CN104733352A - 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，包括：腔室，该腔室提供内部空间，在该内部空间中，基板通过通道传递，并在基板上执行工艺，并且该腔室具有将气体供应至基板的供应口；以及基座，该基座安装在内部空间中，并且该基座包括对基板进行加热的加热区域和对从供应口供应的气体进行预加热的预加热区域。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年12月20日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2013-0160434的权益，该申请的公开内容通过引用并入本文。
发明领域
本申请涉及一种基板处理装置。
背景技术
一般而言，在半导体器件制备中，一直在持续不断地努力来改进在半导体基板上形成高质量的薄膜的装置或工艺，并且已经普遍使用几种方法利用在半导体基板上的表面反应来形成薄膜。
这些方法包括各种类型的化学气相沉积(CVD)，包括真空蒸发沉积、分子束外延(MBE)、低压化学气相沉积、有机金属化学气相沉积和等离子增强学气相沉积，以及原子层外延(ALE)等。
同时，近来已经需要旨在通过在使用上述方法形成薄膜时增加气体和基板之间的反应性来提高产量且同时提高基板的均匀性的技术发展。
相关技术文献
(专利文献1)韩国专利公开申请No.10-2010-0110822。
发明内容
本公开的一方面可提供一种提高产量和基板的均匀性的基板处理装置。
本公开的一方面还可通过预加热供应至腔室的内部空间的气体提供在气体和基板之间的增加的反应性。
根据本公开的示例性实施例，基板处理装置可包括：腔室，该腔室提供内部空间，在该内部空间中，基板通过通道传递，并在基板上执行工艺，并且该腔室具有将气体供应至基板的供应口；以及基座，该基座安装在内部空间中，并且该基座包括对基板进行加热的加热区域和对公供应口供应的气体进行预加热的预加热区域。
预加热区域的温度可以比加热区域的温度高。
加热区域的形状可与基板的形状相应，并且在与气体流动方向垂直的方向上的预加热区域的长度可比基板的直径大。
加热区域的中心可偏离基座的中心，以设置成更靠近通道而不是供应口。
基座可包括：子基座，该子基座具有长方体形状并提供预加热区域，该子基座包括偏离基座中心的开口；以及主基座，该主基座插入到所述开口中并提供加热区域。
子基座的热膨胀系数可以比主基座的热膨胀系数低。
基板处理装置可进一步包括排气口，该排气口设置在腔室的与设置有供应口的腔室的部分相对的部分中，并将已经经过基板的气体排出。
腔室可提供具有长方体形状的内部空间，并且可具有设置有通道的一侧和设置有供应口的另一侧。
加热区域可设置在基板下方，并且预加热区域可设置在加热区域和供应口之间。
预加热区域可设置在加热区域和供应口之间，以允许气体在加热区域之前经过预加热区域。
附图说明
从下面结合附图作出的详细说明将更加清楚地理解本发明的以上和其他方面、特征和优点，其中：
图1是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的半导体制造设备的视图；
图2是示意性地示出图1中示出的基板处理装置的视图；
图3是图2中示出的基板处理装置的分解透视图；
图4和5是示出图2中示出的排气部的等待位置和处理位置的视图；
图6是示出图2中示出的基座的加热区域和预加热区域的视图；
图7是图6中示出的加热区域和预加热区域的改型示例；并且
图8是示出图6中示出的基座中的气体流动的视图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细地描述本发明的示例性实施例。然而，本公开可以许多不同的形式来实施，并且不应理解成受限在此阐述的实施例。提供这些实施例仅是为了使得本公开详尽和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。
附图中，为了清楚起见，放大了元件的形状和尺寸，并且相同的标记将始终用于表示相同或相似的元件。
对于附图中附上的用于增强理解本公开的标记，相同或相似的数字在每个示例性实施例中表示与相同功能有关的元件。同时，作为示例，根据本公开的示例性实施例的处理装置将被描述用于处理基板W，但是可用于处理各种类型的物体。
图1是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的半导体制造设备的视图。如图1所示，通常，半导体制造设备100可包括处理设备120和设备前端模块(EFEM)110。该设备前端模块110可安装于处理设备120的前面，并且可在基板收纳容器和处理设备之间传输基板W。
基板W可在处理设备120内侧经过多个处理。处理设备120可包括传输腔室130、载荷锁定腔室140和多个基板处理装置10。当从上面观看时，传输腔室130可通常具有多边形形状，载荷锁定腔室140和所述多个基板处理装置10可安装在传输腔室130的侧面上。传输腔室130可具有四边形形状，并且除了安装有载荷锁定腔室140的传输腔室130的侧面，可在传输腔室130的每个侧面上安装两个基板处理装置10。
载荷锁定腔室140可定位在与设备前端模块110相邻的传输腔室130的侧面上。在基板W临时停留在载荷锁定腔室140中之后，其可被装载到处理设备120中，并在处理设备120内进行处理。在基板W被完全处理后，其可从处理设备120卸载，并暂时停留在载荷锁定腔室140中。传输腔室130和所述多个基板处理装置10中的每个基板处理装置可维持在真空状态下，载荷锁定腔室140可为真空，或者其中存在大气压。载荷锁定腔室140可防止外部杂质流动到传输腔室130和所述多个基板处理装置10中，并且通过在基板W传送时阻止基板W暴露至空气而防止在基板W表面上的氧化层的生长。
闸阀(未示出)可安装在载荷锁定腔室140和传输腔室130之间以及在载荷锁定腔室140和设备前端模块110之间，传输腔室130可含有基板操纵器135(搬运机器手)。基板操纵器135可在载荷锁定腔室140和所述多个基板处理装置10中的每个基板处理装置之间传送基板W。例如，传输腔室130内侧的基板操纵器135可通过使用第一刀片和第二刀片同时将基板W装载到设置在传输腔室130的侧面上的基板处理装置10上。
图2是示意性地示出图1中示出的基板处理装置的视图，并且图3是图2中示出的基板处理装置的分解透视图。如图2和3所示，基板W可通过形成在腔室20的一侧上的通道22被传送到腔室20中，在腔室20中可对基板W进行处理。腔室20可具有敞开的顶部，并且腔室盖12可安装在腔室20的敞开的顶部上。腔室盖12可包括第一安装槽13，绝缘体15可插入到该第一安装槽13中。绝缘体15可包括第二安装槽16，顶部电极18可安装到该第二安装槽16中，并且可在腔室20的内部空间3中形成等离子体。
顶部电极18的底表面可与基座30的顶表面平行，并且可通过安装在顶部电极18内侧的天线17供应来自外部的高频电流。腔室盖12、绝缘体15和顶部电极18可将腔室20的敞开的顶部封闭，并形成内部空间3。腔室盖12可通过铰链连接至腔室20，从而在腔室20中修理期间允许腔室20的顶部向上打开。
腔室20可包括内部空间3，在该内部空间3中可对基板W进行处理，该内部空间3可具有长方体形状。基座30可安装在内部空间3中，并且可设置在基板W下方以对基板W加热。基座30可具有与内部空间3的形状相应的长方体形状，并且基座30可包括其中具有开口(未示出)的子基座32和能够插入在所述开口中的主基座34。
在腔室20内侧与通道22相对的一侧上，可形成一个或多个供应口25，以将气体供应至腔室20的内侧。扩散部40可安装在基座30和腔室20的内壁之间。扩散部40可包括设置在供应口25前面的多个扩散孔45并将供应通过供应口25的气体扩散。
扩散部40可包括扩散本体42和扩散板44。扩散本体42可填充在基座30和腔室20的内壁之间的空间，并接触基座30的侧表面和腔室20的内壁。扩散板44可从扩散本体42的顶表面凸出，以设置在扩散本体42的外侧并且可接触绝缘体15的底表面。扩散孔45可形成在扩散板44中。
同样地，在腔室20内侧与供应口25相对的一侧上，可形成一个或多个排气口28，以将已经经过基板W的未反应气体、反应副产物等排出。排气部50可安装成在基座30和腔室20的形成有通道22的内壁之间上升和下降。排气部50可包括多个排气孔55，该多个排气孔55将已经经过基板W的气体排出，同时维持气体流动。扩散部40和排气部50可彼此对称，并且扩散孔45和排气孔55可形成为彼此平行。
排气部50可包括排气本体52和排气板54。排气本体52可安装在基座30和腔室20的内壁之间的空间中，并且可接触基座30的侧表面而与腔室20的内壁间隔开。排气部28的入口(或顶部)可设置在排气本体52和腔室20之间的空间的底表面上。
例如，活塞杆57可连接至排气部50的底表面，并且可通过活塞58而与排气部50一起上升和下降。排气部50和扩散部40可彼此对称。排气孔55和扩散孔45可分别在排气板54和扩散板44的顶部中形成为多个。所述多个排气孔55之间可具有预定间隔，并且所述多个扩散孔45之间可具有预定间隔。排气孔55和扩散孔45可以是圆形或细长形状的。
扩散部40和排气部50中的每个可填充在基座30和腔室20的内壁之间的空间。腔室20的顶部可由腔室盖12、绝缘体15和顶部电极18封闭，这用于堵住内部空间3并形成反应空间5，气体和基板W可在该反应空间5中进行反应。
在这种情况下，扩散部40和排气部50可设置成垂直于与其相邻的腔室20的两个内壁，并且腔室20的在其长度方向上的其他两个内壁可设置成与气体的流动方向平行；这样反应空间5可具有长方体形状。此外，排气部50可设置在腔室的设置有通道22的部分中，使得可消除由通道22所导致的反应空间5的不对称性，并且可防止由通道22的存在而产生的不一致性。
换句话说，通道22可形成在腔室20的一个侧面上，从而允许基板W通过该通道22装载到腔室20中和卸载到腔室20外。然而，通道22的存在不可避免地导致腔室20的内部空间的不对称性。另一方面，使用排气板54从反应空间5阻挡通道22可提供反应空间5的对称性。
也就是说，气体可通过供应口25供应至腔室20中的反应空间5并通过穿过形成在扩散板44中的扩散孔45而扩散。扩散的气体可经过反应空间5内的基板W，并且未反应的气体和反应副产物可通过形成在排气板54中的排气孔55和排气部28来排出。因此，气体的层流可通过分别形成在排气板54和扩散板44中的排气孔55和扩散孔45来维持，并且可在基板W的整个表面上提供气体的均匀供应。
在这种情况下，扩散本体42的顶表面可低于基座30的顶表面，从而在扩散本体42上方的反应空间5的高度可大于在基座30上方的反应空间5的高度。这样，已经穿过扩散孔45的气体可在扩散本体42上方的反应空间5中进行扩散。同样地，排气本体52的顶表面可低于基座30的顶表面，从而在排气本体52上方的反应空间5的高度可大于在基座30上方的反应空间5的高度。这样，已经穿过基座30的顶部的气体可在扩散本体52上方的反应空间中均匀地流动。因此，与气体在整个反应空间5中的位置无关地，通过扩散部40供应并通过排气部50排出的气体可在扩散部40和排气部50的长度方向上在反应空间5中均匀地流动。
此外，子扩散板60可安装在供应口25中。子扩散板60和扩散板44可以预定距离彼此间隔开，并且如在扩散板44中，子扩散板60可包括多个子扩散孔65。子扩散孔65和扩散孔45可彼此交替地形成，使得已经穿过子扩散孔65的气体可通过扩散孔45再次扩散，从而在基板W的表面上形成均匀的层流，由此可实现均匀的气体供应。
图4和5是示出图2中示出的排气部的等待位置和处理位置的视图。活塞杆57可连接至排气部50的底表面，并且可通过活塞58来上升和下降。如在图4中示出，排气部50可在腔室20内设置成比通道20设置地更深。当基板W装载到腔室20的内侧中时，活塞杆57可沿着排气部50下降，处于“等待位置”，以向基板W提供传送通道。
此外，如图5中所示，在装载基板W后，在对基板W执行工艺时，设置在通道22外侧的闸阀可关闭，并且活塞58可沿着排气部50上升，处于“处理位置”。这样，在基板W的处理期间，子扩散板60、扩散板44和排气板54可大致设置在相同的高度，并且穿过子扩散板60和扩散板44而扩散的气体可经过基板W并维持层流直至排气板54。
图6是示出图2中示出的基座的加热区域和预加热区域的视图，并且图7是图6中示出的加热区域和预加热区域的改型示例。如图6中所示，基座30可包括对基板W加热的加热区域38和对通过供应口25引入的气体进行预加热的预加热区域39。加热区域38可对应于凹部31，基板W座置在该凹部31中。加热区域38可包括加热器(加热金属丝)37，并且加热区域38可设置成更靠近通道22而不是更靠近供应口25。
换句话说，在加热区域38的中心C和通道22之间的距离d1小于在加热区域38的中心C和供应口25之间的距离d2。通过将加热区域38设置成更靠近通道22而不是更靠近供应口25，通过供应口25供应的气体可依次经过子扩散孔65和扩散孔45，从而可以保证足够距离和时间来形成关于基板W的层流。
同时，如图7中所示，预加热区域39’可在基座30的除了加热区域38’以外的整个表面上形成。也就是，子基座32可包括预加热区域39’，而主基座34可包括加热区域38’。子基座32和主基座34可每个包括加热器(加热金属丝)37’，并且子基座32的温度可高于主基座34的温度。
图8是示出图6中示出的基座中的气体流动的视图。如在图8中示出，子扩散孔65和扩散孔45可彼此交替地形成，并且通过供应口25而供应的气体可通过子扩散孔65来扩散并接着通过扩散孔45再次扩散。这样，气体可在基板W的表面上方形成层流，从而可以提供均匀的气体供应。此外，在维持层流的同时，气体可通过形成在排气板54中的排气孔55来排出。这样，气体可在贯穿基板W的中心和边缘部分均匀地流动。
反应空间5可具有长方体形状，并且因此可以保持从扩散板44到排气板54的相同距离，从而使得气体能够在反应空间5中维持从扩散板44到排气板54的均匀流动。另一方面，在反应空间5具有圆形形状的情况下，从扩散板44到排气板54的距离根据在反应空间5中的气体的位置而变化，导致气体难以在反应空间5中保持层流。
预加热区域39可设置在加热区域38和供应口25之间，并且如在加热区域38中，预加热区域39可包括加热器37。加热区域38和预加热区域39可单独地控制，例如，预加热区域39的温度可高于加热区域38的温度。加热区域38的中心C可偏离基座30的中心，以便设置成更靠近通道22而不是更靠近供应口25。在预加热区域39中被预加热的气体可流向基板W。
如上所述，基座30可包括子基座32和主基座34。主基座34可提供加热区域38，而子基座32可提供预加热区域39。子基座32可包括设置成偏离基座30中心的开口，并且可具有与内部空间3的形状对应的长方体形状。主基座34可插入到形成在子基座32中的开口，并且可具有与基板W的形状对应的形状。在与气体的流动方向垂直的方向上的预加热区域39的长度可大于基板W的直径，因此，通过供应口25流动到反应空间5中的气体可经过预加热区域39并流向基板W，同时具有增加的温度。
同时，子基座32可由具有比主基座34的材料的热膨胀系数低的热膨胀系数的材料形成。例如，子基座32可由氮化铝(AlN：热膨胀系数＝4.5-6/℃)形成，而主基座34可由铝(Al：热膨胀系数＝23.8-6/℃)形成。这样，子基座34的预加热区域39可防止由在高于形成在主基座32中的加热区域38的温度下对基板W加热时而发生的热膨胀引起的对基板W的损坏。
因此，由于基板处理中使用的气体量和成本增加的限制以及由于在基板上执行沉积而需要更长的处理时间的限制会在根据本发明示例性实施例的基板处理装置中得到补偿，气体量和成本的增加是由为了消除现有基板处理装置中的气体不均匀性而设置与基板间隔开的排气部所导致的腔室的内部空间的体积的增加而导致的。此外，基板处理的效率和质量可由在腔室20的内部空间3中形成的气体层流和通过利用扩散板40、子扩散板60和排气部50减小的气流所需的空间来改进。
此外，气体和基板W之间的反应性可由通过预加热区域39提供高于加热区域38的温度来预加热从供应口25引入的气体，并通过使预热过的气体流向基板W以及迅速获得加热区域38中的处理温度来改进。
虽然已经在上面示出并描述了示例性实施例，但是对本领域技术人员显而易见的是，可不脱离如所附权利要求限定的本发明的范围而获得改型和变形。
Claims (10)
1.一种基板处理装置，包括：
腔室，所述腔室提供内部空间，在所述内部空间中，基板通过通道进行传递，并且在所述基板上进行处理，所述腔室具有将气体供应至所述基板的供应口；以及
基座，所述基座安装在所述内部空间中，并且所述基座包括对所述基板进行加热的加热区域和对从所述供应口供应的气体进行预加热的预加热区域。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，所述预加热区域的温度比所述加热区域的温度高。
3.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，所述加热区域的形状对应于所述基板的形状，并且
所述预加热区域在与气体的流动方向相垂直的方向上的长度大于所述基板的直径。
4.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，所述加热区域的中心偏离所述基座的中心，以设置成更靠近所述通道而不是更靠近所述供应口。
5.根据权利要求1或4所述的基板处理装置，其中，所述基座包括：
子基座，所述子基座具有长方体形状，并且包括偏离所述基座的中心的开口，所述子基座提供所述预加热区域；以及
主基座，所述主基座插入到所述开口中，并提供所述加热区域。
6.根据权利要求5所述的基板处理装置，其中，所述子基座的热膨胀系数低于所述主基座的热膨胀系数。
7.根据权利要求1所述的基板处理装置，进一步包括排气口，所述排气口设置在所述腔室中的如下部分处：该部分与所述腔室的设置所述供应口的部分相对，并且所述排气口将穿过所述基板的气体排出。
8.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，所述腔室提供具有长方体形状的所述内部空间，并且所述腔室的一侧上设置有所述通道，另一侧上设置有所述供应口。
9.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，所述加热区域设置在所述基板下方，并且所述预加热区域设置在所述加热区域和所述供应口之间。
10.根据权利要求9所述的基板处理装置，其中，所述预加热区域设置在所述加热区域和所述供应口之间，以允许气体在所述加热区域之前穿过所述预加热区域。
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