本申请基于2019年12月12日在美国专利和商标局提交的美国专利申请号62/947475并且在35U.S.C.§119下要求其优先权，其全部内容通过引用合并于此。
具体实施方式
现在将详细参考实施例，在附图中示出了实施例的示例，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。就这一点而言，本实施例可以具有不同的形式，并且不应被解释为限于这里阐述的描述。因此，下面仅通过参考附图描述实施例以解释本说明书的各方面。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。当诸如“至少一个”之类的表达在元素列表之前时修饰整个元素列表并不修饰列表中的各个元素。
在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施例。
就这一点而言，本实施例可以具有不同的形式，并且不应被解释为限于这里阐述的描述。相反，提供这些实施例使得本公开将是透彻和完整的，并将本公开的范围充分传达给本领域普通技术人员。
本文所用的术语是出于描述特定实施例的目的，并且无意于限制本公开。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还将理解，本文所用的术语“包括”、“包含”及其变体指定存在所述特征、整数、步骤、操作、构件、部件和/或其组，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、构件、部件和/或其组。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
将理解的是，尽管本文可以使用术语第一、第二等来描述各种构件、部件、区域、层和/或部分，但这些构件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语不表示任何顺序、数量或重要性，而仅用于区分各部件、区域、层和/或部分。因此，在不脱离实施例的教导的情况下，下面讨论的第一构件、部件、区域、层和/或部分可被称为第二构件、部件、区域、层和/或部分。
在下文中，将参照附图描述本公开的实施例，在附图中示意性地示出了本公开的实施例。在附图中，由于例如制造技术和/或公差，可以预期与所示形状的变化。因此，本公开的实施例不应被解释为限于在此示出的特定形状区域，而是可以包括例如由制造过程导致的形状偏差。
图2是根据本发明构思的实施例的衬底支撑板的视图。图2(a)是衬底支撑板的平面图，图2(b)是衬底支撑板的后视图，图2(c)是沿线A-A和线B-B截取的衬底支撑板的剖视图。
参照图2，衬底支撑板是用于支撑待处理衬底的构造，并且可以将待处理衬底放置在衬底支撑板上。衬底支撑板可包括内部I、外围部分P和至少一个垫D。另外，可在衬底支撑板中形成路径F和通孔TH。
内部I可被定义为衬底支撑板的中央区域。内部I可以形成为具有小于待处理衬底的面积的上表面。内部I的上表面可以具有与待处理衬底的形状相对应的形状。例如，当待处理衬底是具有第一直径的圆形衬底时，内部I可以具有圆形上表面，其第二直径小于第一直径。
外围部分P可以形成为围绕内部I。例如，当内部I是具有圆形上表面的板状结构时，外围部分P可以是围绕该板状结构的环形构造。在一实施例中，可以在外围部分P和内部I之间形成第一台阶S1。可以通过内部I的侧表面形成第一台阶S1。此外，可以在外围部分P中形成第二台阶S2。第二台阶S2可以形成为围绕第一台阶S1。
可以通过第一台阶S1和第二台阶S2形成凹部R。即，凹部R可以由第一台阶S1的侧表面(即内部I的侧表面)、位于内部I的上表面下方的衬底支撑板的上表面和第二台阶S2的侧表面限定。凹部R可以起到缓冲的作用，其保持在待处理衬底和衬底支撑板之间供应的气体。
至少一个垫D可以在内部I上。例如，至少一个垫D可以是多个，并且多个垫D可以相对于衬底支撑板的中心对称地布置。可将待处理衬底安置在衬底支撑板上以与至少一个垫D接触。在一示例中，至少一个垫D可构造成防止安置在衬底支撑板上的待处理衬底水平移动。例如，至少一个垫D可以包括具有一定粗糙度的材料，并且材料的粗糙度可以防止待处理衬底打滑。
外围部分P可以包括至少一个路径F。例如，可以在第一台阶Sl和第二台阶S2之间形成至少一个路径F。作为具体示例，至少一个路径F可以形成在第一台阶S1和第二台阶S2之间的衬底支撑板的上表面上。更详细地，至少一个路径F可以形成在由第一台阶S1和第二台阶S2形成的凹部R中。
路径F可以从外围部分的一部分向外围部分的另一部分延伸。在另一示例中，路径F可以从外围部分的一部分向内部I的一部分延伸。换句话说，至少一个路径F形成在第一台阶S1和第二台阶S2之间的事实是指路径F的至少一个端部形成在第一台阶S1和第二台阶S2之间。
在路径F从外围部分P的一部分延伸到外围部分P的另一部分的示例中，路径F可以形成为穿透第一台阶S1和第二台阶之间的衬底支撑板。在替代示例中，路径F可以包括从衬底支撑板的侧表面朝向外围部分P延伸的第一部分F1和从外围部分P向衬底支撑板的上表面延伸的第二部分F2。
路径F可以用作气体的移动路径。例如，可以通过路径F供应惰性气体(例如氩气)或高度稳定的气体(例如氧气)。通过路径F供应气体，同时外围部分P的上表面设置在内部I的上表面下方，由此可以实现对位于衬底支撑板上的待处理衬底的边缘区域(例如斜角边缘)上的薄膜的部分处理。
在示例中，从衬底支撑板的中心到第二台阶S2的距离可以小于待处理衬底的半径。因此，当将待处理衬底放置在衬底支撑板上时，可以在第二台阶S2与待处理衬底之间形成通道。通过在凹部R中形成的路径F供应的气体可以通过在待处理衬底和第二台阶S2之间形成的通道移动到反应空间。
路径F可以包括多个路径。在一示例中，多个路径可以相对于衬底支撑板的中心对称地布置。而且，多个路径可延伸成面对待处理衬底的后表面。例如，从衬底支撑板的中心到外围部分P的路径F的距离可以小于待处理衬底的半径。因此，可以通过多个对称布置的路径将气体均匀地供应到位于衬底支撑板上的待处理衬底的后表面上。
衬底支撑板的上表面可以具有不同的水平。例如，基于路径F，路径F外(例如第二台阶S2外)的衬底支撑板的上表面的至少一部分可以在路径F内(例如第一台阶S1内)的衬底支撑板的上表面下方。更详细地，路径F外的第二台阶S2的上表面可以在路径F内的第一台阶S1的上表面下方。
通过衬底支撑板的这种表面布置，可以实现对待处理衬底的边缘区域(例如斜角边缘)的部分处理。当衬底支撑板与下面后述的衬底处理设备的反应器壁面密封时，在衬底支撑板与气体供应单元之间形成反应空间。在这种情况下，由于衬底支撑板对每个位置具有不同水平的上表面，所以可以形成具有不同高度的反应空间，从而对反应空间的每个位置产生不同量的等离子体。
可以在内部I中形成通孔TH。在内部I中形成的通孔TH(图2(a)和(b))可以提供在安装衬底时用于移动衬底的衬底支撑销在其中移动的空间。另外，用于固定衬底支撑板的位置的固定销(未示出)可以插入位于内部I的中心的通孔(图2(c))中。在这方面，通孔TH与用作气体的移动路径的路径F不同。例如，通孔TH可以形成为具有与路径F的直径不同的直径。
图3是根据本发明构思的实施例的衬底支撑板的视图。图3(a)是衬底支撑板的平面图，图3(b)是衬底支撑板的仰视图，图3(c)是沿着线A2-A2和线B2-B2截取的衬底支撑板的剖视图。
参照图3，衬底支撑板还可以包括第三台阶S3。第三台阶S3可以形成在第二台阶S1外。第三台阶S3可以形成在由第一台阶S1和第二台阶S2形成的凹部R外。
第三台阶S3的下表面可以在内部I的上表面下方。当衬底支撑板与衬底处理设备的反应器壁面密封以形成反应空间时，反应空间可以包括在气体供应装置和内部的上表面之间的第一反应空间以及气体供应装置和第三台阶S3的下表面之间的第二反应空间。
在一些实施例中，衬底支撑板103的内部I可以从衬底支撑板103的外围部分P突出，因此内部I可以形成衬底支撑板103的凸部。此外，在一些实施例中，尽管未在图中示出，但衬底支撑板103的与反应器壁101面密封的部分可以从外围部分P的上表面突出，从而在衬底支撑板103的外围部分P中形成凹部。由于外围部分P的凸形结构，可以在凹部R外形成附加凹部(参见图12)。
图4是根据本发明构思的实施例的衬底处理设备的视图。根据这些实施例的衬底处理设备可以包括根据上述实施例的衬底支撑板的至少一些特征。在下文中，这里将不给出实施例的重复描述。
图4示出了半导体处理设备100的横截面。半导体处理设备100可以包括衬底支撑板103和在衬底支撑板103上的气体供应单元109。
气体供应单元109可以包括多个注入孔133。多个注入孔133可以形成为面对衬底支撑板103的内部I。在一示例中，多个注入孔133可以至少分布在从衬底支撑板103的中心延伸到凹部R的衬底支撑板的上表面(即内部I的上表面)的区域上。在一些示例中，多个注入孔133可以分布在待处理衬底的区域上或更多。注入孔133的这种分布形状可以有助于促进在待处理衬底的边缘区域上的薄膜的部分处理(例如沉积)。
第一气体可通过气体供应单元109的多个注入孔133供应。此外，如上所述，可通过衬底支撑板103的路径F供应与第一气体不同的第二气体。第一气体可以包括用于在待处理衬底上沉积薄膜的材料。第二气体可以包括与第一气体反应的材料。第一气体和/或第二气体可以包括惰性气体(例如氩气)或高度稳定的气体(例如氮气)。
衬底支撑板103可以包括根据上述实施例的衬底支撑板103的至少一些构造。例如，衬底支撑板103可以包括：内部I，其上表面的面积小于待处理衬底的面积；以及围绕内部I的外围部分P。另外，衬底支撑板103可以包括第一台阶S1、第二台阶S2以及第一台阶S1和第二台阶S2之间的路径F。另外，如上所述，衬底支撑板103可以包括由第一台阶S1和第二台阶S2形成的凹部R，并且路径F可以形成在凹部R中。
凹部R内的衬底支撑板103的一部分的上表面可以在凹部R外的衬底支撑板103的另一部分的上表面上方。因此，气体供应单元109和凹部R内的衬底支撑板的一部分之间的第一距离可以小于气体供应单元109与凹部R外的衬底支撑板的另一部分之间的第二距离。
根据一些示例，当将待处理衬底安装在内部I上时，待处理衬底与气体供应单元109之间的距离可以为约2mm或更小，并且外围部分P和气体供应单元109之间的第二距离可以为约3mm或更大。这样，通过在外围部分P和气体供应单元109之间形成足够的距离，可以实现对位于衬底支撑板103上的待处理衬底的边缘区域上的薄膜的部分处理。
在上述实施例中，当气体供应单元109的下表面是平坦的并且实现第一距离和第二距离之间的差异时，可以实现进一步的技术优势。更详细地，当在分布有多个注入孔的区域中的气体供应单元109的第一下表面在一个平面上时(参见图4)，待处理衬底与气体供应单元109之间的距离可以是恒定的。
在这种情况下，待处理衬底的上表面与第一下表面之间的距离以及待处理衬底的上表面与第二下表面之间的距离是恒定的。结果，在没有单独的对准操作的情况下，可以对在外围部分P和气体供应单元109之间的待处理衬底的边缘区域上的薄膜进行处理。例如，通过调节通过气体供应单元109供应的第一气体和通过至少一个路径F供应的第二气体的流量比，可以执行在未对准状态下在待处理衬底的边缘区域上的薄膜的处理(例如沉积)。
同时，当在多个注入孔分布的区域中的气体供应单元109的下表面在两个或更多个平面上时，即当气体供应单元109的下表面包括不同水平的下表面时(例如参见图14)，在待处理衬底的边缘区域上的薄膜的处理(例如形成)程度可能会受到薄膜与气体供应单元109的下表面之间的距离的影响。因此，在这种情况下，待处理衬底在衬底支撑板103上的对准形式将影响待处理衬底的边缘区域上的薄膜的处理对称性。
在半导体处理设备100中，反应器壁101可以与衬底支撑板103接触。更详细地，反应空间125可形成在衬底支撑板103和气体供应单元109之间，同时反应器壁101的下表面与用作下电极的衬底支撑板103接触。反应空间125可以包括在气体供应单元109和凹部R内的衬底支撑板的一部分(例如内部I)之间的第一反应空间125-1以及在气体供应单元109和凹部R外的衬底支撑板的另一部分(例如外围部分P)之间的第二反应空间125-2。
在一些实施例中，第二反应空间125-2的高度可以大于第一反应空间125-1的高度。更详细地，凹部R外的衬底支撑板的上表面可以在凹部R内的衬底支撑板的上表面下方。因此，第二反应空间125-2可以从凹部R外的衬底支撑板的上表面延伸至气体供应单元109。第二反应空间125-2的高度可以大于第一反应空间125-1的高度。
在一些实施例中，第一反应空间125-1可以配置为在待处理衬底的中央区域上处理薄膜。第二反应空间125-2可以配置为处理在待处理衬底的边缘区域上的薄膜。例如，为了处理衬底上的薄膜，可以在气体供应单元109和衬底支撑板103之间供应电力，并且可以通过电源在第二反应空间125-2中产生等离子体。在一些其他示例中，可以通过电源在第一反应空间125-1和第二反应空间125-2中产生等离子体。
如上所述，由于第一反应空间125-1中的衬底支撑板103与气体供应单元109之间的距离小于第二反应空间125-2中的衬底支撑板103与气体供应单元109之间的距离，因此可以通过帕申定律以较小的距离在第一反应空间125-1中形成较少的等离子体。换句话说，第一反应空间125-1的等离子体可以少于第二反应空间125-2的等离子体。在本说明书中，应注意的是，第一反应空间125-1中的等离子体少于第二反应空间125-2中的等离子体包括在第二反应空间125-2中形成等离子体而在第一反应空间125-1中不形成等离子体的情况。
衬底支撑板103可以配置为与反应器壁101面密封。反应空间125可以通过面密封形成在反应器壁101与衬底支撑板103之间。另外，可以通过面密封在气体流动控制装置105和气体供应单元109与反应器壁之间形成排气路径117。
气体流动控制装置105和气体供应单元109可以设置在反应器壁101和衬底支撑板103之间。气体流动控制装置105和气体供应单元109可以一体地形成，或者可以分离类型构造，其中具有注入孔133的部分被分离。在分离结构中，气体流动控制装置105可以堆叠在气体供应单元109上。可选地，气体供应单元109也可被单独地构造，在这种情况下，气体供应单元109可以包括具有多个通孔的气体注入装置和堆叠在气体注入装置上的气体通道。
气体流动控制装置105可包括板和从该板突出的侧壁123。可以在侧壁123中形成穿透侧壁123的多个孔111。
可以在反应器壁101与气体流动控制装置105之间以及在气体流动控制装置105与气体供应单元109之间形成用于容纳诸如O形环的密封构件的凹槽127、129和131。通过密封构件，可以防止外部气体进入反应空间125。另外，通过密封构件，反应空间125中的反应气体可以沿着指定的路径(即参见图4的排气路径117和气体出口115)离开。因此，可以防止反应气体流出到除了指定的路径以外的区域中。
气体供应单元109可以在诸如电容耦合等离子体(CCP)方法的等离子体处理中用作电极。在这种情况下，气体供应单元109可以包括诸如铝(Al)的金属材料。在CCP方法中，衬底支撑板103也可以用作电极，从而可以通过用作第一电极的气体供应单元109和用作第二电极的衬底支撑板103来实现电容耦合。
更详细地，在外部等离子体发生器(未示出)中产生的等离子体可以通过RF杆303(图7)被传输到气体供应单元109。RF杆313可以通过穿透气体流动控制装置105和反应器壁101的上部的RF杆孔303(图7)机械地连接到气体供应单元109。
可选地，气体供应单元109由导体形成，而气体流动控制装置105包括诸如陶瓷的绝缘材料，使得可以将用作等离子体电极的气体供应单元109与反应器壁101绝缘。
如图4所示，在反应器壁101的上部中形成有穿透反应器壁101和气体流动控制装置105的中央部分的气体入口113。另外，在气体供应单元109中还形成有气体流动路径119，因此从外部气体供应单元(未示出)通过气体入口113供应的反应气体可被均匀地供应到气体供应单元109的每个注入孔133。
另外，如图4所示，气体出口115设置在反应器壁101的顶部，并且相对于气体入口113不对称。尽管在图中未示出，但气体出口115可以相对于气体入口113对称地设置。另外，反应器壁101和气体流动控制装置105的侧壁(以及气体供应单元109的侧壁)彼此分开，因此在处理进行之后，可以形成反应气体的残留气体通过其而被排出的排气路径117。
在替代实施例中，气体供应单元109可以形成为具有台阶(参见图14)。更详细地，图4中所示的气体供应单元109的下表面即面对待处理衬底的表面示出为平坦的而没有弯曲。然而，根据替代实施例，气体供应单元109的下表面可以形成为具有弯曲。例如，可以在气体供应单元109的边缘部分形成台阶，并且在台阶外的气体供应单元109的下表面可以在台阶内的气体供应单元109的下表面上方。
由于气体供应单元109的边缘部分在气体供应单元109的下表面上的位置，第二反应空间125-2的高度可以进一步延伸。即，在凹部R外，第二反应空间125-2可以从衬底支撑板的上表面延伸到气体供应单元109的台阶。结果，通过上述构造，允许等离子体不形成在与气体供应单元109的中心相邻的第一反应空间125-1中并且允许等离子体形成在与气体供应单元109的边缘相邻的第二反应空间125-2中的功能可以得到促进。
图5是示出根据本发明构思的实施例的衬底处理方法的视图。可以使用根据上述实施例的衬底支撑板和衬底处理设备来执行根据实施例的衬底处理方法。在下文中，这里将不给出实施例的重复描述。
参照衬底处理设备的附图(例如图4)和图5，在操作S510中，首先将待处理衬底安装在衬底支撑板103上。例如，衬底支撑板103下降且衬底支撑销穿过通孔上升。然后将待处理衬底从机械臂传送到衬底支撑销上。然后，衬底支撑销下降并且将待处理衬底放置在衬底支撑板103的内部上。
此后，在操作S520中，衬底支撑板103上升以形成第一反应空间125-1和第二反应空间125-2。例如，衬底支撑板可以与衬底处理设备的反应器壁面密封以形成反应空间。第一反应空间125-1可被定义为气体供应单元109与凹部R内的衬底支撑板的一部分之间的空间，而第二反应空间125-2可被定义为气体供应单元109和凹部R外的衬底支撑板的另一部分之间的空间。
在操作S530中，在形成反应空间之后，通过气体供应单元109供应第一气体，而通过路径供应第二气体。在一些实施例中，第一气体可以包括形成薄膜的材料(例如硅前体)，而第二气体可以是当向其施加能量时与第一气体反应的材料(例如氧气)。在另一示例中，第一气体可以包括用于形成薄膜的材料，而第二气体可以包括惰性气体。
在操作S540中，在供应第一气体和第二气体的状态下，在衬底支撑板103上的气体供应单元109与衬底支撑板103之间供应电力，以产生等离子体。在这种情况下，凹部R内的衬底支撑板的一部分(即衬底支撑板103的内部)的上表面可以设置在凹部R外的衬底支撑板的另一部分(即衬底支撑板103的外围部分)的上表面上。因此，内部和气体供应单元109之间的第一距离可以小于外围部分和气体供应单元109之间的第二距离。结果，尽管在衬底支撑板103的内部与气体供应单元109之间的距离较小的情况下在第一反应空间125-1中产生的自由基的量相对较小或不存在，但在衬底支撑板103的外围部分与气体供应单元109之间的距离较大的情况下在第二反应空间125-2中产生的自由基的量将相对较大。
在操作S550中，所产生的等离子体用于在待处理衬底的边缘区域上形成薄膜。例如，通过气体供应单元109将第一气体和第二气体供应至反应空间125，然后通过气体供应单元109与衬底支撑板103之间形成的电势差将第二气体电离以产生自由基。自由基可以与第一气体反应，并且可以通过第一气体与自由基的反应在衬底上形成薄膜。
在另一示例中，在操作S540和S550中，通过气体供应单元109供应第一气体，并且与第一气体反应的第二气体通过路径F供应到反应空间125。然后，通过在气体供应单元109和衬底支撑板103之间形成的电势差将第二气体电离以产生自由基。自由基可以与第一气体反应，并且可以通过第一气体和第二气体的反应在衬底上形成薄膜。
如上所述，在产生等离子体的过程中，气体供应单元109与凹部R内的衬底支撑板的一部分之间的第一空间中的等离子体可以少于气体供应单元109与凹部R外的衬底支撑板的另一部分之间的第二空间中的等离子体。换句话说，由于自由基在衬底支撑板103的外围部分中相对形成，所以大部分薄膜可以形成在待处理衬底的边缘区域中。
这样，根据本发明构思的实施例，可以实现在衬底边缘比如斜角边缘的倾斜表面上的薄膜沉积。即，通过在衬底支撑板的外围部分与气体供应单元之间形成足够的距离，可以实现对位于衬底支撑板上的待处理衬底的边缘区域上的薄膜进行部分处理(例如沉积)。
此外，根据本发明构思的实施例，通过将气体通过气体入口和形成在基座侧面上的竖直通孔供应到衬底下方的缓冲区域，并且通过在衬底的下表面和基座的上表面之间的间隙中形成气阻，可以在斜角边缘的侧面和上部选择性地沉积薄膜，同时防止薄膜沉积在斜角边缘的下表面上。
另外，根据本发明构思的实施例，无论衬底是否在衬底支撑板上对准，薄膜都可以沿着衬底的斜角边缘以均匀的宽度对称地沉积在斜角边缘上。例如，可以根据施加的RF功率的条件来控制衬底的斜角边缘中的薄膜处理区域，并且可以在不进行衬底的对准操作的情况下实现衬底的斜角边缘的薄膜的选择性形成。
图6是根据本发明构思的实施例的衬底处理设备的视图。根据实施例的衬底处理设备可以是根据上述实施例的衬底处理设备的变型。在下文中，这里将不给出实施例的重复描述。
参照图6，第一气体G1和第二气体G2可被供应到半导体处理设备的反应空间125。例如，第一气体G1可以包括用于在待处理衬底S上形成薄膜的成分(例如前体)。可以通过气体供应单元109的注入孔133来供应第一气体G1。此外，可以向待处理衬底S的上表面(即其上形成有薄膜的表面)供应第一气体G1。例如，可以在待处理衬底S的整个区域上均匀地供应第一气体G1。在另一示例中，可以向待处理衬底S的边缘区域不均匀地供应第一气体G1。
第二气体G2可以包括与第一气体G1不同的成分。在替代实施例中，第二气体G2可以包括与第一气体G1反应的成分。在另一替代实施例中，第二气体G2可以包括惰性气体。可以通过衬底支撑板103的路径F供应第二气体G2。此外，可以向待处理衬底S的后表面供应第二气体G2，并且可以向待处理衬底S的边缘区域供应第二气体G2。
如上所述，反应空间125可以包括第一反应空间125-1和第二反应空间125-2。当施加电力时，在内部I和气体供应单元109之间的第一反应空间125-1中产生相对少量等离子体或不产生等离子体。然而，在外围部分P和气体供应单元109之间的第二反应空间125-2中可产生相对大量等离子体。
因此，在其中产生相对大量等离子体的第二反应空间125-2中，可以促进第一气体G1与第二气体G2之间的反应。结果，可以在待处理衬底S的边缘区域上进行化学反应，并且可以形成待处理衬底S的边缘区域上的薄膜。
在形成边缘区域上的薄膜之后的残留气体通过形成在反应器壁101和气体供应单元109的侧壁之间的排气路径117被传送到气体流动控制装置105。被传送到气体流动控制装置105的气体可以通过形成在侧壁123中的通孔111被引入到气体流动控制装置105的内部空间中，然后通过气体出口115排出到外部。
在替代实施例中，衬底支撑板103的内部I的至少一部分可以被阳极氧化。通过阳极氧化，可以在内部I的上表面的至少一部分上形成绝缘层150。例如，绝缘层150可以包括氧化铝。通过阳极氧化处理，可以通过静电力实现衬底的粘附。
图7是从另一横截面看的根据本公开的半导体处理设备的剖视图。参考图7，气体流动控制装置105包括侧壁123、气体入口113、被该侧壁123围绕的板301、RF杆孔303、螺纹孔305、通孔111以及用于容纳诸如O形环的密封构件的凹槽127。
板301可以被突出的侧壁123围绕并且可以具有凹形。气体流动控制装置105的一部分设置有气体入口113，其是引入外部反应气体的路径。至少两个螺纹孔305设置在气体入口113周围，作为将气体流动控制装置105与气体供应单元109连接的机械连接构件的螺钉穿过螺纹孔305。气体流动控制装置105的另一部分设置有RF杆孔303，因此可以将连接到外部等离子体供应单元(未示出)的RF杆313机械地连接到气体流动控制装置105下方的气体供应单元109。
连接到RF杆313的气体供应单元109可以用作CCP处理中的电极。在这种情况下，由气体供应单元109的气体通道和气体注入装置供应的气体将通过用作电极的气体供应单元109在反应空间中被激活并注入到衬底支撑板103上的衬底上。
在一些实施例中，气体供应单元109的注入孔133可以分布在大于或等于待处理衬底S的面积的区域上。尽管在附图中未示出，但在另一实施例中，气体供应单元109的注入孔133可以分布在具有与待处理衬底的形状相对应的环形的区域上。通过如上所述地布置注入孔133，可以实现对于待处理衬底S的边缘区域的更密集处理。即，通过使通过注入孔133供应的第一气体的供应区域与待处理衬底的边缘区域(例如斜角边缘)匹配，可以更容易地实现将薄膜选择性地沉积在待处理衬底的边缘区域上。可替代地，可以通过使与衬底的外围部分相对应的气体供应单元的下表面中的孔的密度或数量高于或大于与衬底的内部相对应的气体供应单元的下表面中的孔的密度或数量来获得这种效果。
图7的衬底支撑板103可以是根据上述实施例的衬底支撑板(例如图2的衬底支撑板)的修改。例如，衬底支撑板103可以包括由第一台阶S1和第二台阶S2形成的凹部R以及在该凹部R中形成的路径。第二台阶S2的上表面可以在凹部R中的衬底支撑板的上表面下方。在替代示例中，第二台阶S2的上表面可以在衬底支撑板的垫的上表面下方。在任何情况下，第二反应空间125-2的高度可以比第一反应空间125-1的高度更高，并且可以在第二台阶S2的上表面和待处理衬底的下表面之间形成来自路径的第二气体可以移动通过的通道。
图8是根据本发明构思的实施例的衬底处理设备的视图。根据实施例的衬底处理设备可以是根据上述实施例的衬底处理设备的变型。在下文中，这里将不给出实施例的重复描述。
参照图8，衬底支撑板103可以是根据上述实施例的衬底支撑板(例如图3的衬底支撑板)的修改。例如，衬底支撑板103可以包括由第一台阶S1和第二台阶S2形成的凹部R以及在该凹部R中形成的路径F。此外，衬底支撑板103还可以包括在第二台阶S2外形成的第三台阶S3。外围部分的第二反应空间125-2可以从第三台阶S3外的衬底支撑板的上表面延伸到气体供应单元109。
可以通过第二台阶S2和第三台阶S3形成突起。换句话说，衬底支撑板可以包括形成在凹部R和第三台阶S3之间的突起。突起的上表面(即第三台阶S3的上表面)可以设置成对应于待处理衬底的边缘区域。突起之外的衬底支撑板的上表面可以在衬底支撑板的垫的上表面下方。因此，第二反应空间125-2的高度可以大于第一反应空间125-1的高度，并且在第二反应空间125-2中可以产生更多等离子体。
在一些示例中，第三台阶S3的上表面可以在凹部R中的衬底支撑板的上表面下方。在替代示例中，第三台阶S3的上表面可以在衬底支撑板103的垫D的上表面下方。在任一示例中，可以在第三台阶S3的上表面与待处理衬底S的下表面之间形成来自路径F的第二气体可以移动通过的通道。
图9示意性地示出了根据本发明构思的实施例的衬底处理设备。根据实施例的衬底处理设备可以是根据上述实施例的衬底处理设备的变型。在下文中，这里将不给出实施例的重复描述。
参照图9，反应器可包括气体供应单元1、反应器壁2、基座3和支撑基座3的加热块4。反应空间可包括第一反应空间12和第二反应空间13。可以通过反应器壁2的下表面和基座3的上边缘的面接触和面密封形成反应空间。反应器壁2的侧表面可以形成反应空间的侧表面，气体供应单元1的下表面可以形成反应空间的上表面，基座3可以形成反应空间的下表面。
基座3包括凹部和凸部，其中凹部可以形成在基座3的内表面中，并且凹部的直径可以大于衬底8的直径。例如，如图9所示，基座3的凹部的直径可以大于衬底8的直径。凸部可以形成在基座的外围部分，具体地，在未放置衬底的基座的边缘处。
凹部和凸部可以通过台阶16彼此连接，并且台阶16的高度可以是d3。在一示例中，基座的凸部的一部分可以接触反应器壁2的下表面以形成反应空间的侧表面。衬底8可以位于基座3的凹部上，即内部，并且基座的内部可以支撑衬底8。第一反应空间12可以形成在基座3上的衬底8的上表面和气体供应单元1之间，并且可以具有的距离为d1。第二反应空间13可以由衬底的斜角边缘、未放置衬底的基座的凹部b、基座3的台阶16和气体供应单元1的下表面限定，并且可以具有的距离为d2。
可以通过气体供应单元1的第一气体入口5将第一气体供应到第一反应空间12和第二反应空间。可以通过形成在基座3中的第二气体入口6和第三气体入口7将第二气体供应到衬底的斜角边缘下方的第二反应空间13。第一气体可以包括反应气体，例如包含薄膜的原料成分的源气体(例如前体蒸气)。可以通过载气将第一气体供应到反应空间。载气可以是惰性气体或另一种反应气体，例如氧气或氮气或者其混合物，包括薄膜的原料成分。
第二气体可以是填充在安装有反应器的外室(未示出)中的填充气体。在一实施例中，第二气体可以是惰性气体、氧气或其混合物。可以通过第二气体入口6和第三气体入口7将第二气体供应到第二反应空间13。
在图9中，在衬底8下方的基座3的凹部中形成缓冲空间14。通过第二气体入口6和第三气体入口7供应的第二气体可以在衬底8的下边缘和第二反应空间13之间的区域a中形成气阻，同时填充缓冲空间14。因此，可以防止供应到第一反应空间12和第二反应空间13的源气体流入衬底的下部。气阻可以形成在衬底8的下边缘与基座之间的间隙15中。
在图9中，可以将衬底8装载到基座3的内部的衬底支撑垫10上。根据现有技术的基座具有凹入的凹穴结构，以防止在装载衬底时滑动并允许将衬底安置到基座的凹穴中。然而，在本公开中，为了处理衬底的边缘部分，基座不具有凹穴结构，并且衬底支撑板构造成使得衬底的边缘部分暴露于第二反应空间125-2。在这种情况下，当将衬底8放置在基座3上时，衬底支撑垫10可以防止衬底8通过衬底的后表面和基座之间的气体凹穴滑动。即，通过引入衬底支撑垫10，当将衬底8放置在基座3上时，可以防止当残留在衬底的后表面和基座之间的气体排出时衬底在衬底支撑板上滑动的气垫效果。
图10是图9的衬底处理设备的局部放大图。参考图10，将沉积有薄膜17的衬底8放置在基座3上。在沉积薄膜之后，对衬底进行后续处理。例如，在化学机械抛光(CMP)工艺之后，衬底边缘的斜角边缘上的薄膜丢失(参见图1)。因此，图10示出了再次在斜角边缘上沉积薄膜的过程的一部分。在图10中，作为第一气体的包括薄膜成分的源气体以及诸如含硅气体和氧气的反应气体通过气体供应单元1和第一气体入口6被供应到第一反应空间12和第二反应空间13。同时，第二气体通过第二气体入口6和第三气体入口7被供应到衬底的下表面与基座3之间的缓冲空间14中，并且气阻形成在衬底的斜角边缘的下表面和基座15之间。因此，防止供应到第一反应空间12和第二反应空间13的源气体流入衬底的下部。
作为下一个操作，通过向气体供应单元1施加RF功率来激活引入反应空间的源气体和反应气体。这里，薄膜通过防止在第一反应空间12中产生等离子体并且通过在第二反应空间13中产生等离子体而仅沉积在衬底边缘的斜角边缘上。为此，可以将第一反应空间12的距离d1保持在狭窄的间隔，从而可以不产生等离子体，并且第二反应空间13的距离d2可以保持在允许产生等离子体的间隔。
例如，d1可以优选为2mm以下，并且d2可以优选为3mm以上。根据帕申定律，等离子体产生取决于反应空间中的压力p和距离d。即，当反应空间中的压力恒定时，在短距离反应空间中，气体分子的平均自由程短，因此气体分子之间碰撞的可能性低并且难以电离。另外，由于加速距离短，所以放电困难，因此几乎不产生等离子体。通常，当反应空间为约2mm以下时，难以产生等离子体。例如，在图10中，在衬底上的反应空间即第一反应空间12中电极(喷头)与衬底之间的距离可以为1mm以下。在这种情况下，即使供应气体和RF电极，也难以产生等离子体。然而，在衬底边缘的斜角边缘所在的第二反应空间13中，基座3与电极之间的距离可以为2mm以上，因此可以产生等离子体。因此，该反应器结构允许在衬底的斜角边缘中进行选择性处理(例如沉积)。
图11是根据图10的基座3的详细视图。
参考图11A，衬底支撑垫10可以具有0.5mm的高度，并且多个衬底支撑垫10可以基于基座3的中心以相等的间隔布置。例如，十个衬底支撑垫10可以以36度间隔布置。在图11(a)中，多个第一气体入口6形成在基座的下表面上。如图11(b)所示，第一气体入口6可以围绕基座的中心以等间隔布置。例如，可以以10度间隔布置36个第一气体入口6。第一气体入口可以与支撑基座的加热块(未示出)的上表面一起形成气体入口路径。
另外，在图11(a)中，多个第二气体入口7可以竖直地穿透基座的区域R以与第一气体入口6连通。因此，可以通过第一气体入口6和第二气体入口7将第二气体供应到区域R。区域R可以与衬底的下部一起形成缓冲空间14(图10)。图11的区域B与气体供应单元和反应器壁一起形成第二反应空间13(图10)。
图12示意性地示出了根据本发明构思的实施例的衬底处理设备。根据实施例的衬底处理设备可以是根据上述实施例的衬底处理设备的变型。在下文中，这里将不给出实施例的重复描述。
参考图12，突起18在基座3上，缓冲空间14和第二反应空间13形成在突起18与基座3之间。突起18面向衬底边缘的斜角边缘的下表面。与根据图10的实施例的衬底处理设备相比，在根据图12的实施例的衬底处理设备中，突起18与衬底之间的距离15具有较窄的结构。这可以进一步增强气阻的阻挡效果(阻挡气体流入形成在突起18和衬底8之间的第一反应空间125-1和第二反应空间125-2中)。因此，可以实现更有效地防止薄膜沉积在衬底的斜角边缘的下部上的技术效果。突起18和衬底8之间的距离15可以等于或小于衬底支撑垫10的高度。
如上所述，第一反应空间12的距离d1可以在约2mm内，因此在第一反应空间12中难以产生等离子体。同时，第二反应空间13的距离d2可以是约3mm以上，因此容易在第二反应空间13中产生等离子体。通过这样改变反应空间中的物理结构，可以实现适当地局部控制反应空间内的等离子体产生的技术效果。
图13是图12的基座的斜剖视图。图13(a)的区域R可以与衬底的斜角边缘的下表面一起形成缓冲空间14(图12)。区域R'还与反应器壁和气体供应单元的下表面一起形成第二反应空间13(在图12中)。由于第二气体入口6和第三气体入口7与图11相同，因此这里将不给出其描述。
根据根据上述实施例的衬底处理设备，无论衬底8在基座3上的位置如何，都可以在衬底上进行相同宽度的对称斜角沉积。即，不管衬底8在基座3上的对准位置如何，沿着衬底边缘的斜角边缘都可以具有相同宽度的对称斜角沉积。
更详细地，由于气体供应单元1的下表面即面对衬底的表面是平坦的而没有弯曲，因此限定第一反应空间125-1的衬底8的上表面与气体供应单元1的下表面之间的距离d1可以是恒定的。因此，不管衬底的对准状态如何，在第一反应空间12中都不产生等离子体，并且在衬底的上表面上不会沉积薄膜。同时，由于在与衬底的斜角边缘相邻的第二反应空间13中产生等离子体，所以沿着衬底边缘的斜角边缘可以具有相同宽度的对称斜角边缘膜沉积。换句话说，由于第二反应空间13与衬底的斜角边缘接触致使在衬底的斜角边缘上沉积薄膜，所以不管第一反应空间12中的基座3上的衬底的对准状态如何，均匀宽度的对称斜角沉积是可能的。
图14示意性地示出了根据本发明构思的实施例的衬底处理设备。根据实施例的衬底处理设备可以是根据上述实施例的衬底处理设备的变型。在下文中，这里将不给出实施例的重复描述。
参照图14，可以在气体供应单元1的边缘处实现阶梯结构。阶梯结构可以执行在衬底8的边缘处产生等离子体的功能。阶梯结构可以有助于薄膜沉积在衬底8的斜角边缘上。然而，由于气体供应单元1的下表面的一部分的阶梯结构，衬底8的上表面和气体供应单元1之间的距离可根据衬底8的对准状态而变化。由于衬底8和气体供应单元8之间的距离的变化影响等离子体的产生，因此可以根据衬底8在基座3上的对准状态来确定斜角边缘上的沉积膜的对称性。
当在气体供应单元1的一部分中存在台阶时，根据衬底8在基座3上的对准状态，衬底8和气体供应单元1之间的距离对于衬底的每个点可以是不同的，并且沉积在斜角边缘上的膜的宽度对于衬底上的每个点可以不同。例如，衬底8可以在基座8上对准，使得衬底8的一端在第二反应空间12的台阶区域中，而衬底8的另一端在第一反应空间12中。在这种情况下，基底的斜角边缘的一个表面被沉积，而衬底的斜角边缘的相对表面可以不被沉积，在这种情况下，斜角边缘上的沉积膜的对称性可能被破坏。因此，在图14的情况下，衬底在基座上的对准成为均匀且对称斜角沉积的重要因素。
表1
上面的表1示出了根据本公开的斜角沉积处理条件。通过PECVD方法在100℃的衬底温度下进行以下评估，并且以两种方式进行，即第一处理条件和第二处理条件。在第一处理条件下，将硅源和载体Ar用作第一气体，将氧气用作第二气体。如上所述，通过气体供应单元的第一入口将第一气体供应到第一反应空间125-1，并且通过形成在基座中的第二气体入口和第三气体入口，将作为围绕反应气体的外室的填充气体的第二气体供应到衬底边缘的下空间。
图15示出了PECVD工艺。图15(a)是第一处理条件，其中氧气作为第二气体(填充气体)被供应。图15(b)是第二处理条件，其中Ar气作为第二气体(填充气体)被供应。气体供应的运行时间t1约为10秒至80秒，并且至少重复一次。在供应第二气体的同时，供应第一气体并且同时施加等离子体。
根据一些实施例，在第一处理条件下，如图15(a)所示，可以通过气体供应单元109供应作为第一气体的硅源气体，并且可以通过路径供应作为第二气体的氧气。等离子体可被施加有气体供应，在这种情况下，通过路径供应的氧气可被离子化并与硅源气体反应以在衬底上形成薄膜。如上所述，由于在第一反应空间125-1中等离子体的产生被抑制，因此将在衬底的边缘区域上形成薄膜。
根据另一实施例，在第二处理条件下，如图15(b)所示，可以通过气体供应单元109供应作为第一气体的硅源气体，并且可以通过路径供应作为第二气体的惰性气体比如氩气。等离子体可以与气体供应一起施加，在这种情况下，通过气体供应单元109供应的氧气可被离子化并与硅源气体反应以在衬底的边缘区域上形成薄膜。
图16示出了在施加第二处理条件时沉积在衬底的斜角边缘上的SiO2薄膜的厚度。特别地，在从直径为300mm至5mm的硅衬底的边缘的区域(即X扫描区域的145mm至150mm的区域)中示出了沉积在斜角边缘上的SiO2薄膜的厚度。
参考图16，与仅存在缓冲空间14(图10)时形成的薄膜的厚度相比，可以看出当突起18(图12)和缓冲空间14(图12)在一起时，即当第二反应空间13(图12)由突起18(图12)形成时，薄膜进一步沉积在衬底边缘的斜角边缘上。另外，评估结果表明，在两种情况下，基本上都没有在衬底的中心部分(即X扫描区域的0mm至145mm的区域)进行薄膜沉积。
图17示出了沉积在实际衬底边缘的斜角边缘的1mm区域中的膜的照片。如图16和17所示，当使用根据本发明构思的实施例的衬底处理设备在衬底的斜角边缘上沉积薄膜时，可以在X扫描区域的149mm至150mm的区域中密集地沉积薄膜。通过将这种薄膜选择性地沉积在衬底的边缘区域上，可以增加衬底之间的粘附力，以实现平滑的衬底堆叠。
应当理解，附图的每个部分的形状是示例性的，以清楚地理解本公开。应当注意的是，除了所示的形状之外，这些部分可以修改为各种形状。
应当理解，本文描述的实施例应仅在描述性意义上考虑，而不是出于限制的目的。每个实施例内的特征或方面的描述通常应被认为可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。尽管已经参考附图描述了一个或多个实施例，但本领域普通技术人员将理解，可以在不脱离如由以下权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下对形式和细节进行各种改变。