CN104934348A - 用于处理衬底的设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于处理衬底的设备。在其中对衬底执行工艺的用于处理衬底的所述设备包含：下部腔室，所述下部腔室在其一侧中具有开放的上部及通道，可通过所述通道接近衬底；外部反应管，其经设置以关闭下部腔室的开放的上部，进而提供在其中执行所述工艺的工艺空间；衬底固持器，至少衬底垂直地堆叠在其中，所述衬底固持器在堆叠位置与工艺位置之间切换，在所述堆叠位置中，衬底堆叠在衬底固持器中，在所述工艺位置中，对衬底执行所述工艺；以及气体供应单元，其安置在外部反应管中以将反应气体供应到反应区中，进而产生在垂直方向上具有彼此不同的相位差的反应气体气流。该设备根据高度在不同温度下加热工艺空间，能够提高衬底处理生产量。

Description

用于处理衬底的设备

技术领域

本发明涉及用于处理衬底的设备，且更确切地说，涉及一种用于处理衬底的设备，其中多个加热器安置在彼此不同的高度处以根据所述高度在彼此不同的温度下加热工艺空间。

背景技术

一般选择性外延工艺(epitaxy process)涉及沉积反应及蚀刻反应。所述沉积及蚀刻反应在多晶层及外延层上以相对不同的反应速率同时进行。在沉积工艺期间，外延层形成于单晶表面上，而现有的多晶层和/或非晶层沉积在至少一个第二层上。然而，可以比外延层的速率大的速率来蚀刻所沉积的多晶层。因此，随着蚀刻剂气体的浓度改变，净选择性工艺(net selective process)可导致外延材料的沉积及多晶材料的有限或非有限沉积。举例来说，在选择性外延工艺中，由含硅材料形成的外延层可形成于单晶硅表面上，而不允许所沉积的材料保持在间隔物上。

在选择性外延工艺中，使用普通加热丝的加热器用作用于加热工艺空间的加热源。然而，由于使用加热丝的加热器在加热温度在工艺空间中变化时会长时间地使用，所以生产量可能降低。

[现有技术文献]

[专利文献]

(专利文献1)第2008/073926号国际公开案(2008年6月19日)

(专利文献2)第10-2009-0035430号韩国专利公开案(2009年4月9日)

发明内容

本发明提供一种用于处理衬底的设备，其中根据高度在不同温度下加热工艺空间。

本发明还提供一种用于处理衬底的设备，其中工艺空间的温度快速变化。

本发明还提供一种用于处理衬底的设备，所述设备能够提高衬底处理生产量。

参考以下详细描述及附图，本发明的另一个目的将变得显而易见。

根据一示范性实施例，一种用于在其中对衬底执行工艺的用于处理所述衬底的设备包含：下部腔室，所述下部腔室在其一侧中具有开放的上部及通道，可通过所述通道接近所述衬底；外部反应管，其经设置以关闭所述下部腔室的所述开放的上部，进而提供在其中执行所述工艺的工艺空间；衬底固持器，至少衬底垂直地堆叠在其中，所述衬底固持器在堆叠位置与工艺位置之间切换，在所述堆叠位置中，所述衬底堆叠在所述衬底固持器中，在所述工艺位置中，对所述衬底执行所述工艺；内部反应管，其安置在所述外部反应管中，所述内部反应管围绕安置在所述工艺位置处的所述衬底固持器而安置，以相对于所述衬底分割反应区；气体供应单元，其安置在所述外部反应管中以将反应气体供应到所述反应区中；以及多个加热器，其安置成在彼此不同的高度处环绕所述外部反应管，进而加热所述工艺空间。

所述加热器可具有彼此不同的加热温度。

所述加热器中的每一个可包含：环形加热器管，其具有内部空间，所述内部空间中填充有卤素气体，其中所述加热器管的圆周的一部分是开放的；加热丝，其安置在所述加热器管的所述内部空间中以发射光；一对端子部分，其耦合到所述加热器管的两个开放端中的每一个以密封所述内部空间，所述对端子部分电连接到所述加热丝；以及电源，其电连接到所述端子部分以将电流供应到所述加热丝中。

从所述电源供应到所述多个加热器中的所述电流可具有彼此不同的强度。

所述设备可进一步包含绝缘框架，所述绝缘框架安置成环绕所述外部反应管，所述绝缘框架具有从其内圆周表面凹进的多个插入凹槽，其中所述加热器管可插入到所述插入凹槽中的每一个中。

所述绝缘框架可以由绝热材料形成。

所述设备可进一步包含在其一个表面中具有多个通孔的罩盖，通过所述通孔来暴露所述端子部分，所述罩盖安置成环绕所述绝缘框架，其中所述通孔以Z字形形状垂直地安置在工艺空间内。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述可以更详细地理解示范性实施例，其中：

图1是根据一示范性实施例的半导体制造设备的示意图。

图2的(a)、(b)、(c)是根据一示范性实施例处理的衬底的视图。

图3是根据一示范性实施例的用于形成外延层的方法的流程图。

图4是图1的外延装置的示意图。

图5是图1的下部腔室及衬底固持器的横截面图。

图6是图1的外部反应管、内部反应管、供应喷嘴及排气喷嘴的示意性截面图。

图7是说明图1的供应喷嘴的布置及热电偶的布置的横截面图。

图8是说明图1的排气喷嘴的布置及热电偶的布置的横截面图。

图9是分别连接到图1的供应喷嘴的多个供应管线的视图。

图10是说明反应气体流动到图1的内部反应管中的视图。

图11是其中图1的衬底固持器切换到工艺位置中的状态的视图。

图12是说明图6的供应喷嘴的经修改实例的示意性透视图。

图13是图12的供应喷嘴的透视图。

图14是图12的供应喷嘴的横截面图。

图15是说明反应气体流动穿过图12的供应喷嘴及排气喷嘴的视图。

图16是说明图13的供应喷嘴的经修改实例的示意性透视图。

图17是图16的供应喷嘴的横截面图。

图18是说明图11的罩盖、绝缘框架及加热器的布置的正视图。

图19是说明图11的加热器管、端子部分及导线的布置的侧视图。

图20是沿着图19的线A-A′取得的横截面图。

图21的(a)是图20的加热器的平面图，且图21的(b)是图20的加热器的横截面图。

具体实施方式

在下文，将参考图1到图17更详细地描述示范性实施例。然而，本发明可以用不同形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例。而是，提供这些实施例是为了使得本发明将是透彻并且完整的，并且这些实施例将把本发明的范围充分地传达给所属领域的技术人员。在图中，出于说明清楚起见而夸示了层及区的尺寸。

虽然下文将外延工艺描述为一实例，但本发明可应用于包含外延工艺的各种半导体制造工艺。图1是根据一示范性实施例的半导体制造设备1的示意图。半导体制造设备1包含工艺设备2、设备前端模块(EFEM)3及接口壁4。EFEM 3安装在工艺设备2的前侧上以在其中容纳着衬底S的容器(未图示)与工艺设备2之间传递芯片W。

EFEM 3包含多个装载端口60及框架50。框架50安置在装载端口60与工艺设备2之间。通过传递单元(未图示)(例如空中传递(overhead transfer)、空中传送机(overhead conveyor)或自动导引车辆(automatic guided vehicle))将用于容纳衬底S的容器放置在装载端口60上。

用于密封的容器(例如，前开式统集盒(front openunified pod，FOUP))可用作所述容器。用于在放置在装载端口60上的容器与工艺设备2之间传递衬底S的框架机器人70安置在框架50内。用于自动地打开/关闭容器的门的门开启工具(door opener)(未图示)可安置在框架50内。而且，用于将清洁空气供应到框架50中以使得清洁空气在框架50内向下流动的风扇过滤器单元(FFU)可安置在框架50中。

在工艺设备2内在衬底S上执行预定工艺。工艺设备2包含传递腔室102、负载锁定腔室(loadlock chamber)106、清洁腔室108a及108b、缓冲腔室110及外延腔室(或外延装置)112a、112b及112c。在从上方观看时，传递腔室102可一般具有多边形形状。而且，负载锁定腔室106、清洁腔室108a及108b、缓冲腔室110及外延腔室112a、112b及112c分别安置在传递腔室102的侧表面上。

负载锁定腔室106可安置在传递腔室102的邻近于EFEM 3的一个侧表面上。衬底S中的每一个可暂时保持在负载锁定腔室106中且随后被加载到工艺设备2中，使得在衬底S上执行预定工艺。在完成所述工艺之后，可从工艺设备2卸载衬底S且随后暂时保持在负载锁定腔室106中。传递腔室102、清洁腔室108a及108b、缓冲腔室110及外延腔室112a、112b及112c维持在真空状态中，且负载锁定腔室在真空状态与大气状态之间切换。负载锁定腔室106可防止将外部污染物引入到传递腔室102、清洁腔室108a及108b、缓冲腔室110及外延腔室112a、112b及112c中。而且，虽然衬底S被传递，但衬底S可不暴露于空气，以防止在衬底S上生长氧化物。

闸门阀(Gate valves)(未图示)安置在负载锁定腔室106与传递腔室102之间及负载锁定腔室106与EFEM 3之间。当在EFEM 3与负载锁定腔室106之间传递衬底S时，安置在负载锁定腔室106与传递腔室102之间的闸门阀是关闭的。当在负载锁定腔室106与传递腔室102之间传递衬底S时，安置在负载锁定腔室106与EFEM 3之间的闸门阀是关闭的。

传递腔室102包含衬底处置器(substrate handler)104。衬底处置器104在负载锁定腔室106、清洁腔室108a及108b、缓冲腔室110与外延腔室112a、112b及112c之间传递衬底S。在传递衬底S时，传递腔室102被密封以维持在真空状态中。真空状态的维持可用于防止衬底S暴露于污染物(例如，O₂、颗粒材料及类似的)。

可提供外延腔室112a、112b及112c以在衬底S上形成外延层。在当前实施例中，提供三个外延腔室112a、112b及112c。由于在与清洁工艺相比时，外延工艺需要相对较长的时间，所以可通过多个外延腔室提高制造产量。与当前实施例不同的是，可提供四个或更多外延腔室或两个或更少外延腔室。

在外延腔室112a、112b及112c内在对衬底S执行外延工艺之前，清洁腔室108a及108b可清洁衬底S。为了成功地执行外延工艺，晶体衬底上存在的氧化物的量必须减到最少。如果衬底的表面氧气含量过高，那么氧原子可中断将沉积在衬底上的材料的结晶布置。因此，这可对外延工艺具有不良影响。举例来说，在执行硅外延沉积时，晶体衬底上的过多氧气可允许硅原子以原子为单位从其外延位置移位氧原子簇(oxygen atom clusters)。在较厚地生长层时，此局部原子移位可导致后续原子布置中的错误。此现象可为所谓的堆叠错位(stacking faults)或小丘缺陷(hillock defects)。当在传递衬底时将衬底暴露于空气时，可(例如)发生衬底表面的氧化。因此，可在清洁腔室108a及108b内执行用于移除形成于衬底S上的原生氧化物(native oxide)(或表面氧化物)的清洁工艺。

所述清洁工艺可为使用具有自由基状态的氢气(H*)及NF₃气体的干式蚀刻工艺。举例来说，在蚀刻形成于衬底的表面上的氧化硅时，衬底安置在腔室内，且随后在腔室内形成真空气氛以产生与腔室内的氧化硅反应的中间产物。

举例来说，在将氢气的自由基(H*)及例如氟化物气体(例如，氟化氮(NF₃))等反应气体供应到腔室中时，如以下反应式(1)所表达来还原反应气体以产生例如NH_xF_y(其中，x及y是某些整数)等中间产物。

H*+NF₃→NH_xF_y   (1)

由于所述中间产物具有与氧化硅(SiO₂)的高反应性，所以在所述中间产物到达硅衬底的表面时，所述中间产物选择性地与氧化硅反应以产生反应产物((NH₄)₂SiF₆)，如以下反应式(2)所表达。

NHxFy+SiO₂→(NH₄)₂SiF₆+H₂O   (2)

其后，在将硅衬底加热为大约100℃或更高的温度时，所述反应产物如以下反应式(3)而热解以形成热解气体，且随后所述热解气体被蒸发。因此，可从衬底的表面移除氧化硅。如以下反应式(3)中所显示，所述热解气体包含含氟气体，例如HF气体或SiF₄气体。

(NH₄)₂SiF₆→NH₃+HF+SiF₄   (3)

如上文所描述，所述清洁工艺可包含用于产生反应产物的反应工艺及用于热解反应产物的加热工艺。所述反应工艺及所述加热工艺可在清洁腔室108a及108b内同时执行。或者，可在清洁腔室108a及108b中的一个内执行反应工艺，且可在清洁腔室108a及108b中的另一个内执行加热工艺。

缓冲腔室110提供已完成清洁工艺的衬底S被加载于其中的空间，及已执行外延工艺的衬底S被加载于其中的空间。在完成清洁工艺时，衬底S被传递到缓冲腔室110中，且在衬底S被传递到外延腔室112a、112b及112c中前，衬底S被加载于缓冲腔室110内。外延腔室112a、112b及112c可为在其中在多个衬底上执行单一工艺的批类型腔室。当在外延腔室112a、112b及112c内完成外延工艺时，被执行外延工艺的衬底S被连续加载于缓冲腔室110内。而且，已完成清洁工艺的衬底S被连续加载于外延腔室112a、112b及112c内。此处，可将衬底S垂直地加载于缓冲腔室110内。

图2的(a)、(b)、(c)是根据一示范性实施例处理的衬底的视图。如上文所描述，在对衬底S执行外延工艺之前对在清洁腔室108a及108b内的衬底S执行清洁工艺。因此，可通过所述清洁工艺移除形成于衬底70的表面上的氧化物72。可在清洁腔室108a及108b内通过所述清洁工艺移除氧化物72。而且，可通过所述清洁工艺暴露形成于衬底70的表面上的外延表面74以辅助外延层的生长。

其后，在外延腔室112a、112b及112c内在衬底70上执行外延工艺。可通过化学气相沉积执行所述外延工艺。可执行所述外延工艺以在外延表面74上形成外延层76。可通过包含硅气体(例如，SiCl₄、SiHCl₃、SiH₂Cl₂、SiH₃Cl、Si₂H₆或SiH₄)及运载气体(例如，N₂和/或H₂)的反应气体来暴露形成于衬底70上的外延表面74。而且，在需要外延层76包含掺杂剂时，含硅气体可包含含掺杂剂的气体(例如，AsH₃、PH₃和/或B₂H₆)。

图3是根据一示范性实施例的用于形成外延层的方法的流程图。在操作S10中，开始用于形成外延层的工艺。在操作S20中，衬底S被传递到清洁腔室108a及108b中，之后对衬底S执行外延工艺。此处，衬底处置器104将衬底S传递到清洁腔室108a及108b中。通过其中维持着真空状态的传递腔室102来执行衬底S的传递。在操作S30中，在衬底S上执行清洁工艺。如上文所描述，所述清洁工艺包含用于产生反应产物的反应工艺及用于热解反应产物的加热工艺。所述反应工艺及所述加热工艺可在清洁腔室108a及108b内同时执行。或者，可在清洁腔室108a及108b中的一个内执行反应工艺，且可在清洁腔室108a及108b中的另一个内执行加热工艺。

在操作S40中，已完成清洁工艺的衬底S被传递到缓冲腔室110中且堆叠在缓冲腔室110内。随后，衬底S在缓冲腔室110内备用以便执行外延工艺。在操作S50中，衬底S被传递到外延腔室112a、112b及112c中。通过其中维持着真空状态的传递腔室102执行衬底S的传递。在操作S60中，外延层可形成于衬底S上。其后，在操作S70中，衬底S被再次传递到缓冲腔室110中且堆叠在缓冲腔室110内。随后，在操作S80中，用于形成外延层的工艺结束。

图4是图1的外延装置的示意图，且图5是图1的下部腔室及衬底固持器的横截面图。外延装置(或外延腔室)包含具有开放的上部的下部腔室312b。下部腔室312b连接到传递腔室102。下部腔室312b可具有连接到传递腔室102的通道319，且可通过通道319将衬底S从传递腔室102加载到下部腔室312b。闸门阀(未图示)可安置在通道319外部。可通过闸门阀打开或关闭通道319。

外延装置包含上面堆叠着多个衬底S的衬底固持器328。此处，衬底S垂直地堆叠在衬底固持器328上。举例来说，15片衬底S可堆叠在衬底固持器328上。在衬底固持器328移动到下部腔室312b中界定的堆叠空间(或“堆叠位置”)中时，衬底S可堆叠在衬底固持器328中。如下文所描述，衬底固持器328可为可升降的。因此，在衬底S堆叠在狭槽上时，衬底固持器328可上升以使得所述衬底S堆叠在衬底固持器328的下一狭槽上。在所有衬底S都堆叠在衬底固持器328上时，衬底固持器328可移动到外部反应管312a(或“工艺位置”)中，且随后可在外部反应管312a中执行外延工艺。

热阻隔板316安置于衬底固持器328下方，以与衬底固持器328一起上升或下降。在衬底固持器328切换到工艺位置中时，如图11中所说明，热阻隔板316关闭内部反应管314的开放的下部。热阻隔板316可以由陶瓷或石英或其中金属被陶瓷包覆的材料形成。在执行所述工艺时，热阻隔板316可阻挡从反应区到堆叠空间中的热传递。供应到反应区中的反应气体的一部分可通过内部反应管314的开放的下部移动到堆叠空间中。此处，如果堆叠空间具有大于预定温度的温度，那么反应气体的所述部分可沉积在堆叠空间的内壁上。因此，有必要防止通过热阻隔板316对堆叠空间进行加热。因此，这可防止反应气体沉积在堆叠空间的内壁上。

下部腔室312b包含排气端口344、辅助排气端口328a及辅助气体供应端口362。排气端口344可具有形状。下文将描述的排气喷嘴334可通过排气端口344连接到第一排气管线342。而且，辅助排气端口328a连接到辅助排气管线328b，且可通过辅助排气端口328a排出下部腔室312b的堆叠空间内的气体。

辅助气体供应端口362连接到辅助气体供应管线(未图示)以将通过辅助气体供应管线供应的气体供应到堆叠空间中。举例来说，可通过辅助气体供应端口362将惰性气体供应到堆叠空间中。可将所述惰性气体供应到堆叠空间中以防止供应到工艺空间中的反应气体移动到堆叠空间中。

更具体来说，可连续地将惰性气体供应到堆叠空间中，且随后通过辅助排气端口328a排出，以防止供应到工艺空间中的反应气体移动到堆叠空间中。此处，堆叠空间的压力可略微高于工艺空间的压力。在堆叠空间的压力略微高于工艺空间的压力时，工艺空间内的反应气体可不移动到堆叠空间中。

图6是图1的外部反应管、内部反应管、供应喷嘴及排气喷嘴的示意性截面图。外部反应管312a可关闭下部腔室312b的开放的上部以提供在其中执行外延工艺的工艺空间。支撑凸缘442安置在下部腔室312b与外部反应管312a之间，且外部反应管312安置在支撑凸缘442上。下部腔室312b的堆叠空间及外部反应管312a的工艺空间可通过在支撑凸缘442的中心界定的开口而彼此连通。如上文所描述，在所有衬底堆叠在衬底固持器328上时，衬底固持器328可移动到外部反应管312a的工艺空间中。

内部反应管314安置在外部反应管312a中以相对于衬底S提供反应区。外部反应管312a的内部可被内部反应管314分割为反应区及非反应区。可在内部反应管314中界定反应区，且可在内部反应管314的外部界定非反应区。在衬底固持器328切换到工艺位置中时，衬底固持器328可安置在反应区中。此处，反应区的容量可小于工艺空间的容量。因此，在将反应气体供应到反应区中时，反应气体的使用可减到最少。另外，反应气体可集中到堆叠在衬底固持器328中的衬底S上。内部反应管314可具有关闭的上部及开放的下部。因此，衬底固持器328可通过内部反应管314的下部而移动到反应区中。

如图4中所说明，加热器326具有环形形状以在彼此不同的高度处环绕外部反应管312a。加热器326可加热外部反应管312a中的工艺空间。因此，工艺空间(或反应区)可达到能够执行外延工艺的温度。罩盖324通过支撑框架327连接到上部升降杆337。在上部升降杆337通过升降电动机338旋转时，支撑框架327也可升降。

外延装置进一步包含气体供应单元。气体供应单元包含供应喷嘴单元332及排气喷嘴单元334。供应喷嘴单元332包含多个供应管332a及多个供应喷嘴332b。供应喷嘴332b分别连接到供应管332a。供应喷嘴332b中的每一个具有圆形管形状。可在供应喷嘴332b的前端中界定供应孔332c。因此，可通过供应孔332c排出反应气体。供应孔332c具有圆形横截面。如图6中所说明，供应喷嘴332b可安置成使得供应孔332c具有彼此不同的高度。

供应管332a及供应喷嘴332b安置在外部反应管312a中。供应管332a垂直地延伸，且供应喷嘴332b实质上垂直于供应管332a而安置。供应孔332c安置在内部反应管314内部。因此，通过供应孔332c排出的反应气体可集中到内部反应管314内的反应区中。内部反应管314具有多个通孔374。供应喷嘴332b的供应孔332c可分别通过通孔374安置在内部反应管314的内部。

图7是说明图1的供应喷嘴的布置及热电偶的布置的横截面图。参看图7，供应喷嘴332b具有多个供应孔332c，其各自具有圆形横截面。供应喷嘴332b的供应孔332c以圆周方向安置在内部反应管314的内壁上且具有彼此不同的高度。在衬底固持器328切换到工艺位置中时，供应喷嘴332b中的每一个将反应气体注射到放置在衬底固持器328上的衬底S上。此处，供应孔332c的高度可分别实质上对应于衬底S的高度。参看图6，供应喷嘴332b可分别通过在支撑凸缘442中提供的供应管线372而连接到反应气体源(未图示)。

反应气体源中的每一个可供应用于沉积的气体(硅气体(例如，SiCl₄、SiHCl₃、SiH₂Cl₂、SiH₃Cl、Si₂H₆或SiH₄)及运载气体(例如，N₂和/或H₂))或用于蚀刻的气体。选择性外延工艺涉及沉积反应及蚀刻反应。虽然在当前实施例中未展示，但在需要外延层76具有掺杂剂时，可供应含掺杂剂的气体(例如，AsH₃、PH₃和/或B₂H₆)。而且，在清洁或蚀刻工艺的情况下，可供应氯化氢(HCl)。

参看图6，排气喷嘴单元334包含多个排气管334a及多个排气喷嘴334b。排气喷嘴334b分别连接到排气管334a。可在排气喷嘴334b中的每一个的前端中界定排气孔334c以抽吸非反应气体及反应副产物。排气孔334c具有狭槽状横截面。如图6中所说明，排气喷嘴334b可安置成使得排气孔334c具有彼此不同的高度。

排气管334a及排气喷嘴334b安置在外部反应管312a的内部。排气管334a垂直地延伸，且排气喷嘴334b实质上垂直于排气管334a而安置。排气孔334c可安置在内部反应管314的内部。因此，可有效地通过排气孔334c从内部反应管314内的反应区抽吸非反应气体及反应副产物。内部反应管314具有多个通孔376。排气喷嘴334b的排气孔334c可分别通过通孔376安置在内部反应管314的内部。

图8是说明图1的排气喷嘴的布置及热电偶的布置的横截面图。参看图8，排气喷嘴334b具有多个排气孔334c，其各自具有狭槽状横截面。排气喷嘴334b的排气孔334c以圆周方向安置在内部反应管314的内壁上且具有彼此不同的高度。在衬底固持器328切换到工艺位置中时，供应喷嘴332b中的每一个将反应气体注射到放置在衬底固持器328上的衬底S上。此处，可能在内部反应管314内产生非反应气体及反应副产物。排气喷嘴334b可抽吸所述非反应气体及反应副产物以将所抽吸的非反应气体及反应副产物排出到外部。此处，排气孔334c的高度可实质上分别对应于衬底S的高度。如图4中所说明，排气喷嘴334b可通过安置在下部腔室312b上的排气端口344而连接到第一排气管线342。因此，可通过第一排气管线342排出非反应气体及反应副产物。开关阀346可安置在第一排气管线342上以打开或关闭第一排气管线342。涡轮泵348可安置在第一排气管线342上以通过第一排气管线342强制性地排出非反应气体及反应副产物。第一排气管线342连接到第二排气管线352。可通过第二排气管线352排出沿着第一排气管线342流动的非反应气体及反应副产物。

辅助排气端口328a安置在下部腔室312b上，且辅助排气管线328b连接到辅助排气端口328a。辅助排气管线328b连接到第二排气管线352。第一和第二辅助阀328c及328d安置在辅助排气管线328b上以打开或关闭辅助排气管线328b。辅助排气管线328b通过连接线343而连接到第一排气管线342，且连接阀343a安置在连接线343上以打开或关闭连接线343。

参看图7及图8，热电偶382及384安置在外部反应管312a与内部反应管314之间。热电偶382及384垂直地安置以根据高度而测量温度。因此，工作人员可根据高度掌握工艺空间内的温度以检查根据温度分布对工艺具有影响的效应。

图9是分别连接到图1的供应喷嘴的供应管线的视图。参看图9，供应喷嘴332b可通过单独的供应管线372分别连接到反应气体源(未图示)。因此，可通过多个供应喷嘴332b将反应气体均匀地供应到内部反应管314的反应区中。如果一条供应管线372连接到多个供应喷嘴332b，那么可根据供应喷嘴332b而供应不同量的反应气体。因此，工艺速率可根据衬底固持器328上的位置而不同。

图10是说明反应气体流动到图1的内部反应管中的视图。如上文所描述，供应喷嘴332b的供应孔332c以圆周方向安置在内部反应管314的内壁上且具有彼此不同的高度。而且，排气喷嘴334b的排气孔334c以圆周方向安置在内部反应管314的内壁上且具有彼此不同的高度。此处，供应孔332c及排气孔334c的中心在相同高度处是彼此对称的。也就是说，供应喷嘴332b的供应孔332c及排气喷嘴334b的排气孔334c可相对于堆叠在衬底固持器328上的衬底S的中心而彼此相对地安置。因此，从供应喷嘴332b注射的反应气体可朝向与供应喷嘴332b相对地安置的排气喷嘴334b流动(以箭头方向)。因此，可确保反应气体与衬底S的表面彼此反应的充分时间。此处，可通过排气喷嘴334b抽吸并排出在工艺期间产生的非反应气体及反应副产物。

而且，如图10中所说明，反应气体的流动可根据堆叠在衬底固持器328上的衬底S的高度而变化。因此，反应气体流可根据衬底S的高度具有相位差。也就是说，由于供应喷嘴332b的供应孔332c及排气喷嘴334b的排气孔334c根据衬底S的高度在位置上具有相位差，所以反应气体可根据所述高度具有相位差。参看图10，箭头①表示从供应喷嘴332b朝向安置在最上位置处的排气喷嘴334b流动的反应气体流，且箭头②表示从供应喷嘴332b朝向安置在最下位置处的排气喷嘴334b流动的反应气体流。在箭头①与②之间可存在具有预定角度的相位差。因此，从供应孔注射的反应气体可通过从在不同高度处界定的供应孔注射的反应气体而扩散。也就是说，具有相位差的反应气体流之间可发生干扰。因此，反应气体可在其中反应气体通过所述干扰而扩散的状态中朝向排气喷嘴334b移动。

而且，供应喷嘴332b的供应孔332c具有圆形形状，且排气喷嘴334b的排气孔334c具有狭槽形状。因此，从供应喷嘴332b的供应孔332c注射的反应气体可沿着排气孔334c的轮廓以预定宽度扩散。因此，在反应气体与衬底S的表面之间的接触面积可增加。而且，可诱发反应气体的充分反应以限制非反应气体的产生。反应气体可在衬底S上产生从供应孔332c到排气孔334c的层流。

如图4中所说明，衬底固持器328连接到旋转轴318，且旋转轴318穿过下部腔室312b且随后连接到升降马达319a及旋转马达319b。旋转马达319b安置在马达外罩319c上。在执行外延工艺时旋转马达319b驱动旋转轴318以使衬底固持器328(及衬底S)与旋转轴318一起旋转。这样做是因为反应气体从供应孔332c流动到排气孔334c以使衬底S上的沉积从供应孔332c朝向排气孔334c前进，进而逐渐减小反应气体的浓度。因此，为了防止上述现象发生，衬底S可旋转，使得在衬底S的表面上执行均匀的沉积。

马达外罩319c固定到支架319d。支架319c连接到与下部腔室312b的下部连接的下部导引件319e的上部，且沿着升降杆419升降。支架319c螺旋耦合到下部杆419，且下部杆419通过升降马达319a旋转。也就是说，在升降马达319a旋转时，下部杆419旋转。因此，支架319c及马达外罩319c可彼此一起升降。因此，旋转轴318及衬底固持器328可彼此一起升降。衬底固持器328可通过升降马达319a在堆叠位置与工艺位置之间切换。波纹管318a将下部腔室312b连接到马达外罩319c以维持下部腔室312b的内部的气密状态。图11是其中图1的衬底固持器切换到工艺位置中的状态的视图。

参看图11，热阻隔板316安置在衬底固持器328的下部下方。而且，在旋转轴318升降时，衬底固持器328可一起升降。热阻隔板316可关闭内部反应管314的开放的下部以防止内部反应管314内的热传递到下部腔室312b内的堆叠空间中。

图12是说明图6的供应喷嘴的经修改实例的示意性透视图。图13是图12的供应喷嘴的透视图，且图14是图12的供应喷嘴的横截面图。

参看图12到图14，供应喷嘴332b具有在反应气体的排出方向上在横截面上逐渐增加的内部空间。通过供应管332a供应的反应气体沿着供应喷嘴332b的内部空间而扩散。供应喷嘴332b具有在其前端中界定的供应孔332c。供应孔332c具有狭槽状横截面。供应孔332c的横截面实质上对应于排气孔334c的横截面。

图15是说明反应气体流动穿过图12的供应喷嘴及排气喷嘴的视图。参看图15，从供应喷嘴332b注射的反应气体朝向与供应喷嘴332b相对地安置的排气喷嘴334b流动。此处，由于反应气体是在其沿着供应喷嘴332b的内部空间扩散的状态中通过供应孔332c排出且随后通过排气喷嘴334b的排气孔334c被抽吸，所以所述反应气体可产生从供应孔332c到排气孔334c的具有预定宽度(实质上对应于供应孔332c的横截面及排气孔334c的横截面)的层流(laminar flow)。

虽然上文未描述，但图6及图12的排气喷嘴334b可具有与图12到图14的供应喷嘴332b相同的结构。也就是说，排气喷嘴334b具有在反应气体的抽吸方向上在横截面上逐渐减小的内部空间。通过排气孔332c抽吸的非反应气体及反应副产物可沿着排气喷嘴334b的内部空间会聚以移动到排气管332a。

图16是说明图13的供应喷嘴的经修改实例的示意性透视图，且图17是图16的供应喷嘴的横截面图。参看图16及图17，供应喷嘴332b包含注射板332d。注射板332d可安置在供应孔332c上。注射板332d具有多个注射孔332e。可通过注射孔332e注射沿着供应喷嘴332b的内部空间扩散的反应气体。

图18是说明图11的罩盖、绝缘框架及加热器的布置的正视图，图19是说明图11的加热器管、端子部分及导线的布置的侧视图，图20是沿着图19的线A-A′取得的横截面图，且图21的(a)是图20的加热器的平面图，且图21的(b)是图20的加热器的横截面图。将参考图18到图21的(a)、(b)描述绝缘框架325、加热器326及罩盖324。

绝缘框架325将加热器326固定到其预设位置且防止加热器326彼此相抵地摩擦。而且，绝缘框架325安置成环绕外部反应管312a且具有在半径方向上从其内圆周表面凹进的圆形插入凹槽325a。多个插入凹槽325a在工艺空间内彼此垂直地间隔开。下文将描述的加热器管326a插入到插入凹槽325a中的每一个中。绝缘框架325可以由具有低热导率的绝热材料(例如，陶瓷材料)形成。由于绝热材料安置在加热器326之间以防止热在加热器326之间传递，所以可根据工艺空间内的高度更有效地调整加热温度。

多个加热器326安置成在彼此不同的高度处环绕外部反应管312a。而且，多个加热器326对工艺空间进行加热，使得外部反应管312a内的工艺空间达到能够执行外延工艺的温度。加热器326可加热彼此不同的温度。因此，加热温度可根据工艺空间内的高度而不同。加热温度可朝向工艺空间的下侧逐渐增加，以在工艺空间中产生平滑的对流，进而快速地执行外延工艺。

加热器326包含加热器管326a、加热丝326b、一对端子部分326c及导线326d。

加热器管326a具有其中填充有卤素气体(氟气、氯气、溴气、碘气或砹气)的内部空间。而且，加热器326具有环形形状(“C”状环形形状)，其具有其中的一部分是开放的圆周。加热器管326a插入到绝缘框架325的插入凹槽325a中。

加热丝326b插入到加热器管326a的内部空间中以通过接收电流而发射光。加热丝326b经电连接，使得连接到电源(未图示)的导线326d通过端子部分326c施加电流。加热丝326b可以由具有高强度及高热电阻的钨材料形成。

端子部分326c耦合到加热器管326a的两端中的每一个以密封加热器管326a的开放的内部空间。端子部分326c电连接到加热丝326a以将电流供应到加热丝326a中。导线326d电连接到端子部分326b以将电流供应到端子部分326b中。也就是说，从电源(未图示)供应到导线326d的电流通过端子部分326c流动到加热丝326b中。此处，加热丝326b可发射光以对外部反应管312a内的工艺空间进行加热。

电源(未图示)电连接到导线326d以将电流供应到导线326d中。虽然一个电源(未图示)连接到多个加热器326，但多个电源(未图示)可分别连接到多个加热器326以将具有彼此不同的强度的电流供应到加热器326中。这表示上述加热器326可在加热温度上变化。

罩盖324可阻挡从外部引入灰尘或使热损耗最小化。因此，罩盖324可安置成环绕绝缘框架325。可在罩盖324中界定多个通孔，使得加热器326的端子部分326c或导线326d暴露于外部。通孔324a可在工艺空间内以Z字形形状垂直地安置。因此，释放到外部的热损耗可减到最少。

根据一示范性实施例，在通过使用加热器对工艺空间进行加热时，工艺空间内的温度变化速率可为大约80℃/分钟到大约200℃/分钟。在与具有大约10℃/分钟到大约20℃/分钟的温度变化速率的典型加热器相比时，会看到根据一示范性实施例的加热器具有比典型加热器的温度变化速率大8倍的温度变化速率。

根据所述示范性实施例，工艺空间中的加热温度可依据高度而变化。确切地说，工艺空间可在温度上快速变化。另外，可提高衬底处理生产量。

虽然参考示范性实施例详细地描述了本发明，但本发明可以许多不同形式实施。因此，所附权利要求书的技术理念及范围不限于优选实施例。

Claims (7)

1.一种用于处理衬底的设备，在所述设备中对衬底执行工艺，其特征在于所述设备包括：

下部腔室，所述下部腔室在其一侧中具有开放的上部及通道，可通过所述通道接近所述衬底；

外部反应管，其经设置以关闭所述下部腔室的所述开放的上部，进而提供在其中执行所述工艺的工艺空间；

衬底固持器，至少衬底垂直地堆叠在其中，所述衬底固持器在堆叠位置与工艺位置之间切换，在所述堆叠位置中，所述衬底堆叠在所述衬底固持器中，在所述工艺位置中，对所述衬底执行所述工艺；

内部反应管，其安置在所述外部反应管中，所述内部反应管围绕安置在所述工艺位置处的所述衬底固持器而安置，以相对于所述衬底分割反应区；

气体供应单元，其安置在所述外部反应管中以将反应气体供应到所述反应区中；以及

多个加热器，其安置成在彼此不同的高度处环绕所述外部反应管，进而加热所述工艺空间。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述加热器具有彼此不同的加热温度。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述加热器中的每一个包括：

环形的加热器管，其具有内部空间，所述内部空间中填充有卤素气体，其中所述加热器管的圆周的一部分是开放的；

加热丝，其安置在所述加热器管的所述内部空间中以发射光；

一对端子部分，其耦合到所述加热器管的两个开放端中的每一个以密封所述内部空间，所述对端子部分电连接到所述加热丝；以及

电源，其电连接到所述端子部分以将电流供应到所述加热丝中。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于从所述电源供应到所述多个加热器中的所述电流具有彼此不同的强度。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于进一步包括绝缘框架，所述绝缘框架安置成环绕所述外部反应管，所述绝缘框架具有从其内圆周表面凹进的多个插入凹槽，

其中所述加热器管插入到所述插入凹槽中的每一个中。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于所述绝缘框架由绝热材料形成。

7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于进一步包括罩盖，所述罩盖在其一个表面中具有多个通孔，通过所述通孔来暴露所述端子部分，所述罩盖安置成环绕所述绝缘框架，其中所述通孔以Z字形形状垂直地安置在所述工艺空间内。