CN105386009A - 基板处理装置的反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基板处理装置的反应器。本发明涉及的基板处理装置的反应器(100)，用于对至少一个基板进行基板处理，其特征在于，反应器(100)的横截面形状具有至少两个曲率半径。

Description

基板处理装置的反应器

技术领域

本发明涉及一种基板处理装置的反应器。更具体地，涉及一种基板处理装置的反应器，反应器的横截面形状具有至少两个曲率半径，从而能够增加基板处理工序的均匀性，并且提高基板处理气体的排出效率。

背景技术

为了制造半导体元件，必须进行在硅晶片等基板上沉积所需的薄膜的工序。在薄膜沉积工序中，主要使用溅射法(sputtering)、化学气相沉积法(CVD：ChemicalVaporDeposition)、原子层沉积法(ALD：AtomicLayerDeposition)等。

溅射法是使在等离子状态下产生的氩离子撞击靶的表面并将从靶表面脱离的靶材沉积在基板上以形成薄膜的技术。溅射法虽然能够形成粘合性优异的高纯度薄膜，然而在形成具有高纵横比(HighAspectRatio)的微细图案方面却有局限性。

化学气相沉积法是将各种气体注入到反应腔室内并且使由热、光或者等离子等高能量诱导的气体与反应气体发生化学反应从而在基板上沉积薄膜的技术。化学气相沉积法利用迅速发生的化学反应，因此，非常难以控制原子的热力学(thermodynamic)稳定性，并且存在降低薄膜的物理、化学以及电学特性的问题。

原子层沉积法是交替供给作为反应气体的源气体和吹扫气体从而在基板上沉积原子层单位的薄膜的技术。原子层沉积法为了克服阶梯覆盖(stepcoverage)的局限性而利用表面反应，因此，适用于形成具有高纵横比的微细图案，而且薄膜的电学以及物理特性优异。

原子层沉积装置可以分为单片式和批处理(batch)式，所述单片式将基板逐一装载到腔室内以进行沉积工序，所述批处理式将多个基板装载到腔室内并一并进行沉积工序。

图1是示出现有的批处理式原子层沉积装置的立体图。

图2是示出现有的批处理式原子层沉积装置中基板处理气体流动的横截面图。

参照图1及图2，现有的批处理式原子层沉积装置包括工艺管10，所述工艺管10用于形成装载基板40并进行沉积工序的空间的腔室11。而且，在工艺管10的内部设有沉积工序所需的供气部20、排气部30等部件。并且包括晶舟50，所述晶舟50包括：支座部51，与工艺管10密闭地结合；突出部53，插入于工艺管10的内部；以及支撑杆55用于层叠多个基板40。

如图2所示，这种现有的批处理式原子层沉积装置而言，工艺管10的横截面形状呈圆形。并且，供气部20和排气部30彼此相向地配置在两端。在基板处理过程中，从供气部20供给到腔室11内部的基板处理气体可以通过路径1直接流向排气部30而排出，或者可以通过路径2在工艺管10的内壁反射之后从排气部30排出。然而，如路径3所示向工艺管10的内壁以较小的入射角供给或者如路径4所示向工艺管10的内壁以较大的入射角供给的基板处理气体并不直接通过排气部30排出，而是反射到腔室11内部进行对流之后才能排出。这是因为路径2、路径3、路径4的入射角与反射角之和P`、P``、P```都不相同。

当基板处理气体如路径3或者路径4所示不直接排出而反射到腔室11内部时，其与基板40发生反应，从而只在基板的特定部分进一步进行沉积，由此降低基板40的沉积均匀性。

此外，现有的批处理式原子层沉积装置而言，工艺管10的横截面形状呈圆形，因此，以横截面为基准，只能将排气部30配置在基板40的边缘部分(或者基板装载部50的突出部53)与工艺管10内壁之间的空间31内。因此，为了减小腔室11的体积以减少供给到腔室11内部的工艺气体量从而节约成本，只能减少排气部30所包含的排气管(未图示)的数量或者减小排气管(未图示)的直径等减小排气部30所占的空间大小，，因而降低配置在狭窄空间31内的排气部30的排气效率。

另一方面，现有的原子层沉积装置一般使用易于承受腔室11内部压力的理想形状的钟形工艺管10。然而，由于钟形腔室11的上部空间12，工艺气体的供给和排出消耗大量的时间，并且导致工艺气体的浪费。

发明内容

所要解决的技术问题

本发明为了解决如上所述的现有技术中的各种问题而提出，其目的在于，提供一种基板处理装置的反应器，使进行基板处理工序的反应器的横截面形状形成为具有至少两个曲率半径，从而提高基板处理气体的排出效率。

此外，本发明的目的在于，提供一种基板处理装置的反应器，使基板处理气体与基板沉积反应结束后直接排出，从而提高基板的沉积均匀性。

此外，本发明的目的在于，提供一种基板处理装置的反应器，将反应器的形状由钟形改为上表面平坦的形状，从而缩小内部空间的大小。

解决技术问题的方法

为了实现所述目的，本发明的一实施例涉及的基板处理装置的反应器(reactor)，用于对至少一个基板进行基板处理，其特征在于，所述反应器的横截面形状具有至少两个曲率半径。

此外，为了实现所述目的，本发明的一实施例涉及的基板处理装置的反应器(reactor)，用于对至少一个基板进行基板处理，其特征在于，所述反应器的横截面具有曲率半径大于所述基板直径的至少两个弧相接而成的形状。

此外，为了实现所述目的，本发明的一实施例涉及的基板处理装置的反应器(reactor)，用于对至少一个基板进行基板处理，其特征在于，所述反应器的横截面形状呈椭圆形，该椭圆形的短轴大于所述基板的直径。

发明效果

根据如上所述结构的本发明，使进行基板处理工序的反应器的横截面形状形成为具有至少两个曲率半径，从而提高基板处理气体的排出效率。

此外，根据本发明，使基板处理气体与基板沉积反应结束后直接排出，从而提高基板的沉积均匀性。

此外，本发明将反应器的形状由钟形改为上表面平坦的形状，从而缩小内部空间的大小。

附图说明

图1是示出现有的批处理式原子层沉积装置的立体图。

图2是示出现有的批处理式原子层沉积装置中基板处理气体流动的横截面图。

图3是示出本发明的一实施例涉及的基板处理装置的立体图。

图4至图8是本发明的不同实施例涉及的反应器的横截面图。

图9是示出本发明的一实施例涉及的反应器的上表面上结合有加强筋的基板处理装置的反应器的立体图。

附图标记

40：基板

100：反应器

110：基板处理部

120、130：加强筋

150、160：加热器

200：供气部

210：供气管

220：吐出孔

300：排气部

310：排气管

320：排出孔

400：壳体

450：歧管

500：基板装载部

具体实施方式

下述，参照示例性地示出本发明可实施的具体实施例的附图详细描述本发明。这些实施例的描述详细到足够使本领域的技术人员实施本发明。应理解为，本发明的各种实施例虽彼此相同，但互相并不排斥。例如，在此所记载的与一个实施例相关的特定形状、结构及特性，在不脱离本发明的思想及范围的情况下，能以其它实施例实现。此外，应理解为，各自公开的实施例中的个别构成要素的位置或者配置，在不脱离本发明的思想及范围的情况下可进行变更。因此，下述的详细描述并无限定之意，准确地说明，本发明的保护范围应当以权利要求书的内容为准，包含与其权利要求所主张的内容等同的所有范围。附图中类似的标号在各个方面表示相同或类似的功能，并且为了方便起见，也有可能夸张表示长度、面积、厚度等以及其形态。

在本说明书中，基板可以理解为，包括半导体基板、用在LED及LCD等显示装置中的基板、太阳能电池基板等。

并且，在本说明书中，基板处理工序是指沉积工序，优选为采用原子层沉积法的沉积工序，然而并不限定于此，也可以理解为，包括采用化学气相沉积法的沉积工序、热处理工序等。然而，下面假设采用原子层沉积法的沉积工序进行说明。

下面，参照附图对本发明的实施例涉及的批处理式基板处理装置进行详细说明。

图3是示出本发明的一实施例涉及的基板处理装置的立体图。

参照图3，本实施例涉及的基板处理装置可以包括反应器(reactor)100、壳体400以及基板装载部500。

反应器100用作工艺管，反应器100内收容有装载多个基板40的基板装载部500，并且提供能够进行沉积膜形成工序等基板处理工序的腔室空间的基板处理部110。

反应器100的材料可以是石英(quartz)、不锈钢(SUS)、铝(aluminum)、石墨(graphite)、金刚砂(siliconcarbide)或者氧化铝(aluminumoxide)中的至少一种。

反应器100可以包括：基板处理部110，用作对基板40进行基板处理的腔室空间；供气部200，用于向基板处理部110供给基板处理气体；以及排气部300，用于排出供给到基板处理部110的基板处理气体。

供气部200可以包括沿着供气部200的长度方向(即，垂直方向)形成的至少一个供气管210。在此，供气管210无须必须具有如图3所示的管状，只要能够用作从外部接收基板处理气体并供给到基板处理部110内部的通道，就可以具有中孔等其它形状。然而，为了精确控制基板处理气体的供给量，优选为由管构成。此外，图3中示出了由一个供气管210构成供气部200的结构，然而，供气管210的数量可以适当地变更。

可以在供气管210的一侧形成多个吐出孔220，所述多个吐出孔220朝向位于基板处理部110的基板40。

排气部300可以包括沿着排气部300的长度方向(即，垂直方向)形成的至少一个排气管310。在此，排气管310无须必须具有如图3所示的管状，只要能够用作使基板处理部110内部的基板处理气体排出到外部的通道，就可以具有中孔等其它形状。为了顺利地排出基板处理气体，优选为由直径大于供气管210的管构成。另一方面，排气部300也可以不具备排气管，而是由包括用于排出基板处理气体的中孔在内的排出流道(未图示)来构成，并且将泵连接于排出流道的端部，通过抽气来排出基板处理气体。此外，图3中示出了由一个排气管310构成排气部300的结构，然而，排气管310的数量可以适当地变更。

可以在排气管310的一侧形成多个排出孔320，所述多个排出孔320朝向位于基板处理部110中的基板40。

优选，吐出孔220以及排出孔320分别位于由基板支撑部530支撑的相邻的基板40与基板40之间的位置，从而在基板装载部500与歧管(manifold)450结合而多个基板40收容于基板处理部110中时，能够向基板40均匀地供给基板处理气体，并且容易吸入基板处理气体以排出到外部。

壳体400的下部被开放，并且可以具有与反应器100相同的形状，以便包围反应器100，壳体400的下部侧可以被支撑设置在洁净室等工艺室(未图示)的顶面。壳体400的最外侧表面可以由不锈钢(SUS)、铝等进行装饰，而其内侧表面上可以设有弯曲部(作为一例，“∪”或者“∩”形状)持续连接而形成的加热器(未图示)。

基板装载部500可以设置成可通过公知的升降系统(未图示)进行升降，可以包括主支座部510、辅助支座部520以及基板支撑部530。

主支座部510可以大致呈圆筒状，并且安放在所述工艺室的地面等上，其上表面可以与结合于壳体400下端部侧的歧管450密闭地结合。

辅助支座部520可以大致呈圆筒状，设置在主支座部510的上表面上，并且插入于反应器100的基板处理部110中。为了确保半导体制造工序的均匀性，可以将辅助支座部520设置成与电机(未图示)联动而可旋转，以使基板40在基板处理工序中可旋转。此外，为了确保工序的可靠性，可以在辅助支座部520的内部设置辅助加热器(未图示)，该辅助加热器在基板处理工序中从基板40的下侧施加热量。装载并储存在基板装载部500中的基板40，可以在进行基板处理工序之前，由所述辅助加热器进行预热。

基板支撑部530可以沿着辅助支座部520的边缘部侧彼此隔着间距设置多个。可以在朝向辅助支座部520中心侧的基板支撑部530的内表面上，分别形成相互对应的多个支撑槽。基板的边缘部侧插入并支撑在所述支撑槽中，由此，多个基板40能够以上下层叠的形式装载并储存在基板装载部500中。

基板装载部500可以在升降的同时可拆装地结合于歧管450的下端面，所述歧管450的上端面结合于反应器100的下端面以及供气部200、排气部300的下端面。供气部200的供气管210可以插入于歧管450的供气连通孔(未图示)中，以与外部的供气装置连通，排气部300的排气管310可以插入于歧管450的排气连通孔(未图示)中，以与外部的排气装置连通。

可以在基板装载部500上升而使基板装载部500的主支座部510的上表面与歧管450的下端面结合时，将基板装载到基板处理部110中，并且密闭基板处理部110。为了实现稳定的密封，可以在歧管450和基板装载部500的主支座部510之间设置密封构件(未图示)。

本发明的特征在于，反应器100的横截面形状具有至少两个曲率半径。反应器100的横截面形状具有至少两个曲率半径可以是指，分别具有不同曲率的多个弧持续连接而构成反应器100的横截面形状。

此外，本发明的特征在于，反应器100的横截面形状为至少两个具有曲率半径大于基板40直径的弧相接的形状。

此外，本发明的特征在于，反应器100的横截面形状为具有短轴大于基板40直径的椭圆形状。

图4至图8是本发明的不同实施例涉及的反应器100(100a、100b、100c、100d、100e)的横截面图。

参照图4，反应器100的横截面形状可以是具有曲率半径大于基板40直径的两个弧L1、L2在点c1及点c2相接的形状。

反应器100a可以与如图2所示的横截面形状呈圆形的现有工艺管10不同，从供气部200供给的气体不管以什么样的入射角供给到反应器100a的内壁，都能在反应器100a的内壁反射，从而如路径a或者路径b所示朝向排气部300。这是因为，从供气部200供给的气体入射到反应器100a内壁的入射角与在反应器100a的内壁反射的反射角之和恒定。换言之，路径a的入射角和反射角之和p1可以与路径b的入射角和反射角之和p2实质上相同。

入射角与反射角之和恒定的原因在于，反应器100a的横截面形状近似于椭圆形，而供气部200和排气部300配置在接近椭圆焦点的位置，因此，能够同样适用椭圆的两个焦点和椭圆的特定点所形成的角度恒定的椭圆的特征。

参照图5，反应器100a的横截面形状可以是具有短轴大于基板40直径的椭圆形状。以图5为基准，椭圆的短轴s相当于反应器100b的纵向长度，椭圆的长轴l相当于反应器100b的横向长度，因此，椭圆的长轴自然大于基板40的直径以及椭圆的短轴。椭圆形状也可以解释为分别具有不同曲率半径的无穷多个弧持续连接而成。

反应器100b可以与如图2所示的横截面形状呈圆形的现有工艺管10不同，从供气部200供给的气体不管以什么样的入射角供给到反应器100b的内壁，都能在反应器100a的内壁反射，从而如路径c或者路径d所示朝向排气部300。这是因为，从供气部200供给的气体入射到反应器100a内壁的入射角与在反应器100a的内壁反射的反射角之和恒定。换言之，路径c的入射角和反射角之和p3可以与路径d的入射角和反射角之和p4相同。

入射角与反射角之和恒定的原因在于，反应器100b的横截面形状呈椭圆形，而供气部200和排气部300配置在椭圆焦点的位置，因此，能够直接适用椭圆的两个焦点和椭圆的特定点所形成的角度恒定的椭圆的特征。

参照图6，反应器100c的横截面的形状相当于在图4或者图5中只将两侧端部形成为直线形状L4。即，除了两侧端部的直线形状L4之外的部分L3可以具有曲率半径大于基板40直径的两个弧或者椭圆的形状。

反应器100c同样与上述的反应器100a、100b相同的原理，路径e的入射角和反射角之和p5可以与路径f的入射角和反射角之和p6实质上相同，从供气部200供给的气体不管以什么样的入射角供给到反应器100c的内壁，都能在反应器100c的内壁反射，从而如路径e或者路径f所示朝向排气部300。

参照图7，反应器100d的横截面形状相当于在图4或者图5中将两侧端部形成为弧形L6。即，除了两侧端部的弧形L6之外的部分L5可以具有曲率半径大于基板40直径的4个弧或者椭圆的形状。当然，4个弧L5、L6的曲率可以全都相同，也可以全都不同。

与上述的反应器100a、100b相同的原理，在反应器100d中，路径g的入射角和反射角之和p7可以与路径h的入射角和反射角之和p8实质上相同，从供气部200供给的气体不管以什么样的入射角供给到反应器100d的内壁，都能在反应器100d的内壁反射，从而如路径g或者路径h所示朝向排气部300。

如此，在本发明的反应器100中，从供气部200供给的气体在基板处理部110内继续对流而不会滞留，并且在与基板40沉积反应之后能够直接通过排气部300排出，因而，提高基板处理气体的排出效率。

而且，由于从供气部200供给的气体不会滞留在基板处理部110内而继续对流，且直接通过排气部300排出，因此，不会在基板40的特定部分进一步执行沉积，从而能够以均匀的厚度沉积于整个基板40上。

另一方面，与如图2所示的横截面形状呈圆形的现有工艺管10不同，本发明的可配置排气部300的空间可以更加宽敞。以横截面为基准，对于现有的工艺管10来说，可以将排气部30配置在基板40的边缘部分(或者基板装载部50的突出部53)与工艺管10内壁之间的空间31内，然而，对于本发明的反应器100来说，可以将排气部300配置在与供气部200相向的、基板40的边缘部分(或者基板装载部500的辅助支座部520)与反应器100内壁之间的空间301内。空间301是横向长度比空间31更大的宽敞的空间，因此，与现有的排气部30(参照图2)相比，能够设置更多的排气管310，也能够使排气管310的直径更大。由此，进一步提高基板处理气体的排出效率。

参照图8，反应器100e横截面的形状可以为左侧一半具有与现有的工艺管10相同的圆形，而右侧一半具有图4或者图5的形状。即，除了圆形的弧L7之外的部分L8、L9可以具有曲率半径大于基板40直径的两个弧或者椭圆的形状。

反应器100e也可以与反应器100a、100b、100c、100d不同，路径i的入射角和反射角之和p9与路径j的入射角和反射角之和p10不同，然而由于能够形成可配置排气部300的宽敞的空间，因此，能够提高基板处理气体的排出效率。

图9是示出本发明的一实施例涉及的反应器100的上表面上结合有加强筋的基板处理装置的反应器的立体图。

不同于如图1所示的现有批处理式基板处理装置的工艺管10呈钟形，本发明的反应器100的上表面可以是平坦的。通过构成平坦的反应器100上表面，排除无法收容基板40的钟形腔室11的上部空间12(参照图1)，从而减小基板处理部110的体积。然而，为了解决与现有的钟形腔室11相比由于无法均匀地分散内部压力而可能发生的耐久性问题，本发明的批处理式基板处理装置，特征在于，在反应器100的上表面上结合有多个加强筋120、130。

加强筋120、130的材料可以与反应器100的材料相同，然而并不限定于此，在能够支撑反应器100上表面的目的范围内可以采用各种材料。

如图9的(a)所示，加强筋120、130也可以交叉地配置多个加强筋121、122并结合于反应器100的上表面上，如图9的(b)所示，也可以平行地配置多个加强筋131、132、133并结合于反应器100的上表面上。可以利用焊接方式等将加强筋120、130结合于反应器100的上表面上。

如此，本发明使反应器100的横截面形状具有至少两个曲率半径，从而能够提高基板处理气体的排出效率，并且在基板处理气体与基板40沉积反应结束后直接排出基板处理气体，从而能够提高基板40的沉积均匀性。

此外，反应器100的顶部形成为平坦的，由此进一步减小反应器100内部空间110的体积，从而能够节省基板处理气体的使用量，且最大限度地发挥所述效果，而且将加强筋120、130结合于反应器100的上表面上，从而能够增强耐久性。

如上，本发明列举优选实施例进行了图示以及说明，但并不限定于所述实施例，在不脱离本发明主旨的范围内，本发明所属技术领域的普通技术人员可以进行各种变形和变更。应当认为，这种变形例以及变更例属于本发明和所附的权利要求的范围内。

Claims (11)

1.一种基板处理装置的反应器，用于对至少一个基板进行基板处理，其特征在于，

所述反应器的横截面形状具有至少两个曲率半径。

2.一种基板处理装置的反应器，用于对至少一个基板进行基板处理，其特征在于，

所述反应器的横截面具有曲率半径大于所述基板直径的至少两个弧相接而成的形状。

3.一种基板处理装置的反应器，用于对至少一个基板进行基板处理，其特征在于，

所述反应器的横截面形状呈椭圆形，该椭圆形的短轴大于所述基板的直径。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的基板处理装置的反应器，其特征在于，

所述反应器包括：

基板处理部，作为对所述基板进行基板处理的空间；

供气部，用于向所述基板处理部供给基板处理气体；以及

排气部，用于排出供给到所述基板处理部的所述基板处理气体。

5.根据权利要求4所述的基板处理装置的反应器，其特征在于，

所述排气部以与所述供气部相向地配置在所述基板的边缘部分与所述反应器内壁之间的空间内。

6.根据权利要求4所述的基板处理装置的反应器，其特征在于，

所述供气部包括：至少一个供气管，沿着所述供气部的长度方向形成；多个吐出孔，朝向所述基板形成在所述供气管的一侧。

7.根据权利要求4所述的基板处理装置的反应器，其特征在于，

所述排气部包括：排气管，沿着所述排气部的长度方向形成；多个排出孔，朝向所述基板形成在所述排气管的一侧。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的基板处理装置的反应器，其特征在于，

所述反应器的上表面是平坦的。

9.根据权利要求8所述的基板处理装置的反应器，其特征在于，

所述反应器的上表面上结合有多个加强筋。

10.根据权利要求9所述的基板处理装置的反应器，其特征在于，

所述多个加强筋交叉配置或者平行配置，并结合于所述基板处理部的上表面上。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的基板处理装置的反应器，其特征在于，

所述反应器的材料包括石英、不锈钢、铝、石墨、金刚砂以及氧化铝中的至少一种。