衬底处理装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种衬底处理装置和方法，尤其涉及一种使用等离子体的衬底处理装置和方法。
【背景技术】
[0002]衬底衬底制造半导体元件需要诸如淀积、光刻、蚀刻、灰化、清洗和抛光等的多个处理工序。诸如沉积、蚀刻和灰化等的许多工艺均利用等离子体来处理诸如晶片等的半导体衬底。
[0003]一般地，使用等离子体的衬底处理装置允许通过气体供给构件注入到等离子体发生器中的气体在整个发生器中散开以产生等离子体。从等离子体发生器产生的等离子体被提供给在其中执行衬底处理工艺的处理腔室。提供给处理腔室的等离子体穿过处理腔室中的挡板(baffle)被提供到衬底表面。这导致在衬底的中央和边缘区域之间等离子体被不均匀地提供。因此，这导致诸如灰化和蚀刻等的衬底处理工艺的不均匀性。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种衬底处理装置和衬底处理方法，其能够在使用等离子体的衬底处理工艺过程中调整等离子体的密度。
[0005]本发明的目标并不限于如上所述，通过以下描述本领域技术人员可以清楚地理解在此没有描述的其他目标。
[0006]本发明实施例提供的衬底处理装置包括:腔室，包括一个下壳体和设置在下壳体上的上壳体；气体供给单元，其向腔室供应气体；等离子体源，其从气体产生等离子体；以及衬底支撑部，设置在下壳体中以支撑衬底，其中开口形成在上壳体和下壳体之间，使得下壳体的内部空间和上壳体的内部空间相互连通，其中所述气体供给单元包括将气体提供到上壳体的第一供给单元，以及直接将气体提供到下壳体的第二供给单元，且其中所述等离子体源包括从提供到上壳体的气体生成等离子体的第一源，以及从提供到下壳体中的气体生成等离子体的第二源。
[0007]在一些实施例中，所述开口被设置为面对位于衬底支撑单元上的衬底的中心区域。
[0008]在其它实施例中，第二供给单元可以设置在开口周围，并设置为向面对下壳体内部空间中衬底的边缘区域的区域提供气体。
[0009]在其它实施例中，该第一源可以缠绕上壳体的侧表面。
[0010]在另外的实施例中，该第二源可以缠绕下壳体的侧表面。
[0011]在其它的实施例中，该第二源可以被布置在下壳体上方。
[0012]在进一步的实施例中，所述下壳体可以具有在其内侧上的涡流形成表面。
[0013]在更进一步的实施例中，衬底处理装置还可以包括将第一空间和第二空间分离的气体分离构件，该第一空间面对位于下壳体内部空间中衬底的中心区域，该第二空间面对衬底的边缘区域，其中该气体分离构件可以设置在第一和第二空间之间，并具有内部空间，该内部空间具备开放的上部端和下部端。
[0014]在另外的实施例中，该气体分离构件可以具有涡流形成面。
[0015]在本发明的其它实施例中，所述衬底处理方法包括:利用由第一源从第一气体产生的等离子体处理衬底的中心区域，该第一气体由第一供给单元提供；以及利用由第二源从第二气体产生的等离子体处理衬底的边缘区域，该第二气体由第二供给单元提供。
[0016]根据本发明实施例的衬底处理装置可以在大尺寸区域处理中对衬底的整个表面提供均匀的等离子体密度。
【附图说明】
[0017]包括附图以提供对本发明的进一步理解，附图并入说明书并构成本说明书的一部分。附图示出了本发明示例性的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中:
[0018]图1是根据本发明实施例的衬底处理装置的剖视图；
[0019]图2是示出图1中第二气体分配(distribut1n)板的一部分的剖切透视图；
[0020]图3是包括挡板的图1中的衬底处理装置的剖视图；
[0021]图4是示出衬底处理装置的剖视图，其中图1中的第二源设置于下壳体的上方衬底；
[0022]图5是示出涡流形成面的剖面图，该涡流形成面设置在图1中气体分离构件的内表面和外表面上；
[0023]图6是示出涡流形成面的剖面图，该涡流形成面设置在图1中气体分离构件的外表面上；
[0024]图7是示出涡流形成面的剖面图，该涡流形成面设置在图1中气体分离构件的内表面上；
[0025]图8是示出涡流形成面的剖面图，该涡流形成面设置在图1中下壳体的内表面上;
[0026]图9是示出衬底处理装置的截面图，其中图1中的气体分离构件设置为具有直径从顶部到底部逐渐增加的截头圆锥体(truncated cone)形状衬底；以及
[0027]图10是示出衬底处理装置的截面图，其中图1中的气体分离构件设置为具有直径从顶部到底部逐渐减小的截头圆锥体形状衬底。
【具体实施方式】
[0028]以下，对本发明的优选实施例将参照附图在下文中更详细地描述。本发明的实施例可以体现为不同的形式，但不应当被解释为仅限于本文所阐述的实施例。提供这些实施例的目的是使本公开彻底和完整，并向本领域技术人员充分地传达本发明的构思。因此，为了清楚起见夸大了图中所示的元件的形状。
[0029]本发明的实施例的衬底10可以是半导体晶片，但不限于此。因此，衬底10可以是诸如玻璃衬底等的不同种类的衬底。
[0030]而且，在本发明的一个实施例中，衬底处理装置可以是使用等离子体执行诸如灰化、沉积或蚀刻等工艺的装置。
[0031]根据本发明实施例的衬底处理装置可以在衬底处理工艺过程中调节用于处理衬底的中心和边缘区域中的每个的等离子体生成率。因此，根据本发明实施例的衬底处理装置衬底可以在大尺寸区域处理中在衬底10的整个区域的上方提供均匀的等离子体密度。
[0032]在下文中，将描述根据本发明的实施例的衬底处理装置I。
[0033]图1是根据本发明的实施例的衬底处理装置I的剖视图。参考图1，该衬底处理装置I包括腔室100、气体供给单元200、等离子体源300、衬底支撑单元400以及气体分离构件 500。
[0034]该腔室100包括上壳体120和下壳体140。气体供给单元200包括第一供给单元220和第二供给单元240。等离子体源300包括第一源320和第二源340。
[0035]在下文中，从第一供给单元220提供的气体被称为第一气体，从第二供给单元240供给的气体被称为第二气体。
[0036]由第一气体产生的等离子体用于处理衬底10的中心区域。由第二气体产生的等离子体用于处理衬底10的边缘区域。该第一和第二气体可以是单一气体。在这种情况下，该第一和第二气体可为相同种类或不同种类。该第一和第二气体可以是气体混合物。在这种情况下，该第一和第二气体可具有相同种类的气体，但可以具有不同的组成比例。所述第一和第二气体可具有不同的供给量。该第一和第二气体可以包括氮气(N2)和氧气(O2)。可选地，所述第一和第二气体还可以进一步包括其他种类的气体。
[0037]该腔室100提供了空间，用于从由气体供给单元200提供的气体产生等离子体。此夕卜，腔室100还提供了用于采用等离子体处理衬底10的空间。
[0038]上壳体120具有空间，在该空间中具备开放的上部和下部。上壳体120可具有大致圆柱形的形状。上壳体120设置在下壳体140上并且耦接到下壳体140。上壳体120提供了空间用于从第一气体产生等离子体。第一供给部220与上壳体120的上部连接。
[0039]下壳体140具有面向衬底10的中心区域的第一空间141和面向衬底10的边缘区域的第二空间142。下壳体140可具有大致圆柱形的形状。在上壳体120和下壳体140之间限定开口 160以在上壳体120的内部空间和下部壳体140的内部空间之间连通。在上壳体120和下壳体140之间提供密封构件(未示出)，用于从外部密封。衬底装载孔(未示出)限定于下壳体140的侧壁中。衬底通过该衬底装载孔(未示出)装入腔室100或从腔室100卸载。该衬底装载孔(未示出)可由开启/关闭诸如门(未示出)等的构件来开启和关闭。排出孔143限定在下壳体140的底表面中。排出线路144与排出孔143连接。泵145安装在排出线路144上。泵145将腔室100的内部压力调节到处理压力。腔室100中的残留气体和副产物通过排出线路144排出到腔室100的外部。下壳体140提供空间用以从第二气体产生等离子体。下壳体140提供空间用以采用等离子体处理衬底10。第二供给单元240与下壳体140的上部親接。
[0040]上壳体120中的第一气体产生的等离子体通过第一空间141供给到衬底10的中心区域。
[0041]在第二空间142中第二气体被激发成等离子体。从第二气体产生的等离子体通过第二空间142供给到衬底10的边缘区域。
[0042]第一供给单元220设置在上壳体120上方。该第一供给单元220包括:第一气体供给线路222、第一气体储存器224、第一气体分配板226和第一气体端口 228。该第一供给单元220可以单独设置或设置为多个。
[0043]第一气体供给线路222连接到第一气体端口 228。通过第一气体端口 228提供的第一气体流入到上壳体120中，并在该上壳体120中被激发成等离子体。
[0044]第一气体分配板226设置于第一气体端口 228的下方。当第一气体提供到上壳体120时，该第一气体分配板226在上壳体120的全部区域上方保持该第一气体的密度和流量均匀。第一气体分配板226为板形。该第一气体分配板226具有从上端延伸到下端的注射孔226a。在该第一气体分配板226的每个区域中，该喷射孔226a以接近相同的密度和直径形成。
[0045]第二供给单元240设置在开口 160周围。该第二供给单元240包括第二气体供给线路242、第二气体储存器244、第二气体分配板246以及第二气体端口 248。该第二供给单元240可以单独设置或设置为多个。
[0046]第二气体供给线路242连接到第二气体端口 248。通过第二气体端口 228提供的第二气体流入到第二空间142中，并在该第二空间142中被激发成等离子体。
[0047]第二气体分配板246设置在第二空间142的第二气体端口 248的下方。在第二气体提供到第二空间142时，该第二气体分配板246在第二空间142的整个区域上方保持该第二气体的密度和流量均匀。设置第二气体分配板246以围绕开口 160。参考图2，从顶部看时，该第二气体分配板246具有环形形状。第二气体分配板246具有纵向部分，该纵向部分为具有平坦底部的U形。该第二气体分配板246具有设置在其上部上且突出于侧表面外部的部分，因而可以容易地与该第二气体端口 248的下端耦接。第二气体分配板246具有从其上端延伸到下端的注射孔246a。该喷射孔246a在整个底表面以接近相同的密度和直径形成。
[0048]再次参见图1，第一源320在上壳体120中从第一气体产生等离子体。该第一源320可以是电感耦合等离子源。第一源32