CN104395987A - 基板加工装置及方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种基板加工装置和方法，实现在同一个加工空间内部顺次或分别执行薄膜沉积工艺和表面处理工艺，其中，所述基板加工装置包括：加工腔室，用于提供加工空间；基板支撑器，用于支撑至少一个基板，并且朝预定方向旋转被支撑的基板；腔室盖，所述腔室盖面对所述基板支撑器；以及气体分配器，所述气体分配器将用于在所述基板上沉积薄膜的工艺气与用于对所述薄膜进行表面处理的表面处理气在空间上分开，并且在原位将所述工艺气和所述表面处理气分配到所述基板支撑器上，其中，面对所述基板支撑器的所述气体分配器设置在所述腔室盖中。

Description

基板加工装置及方法
技术领域
本发明涉及一种在基板上沉积薄膜的加工基板的装置和方法。
背景技术
通常，为了制造太阳能电池、半导体器件和平板显示器件，需要在基板的表面形成预定的薄膜层、薄膜电路图案或光学图案。因此，需要执行半导体制造工艺，例如，在基板上沉积预定材料薄膜的薄膜沉积工艺、使用光敏材料对薄膜进行选择性的曝光的光学工艺，以及通过选择性地除去该薄膜的暴露部分形成图案的蚀刻工艺。
半导体制造工艺在被设计为适宜于最佳环境的基板加工装置内部进行。近来，使用等离子体的基板加工装置通常用于沉积工艺或蚀刻工艺。
这种使用等离子体的半导体制造工艺可以是用于形成薄膜的PECVD(等离子体增强化学气相沉积)装置，或用于蚀刻薄膜和图案化薄膜的等离子体蚀刻装置。
图1示出了根据现有技术的基板加工装置。
参见图1，根据现有技术的基板加工装置可以包括腔室10、等离子体电极20、承托器30，以及气体分配构件40。
腔室10为基板加工提供加工空间。在这情况下，腔室10底表面的预定部分与排气管12连通以从该加工空间排出气体。
等离子体电极20设置在腔室10上以密封该加工空间。
等离子体电极20的一侧通过匹配部件22与RF(射频)电源24电连接。RF电源24产生RF电力，并且将产生的RF电力供应到等离子体电极20。此外，等离子体电极20的中间部分与供应用于基板加工的工艺气的气体供应管26连通。
匹配部件22被连接在等离子体电极20与RF电源24之间，以使从RF电源24供应到等离子体电极20的RF电力的电源阻抗与负载阻抗相匹配。
承托器30设置在腔室10的内部，并且承托器30支撑从外部载入的多个基板(W)。承托器30用作与等离子体电极20相对的相反电极(或接地电极)。
气体分配构件40设置在等离子体电极20下方，其中，气体分配构件40设置为面对承托器30。在这种情况中，气体分配构件40与等离子体电极20之间形成了气体扩散空间42。从气体供应管26穿过等离子体电极20供应的工艺气在气体扩散空间42内部扩散。通过与气体扩散空间42连通的多个气体分配孔14，气体分配构件40均匀地分配工艺气到加工空间的整个区域。
在根据现有技术的基板加工装置的情况中，在基板(W)载入到承托器30上之后，预定的工艺气分配到腔室10的加工空间，并且RF电力供应到等离子体电极20以形成等离子体，从而在基板(W)上沉积预定的薄膜。
然而，根据现有技术的基板加工装置可能存在以下问题。
首先，通过薄膜沉积工艺沉积在基板(W)上的薄膜的表面和内部存在异物，从而使薄膜的品质变差。
另外，需要将沉积有薄膜的基板(W)传送到额外的表面加工腔室进行表面处理(或除去异物的过程)以提高薄膜的质量，因此，增加了制造成本。
发明内容
技术问题
因此，本发明涉及一种加工基板的装置和方法，其基本上消除了由于相关技术的限制和缺点引起的一个或多个问题。
技术方案
本发明的一个方面是提供一种加工基板的装置和方法，其能够在一个加工空间内部顺次或反复地进行薄膜沉积工艺和表面处理工艺。为了根据本发明的目标实现本发明的上述优点和其他优点，如在本文中呈现或详细描述，提供了一种基板加工装置，包括：加工腔室，用于提供加工空间；基板支撑器，用于支撑至少一个基板并且按预定的方向移动被支撑的基板，其中，所述基板支撑器设置在所述加工腔室的内部；腔室盖，所述腔室盖面对所述基板支撑器，所述腔室盖用于覆盖所述加工腔室的上侧；以及气体分配器，所述气体分配器将用于在基板上沉积薄膜的工艺气与用于对所述薄膜进行表面处理的表面处理气在空间上分开，并且所述气体分配器于原位将所述工艺气和所述表面处理气分配到所述基板支撑器上，其中，面对所述基板支撑器的所述气体分配器设置在所述腔室盖中。
本发明的另一个方面是提供了一种基板加工方法，包括：将至少一个基板载入到设置在加工空间内部的基板支撑器上；通过驱动所述基板支撑器来移动所述基板；以及，在所述加工空间内部，将用于在基板上沉积薄膜的工艺气与用于对所述薄膜表面进行表面处理的表面处理气在空间上分开，并且将所述工艺气和所述表面处理气分配到该移动的基板上。此时，所述工艺气可以包含源气和反应气以形成所述薄膜，并且所述表面处理气可以由等离子体活化，然后被分配到布置在各个源气分配区域和反应气分配区域两两之间的区域。所述表面处理气可以是氩气或氦气。
技术效果
根据本发明的基板加工装置和方法，在加工腔室的加工空间内部，薄膜沉积工艺和用于除去沉积在基板(W)上的薄膜的异物的表面处理工艺顺次或周期地进行，从而改善了沉积在基板(W)上的薄膜的品质和密度。
特别地，该表面处理工艺在基板(W)上沉积薄膜后的很短一段时间内进行，因此表面处理气(TG)渗入薄膜内部的深处，从而提高表面处理效率。
附图说明
图1示出了根据现有技术的基板加工装置；
图2是示出根据本发明第一实施例的基板加工装置的透视图；
图3是示出图2所示的气体分配器的布置结构的概念图；
图4是示出图3所示的气体分配模块的横截面图；
图5示出了根据本发明第一实施例的基板加工方法的另一个修改实施例；
图6是示出根据本发明第二实施例的基板加工装置的透视图；
图7是示出图6所示的气体分配器的布置结构的概念图；
图8示出了根据本发明第二实施例的基板加工方法的另一个修改实施例；
图9是示出了本发明第一和第二实施例的基板加工装置的根据第一修改实施例的气体分配模块的横截面图；
图10是示出了本发明第一和第二实施例的基板加工装置的根据第二修改实施例的气体分配模块的横截面图；
图11和图12示出了本发明第一和第二实施例的基板加工装置的根据修改实施例的气体分配器；
图13示出了根据本发明第三实施例的基板加工装置的气体分配器；
图14是示出图13所示的工艺气分配模块的横截面图；
图15是示出本发明第三实施例的基板加工装置的根据第一修改实施例的工艺气分配模块的横截面图；
图16是示出本发明第三实施例的基板加工装置的根据第二修改实施例的工艺气分配模块的横截面图；
图17是示出本发明第三实施例的基板加工装置的根据第三修改实施例的工艺气分配模块的横截面图；
图18是示出根据本发明第四实施例的基板加工装置的气体分配器的布置结构的概念图；
图19是随通过根据本发明的基板加工装置形成的薄膜的厚度变化的电阻率与随通过现有技术的CVD工艺和ALD工艺形成的薄膜厚度变化的电阻率的对比图表；
图20是随通过根据本发明的基板加工方法形成的薄膜的厚度变化的表面粗糙度与随通过现有技术的基板加工方法形成的薄膜厚度变化的表面粗糙度的对比图表。
具体实施方式
将详细描述本发明的示例性实施例，在附图中示出了本发明示例性实施例的实例。
在一切可能之处，在整个说明书中，相同的附图标记指代相同或相似的部分。在对本发明的实施例进行说明时，应当理解以下有关术语的细节。如果在上下文中没有特别的定义，用单数表述的术语应当被理解为包括复数表述和单数表述的情形。使用例如“第一”或“第二”的术语是为了将任意一个元素与另一个元素区别开来。因此，权利要求的范围不被这些术语所限制。
另外，应当理解，例如“包括”或“具有”的术语不排除存在一个或多个特征、数字、步骤、操作、元素、部分或它们的组合的可能性。
应当理解，术语“至少一个”包括与任意一个项目相关的所有组合。例如，“第一元素、第二元素和第三元素中的至少一个”可以包括选自第一元素、第二元素和第三元素中的两个或两个以上元素的情形，也包括第一元素、第二元素和第三元素中的一个的情形。
此外，如果提到第一元素位于第二元素“上”，应当理解，所述第一元素可以形成在所述第二元素的“正上方”同时与所述第二元素接触，也可能是有第三元素插设在所述第一元素与所述第二元素之间。
以下，将参照附图详细描述本发明实施例。
图2是示出根据本发明第一实施例的基板加工装置的透视图。图3是示出图2所示的气体分配器的布置结构的概念图。图4是示出图3所示的气体分配模块的截面图。
参见图2至图4，根据本发明第一实施例的基板加工装置可以包括：加工腔室110，用于提供加工空间；基板支撑器120，所述基板支撑器设置在所述加工腔室110的底部，其中，所述基板支撑器120支撑在其上的至少一个基板(W)；腔室盖130，用于覆盖所述加工腔室110的上侧；以及气体分配器140，用于执行在所述加工空间内部在基板(W)上沉积薄膜的薄膜沉积工艺和对在基板(W)上沉积的薄膜进行的表面处理工艺，其中，面对腔室盖130的气体分配器140设置在腔室盖130中。
加工腔室110为基板加工(例如，薄膜沉积工艺)提供加工空间。加工腔室110的底表面和/或侧表面可以与用于从加工空间排出气体的排气口(未示出)连通。
基板支撑器120可旋转地设置在加工腔室110内的底部。基板支撑器120被穿透加工腔室110的底表面中心部分的驱动轴(未示出)支撑，并且基板支撑器120可以电浮置(electrically floating)或电接地，或者可以具有电势。在这种情况中，该驱动轴的从加工腔室100的底表面暴露出来的部分被在加工腔室110的底表面中设置的波纹管(未示出)密封。
基板支撑器120支撑由外部基板载入装置(未示出)载入的至少一个基板(W)。基板支撑器120可以形成为圆板形。基板(W)可以是半导体基板或晶圆。在这种情况下，优选地，多个基板(W)被以固定的间隔在基板支撑器120上布置成圆形图案，从而改善基板加工的产量。
在驱动轴的旋转下，基板支撑器120朝预定的方向(例如，逆时针方向)旋转，基板(W)随之移动。因此，气体分配器140从原位(即，其未旋转时的固定位置)分配的工艺气和表面处理气(TG)到达每一个基板(W)，使得通过使用工艺气的ALD(原子层沉积)工艺将预定的薄膜沉积在基板(W)的上表面，并且通过使用表面处理气(TG)的表面处理工艺除去沉积在基板(W)上的薄膜中的异物。结果，基板支撑器120使基板(W)在加工空间中移动，从而在基板(W)上顺次(或相继)进行上述ALD工艺和表面处理工艺。
腔室盖130设置在加工腔室110上，也就是说，腔室盖130覆盖加工腔室110的上侧，从而密封该加工空间。
如图2所示，加工腔室110和腔室盖130形成为六边形。然而，加工腔室110和腔室盖130可以形成为多种形状，例如，多边形、椭圆形或圆形。如果加工腔室110和腔室盖130形成为多边形，加工腔室110和腔室盖130被设置为，它们被分隔成多个部分，并且这些分隔的部分彼此组合在一起。
腔室盖130包括以固定的间隔设置(例如，放射状图案)的多个模块收纳器130a、130b、130c和130d，并且气体分配器140的每一个部分插入到模块收纳器130a、130b、130c和130d中的一个中。
多个模块收纳器130a、130b、130c和130d被设置成围绕腔室盖130的中心点以固定的间隔布置。此外，多个模块收纳器130a、130b、130c和130d中的每一个可以被设置成围绕腔室盖130的中心点相互间隔预定的角度布置，或者可以被设置成围绕腔室盖130的中心点以不同角度布置。在图2中，在腔室盖130中形成了四个模块收纳器130a、130b、130c和130d，但是不限于四个。例如，腔室盖130可以包括围绕腔室盖130的中心点设置的“2N”或“2N+1”(“N”是大于0的整数)个模块收纳器。以下，假定腔室盖130包括第一至第四模块收纳器130a、130b、130c和130d。
气体分配器140插入到腔室盖130中，其中气体分配器140于原位面对基板支撑器120。气体分配器140使工艺气与表面处理气(TG)在空间上分开，然后向下分配该分开的工艺气与表面处理气(TG)，从而可以在加工空间中在一个周期中顺次执行前述ALD工艺和表面处理工艺，或者可以在逐个周期中顺次(或相继)执行。在此情况中，一个周期可以被定义为基板支撑器120旋转一周。
该工艺气可以包括在基板(W)上形成薄膜的源气(SG)和反应气(RG)。
源气(SG)可以包括硅(Si)、钛族元素(Ti、Zr、Hf等)或铝(Al)。例如，包含钛(Ti)的源气(SG)可以是四氯化钛(TiCl4)气体。例如，包含硅(Si)的源气(G2)可以是甲硅烷(SiH4)气体、乙硅烷(Si2H6)气体、丙硅烷(Si3H8)气体、TEOS(原硅酸四乙酯)气体、DCS(二氯硅烷)气体、HCD(六氯乙硅烷)气体、TriDMAS(三(二甲基氨基硅烷))气体，或TSA(三甲硅烷基胺(Trisilylamine))气体。
反应气(RG)可以包括氢气(H2)、氮气(N2)、氧气(O2)、二氧化氮(NO2)气体、氨气(NH3)、水蒸气(H2O)或臭氧(O3)气体。在这种情况下，反应气(RG)可以与包含氮气(N2)、氩气(Ar)、氙气(Ze)或氦气(He)的吹扫气混合。
表面处理气(TG)可以包括氢气(H2)、氮气(N2)、通过混合氢气(H2)与氮气(N2)得到的气体、氧气(O2)、二氧化氮(NO2)气体、氩气(Ar)、氦气(He)或氨气(NH3)。
气体分配器140可以包括工艺气分配器142和表面处理气分配器144。
工艺气分配器142设置在腔室盖130的第一至第三模块收纳器130a、130b和130c的每一个中，其中，工艺气分配器142使源气(SG)和反应气(RG)在空间上彼此分开，并且将分开的源气(SG)和反应气(RG)分配到基板支撑器120上。为此，工艺气分配器142可以包括一个源气分配模块142a，以及第一反应气分配模块142b和第二反应气分配模块142c。
源气分配模块142a于原位面对基板支撑器120，源气分配模块142a插入到腔室盖130的第一模块收纳器130a中。源气分配模块142a将从外部源气供应构件(未示出)供应的源气(SG)向下分配到在基板支撑部120上的于原位限定的第一气体分配区域120a上。在这种情况中，第一气体分配区域120a可以限定为第一模块收纳器130a与基板支撑器120之间的加工空间。
如图4所示，源气分配模块142a可以包括壳210和气体供应孔220。
壳210形成为底部敞开的长方形，因此，壳210中设置有气体分配空间212。壳210将供应到气体分配空间212的源气(SG)向下分配。为此，壳210可以包括接地板210a和接地侧壁210b。
接地板210a形成为平板，并且与腔室盖130的上表面连接。由于接地板210a与腔室盖130电连接，接地板210a通过腔室盖130电接地。
具有预定高度的接地侧壁210b从接地板210a的下边缘垂直地突起，从而形成气体分配空间212。接地侧壁210b插入到在前述腔室盖130中形成的第一模块收纳器130a中。在这种情况中，接地侧壁210b的下表面可以与腔室盖130的下表面位于相同的高度，可以不从腔室盖130的下表面突出。
气体分配空间212被接地侧壁210b包围，使得气体分配空间212具有与加工空间的第一气体分配区域120a连通的气体分配口。在这种情况中，气体分配空间212的长度比置于基板支撑器120上的基板(W)长。
垂直地穿透接地板210a的气体供应孔220与气体分配空间212连通。在这种情况中，可以沿着接地板210a的长度方向以固定的间隔设置多个气体供应孔220。气体供应孔220通过气体供应管(未示出)与外部源气供应构件连接，并且气体供应孔220将从该源气供应构件供应的源气(SG)供应到气体分配空间212。因此，源气(SG)在气体分配空间212中扩散，并且该扩散的源气通过气体分配空间212的气体分配口向下分配到前述第一气体分配区域120a上，从而将源气(SG)分配到随着基板支撑器120旋转而移动并通过源气分配模块142a下侧(即，第一气体分配区域120a)的基板(W)上。
再次参见图2和图3，第一反应气分配模块142b与源气分配模块142a在空间上分开，并且第一反应气分配模块142b插入到腔室盖130的第二模块收纳器130b中。第一反应气分配模块142b将从外部反应气供应构件(未示出)供应的反应气(RG)向下分配到在基板支撑器120上的于原位限定的第二气体分配区域120b上。在这种情况中，第二气体分配区域120b可以由位于第二模块收纳器130b与基板支撑器120之间同时与第一气体分配区域120a在空间上分开的加工空间来限定。
如图4所示，第一反应气分配模块142b可以包括壳210和气体供应孔220。第一反应气分配模块142b的结构与前述源气分配模块142a相同，因此，将省略对第一反应气分配模块142b的详细描述。第一反应气分配模块142b将从外部反应气供应构件通过气体供应孔220供应到气体分配空间212的反应气(RG)向下分配到第二气体分配区域120b。因此，反应气(RG)被分配到随着基板支撑器120旋转而移动并通过第一反应气分配空间142b下侧(即，第二气体分配区域120b)的基板(W)上。
第二反应气分配模块142c插入到腔室盖130的第三模块收纳器130c中，同时与源气分配模块142a和第一反应气分配模块142b在空间上分开，其中，第二反应气分配模块142c和源气分配模块142a关于腔室盖130的中心点对称。第二反应气分配模块142c将从反应气供应构件供应的反应气(RG)向下分配到在基板支撑器120上于原位限定的第三气体分配区域120c上。在这种情况中，第三气体分配区域120c可以限定为第三模块收纳器130c与基板支撑器120之间的加工空间，其中，第三气体分配区域120c可以与第一气体分配区域120a和第二气体分配区域120b在空间上分开。
如图4所示，第二反应气分配模块142c可以包括壳210和气体供应孔220。该结构与前述源气分配模块142a的结构相同，因此将会省略对相同结构的描述。第二反应气分配模块142c将从外部反应气供应构件通过气体供应孔220供应到气体分配空间212的反应气(RG)向下分配到第三气体分配区域120c上。因此，反应气(RG)被分配到随着基板支撑器120旋转而移动并通过第二反应气分配模块142c下侧(即，第三气体分配区域120c)的基板(W)上。
表面处理气分配器144设置在腔室盖130的第四模块收纳器130d中，其中表面处理气分配器144与工艺气分配器142在空间上分开。表面处理气分配器144于原位将从外部表面处理气供应构件(未示出)供应的表面处理气(TG)向下分配到基板支撑器120上。为此，表面处理气分配器144可以包括一个表面处理气分配模块144a。
表面处理气分配模块144a插入到腔室盖130的第四模块收纳器130d中，同时与前述源气分配模块142a和前述第一反应气分配模块142b以及第二反应气分配模块142c在空间上分开，其中，表面处理气分配模块144a和第一反应气分配模块142b关于腔室盖130的中心点对称。表面处理气分配模块144a将从表面处理气供应构件供应的表面处理气(TG)向下分配到在基板支撑器120上于原位限定的第四气体分配区域120d上。在这种情况中，第四气体分配区域120d可以限定为第四模块收纳器130d与基板支撑器120之间的加工空间，其中，第四气体分配区域120d可以与第一至第三气体分配区域120a、120b和120c在空间上分开。
如图4所示，表面处理气分配模块144a可以包括壳210和气体供应孔220。该结构与前述源气分配模块142a的结构相同，因此将会省略对该结构的详细描述。表面处理气分配模块144a将从外部表面处理气供应构件通过气体供应孔220供应到气体分配空间212的表面处理气(TG)向下分配到第四气体分配区域120d上。因此，表面处理气(TG)被分配到随着基板支撑器120的旋转而移动并经过表面处理气分配模块144a下侧(即，第四气体分配区域120d)的基板(W)上。
以下将描述根据本发明实施例的使用上述基板加工装置的基板加工方法。
首先，以固定的间隔将多个基板(W)载入并放置在基板支撑器120上。
然后，载有多个基板(W)的基板支撑器120朝预定的方向(例如，逆时针方向)旋转。
此后，通过使用工艺气分配器142和表面处理气分配器144使源气(SG)、反应气(RG)和表面处理气(TG)在空间上分开，然后向下分配到第一至第四气体分配区域120a、120b、120c和120d。在这种情况中，源气(SG)通过前述源气分配模块142a向下分配到第一气体分配区域120a上，反应气(RG)通过前述第一反应气分配模块142b和第二反应气分配模块142c向下分配到第二气体分配区域120b和第三气体分配区域120c，并且表面处理气(TG)通过前述表面处理气分配模块144a向下分配到第四气体分配区域120d上。源气(SG)、反应气(RG)和表面处理气(TG)可以同时进行分配，或者根据基板支撑器120的旋转速度和基板(W)的移动依次进行分配。
在基板支撑器120的旋转下，多个基板(W)经过第一至第三气体分配区域120a、120b和120c，该多个基板(W)被暴露给分配到第一至第三气体分配区域120a、120b和120c的源气(SG)和反应气(RG)，从而通过源气(SG)和反应气(RG)之间的相互反应在每个基板(W)上沉积出预定的薄膜。另外，在基板支撑器120的旋转下，沉积有预定薄膜的基板(W)经过第四气体分配区域120d，沉积有预定薄膜的基板(W)被暴露给分配到第四气体分配区域120d的表面处理气(TG)。在这种情况中，表面处理气(TG)能对沉积在基板(W)上的薄膜进行表面处理，从而除去沉积在基板(W)上的薄膜的表面和内部的异物。
例如，如果在基板(W)上沉积氮化钛(TiN)薄膜，前述源气分配模块142a分配包含四氯化钛(TiCl4)的源气(SG)，第一反应气分配模块142b和第二反应气分配模块142c中的每一个分配包含氨气(NH3)的反应气(RG)，并且表面处理气分配模块144a分配包含氢气(H2)和氮气(N2)的混合气的表面处理气(TG)。因此，通过包含四氯化钛(TiCl4)的源气(SG)与包含氨气(NH3)的反应气(RG)之间的相互反应在基板(W)上沉积氮化钛(TiN)薄膜。此外，沉积在基板(W)上的氮化钛(TiN)薄膜的内部和表面存在的杂质中的氯成分与包含氢气(H2)和氮气(N2)的混合气的表面处理气(TG)结合，从而通过氯成分与表面处理气(TG)的结合产生氯化氢(HCl)气体和氮气(N2)，即，从氮化钛(TiN)薄膜的内部和表面除去氯成分。
图5示出了根据本发明第一实施例的基板加工方法的另一个修改实施例，其说明了对放置在图3的基板支撑器120上12点时钟方向的基板(W)进行的薄膜沉积工艺和表面处理工艺。
在加工空间中，对基板(W)进行薄膜沉积工艺和表面处理工艺可以在基板支撑器120的一个旋转周期内顺次执行。
具体地，随着基板支撑器120旋转一周，基板(W)相继经过在基板支撑器120上限定的第一至第八区段(P1至P8)。这样，源气(SG)、反应气(RG)、反应气(RG)和表面处理气(TG)顺次到达基板(W)。也就是说，分配到第一气体分配区域120a的源气(SG)在一个周期的第二区段(P2)到达基板(W)，分配到第二气体分配区域120b和第三气体分配区域120c的反应气(RG)在一个周期的第四和第六区段(P4，P6)到达基板(W)，并且分配到表面处理气分配区域120d的表面处理气(TG)在一个周期的第八区段(P8)到达基板(W)。
因此，当随着基板支撑器120的旋转，基板(W)经过一个周期的第六区段(P6)时，通过基于ALD工艺的反应气(RG)与源气(SG)之间的相互反应在基板(W)上沉积预定的薄膜。此外，当随着基板支撑器120的旋转，基板(W)经过一个周期的第八区段(P8)时，通过使用分配到第四气体分配区域120d的表面处理气(TG)的表面处理工艺除去沉积在基板(W)上的薄膜表面或内部所包含的异物。
在前述基板加工方法中，源气(SG)、反应气(RG)和表面处理气(TG)在一个周期中同时分配，但不限于这种方法。例如，源气(SG)、反应气(RG)和表面处理气(TG)可以在逐个周期中顺次地分配。也就是说，在第一个周期中仅分配源气(SG)，然后在第二个周期中仅分配反应气(RG)，然后在第三个周期中仅分配表面处理气(TG)。
如前文所述，根据本发明第一实施例的基板加工装置和基板加工方法在加工空间内部顺次或反复地执行在基板(W)上沉积薄膜的工艺和从基板(W)表面的薄膜除去异物的表面处理工艺，从而可以改善沉积在基板(W)上的薄膜的品质，并且也容易控制通过ALD方法的薄膜沉积工艺沉积的薄膜品质。特别地，该表面处理工艺在薄膜沉积到基板(W)上之后一段非常短的时间内执行，因此，表面处理气(TG)渗透到该薄膜内部深处，从而提高表面处理效率，并且通过减小在相同厚度下的电阻率和表面粗糙度改善薄膜品质。
图6是示出根据本发明第二实施例的基板加工装置的透视图。图7是示出图6所示的气体分配器的布置结构的概念图。
参见图6和图7，根据本发明第二实施例的基板加工装置可以包括：加工腔室110、基板支撑器120、腔室盖130和气体分配器140。除了气体分配器140以外，根据本发明第二实施例的基板加工装置的结构与根据本发明第一实施例的基板加工装置相同，因此将会省略对相同结构的详细说明。
气体分配器140可以包括工艺气分配器142、表面处理气分配器144和吹扫气分配模块146。
工艺气分配器142和表面处理气分配器144与根据本发明第一实施例的基板加工装置相同，因此，将省略对工艺气分配器142和表面处理气分配器144的详细描述。
吹扫气分配模块146设置在腔室盖130中，其中吹扫气分配模块146与在各第一至第四气体分配区域120a、120b、120c和120d之间限定的吹扫气分配区域120e重叠。因此，吹扫气分配模块146位于工艺气分配器142和表面处理气分配器144之间，也就是说，在各个前述源气分配模块142a、前述第一和第二反应气分配模块142b和142c以及前述表面处理气分配模块144a两两之间。
根据工艺气分配器142和表面处理气分配器144的布置结构，吹扫气分配模块146可以形成为“+”、“×”或“＊”的形状，并且吹扫气分配模块146可以被插入到形成在腔室盖130中的吹扫气分配模块收纳器130e中。吹扫气分配模块146将从外部吹扫气供应构件(未示出)供应的吹扫气分别向下分配到多个吹扫气分配区域120e。
吹扫气用于吹扫没有沉积到基板(W)上的源气(SG)和/或没有与源气(SG)反应的反应气(RG)。另外，吹扫气被分配在各第一至第四气体分配区域120a、120b、120c和120d两两之间形成空气回路，该空气回路使分配到第一至第四气体分配区域120a、120b、120c和120d的气体在空间上分开。为此，吹扫气可以由惰性气体形成。
除了另外将惰性气体分配到在各第一至第四气体分配区域120a、120b、120c和120d之间限定的吹扫气分配区域120e外，使用根据本发明第二实施例的基板加工装置的基板加工方法与上述使用根据本发明第一实施例的基板加工装置的基板加工方法相同。在根据本发明第二实施例的基板加工方法中，通过使用吹扫气来吹扫没有沉积在基板(W)上的源气(SG)和/或没有与源气(SG)反应的反应气(RG)，可以改善沉积在基板(W)上的薄膜的品质。
图8示出了根据本发明第二实施例的基板加工方法的另一个修改实施例，其中说明了对放置在图7的基板支撑器120上12点钟方向的基板(W)进行的薄膜沉积工艺和表面处理工艺。
在加工空间中，在基板支撑器120旋转一周的周期里，对基板(W)的薄膜沉积工艺和表面处理工艺可以顺次地进行。
具体地，随着基板支撑器120旋转一周，基板(W)相继经过在基板支撑器120上限定的第一至第八区段(P1至P8)。因此，吹扫气(PG)、源气(SG)吹扫气(PG)、反应气(RG)、吹扫气(PG)、反应气(RG)、吹扫气(PG)和表面处理气(TG)顺次到达基板(W)。也就是说，分配到吹扫气分配区域的吹扫气(PG)在一个周期的第一、第三、第五和第七区段(P1、P3、P5、P7)到达基板(W)，分配到第一气体分配区域120a的源气(SG)在一个周期的第二区段(P2)到达基板(W)，分配到第二气体分配区域120b和第三气体分配区域120c的反应气(RG)在一个周期的第四和第六区段(P4、P6)到达基板(W)，并且分配到表面处理气分配区域120d的表面处理气(TG)在一个周期的第八区段(P8)到达基板(W)。
因此，当随着基板支撑器120旋转一周，基板(W)通过第一至第七区段(P1至P7)时，通过基于ALD工艺的反应气(RG)与源气(SG)之间的相互反应，在基板(W)上沉积预定薄膜。另外，通过使用源气(SG)在基板(W)表面上沉积的源材料中的一些，即没有沉积在基板(W)上的源材料，通过在一个周期的第三区段(P3)使用吹扫气(PG)被除去，并且通过在一个周期的第五和第七区段(P5、P7)使用吹扫气(PG)来除去没有与源气(SG)反应的反应气(RG)。另外，当基板(W)随着基板支撑器120的旋转通过一个周期的第八区段(P8)时，通过使用分配到第四气体分配区域120d的表面处理气(TG)的表面处理工艺除去沉积在基板(W)上的薄膜的表面和内部所包含的异物。
在前述基板加工方法中，源气(SG)、反应气(RG)和表面处理气(TG)在一个周期中同时分配，但不限于这种方法。例如，当不间断地连续分配吹扫气(PG)时，可以按逐个周期来顺次分配源气(SG)、反应气(RG)和表面处理气(TG)。例如，在不间断地分配吹扫气(PG)的条件下，在第一个周期仅分配源气(SG)，在第二个周期仅分配反应气(RG)，在第三个周期仅分配表面处理气(TG)。在这种情况中，可以在第一个至第三个周期中的至少一个周期来分配表面处理气(TG)。
如前所述，根据本发明第二实施例的基板加工装置和基板加工方法能够通过使用吹扫气来吹扫没有沉积到基板(W)上的源气(SG)和/或没有与源气(SG)反应的反应气(RG)，从而改善了沉积在基板(W)上的薄膜的品质。
图9是示出根据本发明第一和第二实施例的基板加工装置的第一修改实施例的气体分配模块的横截面图，该气体分配模块通过在图4所示的气体分配模块的气体分配空间212中另外形成气体分配图案部件230获得。以下将仅对不同的结构进行详细描述。
气体分配图案部件230增加了供应到前述气体分配空间212然后向下供应到基板支撑器120的气体(SG、RG、TG)的分配压力。在这种情况中，气体分配图案部件230可以与接地侧壁210b的下表面组合，从而覆盖气体分配空间212的气体分配口，或者可以由无极性的绝缘材料的绝缘板(或喷头)形成并且与接地侧壁210b的下表面组合，从而覆盖气体分配空间212的气体分配口。因此，气体分配空间212形成在接地板210a与气体分配图案部件230之间，从而通过前述气体供应孔220供应到气体分配空间212的气体(SG、RG、TG)在气体分配空间212内部被扩散和缓冲。
气体分配图案部件230可以包括用于将供应到气体分配空间212的气体(SG、RG、TG)朝基板(W)向下分配的气体分配图案232。
气体分配图案232形成为具有以固定间隔设置且穿透气体分配图案部件230的多个孔(或者多个狭缝)，其中，气体分配图案232以预定的压力向下分配供应到气体分配空间212的气体(SG、RG、TG)。在这种情况中，每个孔的直径或孔与孔之间的间隔可以被确定在适宜范围内以将气体均匀分配到随着基板支撑器120旋转而移动角度的基板(W)的整个区域上。例如，每个孔的直径可以从邻近基板支撑器120的中心的气体分配模块的内部到邻近基板支撑器120的边缘的气体分配模块的外部逐渐增加。
前述气体分配图案部件230通过气体分配图案232向下分配气体(SG、RG、TG)，并且通过带有孔的板来延迟或阻挡气体(SG、RG、TG)的分配来减小气体的用量，从而提高气体的使用效率。
图10是示出根据本发明第一和第二实施例的基板加工装置的第二修改实施例的气体分配模块的横截面图，该气体分配模块通过在图4所示的气体分配模块的气体分配空间212中另外形成等离子体电极250来获得。因此，将仅对不同的结构进行详细描述。
在上述本发明第一和第二实施例的基板加工装置以及图4的基板加工装置中，待分配到基板(W)上的源气(SG)、反应气(RG)和表面处理气(TG)是未活化的。但是，根据要在基板(W)上沉积的薄膜的类型，需要活化源气(SG)、反应气(RG)和表面处理气(TG)中的至少一种，然后将活化的气体分配到基板(W)上。因此，根据本发明第一和第二实施例的基板加工装置活化源气(SG)、反应气(RG)和表面处理气(TG)中的至少一种，并且将活化的气体分配到基板(W)上。
在本发明的第二修改实施例中，源气分配模块142a、第一和第二反应气分配模块142b和142c以及表面处理气分配模块144a中的每一个可以包括插入到气体分配空间212中的等离子体电极250。为此，壳210的接地板210a设置有与气体分配空间212连通的绝缘部件插入孔222，并且绝缘部件240插入到绝缘部件插入孔222中。绝缘部件240设置有与气体分配空间212连通的电极插入孔242，并且等离子体电极250插入到电极插入孔242中。
等离子体电极250插入到气体分配空间212中，并且布置成与接地侧壁210b平行。在这种情况中，等离子体电极250的下表面可以位于与接地侧壁210b的下表面相同的高度(HL)，或者可以突起到接地侧壁210b的下表面以外。接地侧壁210b与等离子体电极250一起用作用于形成等离子体的接地电极。
等离子体电极250通过使用供应到气体分配空间212的气体(SG、RG、TG)，利用从等离子体电力供应器260供应的等离子体电力形成等离子体。在这种情况中，通过利用等离子体电力在等离子体电极250和接地电极之间形成的电场，在等离子体电极250与接地电极之间形成等离子体。因此，供应到气体分配空间212的气体(SG、RG、TG)被等离子体活化，并且于原位被分配到基板(W)上。为了防止基板(W)和/或沉积在基板(W)上的薄膜被等离子体损坏，等离子体电极250与接地电极之间的间隔小于等离子体电极250与基板(W)之间的间隔。因此，在等离子体电极250与基板(W)之间不形成等离子体，并且在平行布置的等离子体电极250与接地电极之间形成等离子体，等离子体电极250与接地电极被设置为与基板(W)间隔预定的距离，从而防止基板(W)和/或薄膜被等离子体损坏。
等离子体电力可以是高频电力或射频(RF)电力，例如，低频(LF)电力、中频(MF)电力、高频(HF)电力或特高频(VHF)电力。在这种情况中，LF电力的频率可以为3kHz～300kHz，MF电力的频率可以为300kHz～3MHz，HF电力的频率可以为3MHz～30MHz，并且VHF电力的频率可以为30MHz～300MHz。
连接等离子体电极250与等离子体电力供应器260的馈电电缆可以与阻抗匹配电路(未示出)连接。该阻抗匹配电路将从等离子体电力供应器260供应到等离子体电极250的等离子体电力的电源阻抗与负载阻抗相匹配。该阻抗匹配电路可以包括至少两个阻抗元件(未示出)，所述阻抗元件由可变电容器和可变电感器中的至少一个形成。
在设置有包括等离子体电极250的气体分配模块的基板加工装置中，通过使用在前述周期中所用的表面处理气的等离子体，可以改善薄膜的品质。
例如，如果在前述周期中使用氧气(O2)或一氧化二氮(N2O)作为表面处理气，可以通过使用氧等离子体来提高薄膜的品质。特别地，如果使用氧等离子体，可以提高薄膜密度，从而通过减少氧空位来提高薄膜品质，能除去氢基或羟基，并且能形成氮氧化物薄膜。
根据另一个实例，如果在前述周期中使用氩(Ar)气或氦(He)气作为表面处理气，在前述周期中表面处理工艺和吹扫工艺同时进行，从而通过氩(Ar)气或氦(He)气等离子体的吹扫功能可以提高薄膜的密度，因此减小图案化薄膜时的蚀刻率。
在以上描述中，源气分配模块142a、第一和第二反应气分配模块142b和142c和表面处理气分配模块144a中的每一个可以包括等离子体电极250，但不限于这种结构。根据要沉积在基板(W)上的薄膜的类型，源气和/或反应气可以在未被活化的情况下分配到基板(W)上。在这种情况中，在源气分配模块142a、第一反应气分配模块142b和第二反应气分配模块142c中的至少任意一个中没有形成等离子体电极250，也就是说，源气分配模块142a、第一反应气分配模块142b和第二反应气分配模块142c中的至少任意一个可以形成为图4或图9的结构。
根据第二修改实施例的气体分配模块可以进一步包括图9的气体分配图案部件230。在这种情况中，等离子体电极250设置在气体分配空间212的内部，并且不与气体分配图案部件230接触。
图11和图12示出了根据本发明第一和第二实施例的基板加工装置的修改实施例的气体分配器。
在图3和图7所示的根据本发明第一和第二实施例的基板加工装置中，气体分配器140包括一个源气分配模块142a，两个反应气分配模块142b和142c，以及一个表面处理气分配模块144a。然而，源气分配模块的数量、反应气分配模块的数量和表面处理气分配模块的数量可以根据薄膜的工艺条件和工艺性质而变化。
参见图11并结合图2和图6，根据本发明第一修改实施例的气体分配器包括：第一源气分配模块142a和第二源气分配模块142b、一个反应气分配模块142c，以及一个表面处理气分配模块144a。在这种情况中，图3的第一反应气分配模块142b被源气分配模块代替。第一源气分配模块142a和第二源气分配模块142b、一个反应气分配模块142c以及一个表面处理气分配模块144a中的每一个可以形成为如图4、图9或图10所示的结构。以下，将仅对不同的结构进行详细描述。
插入到腔室盖130的第一模块收纳器130a中的第一源气分配模块142a将源气(SG)分配到前述第一气体分配区域120a。
插入到腔室盖130的第二模块收纳器130b中的第二源气分配模块142b将源气分(SG)分配到前述第二气体分配区域120b。
插入到腔室盖130的第三模块收纳器130c中的反应气分配模块142c将反应气(RG)分配到前述第三气体分配区域120c。
插入到腔室盖130的第四模块收纳器130d中的表面处理气分配模块144a将表面处理气(TG)分配到前述第四气体分配区域120d。
参见图12并且结合图2和图6，根据本发明第二修改实施例的气体分配器包括：一个源气分配模块142a、一个反应气分配模块142b，以及第一表面处理气分配模块144a和第二表面处理气分配模块144b。在这种情况中，图3的反应气分配模块142c由表面处理气分配模块取代。一个源气分配模块142a、一个反应气分配模块142b以及第一表面处理气分配模块144a和第二表面处理气分配模块144b中的每一个可以形成为如图4、图9或图10所示的结构。以下，仅对不同的结构进行详细描述。
插入到腔室盖130的第一模块收纳器130a中的源气分配模块142a将源气(SG)分配到前述第一气体分配区域120a。
插入到腔室盖130的第二模块收纳器130b中的反应气分配模块142b将反应气(RG)分配到前述第二气体分配区域120b。
插入到腔室盖130的第三模块收纳器130c中的第一表面处理气分配模块144a将表面处理气(TG)分配到前述第三气体分配区域120c。
插入到腔室盖130的第四模块收纳器130d中的第二表面处理气分配模块144b将表面处理气(TG)分配到前述第四气体分配区域120d。
最后，根据本发明的气体分配器包括源气分配模块、反应气分配模块和表面处理气分配模块。然而，源气分配模块的数量、反应气分配模块的数量和表面处理气分配模块的数量可以根据薄膜的工艺条件和工艺性质而变化。
图13示出了根据本发明第三实施例的基板加工装置的气体分配器。
在前述图2至图12所示的基板加工装置的气体分配器中，源气(SG)和反应气(RG)中的每一种通过各自的气体分配模块分配以使源气(SG)与反应气(RG)在空间上分开，从而在基板支撑器120的旋转下，通过基板(W)的移动执行ALD沉积工艺。然而，在基板支撑器120的旋转下，通过基板(W)的移动，源气(SG)和反应气(RG)可以通过各自的气体分配模块同时被分配，从而可以通过原位CVD(化学气相沉积)工艺在基板(W)上沉积薄膜。该原位CVD(化学气相沉积)工艺可以提高薄膜的沉积速度因此可以提高产量。
为此，根据本发明第三实施例的基板加工装置的气体分配器140包括工艺气分配器342和表面处理气分配器144，如图13所示。除工艺气分配器342外，根据本发明第三实施例的气体分配器140与根据本发明上述实施例的气体分配器140相同。因此，将仅对不同的结构进行详细描述。
工艺气分配器342包括分别设置在第一至第三模块收纳器130a、130b和130c中的第一至第三工艺气分配模块342a、342b和342c。
第一至第三工艺气分配模块342a、342b和342c中的每一个包括：壳410；分隔部件415；第一气体供应孔420a和第二气体供应孔420b。
壳410包括接地板410a和接地侧壁410b。
接地板410a为板形，并且与腔室盖130的上表面连接。由于接地板410a与腔室盖130电连接，接地板410a通过腔室盖130电接地。
具有预定高度的接地侧壁410b从接地板410a的下侧边缘垂直突起，从而形成第一气体分配空间412a和第二气体分配空间412b。接地侧壁410b插入到在腔室盖130中形成的模块收纳器130a、130b和130c中。在这种情况中，接地侧壁410b的下表面可以位于与腔室盖130的下表面相同的高度，或者可以不突起到腔室盖130的下表面以外。
分隔部件415从接地板410a的下表面中心垂直突起，从而在壳410内部形成在空间上分开的第一气体分配空间412a和第二气体分配空间412b。因此，第一气体分配空间412a和第二气体分配空间412b中的每一个被接地侧壁410b和分隔部件415围绕，其中第一气体分配空间412a和第二气体分配空间412b在空间上彼此分开。分隔部件415可以与壳410一体形成，或者可以通过接地板410a继而通过腔室盖130电接地，因此，分隔部件415可以用作接地电极。
垂直穿透接地板410a的第一气体供应孔420a与第一气体分配空间412a连通。在这种情况中，可以沿着接地板410a的长度方向以固定的间隔设置多个第一气体供应孔420a。第一气体供应孔420a通过源气供应管(未示出)与外部源气供应构件连接，其中，第一气体供应孔420a将通过源气供应管供应的源气(SG)供应到第一气体分配空间412a。因此，源气(SG)在第一气体分配空间412a内部扩散，并且所扩散的源气通过第一气体分配空间412a向下分配到前述气体分配区域120a、120b和120c，从而将源气(SG)分配到随着基板支撑器120的旋转而移动并且通过工艺气分配模块342a、342b和342c的下侧(即，第一至第三气体分配区域120a、120b和120c)的基板(W)上。
垂直穿透接地板410a的第二气体供应孔420b与第二气体分配空间412b连通。在这种情况中，可以沿着接地板410a的长度方向以固定的间隔设置多个第二气体供应孔420b。第二气体供应孔420b通过反应气供应管(未示出)与外部反应气供应构件连接，其中，第二气体供应孔420b将通过反应气供应管供应的反应气(RG)供应到第二气体分配空间412b。因此，反应气(RG)在第二气体分配空间412b中扩散，并且所扩散的反应气通过第二气体分配空间412b向下分配到前述气体分配区域120a、120b和120c，从而将反应气(RG)分配到随着基板支撑器120的旋转而移动并且通过工艺气分配模块342a、342b和342c的下侧(即第一至第三气体分配区域120a、120b和120c)的基板(W)上。
第一至第三工艺气分配模块342a、342b和342c通过在空间上彼此分开的第一气体分配空间412a和第二气体分配空间412b分别将源气(SG)和反应气(RG)同时分配到第一至第三气体分配区域120a、120b和120c，从而源气(SG)和反应气(RG)同时到达基板(W)。因此，随着基板支撑器120的旋转而移动的基板(W)通过工艺气分配模块342a、342b和342c的下侧(即第一至第三气体分配区域120a、120b和120c)，使得基板(W)同时暴露给源气(SG)和反应气(RG)，从而通过源气(SG)和反应气(RG)之间的相互反应，通过CVD沉积工艺在基板(W)上沉积预定薄膜。
沉积有通过从各个工艺气分配模块342a、342b和342c同时分配的源气(SG)和反应气(RG)沉积的薄膜的基板(W)随着基板支撑器120的旋转而移动，如图4、图9或图10所示，基板(W)通过前述表面处理气分配模块144a的下侧，从而将基板(W)暴露到活化的或未活化的表面处理气(TG)。因此，分配到薄膜的表面处理气(TG)渗透到较薄地沉积在基板(W)上的薄膜的内部，从而除去该薄膜表面和内部的异物。在这种情况中，表面处理气分配模块144a每一个周期或每多个周期将表面处理气(TG)分配到基板(W)上。
同时，前述第一至第三工艺气分配模块342a、342b和342c中的每一个可以进一步包括设置在壳410的下表面的气体分配图案部件(未示出)以覆盖第一气体分配空间412a和第二气体分配空间412b中的每一个的下侧。在这种情况中，气体分配图案部件(未示出)与图9所示的气体分配图案部件230相同，因此，将会省略对气体分配图案部件(未示出)的详细描述。
以下将详细描述使用具有前述根据本发明第三实施例的气体分配器140的基板加工装置的基板加工方法。
首先，多个基板(W)被以固定的间隔载入并被放置在基板支撑器120上。
然后，载有多个基板(W)的基板支撑器120朝预定的方向(例如，逆时针方向)旋转。
此后，源气(SG)和反应气(RG)通过前述工艺气分配器342被向下分配到第一至第三气体分配区域120a、120b和120c，并且在原位被提供到各个气体分配区域上。同时，表面处理气(TG)通过表面处理气分配器144向下分配到第四气体分配区域120d。在这种情况中，源气(SG)通过第一至第三工艺气分配模块342a、342b和342c中的每一个的第一气体分配空间412a向下分配到第一至第三气体分配区域120a、120b和120c中的每一个。反应气(RG)通过第一至第三工艺气分配模块342a、342b和342c中的每一个的第二气体分配空间412b向下分配到第一至第三气体分配区域120a、120b和120c中的每一个。
在基板支撑器120的旋转下，随着每一个基板(W)通过第一至第三气体分配区域120a、120b和120c，基板(W)暴露给被分配到第一至第三气体分配区域120a、120b和120c的源气(SG)和反应气(RG)，从而通过源气(SG)与反应气(RG)的相互反应，通过CVD沉积工艺在每个基板(W)上沉积预定薄膜。另外，随着沉积有预定薄膜的基板(W)在基板支撑器120的旋转下通过第四气体分配区域120d，基板(W)暴露给被分配到第四气体分配区域120d的表面处理气(TG)。在这种情况中，表面处理气(TG)执行对较薄地沉积在基板(W)上的薄膜的表面处理，从而除去该薄膜表面和内部的异物。
在使用根据本发明第三实施例的基板加工装置的基板加工方法中，在通过在加工空间内部进行CVD沉积工艺在基板(W)上沉积薄膜后，在很短的时间内执行表面处理工艺，可以改善该薄膜的品质，也可以便于控制该薄膜的品质。特别地，根据本发明第三实施例的基板加工装置和方法可以在每一个周期中顺次执行CVD沉积工艺和表面处理工艺，或者可以每一个周期执行CVD工艺，并且每多个周期执行表面处理工艺。因此，与形成最初薄膜(bulkthin film)后执行表面处理工艺的情况相比，根据本发明第三实施例的基板加工装置和方法实现了更加改善的CVD薄膜的品质。
在图13中，气体分配器140包括三个工艺气分配模块342a、342b和342c，以及一个表面处理气分配模块144a，但不限于这种结构。例如，气体分配器140可以包括彼此相邻的两个工艺气分配模块，以及与这些工艺气分配模块相邻的两个表面处理气分配模块。
另外，根据本发明第三实施例的基板加工装置的气体分配器140可以进一步包括吹扫气分配模块(未示出)，用于在各第一至第四气体分配区域120a、120b、120c和120d之间分配吹扫气。该吹扫气分配模块与图6和图7所示的吹扫气分配模块146相同，因此，对该吹扫气分配模块(未示出)的详细描述可以被对图6和图7所示的吹扫气分配模块146的说明代替。
图15是示出本发明第三实施例的基板加工装置的根据第一修改实施例的气体分配模块的横截面图，该气体分配模块通过在图14所示的工艺气分配模块的第二气体分配空间412b中另外形成等离子体电极450而获得。以下，将仅对不同的结构进行详细描述。
在上述本发明第三实施例的基板加工装置以及图14所示的基板加工装置中，待分配到基板(W)上的反应气(RG)是未活化的。然而，根据要沉积到基板(W)上的薄膜的种类，需要活化反应气(RG)，并且将活化的反应气分配到基板(W)上。因此，根据本发明第三实施例的基板加工装置中的根据第一修改实施例的工艺气分配模块活化反应气(RG)，并且将活化的反应气分配到基板(W)上。
根据第一修改实施例的第一至第三气体分配模块342a、342b和342c中的每一个可以进一步包括插入到第二气体分配空间412b中的等离子体电极450。为此，壳410的接地板410a设置有与第二气体分配空间412b相通的绝缘部件插入孔422，并且绝缘部件440插入到绝缘部件插入孔422中。另外，绝缘部件440设置有与第二气体分配空间412b连通的电极插入孔442，并且等离子体电极450插入到电极插入孔442中。
等离子体电极450插入到第二气体分配空间412b中，并且与接地侧壁410b平行布置。在这种情况中，等离子体电极450的下表面可以位于与接地侧壁410b的下表面相同的高度(HL)或者可以突起到接地侧壁410b的下表面以外。接地侧壁410b与接地分隔壁415中的每一个用作接地电极，与等离子体电极450一起用于形成等离子体。
等离子体电极450通过使用供应到第二气体分配空间412b的反应气(RG)，利用从等离子体电力供应器460供应的等离子体电力形成等离子体。在这种情况中，通过利用等离子体电力在等离子体电极450与接地电极之间形成的电场在等离子体电极450与接地电极之间形成等离子体。因此，供应到第二气体分配空间412b的反应气(RG)被该等离子体活化，并且于原位被分配到基板(W)上。
图16是示出本发明第三实施例的基板加工装置的根据第二修改实施例的气体分配模块的横截面图，该气体分配模块通过在图15所示的气体分配模块的第一气体分配空间412a中另外形成气体分配图案部件430而获得。以下，将仅对不同结构进行详细描述。
通过使用接地分隔壁415使前述第一至第三工艺气分配模块342a、342b和342c中的每一个中的第一气体分配空间412a和第二气体分配空间412b在空间上分开。然而，分配到第二气体分配空间412b的活化的反应气(RG)可以扩散、回流并渗透到与第二气体分配空间412b相邻的第一气体分配空间412a中。在这种情况中，源气(SG)与第一气体分配空间412a内部的活化的反应气(RG)反应，从而可能在第一气体分配空间412a的内壁沉积出不想要的薄膜，或者可能形成不想要的粉末薄膜，因此粉末的颗粒可能掉落到基板(W)上。
气体分配图案部件430设置在壳410的下侧，从而覆盖第一气体分配空间412a的下侧。气体分配图案部件430增大了供应到第一气体分配空间412a并且向下分配到基板(W)上的源气(SG)的分配压力，从而防止分配到第二气体分配空间412b的活化的反应气(RG)扩散、回流并且渗透到第一气体分配空间412a，第二气体分配空间412b与第一气体分配空间412a相邻并且该两个空间之间插设有接地分隔壁415。气体分配图案部件430的结构与图9所示的气体分配图案部件230相同，因此，将会省略对气体分配图案部件430的详细说明。
同时，可以在壳410的下侧另外设置前述气体分配图案部件430，以覆盖第二气体分配空间412b的下侧，因此可以以预定的压力向下分配在第二气体分配空间412b中活化的反应气(RG)。
在设置有根据本发明第二修改实施例的工艺气分配模块的根据本发明第三实施例的基板加工装置中，通过使用气体分配图案部件430，以预定的压力向下分配供应到第一气体分配空间412a的源气(SG)，从而可以防止从第二气体分配空间412b分配的活化的反应气(RG)在第一气体分配空间412a的内壁上沉积出不想要的薄膜。
图17是示出本发明第三实施例的基板加工装置的根据第三修改实施例的工艺气分配模块的横截面图，该工艺气分配模块通过在图16所示的工艺气分配模块的第一气体分配空间412a中另外形成等离子体电极450’得到。因此，将仅对不同的结构进行详细描述。
在上述本发明第三实施例的基板加工装置以及图16的基板加工装置中，待分配到基板(W)上的源气(SG)是未活化的。但是，根据要沉积到基板(W)上的薄膜的种类，需要活化源气(SG)，并且将活化的源气分配到基板(W)上。因此，在根据本发明第三实施例的基板加工装置中的根据第三修改实施例的工艺气分配模块活化源气(SG)，并且将活化的源气分配到基板(W)上。
根据本发明第三修改实施例的第一至第三工艺气分配模块342a、342b和342c中的每一个可以进一步包括插入到第一气体分配空间412a中的等离子体电极450’。为此，壳410的接地板410a设置有与第一气体分配空间412a连通的绝缘部件插入孔422’，并且绝缘部件440’插入到绝缘部件插入孔422’中。另外，绝缘部件440’设置有与第一气体分配空间412b连通的电极插入孔442’，并且等离子体电极450’插入到电极插入孔442’中。
等离子体电极450’插入到第一气体分配空间412a中，并且与接地侧壁410b平行布置。在这种情况中，等离子体电极450’的下表面设置为距离气体分配图案部件430的上表面预定间隔，并且插入到电极插入孔442’中，从而等离子体电极450’的下表面位于第一气体分配空间412a中。
等离子体电极450’通过使用供应到第一气体分配空间412a的源气(SG)，利用从等离子体电力供应器460’供应的等离子体电力形成等离子体。在这种情况中，通过在等离子体电力之下在等离子体电极450’与接地电极之间形成的电场在等离子体电极450’与接地电极之间形成等离子体。因此，供应到第一气体分配空间412a的源气(SG)被等离子体活化，并在原位被分配到基板(W)上。
可以从同一个等离子体电力供应器或不同的等离子体电力供应器460和460’对布置在第一气体分配空间412a中的等离子体电极450和布置在第二气体分配空间412b中的等离子体电极450’供应相同的等离子体电力或不同的等离子体电力。
在上述根据本发明实施例的基板加工装置和方法中，该气体分配器包括用于分配源气(SG)、反应气(RG)和表面处理气(TG)的四个气体分配模块，但不限于这种结构。例如，该气体分配器可以包括用于分别分配源气(SG)、反应气(RG)和表面处理气(TG)的三个或三个以上气体分配模块，或者可以包括用于分配源气(SG)和反应气(RG)的两个或两个以上的工艺气分配模块以及用于分配表面处理气(TG)的一个或一个以上的表面处理气分配模块。
图18是示出根据本发明第四实施例的基板加工装置中的气体分配器的布置结构的概念图，该气体分配器通过修改图6和图7所示的吹扫气分配模块的结构获得。以下，将仅对不同的结构进行详细描述。
在上述图6至图17所示的本发明的实施例中，未活化的吹扫气被分配到在第一至第四气体分配区域120a、120b、120c和120d两两之间限定的吹扫气分配区域。然而，可以通过使用等离子体来活化吹扫气，并且活化的吹扫气可以被分配到该吹扫气分配区域(参见图6的“120e”)。
具体地，根据本发明第四实施例的基板加工装置的吹扫气分配模块146包括用作接地电极的壳210以及插入到壳210内部的等离子体电极250，其结构与图10所示的气体分配模块的结构相同，因此，将省略对相同的结构的详细描述。
因此，根据本发明第四实施例的基板加工装置和方法在吹扫气分配模块146中形成等离子体，并且将被等离子体活化的吹扫气分配到基板(W)上，使得可以通过使用活化的吹扫气同时进行吹扫工艺和表面处理工艺，从而提高沉积在基板(W)上的薄膜的密度。特别地，如果使用氩(Ar)和氦(He)作为吹扫气，根据本发明第四实施例的基板加工装置和方法提高了沉积在基板(W)上的薄膜密度，因此降低了在图案化薄膜时薄膜的蚀刻率。
根据本发明第四实施例的基板加工装置通过使用吹扫气分配模块146分配活化的吹扫气来同时执行吹扫工艺和表面处理工艺，从而将从吹扫气分配模块146分配的活化的吹扫气分配到基板(W)上来用作活化的表面处理气。因此，吹扫气分配模块146用作上述表面处理气分配模块144a，也就是说，表面处理气分配模块144a由吹扫气分配模块146代替，因此可以省去上述表面处理气分配模块144a。
图19是随通过根据本发明的基板加工装置形成的薄膜的厚度变化的电阻率与随通过现有技术的CVD工艺和ALD工艺形成的薄膜的厚度变化的电阻率的对比图表。
如图19所示，在测量相同的薄膜厚度的电阻率的条件下，通过根据本发明的基板加工装置和方法沉积在基板(W)上的薄膜的电阻率低于通过现有技术的CVD工艺和ALD工艺沉积的薄膜的电阻率。
图20是随通过根据本发明的基板加工方法形成的薄膜的厚度变化的表面粗糙度与随通过现有技术的基板加工方法形成的薄膜的厚度变化的表面粗糙度的对比图表。
如图20所示，通过根据本发明的基板加工装置和方法沉积在基板(W)上的薄膜的表面粗糙度低于通过现有技术的基板加工装置和方法沉积在基板(W)上的薄膜的表面粗糙度。
本领域技术人员显然知道，在不偏离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明做出多种修改和变化。因此，意欲本发明覆盖所有本发明的这些修改和变化，只要它们在所附权利要求书及其等同物的范围内。

Claims (24)

1.一种基板加工装置，包括：
加工腔室，用于提供加工空间；
基板支撑器，用于支撑至少一个基板，并且朝预定方向移动所支撑的基板，其中，所述基板支撑器设置在所述加工腔室内部；
腔室盖，所述腔室盖面对所述基板支撑器，所述腔室盖用于覆盖所述加工腔室的上侧；以及
气体分配器，所述气体分配器将用于在所述基板上沉积薄膜的工艺气与用于对所述薄膜进行表面处理的表面处理气在空间上分开，并且在原位将所述工艺气和所述表面处理气分配到所述基板支撑器上，其中，面对所述基板支撑器的所述气体分配器设置在所述腔室盖中。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述气体分配器在相对于所述基板支撑器旋转一周的一个周期的每一个周期或每多个周期中在原位将所述表面处理气分配到所述基板支撑器上。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述气体分配器包括：
工艺气分配器，所述工艺气分配器面对所述基板支撑器并且在原位将所述工艺气分配到所述基板支撑器上，其中，所述工艺气分配器设置在所述腔室盖中；以及
表面处理气分配器，所述表面处理气分配器包括至少一个用于在原位将所述表面处理气分配到所述基板支撑器上的表面处理气分配模块，其中，所述表面处理气分配模块与所述工艺气分配模块在空间上分开并且被设置在所述腔室盖中。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述表面处理气分配模块在平行布置并被设置为距离所述基板的上表面预定间隔的接地电极和等离子体电极之间产生等离子体，并且将被所述等离子体活化的表面处理气分配到所述基板上。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的装置，其中，所述表面处理气选自以下任意一种：氢气(H2)、氮气(N2)、通过混合氢气(H2)和氮气(N2)得到的气体、氧气(O2)、二氧化氮(NO2)气、氩气(Ar)、氦气(He)和氨气(NH3)。
6.根据权利要求3或4所述的装置，
其中所述工艺气包括源气和反应气，用于形成所述薄膜，并且
其中所述工艺气分配器包括：
被设置在所述腔室盖中的至少一个源气分配模块，用于分配所述源气；以及
被设置在所述腔室盖中且与所述源气分配模块在空间上分开的至少一个反应气分配模块，用于分配所述反应气。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述源气分配模块和所述反应气分配模块中的至少任意一个模块包括平行布置并且距离所述基板的上表面预定间隔的接地电极和等离子体电极，并且所述接地电极与所述等离子体电极之间的间隔小于所述等离子体电极与所述基板之间的间隔。
8.根据权利要求6所述的装置，其中，所述气体分配器进一步包括用于将吹扫气分配到所述基板支撑器上的吹扫气分配模块，其中所述吹扫气分配模块被设置在所述腔室盖中，并且被布置在各个所述源气分配模块、所述反应气分配模块和所述表面处理气分配模块两两之间。
9.根据权利要求3或4所述的装置，
其中，所述工艺气分配器包括按固定间隔设置的多个工艺气分配模块，所述多个工艺气分配模块在所述腔室盖内部并且与所述表面处理气分配模块在空间上分开，其中，所述多个工艺气分配模块包括空间上彼此分开的第一气体分配空间和第二气体分配空间，并且，
其中，所述工艺气包括源气和反应气，用于形成所述薄膜，
所述源气通过所述第一气体分配空间被分配，并且
所述反应气通过所述第二气体分配空间被分配。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述工艺气分配模块中的每一个通过使用等离子体来活化所述源气和所述反应气中的至少一种，并且对被活化的气体进行分配。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述工艺气分配模块中的每一个模块均包括气体分配图案部件，所述气体分配图案部件被设置在所述第一气体分配空间和所述第二气体分配空间中的至少一个中，用于增加分配气体的压力。
12.根据权利要求9所述的装置，其中，所述气体分配器进一步包括吹扫气分配模块，用于将吹扫气分配到所述基板支撑器上，其中，所述吹扫气分配模块被设置在所述腔室盖中，并且被布置在各个所述工艺气分配模块和所述表面处理气分配模块两两之间。
13.根据权利要求1所述的装置，
其中，所述工艺气包括源气和反应气，用于形成薄膜，并且
其中，所述气体分配器包括表面处理气分配模块，所述表面处理气分配模块通过使用等离子体来活化所述表面处理气，并且将被活化的表面处理气分配到源气和反应气所分配的各个区域的两两之间的区域中。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述表面处理气为氩气或氦气。
15.一种基板加工方法，包括：
将至少一个基板载入到设置在加工腔室的加工空间内部的基板支撑器上；
通过驱动所述基板支撑器来移动所述基板；以及
在所述加工空间内部，将用于在所述基板上沉积薄膜的工艺气与用于对所述薄膜进行表面处理的表面处理气在空间上分开，并且将所述工艺气和所述表面处理气分配到该移动的基板上。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，在相对于所述基板支撑器旋转一周的一个周期的每一个周期中或每多个周期中在原位将所述表面处理气分配到所述基板支撑器上。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述工艺气和所述表面处理气被分配到在所述基板支撑器上限定的在空间上分开的不同区域。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述表面处理气被等离子体活化，然后被分配。
19.根据权利要求15至18中的任意一项所述的方法，其中，所述表面处理气选自以下任意一种：氢气(H2)、氮气(N2)、通过混合氢气(H2)和氮气(N2)得到的气体、氧气(O2)、二氧化氮(NO2)气、氩气(Ar)、氦气(He)和氨气(NH3)。
20.根据权利要求19所述的方法，
其中，所述工艺气包括源气和反应气，用于形成所述薄膜，并且
其中，所述源气和所述反应气顺次到达所述基板或同时到达所述基板。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述源气和所述反应气中的至少一种气体被等离子体活化，然后被分配。
22.根据权利要求20所述的方法，进一步包括将吹扫气分配到位于所述源气、所述反应气和所述表面处理气所分配的各个区域两两之间的区域。
23.根据权利要求15所述的方法，
其中，所述工艺气包括源气和反应气，用于形成所述薄膜，并且
其中，所述表面处理气被等离子体活化，然后被分配到位于所述源气和所述反应气所分配的各个区域两两之间的区域。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述表面处理气为氩气或氦气。
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