衬底处理装置的制作方法

1.本公开涉及一种衬底处理装置，更具体地涉及考虑热膨胀系数的差异而设计的衬底处理装置，以便防止电极之间的短路。


背景技术：

2.通常，需要在衬底上设置薄膜层、薄膜电路图案，或光学图案，以便制造半导体器件、平板显示器、太阳能电池或光伏电池等。就此而言，执行衬底处理工艺，例如，将由特定材料形成的薄膜沉积在衬底上的沉积工艺、使用感光材料来选择性曝光薄膜的光刻工艺，以及通过选择性地去除薄膜的曝光部分来形成图案的蚀刻工艺。
3.使用衬底处理装置来执行这样的衬底处理工艺。现有技术中的衬底处理装置包括在其中处理衬底的腔体、支撑衬底的基座以及布置在基座之上的电极单元。现有技术中的衬底处理装置通过经由电极单元向衬底供应气体来执行衬底处理工艺。
4.现有技术中的衬底处理装置的电极单元包括：第一电极，其包括朝向衬底突出的多个突出电极；以及第二电极，其设有突出电极延伸通过的插孔。突出电极被设计为位于插孔的中心。
5.在衬底处理装置中执行的衬底处理工艺期间，腔体中的温度上升，并且第一电极和第二电极由于温度的上升而热膨胀。通常，更靠近由加热器加热的基座的第二电极与第一电极相比具有更高的温度。这样的温度差导致第一电极和第二电极之间的热膨胀的差别。
6.由于第一电极和第二电极之间的热膨胀系数的差异，在这样的处理期间，突出电极的中心可能不与插孔的中心对准。此外，随着热膨胀系数之差在从第一电极和第二电极的中心区域到边缘区域的方向上增加，突出电极的中心和插孔的中心之间的未对准程度可以在从中心区域到边缘区域的方向上增加，使得突出电极和插孔可以接触彼此，从而产生短路。
7.在第一电极和第二电极之间产生的这样的短路可能是有问题的，因为可能未将射频(rf)电力提供到衬底处理装置中，并且可能在衬底处理工艺期间不会产生均匀薄膜。


技术实现要素：

8.各个实施例涉及一种衬底处理装置，其包括：第一电极，具有朝向衬底突出的多个突出电极；以及第二电极，设有突出电极延伸通过的多个插孔。对突出电极和插孔的位置进行调整，使得即使在第一电极和第二电极由于处理期间温度的上升而热膨胀的情况下也可以防止通过第一电极和第二电极之间的接触所产生的短路。突出电极的中心与插孔的中心对准，使得可以从第一电极和第二电极均匀地喷射工艺气体。
9.在实施例中，一种衬底处理装置可以包括：处理腔，被配置为提供处理衬底的反应空间；第一电极，其被布置在处理腔内并且包括面向衬底并且朝向衬底突出的多个突出电极；以及第二电极，其被布置在处理腔内并且设有突出电极所插入的多个插孔。第二电极可
以具有中心区域、围绕中心区域的外围区域以及围绕外围区域的边缘区域。突出电极可以被插入插孔中，使得：在中心区域中突出电极的中心与插孔的中心对准，在外围区域中在远离中心区域的方向上突出电极的中心与插孔的中心间隔第一距离，以及在边缘区域中在远离中心区域的方向上突出电极的中心与插孔的中心间隔第二距离。第一距离可以短于第二距离。
10.在另一个实施例中，一种衬底处理装置可以包括：处理腔，被配置为提供处理衬底的反应空间；第一电极，其被布置在处理腔内并且包括面向衬底并且朝向衬底突出的多个突出电极；以及第二电极，其被布置在处理腔内并且设有突出电极所插入的多个插孔。
11.第二电极可以具有中心区域、围绕中心区域的外围区域以及围绕外围区域的边缘区域。突出电极可以被插入插孔中，使得在从中心区域到边缘区域的方向上，突出电极的中心与插孔的中心间隔增加。
12.在又一个实施例中，一种衬底处理装置可以包括：处理腔，被配置为提供处理衬底的反应空间；第一电极，其被布置在处理腔内并且包括面向衬底并且朝向衬底突出的多个突出电极；以及第二电极，其被布置在处理腔内并且设有突出电极所插入的多个插孔。第二电极可以具有中心区域、围绕中心区域的外围区域以及围绕外围区域的边缘区域。突出电极的外部圆周表面和插孔的内部圆周表面之间的最短距离可以在从第二电极的中心区域到边缘区域的方向上减小。
13.在又一个实施例中，一种衬底处理装置可以包括：处理腔，被配置为提供处理衬底的反应空间；第一喷射板，其被布置在处理腔内并且包括面向衬底并且朝向衬底突出的多个突出喷嘴；以及第二喷射板，其被布置在处理腔内并且设有突出喷嘴所插入的多个插孔。第二喷射板可以具有中心区域、围绕中心区域的外围区域以及围绕外围区域的边缘区域。突出喷嘴可以被插入插孔中，以便：在中心区域中与插孔的中心对准，在外围区域中在远离中心区域的方向上与插孔的中心间隔第一距离，以及在边缘区域中在远离中心区域的方向上与插孔的中心间隔第二距离。第一距离可以短于第二距离。
14.在又一个实施例中，一种衬底处理装置可以包括：处理腔，被配置为提供处理衬底的反应空间；第一喷射板，其被布置在处理腔内并且包括面向衬底并且朝向衬底突出的多个突出喷嘴；以及第二喷射板，其被布置在处理腔内并且设有突出喷嘴所插入的多个插孔。第二喷射板可以具有中心区域、围绕中心区域的外围区域以及围绕外围区域的边缘区域。突出喷嘴可以被插入插孔中，以便在从中心区域到边缘区域的方向上与插孔的中心间隔增加。
15.在再一个实施例中，一种衬底处理装置可以包括：处理腔，被配置为提供处理衬底的反应空间；第一喷射板，其被布置在处理腔内并且包括面向衬底并且朝向衬底突出的多个突出喷嘴；以及第二喷射板，其被布置在处理腔内并且设有突出喷嘴所插入的多个插孔。第二喷射板可以具有中心区域、围绕中心区域的外围区域以及围绕外围区域的边缘区域。突出喷嘴的外部圆周表面和插孔的内部圆周表面之间的最短距离可以在从第二喷射板的中心区域到边缘区域的方向上减小。
16.在根据本公开的衬底处理装置中，在第二电极的中心区域中突出电极的中心位于插孔的中心，并且在第二电极的中心区域以外的区域中在从第二电极的中心区域到边缘区域的方向上突出电极的中心的位置更偏离插孔的中心。因此，即使在第一电极和第二电极
由于处理期间温度的上升而热膨胀的情况下，也可以防止通过第一电极和第二电极之间的接触产生短路。此外，可以在用于处理大衬底的衬底处理装置中维持薄膜的均匀性。
17.在根据本公开的另一个衬底处理装置中，即使在第一喷射板和第二喷射板由于处理期间温度的上升而热膨胀的情况下，突出喷嘴的中心也可以与插孔的中心对准。因此，从第一喷射板和第二喷射板均匀地喷射工艺气体，使得可以在用于处理大衬底的衬底处理装置中维持薄膜的均匀性。
附图说明
18.图1是示出根据本公开的衬底处理装置的实施例的剖视图。
19.图2是示出根据图1中示出的实施例的衬底处理装置的部分a在热膨胀之前的放大图。
20.图3是示出根据图1中示出的实施例的衬底处理装置的部分a在热膨胀之后的放大图。
21.图4是示出根据图1中示出的实施例的衬底处理装置在热膨胀之前、沿线b-b所取的平面图。
22.图5是示出图4中的部分c的放大图。
23.图6是示出根据图1中示出的实施例的衬底处理装置在热膨胀之后、沿线b-b所取的平面图。
24.图7是示出图1中示出的衬底处理装置的另一个实施例在热膨胀之前、沿线b-b所取的平面图。
25.图8是示出图1中示出的衬底处理装置的另一个实施例在热膨胀之后、沿线b-b所取的平面图。
26.图9是示出图1中示出的衬底处理装置的另一个实施例在热膨胀之前、沿线b-b所取的平面图。
27.图10是示出图1中示出的衬底处理装置的另一个实施例在热膨胀之后、沿线b-b所取的平面图。
28.图11是示出图1中示出的衬底处理装置的另一个实施例的部分a在热膨胀之前的放大图。
29.图12是示出图1中示出的衬底处理装置的另一个实施例的部分a在热膨胀之后的放大图。
具体实施方式
30.在衬底处理装置中的处理期间，第二电极(即，下电极)的温度典型地高于第一电极(即，上电极)的温度。因此，由于该温度差，第一电极和第二电极具有热膨胀系数的差异。
31.在处理之前，在第一电极的突出电极和第二电极的插孔之间维持预定的距离。然而，由于这样的差异，在处理之后，突出电极和插孔之间的距离可能不均匀。在热膨胀的显著差异的情况下，突出电极可能接触插孔，从而产生短路。
32.根据本公开，为了防止以上描述的问题，考虑第一电极的突出电极和第二电极的插孔之间的热膨胀的差异，通过在处理之前调整突出电极和插孔之间的距离来布置突出电
极和插孔。因而，在热膨胀之后，突出电极的中心可以与插孔的中心对准。
33.由于热膨胀系数与温度和长度成比例，在第一电极和第二电极的中心区域热膨胀不显著，但是在从中心区域到边缘区域的方向上径向地增加。
34.因此，可以布置第一电极和第二电极，使得在第一电极和第二电极的中心区域中突出电极的中心位于插孔的中心，并且在从第一电极和第二电极的中心区域到边缘区域的方向上突出电极的中心更偏离插孔的中心。
35.将在以下参考附图详细地描述本公开的示例性实施例。
36.图1是示出根据本公开的实施例的衬底处理装置的剖视图。
37.根据图1，根据本公开的衬底处理装置100包括处理腔110、基座120、腔体盖130以及面向基座120的气体喷射模块140。气体喷射模块140包括第一电极141和第二电极142。
38.处理腔110提供执行衬底处理工艺的反应空间101。在这里，处理腔110的下表面的一部分与排空反应空间101的出口(未示出)相通。
39.基座120被布置在处理腔110内并且支撑多个衬底s或单个大衬底s。通过延伸通过处理腔110的下表面的中央部分的支撑轴(未示出)来支撑基座120。在这里，通过布置在处理腔110的下表面上的波纹管(未示出)对从处理腔110的下表面暴露在外面的支撑轴进行密封。此外，可以通过驱动单元(未示出)使基座120向上或向下移动。在一些情况下，可以通过对驱动单元的驱动来使基座120旋转。
40.腔体盖130被布置为覆盖处理腔110的顶部并且密封反应空间101。腔体盖130支撑包括第一电极141(即，上电极)以及第二电极142(即，下电极)的气体喷射模块140。气体喷射模块140被插入腔体盖130中并且可拆卸地耦接到腔体盖130。
41.可以在腔体盖130的上表面上设置用于向处理腔110内的气体喷射模块140供应第一气体和第二气体的第一气源(未示出)和第二气源(未示出)。
42.第一气源(未示出)通过第一供气管道151向气体喷射模块140供应反应气体(即，第一气体)。反应气体指等离子形成气体或用于二次反应的气体。例如，反应气体可以包含氢(h2)、氮(n2)、氧(o2)、二氧化氮(n2o)、氨(nh3)、水(h2o)、臭氧(o3)等。
43.第二气源(未示出)通过第二供气管道152向气体喷射模块140供应源气体(即，第二气体)。源气体指包含要形成薄膜的主要成分的气体。例如，源气体可以是硅(si)、钛族元素(例如，ti、zr和hf)、铝(al)等的气体。
44.用于供应等离子电力的等离子电源(未示出)可以布置在处理腔110外部。
45.气体喷射模块140的第一电极141和第二电极142可以可拆卸地耦接到处理腔的顶部以便面向基座120。
46.第一电极141可以用作第一喷射板以将第一气体喷射到反应空间中，而第二电极141可以用作第一喷射板以将第一气体喷射到反应空间中。
47.第一电极141包括多个突出电极141a，多个突出电极141a被布置在处理腔内并且朝向衬底s突出。
48.第一电极141可以设有多个第一气体喷射孔141b，通过多个第一气体喷射孔141b，可以将通过第一供气管道151a从第一气源151供应的第一气体喷射到衬底s。
49.尽管图1示出第一气体喷射孔141b图示为设于突出电极141a中，但在某些情况下，第一气体喷射孔141b可以不设于突出电极141a中，而是设于第一电极141的突出电极141a
以外的部分中。
50.在这种情况下，第一气体可以被喷射到衬底s或可以根据突出电极141a的长度，从突出电极141a和插孔142a之间来喷射。
51.第一电极141的结构可以具有多边型板、圆板等的形状。突出电极141a可以与第一电极141集成或可从第一电极141拆卸，并且可以连接到第一电极141以具有与第一电极141相同的电压。
52.第二电极142可以设有多个第二气体喷射孔142b，通过多个第二气体喷射孔142b，可以将通过第二供气管道152a供应的第二气体喷射到衬底s。
53.第二电极142的结构可以具有多边型板、圆板等的形状。第二电极142可以被设于处理腔内并且具有突出电极141a延伸通过的多个插孔142a。
54.图2和3是根据图1中示出的实施例的衬底处理装置的部分“a”的放大图，而图4和6是根据图1中示出的实施例的衬底处理装置沿线b-b所取的平面图。
55.图2至6涉及包括第一电极和第二电极的电极的实施例，其中，为了简化附图并且便于描述，没有示出第一气体喷射孔141b和第二气体喷射孔142b中的任何一个。稍后将描述涉及包括第一气体喷射孔141b和第二气体喷射孔142b的气体喷射板的实施例。
56.参考图2，在根据本公开的衬底处理装置中，可以理解，突出电极141a可位于第二电极142的中心区域中的插孔142a的中心，但是在从第二电极142的中心区域到边缘区域的方向上形成为更偏离插孔142a的中心朝向插孔142a的内部圆周表面的外部。
57.如上所述，突出电极141a的位置被设置为在从第二电极的中心区域到边缘区域的方向上更偏离插孔142a的中心。因此，在由于该工艺而导致的热膨胀完成之后，如图3中所示的，突出电极141a可以位于插孔142a的中心，从而防止突出电极141a和插孔142a之间的短路。
58.参考图4和5，根据本公开的衬底处理装置的第二电极142包括中心区域ca、围绕中心区域ca的外围区域pa以及围绕外围区域pa的边缘区域ea。
59.在中心区域ca中，突出电极141a被插入插孔142a中，使得突出电极141a的中心与插孔142a的中心对准。
60.在外围区域pa中，突出电极141a被插入插孔142a中，使得在远离中心区域ca的方向上，突出电极141a的中心与插孔142a的中心间隔第一距离d1。
61.在边缘区域ea中，突出电极141a被插入插孔142a中，使得在远离中心区域ca的方向上，突出电极141a的中心与插孔142a的中心间隔第二距离d2。
62.在这里，考虑根据温度和长度的热膨胀系数的差异，可以将第一距离设置为小于第二距离。
63.也就是说，在根据实施例的衬底处理装置中，突出电极141a被插入插孔142a中，使得在从中心区域ca到边缘区域ea的方向上，突出电极141a的中心与插孔142a的中心间隔增加。
64.此外，在根据实施例的衬底处理装置中，突出电极141a被插入插孔142a中，使得位于中心区域ca对面的每一个插孔142a的内部圆周表面部分与对应的突出电极141a的外部圆周表面部分之间的距离在从中心区域ca到边缘区域ea的方向上减小。
65.同时，外围区域pa包括第一外围区域pa1和第二外围区域pa2。
66.在第一外围区域pa1中，突出电极141a被插入插孔142a中，使得在远离中心区域ca的方向上，突出电极141a的中心与插孔142a的中心间隔第一距离d1。
67.在第二外围区域pa2中，突出电极141a被插入插孔142a中，使得在远离中心区域ca的方向上，突出电极141a的中心与插孔142a的中心间隔第三距离d3。
68.在这里，考虑根据温度和长度的热膨胀系数的差异，可以将第一距离d1设置为等于或小于第三距离d3。
69.同时，边缘区域ea包括第一边缘区域ea1和第二边缘区域ea2。
70.在第一边缘区域ea1中，突出电极141a被插入插孔142a中，使得在远离中心区域ca的方向上，突出电极141a的中心与插孔142a的中心间隔第二距离d1。
71.在第二边缘区域ea2中，突出电极141a被插入插孔142a中，使得在远离中心区域ca的方向上，突出电极141a的中心与插孔142a的中心间隔第四距离d1。
72.在这里，考虑根据温度和长度的热膨胀系数的差异，可以将第二距离d2设置为等于或小于第四距离d1。
73.根据本公开，第一距离d1可以被定义为在第一外围区域pa1中突出电极141a和插孔142a之间的中心至中心距离，第二距离d2可以被定义为在第一边缘区域ea1中突出电极141a和插孔142a之间的中心至中心距离，第三距离d3可以被定义为在第二外围区域pa2中突出电极141a和插孔142a之间的中心至中心距离，并且第四距离d4可以被定义为在第二边缘区域ea2中突出电极141a和插孔142a之间的中心至中心距离。
74.在这里，考虑根据温度和长度的热膨胀系数的差异，可以将第三距离d3设置为等于或小于第二距离d2并且小于第四距离d4。
75.在根据本公开的衬底处理装置中，第二电极的区域被划分为中心区域ca、第一外围区域pa1和第二外围区域pa1以及第一边缘区域ea1和第二边缘区域ea2。突出电极141a的位置被设置为在从中心区域ca到第一外围区域pa1和第二外围区域pa1以及到第一边缘区域ea1和第二边缘区域ea2的方向上更偏离插孔142a的中心。因此，在由于工艺导致的热膨胀完成之后，如图6中所示突出电极141a可以位于插孔142a的中心，从而防止突出电极141a和插孔142a之间的短路。
76.图7示出在热膨胀之前具有矩形板的形状的第一电极141和第二电极142，而图8示出在热膨胀完成之后的第一电极141和第二电极142。
77.图9示出在热膨胀之前具有圆板的形状的第一电极141和第二电极142，而图10示出在热膨胀完成之后的第一电极141和第二电极142。
78.尽管图4至10示出突出电极141a和插孔142a分别具有圆形截面，但突出电极141a和插孔142a不限于此，并且可以具有各种其他形状，诸如矩形形状。
79.图11是示出图1中示出的衬底处理装置的另一个实施例的部分a在热膨胀之前的放大图，而图12示出在热膨胀之后的部分a。
80.图2和3涉及包括第一电极和第二电极的电极的实施例，而图11和12示出气体喷射板的实施例，该气体喷射板包括第一气体喷射孔141b和第二气体喷射孔142b并且将气体喷射到反应空间中。
81.除了第一电极用作包括第一气体喷射孔141b和突出喷嘴141a的第一喷射板141并且第二电极用作包括插孔142a和第二气体喷射孔(未示出)的第二喷射板142之外，图11的
结构与图2的结构相同。
82.在下文中，将参考图11和12以及图4至6来描述本公开的另一个实施例。
83.根据本公开的另一个实施例的衬底处理装置包括：处理腔110，其提供执行衬底处理工艺的反应空间；第一喷射板141，其被布置在处理腔内并且包括面向衬底s并且朝向衬底s突出的多个突出喷嘴141a；以及第二喷射板142，其被布置在处理腔内并且被设有突出喷嘴141a被插入到其中的多个插孔142a。
84.第二喷射板142包括中心区域ca、围绕中心区域ca的外围区域pa以及围绕外围区域pa的边缘区域ea。
85.在中心区域ca中，突出喷嘴141a被插入插孔142a中以便与插孔142a的中心对准。
86.在外围区域pa中，突出喷嘴141a被插入插孔142a中，以便在远离中心区域ca的方向上与插孔142a的中心间隔第一距离d1。
87.在边缘区域ea中，突出喷嘴141a被插入插孔142a中，以便在远离中心区域ca的方向上与插孔142a的中心间隔第二距离d2。
88.在这里，考虑根据温度和长度的热膨胀系数的差异，可以将第一距离d1设置为小于第二距离d2。
89.也就是说，在根据本公开的另一个实施例的衬底处理装置中，突出喷嘴141a被插入插孔142a中，使得在从中心区域ca到边缘区域ea的方向上，突出喷嘴141a的中心与插孔142a的中心间隔增加。
90.此外，在根据本公开的另一个实施例的衬底处理装置中，突出喷嘴141a被插入插孔142a中，使得位于中心区域ca对面的每一个插孔142a的内部圆周表面部分与对应的突出喷嘴141a的外部圆周表面部分之间的距离在从中心区域ca到边缘区域ea的方向上减小。
91.此外，尽管图2中示出的突出电极141a和图11中示出的突出喷嘴141a典型地被插入插孔142a中，但根据处理条件，可以不将突出电极141a和突出喷嘴141a插入插孔142a中。
92.甚至在突出喷嘴141a没有被插入插孔142a中的情况中，当由于热膨胀使突出喷嘴的位置偏离插孔142a的中心时，可能不形成具有均匀质量的薄膜。因此，在如本公开中的处理之前需要调整突出喷嘴的位置的过程。
93.如以上阐述的，在根据本公开的衬底处理装置中，考虑根据电极的温度和与第二电极的中心的距离的热膨胀的差异，在中心区域中突出电极位于第二电极的插孔的中心并且在从中心区域到边缘区域的方向上位于更偏离中心的位置。
94.因此，在本公开中，在热膨胀完成之后，突出电极的中心与插孔的中心对准，使得可以防止突出电极和插孔之间的短路，从而在衬底处理装置中维持薄膜的均匀性。
95.尽管已经详细地描述了本发明的示例性实施例，但本领域技术人员将理解，在不背离所附权利要求所限定的本公开的范围和精神的情况下，各种修改、添加和置换是可能的。