TWI623981B - 基板處理設備與方法 - Google Patents

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郭在燦
Sung Kyu Kang
姜成圭
Hun Jung
鄭勳
Byoung Ha Cho
趙柄夏
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Jusung Engineering Co., Ltd.
周星工程有限公司
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Abstract

一種基板處理設備於方法，有助於順序地或重複地在一個製程空間內部執行薄膜沈積製程與表面處理製程。一種基板處理設備包含：製程腔室，用以提供製程空間；基板支架，用以支撐複數塊基板至少其一，以及沿預定方向移動被支撐的基板，其中基板支架係提供於製程腔室內部；腔室蓋，面對基板支架，腔室蓋用以覆蓋製程腔室之上側；以及氣體分配器，在空間上分隔用以在基板上沈積薄膜之製程氣體與用以完成薄膜之表面處理之表面處理氣體，以及將製程氣體與表面處理氣體局部分配到基板支架上，其中面對基板支架的氣體分配器係提供於腔室蓋中。

Description

基板處理設備與方法
本發明係關於一種於基板上沈積薄膜之基板處理設備與方法。
通常，為了製造太陽能電池、半導體裝置以及平面顯示裝置，需要在基板的表面上形成預定的薄膜層、薄膜電路圖案或者光學圖案。為此，執行半導體製造製程，例如於基板上沈積預定材料之薄膜之薄膜沈積製程、使用感光材料選擇性地曝光此薄膜之光製程，以及透過選擇性地移除薄膜之暴露部份以形成圖案之蝕刻製程。
於基板處理設備內部完成半導體製造製程，其中此基板處理設備被設計為適合最佳情況。近來，使用電漿之基板處理設備一般用於執行沈積或蝕刻製程。
使用電漿之半導體製造設備可為用於形成薄膜之電漿增強化學氣相沈積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition；PECVD)設備或者用於蝕刻或圖案化此薄膜之電漿蝕刻設備。
第1圖為習知技術之基板處理設備。
請參考第1圖，習知技術之基板處理設備包含腔室10、電漿電極20、基座30以及氣體分配工具40。
腔室10為基板處理提供製程空間。這種情況下，腔室10的底面的預定部與排氣管12相通，排氣管12用於釋放來自製程空間的氣體。
電漿電極20係被提供於腔室10之上以密封製程空間。
電漿電極20之一側透過匹配組件22電連接射頻電源24。射頻電源24產生射頻功率，以及將產生的射頻功率供應到電漿電極20。
此外，電漿電極20之中央部與供氣管26相通，供氣管26供應製程氣體(process gas)以用於基板處理。
匹配組件22係連接於電漿電極20與射頻電源24之間，從而將負載阻抗與射頻電源24供應到電漿電極20的射頻功率之電源阻抗匹配。
腔室10內部提供基座30，基座30支撐從外部載入的複數塊基板W。基座30用作與電漿電極20相對的相對電極(或接地電極)。
氣體分配工具40被提供於電漿電極20下方，其中氣體分配工具40被提供以面對基座30。這種情況下，氣體擴散空間42係形成於氣體分配工具40與電漿電極20之間。在氣體擴散空間42內部，穿透電漿電極20的供氣管26所供應的製程氣體被擴散。氣體分配工具40透過複數個氣體分配孔44均勻地分配製程氣體到製程空間的整個區域，氣體分配孔44與氣體擴散空間42相通。
習知技術之基板處理設備之情況下，基板W被載入到基座30上以後，預定的製程氣體被分配到腔室10的製程空間，射頻功率被供應到電漿電極20以形成電漿，從而在基板W上沈積預定的薄膜。
然而，習知技術之基板處理設備具有以下問題。
首先，藉由薄膜沈積製程在基板W上沈積的薄膜的表面與內部存在雜質，從而劣化了薄膜的品質。
此外，其上沈積有薄膜的基板W需要被傳送到額外的表面製程腔室，從而執行表面處理製程(或雜質之移除製程)以用於提高薄膜品質，從而增加了製造成本。
因此，本發明在於提供一種基板處理設備與方法，實質上避免習知技術之限制與缺點所導致的一或多個問題。
本發明一方面提供一種基板處理設備與方法，能夠在製程空間內部順序地或者重複地完成薄膜沈積製程與表面處理製程。
本發明其他的優點、目的和特徵將在如下的說明書中部分地加以闡述，並且本發明其他的優點、目的和特徵對於本領域的普通技術人員來說，可以透過本發明如下的說明得以部分地理解或者可以從本發明的實踐中得出。本發明的目的和其它優點可以透過本發明所記載的說明書和申請專利範圍中特別指明的結構並結合圖式部份，得以實現和獲得。
為了獲得本發明的這些目的和其他特徵，現對本發明作具體化和概括性的描述，本發明的一種基板處理設備包含：製程腔室，用以提供製程空間；基板支架，用以支撐複數塊基板至少其一，以及沿預定方向移動被支撐的基板，其中基板支架係提供於製程腔室內部；腔室蓋，面對基板支架，腔室蓋用以覆蓋製程腔室之上側；以及氣體分配器，在空間上分隔用以在基板上沈積薄膜之製程氣體與用以完成薄膜之表面處理之表 面處理氣體，以及將製程氣體與表面處理氣體局部分配到基板支架上，其中面對基板支架的氣體分配器係提供於腔室蓋中。
本發明之另一方面，一種基板處理方法包含：於基板支架上載入至少一基板，此基板支架係提供於製程腔室之製程空間內部；透過驅動基板支架移動基板；以及空間上分隔製程氣體與表面處理氣體，製程氣體用以於基板上沈積薄膜，製程氣體用於在製程空間內部薄膜之表面處理，以及將製程氣體與表面處理氣體分配到移動的基板上。
此時，製程氣體包含來源氣體與反應氣體以形成薄膜，以及表面處理氣體透過電漿被活化，然後被分配到排列於來源氣體分配區域與反應氣體分配區域兩兩之間的區域。表面處理氣體為氬氣或氦氣。
可以理解的是，如上所述的本發明之概括說明和隨後所述的本發明之詳細說明均是具有代表性和解釋性的說明，並且是為了進一步揭示本發明之申請專利範圍。
10‧‧‧腔室
12‧‧‧排氣管
20‧‧‧電漿電極
22‧‧‧匹配組件
24‧‧‧射頻電源
26‧‧‧供氣管
30‧‧‧基座
40‧‧‧氣體分配工具
42‧‧‧氣體擴散空間
44‧‧‧氣體分配孔
110‧‧‧製程腔室
120‧‧‧基板支架
120a、120b、120c、120d‧‧‧氣體分配區域
120e‧‧‧沖洗氣體分配區域
130‧‧‧腔室蓋
130a、130b、130c、130d‧‧‧模組接收器
130e‧‧‧沖洗氣體分配模組接收器
140‧‧‧氣體分配器
142‧‧‧製程氣體分配器
142a、142b、142c‧‧‧氣體分配模組
144‧‧‧表面處理氣體分配器
144a、144b‧‧‧表面處理氣體分配模組
146‧‧‧沖洗氣體分配模組
210‧‧‧外罩
210a‧‧‧接地板
210b‧‧‧接地側壁
212‧‧‧氣體分配空間
220‧‧‧供氣孔
222‧‧‧絕緣組件插入孔
230‧‧‧氣體分配圖案組件
232‧‧‧氣體分配圖案
240‧‧‧絕緣組件
242‧‧‧電極插入孔
250‧‧‧電漿電極
342‧‧‧製程氣體分配器
342a、342b、342c‧‧‧製程氣體分配模組
410‧‧‧外罩
410a‧‧‧接地板
410b‧‧‧接地側壁
412a‧‧‧第一氣體分配空間
412b‧‧‧第二氣體分配空間
415‧‧‧分隔組件
420a‧‧‧第一供氣孔
420b‧‧‧第二供氣孔
422‧‧‧絕緣組件插入孔
430‧‧‧氣體分配圖案組件
440‧‧‧絕緣組件
442‧‧‧電極插入孔
450‧‧‧電漿電極
460‧‧‧電漿功率供應器
422'‧‧‧絕緣組件插入孔
440'‧‧‧絕緣組件
442'‧‧‧電極插入孔
450'‧‧‧電漿電漿
460'‧‧‧電漿功率供應器
W‧‧‧基板
SG‧‧‧來源氣體
RG‧‧‧反應氣體
TG‧‧‧表面處理氣體
HL‧‧‧高度
P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8‧‧‧區塊
第1圖為習知技術之基板處理設備。
第2圖為本發明第一實施例的基板處理設備的透視圖。
第3圖為第2圖所示之氣體分配器之排列結構之概念示意圖。
第4圖為第3圖所示之氣體分配模組之剖面示意圖。
第5圖為本發明第一實施例的基板處理方法之另一修正實施例。
第6圖為本發明第二實施例的基板處理設備的透視圖。
第7圖為第6圖所示之氣體分配器之排列結構之概念示意圖。
第8圖為本發明第二實施例的基板處理方法之另一修正實施例。
第9圖為本發明第一與第二實施例之基板處理設備中第一修正實施例之氣體分配模組之剖面示意圖。
第10圖為本發明第一與第二實施例之基板處理設備中第二修正實施例之氣體分配模組之剖面示意圖。
第11圖與第12圖表示本發明第一與第二實施例之基板處理設備中氣體分配器之修正實施例。
第13圖為本發明第三實施例的基板處理設備之氣體分配器。
第14圖為第13圖所示之氣體分配模組之剖面示意圖。
第15圖為本發明第三實施例之基板處理設備中第一修正實施例之製程氣體分配模組之剖面示意圖。
第16圖為本發明第三實施例之基板處理設備中第二修正實施例之製程氣體分配模組之剖面示意圖。
第17圖為本發明第三實施例之基板處理設備中第三修正實施例之製程氣體分配模組之剖面示意圖。
第18圖為本發明第四實施例之基板處理設備中氣體分配器之排列結構之概念示意圖。
第19圖為圖形，用於比較依照本發明之基板處理方法形成的薄膜厚度之電阻率與依照習知技術之化學氣相沈積製程與原子層沈積製程形成的薄膜厚度之電阻率。
第20圖為圖形，用於比較依照本發明之基板處理方法形成的薄膜厚度之表面粗糙度與習知技術之基板處理方法形成的薄膜厚度之表面粗糙 度。
現在將結合圖式部份對本發明的較佳實施方式作詳細說明。其中在這些圖式部份中所使用的相同的參考標號代表相同或同類部件。
關於本發明實施例之解釋，應該理解以下有關術語之細節。
如果文中沒有特定的界定，單個表達的術語應該理解為包含多個表達與單個表達。如果使用例如「第一」或「第二」之術語，則此術語用於區分任意一個元件與其他元件。因此，申請專利範圍之範圍不受這些術語的限制。
此外，應該理解例如「包含」或「包括」之術語並非排除一個或多個特徵、數字、步驟、作業、元件、部件或其組合之存在或可能性。
應該理解「至少一個」之術語包含與任意一項相關的全部組合。例如，「第一元件、第二元件以及第三元件中至少一個」包含第一元件、第二元件以及第三元件中選擇的兩個或多個元件之全部組合以及第一元件、第二元件以及第三元件之每一元件。
此外，如果提及第一元件位於第二元件「之上」，應該理解第一元件剛好形成於第二元件上方且接觸第二元件，此外第三元件被放置於第一與第二元件之間。
以下結合附圖詳細描述本發明之實施例。
第2圖為本發明第一實施例的基板處理設備的透視圖。第3圖為第2圖所示之氣體分配器之排列結構之概念示意圖。第4圖為第3圖 所示之氣體分配模組之剖面示意圖。
請參考第2圖至第4圖，本發明第一實施例的基板處理設備包含製程腔室110、基板支架120、腔室蓋130以及氣體分配器140。製程腔室110用於提供製程空間。基板支架120被提供於製程腔室110之底部上，其中基板支架120支撐其上的至少一塊基板W。腔室蓋130用於覆蓋製程腔室110的上側。氣體分配器140用於執行薄膜沈積製程與表面處理製程，薄膜沈積製程用於在製程空間內部於基板W上沈積薄膜，表面處理製程係用於基板W上沈積的薄膜，其中於腔室蓋130中提供面對腔室蓋130的氣體分配器140。
製程腔室110為基板處理例如薄膜沈積處理提供製程空間。製程腔室110的底表面與/或側表面與排氣埠(圖中未表示)相通，其中排氣埠用於釋放來自製程空間的氣體。
基板支架120可旋轉地提供於製程腔室110之內部底面中。基板支架120由驅動軸(圖中未表示)支撐，其中驅動軸穿透製程腔室110之底表面之中央部。基板支架120可能電浮動或者接地，或者具有電位。這種情況下，暴露於製程腔室110之底表面之外的驅動軸透過一個伸縮管(bellows)(圖中未表示)被密封，其中伸縮管係被提供於製程腔室110之底表面中。
基板支架120支撐一個外部基板載入設備(圖中未表示)所載入的至少一塊基板W。基板支架120形成為圓板的形狀。基板W為半導體基板或者晶元。這種情況下，複數個基板W在基板支架120上以固定間隔排列為圓形圖案較佳，從而提高基板處理的產量。
當基板支架120透過驅動軸的旋轉向預定方向(例如反時針方向)旋轉時，基板W移動。因此，氣體分配器140局部分配的製程氣體與表面處理氣體(treatment gas；TG)到達每一基板W，這樣透過原子層沈積(Atomic Layer Deposition；ALD)製程使用製程氣體在基板W的上表面上沈積預定的薄膜，基板W上沈積的薄膜的雜質透過表面處理製程使用表面處理氣體TG被移除。結果，基板支架120在製程空間中移動基板W，這樣在基板上順序地(或連續地)執行原子層沈積製程與表面處理製程。
於製程腔室110上提供腔室蓋130，就是說，腔室蓋130覆蓋製程腔室110的上側，從而密封製程空間。
如第2圖所示，製程腔室110與腔室蓋130形成為六邊形。然而，製程腔室110與腔室蓋130可形成多種形狀，例如多邊形、橢圓形或圓形。如果製程腔室110與腔室蓋130形成為多邊形，則製程腔室110與腔室蓋130被提供為可被劃分為複數個區塊之結果，劃分的區塊彼此組合。
腔室蓋130包含依照固定間隔例如輻射圖案提供的複數個模組接收器130a、130b、130c以及130d，氣體分配器140的每一部份被插入模組接收器130a、130b、130c以及130d的每一個內。
複數個模組接收器130a、130b、130c以及130d相對腔室蓋130的中央點依照固定間隔被放置。此外，模組接收器130a、130b、130c以及130d中的每一個相對腔室蓋130的中央點每隔預定角度被放置，或者相對腔室蓋130的中央點被放置於不同角度處。第2圖中，腔室蓋130中形成四個模組接收器130a、130b、130c以及130d，但是並非限制於四個。 例如，腔室蓋130可包含相對腔室蓋130的中央點被提供的「2N」或「2N+1」(「N」為大於0的整數)個模組接收器。以下，假設腔室蓋130包含第一至第四模組接收器130a、130b、130c以及130d。
氣體分配器140被插入腔室蓋130內，其中氣體分配器140局部面對基板支架120。氣體分配器140在空間上分隔製程氣體與表面處理氣體TG，然後向下分配經分隔的製程氣體與表面處理氣體TG，由此對於一個週期在製程空間中順序地，或者每一個週期順序地(或者交替地)執行上述原子層沈積製程與表面處理製程。這種情況下，基板支架120的一次旋轉定義一個週期。
製程氣體包含來源氣體SG(source gas)與反應氣體RG以在基板W上形成薄膜。
來源氣體SG包含矽、鈦族元素(鈦、鋯、鉿等)，或者鋁。例如，包含鈦的來源氣體SG為四氯化鈦(titanium tetrachloride；TiCl4)氣體。例如，包含矽的來源氣體SG為矽烷(silane；SiH4)氣體、二矽烷(disilane；Si2H6)氣體、三矽烷(trisilane；Si3H8)氣體、四乙氧基矽烷(TEOS；Tetraethylorthosilicate)氣體、二氯矽烷(DCS；Dichlorosilane)氣體、六氯二矽甲烷(Hexachlorosilane；HCD)氣體、三(二乙基氨基)矽烷(TriDMAS；Tri-dimethylaminosilane)氣體或者三甲矽烷基氨(TSA；Trisilylamine)氣體。
反應氣體RG包含氫氣(H2)氣體、氮氣(N2)氣體、氧氣(O2)氣體、二氧化氮(NO2)氣體、氨氣(ammonia；NH3)氣體、水蒸汽(steam；H2O)氣體或者臭氧(O3)氣體。這種情況下，反應氣體RG可與沖洗氣體 混合，其中沖洗氣體包含氮氣氣體、氬(Ar)氣、氙(Ze)氣或者氦(He)氣。
表面處理氣體TG包含氫氣、氮氣，混合氫氣與氮氣所得到的氣體、氧氣、二氧化氮氣體、氬氣、氦氣或者氨氣。
氣體分配器140包含製程氣體分配器142與表面處理氣體分配器144。
腔室蓋130之第一至第三模組接收器130a、130b以及130c之每一個中提供製程氣體分配器142，其中製程氣體分配器142在空間上將來源氣體SG與反應氣體RG彼此分隔，以及將經分隔的來源氣體SG與反應氣體RG向下分配到基板支架120上。為此，製程氣體分配器142包含一個來源氣體分配模組142a、第一反應氣體分配模組142b與第二反應氣體分配模組142c。
局部面對基板支架120的來源氣體分配模組142a被插入腔室蓋130的第一模組接收器130a內。來源氣體分配模組142a將一個外部來源氣體供應工具(圖中未表示)供應的來源氣體SG向下分配到基板支架120上局部定義的第一氣體分配區域120a上。這種情況下，第一模組接收器130a與基板支架120之間的製程空間定義第一氣體分配區域120a。
如第4圖所示，來源氣體分配模組142a包含外罩210與供氣孔220。
外罩210形成矩形箱體形狀，其底部開放，由此外罩210其中具有氣體分配空間212。外罩210將供應的來源氣體SG向下分配到氣體分配空間212。為此，外罩210包含接地板210a與接地側壁210b。
接地板210a形成為平面板，連接腔室蓋130的上表面。因 為接地板210a電連接腔室蓋130，所以接地板210a透過腔室蓋130電接地。
具有預定高度的接地側壁210b從接地板210a的底部邊緣垂直突出，從而準備氣體分配空間212。接地側壁210b被插入上述腔室蓋130中準備的第一模組接收器130a內。這種情況下，接地側壁210b的下表面被放置為與腔室蓋130之下表面相同的高度，或者未從腔室蓋130之下表面突出。
氣體分配空間212被接地側壁210b圍繞，這樣氣體分配空間212包含與製程空間之第一氣體分配區域120a相通的一個氣體分配埠。這種情況下，氣體分配空間212的長度比放置到基板支架120上的基板W的長度長。
垂直穿透接地板210a的供氣孔220與氣體分配空間212相通。這種情況下，沿接地板210a的長度方向依照固定間隔提供複數個供氣孔220。供氣孔220透過供氣管(圖中未表示)連接外部來源氣體供應工具，供氣孔220將來源氣體供應工具所供應的來源氣體SG供應到氣體分配空間212。因此，在氣體分配空間212中擴散來源氣體SG，被擴散的來源氣體透過氣體分配空間212的氣體分配埠向下分配到上述第一氣體分配區域120a上，由此來源氣體SG被分配到依照基板支架120之旋轉而移動的基板W上，以及通過來源氣體分配模組142a之下側即第一氣體分配區域120a。
請再次參考第2圖與第3圖，第一反應氣體分配模組142b在空間上與來源氣體分配模組142a分隔，第一反應氣體分配模組142b被插到腔室蓋130的第二模組接收器130b內。第一反應氣體分配模組142b 將外部反應氣體供應工具(圖中未表示)供應的反應氣體RG向下分配到基板支架120上局部定義的第二氣體分配區域120b上。這種情況下，第二模組接收器130b與基板支架120之間的製程空間定義第二氣體分配區域120b，且在空間上與第一氣體分配區域120a分隔。
如第4圖所示，第一反應氣體分配模組142b包含外罩210與供氣孔220。第一反應氣體分配模組142b在結構上與上述來源氣體分配模組142a相同，由此省略第一反應氣體分配模組142b的詳細描述。透過供氣孔220，第一反應氣體分配模組142b將外部反應氣體供應工具所供應的反應氣體RG向下分配到第二氣體分配區域120b上的氣體分配空間212。因此，反應氣體RG被分配到依照基板支架120之旋轉而移動的基板W上，以及通過第一反應氣體分配模組142b的下側，即第二氣體分配區域120b。
第二反應氣體分配模組142c被插入腔室蓋130之第三模組接收器130c內，且在空間上與來源氣體分配模組142a及第一反應氣體分配模組142b分隔，其中第二反應氣體分配模組142c與來源氣體分配模組142a相對腔室蓋130的中央點對稱。第二反應氣體分配模組142c將反應氣體供應工具所供應的反應氣體RG向下分配到基板支架120上局部定義的第三氣體分配區域120c上。這種情況下，第三模組接收器130c與基板支架120之間的製程空間定義第三氣體分配區域120c，其中第三氣體分配區域120c在空間上與第一及第二氣體分配區域120a及120b分隔。
如第4圖所示，第二反應氣體分配模組142c包含外罩210與供氣孔220。此結構與上述來源氣體分配模組142a的結構相同，由此省 略相同結構的詳細描述。透過供氣孔220，第二反應氣體分配模組142c將外部反應氣體供應工具供應的反應氣體RG向下分配到第三氣體分配區域120c上的氣體分配空間212。因此，反應氣體RG被分配到依照基板支架120之旋轉而移動的基板W上，以及通過第二反應氣體分配模組142c的下側即第三氣體分配區域120c。
在腔室蓋130的第四模組接收器130d中提供表面處理氣體分配器144，其中表面處理氣體分配器144在空間上與製程氣體分配器142分隔。表面處理氣體分配器144將外部表面處理氣體供應工具(圖中未表示)供應的表面處理氣體TG局部向下分配到基板支架120上。為此，表面處理氣體分配器144包含一個表面處理氣體分配模組144a。
表面處理氣體分配模組144a被插入腔室蓋130之第四模組接收器130d內，且與上述來源氣體分配模組142a以及上述第一反應氣體分配模組142b及第二反應氣體分配模組142c在空間上分隔，其中表面處理氣體分配模組144a與第一反應氣體分配模組142b相對腔室蓋130之中央點對稱。表面處理氣體分配模組144a將表面處理氣體供應工具所供應的表面處理氣體TG向下分配到基板支架120上局部定義的第四氣體分配區域120d上。這種情況下，第四模組接收器130d與基板支架120之間的製程空間定義第四氣體分配區域120d，其中第四氣體分配區域120d在空間上與第一、第二及第三氣體分配區域120a、120b及120c分隔。
如第4圖所示，表面處理氣體分配模組144a包含外罩210與供氣孔220。此結構與上述來源氣體分配模組142a的結構相同，由此省略相同結構的詳細描述。透過供氣孔220，表面處理氣體分配模組144a將 外部表面處理氣體供應工具所供應的表面處理氣體TG向下分配到第四氣體分配區域120d上的氣體分配空間212。因此，表面處理氣體TG被分配到透過基板支架120之旋轉而移動的基板W上，以及通過表面處理氣體分配模組144a之下側即第四氣體分配區域120d。
以下將描述採用以上本發明實施例之基板處理設備之基板處理方法。
首先，複數塊基板W依照固定間隔被載入，以及被放置於基板支架120上。
然後，其上被載入及放置複數塊基板W之基板支架120向預定方向旋轉(例如，反時針方向)。
此後，來源氣體SG、反應氣體RG與表面處理氣體TG透過使用製程氣體分配器142與表面處理氣體分配器144在空間上被分隔，然後向下被分配到各個第一至第四氣體分配區域120a、120b、120c及120d上。這種情況下，透過上述來源氣體分配模組142a，來源氣體SG向下被分配到第一氣體分配區域120a上；透過上述第一與第二反應氣體分配模組142b與142c，反應氣體RG向下分配到第二與第三氣體分配區域120b與120c上；以及透過上述表面處理氣體分配模組144a，表面處理氣體TG向下分配到第四氣體分配區域120d上。依照基板支架120之旋轉速度與基板W之移動，同時分配或者順序地分配來源氣體SG、反應氣體RG與表面處理氣體TG。
複數塊基板W依照基板支架120之旋轉通過第一至第三氣體分配區域120a、120b及120c，複數塊基板W被暴露給被分配到第一至 第三氣體分配區域120a、120b及120c的來源氣體SG與反應氣體RG，由此預定的薄膜透過來源氣體SG與反應氣體RG之間的相互作用被沈積到每一基板W上。此外，其上沈積有預定薄膜的基板W依照基板支架120的旋轉通過第四氣體分配區域120d，其上沈積有預定薄膜的基板W被暴露給被分配到第四氣體分配區域120d的表面處理氣體TG。這種情況下，表面處理氣體TG能夠在基板W上沈積的薄膜上完成表面處理，從而從基板W上沈積的薄膜的表面與內部移除雜質。
例如，如果氮化鈦(TiN)薄膜被沈積於基板W上，上述來源氣體分配模組142a分配包含四氯化鈦(TiCl4)氣體的來源氣體SG，第一與第二反應氣體分配模組142b與142c之每一個分配包含氨(NH3)氣之反應氣體RG，表面處理氣體分配模組144a分配包含氫氣與氮氣之混合氣體之表面處理氣體TG。因此，藉由包含四氯化鈦(TiCl4)氣體的來源氣體SG與包含氨(NH3)氣之反應氣體RG之間的相互作用，氮化鈦(TiN)薄膜被沈積於基板W上。此外，與基板W上沈積的氮化鈦(TiN)薄膜之表面與內部中存在的雜質對應的氯元素，與包含包含氫氣與氮氣之混合氣體之表面處理氣體TG組合，從而透過氯元素與表面處理氣體TG的組合產生氯化氫(HCl)氣體與氮氣，就是說，從氮化鈦(TiN)薄膜之表面與內部移除氯元素。
第5圖為本發明第一實施例之基板處理方法之另一修正實施例，解釋針對第3圖之基板支架120之12點鐘方向放置的基板W的薄膜沈積製程與表面處理製程。
在製程空間中，在基板支架120之一次旋轉的一個週期期間，順序地執行基板W的薄膜沈積製程與表面處理製程。
詳細地，依照基板支架120之一次旋轉，基板W連續地通過基板支架120上定義的第一至第八區塊(P1至P8)。因此，來源氣體SG、反應氣體RG與表面處理氣體TG順序地到達基板W。就是說，對於一個週期之第二區塊P2，被分配到第一氣體分配區域120a的來源氣體SG到達基板W，對於一個週期之第四區塊P4與第六區塊P6，被分配到第二與第三氣體分配區域120b與120c之反應氣體RG達到基板W，以及對於一個週期之第八區塊P8，被分配到表面處理氣體分配區域120d的表面處理氣體TG到達基板W。
因此，當基板W依照基板支架120的旋轉通過一個週期的第六區塊P6時，透過反應氣體RG與來源氣體SG之間的相互作用，預定的薄膜基於原子層沈積製程被沈積到基板W上。此外，當基板W依照基板支架120之旋轉通過第八區塊P8時，透過使用被分配到第四氣體分配區域120d之表面處理氣體TG之表面處理製程，基板W上沈積的薄膜的表面與內部中包含的雜質從中被移除。
上述基板處理方法中，一個週期同時分配來源氣體SG、反應氣體RG與表面處理氣體TG，但是並非限制於這種方法。例如，每一週期順序地分配來源氣體SG、反應氣體RG與表面處理氣體TG。就是說，第一週期僅僅分配來源氣體SG以後，第二週期僅僅分配反應氣體RG，然後第三週期僅僅分配表面處理氣體TG。
如上所述，本發明第一實施例之基板處理設備與基板處理方法順序地或重複地在製程空間內部完成在基板W上沈積薄膜的薄膜沈積製程，以及從基板W上沈積的薄膜上移除雜質的表面處理製程，由此可提 高基板W上沈積的薄膜的品質，還方便透過原子層方法之薄膜沈積製程控制薄膜的品質。特別地，在基板W上沈積薄膜以後，在短時間週期內進行表面處理製程，由此表面處理氣體TG滲透到薄膜內部深處內，從而提高表面處理效率，以及透過降低相同厚度的電阻率與表面粗糙度提高薄膜的品質。
第6圖為本發明第二實施例之基板處理設備之透視圖。第7圖為第6圖所示氣體分配器之排列結構之概念示意圖。
請參考第6圖與第7圖，本發明第二實施例之基板處理設備包含製程腔室110、基板支架120、腔室蓋130以及氣體分配器140。除氣體分配器140以外，本發明第二實施例之基板處理設備與本發明第一實施例之基板處理設備結構相同，由此省略相同結構之詳細描述。
氣體分配器140包含製程氣體分配器142、表面處理氣體分配器144以及沖洗氣體分配模組146。
製程氣體分配器142與表面處理氣體分配器144與本發明第一實施例之基板處理設備之情況相同，由此，省略製程氣體分配器142與表面處理氣體分配器144之詳細描述。
腔室蓋130中提供沖洗氣體分配模組146，其中沖洗氣體分配模組146與沖洗氣體分配區域120e重疊，其中沖洗氣體分配區域120e係定義於第一至第四氣體分配區域120a、120b、120c以及120d之每一個兩兩之間。因此，沖洗氣體分配模組146被放置於製程氣體分配器142與表面處理氣體分配器144之間，就是說位於上述來源氣體分配模組142a、上述第一與第二反應氣體分配模組142b與142c以及上述表面處理氣體分配 模組144a之每一個兩兩之間。
依照製程氣體分配器142與表面處理氣體分配器144之排列結構，沖洗氣體分配模組146形成為「+」、「×」或「*」形狀，沖洗氣體分配模組146被插入腔室蓋130中形成的沖洗氣體分配模組接收器130e內。沖洗氣體分配模組146將外部沖洗氣體供應工具(圖中未表示)供應的沖洗氣體分別向下分配到複數個沖洗氣體分配區域120e。
沖洗氣體將未沈積到基板W上的來源氣體SG與/或殘留的未與來源氣體SG反應的反應氣體RG清洗。此外，第一至第四氣體分配區域120a、120b、120c以及120d之每一個兩兩之間分配的沖洗氣體形成一個空氣迴路(air circuit)，能夠在空間上分隔被分配到第一至第四氣體分配區域120a、120b、120c以及120d之每一個的氣體。為此，沖洗氣體由惰性氣體形成。
除沖洗氣體被額外分配到第一至第四氣體分配區域120a、120b、120c以及120d之每一個兩兩之間定義的沖洗氣體分配區域120e以外，使用本發明第二實施例之基板處理設備之基板處理方法與以上使用本發明第一實施例之基板處理設備之基板處理方法相同。本發明第二實施例之基板處理方法中，透過使用沖洗氣體清洗未沈積到基板W上的來源氣體SG與/或殘留的未與來源氣體SG反應的反應氣體RG，可提高基板W上沈積的薄膜的品質。
第8圖表示本發明第二實施例之基板處理方法之另一修正實施例，解釋第7圖之基板支架120之12點鐘方向放置的基板W之薄膜沈積製程與表面處理製程。
在製程空間中，在基板支架120之一次旋轉之一個週期期間，順序地執行基板W之薄膜沈積製程與表面處理製程。
詳細地，依照基板支架120之一次旋轉，基板W連續地通過基板支架120上定義的第一至第八區塊(P1至P8)。因此，沖洗氣體PG、來源氣體SG、沖洗氣體PG、反應氣體RG、沖洗氣體PG、反應氣體RG、沖洗氣體PG以及表面處理氣體TG順序地到達基板W。就是說，對於一個週期之第一、第三、第五以及第七區塊(P1、P3、P5、P7)，被分配到沖洗氣體分配區域120e之沖洗氣體PG到達基板W；對於一個週期之第二區塊(P2)，被分配到第一氣體分配區域120a之來源氣體SG到達基板W；對於一個週期之第四與第六區塊(P4、P6)，被分配到第二與第三氣體分配區域120b與120c之反應氣體RG到達基板W；以及對於一個週期之第八區塊(P8)，被分配到表面處理氣體分配區域120d之表面處理氣體TG到達基板W。
因此，依照基板支架120之旋轉，基板W通過一個週期之第一至第七區塊(P1至P7)，基於原子層沈積製程透過反應氣體RG與來源氣體SG之間的相互作用，預定的薄膜被沈積在基板W上。此外，對於一個週期之第三區塊(P3)，使用來源氣體SG在基板W之表面上沈積的來源材料的一部份，即未在基板W上沈積的來源材料透過使用沖洗氣體PG被移除；對於一個週期之第五與第七區塊(P5、P7)，殘留的未與來源氣體SG反應的反應氣體RG透過使用沖洗氣體PG被移除。此外，依照基板支架120之旋轉，當基板W通過一個週期之第八區塊(P8)時，使用被分配到第四氣體分配區域120d的表面處理氣體TG，基板W上沈積的薄膜的表面與 內部包含的雜質透過表面處理製程從中被移除。
上述基板處理方法中，一個週期同時分配來源氣體SG、反應氣體RG以及表面處理氣體TG，但是並非限制於這種方法。例如，當沒有停頓地連續分配沖洗氣體PG時，可每一週期順序地分配來源氣體SG、反應氣體RG以及表面處理氣體TG。例如，連續分配沖洗氣體PG的情況下，僅僅第一週期分配來源氣體SG，僅僅第二週期分配反應氣體RG，然後僅僅第三週期分配表面處理氣體TG。這種情況下，第一至第三週期之至少一個週期分配表面處理氣體TG。
如上所述，透過使用沖洗氣體，本發明第二實施例之基板處理設備與基板處理方法能夠沖洗氣體清洗未沈積到基板W上的來源氣體SG與/或殘留的未與來源氣體SG反應的反應氣體RG，從而提高基板W上沈積的薄膜的品質。
第9圖為本發明第一與第二實施例之基板處理設備中第一修正實施例之氣體分配模組之剖面示意圖，係透過在第4圖所示的氣體分配模組之氣體分配空間212中額外地形成氣體分配圖案組件230而獲得。以下僅僅詳細描述不同的結構。
氣體(SG、RG、TG)被供應至前述氣體分配空間212以及然後向下分配分配到基板支架120上，氣體分配圖案組件230增加了這些氣體之分配壓力。這種情況下，氣體分配圖案組件230與接地側壁210b之下表面組合以覆蓋氣體分配空間212之氣體分配埠，或者由沒有極性的絕緣材料的絕緣板(或者蓮蓬頭)形成，以及與接地側壁210b的下表面組合以而覆蓋氣體分配空間212之氣體分配部。因此，在接地板210a與氣體分配 圖案組件230之間準備氣體分配空間212，由此透過上述供氣孔220被供應至氣體分配空間212之氣體(SG、RG、TG)在氣體分配空間212中被擴散與緩衝。
氣體分配圖案組件230包含氣體分配圖案232，用於向基板W的方向向下分配被供應至氣體分配空間212之氣體(SG、RG、TG)。
氣體分配圖案232被形成以包含複數個孔洞(或者複數個狹縫)，複數個孔洞(或者複數個狹縫)依照固定間隔提供並且穿透氣體分配圖案組件230，其中氣體分配圖案232以預定壓力向下分配被供應至氣體分配空間212之氣體(SG、RG、TG)。這種情況下，每一孔洞的直徑與/或孔洞之間的間隔被判定為一個範圍，此範圍適合分配均勻數量的氣體到依照基板支架120之旋轉基於一個角度移動的基板W的整個表面上。例如，從基板支架120之中央鄰接的氣體分配模組內部向基板支架120之邊緣鄰接的氣體分配模組之外部，每一孔洞的直接逐漸增加。
上述氣體分配圖案組件230透過氣體分配圖案232向下分配氣體(SG、RG、TG)，透過具有孔洞之平板藉由延遲或充滿氣體(SG、RG、TG)之分配，減少氣體的使用，從而提高氣體的使用效率。
第10圖為本發明第一與第二實施例之基板處理設備中第二修正實施例之氣體分配模組之剖面示意圖，係透過在第4圖所示的氣體分配模組之氣體分配空間212中額外形成電漿電極250而獲得。以下，僅僅詳細描述不同的結構。
以上本發明之第一與第二實施例之基板處理設備以及第4圖之基板處理設備中，待被分配到基板W上的來源氣體SG、反應氣體RG 以及表面處理氣體TG未被活化。然而，依照待被沈積於基板W上的薄膜的種類，需要活化來源氣體SG、反應氣體RG以及表面處理氣體TG至少任意其中之一，以及將經活化的氣體分配到基板W上。因此，本發明第一與第二實施例之基板處理設備活化來源氣體SG、反應氣體RG以及表面處理氣體TG至少任意其中之一，以及將活化的氣體分配到基板W上。
本發明第二修正實施例中，來源氣體分配模組、第一與第二反應氣體分配模組142b與142c以及表面處理氣體分配模組144a之每一個包含電漿電極250，電漿電極250被插入氣體分配空間內。為此，外罩210之接地板210a具有一個與氣體分配空間212相通的絕緣組件插入孔222，以及絕緣組件240被插入絕緣組件插入孔222內。絕緣組件240具有一個與氣體分配空間212相通的電極插入孔242，以及電漿電極250被插入電極插入孔242內。
電漿電極250被插入氣體分配空間212內，以及與接地側壁210b平行排列。這種情況下，電漿電極250的下表面與接地側壁210b的下表面被放置於相同高度(HL)，或者從接地側壁210b的下表面突出。接地側壁210b用作接地電極，連同電漿電極250用於形成電漿。
依照電漿功率供應器260供應的電漿功率，電漿電極250利用被供應到氣體分配空間212的氣體(SG、RG、TG)形成電漿。這種情況下，依照電漿功率，藉由電漿電極250與接地電極之間形成的電場，電漿係形成於電漿電極250與接地電極之間。因此，被供應至氣體分配空間212的氣體(SG、RG、TG)被電漿活化，局部被分配於基板W上。為了避免基板W與/或基板W上沈積的薄膜被電漿損壞，電漿電極250與接地電極之 間的間隔(或間隙)小於電漿電極250與基板W之間的間隔。因此，電漿未形成於基板W與電漿電極250之間，以及電漿形成於平行排列並且還與基板W具有預定間隔的電漿電極250與接地電極之間，從而避免基板W與/或基板W上沈積的薄膜被電漿損壞。
電漿功率為高頻功率或射頻功率，例如低頻(LF)功率、中頻(MF)功率、高頻(HF)功率或者超高頻(VHF)功率。這種情況下，低頻(LF)功率為3kHz~300kHz之頻率，中頻(MF)功率為300kHz~3MHz之頻率，高頻(HF)功率為3MHz~30MHz之頻率，以及超高頻(VHF)功率為30MHz~300MHz之頻率。
用於連接電漿電極250與電漿功率供應器260之回饋電纜連接阻抗匹配電路(圖中未表示)。阻抗匹配電路將負載阻抗與電漿功率供應器260供應至電漿電極250之電漿功率之電源阻抗匹配。阻抗匹配電路包含至少兩個阻抗元件(圖中未表示)，其中阻抗元件係由可變電容器與可變電感器至少其一形成。
具有氣體分配模組的基板處理設備中，其中氣體分配模組包含電漿電極250，利用上述週期中使用的表面處理氣體的電漿，可提高薄膜的品質。
例如，如果上述週期中使用氧氣或二氧化氮之表面處理氣體，可利用氧電漿提高薄膜的品質。特別地，如果使用氧電漿，可增加薄膜的密度，透過降低氧空位(oxygen vacancy)提高薄膜的品質，以能夠移除氫或羥基(hydroxyl group；OH)，以及能夠形成氮氧化物(oxy-nitride)薄膜。
依照另一例子，如果在上述週期中使用氬(Ar)氣或氦(He)氣之表面處理氣體，在上述週期中同時執行表面處理製程與沖洗製程，由此依照氬(Ar)氣或氦(He)氣的電漿，透過沖洗功能增加薄膜的密度，因此當圖案化薄膜時，可降低薄膜的蝕刻率。
以上描述中，來源氣體分配模組142a、第一與第二反應氣體分配模組142b與142c以及表面處理氣體分配模組144a中的每一個包含電漿電極250，但是並非限制於此結構。依照基板W上待沈積之薄膜的種類，來源氣體與/或反應氣體可無須活化被分配在基板W上。這種情況下，來源氣體分配模組142a以及第一與第二反應氣體分配模組142b與142c至少任意其一中未形成電漿電極250，就是說，來源氣體分配模組142a以及第一與第二反應氣體分配模組142b與142c至少任意其一形成第4圖或第9圖之結構。
修正的第二實施例之氣體分配模組更包含第9圖之氣體分配圖案組件230。這種情況下，電漿電極250被提供在氣體分配空間212的內部，以及未與氣體分配圖案組件230接觸。
第11圖與第12圖表示本發明第一與第二實施例之基板處理設備中修正實施例之氣體分配器。
第3圖與第7圖所示的本發明第一與第二實施例之基板處理設備中，氣體分配器140包含一個來源氣體分配模組142a、兩個反應氣體分配模組142b與142c以及一個表面處理氣體分配模組144a。然而，來源氣體分配模組的個數、反應氣體分配模組的個數以及表面處理氣體分配模組的個數可根據薄膜的製程條件或者製程特性而變化。
請結合第2圖與第6圖來參考第11圖，本發明第一修正實施例之氣體分配器包含第一與第二來源氣體分配模組142a與142b、一個反應氣體分配模組142c以及一個表面處理氣體分配模組144a。這種情況下，第3圖之第一反應氣體分配模組142b被來源氣體分配模組代替。第一與第二來源氣體分配模組142a與142b、一個反應氣體分配模組142c以及一個表面處理氣體分配模組144a之每一個可形成第4圖、第9圖或第10圖所示之結構。以下，僅僅詳細描述不同的結構。
插入腔室蓋130之第一模組接收器130a之第一來源氣體分配模組142a將來源氣體SG分配到上述第一氣體分配區域120a。
插入腔室蓋130之第二模組接收器130b之第二來源氣體分配模組142b將來源氣體SG分配到上述第二氣體分配區域120b。
插入腔室蓋130之第三模組接收器130c之反應氣體分配模組142c將反應氣體RG分配到上述第三氣體分配區域120c。
插入腔室蓋130之第四模組接收器130d之表面處理氣體分配模組144a將表面處理氣體TG分配到上述第四氣體分配區域120d。
請結合第2圖與第6圖參考第12圖，本發明第二修正實施例之氣體分配器包含一個來源氣體分配模組142a、一個反應氣體分配模組142b以及第一與第二表面處理氣體分配模組144a與144b。這種情況下，第3圖之反應氣體分配模組142c被表面處理氣體分配模組代替。一個來源氣體分配模組142a、一個反應氣體分配模組142b以及第一與第二表面處理氣體分配模組144a與144b之每一個形成為第4圖、第9圖或第10圖所示之結構。以下，僅僅詳細描述不同的結構。
插入腔室蓋130之第一模組接收器130a之第一來源氣體分配模組142a將來源氣體SG分配到上述第一氣體分配區域120a。
插入腔室蓋130之第二模組接收器130b之反應氣體分配模組142b將反應氣體RG分配到上述第二氣體分配區域120b。
插入腔室蓋130之第三模組接收器130c之第一表面處理氣體分配模組144a將表面處理氣體TG分配到上述第三氣體分配區域120c。
插入腔室蓋130之第四模組接收器130d之第二表面處理氣體分配模組144b將表面處理氣體TG分配到上述第四氣體分配區域120d。
最終，本發明之氣體分配器包含來源氣體分配模組、反應氣體分配模組以及表面處理氣體分配模組。然而，來源氣體分配模組的個數、反應氣體分配模組的個數以及表面處理氣體分配模組的個數可根據薄膜的製程條件或者製程特性而變化。
第13圖表示本發明第三實施例之基板處理設備之氣體分配器。
上述第2圖至第12圖所示之基板處理設備之氣體分配器中，來源氣體SG與反應氣體RG中的每一個透過單獨的氣體分配模組被分配，從而在空間上分隔來源氣體SG與反應氣體，由此依照基板支架120的旋轉透過移動基板W執行原子層沈積製程。然而，依照基板支架120的旋轉，透過移動基板W，來源氣體SG與反應氣體RG可透過各個氣體分配模組同時分配到製程空間內部，由此薄膜係透過局部的化學氣相沈積製程被沈積在基板W上。此局部的化學氣相沈積製程能夠增加薄膜沈積速度，因此提高產量。
為此，本發明第三實施例之基板處理設備之氣體分配器140包含製程氣體分配器342與表面處理氣體分配器144，如第13圖所示。除製程氣體分配器342之結構以外，本發明第三實施例之氣體分配器140與本發明以上實施例之氣體分配器相同140。因此，僅僅詳細描述不同結構。
製程氣體分配器342包含第一至第三模組接收器130a、130b以及130c中分別提供的第一至第三製程氣體分配模組342a、342b以及342c。
第一至第三製程氣體分配模組342a、342b以及342c之每一個包含外罩410、分隔組件415以及第一與第二供氣孔420a與420b。
外罩410包含接地板410a與接地側壁410b。
接地板410a形成為平板，並且連接腔室蓋130之上表面。因為接地板410a電連接腔室蓋130，接地板410a透過腔室蓋130電接地。
具有預定高度的接地側壁410b從接地板410a的下邊緣垂直突出，從而準備第一與第二氣體分配空間412a與412b。接地側壁410b被插入腔室蓋130中準備的模組接收器130a、130b以及130c內。這種情況下，接地側壁410b的下表面被放置為與腔室蓋130之下表面相同的厚度，或未從腔室蓋130之下表面突出。
分隔組件415從接地板410a的下表面的中央部突出，從而在外罩410內部準備空間上彼此分離的第一與第二氣體分配空間412a與412b。因此，第一與第二氣體分配空間412a與412b每一個被接地側壁410b與分隔組件415圍繞，其中第一與第二氣體分配空間412a與412b在空間上彼此分隔。分隔組件415與外罩410形成為一體，或者透過腔室蓋130 藉由接地板410a電接地，由此分隔組件415用作接地電極。
垂直穿透接地板410a的第一供氣孔420a與第一氣體分配空間412a相通。這種情況下，沿接地板410a的長度方向依照固定間隔提供複數個第一供氣孔420a。第一供氣孔420a透過來源氣體供應管(圖中未表示)連接外部來源氣體供應工具，其中第一供氣孔420a將透過來源氣體供應管供應的來源氣體SG供應到第一氣體分配空間412a。因此，在第一氣體分配空間412a中擴散來源氣體SG，被擴散的來源氣體透過第一氣體分配空間412a向下被分配到上述氣體分配區域120a、120b與120c，由此來源氣體SG被分配到依照基板支架120之旋轉而移動的基板W上，以及通過製程氣體分配模組342a、342b以及342c之下側，即第一至第三氣體分配區域120a、120b與120c。
垂直穿透接地板410a的第二供氣孔420b與第二氣體分配空間412b相通。這種情況下，沿接地板410a的長度方向依照固定間隔提供複數個第二供氣孔420b。第二供氣孔420b透過反應氣體供應管(圖中未表示)連接一個外部反應氣體供應工具，其中第二供氣孔420b將透過反應氣體供應管供應的反應氣體RG供應到第二氣體分配空間412b。因此，在第二氣體分配空間412b內部擴散反應氣體RG，被擴散的反應氣體透過第二氣體分配空間412b向下分配到上述氣體分配區域120a、120b與120c，由此反應氣體RG被分配到依照基板支架120之旋轉而移動的基板W上，以及通過製程氣體分配模組342a、342b以及342c之下側，即第一至第三氣體分配區域120a、120b與120c。
透過空間上彼此分隔的第一與第二氣體分配空間412a與 412b，第一至第三製程氣體分配模組342a、342b以及342c同時分別分配來源氣體SG與反應氣體RG到第一至第三氣體分配區域120a、120b與120c，由此來源氣體SG與反應氣體RG同時到達基板W。因此，依照基板支架120的旋轉而移動的基板W通過製程氣體分配模組342a、342b以及342c之下側，即第一至第三氣體分配區域120a、120b與120c，這樣基板W同時被暴露給來源氣體SG與反應氣體RG，從而藉由來源氣體SG與反應氣體RG之間的相互作用，透過化學氣相沈積製程在基板W上沈積一預定薄膜。
基板W具有透過各個製程氣體分配模組342a、342b以及342c同時分配的來源氣體SG與反應氣體RG所沈積的薄膜，此基板W透過基板支架120之旋轉而移動，如第4圖、第9圖或第10所示，基板W通過上述表面處理氣體分配模組144a的下側，從而基板W被暴露給經活化或未經活化的表面處理氣體TG。因此，被分配到薄膜的表面處理氣體TG滲透到基板W上薄薄地沈積的薄膜內部以內，從而從薄膜的表面與內部移除雜質。這種情況下，表面處理氣體分配模組144a每一週期或者每複數個週期分配表面處理氣體TG到基板W。
其間，上述第一至第三製程氣體分配模組342a、342b以及342c的每一個更包含在外罩410之下表面中提供的氣體分配圖案組件(圖中未表示)，以覆蓋第一與第二氣體分配空間412a與412b之每一個的下側。這種情況下，氣體分配圖案組件(圖中未表示)與第9圖所示的氣體分配圖案組件230相同，由此省略氣體分配圖案組件(圖中未表示)之詳細解釋。
使用具有上述本發明第三實施例之氣體分配器140之基板處理設備之基板處理方法將詳細描述如下。
首先，依照固定間隔載入複數塊基板W，複數塊基板W被放置到基板支架120上。
然後，其上被載入且放置複數塊基板W之基板支架120向預定方向(例如，反時針方向)旋轉。
此後，來源氣體SG與反應氣體RG透過上述製程氣體分配器342向下分配到第一至第三氣體分配區域120a、120b與120c，以及局部被提供到這些區域。同時，表面處理氣體TG透過表面處理氣體分配器144向下被分配到第四氣體分配區域120d。這種情況下，透過第一至第三氣體分配模組342a、342b與342c之每一個的第一氣體分配空間412a，來源氣體SG向下分配到第一至第三氣體分配區域120a、120b與120c的每一個。透過第一至第三氣體分配模組342a、342b與342c之每一個的第二氣體分配空間412b，反應氣體RG向下分配到第一至第三氣體分配區域120a、120b與120c的每一個。
每一基板W依照基板支架120之旋轉通過第一至第三氣體分配區域120a、120b與120c，基板W被暴露給被分配到第一至第三氣體分配區域120a、120b與120c的來源氣體SG與反應氣體RG，由此透過來源氣體SG與反應氣體RG之間的相互反應，預定的薄膜透過化學氣相沈積製程被沈積在每一基板W上。此外，其上沈積有預定薄膜的基板W藉由基板支架120的旋轉通過第四氣體分配區域120d，基板W被暴露給被分配到第四氣體分配區域120d的表面處理氣體TG。這種情況下，表面處理氣體 TG為基板W上薄薄沈積的薄膜完成表面處理，從而從薄膜的表面與內部移除雜質。
使用本發明第三實施例之基板處理設備之基板處理方法中，薄膜透過化學氣相沈積製程在製程空間中被沈積於基板W上以後，在短時間內執行表面處理製程，這樣可提高薄膜的品質，也有助於薄膜的品質控制。尤其地，本發明第三實施例之基板處理設備與方法對於每一週期順序地完成化學氣相沈積製程與表面處理製程，或者每一週期完成化學氣相沈積製程以及每複數個週期完成表面處理製程。因此，與形成大塊薄膜以後完成表面處理的情況相比，本發明第三實施例之基板處理設備與方法實現了更好地提高化學氣相沈積薄膜的品質。
第13圖中，氣體分配器140包含三個製程氣體分配模組342a、342b與342c以及一個表面處理氣體分配模組144a，但是並非限制於此結構。例如，氣體分配器140包含兩個彼此鄰接的製程氣體分配模組，以及與製程氣體分配模組鄰接排列的兩個表面處理氣體分配模組。
此外，本發明第三實施例之基板處理設備之氣體分配器140更包含沖洗氣體分配模組(圖中未表示)，用於在第一至第四氣體分配區域120a、120b、120c與120d的每一個兩兩之間分配沖洗氣體。沖洗氣體分配模組與第6圖及第7圖所示的沖洗氣體分配模組146相同，由此沖洗氣體分配模組(圖中未表示)的詳細描述將由以上第6圖及第7圖所示的沖洗氣體分配模組146的解釋所代替。
第15圖為本發明第三實施例之基板處理設備中第一修正實施例之氣體分配模組之剖面示意圖，係透過在第14圖所示的製程氣體分配 模組之第二氣體分配空間412b中額外形成電漿電極450而獲得。以下僅僅詳細描述不同的結構。
以上本發明第三實施例之基板處理設備與第14圖之基板處理設備中，被分配到基板W上的反應氣體RG未被活化。然而，依照基板W上待沈積的薄膜的種類需要活化反應氣體RG，以及將經活化的反應氣體分配到基板W上。因此，本發明第三實施例之基板處理設備中，第一修正實施例之製程氣體分配模組活化反應氣體RG，以及將經活化的反應氣體分配到基板W上。
第一修正實施例之第一至第三製程氣體分配模組342a、342b與342c之每一個更包含電漿電極450，被插入第二氣體分配空間412b內。為此，外罩410的接地板410a具有絕緣組件插入孔422，絕緣組件插入孔422與第二氣體分配空間412b相通，絕緣組件440被插入絕緣組件插入孔422內。此外，絕緣組件440具有電極插入孔442，電極插入孔442與第二氣體分配空間412b相通，電漿電極450被插入電極插入孔442內。
電漿電極450被插入第二氣體分配空間412b內，以及與接地側壁410b平行排列。這種情況下，電漿電極450的下表面與接地側壁410b的下表面處於相同高度(HL)，或者從接地側壁410b的下表面突出。接地側壁410b與分隔組件415之每一個用作接地電極，連同電漿電極450用於形成電漿。
依照電漿功率供應器460供應的電漿功率，電漿電極450利用被供應到第二氣體分配空間412b的反應氣體RG形成電漿。這種情況下，藉由電漿電極450與接地電極之間形成的電場，依照電漿功率在電漿 電極450與接地電極之間形成電漿。因此，被供應至第二氣體分配空間412b的反應氣體RG被電漿活化，以及局部被分配到基板W上。
第16圖為本發明第三實施例之基板處理設備中依照第二修正實施例之氣體分配模組之剖面示意圖，係透過在第15圖所示的氣體分配模組之第一氣體分配空間412a中額外形成氣體分配圖案組件430而獲得。以下，僅僅詳細描述不同的結構。
上述第一至第三製程氣體分配模組342a、342b與342c之每一個中第一與第二氣體分配空間412a與412b在空間上係利用分隔組件415被分隔。然而，被分配到第二氣體分配空間412b的經活化的反應氣體RG可擴散、回流以及滲透到第一氣體分配空間412a內，其中第一氣體分配空間412a係鄰接第二氣體分配空間412b被放置。這種情況下，來源氣體SG與第一氣體分配空間412a內部經過活化的反應氣體RG反應，由此薄膜則反常地沈積於第一氣體分配空間412a的內部牆壁上，或者形成反常的薄膜粉末，因此粉末顆粒掉落到基板W上。
在外罩410的下側處提供氣體分配圖案組件430，從而覆蓋第一氣體分配空間412a的下側。氣體分配圖案組件430增加了被供應到第一氣體分配空間412a以及向下分配到基板W上的來源氣體SG的分配壓力，從而避免經活化的反應氣體RG被擴散、回流以及滲透到第一氣體分配空間412a內，其中經活化的反應氣體RG被分配到第二氣體分配空間412b以及接近第一氣體分配空間412a被放置，分隔組件415被放置於第一氣體分配空間412a與第二氣體分配空間412b之間。氣體分配圖案組件430與第9圖所示的氣體分配圖案組件230在結構上相同，由此將省略氣體分配 圖案組件430之詳細解釋。
其間，上述氣體分配圖案組件430可被額外提供於外罩410的下側，從而覆蓋第二氣體分配空間412b的下側，由此第二氣體分配空間412b中被活化的反應氣體RG依照預定壓力被向下分配。
本發明第三實施例之基板處理設備中，具有本發明第二修正實施例之製程氣體分配模組，被供應到第一氣體分配空間412a的來源氣體SG依照預定壓力利用氣體分配圖案組件430向下分配，這樣可避免透過第二氣體分配空間412b分配的經活化的反應氣體RG在第一氣體分配空間412a的內部側壁上沈積異常的薄膜。
第17圖為本發明第三實施例之基板處理設備中第三修正實施例之製程氣體分配模組之剖面示意圖，係透過在第16圖所示的製程氣體分配模組之第一氣體分配空間412a中額外形成電漿電極450'而獲得。以下將僅僅詳細描述不同的結構。
以上本發明第三實施例之基板處理設備以及第16圖所示的基板處理設備中，被分配到基板W上的來源氣體SG未被活化。然而，需要依照基板W上待沈積的薄膜的種類活化來源氣體SG，以及將活化的來源氣體分配到基板W上。因此，本發明第三實施例之基板處理設備中第三修正實施例之製程氣體分配模組活化來源氣體SG，以及將活化的來源氣體分配到基板W上。
本發明第三修正實施例之第一至第三製程氣體分配模組342a、342b與342c之每一個更包含電漿電極450'，被插入第一氣體分配空間412a內。為此，外罩410之接地板410a具有絕緣組件插入孔422'，絕緣 組件插入孔422'與第一氣體分配空間412a相通，絕緣組件440'被插入絕緣組件插入孔422'內。此外，絕緣組件440'具有與第一氣體分配空間412a相通的電極插入孔442'，以及電漿電漿450'被插入電極插入孔442'內。
電漿電漿450'被插入第一氣體分配空間412a內，並且與接地側壁410b平行排列。這種情況下，電漿電漿450'的下表面被提供與氣體分配圖案組件430的上表面之預定間隔處，並且被插入電極插入孔442'內，由此電漿電漿450'的下表面被放置於第一氣體分配空間412a中。
利用被供應至第一氣體分配空間412a的來源氣體SG，依照電漿功率供應器460'供應的電漿功率，電漿電漿450'形成電漿。這種情況下，藉由電漿電漿450'與接地電極之間形成的電場，依照電漿功率，電漿係形成於電漿電漿450'與接地電極之間。因此，被供應至第一氣體分配空間412a的來源氣體SG藉由電漿被活化，以及局部被分配到基板W上。
第一氣體分配空間412a中排列的電漿電極450'與第二氣體分配空間412b中分配的電漿電極450被供應來自一個電漿功率供應器或不同電漿功率供應器460與460'的相同電漿功率或不同電漿功率。
以上本發明實施例之基板處理設備與方法中，氣體分配器包含四個氣體分配模組，用於分配來源氣體SG、反應氣體RG與表面處理氣體TG，但是並非限制於此結構。例如，氣體分配器可包含三個或更多的氣體分配模組，用以單獨地分配來源氣體SG、反應氣體RG與表面處理氣體TG，或者包含用以分配來源氣體SG與反應氣體RG的兩個或多個製程氣體分配模組，以及用以分配表面處理氣體TG的一或多個表面處理氣體分配模組。
第18圖為本發明第四實施例之基板處理設備中氣體分配器之排列結構之概念示意圖，係透過修正第6圖與第7圖所示的沖洗氣體分配模組之結構而獲得。以下，僅僅詳細描述不同的結構。
以上第6圖至第17圖所示的本發明實施例中，未經活化的沖洗氣體被分配到第一至第四氣體分配區域120a、120b、120c以及120d之每一個兩兩之間定義的沖洗氣體分配區域。然而，沖洗氣體可利用電漿被活化，經活化的沖洗氣體被分配到沖洗氣體分配區域(請參考第6圖之「120e」)。
詳細地，本發明第四實施例之基板處理設備之沖洗氣體分配模組146包含用作接地電極之外罩210以及被插入外罩210內部的電漿電極250，與第10圖所示之氣體分配模組之結構相同，由此省略相同結構之詳細解釋。
因此，本發明第四實施例之基板處理設備與方法在沖洗氣體分配模組146中形成電漿，以及將電漿活化的沖洗氣體分配到基板W上，這樣利用經活化的沖洗氣體可同時完成沖洗製程與表面處理製程，從而增加基板W上沈積的薄膜的密度。尤其地，如果使用氬氣或氦氣之沖洗氣體，本發明第四實施例之基板處理設備與方法增加了基板W上沈積的薄膜的密度，因此當圖案化薄膜時，降低了薄膜的蝕刻率。
利用沖洗氣體分配模組146透過分配經活化的沖洗氣體，本發明第四實施例之基板處理設備同時沖洗製程與表面處理製程，由此沖洗氣體分配模組146分配的經活化的沖洗氣體用作經活化的表面處理氣體，被分配到基板W上。因此，沖洗氣體分配模組146用作以上的表面處 理氣體分配模組144a，就是說表面處理氣體分配模組144a被沖洗氣體分配模組146代替，這樣可省略以上的表面處理氣體分配模組144a。
第19圖為圖形，用於比較依照本發明之基板處理設備所形成的薄膜厚度之電阻率與依照習知技術之化學氣相沈積製程與原子層沈積製程所形成的薄膜厚度之電阻率。
如第19圖所示，在薄膜的相同厚度處所測量的電阻率的條件下，藉由本發明基板處理設備與方法在基板W上沈積的薄膜的電阻率低於藉由習知技術之化學氣相沈積製程與原子層沈積製程所沈積的薄膜的電阻率。
第20圖為圖形，用於比較依照本發明之基板處理方法形成的薄膜厚度之表面粗糙度與依照習知技術之基板處理方法形成的薄膜厚度之表面粗糙度。
如第20圖所示，藉由本發明之基板處理設備與方法在基板W上沈積的薄膜的表面粗糙度相對小於藉由習知技術之基板處理設備與方法在基板W上沈積的薄膜的表面粗糙度。
依照本發明之基板處理設備與方法，在製程腔室之製程空間內部順序地或循環地完成薄膜沈積製程與從基板W上沈積的薄膜中移除雜質之表面處理製程，從而提高基板W上沈積的薄膜的品質與密度。
尤其地，在基板W上沈積薄膜以後，短時間完成表面處理製程，這樣表面處理氣體TG滲透進入薄膜的內部深處，從而提高表面處理效率。
雖然本發明的實施例揭露如上所述，然並非用以限定本發 明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，舉凡依本發明申請範圍所述的形狀、構造、特徵及數量當可做些許的變更，因此本發明的專利保護範圍須視本說明書所附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (11)

  1. 一種基板處理設備，包含：一製程腔室，用以提供一製程空間；一基板支架，用以支撐複數塊基板至少其一，以及沿一預定方向移動被支撐的基板，其中該基板支架係提供於該製程腔室內部；一腔室蓋，面對該基板支架，該腔室蓋用以覆蓋該製程腔室之一上側；以及一氣體分配器，在空間上分隔用以在該基板上沈積一薄膜之一製程氣體與用以完成該薄膜之表面處理之一表面處理氣體，以及將該製程氣體與該表面處理氣體局部分配到該基板支架上，其中面對該基板支架的該氣體分配器係提供於該腔室蓋中，其中該氣體分配器包含：一製程氣體分配器，面對該基板支架以及局部分配該製程氣體於該基板支架上，其中該製程氣體分配器係提供於該腔室蓋中；以及一表面處理氣體分配器，包含至少一個表面處理氣體分配模組以局部分配該表面處理氣體於該基板支架上，其中該表面處理氣體分配模組在空間上與該製程氣體分配器分隔並且係被提供於該腔室蓋中，其中該製程氣體分配器包含複數個製程氣體分配模組，係依照固定間隔提供於該腔室蓋內部以及在空間上與該表面處理氣體分配模組分隔，其中該些製程氣體分配模組包含空間上彼此分隔的第一氣體分配空間與第二氣體分配空間，以及其中該製程氣體包含一來源氣體與一反應氣體以形成該薄膜，該來源氣體係透過該第一氣體分配空間被分配，以及該反應氣體係透過該第二氣體分配空間被分配，其中該些製程氣體分配模組之每一個更包含一氣體分配圖案組件，係提供於該第一氣體分配空間與該第二氣體分配空間之至少任意其一中，用以增加氣體之分配壓力。
  2. 如請求項1所述之基板處理設備，其中相對於該基板支架之一次旋轉之一個週期，該氣體分配器每一週期或每複數個週期局部分配該表面處理氣體於該基板支架上。
  3. 如請求項1所述之基板處理設備，其中該表面處理氣體分配模組在一接地電極與一電漿電極之間形成電漿，以及將電漿所活化的該表面處理氣體分配到該基板上，其中該接地電極與該電漿電極平行排列且被提供於距離該基板之一上表面之一預定間隔處。
  4. 如請求項1至3任意其一所述之基板處理設備，其中表面處理氣體係從氫氣、氮氣、混合氫氣與氮氣得到的氣體、氧氣(O2)、二氧化氮(NO2)氣體、氬(Ar)氣、氦(He)氣或者氨氣中選擇的任意一種。
  5. 如請求項3所述之基板處理設備，其中該製程氣體包含一來源氣體與一反應氣體以形成該薄膜，以及其中該製程氣體分配器包含：至少一個來源氣體分配模組，係被提供於該腔室蓋中，用以分配該來源氣體；以及至少一個反應氣體分配模組，係被提供於該腔室蓋中，在空間上與該來源氣體分配模組分隔，用以分配該反應氣體。
  6. 如請求項5所述之基板處理設備，其中該來源氣體分配模組與該反應氣體分配模組至少任意其一包含一接地電極與一電漿電極，該接地電極與該電漿電極平行排列且被提供於距離該基板之一上表面之一預定間隔處，該接地電極與該電漿電極之間的間隔小於該電漿電極與該基板之間的間隔。
  7. 如請求項5所述之基板處理設備，其中該氣體分配器更包含一沖洗氣體分配模組，用以於該基板支架上分配沖洗氣體，其中該沖洗氣體分配模組被提供於該腔室蓋中以及被排列於該來源氣體分配模組、該反應氣體分配模組與該表面處理氣體分配模組之每一個兩兩之間。
  8. 如請求項1所述之基板處理設備，其中該些製程氣體分配模組之每一個利用電漿將該來源氣體與該反應氣體之至少任意一種活化，以及分配經活化的氣體。
  9. 如請求項1所述之基板處理設備，其中該氣體分配器更包含一沖洗氣體分配模組，用以在該基板支架上分配一沖洗氣體，其中該沖洗氣體分配模組係提供於該腔室蓋中以及被排列於該些製程氣體分配模組與表面處理氣體分配模組之每一個兩兩之間。
  10. 如請求項1所述之基板處理設備，其中該製程氣體包含一來源氣體與一反應氣體以形成該薄膜，以及其中該氣體分配器包含一表面處理氣體分配模組，用以利用電漿將該表面處理氣體活化，以及將經活化的表面處理氣體分配到被分配該來源氣體與該反應氣體之每一區域兩兩之間放置的區域。
  11. 如請求項10所述之基板處理設備，其中該表面處理氣體為氬氣或氦氣。
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