CN103635992B - 用于半导体制造的喷射构件及具有该喷射构件的基板处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基板处理装置。基板处理装置包括:处理腔室,其容纳多个基板以便执行等离子处理过程;支撑构件,其安装在所述处理腔室内以便将多个基板安装在其相同平面上;喷射构件,其相对于所述支撑构件安装并且包括多个独立的挡板,以便将至少一种反应气体和一种净化气体独立地喷射到与放置在所述支撑构件上的所述多个基板相对应的位置中;和驱动单元,其用于使所述支撑构件或所述喷射构件转动,以使所述喷射构件的所述挡板朝向放置在支撑构件上的多个基板的上侧依次地转动。所述喷射构件包括等离子体发生器,其安装在至少一个所述挡板上,以喷射来自多个挡板的反应气体,以便将待喷射到基板上的反应气体等离子体化。
Description
相关申请的交叉引用
根据35U.S.C.§119,美国非临时申请要求递交于2011年6月24日的韩国专利申请第10-2011-0061897号的优先权,所述申请的全部内容通过引用的方式并入于此。
技术领域
本发明构思主要涉及一种用在半导体器件的制造中的薄膜处理装置,更具体地,涉及一种利用改善气流的喷射构件及包括该喷射构件的基板处理装置。
背景技术
使用等离子体的装置已广泛用于诸如干法刻蚀、物理气相沉积或化学气相沉积(PVD或CVD)的单元处理和其它表面处理中。
现有的基板处理装置包括能够处理在相同平面上的多个基板的半批处理式(semi-batchtype)基板处理装置。半批处理式基板处理装置包括用于气体喷射的喷嘴。用于气体喷射的喷嘴设置在半批处理式基板处理装置的中心,以朝向半批处理式基板处理装置的边缘喷射气体。为此,关于基板上的气体喷射速度和密度存在显著的差异。另外,产生涡流以致使薄膜的质量恶化。
发明内容
本发明构思的一个方面涉及用在基板处理装置中的喷射构件。在一些实施例中,喷射构件可以包括:盘形顶板;四个挡板,它们通过径向安装在顶板的底面上的分隔件定界;和侧喷嘴单元,其在长度方向上安装在分隔件处以将气体喷射到至少四个挡板中的每一个上。
在实例实施例中,侧喷嘴单元可以是具有内部路径和喷嘴的杆形喷射器,通过内部路径和喷嘴喷射沿内部路径流动的气体。
在实例实施例中,当喷嘴从顶板的中心靠近边缘时,喷嘴的尺寸可以变大。
在实例实施例中,喷嘴可以具有水平喷射角以在与基板的目标表面相水平的方向上喷射气体。
在实例实施例中,喷嘴可以具有向下倾斜的喷射角以将气体倾斜地喷射到基板的目标表面上。
在实例实施例中,喷嘴构件可以进一步包括中心喷嘴单元,其安装在顶板的所述中心并具有至少四个喷嘴,该至少四个喷嘴独立地将外部供给的至少一种反应气体和一种净化气体喷射到四个挡板上。
在实例实施例中,侧喷嘴单元可以通过中心喷嘴单元接收气体。
本发明构思的另一个方面涉及基板处理装置。在一些实施例中,基板处理装置可以包括:处理腔室,多个基板容纳在其中以待处理;支撑构件,其安装在处理腔室处并且具有其上放置有多个基板的相同平面;喷射构件,其相对于支撑构件安装并且包括多个独立的挡板,以在相应地与放置于支撑构件上的多个基板相对应的位置处独立地喷射至少一种反应气体和净化气体;和驱动单元,其适于使支撑构件或喷射构件转动,以使喷射构件的挡板围绕多个相应的基板依次地转动。喷射构件包括:顶板;分隔件,其安装在顶板的底面上,以将多个挡板定界;和侧喷嘴单元,其安装在分隔件处并且适于将至少一种反应气体和一种净化气体喷射到相应的挡板。
在实例实施例中,喷射构件可以进一步包括:中心喷嘴单元,其安装在顶板的中心中并且适于将外部供给的至少一种反应气体和净化气体喷射到相应的挡板。
附图说明
鉴于附图和附随的详细描述,本发明构思将变得更加显而易见。通过实例而非通过限制提供了在此描述的实施例,其中相同的附图标记表示相同或相似的元件。附图不需要按照比例确定,而是将重点放在说明本发明构思的图解说明方面。
图1示出了根据本发明构思的原子层沉积(ALD)装置;
图2A和图2B分别是图1中的喷射构件的立体图和横截面视图;
图3是图1中的喷射构件的俯视平面图;
图4是沿图2B中的线A-A剖切的横截面视图;
图5A是喷射构件的主体部分的放大的横截面视图,其示出了等离子体发生器;
图5B示出了通过高度调节器降低的图5A中的等离子体发生器的状态;
图6示出了喷射构件的改进实施例;以及
图7是侧喷射单元的横截面视图,其示出了具有各种喷射角度的喷嘴。
具体实施方式
现在参照示出了本发明构思的优选实施例的附图,在下文中更加完整地描述本发明构思。然而,本发明构思可以多种不同形式体现并且不应当构造成对在此陈述的实施例的限制。相反,提供这些实施例以使得该公开是清楚且完整的,并且将本发明构思的范围充分地传达给本领域技术人员。相同的附图标记自始至终表示相同的元件。
图1示出了根据本发明构思的原子层沉积(ALD)装置。图2A和图2B分别是图1中的喷射构件的立体图和横截面视图。图3是图1中的喷射构件的俯视平面图。图4是沿图2B中的线A-A剖切的横截面视图。
参照图1至图4,根据本发明构思的实施例的原子层沉积装置10包括处理腔室100、支撑构件200、喷射构件300和供给构件500。
进口112设置在处理腔室100的一侧。在处理期间,基板W通过进口112进入或离开。处理腔室100包括配置在其上边缘处的排气导管120和排气管114,以用于将供给到处理腔室110中的反应气体和净化气体以及在原子层沉积处理期间产生的反应副产品排出。以配置在喷射构件300外侧的环的形式设置排气导管120。尽管未示出,但对于本领域的技术人员来说是显而易见的是,排气管114连接至真空泵,并且压力控制阀和流量控制阀等安装在排气管114上。
如图1和图3所示,支撑构件200安装在处理腔室100的内部空间中。
支撑构件200是其上放置有四个基板的批处理式构件。支撑构件200包括:盘形工作台210,其包括具有在其上放置有基板的顶面的四个平台;和支撑柱220,其支撑工作台210。第一平台212a至第四平台212d可以具有与基板相似的圆柱体形状。基于支撑构件200的中心,第一平台212a至第四平台212d布置在同心圆上的直角处。
支撑构件200通过驱动单元290转动。优选地,使支撑构件200转动的驱动单元290采用步进电机,编码器安装在该步进电机中以控制驱动电机的转数和转速。编码器控制喷射构件300的第一循环处理(第一反应气体-净化气体-第二反应气体-净化气体)时间。
尽管未示出,但是支撑构件200可以设置有从相应的平台升降基板的多个提升销(未示出)。提升销升高基板W,从而允许基板W与支撑构件200的平台分离或者允许将基板W装载在平台上。另外,加热器(未示出)可以设置在相应的平台212a至212d处以加热装载的基板W。加热器加热基板W以将基板W的温度增加到预定的温度(处理温度)。
参照图1和图2B,供给构件500包括第一气体供给构件510a、第二气体供给构件510b和净化气体供给构件520。第一气体供给构件510a将用于在基板W上形成预定薄膜的第一反应气体供给到喷嘴单元的第一腔室320a中。第二气体供给构件510b将第二反应气体供给到第三腔室320c中。净化空气供给腔室520将净化空气供给到第二腔室320b和第四腔室320d中。例如,第一反应气体和第二反应气体是包含构成期望形成在基板W上的薄膜的原材料的气体。具体地,在原子层沉积(ALD)处理中,将多种不同的反应气体提供到基板表面上并且使所述反应气体在基板表面上发生化学反应以在基板上形成预定的薄膜。此外,在原子层沉积处理中,在供给一种反应气体和供给另一种反应气体之间供给净化气体,以净化保留在基板W上的非反应气体。
在这个实施例中,两个气体供给构件用于供给两种不同的反应气体。然而,应当理解,基于处理特性提供多个气体供给构件以供给三种或更多种不同的反应气体。
参照图1、图2A、图2B和图4,喷射构件300将气体喷射到放置在支撑构件200上的四个相应的基板上。
喷射构件300接收来自供给构件500的第一反应气体和第二反应气体以及净化气体。喷射构件300包括盘形顶板302、中心喷嘴310、侧喷嘴单元360、第一挡板320a至第四挡板320d、等离子体发生器340和高度调节器350。
中心喷嘴单元310安装在顶板302的中心部分上。中心喷嘴单元310独立地将自供给构件500供给的第一反应气体和第二反应气体以及净化气体喷射到第一挡板320a至第四挡板320d。中心喷嘴单元310包括第一腔室至第四腔室311、312、313和314。第一反应气体供给到第一腔室311中,并且喷嘴311a形成在第一腔室311的侧面处以将第一反应气体供给到第一挡板320a。第二反应气体供给到第三腔室313中,并且喷嘴313a形成在第三腔室313的侧面处以将第二反应气体供给到第三挡板320c。净化气体供给到配置在第一腔室311和第三腔室313之间的第二腔室312和第四腔室314中,并且喷嘴312a和314a形成在第二腔室312和第四腔室314的侧面处以将净化气体分别供给到第二挡板320b和第四挡板320d。中心喷嘴单元310的喷嘴311a可以是诸如水平细长喷嘴或多孔喷嘴的各种类型的喷嘴。中心喷嘴单元310的喷嘴311a可以构成单层结构或多层结构。另外,中心喷嘴单元310的喷嘴311a可以具有倾斜的喷射角度以辐射状地喷射气体。
侧喷嘴单元360分别安装在对第一挡板320a至第四挡板320d定界的分隔件处。侧喷嘴单元360布置成在中心喷嘴单元310周围的V形,以使两个侧喷嘴单元360在一个挡板处形成一对。包括四个挡板的喷射构件300设置有总共八个侧喷嘴单元360。侧喷嘴单元360改善了提供给基板W的目标表面的气体的流动(密度和速度)以提高薄膜的质量。安装在一个挡板处的两个侧喷嘴单元360对称地布置在基板W的中心(挡板空间)周围。
侧喷嘴单元360具有杆状并且包括内部路径362和其一个表面处的多个喷嘴364。侧喷嘴单元360通过中心喷嘴单元310的相应腔室311、312、313和314接收气体。为实现这个目的,侧喷嘴单元360的内部路径362与中心喷嘴单元310的相应腔室311、312、313和314连通。侧喷嘴单元360的喷嘴364的尺寸可以基于它们的位置改变。如图2A和图4所示,喷嘴364的尺寸在它们靠近中心喷嘴单元310时较小,同时喷嘴364的尺寸在它们远离中心喷嘴单元310时较大。这是因为在靠近中心喷嘴单元310的中心区域,由于侧喷嘴单元360之间的短距离,因此即使具有较小的气体量也可以保持充足的气体供给和密度。这还因为在离中心喷嘴单元310较远的边缘区域中,由于侧喷嘴单元360之间的长距离,因此喷射大量气体以用于充足的气体供给(密度维持)。
侧喷嘴单元360的喷嘴364可以具有与基板水平的喷射角度。然而,如果需要的话,侧喷嘴单元360的喷嘴364可以具有朝向基板倾斜的喷射角度。
图7示出了包括具有水平喷射角度以在与基板的目标表面水平的方向上喷射气体的喷嘴364的侧喷嘴单元360,以及包括具有向下倾斜的喷射角度以将气体倾斜地喷射到基板的目标表面的喷嘴364的侧喷嘴单元360。
侧喷嘴单元360可以通过单独的供给管线而非通过中心喷嘴单元310来直接接收气体。在这种情况下,供给管线(气体被引入到侧喷嘴单元的位置)优选地连接至侧喷嘴单元360的中心部分。在侧喷嘴单元360通过供给管线直接接收气体时,喷嘴364的尺寸在它们靠近气体供给点时较小,同时喷嘴364的尺寸在它们远离气体供给点时较大。
如上所述,喷射构件300通过经由在三个方向上的中心喷嘴单元310和一对侧喷嘴单元360喷射气体来允许将气体均匀地喷射到基板的整个目标表面上。另外,由于在三个方向上朝向基板喷射气体,因此在薄膜形成期间可以使涡流的产生最小化以提高薄膜的质量。
第一挡板320a至第四挡板320d具有用于在分别对应于基板的位置处将从中心喷嘴单元310和侧喷嘴单元360接收的气体供给到基板的整个目标表面的独立空间。第一挡板320a至第四挡板320d通过安装在顶板302的底面上的分隔件309定界。
第一挡板320a至第四挡板320d以围绕中心喷嘴单元310成直角的扇形形状辐射状地布置在顶板302的下方。第一挡板320a至第四挡板320d相应地与中心喷嘴单元310的喷嘴311a、312a、313a和314a以及侧喷嘴单元360的喷嘴连通。第一挡板320a至第四挡板320d形成有面向支撑构件200的开放的底面。
将自中心喷嘴单元310和一对侧喷嘴单元360供给的气体分别供给到第一挡板和第四挡板的独立空间。供给到独立空间的气体通过开放的底面自然地供给到基板。第一反应气体供给到第一挡板320a,并且第二反应气体供给到第三挡板320c。净化气体供给到设置在第一挡板320a和第三挡板320c之间的第二挡板320b和第四挡板320d,以防止第一反应气体和第二反应气体以及净化非反应气体的混合。
例如,在将喷射构件300的第一挡板320a至第四挡板320d布置为呈直角的扇形时,本发明构思不限于此并且它们可以45度或180度的规则间隔形成并且可以根据处理目的或特性改变尺寸。
根据本发明构思,在支撑构件200转动时,基板依次地通过第一挡板320a至第四挡板320d的下方。在全部基板通过第一挡板320a至第四挡板320d时,一对原子层沉积在基板W上。同样地,基板的连续旋转允许具有预定厚度的薄膜沉积在基板上。
图6示出不具有中心喷嘴单元的喷射构件300。
如图6所示,由于喷射构件300不具有中心喷射,因此通过单独的供给管线(未示出)将气体供给引导到侧喷嘴单元360。喷射构件300的侧喷嘴单元360(通过单独的供给管线引导气体供给到该处)可以根据处理特性改变高度。
图5A是是喷射构件300的主体部分的放大的横截面视图,其示出了等离子体发生器340。图5B示出了通过高度调节器降低的图5A中的等离子体发生器340的状态。
等离子体发生器340可以垂直可移动地安装在喷射构件300的至少一个挡板上。这该实施例中,将描述等离子体发生器340垂直可移动地安装在第三挡板300c上。然而,应当理解,如果需要的话,等离子体发生器340可以安装在另一个挡板上。
参照图2A、图2B、图5A和图5B,等离子体发生器340安装于开口304处,开口304形成在对应于第三挡板320c的区段的顶板302处。独立于第三挡板320c,垂直可移动地安装等离子体发生器340。等离子体发生器340由波纹管380包围以维持气密性。尽管未示出,但是在喷射构件300安装在处理腔室的内部空间中的情况下,等离子体发生器340可以构造成连接至单独的提升轴,提升轴安装成穿透处理腔室的上盖的,并且配置在腔室外侧的提升轴可以构造成由高度调节器来提升。在这种情况下,波纹管安装成覆盖穿透处理腔室的上盖的上升轴。在该实施例中,由于喷射构件的顶板适于处理腔室的上盖的一部分,因此波纹管380安装在开口304上以覆盖等离子体发生器340。
等离子体发生器340安装在第三挡板320c上并且使第二反应气体等离子体化,以改善第二反应气体的反应性并增加第三挡板320c中的等离子体的密度,从而提高薄膜的沉积率和质量。
等离子体发生器340包括:第一电极343,其被施加以射频(RF)功率以便产生以等离子体形式的气体;和第二电极344,其设置在第一电极343之间,并被施加以偏置功率(biaspower)。第一电极343和第二电极344设置在等离子体发生器340的主体341的底面342的内侧处的相同平面上。第一电极343和第二电极344以规则间隔布置成杆的形式以彼此交叉。第一电极343和第二电极344布置在与它们的旋转方向垂直的方向上(布置成梳子的形式或在朝向旋转中心的方向上径向布置)。在这种情况下,另一种射频功率可以施加到第二电极344上。
等离子体发生器340的主体的底面342形成为面向支撑构件200。等离子体发生器340的主体341可以由具有绝缘、耐热和耐化学品的性能的石英材料或陶瓷材料制成,以防止将由第一电极343和第二电极344产生的影响施加到处理腔室的内侧。
在本发明构思中,在基板W通过其上安装有等离子体发生器340的第三挡板320的下方时,利用等离子体化的第二反应气体对基板W进行表面处理。也就是说,在将射频功率和偏置功率施加到等离子体发生器340的第一电极343和第二电极344上并且通过一对侧喷嘴单元360将第二反应气体供给至第三挡板320c时,当在由安装在第三挡板320c上的等离子体发生器340处产生的感应磁场将第二反应气体激励到等离子体状态之后,将第二反应气体供给到基板上。
高度调节器350安装在处理腔室外侧并且提升等离子体发生器340以调整等离子体发生器340和基板之间的距离。
也就是说,用于提升等离子体发生器340的高度调节器350设置为,使得可以根据基板的状态、使用的气体和使用环境来调节基板和等离子体发生器区域(第三挡板空间)之间的距离以形成薄膜。
等离子体发生器340的提升高度在防止侧喷嘴单元的喷嘴阻塞的范围内。
在根据本发明构思的原子层沉积(ALD)装置中,等离子体发生器以半远程(semi-remote)等离子体的形式安装在喷射构件上。当等离子体发生器和基板之间的距离保持在从几毫米到几十毫米的范围内而非典型的远程等离子体发生器时,通过反应气体的直接分解来激活反应气体以形成薄膜。具体地,根据本发明构思的等离子体发生器通过同时设置第一电极和第二电极来产生等离子体,从而不需要在腔室和主体等上安装辅助设备。
在典型的单一设备的情况下,等离子体发生器区域和基板之间的距离通过提升和降低基座来调节。然而,在本发明构思中,仅等离子体发生器采用分开的独立提升结构,从而根据基板的状态、使用的气体和环境来调节离子发生器和基板之间的距离以形成薄膜。
本发明构思可以适于将至少两种气体依次地喷射到基板上以处理基板的表面的装置。作为优选实施例,已描述了用在原子层沉积处理中的批处理式原子层沉积(ALD)装置。本发明构思还可以适于使用高密度等离子体(HDP)的薄膜沉积装置以及使用等离子体的沉积刻蚀装置。
如目前所述,通过中心喷嘴单元和侧喷嘴单元在三个方向中喷射气体。从而,在挡板上提供均匀的气体密度,以提高薄膜的沉积率和质量。
尽管参照本发明的示例性实施例已经具体示出并描述本发明构思,但是对于本领域技术人员来说,在不背离如随附权利要求所限定的本发明构思的实质和范围的情况下,在此做出形式上和细节上的各种变化是显而易见的。
Claims (7)
1.一种用在基板处理装置中的喷射构件,其包括:
盘形顶板;
至少四个挡板,它们通过径向安装在所述顶板的底面上的分隔件定界;和
侧喷嘴单元,其在长度方向上安装在所述分隔件处,以将气体喷射到所述至少四个挡板中的每一个上;
所述喷射构件进一步包括:
中心喷嘴单元,其安装在所述顶板的所述中心并具有至少四个喷嘴,所述至少四个喷嘴独立地将外部供给的至少一种反应气体和一种净化气体喷射到所述四个挡板上。
2.根据权利要求1所述的喷射构件,其中,所述侧喷嘴单元是具有内部路径和喷嘴的杆形喷射器,通过所述内部路径和喷嘴喷射沿所述内部路径流动的气体。
3.根据权利要求2所述的喷射构件,其中,当所述喷嘴从所述顶板的中心靠近边缘时,所述喷嘴的尺寸变大。
4.根据权利要求2所述的喷射构件,其中,所述喷嘴具有水平喷射角,以在与基板的目标表面相水平的方向上喷射气体。
5.根据权利要求2所述的喷射构件,其中,所述喷嘴具有向下倾斜的喷射角,以将气体倾斜地喷射到基板的目标表面上。
6.根据权利要求1所述的喷射构件,其中,所述侧喷嘴单元通过所述中心喷嘴单元接收气体。
7.一种基板处理装置,其包括:
处理腔室,多个基板容纳在其中以待处理;
支撑构件,其安装在所述处理腔室处并且具有其上放置有多个基板的相同平面;
喷射构件,其相对于所述支撑构件安装并且包括多个独立的挡板,以在与相应地放置于所述支撑构件上的所述多个基板相对应的位置处独立地喷射所述至少一种反应气体和所述净化气体;和
驱动单元,其适于使所述支撑构件或所述喷射构件转动,以使所述喷射构件的所述挡板围绕多个相应的基板依次转动;
其中,所述喷射构件包括:
顶板;
分隔件,其安装在所述顶板的底面上,以对所述多个挡板定界;和
侧喷嘴单元,其安装在所述分隔件处并且适于将至少一种反应气体和一种净化气体喷射到所述相应的挡板;
所述喷射构件进一步包括:
中心喷嘴单元,其安装在所述顶板的所述中心中并且适于将外部供给的至少一种反应气体和一种净化气体喷射到所述相应的挡板。
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