单元处理空间的注射孔120注射的自由基可不会被浪费并均匀地供应到衬底S的顶表面上以为叠层流动的。
图6是根据示例性实施例的衬底处理设备的平面图。
除等离子反应单元130和气体供应管160以外，根据本发明的实施例的衬底处理设备与图4的衬底处理设备相同或类似，且因此，以下描述将主要集中在不同处。
等离子反应单元130包含：第一电极131，安置于隔离壁135外部；以及第二电极132和第三电极133，安置于隔离壁135内部。第一电极131和第三电极133可连接到RF电源，且第二电极132可接地。第一电极131可邻近于隔离壁135的第一子侧壁135a的外壁安置，且第二电极132可邻近于隔离壁135的第二子侧壁135b的内壁安置。第二电极132可安置于第一电极131与第三电极133之间。由于气体供应管160未安置于第二子侧壁部分135b外部，因此可能不需要用于供应工艺气体的空间。当与图4中所示出的结构相比较时，第二电极132可更邻接于第二子侧壁135b的内壁安置。
多个气体供应管160可安置于筒110外部，即，放电空间外部，即，从将第一到第三电极131、132以及133彼此连接的管线向外安置，且可限定多个气体供应管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。
当限定多个气体供应管160的供应孔161朝向第一电极131与第二电极132之间的空间和第二电极132与第三电极133之间的空间时，可将通过多个气体供应管160的供应孔161供应的工艺气体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，隔离壁135内部可能不产生涡流，且可减少将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和等离子分解速率。
同样，多个气体供应管160可安置于筒110外部以减小由隔离壁135和筒110的一部分包围的放电空间的尺寸，进而减少均匀地扩散供应到放电空间的工艺气体所花费的时间。因此，工艺气体可由等离子分解以减少将工艺气体供应到处理空间所花费的时间。
注射孔120和供应孔161可设置成关于筒110的径向方向而彼此位错。当如图6中所示出，注射孔120和供应孔161并未对应于彼此但彼此位错时，通过供应孔161供应的工艺气体可能不直接通过筒110的注射孔120放电，但具有对于通过等离子分解的界限以提高等离子分解效率。通过供应孔161供应的工艺气体可由等离子充分分解，且可将高密度自由基供应到处理空间。
图7是根据示例性实施例的衬底处理设备的平面图。
参看图7，根据示例性实施例的等离子反应单元130可设置在筒110外部。等离子反应单元130的配置和作用与参看图6所描述的配置和作用相同或类似。
隔离壁135可包含：第一子侧壁135a和第二子侧壁135b，安置于筒110外部并连接到筒110的外壁；以及主侧壁135c，安置于第一子侧壁135a与第二子侧壁135b之间。隔离壁135可包含：第一子侧壁135a和第二子侧壁135b，从筒110的外壁延伸到筒110的外部且彼此间隔开；以及主侧壁135c，安置于第一子侧壁135a与第二子侧壁135b之间且与筒110的外壁间隔开。
第一电极131可邻近于第一子侧壁135a的外壁安置，且第三电极133可邻近于第二子侧壁135b的内壁安置。
多个气体供应管160可安置于主侧壁135c外部，即，在放电空间外部，即，从将第一到第三电极131、132以及133彼此连接的管线向外安置，且多个气体供应管160的供应孔161可被限定为朝向第一电极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。
在示例性实施例中，由于等离子反应单元130安置于筒110外部，因此筒110可限制其中装载多个衬底S的单元处理空间。另外，由于分别装载在层上的衬底S的单元处理空间受处理空间的内壁表面限制以彼此分隔开，因此从分别对应于单元处理空间的注射孔120注射的自由基可不会被浪费并均匀地供应到衬底S的顶表面上以为叠层流动的。
图8是根据示例性实施例的衬底处理设备的平面图。
除等离子反应单元130以外，根据本发明的实施例的衬底处理设备与图6的衬底处理设备相同或类似，因此，以下描述将主要集中在不同处。
多个电极131、132以及133包含在圆周方向上彼此间隔开且依序安置的第一电极131、第二电极132以及第三电极133。多个电极131、132以及133包含安置于隔离壁135外部的第一电极131和第三电极133以及安置于隔离壁135内部的第二电极132。第一电极131和第三电极133可连接到RF电源，且第二电极132可接地。第一电极131可邻近于隔离壁135的第一子侧壁135a的外壁安置，且第二电极132可邻近于第二子侧壁135b的外壁安置。
在示例性实施例中，施加RF功率以在放电空间中产生等离子的第一电极131和第三电极133可安置于隔离壁135外部以防止保护管170、第一电极131以及第三电极133受到等离子的破坏。
另外，第一电极131和第三电极133可安置于隔离壁135外部以减小由隔离壁135和筒110的一部分包围的放电空间的尺寸，进而减少均匀地扩散供应到放电空间的工艺气体所花费的时间。因此，工艺气体可由等离子分解以减少将工艺气体供应到处理空间所花费的时间。
图9是根据示例性实施例的衬底处理设备的平面图。
参看图9，根据示例性实施例的等离子反应单元130可设置在筒110外部。等离子反应单元130的配置和作用与参看图6所描述的配置和作用相同或类似。
隔离壁135可包含：第一子侧壁135a和第二子侧壁135b，安置于筒110外部并连接到筒110的外壁；以及主侧壁135c，安置于第一子侧壁135a与第二子侧壁135b之间。隔离壁135可包含第一子侧壁135a和第二子侧壁135b，从筒110的外壁延伸到筒110的外部且彼此间隔开；以及主侧壁135c，安置于第一子侧壁135a与第二子侧壁135b之间且与筒110的外壁间隔开。
第一电极131可邻近于第一子侧壁135a的外壁安置，且第三电极133可邻近于第二子侧壁135b的外壁安置。
多个气体供应管160可安置于主侧壁135c外部，即，从将第一到第三电极131、132以及133彼此连接的管线向外安置，且多个气体供应管160的供应孔161可被限定为朝向第一电极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。
在示例性实施例中，由于等离子反应单元130可安置于筒110外部，因此筒110可限制其中装载多个衬底S的单元处理空间。另外，由于分别装载在层上的衬底S的单元处理空间受处理空间的内壁表面限制以彼此分隔开，因此从分别对应于单元处理空间的注射孔120注射的自由基可不会被浪费并均匀地供应到衬底S的顶表面上以为叠层流动的。
图10是根据示例性实施例的示出RF供电方法的电路图。
参看图10的(a)，可变供电单元180可包含：RF电源182，供应RF功率；以及RF分路器181，分别设置于RF电源182与第一电极131之间以及RF电源182与第三电极133之间以调节RF功率的强度和比率。
如图4到图7中所示出，当第一电极131安置于隔离壁135外部，且第二电极132和第三电极133安置于隔离壁135内部时，可能产生不均匀等离子，其中第一电极131与第二电极132之间的空间中的等离子和第二电极132与第三电极133之间的空间中的等离子具有彼此不同的密度。在示例性实施例中，可通过使用可变供电单元180调节施加到第一电极131和第三电极133中的每一个的RF功率的强度和比率，以产生均匀等离子。RF分路器181可调节从电连接RF电源182供应的RF功率的强度或比率，使得将具有不同强度的RF功率分别施加到第一电极131和第三电极133。
如图8和图9中所示出，即使在第一电极131和第三电极133均安置于隔离壁135外部时，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之间产生的等离子仍可具有不均匀密度。然而，在示例性实施例中，可将具有不同强度的RF功率分别施加到可变供电单元180中的第一电极131和第三电极133，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等离子。
可变供电单元180可更包含分别设置于第一电极131与第二电极132之间以及第二电极132与第三电极133之间的探针以测量等离子的放电特征(放电电流、放电电压、相位等等)。因此，可根据利用探针测量的放电特征的差值来调节RF功率的强度和比率。
参看图10的(c)，第一电极131和第三电极133可电连接到两个RF电源182以独立地接收RF功率，从而产生均匀等离子。
另一方面，参看图10的(b)，当第一电极131与第二电极132之间以及第二电极132与第三电极133之间产生的等离子的密度是均匀的时或当第一到第三电极131、132、133之间的距离是可调节的时，可将来自一个RF电源182的RF功率输出同等地分布以供应到第一电极131和第三电极133。
同样，RF电源182可将脉冲RF功率供应到第一电极131和第三电极133。可在大致1千赫兹到大致10千赫兹的脉冲频率范围内调节脉冲RF功率的脉冲宽度和占空比。
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被提供到处理空间中，进而防止粒子与筒的内壁分离。
根据示例性实施例，可将施加RF功率以产生等离子的电极安置于隔离壁外部，提供放电空间以防止电极和保护管被等离子破坏。
根据示例性实施例，由于气体供应管安置于隔离壁外部以将工艺气体直接供应到隔离壁内部的放电空间中，因此隔离壁内部可能不出现涡流，且同样，放电空间的体积可减小以在短时间内在放电空间中产生均匀压力。
根据示例性实施例，可将脉冲RF功率供应到电极以在处理期间减小离子的密度同时恒定地维持自由基的密度。根据示例性实施例，可防止隔离壁被等离子破坏同时维持处理工艺的效率。
根据示例性实施例，可变电源可用于调节施加到多个电极中的每一个的RF功率的强度和比率，进而产生均匀等离子。
如上文所描述，虽然已经特定地参考本发明的优选实施例绘示和描述了本发明，但所属领域的技术人员应了解，可在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下在本文中对形式和细节进行各种改变。因此，本发明的范围不受本发明的详细描述限定，但受所附权利要求限定，且范围内的所有差异将被解释为包含于本发明中。

Claims (11)

1.一种批次型衬底处理设备，包括：
筒，配置成提供其中容纳多个衬底的处理空间；
隔离壁，与所述处理空间分离，提供其中产生等离子的放电空间且在所述筒的纵向方向上延伸；
气体供应管，配置成将处理所述多个衬底所需的工艺气体供应到所述放电空间；以及
多个电极，在所述筒的所述纵向方向上延伸且配置成在所述放电空间中产生等离子，
其中所述隔离壁安置于所述筒内部或外部，
所述多个电极在所述筒的圆周方向上彼此间隔开，以及
所述多个电极中的一部分在所述筒的所述圆周方向上安置于所述隔离壁外部，且所述多个电极中的其余者的一部分安置于所述放电空间内部。
2.根据权利要求1所述的批次型衬底处理设备，其中所述多个电极包括：
第一电极，安置于所述放电空间外部；及
第二电极，安置于所述放电空间内部，
其中所述第一电极连接到RF电源，且所述第二电极接地。
3.根据权利要求2所述的批次型衬底处理设备，其中所述第一电极、所述第二电极以及所述气体供应管在所述筒的所述圆周方向上彼此间隔开，且
所述气体供应管在所述筒的所述圆周方向上安置于所述隔离壁的与安置有所述第一电极的一侧相对的外部处。
4.根据权利要求1所述的批次型衬底处理设备，其中所述多个电极包括在所述筒的所述圆周方向上彼此间隔开且依序安置的第一电极、第二电极以及第三电极，
所述第一电极在所述筒的所述圆周方向上安置于所述隔离壁的一侧的外部处，且所述第二电极及所述第三电极安置于所述放电空间内部，以及
所述第一电极及所述第三电极连接到RF电源，且所述第二电极接地。
5.根据权利要求4所述的批次型衬底处理设备，其中所述筒的所述圆周方向上的所述第一电极与所述第二电极之间的距离大于所述筒的所述圆周方向上的所述第二电极与所述第三电极之间的距离。
6.根据权利要求4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所述圆周方向上安置于所述隔离壁的与安置有所述第一电极的所述侧相对的外部处。
7.根据权利要求1所述的批次型衬底处理设备，其中所述多个电极包括在所述筒的圆周方向上彼此间隔开且依序安置的第一电极、第二电极以及第三电极，以及
所述第一电极及所述第三电极在所述筒的所述圆周方向上分别安置于所述隔离壁的两个外部处并连接到RF电源，且所述第二电极安置于所述放电空间内部并接地。
8.根据权利要求7所述的批次型衬底处理设备，其中所述筒的所述圆周方向上的所述第一电极与所述第二电极之间的距离等于所述筒的所述圆周方向上的所述第二电极与所述第三电极之间的距离。
9.根据权利要求4至5及7至8中任一项所述的批次型衬底处理设备，其中所述气体供应管包括多个气体供应管，所述多个气体供应管安置于所述放电空间外部以将所述工艺气体供应到所述第一电极与所述第二电极之间的空间及所述第二电极与所述第三电极之间的空间。
10.根据权利要求4至8中任一项所述的批次型衬底处理设备，还包括可变供电单元，所述可变供电单元配置成将具有不同强度的RF功率分别供应到所述第一电极及所述第三电极。
11.根据权利要求2至8中任一项所述的批次型衬底处理设备，其中所述RF电源供应脉冲频率为1千赫兹到10千赫兹的脉冲RF功率以周期性地接通/断开所述等离子。
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