CN103959438B - 供应具有相位差的反应性气体的基板处理装置 - Google Patents

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Abstract

根据本发明一实施方案，用于实现对基板的工艺的基板处理装置包括：下部腔室，其上部打开，并在一侧形成有用于使所述基板进出的通道；外部反应管，其用于关闭所述下部腔室中打开的上部，并提供实现所述工艺的工艺空间；基板支架，其以上下方向载置一个以上的所述基板，并可以转换到在所述基板支架内载置所述基板的载置位置、或对所述基板实现所述工艺的工艺位置；以及气体供应单元，其设置在所述外部反应管的内部，并用于向所述工艺空间供应反应性气体，且形成沿着上下方向具有各不相同的相位差的所述反应性气体的流动。

Description

供应具有相位差的反应性气体的基板处理装置
技术领域
本发明涉及一种基板处理装置，尤其涉及一种能够供应根据高度具有不同相位差的反应性气体的基板处理装置。
背景技术
常用的选择性外延工艺(selective epitaxy process)伴随沉积反应及蚀刻反应。沉积及蚀刻反应对多晶层及外延层以相对不同的反应速度同时发生。沉积工艺中，在至少一个第二层上，在现有的多晶层及/或非晶层沉积的期间，外延层在单晶表面上形成。但是沉积的多晶层一般比外延层以更快的速度蚀刻。因此，通过改变腐蚀气体的浓度，网状选择性工艺(net selective process)可以实现外延材料的沉积、和受限或不受限的多晶材料的沉积。例如，选择性外延工艺可以实现，沉积物不残留在垫片上并在单晶硅表面上形成含硅材料的外延层(epilayer)。
选择性外延工艺一般具有几个缺点。在这种外延工艺中，前驱体的化学浓度及反应温度在沉积工艺上进行调节及调整，以保持选择性。若供应不充足的硅前驱体，则使蚀刻反应活化而导致整体工艺迟缓。另外，会对基板表面的蚀刻产生不利影响。若供应不充足的腐蚀液前驱体，则会使沉积反应在整个基板表面上形成单晶及多晶材料的选择性(selectivity)减少。另外，常用的选择性外延工艺一般需要高反应温度如约800℃、约1000℃、或更高的温度。这种高温会使得在基板表面产生不被控制的氮化反应及热移动(thermal budge)，因此在制造工艺中并不优选。
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的在于提供一种能够在工艺空间内形成均匀的反应性气体的流动的基板处理装置。
本发明的另一目的在于提供一种能够形成根据高度具有不同相位差的反应性气体的流动的基板处理装置。
本发明的又一目的在于提供一种能够对基板集中地供应反应性气体的基板处理装置。
本发明的其他目的可以通过下述详细的说明和附图进一步明确。
解决课题的方法
根据本发明一实施方案，一种用于实现对于基板的工艺的基板处理装置，其包括：下部腔室，其上部打开，并在一侧形成有用于使所述基板进出的通道；外部反应管，其用于关闭所述下部腔室中打开的上部，并提供实现所述工艺的工艺空间；基板支架，其以上下方向载置一个以上的所述基板，并可以转换到在所述基板支架内载置所述基板的载置位置、或对所述基板实现所述工艺的工艺位置；以及气体供应单元，其设置在所述外部反应管的内部，并用于向所述工艺空间供应反应性气体，且形成沿着上下方向具有各不相同的相位差的所述反应性气体的流动。
所述气体供应单元可以包括：多个供应喷嘴，其沿着所述外部反应管的内壁配置，并分别配置在各不相同的高度，用于喷出所述反应性气体；多个供应管，其分别与所述供应喷嘴连接，并用于向每个所述供应喷嘴供应所述反应性气体；多个排气喷嘴，其沿着所述外部反应管的内壁配置，并分别配置在各不相同的高度，用于吸入所述工艺空间内的未反应气体及反应副产物；以及多个排气管，其分别与所述排气喷嘴连接，并用于使通过所述排气喷嘴分别吸入的所述未反应气体及所述反应副产物经过。
所述基板支架在所述工艺位置时，所述供应喷嘴及所述排气喷嘴可以以分别与载置在所述基板支架的所述基板的位置对应的方式配置。
每个所述供应喷嘴可以是具有用于喷出所述反应性气体的圆形剖面的供应口的圆形管，每个所述排气喷嘴具有：剖面积沿着吸入方向减小的内部空间；和在顶端形成并用于吸入所述未反应气体及所述反应副产物的槽形剖面的排气口，对于相同高度，每个所述供应口的中心和所述排气口的中心以互相对称的方式配置。
每个所述供应喷嘴可以具有：剖面积沿着喷出方向增加的内部空间；和在顶端形成并用于喷出所述反应性气体的槽形剖面的供应口，每个所述排气喷嘴具有：剖面积沿着吸入方向减小的内部空间；和在顶端形成并用于吸入所述未反应气体及所述反应副产物的槽形剖面的排气口，对于相同高度，每个所述供应口的中心和所述排气口的中心以互相对称的方式配置。
每个所述供应喷嘴可以具有：剖面积沿着喷出方向增加的内部空间；在顶端形成并用于喷出所述反应性气体的槽形剖面的供应口；及设置在所述供应口上并具有多个喷射孔的喷射板，每个所述排气喷嘴具有：剖面积沿着吸入方向减小的内部空间；和在顶端形成并用于吸入所述未反应气体及所述反应副产物的槽形剖面的排气口，对于相同高度，每个所述供应口的中心和所述排气口的中心以互相对称的方式配置。
所述气体供应单元可以进一步具备多个供应线，所述多个供应线分别与所述供应喷嘴连接，并用于向所述供应喷嘴分别供应所述反应性气体。
所述基板处理装置可以进一步包括在所述下部腔室和所述外部反应管之间设置的支撑法兰，所述供应线通过所述支撑法兰分别与所述供应喷嘴连接。
所述基板处理装置可以进一步包括内部反应管，所述内部反应管设置在所述外部反应管的内部，并配置在位于所述工艺位置的所述基板支架的外围，用于划分对所述基板的反应区域，每个所述供应口及所述排气口可以位于所述内部反应管的内部。
所述基板处理装置可以进一步包括热电偶，所述热电偶设置在所述外部反应管的内部，并以上下方向配置。
所述基板处理装置可以进一步包括旋转轴，所述旋转轴与所述基板支架连接，并在所述工艺期间向规定方向旋转。
发明的效果
根据本发明一实施方案，能够在工艺空间内均匀地形成反应性气体的流动。尤其，能够形成根据高度具有不同相位差的反应性气体的流动。另外，能够对基板集中地供应反应性气体。
附图说明
图1是示意性地示出根据本发明一实施例的半导体制造设备的图。
图2是示出本发明一实施例进行处理的基板的图。
图3是示出根据本发明一实施例形成外延层的方法的流程图。
图4是示意性地示出图1所示的外延装置的图。
图5是示出图1所示的下部腔室及基板支架的剖视图。
图6是示意性地示出图1所示的外部反应管及内部反应管、供应喷嘴及排气喷嘴的剖视图。
图7是示出图1所示的供应喷嘴的配置和热电偶的配置的剖视图。
图8是示出图1所示的排气喷嘴的配置和热电偶的配置的剖视图。
图9是示出分别与图1所示的供应喷嘴连接的供应线的图。
图10是示出在图1所示的内部反应管中反应性气体的流动的图。
图11是示出图1所示的基板支架转换到工艺位置的状态的图。
图12是示意性地示出关于图6所示的供应喷嘴变形的实施例的立体图。
图13是示出图12所示的供应喷嘴的立体图。
图14是示出图12所示的供应喷嘴的剖视图。
图15是示出经由图12所示的供应喷嘴及排气喷嘴的反应性气体的流动的图。
图16是示意性地示出关于图13所示的供应喷嘴变形的实施例的立体图。
图17是示出图16所示的供应喷嘴的剖视图。
具体实施方式
下面，参照图1至图11对本发明优选的实施例进行更详细的说明。本发明的实施例可以以各种形式变形，本发明的范围不应被解释为限定于下述实施例。本实施例是为了对本领域普通技术人员更详细地说明本发明而提供的。因此附图所示的各种要素的形状可以被夸张，以用于强调说明。
另外，下面对外延工艺举例说明，但本发明能够应用于包括外延工艺的多种半导体制造工艺。
图1是示意性地示出根据本发明一实施例的半导体制造设备1的图。半导体制造设备1包括：工艺设备2、设备前端模块(Equipment Front End Module:EFEM)3、及界面壁(interface wall)4。设备前端模块3装配在工艺设备2的前端，用于向容纳有基板S的容器(未图示)和工艺设备2之间搬运晶圆(wafer)W。
设备前端模块3具有多个装载端口(loadports)60和框架(frame)50。框架50位于装载端口60和工艺设备2之间。用于容纳基板S的容器通过高架传输机(overheadtransfer)、高架输送机(overhead conveyor)，或者自动引导车(automatic guidedvehicle)等搬运单元(未图示)放置于装载端口60上。
容器可以使用密闭用容器如前端开口整合盒(Front Open Unified Pod:FOUP)。在框架50内设置有用于向放置于装载端口60的容器和工艺设备2之间搬运基板S的框架机器70。在框架50内设置有用于自动开闭容器门的开门单元(未图示)。另外，在框架50内可以设置有向框架50内供应清洁空气以使洁净空气从框架50内上部流向下部的风机过滤单元(Fan Filter Unit:FFU)(未图示)。
基板S在工艺设备2内进行规定工艺。工艺设备2包括：搬运腔室(transferchamber)102；装载锁定腔室(loadlock chamber)106；清洗腔室(cleaning chamber)108a、108b；缓冲腔室(buffer chamber)110；及外延腔室(或者外延装置)(epitaxial chamber)112a、112b、112c。搬运腔室102从上部看时大致具有多角形状，装载锁定腔室106、清洗腔室108a、108b、缓冲腔室110、及外延腔室112a、112b、112c设置在搬运腔室102的侧面。
装载锁定腔室106在搬运腔室102的侧部中位于与设备前端模块3相邻的侧部。基板S暂时位于装载锁定腔室106内后装载于工艺设备2而实现工艺，完成工艺后基板S从工艺设备2卸载并暂时位于装载锁定腔室106内。搬运腔室102、清洗腔室108a、108b、缓冲腔室110、及外延腔室112a、112b、112c保持在真空状态，装载锁定腔室106转换成真空状态或大气压状态。装载锁定腔室106用于防止外部污染物流入搬运腔室102、清洗腔室108a、108b、缓冲腔室110、及外延腔室112a、112b、112c。另外，在搬运基板S的期间，基板S不会暴露在大气中，因此能够防止在基板S上形成氧化膜。
在装载锁定腔室106和搬运腔室102之间，及装载锁定腔室106和设备前端模块3之间设置有闸阀(未图示)。当基板S移动到设备前端模块3和装载锁定腔室106之间时，设置在装载锁定腔室106和搬运腔室102之间的闸阀将关闭，当基板S移动到装载锁定腔室106和搬运腔室102之间时，设置在装载锁定腔室106和设备前端模块3之间的闸阀将关闭。
搬运腔室102具备基板处理器104。基板处理器104在装载锁定腔室106、清洗腔室108a、108b、缓冲腔室110、及外延腔室112a、112b、112c之间搬运基板S。搬运腔室102在基板S移动时被密封以保持真空状态。保持真空状态是为了防止基板S暴露在污染物(例如，O2、颗粒物等)中。
设置外延腔室112a、112b、112c的目的是在基板S上形成外延层。本实施例中设置三个外延腔室112a、112b、112c。外延工艺比清洗工艺需要更多的时间，因此能够通过多个外延腔室提高制造效率。可以不同于本实施例，设置四个以上或两个以下的外延腔室。
设置清洗腔室108a、108b的目的是在外延腔室112a、112b、112c内实现对基板S的外延工艺之前清洗基板S。要成功地实现外延工艺，需要使在结晶基板上存在的氧化物的量最小化。当基板表面的含氧量过高时，氧原子妨碍沉积材料在籽基板上的结晶学配置，因此外延工艺受到不良影响。例如，在硅外延沉积时，结晶基板上的过量氧气，通过原子单元的氧原子簇，会使硅原子从其外延位置偏向。这种局部的原子偏向在层生长得更厚时会使后续原子排列产生误差。这种现象也可以被称为所谓的载置缺陷或者小丘状缺陷(hillockdefects)。基板表面的氧化现象(oxygenation)，例如，会在基板搬运时暴露在大气的情况下产生。因此，用于去除在基板S上形成的自然氧化膜(native oxide)(或者表面氧化物)的清洗工艺能够在清洗腔室108a、108b内实现。
清洗工艺是使用自由基状态的氢(H*)和NF3气体的干蚀刻工艺。例如，对在基板表面形成的硅氧化膜进行蚀刻时，在腔室内配置基板并在腔室内形成真空气氛后，在腔室内产生与硅氧化膜反应的中间生成物。
例如，若向腔室内供应反应性气体如氢气的自由基(H*)和氟化物气体(例如，氟化氮(NF3))，则如下述反应式1所示，反应性气体被还原而生成中间生成物如NHxFy(x、y为任意整数)。
H＊+NF3＝＞NHxFy (1)
中间生成物与硅氧化膜(SiO2)之间的反应性高，因此若中间生成物到达硅基板的表面，则与氧化硅膜选择性地反应，生成如下述反应式2的反应生成物((NH4)2SiF6)。
NHxFy+SiO2＝＞(NH4)2SiF6+H2O (2)
之后，若将硅基板加热到100℃以上，则如下述反应式3所示，反应生成物被热分解而变成热分解气体蒸发，因此最终能够从基板表面去除硅氧化膜。如下述反应式3所示，热分解气体包括氟气体如HF气体或SiF4气体。
(NH4)2SiF6＝＞NH3+HF+SiF4 (3)
如上所述，清洗工艺包括生成反应生成物的反应工艺、及将反应生成物热分解的加热工艺，反应工艺及加热工艺可以在清洗腔室108a、108b内一同实现，或可以在清洗腔室108a、108b中的任意一个实现反应工艺并在清洗腔室108a、108b中的另一个实现加热工艺。
缓冲腔室110提供用于载置已完成清洗工艺的基板S的空间、和用于载置已实现外延工艺的基板S的空间。若完成清洗工艺，基板S在向外延腔室112a、112b、112c搬运之前向缓冲腔室110移动并载置于缓冲腔室110内。外延腔室112a、112b、112c可以为实现对多个基板的单一工艺的间歇式(batch type)，若在外延腔室112a、112b、112c内完成外延工艺，已实现外延工艺的基板S依次载置在缓冲腔室110内，已完成清洗工艺的基板S依次载置在外延腔室112a、112b、112c内。此时，基板S能够在缓冲腔室110内以纵向载置。
图2是示出根据本发明一实施例进行处理的基板的图。如上所述，在实现对基板S的外延工艺之前，在清洗腔室108a、108b内实现对基板S的清洗工艺，通过清洗工艺能够去除在基板70的表面形成的氧化膜72。氧化膜能够在清洗腔室108a、108b内通过清洗工艺去除。通过清洗工艺能够使外延表面74暴露在基板70的表面上，从而有助于外延层的生长。
之后，在外延腔室112a、112b、112c内实现在基板70上的外延工艺。外延工艺能够通过化学气相沉积实现，可以在外延表面74上形成外延层76。基板70的外延表面74可以暴露在包含硅气体(例如，SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、Si2H6、或SiH4)及载气(例如，N2及/或H2)的反应性气体。另外，外延层76需要包括掺杂剂时，含硅气体可以包括掺杂剂气体(例如，砷化氢(AsH3)、磷化氢(PH3)、及/或乙硼烷(B2H6))。
图3是示出根据本发明一实施例形成外延层的方法的流程图。方法从步骤S10开始。在步骤S20中，基板S在进行外延工艺前向清洗腔室108a、108b移动，基板处理器104将基板S搬运至清洗腔室108a、108b。搬运是通过保持真空状态的搬运腔室102来实现的。在步骤S30中，实现对基板S的清洗工艺。如上所述，清洗工艺包括产生反应生成物的反应工艺、及将反应生成物热分解的加热工艺。反应工艺及加热工艺可以在清洗腔室108a、108b内一同实现，或可以在清洗腔室108a、108b中的任意一个中实现反应工艺并在清洗腔室108a、108b中的另一个中实现加热工艺。
在步骤S40中，已完成清洗工艺的基板S向缓冲腔室110搬运而载置于缓冲腔室110内，在缓冲腔室110内准备进行外延工艺。在步骤S50中，基板S向外延腔室112a、112b、112c搬运，搬运是通过保持真空状态的搬运腔室102来实现的。在步骤S60中，能够在基板S上形成外延层。之后，基板S在步骤S70中再次向缓冲腔室110搬运而载置在缓冲腔室110内，在步骤S80工艺结束。
图4是示意性地示出图1所示的外延装置的图，图5是示出图1所示的下部腔室及基板支架的剖视图。外延装置(或者外延腔室)包括上部呈打开状态的下部腔室312b，下部腔室312b与搬运腔室102连接。下部腔室312b具有与搬运腔室102连接的通道319，基板S能够通过通道319从搬运腔室102载置于下部腔室312b。闸阀(未图示)设置在通道319的外侧，通道319能够通过闸阀打开及关闭。
外延装置具备用于载置多张基板S的基板支架328，基板S在基板支架328上以上下方向载置。例如，基板支架328能够载置15张基板S。基板支架328位于由下部腔室312b的内部提供的载置空间内(或者“载置位置”)的期间，基板S能够载置在基板支架328内。如下所述，基板支架328可以进行升降，若在基板支架328的槽上载置基板S，则基板支架328上升，从而能够在基板支架328的下一个槽上载置基板S。若基板均已载置在基板支架328上，则基板支架328向外部反应管312a的内部(或者“工艺位置”)移动，并在外部反应管312a的内部进行外延工艺。
隔热板316设置在基板支架328的下部，并与基板支架328一同升降。如图11所示，若基板支架328转换到工艺位置，则隔热板316关闭内部反应管314中打开的下部。隔热板316可以使用陶瓷或石英(quartz)、及在金属材料涂布陶瓷的材质，其用于隔绝进行工艺时反应区域内的热量向载置空间移动。向反应区域内供应的反应性气体中的一部分可以通过内部反应管314中打开的下部向载置空间移动，这时，若载置空间在一定温度以上，则反应性气体中的一部分能够沉积在载置空间的内壁。因此，需要通过隔热板316防止载置空间被加热，由此能够防止反应性气体沉积在载置空间的内壁。
下部腔室312b具有排气端口344、辅助排气端口328a、及辅助气体供应端口362。排气端口344呈“∟”字状，后述的排气喷嘴单元334通过排气端口344与第一排气线342连接。另外，辅助排气端口328a与辅助排气线328b连接，下部腔室312b内部的载置空间可以通过辅助排气端口328a进行排气。
辅助气体供应端口362与辅助气体供应线(未图示)连接，并向载置空间内供应通过辅助气体供应线供应的气体。例如，惰性气体能够通过辅助气体供应端口362向载置空间内供应。将惰性气体向载置空间内供应，由此能够防止供应于工艺空间内的反应性气体向载置空间移动。
更加具体而言，将惰性气体向载置空间内连续地供应并通过辅助排气端口328a进行排气，由此能够防止供应于工艺空间内的反应性气体向载置空间移动。这时，能够设定成载置空间内的压力稍微高于工艺空间内的压力。在载置空间内的压力稍微高于工艺空间内的压力的情况下，工艺空间内的反应性气体无法向载置空间移动。
图6是示意性地示出图1所示的外部反应管及内部反应管、供应喷嘴及排气喷嘴的剖视图。外部反应管312a关闭上部打开的下部腔室312b的上部，并提供实现外延工艺的工艺空间。支撑法兰442设置在下部腔室312b和外部反应管312a之间，外部反应管312a设置在支撑法兰442的上部。下部腔室312b的载置空间与外部反应管312a的工艺空间通过在支撑法兰442的中央部位形成的开口互相连通，如上所述，若基板均已载置在基板支架328上，则基板支架328能够向外部反应管312a的工艺空间移动。
内部反应管314设置在外部反应管312a的内部，内部反应管314用于提供对基板S的反应区域。外部反应管312a的内部被内部反应管314划分为反应区域和非反应区域，反应区域位于内部反应管314的内部，非反应区域位于内部反应管314的外部。基板支架328在转换到工艺位置时位于反应区域，反应区域具有比工艺空间小的体积。因此，向反应区域内供应时，能够最小化反应性气体的使用量，并且能够使反应性气体聚集在载置于基板支架328内的基板S。内部反应管314在上部关闭的状态下打开下部，基板支架328通过内部反应管314的下部向反应区域移动。
如图4所示，侧部加热器324及上部加热器326以包围外部反应管312a的方式配置。侧部加热器324及上部加热器326用于加热外部反应管312a内部的工艺空间，由此工艺空间(或者反应区域)能够达到可以进行外延工艺的温度。侧部加热器324及上部加热器326通过支撑框架327与上部升降杆337连接，随着上部升降杆337通过升降马达338进行旋转，能够使支撑框架327进行升降。
外延装置进一步包括气体供应单元，气体供应单元具备供应喷嘴单元332及排气喷嘴单元334。供应喷嘴单元332具备多个供应管332a及多个供应喷嘴332b，供应喷嘴332b分别与供应管332a连接。每个供应喷嘴332b呈圆形管的形状，供应口332c位于供应喷嘴332b的顶端而使反应性气体通过供应口332c喷出。供应口332c具有圆形剖面，如图6所示，供应喷嘴332b以供应口332c的高度各不相同的方式配置。
供应管332a及供应喷嘴332b位于外部反应管312a的内部。供应管332a在上下方向延伸，供应喷嘴332b分别以大致与所述供应管332a垂直的方式配置。供应口332c位于内部反应管314的内侧，由此，通过供应口332c喷出的反应性气体能够聚集在内部反应管314内部的反应区域。内部反应管314具有多个贯通孔374，供应喷嘴332b的供应口332c能够通过贯通孔374分别配置在内部反应管314的内侧。
图7是示出图1所示的供应喷嘴的配置和热电偶的配置的剖视图。如图7所示，供应喷嘴332b分别具有圆形剖面的供应口332c。供应喷嘴332b的供应口332c沿着内部反应管314的内壁在圆周方向配置，并分别位于各不相同的高度。若基板支架328转换到工艺位置，则供应喷嘴332b分别向置于基板支架328上的基板S喷射反应性气体。这时，供应口332c的高度大致与每个基板S的高度一致。如图6所示，供应喷嘴332b通过在支撑法兰442形成的供应线342分别与反应性气体源(未图示)连接。
反应性气体源能够供应用于沉积的气体(硅气体(例如，SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、Si2H6、或SiH4)和载气(例如，N2及/或H2))，或者供应用于蚀刻的气体。选择性外延工艺(selective epitaxy process)伴随沉积反应及蚀刻反应。虽然未在本实施例中示出，但当需要外延层包括掺杂剂时，可以供应含掺杂剂气体(例如，砷化氢(AsH3)、磷化氢(PH3)、及/或乙硼烷(B2H6))。另外，进行清洗或蚀刻时，可以供应氯化氢(HCl)。
如图6所示，排气喷嘴单元334具备多个排气管334a及多个排气喷嘴334b，排气喷嘴334b分别与排气管334a连接。排气口334c位于排气喷嘴334b的顶端并用于吸入未反应气体及反应副产物。排气口334c具有槽形剖面，如图6所示，排气喷嘴334b以排气口334c的高度各不相同的方式配置。
排气管334a及排气喷嘴334b位于外部反应管312a的内部。排气管334a在上下方向延伸，排气喷嘴334b分别以大致与排气管334a垂直的方式配置。排气口334c位于内部反应管314的内侧，由此，通过排气口334c能够有效地从内部反应管314内部的反应区域吸入未反应气体及反应副产物。内部反应管314具有多个贯通孔376，排气喷嘴334b的排气口334c能够通过贯通孔376分别配置在内部反应管314的内侧。
图8是示出图1所示的排气喷嘴的配置和热电偶的配置剖视图。如图8所示，排气喷嘴334b分别具有槽形剖面的排气口334c。排气喷嘴334b的排气口334c沿着内部反应管314的内壁在圆周方向配置，并分别位于各不相同的高度。若基板支架328转换到工艺位置，则供应喷嘴332b分别向置于基板支架328上的基板S喷射反应性气体，这时，在内部反应管314内产生未反应气体及反应副产物。排气喷嘴334b用于吸入未反应气体及反应副产物并将其排出到外部。排气口334c的高度大致与每个基板S的高度一致。如图4所示，排气喷嘴334b通过在下部腔室312b形成的排气端口344与第一排气线342连接，未反应气体及反应副产物通过第一排气线342排出。开闭阀346设置在第一排气线342上并用于开闭第一排气线342，涡轮泵348设置在第一排气线342上并用于通过第一排气线342强制性排出未反应气体及反应副产物。第一排气线342与第二排气线352连接，沿着第一排气线342移动的未反应气体及反应副产物通过第二排气线352排出。
另一方面，辅助排气端口328a形成在下部腔室312b，辅助排气线328b与辅助排气端口328a连接。辅助排气线328b与第二排气线352连接，第一及第二辅助阀328c、328d设置在辅助排气线328b上并用于开闭辅助排气线328b。辅助排气线328b通过连接线343与第一排气线342连接，连接阀343a设置在连接线343上并用于开闭连接线343。
如图7及图8所示，热电偶(thermocouples)382、384设置在外部反应管312a和内部反应管314之间，热电偶382、384以上下方向配置并用于测量基于高度的温度。因此，操作者能够掌握基于高度的工艺空间内的温度，能够事先检测温度分布对工艺的影响。
图9是示出分别与图1所示的供应喷嘴连接的供应线的图。如图9所示，供应喷嘴332分别通过不同的供应线342与反应性气体源(未图示)连接。因此，能够通过多个供应喷嘴332将均匀流量的反应性气体供应于内部反应管314的反应区域。在一个供应线342与多个供应喷嘴332连接的情况下，能够根据供应喷嘴332供应流量各不相同的反应性气体，由此能够根据基板支架328上的位置呈现不同的工艺率。
图10是示出在图1所示的内部反应管中反应性气体的流动的图。如上所述，供应喷嘴332b的供应口332c沿着内部反应管314的内壁在圆周方向配置，并分别位于各不相同的高度。另外，排气喷嘴334b的排气口334c沿着内部反应管314的内壁在圆周方向配置，并分别位于各不相同的高度。这时，以同一高度为基准，供应口332c的中心和排气口334c的中心呈对称。即，以载置于基板支架328的基板S的中心为基准，使供应喷嘴332b的供应口332c和排气喷嘴334b的排气口334c位于彼此相反的位置。因此，从供应喷嘴332b喷射的反应性气体流向位于相反侧的排气喷嘴334b(用箭头表示)，由此能够确保反应性气体与基板S表面进行反应的时间充足。这时，工艺中产生的未反应气体及反应副产物通过排气喷嘴334b吸入并排出。
另外，如图10所示，随着在基板支架328载置的基板S的高度的不同，反应性气体的流动各不相同，使反应性气体的流动根据基板S的高度具有不同相位差。即，供应喷嘴332b的供应口332c的位置和排气喷嘴334b的排气口334c的位置根据基板S的高度具有不同相位差，相同地，反应性气体的相位也根据基板S的高度具有不同相位差。参照图10，①表示从位于最顶端的供应喷嘴332b向排气喷嘴334b的反应性气体的流动，②表示从位于最下端的供应喷嘴332b向排气喷嘴334b的反应性气体的流动。①和②之间具有一定角度的相位差。因此，具有从供应口喷射的反应性气体通过从位于其他高度的供应口喷射的反应性气体而扩散的效果。即，具有相位差的反应性气体的流动之间可能会发生干涉，由此反应性气体在由于干涉而扩散的状态下向排气喷嘴334b移动。
另外，供应喷嘴332b的供应口332c呈圆形，然而排气喷嘴334b的排气口334c呈槽状。因此，从供应喷嘴332b的供应口332c喷射的反应性气体以基于排气口334c的形状具有一定宽度的方式扩散(图10所示)，由此，能够增加反应性气体与基板S的表面接触的面积。另外，由于引起充分的反应，从而能够抑制未反应气体的产生。反应性气体从供应口332c到排气口334c在基板S上形成层流(laminar flow)。
另一方面，如图4所示，基板支架328与旋转轴318连接，旋转轴318贯通下部腔室312b并与升降马达319a及旋转马达319b连接。旋转马达319b设置在马达机壳319c上，旋转马达319b用于在进行外延工艺期间驱动旋转轴318而使基板支架328(及基板S)与旋转轴318一同旋转。这是因为，随着反应性气体从供应口332c向排气口334c流动，且对基板S的沉积从供应口332c侧向排气口334c侧进行，具有反应性气体的浓度减少的趋势。使基板S旋转，以防止上述结果而在基板S表面实现均匀的沉积。
马达机壳319c固定在支架319d，支架319c连接在与下部腔室312b的下部连接的升降杆319e上并随着升降杆319e升降。支架319c螺纹连接于下部杆419，下部杆419通过升降马达319a旋转。即，下部杆419通过升降马达319a的旋转而旋转，由此支架319c和马达机壳319c能够一同升降。因此，旋转轴318和基板支架328能够一同升降。基板支架328能够通过升降马达319a转换到载置位置或工艺位置。波纹管318a将下部腔室312b和马达机壳319c彼此连接，由此能够保持下部腔室312b内部的气密性。另外，图11是示出图1所示的基板支架转换到工艺位置的状态的图。
另一方面，如图11所示，隔热板316设置在基板支架328的下部，随着旋转轴318升降而与基板支架328一同升降。隔热板316关闭内部反应管314中打开的下部，从而防止内部反应管314内部的热量向下部腔室312b内的载置空间移动。
本发明通过优选实施方案进行详细说明，但也可以采用其他形式的实施方案。因此，随附的权利要求书的技术构思和范围不限定于优选实施方案。
本发明的实施方式
下面，参照图12至17进行更详细地说明本发明的实施例。本发明的实施例可以以各种形式变形，本发明的范围不应被解释为限定于下述实施例。本实施例是为了对本领域普通技术人员更详细地说明本发明而提供的。因此附图所示的各种要素的形状可以被夸张，以用于强调说明。
下面仅对与上述说明的实施例不同的内容进行说明，在下面省略的说明可以用上述说明内容代替。
另一方面，下面对外延工艺举例说明，但本发明能够应用于包括外延工艺的各种半导体制造工艺。
图12是示意性地示出关于图6所示的供应喷嘴变形的实施例的立体图。图13是示出图12所示的供应喷嘴的立体图，图14是示出图12所示的供应喷嘴的剖视图。
如图12至图14所示，供应喷嘴332b具有剖面积沿着喷出方向增加的内部空间，通过供应管332a供应的反应性气体沿着供应喷嘴332b的内部空间扩散。供应喷嘴332b具有在顶端形成的供应口332c，供应口332c具有槽状的剖面。供应口332c的剖面积大致与排气口334c的剖面积一致。
图15是示出经由图12所示的供应喷嘴及排气喷嘴的反应性气体的流动的图。如图15所示，从供应喷嘴332b喷射的反应性气体流向位于相反侧的排气喷嘴334b(用箭头表示)。这时，反应性气体在通过供应喷嘴332b的内部空间扩散的状态下被供应口332c喷出后，被排气喷嘴334b的排气口334c吸入，因此，反应性气体从供应口332c到排气口334c形成具有一定宽度(大致与供应口332c的剖面积及排气口334c的剖面积一致)的层流(laminarflow)。
另外，虽然未在上面说明，但图6及图12所示的排气喷嘴334b与图12至图14所示的供应喷嘴332b具有相同的结构。即，排气喷嘴334b具有剖面积沿着吸入方向减小的内部空间，通过排气口332c吸入的未反应气体及反应副产物沿着排气喷嘴334b的内部空间向收敛后向排气管332a移动。
图16是示意性地示出关于图13所示的供应喷嘴变形的实施例的立体图，图17是示出图16所示的供应喷嘴的剖视图。如图16及图17所示，供应喷嘴332b具备喷射板332d，喷射板332d可以设置在供应口332c上。喷射板332d具有多个喷射孔332e，沿着供应喷嘴332b的内部空间扩散的反应性气体能够通过喷射孔332e进行喷射。
虽然通过优选实施方案对本发明进行了详细说明，但也可以采用不同形式的实施方案。因此，随附的权利要求书的技术构思和范围并不限于优选的实施方案。
产业上的可利用性
本发明能够应用于各种形式的半导体制造设备及制造方法。

Claims (11)

1.一种基板处理装置，其用于实现对基板的工艺，其特征在于，
所述基板处理装置包括：
下部腔室，其上部打开，并在一侧形成有用于使所述基板进出的通道；
外部反应管，其用于关闭所述下部腔室中打开的上部，并提供实现所述工艺的工艺空间；
基板支架，其以上下方向载置一个以上的所述基板，并可以转换到载置所述基板的载置位置、或对所述基板实现所述工艺的工艺位置；以及
气体供应单元，其设置在所述外部反应管的内部，并用于向所述工艺空间供应反应性气体，且形成沿着上下方向具有各不相同的相位差的所述反应性气体的流动，
其中所述气体供应单元包括：
多个供应喷嘴，所述多个供应喷嘴各自具有一个供应口，所述供应口用于喷出所述反应性气体，所述供应口沿着所述外部反应管的内壁在圆周方向配置以具有相位差，且被配置在各不相同的高度；以及
多个排气喷嘴，所述多个排气喷嘴各自具有一个排气口，用于吸入所述工艺空间内的未反应气体及反应副产物，所述排气口沿着所述外部反应管的内壁在圆周方向配置以具有相位差，且被配置在各不相同的高度；
其中对于相同高度，所述供应口的中心和所述排气口的中心以互相对称的方式配置，从而所述反应性气体的流动沿着上下方向具有相位差。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述气体供应单元包括：
多个供应管，其分别与所述供应喷嘴连接，并用于向每个所述供应喷嘴供应所述反应性气体；以及
多个排气管，其分别与所述排气喷嘴连接，并用于使通过所述排气喷嘴分别吸入的所述未反应气体及所述反应副产物经过。
3.根据权利要求2所述的基板处理装置，其特征在于，
所述基板支架在所述工艺位置时，所述供应喷嘴及所述排气喷嘴以分别与载置在所述基板支架的所述基板的位置对应的方式配置。
4.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
每个所述供应喷嘴是具有圆形剖面的供应口的圆形管，
每个所述排气喷嘴具有：剖面积沿着吸入方向减小的内部空间；和在顶端形成的槽形剖面的所述排气口。
5.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
每个所述供应喷嘴具有：剖面积沿着喷出方向增加的内部空间；和在顶端形成的槽形剖面的所述供应口，
每个所述排气喷嘴具有：剖面积沿着吸入方向减小的内部空间；和在顶端形成的槽形剖面的所述排气口。
6.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
每个所述供应喷嘴具有：剖面积沿着喷出方向增加的内部空间；在顶端形成的槽形剖面的所述供应口；及设置在所述供应口上并具有多个喷射孔的喷射板，
每个所述排气喷嘴具有：剖面积沿着吸入方向减小的内部空间；和在顶端形成的槽形剖面的所述排气口。
7.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述气体供应单元进一步具备多个供应线，所述多个供应线分别与所述供应喷嘴连接，并用于向所述供应喷嘴分别供应所述反应性气体。
8.根据权利要求7所述的基板处理装置，其特征在于，
所述基板处理装置进一步包括在所述下部腔室和所述外部反应管之间设置的支撑法兰，
所述供应线通过所述支撑法兰分别与所述供应喷嘴连接。
9.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述基板处理装置进一步包括内部反应管，所述内部反应管设置在所述外部反应管的内部，并配置在位于所述工艺位置的所述基板支架的外围，用于划分对所述基板的反应区域，
每个所述供应口及所述排气口位于所述内部反应管的内部。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
所述基板处理装置进一步包括热电偶，所述热电偶设置在所述外部反应管的内部，并以上下方向配置。
11.根据权利要求1-6中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
所述基板处理装置进一步包括旋转轴，所述旋转轴与所述基板支架连接，并在所述工艺期间向规定方向旋转。
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