CN105164310B - 用于在批量处理中处理两个或更多基板的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过使得基板(10)表面的至少一部分受到至少第一和第二前体的交替表面反应而在批量处理中处理两个或更多基板(10)的装置。该装置包括：多个基板保持器(6)，用于支承所述基板(10)；以及反应腔室(3)，该反应腔室包括反应空间(30)。该反应腔室(3)设置成用于在处理阶段中在反应空间(30)中的基板(10)的表面上沉积材料。基板保持器(6)安装或者布置成安装在反应腔室(3)内部，用于在处理阶段中处理在反应腔室(3)内部的基板(10)。在基板(10)通过装载装置(9)而装载至基板保持器(6)上的装载阶段中，至少一些基板保持器(6)布置成可彼此相对运动。

Description

用于在批量处理中处理两个或更多基板的装置
技术领域
本发明涉及一种用于在批量处理中处理两个或更多基板的装置，更特别是涉及一种如在独立权利要求1的前序部分中所述的装置。
背景技术
本发明涉及一种用于通过使得基板表面的至少一部分受到两个或更多前体材料的交替表面反应而处理基板的装置。更特别是，本发明涉及一种用于根据原子层沉积(ALD的原理来处理基板的装置。在本申请中，术语ALD的意思是实现ALD原理的原子层晶体取向生长(ALE)和其它类似名称的方法。原子层沉积装置通常包括真空腔室，基板在该真空腔室内部处理。单独的处理腔室也可以布置在真空腔室内部，这样，基板装入反应腔室内和在反应腔室中处理。基板的装载可以人工进行，或者通过装载装置(例如装载机器人)来进行。通常，基板装入ALD装置内将在正常环境大气、房间大气或清洁房间的大气中进行。本发明涉及将基板装入用于支承所述基板的基板保持器中。
WO2009/144371公开了一种装置，其中，材料沉积在反应腔室中的一批垂直布置基板的表面上。在该文献中，一批垂直布置的基板包括平行地布置在可运动基板保持器内的一组晶片。基板保持器附接在可运动反应腔室盖上，反应腔室的尺寸特别优化成用于该批垂直布置基板的尺寸或者用于承载该基板的基板保持器的尺寸。WO2009/144371还公开了在基板之间的间距较小，用于提高反应空间的效率，但是还足够大，以便使得前体流能够进入基板之间。该文献没有公开基板怎样装载成批量，但是由于在该批量的基板之间的较小间距，因此增加了装载阶段的要求。
建造批量反应器的普通方式是使用固定搁架来用于基板，如在WO2009/144371的公开中所使用。与上述现有技术装置相关的一个问题是装载装置(例如机器人臂的末端执行器)必须非常小，因为入口有限。为了将基板装载至基板保持器上，需要有用于使得装载装置进入搁架之间和将基板布置于该处的空间。基板越重，就需要越多空间用于由装载装置将基板布置于搁架上。同时，横截面面积变得更大，导致需要更高流量，因此需要更大的管路和泵。用于建造批量反应器的另一方式是将搁架布置成使得在顺次搁架之间的距离更长，但是这导致其它问题，例如将有更大的前体消耗、更慢的冲洗和更大的冲洗气体消耗，导致更大的ALD装置。当在基板之间的空间变大时，很可能产生与薄膜质量的一些问题。以普通方式来提供足够量的前体也可能产生问题。当装置的尺寸变得更大时，由于设备的高度，也有运输问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种装置，以便克服或者至少减轻现有技术的缺点。本发明的目的通过一种装置来实现，该装置的特征在独立权利要求中介绍。本发明的优选实施例在从属权利要求中公开。
本发明基于提供一种用于处理基板的装置的思想，这样，在基板通过装载装置来装载至基板保持器上的装载阶段中，至少一些基板保持器布置成可彼此相对运动。这能够通过将基板保持器布置成使得进行装载的基板保持器具有在它上面通向该基板保持器的更多空间(与在处理阶段在相同基板保持器之间的空间相比)来实现，这样，装载装置能够在装载阶段中将基板布置在基板保持器上。在装载阶段中，当一个基板保持器进行装载时，其它基板保持器优选是处于彼此接近的等待位置，或者当基板保持器已经装载时，它们优选是处于处理位置，它们在处理阶段中处于该处理位置。因此，根据本发明的装置用于通过使得基板表面的至少一部分受到至少第一和第二前体的交替表面反应而在批量处理中处理两个或更多基板，该装置包括：多个基板保持器，用于支承所述基板；以及反应腔室，该反应腔室包括反应空间，该反应腔室设置成用于在处理阶段中在反应空间中的基板的表面上沉积材料，基板保持器安装或者布置成安装在反应腔室内部，用于在处理阶段中处理在反应腔室内部的基板。在基板通过装载装置而装载至基板保持器上的装载阶段中，至少一些基板保持器布置成可彼此相对运动。在本发明的一个实施例中，基板保持器布置在基板架中，用于保持包括两个或更多基板的一批基板。在本发明的另一实施例中，基板保持器布置成堆。
根据本发明的、用于通过使得基板表面的至少一部分受到至少第一和第二前体的交替表面反应而在批量处理中处理两个或更多基板的装置包括多个用于支承所述基板的基板保持器。装置还包括反应腔室，该反应腔室包括反应空间，该反应腔室设置成用于在处理阶段中在反应空间中的基板的表面上沉积材料。基板保持器安装或者布置成安装在反应腔室内部，用于在处理阶段中处理在反应腔室内部的基板。装置还包括促动器，该促动器能够使得一个或多个基板保持器彼此相对运动。促动器能够使得一个或多个基板保持器相对运动，这样，在基板通过装载装置而装载至基板保持器上的装载阶段中，进行装载和在它上面有另一基板保持器的基板保持器布置在装载位置，在该装载位置中，从进行装载的基板保持器至在它上面的基板保持器的距离大于在处理阶段中在相同基板保持器之间的距离。因此，装置还包括用于使得基板保持器运动的促动器，这样，在装载阶段中，进行装载和在它上面有另一基板保持器的基板保持器布置在装载位置，在该装载位置中，从进行装载的基板保持器至在它上面的基板保持器的距离大于在处理阶段中在相同基板保持器之间的距离。在装载阶段中，除了进行装载的基板保持器之外的基板保持器布置成通过促动器和/或升高装置而运动至等待位置，在该等待位置中，基板保持器与在处理位置中相比彼此更接近，它们在处理阶段中处于该处理位置。在装载阶段中，已经装有基板的基板保持器布置成通过促动器和/或升高装置而运动至处理位置，这样，在连续的装载基板保持器之间的距离与在处理阶段中相同。在装载阶段中，进行装载的基板保持器通过促动器和/或升高装置而运动至装载位置。在装载阶段中，除了进行装载的基板保持器之外的基板保持器将保持就位，而进行装载的基板保持器通过促动器而运动至装载位置。基板保持器能够是用于支承基板的搁架和/或用于将基板支承于它们之间的一对支承凸缘。优选是，基板架包括底部板和框架，所述基板保持器布置成与所述框架连接。优选是，促动器包括穿过底部板布置的销结构和/或穿过反应腔室布置的杆。装置还包括提升装置，该提升装置设置成用于将装载的基板架升高至反应腔室内，这样，反应腔室布置成通过由升高装置来使得基板架运动而关闭和打开。促动器布置成这样，在处理阶段中，促动器的运动部件布置在反应腔室的外部。装置还可以包括真空腔室。
本发明装置的优点是装载装置布置成当在装载阶段中将基板装载至一批生产的量时具有足够空间，并在处理阶段中在连续基板之间的距离优化成用于使得材料沉积在基板的表面上，同时反应腔室的尺寸能够保持为没有不需要的额外空间。装置的另一优点是装置能够制造成更紧凑，以使得装置的尺寸更小。
附图说明
下面将参考附图通过优选实施例更详细地介绍本发明，附图中：
图1表示了根据本发明的装置；
图2a-2f表示了本发明的一个实施例；
图3a-3f表示了本发明的另一实施例；
图4a和4b表示了根据本发明的装置；以及
图5a和5b表示了图3a-3f中所示的实施例的另一视图。
具体实施方式
图1表示了根据本发明的装置，该装置包括ALD单元1，该ALD单元1有真空腔室2，该真空腔室2布置成与周围大气基本隔离。真空腔室2可以至少局部打开和关闭，用于使得真空腔室2的内部空间与周围大气隔离。基板可以布置或装载至真空腔室2内部，用于根据ALD的原理来处理。在本文中，周围大气的意思是正常房间大气、清洁房间大气或者不适合用于提供防止敏感基板污染或损坏的惰性大气的任何大气。ALD单元1还包括至少一个真空装置(图中未示出)，该真空装置与真空腔室2操作连接，用于在真空腔室2内部提供真空。真空装置可以是真空泵或类似装置。真空装置可以布置成提供大约0.1毫巴至100毫巴的真空压力，通常为大约4毫巴。在基板进行处理和真空腔室2关闭的时间中，真空装置可以用于向真空腔室2提供所述真空压力。应当知道，真空腔室2自身可以形成反应腔室3，基板在该反应腔室3中由前体进行处理，或者也可选择，单独的反应腔室3可以布置在真空腔室2内部，如图中所示。当提供单独的反应腔室3时，基板在反应腔室3内部进行处理，前体也供给至该单独反应腔室3内。
ALD单元1还包括前体传送系统(图中未示出)，用于将气态前体供给反应腔室3，意思是真空腔室2或在该真空腔室2内部的单独反应腔室3，如在该实例中，以便执行原子层沉积。前体传送系统包括一个或多个前体源(例如气体容器或坩埚)以及用于将前体导向反应腔室3的管或导管。换句话说，前体以气态供给反应腔室3，但是在前体储罐中，它们可以是气体、液体或固体。前体传送系统还可以包括排出装置，用于从反应腔室3中除去前体或冲洗气体。
ALD单元1包括真空腔室2，该真空腔室2确定真空空间20。真空腔室2提供有闸阀21，基板10可以通过该闸阀21而装载至真空腔室2内部。闸阀21还可以由装载舱口等代替。ALD单元1还包括单独的反应腔室3，该反应腔室3布置在真空腔室2内部，反应腔室3确定了在反应腔室3内部的反应空间30。ALD单元1还提供有基板架5，该基板架5包括几个基板保持器6，基板10装载在该基板保持器6上。基板架5包括底部板7，基板架5支承在该底部板7上。基板架5还可以包括架框架11，所述基板保持器6布置成与所述框架11连接。基板架5还提供有升高装置8，该升高装置8相对于基板架5布置成用于在反应腔室3内部升高基板架5。在反应腔室3的打开位置中，基板架5至少局部在该反应腔室3的外部。装载装置布置成由装载臂9等装载基板10通过闸阀21进入真空腔室2和装载至基板架5的基板保持器6上。装载装置通常是装载机器人，该装载机器人有机器人臂9，用于装载、卸载和处理基板10。在图1的实施例中，装载沿基本水平方向来进行。在基板10的装载过程中，升高装置8可以使得基板架5逐渐运动至随后装载位置，这样，装载装置和装载臂9的装载运动可以每次都总是线性和基本相同。因此，升高装置8可以使得基板架5逐步地线性向上运动，且装载装置可以通过相同的基本线性装载运动而将基板10装载至基板架5的重叠基板保持器6上。这使得基板10的装载简单和高效，且一批的两个或更多基板10可以提供给基板架5，而没有复杂的装载运动。因此，该装置还包括升高装置，该升高装置设置成用于使得装载的基板架5升高至反应腔室3内，这样，反应腔室3布置成通过由升高装置使得基板架5运动而关闭和打开。在图1中，基板10装载在基板架5的顶部基板保持器6上。在本发明的全部实施例中都不必须使用顶部基板保持器6来用于承载基板10，但是顶部基板保持器6可以在不承载基板10的情况下像基板架5的顶表面一样起作用。当基板10装载在顶部基板保持器6上时，其它基板保持器可以保持就位，因为不需要额外的空间来用于装载。在这样的方案中，一个或多个促动器42附接在真空腔室2的壁上。促动器42还能够附接在其它合适位置中。促动器42例如能够气动或电操作。
图2a-2f表示了ALD装置1，但是真空腔室2省去，以便简化附图。在这些图中，基板保持器6相互堆叠，所述基板保持器能够是具有开口的框架、搁架等，从而使得前体气体能够流至基板10的表面上。在图2a中，反应腔室3打开，全部空的基板保持器彼此在顶上。第一基板10装载至顶部保持器6上。促动器42的轴41退出。有多种方式来组合促动器的数目和它们的布置。一种方案是使用四个促动器，在两个相对侧上各两个促动器。图2b表示了在第一基板6装载至顶部基板保持器6上之后底部板7向上运动，直到顶部基板保持器6处于促动器轴41的高度。促动器轴41向外运动，直到轴端部处于基板保持器6的相应孔/槽中。图2c表示了另一基板10装载至基板保持器6上。底部板7使得除了顶部基板保持器6之外的全部基板保持器与它一起向下运动。顶部保持器6通过促动器轴41而保持就位。因此，这时在顶部保持器和其余的保持器之间有可用空间，从而能够装载下一个基板10。图2d表示了底部板7向上运动，直到从顶部的第二保持器到达顶部保持器。然后，促动器轴41退出，底部板7进一步向上运动再一个保持器的距离。图2e表示了促动器轴41向外运动至保持器6的相应孔/槽内。然后，底部板7向下运动，从而打开在两个顶部保持器6和其余的保持器6之间的空间，因此能够装载下一个基板10。图2f表示了当全部基板10都装载和全部促动器轴41都退出时，底部板7向上运动，直到反应腔室3关闭。
有另一种方法来将基板10装载至基板保持器6上，如下面所述。在该实施例中，顶部基板保持器6已经包括基板10，因此要装载的基板保持器有在它上面的另一基板保持器6。进行装载的基板保持器6布置在装载位置，这样，从它至在它上面的基板保持器6的距离比在处理阶段中在所述基板保持器6之间的距离更大。在该实施例中，装载装置9在全部装载阶段中都沿竖直方向保持相同位置，因此，为了使得进行装载的基板保持器6到达正确位置，意味着升高装置8必须使得基板保持器6向上升高。在进行装载的基板保持器6和它上面的基板保持器6之间的空间将通过使得进行装载的基板保持器6运动和/或通过使得其它基板保持器6运动而布置，在这种特殊情况中，在它上面的基板保持器6是最顶侧基板保持器，在本例中该最顶侧基板保持器不能进一步离开进行装载的基板保持器6运动，因此进行装载的基板保持器6必须远离最顶侧基板保持器6，优选是在它下面的其它基板保持器6也运动成相互更接近。因此，在装载阶段中，除了进行装载的基板保持器6之外的基板保持器6布置成通过促动器而运动至等待位置，在该等待位置中，基板保持器6比在处理位置中更相互接近，它们在处理阶段中处于该处理位置。在本发明的另一实施例中，装载装置9布置成在特定高度运动至真空腔室2和/或反应腔室3内部，然后向下运动例如大约10-20mm，或者甚至大约200-300mm，以使得基板10布置在基板保持器6上，且装载装置9与基板10分离。然后，装载装置9在该较低高度从真空腔室2和/或反应腔室3向外运动，或者在真空腔室2和/或反应腔室3内部向上运动，然后向外运动。当两个上部基板保持器6已经装载和布置于处理位置中(它们在处理阶段中处于该处理位置)时，进行装载的基板保持器6优选是远离在它上面的基板保持器6，且在它下面的其它基板保持器6布置在等待位置，这样，与在具有处理位置的处理阶段中相比，它们彼此更接近。优选是，进行装载的基板保持器6通过促动器而运动，这样，当两个上部基板保持器6处于处理位置时，进行装载的基板保持器6远离它们，且在进行装载的基板保持器下面的基板保持器6布置在等待位置，以使得在连续基板保持器6之间的空间比在处理阶段中在相同基板保持器6之间的空间更小。因此，在装载阶段中，已经装有基板10的基板保持器6布置成通过促动器而运动至处理位置，以使得在连续的装载基板保持器6之间的距离与在处理阶段中相同。还能够在装载阶段中，除了进行装载的基板保持器6之外的基板保持器6保持就位，而进行装载的基板保持器6通过促动器而运动至装载位置。在装载阶段中，进行装载的基板保持器6通过促动器而运动至装载位置。使得所述基板保持器6运动的促动器优选是销结构，这样，销布置成穿过反应腔室3和/或真空腔室2的底部，在图3的情况中为反应腔室3的底部。所述反应腔室3的底部优选是由基板架5的底部板7来布置，因此销结构也布置成穿过底部板7。其它促动器结构也可以，例如将杆布置成穿过腔室壁。促动器还能够布置成使得运动部件在反应腔室3的外部。因此在运动部件上没有污染或薄膜沉积，因此不产生颗粒。
图3a-3f表示了基板保持器6分别支承在基板架5内的方案。基板保持器能够是框架、搁架或类似件，具有在彼此之间的空间，从而使得前体气体能够流过基板表面。图3a表示了处于打开位置的反应腔室2，全部空的基板保持器6通过保持器销45而由架5来支承。第一基板装载在顶部保持器上。促动器42的轴41退出。有多种方式来组合促动器的数目和它们的布置。一种方案是使用四个促动器，在两个相对侧上各两个促动器。图3b表示了底部板7向上运动，直到顶部基板保持器6处于促动器轴41的高度。促动器轴41向外运动，直到轴端部与保持器销连接。装载装置的末端执行器44退回。图3c表示了底部板7使得除了顶部基板保持器6之外的全部基板保持器与它一起向下运动。顶部保持器6通过促动器轴41而保持就位。因此，这时在顶部保持器6和下一个保持器6之间有可用空间，从而能够装载下一个基板10。图3d表示了底部板7向上运动，直到顶部保持器6置于它的销上。然后，促动器轴41退出，底部板7进一步向上运动再一个保持器的距离。图3e表示了促动器轴41向外运动，直到轴端部与保持器销45连接。然后，底部板7向下运动，从而打开在两个顶部保持器6和其余的保持器6之间的空间，因此能够装载下一个基板。图3f表示了在全部基板10都装载和全部促动器轴41都退出时的最终情况，且底部板7向上运动，直到反应腔室3关闭。
图4a和4b表示了在基板的装载过程中基板架5由弹簧47保持打开的本发明实施例。在该实施例中，架5侧部稍微倾斜，从而使得基板保持器6能够竖直运动。当全部基板都已经装载时，反应腔室3通过使得底部板7向上运动而关闭。当架的楔形件48到达辊46时，迫使架关闭。例如当在架侧部和基板保持器之间需要良好导热时，或者当需要在架侧部关闭/密封保持器销开口时，能够使用这种方案。
图5a和5b表示了基板保持器6分别支承在架5内的实施例，如更早在图3a-3f中所示。因此图5a和5b表示了基板保持器6能够相对于架5的壁竖直运动的架组件的一个实施例，因此产生用于装载基板10所需的空间。当促动器轴41与销51连接，且底部板7降低时，促动器将使得基板保持器6.3保持就位，同时其余的架向下运动。这样，在该基板保持器和下面的保持器6.4之间的空间增加，同时至上面的保持器6.2的空间减小。通过狭槽50而能够进行相对运动，销轴55能够在该狭槽中相对于架的壁运动。当底部板7进一步向下运动时，垫片49将到达上面的保持器6.2的垫片处，从而停止保持器6.2的进一步运动。当底部板7继续向下运动时，在保持器6.3和6.4之间的空间将继续增加，同时在保持器6.2和6.1之间的空间开始减小。垫片49能够以多种不同方式来实现，一种是将垫片添加为基板保持器的部件，在上图中的部件53。
图5a表示了在处理位置中的、完全装载的基板架5。基板10在基板架5中的布置将通过使它们置于水平位置来布置，这样，各基板的表面都处于水平平面中。基板10优选是布置在连续的基板保持器6中，这样，它们形成一批水平布置的基板10。当基板架5完全装载有基板10时，升高装置使得基板架5运动，以使得基板架5完全处于反应腔室3内部。基板架5布置成当它完全处于反应腔室3内部时关闭该反应腔室3。在该实施例中，基板架5的底部板7布置成抵靠反应腔室3的开口壁的凸缘，用于关闭反应空间30。因此，基板架5(在该实施例中，底部板7)布置为当反应腔室3关闭时形成反应腔室3的至少一部分。而且，反应腔室3布置成通过由升高装置使得基板架5运动而关闭和打开。因此，本发明能够组合基板10的装载和反应腔室3的关闭。
因此，根据本发明，基板可以装载至包括多个基板保持器6的基板架5中，或者它们可以装载在一堆基板保持器6上。在两个实施例中，基板保持器6都用于支承所述基板，且基板保持器6布置成可彼此相对运动。
本领域技术人员显然知道，当技术进步时，本发明概念能够以多种方式来实施。本发明和它的实施例并不局限于上述实例，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (16)

1.一种装置，用于通过使得基板表面的至少一部分受到至少第一和第二前体的交替表面反应而在批量处理中处理两个或更多个基板，该装置包括：
多个基板保持器，用于支承所述基板；以及
反应腔室，该反应腔室包括反应空间，该反应腔室设置成用于在处理阶段中在反应空间中的基板的表面上沉积材料，基板保持器安装或者布置成安装在反应腔室内部，用于在处理阶段中处理在反应腔室内部的基板，其特征在于：
在基板通过装载装置而装载至基板保持器上的装载阶段中，至少一些基板保持器布置成可彼此相对运动。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：基板保持器布置在基板架中，用于保持包括两个或更多基板的一批基板。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：基板保持器布置成堆。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：装置还包括促动器，用于使得基板保持器运动，这样，在装载阶段中，进行装载和在它上面有另一基板保持器的基板保持器布置在装载位置，在该装载位置中，从进行装载的基板保持器至在它上面的基板保持器的距离大于在处理阶段中在相同基板保持器之间的距离。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在装载阶段中，除了进行装载的基板保持器之外的基板保持器布置成通过促动器和/或升高装置而运动至等待位置，在该等待位置中，基板保持器与在处理位置中相比彼此更接近，它们在处理阶段中处于该处理位置。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在装载阶段中，已经装有基板的基板保持器布置成通过促动器和/或升高装置而运动至处理位置，这样，在连续的装载基板保持器之间的距离与在处理阶段中相同。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在装载阶段中，进行装载的基板保持器通过促动器和/或升高装置而运动至装载位置。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在装载阶段中，除了进行装载的基板保持器之外的基板保持器将保持就位，而进行装载的基板保持器通过促动器而运动至装载位置。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：基板保持器是用于支承基板的搁架。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：基板保持器是一对支承凸缘，用于将基板支承在该对支承凸缘之间。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：基板架包括底部板和框架，所述基板保持器布置成与所述框架连接。
12.根据权利要求4-8中任意一项所述的装置，其特征在于：促动器包括穿过底部板布置的销结构。
13.根据权利要求4-8中任意一项所述的装置，其特征在于：促动器包括穿过反应腔室布置的杆结构。
14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：装置还包括提升装置，该提升装置设置成用于将装载的基板架升高至反应腔室内，这样，反应腔室布置成通过由升高装置来使得基板架运动而关闭和打开。
15.根据权利要求4-8中任意一项所述的装置，其特征在于：促动器布置成这样，在处理阶段中，促动器的运动部件布置在反应腔室的外部。
16.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：装置还包括真空腔室。
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