原子层沉积装置及使用装置处理基板的方法与流程

本发明是关于原子层沉积(ALD)的领域，更具体说，是关于原子层沉积装置。

背景技术：

已知的原子层沉积装置，举例而言，来自WO2009/142487与WO2012/005577。WO2009/142487揭露一种原子层沉积装置，用于半导体基板的连续加工，其中基板由气体轴承支撑。揭露的装置包括加工隧道，加工隧道在纵向方向延伸且由至少两壁围成。壁相互平行且分离，使得可在壁之间平行容纳大体上平坦的基板。加工隧道的壁设置有多个气体注入通道以提供气体轴承，气体轴承可悬浮支撑在加工隧道中的基板。

在第一壁与第二壁至少一个中的气体注入通道被依次各别连接到第一前驱体气体源、冲净气体源、第二前驱体气体源以及净化气体源。在依序连接的气体注入通道产生原子层沉积区段，使用时，原子层沉积区段包括连续区域，连续区域分别包括：第一前驱体气体与冲净气体以及第二前驱体气体与冲净气体。至少两个此种通道区段被依次地设置在输送方向，如图1中所示。这些区段形成原子层沉积装置，用于依次地施加化学沉积的前驱体的反应产物的层。为了提供需连续加工的基板前向移动，装置设置有向下倾斜的加工隧道。向下的斜面利用重力以驱动悬浮支撑的基板通过连续的区段，在输送过程中，在输送方向经由加工隧道，使原子层被沉积在基板上。

这些基板在输送方向上的移动(向前)，尤其在较高速下，可能会导致用在第一前驱体区域的部分前驱体气体被压入或向前拖，因此穿越下游的冲净气体区域进入到第二前驱体区域，使来自两个区域的前驱气体混合。因为前驱体气体相互反应，此种混合导致在加工隧道中产生多余的化学气相沉积。举例而言，这可导致沉积过程中气体注入开口、侧向的气体排出开口以及加工隧道中的冲净气体区域等三者的阻塞。使得需要相对长的保养与清洁时间，以除去在加工隧道区段的沉积物。这接着又导致装置的工作时间的负面影响(显著的)，因此而降低产量。

前驱体气体的穿越有两个来源。首先，藉由移动的基板，设置在基板前方的区段的气体在输送方向上被移位。该位移使得由(第一)前驱体区域的气体经由冲净气体区域进入加工隧道中的邻近的、依次的(第二)前驱体气体区域。此种横越效应的例子如图2所示，图2显示水蒸气(H₂O)作为前驱体气体的示意图。水蒸气穿越氮气(N₂)的冲净气体区域(+1N₂、+2N₂、+3N₂)到三甲基铝(TMA)的前驱体气体区域。

其次，在加工隧道中的基板的存在，相较于加工隧道中的开放区域的基板之间，在基板上方与下方会产生高压区域。在基板的前方与后方，产生的压力梯度会引起气流从相对高压区域流到相对低压区域。因此，来自于基板的存在，可产生进入加工隧道相邻区段的气流。因此，高压与低压区域随着基板的移动而行进。所产生的气流，举例而言，由注入在第一前驱体气体注入区域的前驱体气体所组成，可以在压力梯度的影响下，穿越冲净气体区域进入到第二前驱体气体区域。其例子如图3所示。

由于上述原因造成的结果，是至少一部分的前驱体气体可以穿过冲净气体区域，以及随后与不同的第二前驱体气体在第二前驱体区域彼此混合。

技术实现要素：

因此，本发明的一个目标是提供一种原子层沉积装置，大体上能防止不同的前驱体气体彼此混合，同时仍允许基板有相对高的输送速度。为此，本发明提供一种原子层沉积装置，包括：

下壁，其包括多个气体注入开口；

上壁，平行于该下壁延伸，其包括多个气体注入开口；

第一侧壁与第二侧壁，大体上相对于该下壁垂直延伸；以及

多个气体排出开口；

其中，该下壁、该上壁、该第一侧壁以及该第二侧壁组合成一加工隧道，该加工隧道具有在输送方向延伸的长度，并具有横向于该输送方向延伸的宽度，且该加工隧道定义位于该第一侧壁与该第二侧壁中间的垂直中间平面；

该装置还包括：

第一前驱体气体源，连接到多个气体注入开口的一系列的气体注入开口，以便产生第一前驱体气体注入区域，其大体上延伸覆盖该加工隧道的整个该宽度，且在空间中沿着该加工隧道的该输送方向排列；

冲净气体源，连接到多个气体注入开口的一系列的气体注入开口，以便产生冲净气体注入区域，该冲净气体注入区域大体上延伸覆盖该加工隧道的整个该宽度，并且在空间中沿该加工隧道的该输送方向排列；

第二前驱体气体源，连接到多个气体注入开口的一系列的气体注入开口，以便产生第二前驱体气体注入区域，该第二前驱体气体注入区域延伸覆盖大体上该加工隧道的整个该宽度，且在空间中沿着该加工隧道的该输送方向排列；

其中，该第一前驱体气体源、该冲净气体源以及该第二前驱体气体源到各自的气体注入开口的连接，使得多个连续加工区段沿着该输送方向在该加工隧道内被产生，其中，每个加工区段包括依次的第一前驱体气体注入区域、冲净气体区域、第二前驱体气体注入区域以及冲净气体区域；

该装置还包括：

其中，

在该下壁与该上壁的气体注入开口的分布；以及

待加工的基板的厚度以及该下壁与该上壁之间的距离，两者之间的比例；以及

通过气体注入开口的气体供应；以及

通过气体排出开口的气体排出，使用时，是这样的：

气体轴承形成在基板的上方与下方，该基板存在于该加工隧道内；以及

在每个第一前驱体气体区域内，每个冲净气体区域与每个第二前驱体气体区域，存在两个相反的横向气流，其大体上垂直于该输送方向，且从该加工隧道的该垂直中间平面各自流向该第一侧壁与该第二侧壁的方向；

其特征在于

第二冲净气体源，其压力比该第一冲净气体源更高；

第一系列的高压气体注入开口46，位于该上壁与该下壁中的至少一个，其中该第一系列的高压气体注入开口定位于每个冲净气体区域内，且该第一系列的高压气体注入开口大体上覆盖该加工隧道的整个该宽度，并连接到该第二冲净气体源；以及

其中，气体排出开口包括第一系列的气体排出开口，该第一系列的气体排出开口设置在该上壁与该下壁中的至少一个，且大体上分布覆盖该加工隧道的整个该宽度并连接到气体排出通道；

其中，该第一系列的高压气体注入开口与该第一系列的气体排出开口被定位，使得它们一起产生在每个冲净气体区域内的第一高压/吸入区域，其中，每个第一高压/吸入区域大体上延伸覆盖该加工隧道的整个该宽度；以及

其中连接到该第二冲净气体源的该气体注入开口的分布、在每个第一高压/吸入区域内的该第一系列的气体排出开口的气体排出开口的分布，以及该第二冲净气体源的压力与在气体排出开口的压力，是这样的，在每个第一高压/吸入区域内的平均压力和参考压力的偏差值小于30％，优选小于10％，又优选小于5％，该参考压力为基板不存在时，在该第一前驱体气体区域、该第二前驱体气体区域以及该冲净气体区域内的该平均压力所定义。

根据本发明的原子层装置的一个优点，是在每一个冲净气体区域中的高压/吸入区域大体可上防止前驱体气体在任一方向穿过冲净气体区域。因此，大体上可防止来自两个前驱体气体区域的前驱体气体的混合，以及防止在该加工隧道内的所得不必要的化学气相沉积。

在每个冲净气体区域的高压/吸入区域，由该第一系列的高压气体注入开口与该第一系列的气体排出开口的定位所形成，可大体阻绝前驱体气体在该输送方向流过该冲净气体区域。阻绝效果主要由相对高压引起，相对高压来自于气体经由高压气体注入开口被注入到高压/吸入区域。取代穿越该冲净气体区域，前驱体气体的流动横向于第一系列的气体排出开口的排出开口。因此，在第一前驱体气体进入第二前驱体气体区域之前，来自该第一前驱体气体区域中的前驱体气体流将大体上经由排出开口由该加工隧道中移除。

仿真显示根据本发明的原子层沉积装置，前驱体气体的量，举例而言，其可以被表示成前驱体气体的质量分数，穿越冲净气体区域进入到相邻的前驱体气体区域，与现有技术中的装置相比，减少了因子100。

此外，减少的效果，也可以在该加工隧道中的基板的相对高速(即>0.1米/秒)观察到。这允许基板具有相对高的加工速度，同时还可防止前驱体气体的混合。

因为在每个高压力/吸入区域内的该平均压力与参考压力的偏差小于30％，优选小于10％，又优选小于5％，该参考压力为不存在基板时，由第一前驱体气体区域、第二前驱体气体区域以及冲净气体区域内的平均压力所定义，该基板在该输送方向上的前向运动是没有，或几乎没有被高压/吸入区域的存在而影响。在只由高压气体注入开口所组成的高压/吸入区域的状况中，该区域会削弱基板在该输送方向运动。因此，第一系列的高压气体注入开口与在高压/吸入区域的第一系列的气体排出开口的定位，可以是这样，沿着横向于该输送方向，高压与低压的交替图案被产生。

本发明另外有关于一种基板加工装置，其可以是，但不必是一个原子层沉积装置。

为此目的，本发明提供一种基板加工装置，包括：

下壁，其包括多个气体注入开口；

上壁，平行于该下壁延伸，该上壁包括多个气体注入开口；

第一侧壁与第二侧壁，大体上相对于该下壁垂直延伸；

其中，该下壁、该上壁、该第一侧壁以及该第二侧壁组合成一加工隧道，该加工隧道具有在一输送方向延伸的长度，并具有横向于该输送之输送方向延伸的宽度，且定义纵轴，该纵轴在垂直中间平面延伸，该垂直中间平面定位于该复数侧壁中间，且该纵轴在水平中间平面延伸，该水平中间平面定位于该下壁与该上壁中间；

该装置还包括：

连接到气体注入开口的气体源；

被排列在该下壁与该上壁的多个气体排出开口；

排出通道，其与气体排出开口流体连通；

其中

在该下壁与该上壁的气体注入开口的分布，

在该下壁与/或该上壁的气体排出开口的分布，

在待加工的基板的厚度以及下壁与上壁之间的距离，两者之间的比例，

通过气体注入开口的气体供应，以及

通过排出开口的排出气体，

是这样的，使用时，气体轴承形成在基板的上方与下方，该基板存在于该加工隧道内；以及

其中，在上壁与/或下壁中，所述多个气体注入开口包括气体注入开口的子集，其中，每个子集被定位于一直线，该直线具有的长度与厚度，其中，该直线沿一方向延伸，该方向包括与该输送方向呈一角度α，该角度α介于0°和90°之间，其中，气体排出开口包括气体排出开口的子集，其中，对气体注入开口的每个子集，具有相关联的气体排出开口的子集，其中，气体排出开口的该子集被定位于该直线上，相关联的气体注入开口的该子集的气体注入开口被定位于该直线上，并且其中该气体排出开口间歇地定位于气体注入开口之间，使得，使用时，从气体注入开口流向该相同子集的相邻的该气体排出开口的气体，在该基板上施加拖力，使得导致该基板的向前移动与/或旋转运动。

根据此方面的装置具有一个优点，是提供了一个简单的装置，当基板被加工时，用于在输送方向输送基板与/或旋转基板。气体注入开口的子集与相关联的气体排出开口的子集，被定位于一线SL上，其可以提供容纳在该加工隧道内的基板前向运动。

藉由提供气体注入开口的子集与气体排出开口在一直线，该直线包括与该输送方向呈角度α，角度α在0°至90°之间，注入气体的流位于垂直于该输送方向有横向分量，以及在该输送方向与/或相反于该输送方向有分量。结果是，在该输送方向与/或相反于该输送方向的拖力被施加在基板上，提供基板一前向/后向运动与/或旋转运动。线可具有一定厚度，以便气体注入开口的中心与气体排出开口的中心并不都须是恰好位于数学线。线的厚度可在数厘米的范围内，例如0至4厘米，因此，气体注入开口与气体排出开口的中心可以位于相对于彼此稍为错位，只要它们被定位于该线SL的厚度内。提供给基板的移动速度，取决于角度α、取决于用以通过气体注入开口的子集的注入气体的注入压力、取决于在气体排出开口的压力以及取决于基板的特征以及其他因素。如此一来，根据本发明的装置可用于输送与/或旋转基板，以不存在先前技术中的方式。

此外，根据本发明的装置的优点，是具有多种不同形状的基板可以在装置中被加工。这不仅与基板的几何形状有关，也与基板的厚度有关。由本发明所提供的驱动作用，可用于各种几何形状的基板，其中，驱动系统可适于特定的几何形状。举例而言，适应性可与每个子集被定位的直线的角度有关，但也可与在在线的气体注入开口与气体排出开口的间隙有关，以及与每条线的长度有关。除此特征外，本发明也可用于处理各种厚度的基板。

本发明还提供一种将层沉积到基板(S)上的方法，该方法包括：

提供根据权利要求1-10和15任一项所述的原子层沉积装置；

提供至少一基板；

通过该气体注入开口在该加工隧道中注入气体；

在该加工隧道引入至少一个该基板，其中，气体轴承形成在该基板的上方与下方；

对该基板的至少一表面施加以原子层处理，藉由：

注入该第一前驱体气体到该第一前驱体气体区域，以在该基板上沉积第一层，

注入该第二前驱体气体到该第二前驱体气体区域，以在该基板上沉积第二层，

使用一系列的高压气体注入开口注入冲净气体到每个冲净气体区域，同时通过该第一系列的气体排出开口由该加工隧道排出气体，形成第一高压/吸入区域，该第一高压/吸入区域大体上延伸覆该加工隧道的整个宽度，该第一高压/吸入区域大体上防止该第一前驱体气体从该第一前驱体气体区域穿过相邻的该冲净气体气区域进入到该第二前驱体气体区域，并同时防止该第二前驱体气体从该第二前驱体气体区域，穿过该冲净气体区域进入到该第一前驱体气体区域，以及

控制以下的压力：

该第一前驱体气体源，

该冲净气体源，

该第二前驱体气体源，以及

该第二冲净气体源；以及

控制在气体排出开口的压力，使得在该第一高压/吸入区域内的平均压力与参考压力的偏差小于30％，优选小于10％，又优选小于5％，该参考压力定义为当基板不存在时，在该第一前驱体气体区域、该第二前驱体气体区域以及该冲净气体区域内的平均压力。

根据本发明的方法提供了在各种前驱体气体区域之间的前驱体气体的改良式分离。改良式分离是由提供高压/吸入区域所达成，其大体上防止第一前驱体气体从第一前驱体气体区域穿越相邻的冲净气体区域进入第二前驱体气体区域，同时防止第二前驱体气体从第二前驱体气体区域穿越冲净气体区域进入第一前驱体气体区域。

本发明还包括用于在基板加工装置中加工基板的方法，该方法包括：

提供根据权利要求11-15任一项所述的基板加工装置；

提供至少一基板；

通过气体注入开口，在该加工隧道中注入气体；

在该加工隧道中引入至少一基板，其中，气体轴承成形在该基板的上方与下方；

通过气体注入开口的子集，在该加工隧道中注入气体，且同时由相关联的气体排出开口的子集排出气体，以在该输送方向输送基板与/或旋转基板。

根据本发明的方法提供了一种改良的替代方法，用于在加工隧道内输送与/或旋转基板。本方法的一个优点，可以是基板在该输送方向经由该加工隧道可被推向前，同时具有旋转，以提供更均匀的表面加工或基板表面的加工。

在从属项中主张的各种具体实施方式，会参照图式中的一些例子更进一步说明。实施例可组合或彼此各自应用。

附图简述

图1是根据现有技术的原子层沉积装置的垂直剖面图。

图2显示前驱体气体流动的俯视示意图，前驱体气体被向前移动的基板推入输送方向，该基板存在于根据现有技术的装置中。

图3显示出高压与低压区域的俯视示意图，高压与低压区域由根据现有技术的装置的加工隧道中基板的存在而产生。

图4显示根据本发明的装置的垂直剖面的示意透视图，其中上板的一部分被切去。

图5显示图4的装置的俯视示意图。

图6显示沿图5的A-A线的剖面。

图7显示沿图5的B-B线的剖面。

图8显示沿图5的C-C线的剖面。

图9是在一实施例中，显示前驱体气体流在加工隧道内右边的俯视示意图。

图10是在每个冲净区域具有两个平行的高压/吸入区域的实施例中，加工隧道内右边的俯视示意图。

图11针对加工隧道的整个宽度显示局部的加工隧道，其中气体注入开口与气体排出开口的子集被排列成提供一旋转。

图12针对加工隧道的整个宽度显示局部的加工隧道，显示授予基板的旋转。

图13针对加工隧道的整个宽度显示局部的加工隧道，其中气体注入开口与气体排出开口的子集被排列成提供前向驱动力。

具体实施方式

在本申请中，类似或相应的特征由相似或相应的参考符号标示。不同实施例的说明不限于在图式中所显示的例子，且在实施方式与申请专利范围中使用的参考符号不在于限制实施例的说明，而是藉由参照图式中显示的例子以说明实施例。

图4至图10显示原子层沉积装置的各种实施例，其中存在包括本发明的第一主要方面的各种实施例。

在最一般的条件下，根据本揭露的第一方面，设置有原子层沉积装置，其包括：

具有多个气体注入开口16的下壁12；

平行下壁12延伸的上壁14，且上壁14包括多个气体注入开口16；

第一侧壁18与第二侧壁20，大体上相对于下壁12呈垂直延伸；以及

多个气体排出开口。

下壁12、上壁14、第一侧壁18以及第二侧壁20结合成加工隧道24，加工隧道24具有在输送方向T上延伸的长度并具有在输送方向T横向延伸的宽度W，加工隧道24定义一位于第一侧壁18与第二侧壁20中央的垂直中间平面。

原子层沉积装置10还包括：

第一前驱体气体源26，连接到多个气体注入开口16的一系列的气体注入开口28，从而产生第一前驱体气体注入区域30，第一前驱体气体注入区域30大体上延伸覆盖加工隧道的整个宽度W，且在空间中沿着加工隧道24的输送方向T排列；

冲净气体源32，连接到多个气体注入开口16的一系列的气体注入开口33，从而产生冲净气体注入区域34，冲净气体注入区域34大体上延伸覆盖加工隧道24的整个宽度W，且在空间中沿着加工隧道24的输送方向T排列；以及

第二前驱体气体源36，连接到多个气体注入开口16的一系列的气体注入开口35，从而产生第二前驱体气体注入区域38，第二前驱体气体注入区域38大体上延伸覆盖加工隧道24的整个宽度W，且在空间中沿着加工隧道24的输送方向T排列。

第一前驱体气体源26、冲净气体源32以及第二前驱体气体源36连接到气体注入开口16，使得沿着输送方向T在加工隧道24内产生多个连续的加工区段40。每个加工区段40包括依次的第一前驱体气体注入区域30、冲净气体区域34、第二前驱体气体注入区域38以及冲净气体区域34。

在原子层沉积装置中，

在下壁12与上壁14中的气体注入开口16的分布；

被加工的基板S的厚度与下壁12和上壁14之间的距离D，厚度与距离D的比例；

经由气体注入开口16的气体供应；以及

经由气体排出开口的排气；这些因子在使用时的状态如下：

气体轴承形成在基板S的上方与下方，基板S存在加工隧道24内；以及

在每个第一前驱体气体区域30内，每个冲净气体区域34与每个第二前驱体气体区域38存在两个相对的横向气流，其大体上垂直于输送方向T且由通道24的垂直中间平面各自向第一侧壁18与第二侧壁20的方向流动；

原子层沉积装置还包括：

第二冲净气体源44，其压力比第一冲净气体源32更高；

在上壁14与下壁12的至少一个中，具有第一系列的高压气体注入开口46，其中第一系列的高压气体注入开口46定位于每个冲净气体区域34内，其大体上覆盖加工隧道24的整个宽度W且被连接到第二冲净气体源44。

原子层沉积装置的气体排出开口至少包括：

第一系列的气体排出开口48，设置在上壁14与下壁12至少一个，并且大体上分布在加工隧道24的整个宽度W，并连接到一个气体排出通道49。

第一系列的高压气体注入开口46与第一系列的气体排出开口48被定位，使得它们在每个冲净气体区域34内一起产生一个第一高压/吸入区域50。每个第一高压/吸入区域50大体上延伸覆盖加工隧道24的整个宽度W。被连接到第二冲净气体源44的气体注入开口46的分布以及在每个第一高压/吸入区域50内的第一系列气体排出开口的气体排出开口48的分布，还有第二冲净气体源44的压力与在气体排出开口48的压力为在每个第一高压/吸入区域50的平均压力与参考压力的偏差小于30％，优选为小于10％，优选为小于5％，参考压力为当不存在基板时由第一前驱体气体区域30、第二前驱体气体区域38以及冲净气体区域34内的平均压力所定义。

此种原子层沉积装置的各种实施例都是可能的。例如，对每个前驱体区域或冲净气体区域的一个或多个气体注入开口的横向的列可存在。在图1中，其代表了现有技术，显示对每个前驱体气体区域具有气体注入开口的五个横向的列以及对每个冲净气体区域具有气体注入开口的三个横向的列。图2、图3以及图9显示每前驱气体区域具有一列的气体注入开口与每冲净气体区具有三列的气体注入开口。在图9的例子中，冲净气体区域的气体注入开口的中间列包括被间歇地定位于气体注入开口之间的气体排出开口。图4至图8显示每前驱体气体区域具有气体注入开口的三个横向的列，以及在冲净气体区域具有气体注入开口的三个横向的列，其中，在这三列中间的一个冲净气体注入开口中，气体排出开口是间歇地定位于气体注入开口之间。图10显示了一个例子，其中前驱体气体区域包括单个横列的气体注入开口，而冲净气体区域包括四个横向列的气体注入开口。这四个横向列的中间两个包括那些间歇地定位于该列的气体注入开口之间的气体排出开口。

除了气体排出开口48，它们是至少一个第一系列的气体排出开口的一部分，可设置额外的气体排出开口。例如，气体排出开口22可设置在第一侧壁18与第二侧壁20或在上与/或下壁中直接邻近第一侧壁18与第二侧壁20。

图4至图8清楚地显示了在装置10的一系列的高压气体注入开口46以及一系列气体排出开口48的分布，两者共同形成高压/吸入区域50。相对于参考例子，装置的优点已在上述发明说明的章节中说明。

更具体的说，图9描述了高压/吸入区域50的示意图，高压/吸入区域50大体上可防止在第一前驱体气体区域30的第一前驱体气体(H₂O)穿越冲净气体区域34进入到第二前驱体气体区域38。虽然为了未显示在此图中的明显的理由，高压/吸入区域50大体上也可防止在第二前驱体气体区域38的第二前驱体气体(TMA)穿越冲净气体区域34进入到第一前驱体气体区域30。

在本发明的一个实施例中，其中的一个例子显示在图10，上壁14与/或下壁12可包括第二系列的高压气体注入开口52，高压气体注入开口52可被定位成平行于第一系列的高压气体注入开口46。这第二系列的高压气体注入开口52大体上可在每个冲净气体区域34内延伸覆盖加工隧道24的整个宽度，且被连接到第二冲净气体源44。在上壁14与下壁12至少一个中，第二系列的排出开口54可平行于第一系列的排出开口48。第二系列的排出开口54大体上可分布覆盖在加工隧道24的整个宽度，并且可被连接到一个气体排出通道。第二系列的高压气体注入开口52与第二系列的排气开口54可被定位，使得它们一起在每个冲净气体区域34内产生第二高压/吸入区域56。第二高压/吸入区域56可被定位成平行于第一高压/吸入区域50，并且大体上可延伸覆盖加工隧道24的整个宽度。加工隧道内两个相邻且平行的高压/吸入区域50、56的一个例子显示在图10中。

平行于第一高压/吸入区域50的第二高压/吸入区域56的应用，是为了提供加工隧道24内气流的改良式分离。如上所述，含前驱体气体的气流可同时存在于输送方向T与输送方向T的反向。每个气流可包括前驱体气体与冲净气体。然而，气流可不包含相同的前驱体气体。事实上，可以是使第一流大体上包括第一前驱体气体与冲净气体的混合物，而第二流大体上包括第二前驱体气体与冲净气体的混合物。在加工隧道24的冲净气体区域34，邻近第一高压/吸入区域50设置第二高压/吸入区域56，大体上为每个气流(反向流动)设置高压/吸入区域。这些可允许两个流由加工隧道24中被移除且彼此分离，即可大幅降低两前驱体气体被混合的可能性。

在一实施例中，连接到第一系列的排出开口48的气体排出通道49可从连接到第二系列的排出开口54的气体排出通道分离。这意味着，在使用中，经由第一系列的气体排出开口48排出的气体大体上可包括冲净气体与第一前驱体气体的混合物。经由第二系列的气体排出开口54排出的气体大体上可包括冲净气体与第二前驱体气体的混合物。

具有两个分离的排出通道49的构型，可提供多个优点。首先，前驱体气体的改良式分离，不仅可在加工隧道24中实现，并且也可在排出气体通过排出通道时实现。结果是，可减少在排出通道49的气相沉积，这随后增进了装置10的可用性。不只如此，这两个独立的气流可分开用于从排出气体中再制前驱体与冲净气体，因而可增加加工效率。此外，为了提供每个气体注入区域大体上分离的排出系统，可考虑连接排出信道49到注入区域30、38的侧壁18、20上的横向排出通道。每一个这些排出系统大体上移除排出气体(含有单一前驱体气体与冲净气体的组合)，其可被再生以为加工提供前驱体气体与冲净气体。

在实施例中，连接到第二冲净气体源44的气体注入开口46、52的分布，以及在每个高压/吸入区域50、56内的气体排出开口48、54的分布，还有第二冲净气体源44的压力与在气体排出开口48、54的压力，可以是，使用时，在每个高压/吸入区域50、56内的平均压力大体上等于参考压力。

一系列的高压气体注入开口46、52可配置为提供冲净气体的高压流到加工隧道24。结果是，在加工隧道24存在局部增加的压力，其影响基板S的向前运动。一系列的气体排出开口48、54可配置为从加工隧道24移除排出气体，因此在加工隧道24产生局部的低压区域。这也影响在输送方向T的基板S的向前运动。为了维持大体上的平顺，基板S不间断的移动，在高压/吸入区域50的平均压力大体上等于参考压力。例如，这可以通过调整注入气体的压力到排出开口的尺寸来实现。这会导致在高压/吸入区域中产生高压与低压区域以均衡成平均压力，平均压力等于参考压力，使得可实现基板的不间断移动。

在一实施例中，其中的一个例子显示于图9，第一系列的高压气体注入开口46与在每个第一高压/吸入区域50内的第一系列排气口48，两者可定位于一线，该线大体上垂直于输送方向延伸。

藉由定位高压气体注入开口46与气体排出开口48在垂直于输送方向上的线，取得横跨加工隧道24整个宽度的高压/吸入区域50内的平衡压力轮廓，以及设置有延伸覆盖加工隧道24整个宽度的某种萃取风幕(extraction curtain)。

在一实施例中，如图10所显示的一个例子，第二系列的高压气体注入开口52与每个第二高压/吸入区域50内的第二系列的气体排出开口54也可定位于沿大体上垂直于输送方向延伸的线。

藉由提供两个彼此平行的高压/吸入区域50、56，可获得前驱体气体区域30与38之间的改良式分离。

在一实施例中，下壁12与上壁14之间的距离H，根据下列公式，可能与待加工基板(S)的厚度(Ts)有关：

1.4Ts<H<5.0Ts。

装置10提供气体轴承，以浮动支撑加工隧道24内的基板S。这些气体轴承可能只存在于加工隧道24内，其中下壁12与上壁14被设置为相当靠近彼此。然而，随着基板S厚度Ts的变化，装置可被设计用于处理不同的厚度Ts时，距离H可取决于基板S的厚度Ts。由于距离H以及基板S与下壁12、上壁14之间的距离不只由气体轴承的特性决定，也会影响加工隧道24内的压力梯度，厚度Ts与距离H之间的关系会影响加工隧道24内的气流。根据本实施例，在一定范围内的高度/厚度的比例，在通道与基板的壁之间的气体轴承的稳定性可得到优化。

在一实施例中，第一前驱体气体可以是水(H₂O)。

在一实施例中，第二前驱体气体可以是三甲基铝(TMA)。

这些前驱体气体可以是，举例而言，用于生产硅晶片上的光伏电池。当然，其他的前驱体气体也可使用于沉积原子层。

在一实施例中，冲净气体可以是氮气(N₂)。

本发明也提供一种基板处理装置210，可以是，但不限定是原子层沉积装置。一般而言，装置210包括下壁212(下壁212包括多个气体注入开口)与平行下壁212延伸的上壁(上壁包括多个气体注入开口)。装置210更包括第一侧壁218与第二侧壁220，延伸至大体上相对于下壁212呈垂直。下壁212、上壁、第一侧壁218以及第二侧壁220形成加工隧道224，加工隧道224具有在输送方向G上延伸的长度并定义在垂直中间平面延伸的纵轴C，垂直中间平面位于第一侧壁218和第二侧壁220的中间，并且在水平中间平面延伸，水平中间平面位于下壁212和上壁的中间。装置210还包括连接到气体注入开口的气体源、被布置在下壁212与上壁的多个气体排出开口222以及与气体排出开口222流体连通的排出通道。使用时：

在下壁212与上壁的气体注入开口的分布，

在下壁212与/或上壁的气体排出开口222的分布，

待加工的基板厚度以及下壁212与上壁之间的距离D的比率，

通过气体注入开口的气体供应，以及

通过排出开口222的气体排出，

使得气体轴承形成在基板S_u(存在于加工隧道224内)的上方与下方。在上壁与/或下壁212的多个气体注入开口包括气体注入开口228的子集。每个子集228被定位线SL上，线SL具有长度与厚度。线SL沿着一个方向延伸，该方向包括与输送方向G呈角度α，角度α介于0°和90°之间。多个气体排出开口222包括气体排出开口230的子集。气体注入开口228的每个子集与气体排出开口230的子集相关联。气体排出开口230的子集被定位于线SL上，在线SL的气体注入开口228的相关联的子集的气体注入开口228被定位。这些气体排出开口230间歇地定位于气体注入开口228之间，使得，使用时，从气体注入开口流到同一子集的相邻的气体排出开口的气体，在基板上产生拖力，使得基板产生前向运动与/或旋转运动。

装置210的优点已在概述部分中说明，且作为参考。装置210的例子显示在图11至图13中。多个气体注入开口228的子集与气体排出开口230相关联的子集可被放置在各种构型中。凭借子集228、230的构型，不同效应的组合可提供给在加工隧道224中的基板S_u的移动，这是无法使用根据现有技术的装置而得到。最重要的效应是，使所得拖力可从基板沿输送方向与/或旋转运动赋予晶片移动。以机械装置而言，例如致动器，沿输送方向与/或转动的移动可以不接触晶片而达成。也不需与水平呈一角度定位通道，以产生重力式的动力。特别是，当基板重量是相当重时，这是在更大尺寸基板的情况下，例如具有一个直径大于400厘米(mm)、厚度约为800微米(um)的基板，其与水平的夹角必须非常小，以获得可行的重力驱动。典型地在小于0.5°的范围内。当与水平的夹角更大时，基板的速度会变太快。当旋转运动被赋予时，基板通常是圆形的，其是惯用于生产集成电路的晶片。

如前所述，线SL可具有一定厚度，以便气体注入开口的中心与气体排出开口的中心并不必须都恰好在数学线。线的厚度可在数厘米的等级，例如0至4厘米。因此，气体注入开口的中心与气体排出开口的中心可相对于彼此交错，只要它们被定位于线SL的厚度内即可。

在装置210的实施例中，角度α符合60°≤α<90°，且优选为符合70°≤α≤80°。

当角度α在这些范围内时，获得在输送方向G或输送方向G反向的拖力，拖力足够大以产生足够速度的一个旋转或向前移动，同时仍保持横向于输送方向的流的速度足够大，以产生横向延伸的区段，其中该气体可以，当需要时，大体上可由中间的横向延伸的区域使气体分离。

在一实施例中，在输送方向G上观察时，所述线SL大体上可延伸覆盖在上壁与/或下壁212的整个宽度U，使得产生的拖力传递，在使用中，拖力传递给基板使旋转，并且使得在垂直于输送方向的方向上所得到的拖力是零。

一实施例，其一个例子显示于图11中，从上方观察时，提供容纳在加工隧道里的基板S_u顺时针旋转。从上方观察，当角度α是在垂直中间平面的另一侧时，拖力将提供基板S_u逆时针旋转。两个例子的组合也是可行的，并显示于图12中。这将赋予基板S_u在加工隧道224内的不同纵向区段中两个相反方向的旋转。

赋予基板旋转运动可能是有利的，以得到基板S_u表面的更均匀的加工。举例而言，即使气体浓度在加工隧道的整个宽度不完全相等，由于已赋予基板上的旋转，形成在晶片上的层将具有均匀的结构。退火时，当基板旋转时，在加工隧道224的宽度上的非均匀的温度分布轮廓是不会损害整个基板表面的退火效应的质量均匀性。鉴于此，能在加工隧道224内旋转基板大体上是一个优势。

在一实施例中，在输送方向G上观察时，所述线SL从垂直中间平面侧向延伸到第一侧壁218与输送方向G。线SL可以具有在垂直中间平面的第一端点与邻近第一侧壁218的第二端点。在输送方向G上观察时，另一个所述的线SL从垂直中间平面侧向延伸到第二侧壁220与输送方向G。线SL具有在垂直中间平面的第一端点与邻近第二侧壁220的第二端点。这样的构型，在使用中，在基板上会产生一个最终拖力，可以赋予基板前向或后向移动。垂直于输送方向的所得到的拖力将为零。

这个实施例的一个例子显示于图13中。该实施例是有利的，因为它可以沿输送方向G根据角度α推进基板S_u向前或向后移动。此外，对于加工隧道224的侧壁218、220，基板可以呈现增加的侧向稳定性。对称性可提供注入气体在两相对的侧壁218、220的方向上大体上相等的流，而仍然赋予基板S_u上一拖力以在输送方向G推进基板S_u。再者，通过控制被注入到加工隧道的气流，所述实施例也可用于提供增加或减少基板S_u在输送方向G的速度。

一实施例，其中的一个例子显示于图14中，所述线SL的长度未跨越相关联的上壁或下壁212的整个宽度。跨越上壁或下壁的整个宽度，一组线(SL)彼此相关联。组的一些线包括与垂直中间平面右侧呈角度α，而该组中的至少一个其他线包括与垂直中间平面左侧呈角度α。包括与垂直中间平面右侧的角度α的线的总长度，不同于包括与垂直中间平面左侧的角度α的线的总长度。结果是，所得的拖力赋予基板一向前或向后移动，以及赋予基板旋转运动。这种构型还确保在垂直于输送方向的方向上所得到的拖力是零。

此种实施例是非常有利的，因为这将同时赋予基板旋转与向前或向后移动。旋转会增加基板处理的均匀性，并可依所需选择前向或后向移动的速度，而不需要依赖其他机械驱动装置(如机械致动器)且不需要放置在通道内与水平呈一角度以提供重力驱动。

在一实施例中，基板加工装置210可体现为原子层沉积装置。为此目的，基板处理装置还包括第一前驱体气体源，第一前驱体气体源连接到系列的气体注入开口的多个气体注入开口。这可产生第一前驱体气体注入区域，其大体上可延伸覆盖加工隧道的整个宽度U，并且可以沿着加工隧道224的输送方向G在空间上排列。还可以包括冲净气体源，冲净气体源连接到系列的气体注入开口的多个气体注入开口。这可能会产生冲净气体注入区域，其大体上可延伸覆盖加工隧道224的整个宽度U且可沿加工隧道224的输送方向G在空间中排列。再者，装置可包括连接多个气体注入开口的一系列的气体注入开口的第二前驱体气体源。这可能会产生第二前驱体气体注入区域，其大体上可延伸覆盖加工隧道224的整个宽度U且可沿加工隧道224的输送方向G在空间中排列。第一前驱体气体源、冲净气体源以及第二前驱体气体源等连接到各自的气体注入开口，在加工隧道224沿着输送方向G多个连续加工区段被产生。每个加工区段包括依次的第一前驱体气体注入区域、冲净气体区域、第二前驱体气体注入区域以及冲净气体区域。

加工区段用在原子层沉积装置210中是有利的，在基板S_u上沉积依次的原子层。可设置气体区域的排列，举例而言，其依次在第一前驱体区域引入三甲基铝(TMA)，在冲净气体区域引入冲净气体的氮气(N₂)，在第二前驱体气体区域引入水蒸气(H₂O)，在随后的冲净气体区域引入氮气(N₂)。当然，这些气体是作为例子，且可选择任何其它合适的气体，也可根据放置在基板S_u上的所需的层结构选择气体。其它合适的气体可为四氯化铪(HfCl₄)或四氯化锆(ZrCl₄)。值得注意的是，可设置连续加工区段，在每个加工区段设有不同排列的气体。这可以允许装置210量身定做以提供被排列在基板上的特定顺序的原子层。连续的气体注入区域的每个上与/或下壁，在每个加工区段可设有气体注入开口228与气体排出开口230的一个或多个子集。

一实施例，例子显示于图11至图14中。每个第一前驱体气体注入区域、每个冲净气体区域以及每个第二前驱体气体注入区域可包括：气体注入开口228的至少一个子集(定位于线SL上)以及气体排出开口230的至少一个相关联的子集(间歇地定位于气体注入开口228之间)，使得在使用时，由气体注入开口到邻近的相同子集的气体排出开口的气流施加在基板上的拖力，造成基板的向前移动与/或旋转运动。

以此种构型，拖力不仅发生在冲净气体区域，也发生在每个气体区域，即，发生在前驱体气体区域与冲净气体区域。

本发明还提供了一种在基板S上沉积层的方法。所述方法包括提供根据权利要求1-10任一项所述的原子层装置，且提供至少一基板S。再者，所述方法更包括在加工隧道24的注入气体通过气体注入开口16以及在加工隧道24中至少引入基板S。结果是，气体轴承形成在基板S的上方与下方。所述方法更包括在基板S至少一表面施加原子层沉积加工。这种加工包括在第一前驱体气体区域30注入第一前驱体气体以在基板S上沉积第一层，并注入第二前驱体气体到第二前驱体气体区域38以在基板S上沉积第二层。还包括使用一系列的高压气体注入开口46，注入冲净气体到每个冲净气体区域34，同时从加工隧道24通过系列的气体排出开口48而排出气体，从而形成了第一高压/吸入区域50。第一高压/吸入区域50上大体上延伸覆盖加工隧道24的整个宽度W。第一高压/吸入区域50大体上防止第一前驱体气体从第一前驱体气体区域30穿越相邻的冲净气体区域34进入第二前驱体气体区域38。同时，第一高压/吸入区域50防止第二前驱体气体从第二前驱体气体区域38穿越冲净气体区域34进入到第一前驱体气体区域30。所述方法还包括控制第一前驱体气体源26、冲净气体源32、第二前驱体气体源36以及第二冲净气体源44等的压力，以及控制在气体排出开口48中的压力。所谓的控制是这样的：与参考压力相比，在第一高压/吸入区域50的平均压力的偏差小于30％，优选小于10％，又优选小于5％，参考压力定义为没有基板存在时，在第一前驱体气体区域30、第二前驱体气体区域38、冲净气体区域34的平均压力。

正如在概述部分中提到，此方法的一个优点是形成高压/吸入区域50，大体上可防止前驱体气体从前驱体区域穿越冲净气体区域进入到不同的前驱体区域。还可参考图9，其清楚地显示高压/吸入区域50对前驱体气体流的影响，前驱体气体流在冲净气体区域34的流向。

本发明还提供了在根据权利要求11-17任一项所述的基板加工装置中加工基板的方法。所述方法包括提供根据本发明的原子层沉积装置(210)，并提供至少一个基板S_u。所述方法还包括：在加工隧道224内的注入气体通过气体注入开口228的子集，同时，排出气体从气体排出开口230相关联的子集被排出。另外，所述方法包括在加工隧道224内引入至少一基板S_u，藉由在基板S_u上方与下方形成气体轴承，以及藉由此注入气体使基板S_u在输送方向G移动与/或基板S_u的旋转。

参照概述部分，此方法的优点是可推动基板S_u在输送方向G向前且可旋转基板S_u。如此一来，所述方法可用在包含基板S_u的不同加工中。举例而言，基板S_u进行原子层沉积加工。所述方法也可用于其它合适的目的，举例而言，用于基板的退火。

上述不同的实施例可彼此独立且以不同的方式彼此组合而实现。在实施方式与申请专利范围中使用的参考符号，不会限制实施例的说明，也不会限制申请专利范围。参考符号仅仅是为了说明更加清楚。

图例

10：原子层沉积装置

12：下壁

14：上壁

16：气体注入开口

18：第一侧壁

20：第二侧壁

22：气体排出开口

24：加工隧道

26：第一前驱体气体源

28：系列的第一前驱体气体注入开口

30：第一前驱体气体注入区域

32：冲净气体源

33：系列的冲净气体注入开口

34：冲净气体注入区域

35：系列的第二前驱体气体注入开口

36：第二前驱体气体源

38：第二前驱体气体注入区域

40：加工区段

44：第二冲净气体源

46：第一系列的高压气体注入开口

48：第一系列的气体排出开口

49：气体排出通道

50：高压/吸入区域

51：气体排出通道

52：第二系列的高压气体注入开口

54：第二系列的气体排出开口

56：第二高压/吸入区域

D：在下壁与上壁之间的距离

S：基板

T：基板的输送方向

Ts：基板的厚度

W：加工隧道的宽度

210：原子层沉积装置

212：下壁

218：第一侧壁

220：第二侧壁

224：加工隧道

228：气体注入开口的子集

230：气体排出开口的子集

S_u：基板

U：加工隧道宽度

G：输送方向

C：加工隧道的纵轴