CN103140602B - Cvd反应器的排气装置 - Google Patents

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Abstract

提供了化学气相沉积反应器（10）及处理晶圆的方法。反应器（10）包括具有内部空间（26）的反应室（12）、与反应室内部空间连通的进气歧管（14）、包括具有通道（78）和一个或多个孔口（76）的排气歧管（72）的排气系统（70）、及安装在反应室内的一个或多个清洁元件（80）。进气歧管（14）可允许处理气体进入，以在保持在内部空间（26）的基片（58）上形成沉积。通道（78）可通过一个或多个孔口（76）与反应室（12）的内部空间（26）连通。一个或多个清洁元件（80）可在两位置之间移动，（i）是清洁元件远离一个或多个孔口的运行位置，（ii）是一个或多个清洁元件与一个或多个孔口（76）接合的清洁位置。

Description

CVD反应器的排气装置
相关申请的交叉引用
本申请要求专利申请号为12/848540、申请日为2010年8月2日的美国专利申请的申请日之利益，其公开的内容以引用的方式并入本文。
背景技术
本发明涉及晶圆处理设备、在这种处理设备中应用的排气系统、及清洁排气系统的方法。
许多半导体器件通过在基片上进行处理而形成。基片通常为晶体材料的板，一般称为“晶圆”。典型地，晶圆通过晶体材料的沉积而形成，且为圆盘的形式。用于形成这种晶圆的一个常见过程为外延生长。
例如，由半导体化合物，如Ⅲ-Ⅴ族半导体形成的器件，典型地应用金属有机化学气相沉积或“MOCVD”、通过生长半导体化合物的连续层而形成。在这个过程中，晶圆暴露至晶圆表面上方流动的气体组合物，同时晶圆保持在高温下，气体组合物通常包括作为Ⅲ族金属来源的金属有机化合物，还包括Ⅴ族元素的来源。典型地，金属有机化合物和Ⅴ族来源与在反应中不明显参与的载体气体，如氮气组合。Ⅲ-Ⅴ族半导体的一个示例为氮化镓，其可通过有机镓化合物和氨在如蓝宝石晶圆等的具有适当晶格间距的基片上反应而形成。在氮化镓及相关化合物的沉积过程中，晶圆的温度典型地保持在500℃至1100℃的数量级。
复合器件可通过在稍微不同的反应条件下、在晶圆的表面上连续沉积许多层而制造，例如，加入其他Ⅲ族或Ⅴ族元素，以改变半导体的晶体结构和带隙。例如在氮化镓基半导体中，铟、铝或二者都可以不同比例应用，用于改变半导体的带隙。同时，可加入P型或N型的掺杂物，以控制每层的导电性。在所有的半导体层都形成后，典型地，在适当的电触点已应用后，晶圆可切割成单独的器件。如发光二极管（LED）、激光器、及其他电子和光学器件等的器件可采用这种方式制造。
在典型的化学气相沉积过程中，大量晶圆保持在通常称为晶圆载体的元件上，使得每个晶圆的顶面都在晶圆载体的顶面上暴露。然后把晶圆载体放入反应室内，并保持在所需的温度，同时气体混合物从晶圆载体的表面流过。在处理过程中，载体上各晶圆的顶面上所有点保持均一条件是重要的。反应气体成分及晶圆表面温度的微小变化，都可使所生成半导体器件的性能产生不期望的改变。
例如，在沉积氮化铟镓层时，晶圆表面温度或反应气体成分的改变，将致使沉积层的成分和带隙的改变。因为铟具有相对高的气相压力，在晶圆的表面温度较高的那些区域，沉积层将具有较低比例的铟和较大的带隙。如果沉积层是LED结构的活性发光层，形成的LED所发射光波的波长也将改变。因此，在本领域中，在保持均一条件方面，之前已进行了相当大的努力。
在工业中已广泛接受的一种类型的CVD装置，应用具有大量晶圆承载区域的大盘形式的晶片载体，每个晶圆承载区域适于承载一个晶圆。晶圆载体支撑在反应室内的转轴上，使得晶片载体的顶面上具有面向上朝着气体分配元件的晶圆暴露表面。当转轴旋转时，气体向下引导至晶圆载体的顶面上，并经顶面向晶圆载体外周流动。
通过位于晶圆载体底面下方通常为电阻加热元件的加热元件，晶圆载体保持在所需的高温。这些加热元件保持在高于晶圆表面所需温度的温度，而气体分配元件通常保持在低于所需反应温度的温度，从而防止气体过早发生反应。因此，热量从加热元件传递至晶圆载体的底面，并穿过晶圆载体向上流动至各单独的晶圆。
使用过的气体通过位于晶圆载体下方的排气孔口从反应室内排出，排气孔口围绕转轴的轴线分布，通常靠近反应室的外周。排气孔口可具有限制进入每个孔口的气体流动的特征，促进气体均匀流动至孔口内。在常规的CVD反应器中，会在排气孔口上形成反应物生成物的寄生沉积。这种寄生沉积可周期性地去除，使得反应物的流动可尽可能地保持均匀，从而提高晶圆表面上处理过程的均匀性。但是，这种去除通常需要拆解反应器，因此损失了生产时间。
尽管为优化这种系统，之前已投入了相当大的努力，但是这种系统仍需要进一步的改进。特别地，提供清洁排气系统的更好方法将是可取的。
发明内容
提供了化学气相沉积反应器及处理晶圆的方法。本发明的一个方面提供了化学气相沉积反应器。反应器包括具有内部空间的反应室、与反应室内部空间连通的进气歧管、包括具有通道和一个或多个孔口的排气歧管的排气系统、及安装在反应室内的一个或多个清洁元件。进气歧管可允许处理气体进入，以在内部空间保持的基片上形成沉积。通道可通过一个或多个孔口与反应室的内部空间连通。一个或多个清洁元件可在两位置之间移动，（i）是清洁元件远离一个或多个孔口的运行位置，（ii）是一个或多个清洁元件与一个或多个孔口接合的清洁位置。
在特定实施例中，反应室可具有用于基片插入与取出的入口及安装至反应室的闸门。在一个示例中，闸门可在两位置之间移动，（i）是闸门离开入口的打开位置，（ii）是闸门阻塞入口的关闭位置。在示例性的实施例中，一个或多个清洁元件可安装在闸门上以与其一起移动。在特定示例中，清洁元件可为，（i）当闸门在关闭位置时位于运行位置，（ii）当闸门在打开位置时位于清洁位置。在闸门为竖直移动时，典型地闸门下降以将其打开，升起以将其关闭，因此打开位置也可称为“下”位，且关闭位置也可称为“上”位。
本发明的另一方面提供了处理晶圆的方法。该方法包括提供反应室的步骤，在晶圆载体上保持一个或多个晶圆、使得每个晶圆的顶面在晶圆载体的顶面暴露的步骤，在晶圆的暴露顶面上应用一种或多种处理气体的步骤，通过排气系统除去部分处理气体的步骤，使反应室内安装的清洁元件向下移动的步骤，及使每个清洁元件至少部分地插入排气歧管以清洁排气歧管的步骤。反应室可限定内部空间，且可包括用于插入与取出晶圆载体的入口。排气系统可包括排气歧管。排气歧管可具有通道和一个或多个孔口。通过一个或多个孔口，通道可与反应室的内部空间连通。
在特定实施例中，该方法可包括移动反应室上安装的闸门的步骤，从（i）闸门离开入口的打开位置，至（ii）闸门阻塞入口的关闭位置。在一个示例中，一个或多个清洁元件可与闸门直接接合以与其一起移动。在示例性的实施例中，移动闸门的步骤可包括，（i）当闸门在关闭位置时将清洁元件移动至运行位置，（ii）当闸门在打开位置时将清洁元件移动至清洁位置。
附图说明                                                                                                  
图1是描述根据本发明的一个实施例的化学气相沉积设备的剖切立体图。
图2是描述图1所示化学气相沉积设备的元件实施例的局部剖切立体图。
图3是图1中所示化学气相沉积设备的俯视剖视图。
图4是描述图2所示元件另一实施例的局部剖切立体图。
图5A是描述根据本发明另一实施例的设备的一部分在一位置的局部侧剖视图。
图5B是图5A的设备以不同位置示出的局部侧剖视图。
具体实施方式
参照图1至图3，根据本发明一个实施例的化学气相沉积设备，为化学气相沉积反应器10的形式，包括具有进气歧管14的反应室12，进气歧管14设置在反应室12的一端部。反应室12的具有进气歧管14的该端部本文称为反应室12的“顶”端。在常规重力参照系中，反应室的该端部典型地，但不是必需地，位于反应室的顶部。因此，本文所应用的向下的方向指的是从进气歧管14离开的方向；而向上的方向指的是反应室内朝着进气歧管14的方向，并不考虑这些方向是否与重力的向上和向下方向对齐。类似地，本文所描述的元件的“顶”和“底”面是参照反应室12和歧管14的参照系的。
反应室12具有在反应室顶端的顶凸缘22与反应室底端的底板24之间延伸的圆筒形壁20。壁20、凸缘22和底板24限定了其间的气密性的内部区域26，可容纳从进气歧管14射出的气体。尽管所示的反应室12为圆筒形的，其他实施例也可包括具有其他形状的反应室，例如包括圆锥形或其他回转面，方形、六角形、八角形或任意其他适当的形状。
进气歧管14与用于供应在晶圆处理过程中应用的处理气体的源头连接，处理气体如载体气体和反应气体，反应气体如金属有机化合物及V族金属元素的来源物质。在典型的化学气相沉积过程中，载体气体可为氮气、氢气或氮气和氢气的混合物，因此在晶圆载体顶面的处理气体可主要由氮气和/或氢气组成，并带有一些量的反应气体成分。进气歧管14设置为接收各种气体并引导处理气体大致以向下的方向流动。
进气歧管14还可与设置为液体循环通过气体分配元件的冷却系统（未示出）连接，以使操作过程中元件的温度保持在所需的温度。为了冷却反应室12的壁，可设置类似的冷却装置（未示出）。
反应室12还设置有引入前室32的入口30，闸门34用于关闭与开启入口30。闸门34可在图1中实线所示的关闭位置或上位与图1中虚线34＇所示的打开位置或下位之间移动，在关闭位置时，闸门使反应室12的内部区域26与前室32分隔开。
闸门34可通过控制和驱动机构41（图2中示意性地表示）而移动，控制和驱动机构通过联动装置35（如图2所示）与闸门34耦合。控制和驱动机构41可使闸门34在图1所示的关闭位置与示为34＇的开启位置之间移动。控制和驱动机构可包括能使联动装置35与闸门34移动的任意类型的驱动器，例如机械的、机电的、液压的或气动的驱动器。从图2中可以看出，闸门34限定了面对进气歧管14的上表面36及面对排气歧管72的下缘37。
闸门可配置为如专利号为7276124的美国专利中所公开的一样，其公开的内容以引用的方式并入本文。尽管所示的闸门34为圆筒形的，其他实施例可包括具有其他形状的闸门，例如包括，方形、六角形、八角形或任意其他适当的形状。
返回参照图1，转轴40设置在反应室内，使得转轴的中心轴42以向上和向下的方向延伸。通过集成有轴承和密封（未示出）的常规旋转直通装置44，使转轴安装于反应室，使得转轴可绕中心轴42旋转，同时在转轴40与反应室12的底板24之间保持密封。转轴40具有在其顶端（即转轴最靠近进气歧管14的端部）的接头46。接头46适于与晶圆载体50可释放地接合。在所描述的特定实施例中，接头46总体上为截头圆锥形的元件，朝着转轴40的顶端逐渐变细，且终止于平坦的顶面。
转轴40与如电机驱动器等的旋转驱动机构48连接，设置为使转轴绕中心轴42旋转。转轴40还可设有大致沿转轴的轴向在气体通道内延伸的内部冷却通道。内部冷却通道可与冷却源连接，使得流体冷却剂可由冷却源穿过冷却通道并返回冷却源而循环。
晶圆载体50包括大体上为具有中心轴54的圆盘形式的主体52。在图1和图3所示的工作位置，晶圆载体主体52的中心轴54与转轴的轴42重合。主体52可形成为一个单件或为多件组合。例如专利公开号为20090155028的美国专利申请中所公开的，晶圆载体主体可包括限定主体62围绕中心轴54的小区域的轮毂及限定盘状主体其他部分的较大区域，该申请公开的内容以引用的方式并入本文。
晶圆载体主体52可由不污染CVD过程且能承受该过程所经历温度的材料制成。例如盘的较大部分可主要或全部由如石墨、碳化硅或其他耐热材料的材料制成。主体52具有基本平坦的、彼此基本平行地延伸的、且基本垂直于盘的中心轴54的顶面与底面。主体52还具有复数个大致为圆形的、从主体52的顶面向下延伸至主体52内的晶圆保持容纳部56，每个容纳部适于保持一个晶圆58。在一个示例中，晶圆载体主体52可具有约500毫米至约1000毫米的直径。
以晶圆58形式的基片，例如由蓝宝石、碳化硅或其他结晶基片形成的盘状晶圆，位于晶圆载体50的每个容纳部56内。典型地，与其主表面尺寸相比，每个晶圆58具有较小的厚度。例如，直径约为2英寸（50毫米）的圆形晶圆58可具有430微米或更小的厚度。每个晶圆58都顶面朝上放置，从而该顶面在晶圆载体50的顶部暴露。
反应器10可进一步包括装载机构（未示出），能使晶圆载体50从前室32移动至反应室12内，并使晶圆载体50与转轴40接合而处于工作条件下，还能使晶圆载体50与转轴40脱离并移动至前室32。
加热元件60安装在反应室12内，在接头46下方围绕转轴40设置。加热元件60可传递热量至晶圆载体50的底面，主要通过辐射传热。施加至晶圆载体50底面的热量可向上流动穿过晶圆载体50的主体52至其顶面。热量可向上传递至每个晶圆58的底面，并向上穿过晶圆58至其顶面。热量可从晶圆载体50的顶面与晶圆58的顶面辐射至反应室12的较冷元件，例如反应室12的壁20及进气歧管14。热量还可从晶圆载体50的顶面与晶圆58的顶面传递至在这些表面上方流过的处理气体。反应室12还包括外衬套28，以减少处理气体向反应室内容纳加热元件60的区域的渗入。在示例性的实施例中，可在加热元件60下方设置隔热罩（未示出），例如，设置为与晶圆载体50平行，以帮助引导热量从加热元件60向上朝晶圆载体50传递，而不是向下朝反应室12底端的底板24传递。
反应室12还配备有排气系统70，设置为从反应室的内部区域26排放用过的气体。排气系统70包括在反应室12底部或邻近底部的排气歧管72。排气歧管72与穿过底板24向下延伸的排气导管74耦合，且设置为从反应室12排出用过的气体。
如图1所示，排气歧管72在转轴40顶部的下方且在晶圆载体50下方沿反应室12的外周延伸。排气歧管72限定一通道或管路78。尽管所示管路78为圆筒形或环形，其他实施例可包括具有其他形状的管路78，例如包括，方形、六角形、八角形或任意其他适当的形状。
排气歧管72包括复数个圆孔形式的孔口76，从反应室12的内部区域26穿过歧管72的顶面77延伸至管路78内部。管路78与在直径相对位置的两个排气孔口79耦合。每个排气孔口79在管路78与排气导管74之间延伸。导管74又与泵75或其他真空源连接。
孔口76具有相对小的直径，例如约0.5"至约0.75"。孔口76提供了一种低流体传导元件，其在反应室12的内部区域26与排气歧管72的管路78之间制造流速限制。因此排气歧管72提供了反应室12内部区域26与排气孔口79之间的压力屏障，从而使反应室12内部反应物流动的均匀性增加。因为管路78内的流阻较小，通过所有孔口76的气流大致是相等的。这样提供了进入沿反应室12外周的管路78的基本均匀的废气流。
在特定示例中，排气歧管72可包括大约十个孔口76，每个孔口76的位置大约为彼此间隔36°。在其他实施例中，排气歧管可包括任意数量的孔口，每个孔口的位置可彼此间隔任意距离。例如，可为6个、8个、12个、16个、20个、24个或32个孔口，每个孔口在排气歧管72的顶面上等距地间隔开。
如图所示，排气歧管72包括圆形的孔口76。在其他实施例中，排气歧管的孔可限定任意形状，例如包括，椭圆形、抛物线形、正方形、长方形、三角形、六角形、八角形、新月形或S型。
如图所示，每个孔口76跨越顶面77宽度的大约四分之三、沿反应室中心轴的径向而水平延伸。在其他实施例中，每个孔口可跨越排气歧管顶面宽度的任意部分，包括大约为顶面宽度的一半、三分之二、五分之四或十分之九。
如果反应室12内不包括如排气歧管72的孔口76等的低流体传导元件，处于直径相对的两个排气孔口79可引起沿反应室12圆周的压力梯度，从而产生横过晶圆载体50的不均匀气流，其可导致所生成的半导体晶圆58性能的不期望的改变。
在反应器10工作期间，使用排气歧管72来提供流速限制可导致在孔口76内及围绕孔口76形成固体颗粒（如反应物的生成物）的寄生沉积。这种固体颗粒可使一些或所有孔口的尺寸减小或完全堵塞，引起各孔口76之间非均匀的流速，导致气流的不期望的改变，因此影响通过该反应器10形成的晶圆58的性能。一个或多个孔口76的部分堵塞也可引起晶圆58的不均匀的生长速度。
反应器10进一步包括复数个以活塞80形式的清洁元件，每个活塞从闸门34的下缘37或邻近下缘的位置向下延伸，使得活塞80与闸门34一起相对排气歧管72上下平移。每个活塞80设置为清洁相对应孔口76的固体颗粒。每个活塞80可限定与相对应孔口76大约相等或稍小的直径，使得当活塞80相对排气歧管72的顶面77上下平移时，每个活塞80可把相对应孔口76内边缘的固体颗粒刮掉。
如图2最佳地示出，每个活塞80都附接至闸门34的外表面38，每个活塞80包括一个向内及向下弯曲的轴81、及位于下端的以锥尖82形式的接触元件。当闸门34向下移动时，具有锥尖82可允许复数个活塞相对于各孔口76自定位，从而如果锥尖82与各孔口未对齐，锥尖82与顶面77的接触可引起活塞80使闸门34稍微水平移动，直至活塞80可向下滑动至各孔口76内。活塞轴81优选地具有足够的水平方向上的柔韧性，以允许这种自动定心。
如图所示，每个清洁元件80包括以具有圆形截面的圆锥形状的尖端82。在其他实施例中，每个清洁元件的接触元件可限定任意形状，例如包括，椭圆形、抛物线形、正方形、长方形、三角形、六角形、八角形、新月形或S型。
如图所示，锥尖82位于每个清洁元件80的下端。在其他实施例中，每个清洁元件的接触元件无需位于其下端。在一个示例中，每个清洁元件可具有相同直径和截面的轴和顶端，使得轴的任意部分都可作为清洁元件。在另一示例中，每个清洁元件可具有位于其上下端之间的径向延伸圆盘形式的接触元件。在这种示例中，清洁元件的下端可向下移动至孔口内，直至盘状接触元件与孔口接触，从而把孔口的固体颗粒刮掉。
根据每个顶端82和相对应孔口76的相对直径，每个活塞80可完全插入相对应的孔口76内（如当顶端的直径小于或等于孔口的直径时），或每个活塞80可部分地插入相对应的孔口76内（如当顶端的直径大于孔口的直径时）。在顶端82直径大于相对应孔口76直径的实施例中，顶端82可下降至孔内直至顶端82的外周与排气歧管72的顶面77接触。这种顶端82部分地插入相对应孔口76内，可有效地去除一些或所有沉积在孔口76内的固体颗粒。
如图2所示，每个孔口76可具有倒角边缘，每个孔口76倒角边缘的角度可为任意角度，但在一些实施例中，该角度可与相对应顶端82的角度匹配（如每个孔口倒角边缘的角度与每个顶端的锥度可都为大约45度）。在这种实施例中，各顶端82的直径大于孔口的直径时，孔口倒角边缘与锥尖之间的配合面可允许在孔口与顶端之间具有更大的接触面，从而允许从孔口移出更多的固体颗粒76。
在工作中，在根据本发明实施例的过程中，通过闸门34向下移动至打开位置34＇而打开入口30，从而使复数个活塞80下移至各孔口76内，从而去除反应器先前工作循环中沉积在孔口内的固体颗料。
然后，其上装载晶圆58的晶圆载体50从前室31进入反应室12内而装载，且放置在图1和图3所示的工作位置。在这种条件下，晶圆58的顶面向上朝着进气歧管14。通过抬升闸门34至图1实线所示的关闭位置而使入口30关闭，从而活塞80从孔口76抽出。启动加热元件，旋转驱动器48工作以使转轴40转动，进而使晶圆载体50绕中心轴42转动。典型地，转轴40在旋转速度为50转每分至1500转每分的转速下旋转。
启动处理气体供应单元（未示出）以通过进气歧管14供应气体。气体向下朝晶圆载体50流动，流经晶圆载体50顶面和晶圆58顶面的上方，然后沿晶圆载体的外周向下流动至排气系统70（其可导致固体颗粒在孔口76内沉积）。因此，晶圆载体50的顶面和晶圆58的顶面暴露至由各处理气体供应单元供应的包括各种气体混合物的处理气体。更典型地，在顶面的处理气体主要由载体气体供应单元（未示出）供应的载体气体组成。
过程继续直至晶圆58的所需处理完成。一旦过程完成后，即通过下移闸门34至位置34＇而打开入口30，从而复数个活塞80下移至各孔口76内，从而除去在反应器刚结束的工作循环中沉积在孔口76内的固体颗粒。一旦入口30打开，晶圆载体50即可从转轴40上取下，并可替换新的晶圆载体50，以进行下一工作循环。在常规工作循环中，上述的结构和方法提供了排气系统70流动限制孔口76的有效清洁。这样避免了或最小化了为清洁孔口76而拆解系统的需要。
在其他实施例（未示出）中，活塞可与闸门独立地相对排气歧管向上及向下移动。例如，活塞可与位于闸门和排气歧管之间的支架（例如圆筒形支架）附接。支架可通过控制和驱动机构向上及向下移动，该控制和驱动机构通过与图2所示的联动装置35类似的联动装置与反应室耦合。但是，如上方所述的使用闸门本身使清洁元件移动可大大简化反应器的设计与操作。
在活塞可与闸门相独立地相对排气歧管上下移动的实施例中，无需在每个工作循环后都使活塞移动至排气歧管的孔内。在这种实施例中，可在任意数量的循环后，使活塞向下移动以清洁孔，例如包括，在二次、三次、四次、五次、八次、十次、十五次或二十次工作循环后。
在另一变例中，闸门34可安装活塞80，但闸门34以及控制和驱动机构41设置为，使得在常规的闸门34打开位置时，活塞80保持在孔口76的上方。控制和驱动机构41可设置为使闸门34向下移动至超出其常规打开位置的特定孔口清洁位置，此时活塞80可与孔口76接合。至清洁位置的移动可或在每次循环中或间断地按需应用。
图4中所示的闸门134可用于取代图1至图3中所示的闸门34。除了邻近下缘137向下延伸的活塞180在闸门134内表面139而不是外表面138附接至闸门134以外，闸门134与闸门34相同。活塞180包括沿内表面139竖直向下延伸的轴181，轴181终止于示为锥尖182形式的接触元件。
如图1、图2和图4所示，活塞80和180从闸门34和134向下延伸以与各孔口接触。但是，在其他实施例中，闸门的下缘可成形为具有活塞的功能，使得活塞集成在闸门下缘的形状内，而作为单个元件。例如，闸门的下缘可包括向下朝着各孔口延伸的活塞状突起，使得当闸门向下移动清洁孔口的固体颗粒时，每个活塞状突起的一部分或全部插入相对应的孔口内，从而从各孔口刮掉固体颗粒。
现在参照图5A和图5B，根据本发明另一实施例的化学沉积反应器210包括闸门234，在如图1所示反应室12的反应室内进行的晶圆处理过程中应用。除了闸门234不包括从其边缘向下延伸的活塞，且排气系统包括具有单个环形孔口的迷宫而不是具有复数个圆形孔口的歧管之外，图5A（闸门打开位置）和图5B（闸门关闭位置）所示的闸门234与图1至图3中所示的闸门34类似。
反应器210包括闸门234，用于关闭和开启如图1和图3所示入口30的入口。闸门234限定面向进气歧管（未示出）的上表面236和面向排气迷宫272的下缘237。
排气迷宫272包括穿过迷宫272的顶面277延伸至管路278（如环形管路）内的单个孔口276（如环形孔口），管路278具有通过螺栓284耦合在一起的复数个隔板283。管路278与排气导管274耦合，排气孔口设置为从反应室的内部区域除去用过的气体。
排气迷宫272和附带隔板283设置为提供低流体传导元件，以产生反应室内部区域与排气导管274之间的流速限制。排气迷宫274和附带隔板283可提供反应室内部区域与排气导管274之间的压力屏障，从而使反应室内部反应物流动的均匀性增加。
不是具有单独的与闸门耦合的活塞（如图1至图4所示），闸门234的下缘237可相对排气迷宫272移动，且设置为与排气迷宫272的单个孔口276接触以除去、清洁或刮掉固体颗粒。
闸门234的下缘237设置为当闸门234下移时（如为插入或取出晶圆载体而打开反应室），闸门234的一部分可插入单个孔口276内，从而从其上刮掉固体颗粒。下缘237可限定大约等于或稍小于孔口276宽度的一宽度（沿垂直于反应室中心轴的方向）。在这种实施例中，下缘237可与孔口276内部部分配合，且当闸门234相对迷宫272的顶面277上下平移时，可刮掉孔口276内侧边缘的固体颗粒。
当闸门234向下移动时，具有邻近闸门234下缘237的倒角内边缘285，且具有孔口276的倒角内边缘286，可允许闸门234相对孔口276自定位。在这种实施例中，如果闸门234与孔口276没有对齐，倒角内边缘285和286的接触可致使闸门234稍微水平移动，直至其下缘237可向下滑动部分进入孔口276。
闸门234的倒角内边缘285和孔口276的倒角内边缘286的角度可为任意角度，但在一些实施例中，倒角内边缘285和286的角度可大致彼此匹配（如倒角内边缘285和286相对反应室中心轴的角度可为45度）。在这种实施例中，倒角内边缘185和186的匹配可允许在闸门234与孔口276之间具有更大的接触面，从而允许从孔口276除去更多的固体颗粒。
如图所示，排气迷宫272包括沿整个排气迷宫272延伸的单个孔口276。在其他实施例中，排气迷宫可包括复数个沿迷宫延伸的间隔开的弧形孔口。例如，排气迷宫可包括十个间隔开的弧形孔口，每个孔口的横跨大约为30度的排气迷宫顶面，且隔开大约6度。在这种实施例中，闸门的下缘可包括十个下部，每个下部设置为与相对应的弧形孔口配合，使得当闸门与排气迷宫接触时，闸门可从弧形孔口清洁固体颗粒。
如图所示，沿反应室中心轴的径向，孔口276跨越大约顶面277宽度的四分之一而水平延伸。在其他实施例中，孔口可跨越排气歧管顶面宽度的任意部分，包括顶面宽度的大约一半、三分之二、五分之四、或十分之九。
如图5A和图5B所示，闸门234相对排气迷宫272上下平移，以与其接触并除去固体颗粒。在其他实施例（未示出）中，分离的清洁元件（如圆筒形清洁元件）可与闸门独立地相对排气迷宫上下移动。例如，位于闸门和排气迷宫之间的圆柱形支架可上下移动并可与排气迷宫接触以除去固体颗粒。支架可通过控制和驱动机构向上及向下移动，该控制和驱动机构通过与图2所示的联动装置35类似的联动装置与反应室耦合。
如图所示，闸门234可具有比孔口276宽度更大的宽度，从而只有下缘277及部分的倒角内边缘285可插入至孔276中以从其除去固体颗粒。在其他实施例（未示出）中，闸门的整个下缘和倒角内边缘可都插入孔口内（如当闸门的宽度小于或等于孔的宽度时）。
如图所示，三个隔板283位于排气迷宫272的内部。在其他实施例中，根据反应室内部区域与排气迷宫之间所需的气流限制的程度，排气迷宫内部可设置任意数量的隔板。
本发明可在各种不同的晶圆处理过程中应用，例如，化学气相沉积、晶圆的化学蚀刻，等等。
尽管本发明参照特定实施例进行描述，可以理解的是，这些实施例仅为说明本发明原理和应用的示例。因而可以理解的是，在不偏离所附权利要求书限定的本发明的实质和范围时，可对示例性的实施例进行各种改变而设计出其它方案。可以理解的是，与存在于原始权利要求书的相比，各从属权利要求及本文设定的技术特征可以不同的方式结合将是适当的。同样可以理解的是，与单个实施例相联系描述的技术特征可与其他描述的实施例共享也是适当的。

Claims (26)

1.化学气相沉积反应器，包括：
（a）具有内部空间的反应室；
（b）与所述反应室的所述内部空间连通的进气歧管，用于允许处理气体进入以在保持于所述内部空间里的基片上形成沉积；
（c）排气系统，包括具有通道和一个或多个孔口的排气歧管，所述通道通过所述一个或多个孔口与所述反应室的所述内部空间连通；及
（d）安装在所述反应室内的一个或多个清洁元件，所述一个或多个清洁元件在两位置之间移动，（i）是所述清洁元件远离所述一个或多个孔口的运行位置，（ii）是所述一个或多个清洁元件与所述一个或多个孔口接合的清洁位置；
其中所述反应室具有用于基片插入与取出的入口及安装至所述反应室的闸门，所述闸门可在两位置之间移动，（i）是所述闸门离开所述入口的打开位置，（ii）是所述闸门阻塞所述入口的关闭位置，所述一个或多个清洁元件安装在所述闸门上以与其一起移动。
2.根据权利要求1所述的反应器，其中所述清洁元件（i）当所述闸门在所述关闭位置时位于所述运行位置，（ii）当所述闸门在所述打开位置时位于所述清洁位置。
3.根据权利要求1所述的反应器，其中所述排气歧管限定一环形且所述一个或多个孔口包括复数个圆孔。
4.根据权利要求3所述的反应器，其中所述一个或多个清洁元件为复数个附接至所述闸门的活塞。
5.根据权利要求4所述的反应器，其中每个活塞具有一个锥尖。
6.根据权利要求5所述的反应器，其中每个锥尖限定相对所述反应室的中心轴的角度，该角度约等于所述复数个圆孔中的每个的倒角内边缘所限定的角度。
7.根据权利要求1所述的反应器，其中所述排气歧管包括迷宫，所述迷宫包括复数个隔板，且所述一个或多个孔口为单个圆筒形孔。
8.根据权利要求7所述的反应器，其中所述一个或多个清洁元件为所述闸门的下部。
9.根据权利要求8所述的反应器，其中所述闸门的所述下部具有倒角内边缘。
10.根据权利要求9所述的反应器，其中所述闸门的所述下部的所述倒角内边缘限定相对所述反应器的中心轴的角度，该角度约等于所述排气歧管的所述孔的倒角内边缘所限定的角度。
11.根据权利要求1所述的反应器，进一步包括安装至所述反应室内的转轴，所述转轴设置为绕沿上下方向延伸的轴旋转，所述转轴的上端设置为与晶圆载体可释放地接合，所述晶圆载体设置为保持复数个晶圆。
12.根据权利要求11所述的反应器，进一步包括设置为使所述转轴绕所述轴旋转的电机驱动器。
13.根据权利要求11所述的反应器，进一步包括设置为加热所述晶圆载体的加热器。
14.处理晶圆的方法，包括：
（a）提供反应室，所述反应室限定内部空间且包括用于插入和取出晶圆载体的入口；
（b）在晶圆载体上保持一个或多个晶圆、使得每个晶圆的顶面在所述晶圆载体的顶面暴露；
（c）在所述晶圆的所述暴露顶面上应用一种或多种处理气体；
（d）通过排气系统除去部分处理气体，所述排气系统包括排气歧管，所述排气歧管具有通道和一个或多个孔口，通过所述一个或多个孔口，所述通道与所述反应室的所述内部空间连通；
（e）使所述反应室内安装的一个或多个清洁元件向下移动；
（f）使每个清洁元件的至少一部分插入所述排气歧管，以清洁所述排气歧管；
（g）移动安装至所述反应室的闸门的步骤，从（i）所述闸门离开所述入口的打开位置，移动至（ii）所述闸门阻塞所述入口的关闭位置；
其中所述一个或多个清洁元件与所述闸门直接接合以与其一起移动。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述移动闸门的步骤（g）包括，（i）当所述闸门在所述关闭位置时将所述清洁元件移动至运行位置，（ii）当所述闸门在所述打开位置时将所述清洁元件移动至清洁位置。
16.根据权利要求14所述的方法，进一步包括（g）使所述晶圆载体与安装于所述反应室内的转轴的上端可释放地接合的步骤，所述转轴定向为基本平行于沿上下方向延伸的中心轴。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括（h）绕所述中心轴旋转所述转轴和所述晶圆载体的步骤。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述排气歧管限定一环形，且所述一个或多个孔口包括复数个圆孔。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述一个或多个清洁元件为复数个附接至所述闸门的活塞。
20.根据权利要求19所述的方法，其中每个活塞具有一个锥尖。
21.根据权利要求20所述的方法，其中每个锥尖限定相对所述反应室的中心轴的角度，该角度大约等于所述复数个圆孔中的每个的倒角内边缘所限定的角度。
22.根据权利要求14所述的方法，其中所述排气歧管包括迷宫，所述迷宫包括复数个隔板，且所述一个或多个孔口为单个圆筒形孔。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述一个或多个清洁元件为所述闸门的下部。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述闸门的所述下部具有倒角内边缘。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述闸门的所述下部的所述倒角内边缘限定相对所述反应器的中心轴的角度，该角度约等于所述排气歧管的所述孔的倒角内边缘所限定的角度。
26.根据权利要求14所述的方法，进一步包括至少部分地通过从所述晶圆载体传递热量而加热所述晶圆的步骤。
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