CN106663604B - 旋转批量外延系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施方式涉及用于在外延薄膜形成期间批量处理的方法与装置。在一个实施例中，处理腔室包括腔室盖件与基板支撑件。腔室盖件包括中心设置的气体入口与第一气体偏转器，第一气体偏转器与腔室盖件耦接并经调适而将第一工艺气体侧向导向横跨多个基板的表面。该盖件也包括一或多个气体出口及多个灯，气体出口自中心设置的气体入口径向向外设置，多个灯设置于中心设置的气体入口与一或多个气体出口之间。基板支撑件是可旋转的且包括气体通道与第二气体偏转器，气体通道于基板支撑件中形成以用于将第二工艺气体引至处理腔室的内部容积，第二气体偏转器经调适而将第二工艺气体侧向地导向横跨多个基板的表面。

Description

旋转批量外延系统
技术领域
本公开内容的实施方式总体涉及用于在基板上形成外延材料的装置与方法，基板诸如半导体基板。
背景技术
外延是指结晶基板上的结晶覆盖层的形成。外延薄膜可使用结晶基板作为晶种而自气体或液体前驱物生长。因此，生长的薄膜可具有相关于结晶基板相同或相似的晶体取向(orientation)。由于相关于工艺气流的处理限制，在一次处理一个结晶基板以获得足够的外延薄膜品质。然而，因为在一次只处理单一基板，所以外延形成经常会是器件产量的瓶颈。
因此，对于同时在多个基板上形成外延薄膜的方法与装置存有需求。
发明内容
本文所述的实施方式一般涉及用于在外延薄膜形成期间批量处理基板的方法与装置。在一个实施例中，处理腔室包括腔室盖件与基板支撑件。腔室盖件包括中心设置的气体入口与第一气体偏转器，第一气体偏转器与腔室盖件耦接并经调适而将第一工艺气体侧向地导向横跨多个基板的表面。该盖件也包括一或多个气体出口，气体出口自中心设置的气体入口径向向外设置。该盖件还包括多个灯，多个灯设置于中心设置的气体入口与一或多个气体出口之间。基板支撑件是可旋转的且包括于基板支撑件中形成的气体通道。气体通道将第二工艺气体引至处理腔室的内部容积。第二气体偏转器经调适而将第二工艺气体侧向地导向横跨多个基板的表面。
在另一个实施例中，处理腔室包括腔室主体以及设置于腔室主体上的腔室盖件。腔室盖件包括中心设置的气体入口以用于将第一工艺气体引至处理腔室的内部容积。腔室盖件也包括耦接至腔室盖件的第一气体偏转器，以用于将第一工艺气体侧向地导向横跨多个基板的表面。腔室盖件还包括一或多个气体出口，气体出口自中心设置的气体入口径向向外设置。多个灯设置于腔室盖件内。处理腔室进一步包括设置于处理腔室内的可旋转的基板支撑件。可旋转的基板支撑件经调适以支撑可旋转的基板支撑件上的多个基板。可旋转的基板支撑件包括第二气体偏转器，第二气体偏转器经调适而将第二工艺气体侧向地导向横跨多个基板的表面。
在另一个实施例中，一种处理多个基板的方法包括将工艺气体引导通过腔室盖件中形成的气体入口。腔室盖件定位于腔室主体上。该方法进一步包括将工艺气体横跨一或多个基板的表面侧向偏转。该方法也包括将额外的工艺气体引导通过基板支撑件中形成的气体入口。该方法还包括将额外的工艺气体横跨一或多个基板的表面侧向偏转。该方法还包括将工艺气体与额外的工艺气体自腔室主体排出。
附图说明
以上简要概述的本公开内容的上述详述特征可以被详细理解的方式、以及本公开内容更特定的描述可以通过参照实施方式而获得，实施方式中的一些实施方式绘示于附图中。然而，应当注意，附图仅绘示了示例性实施方式，因而不应视为对本公开内容的范围的限制，因为本公开内容可允许其它等同有效的实施方式。
图1根据本公开内容的一个实施方式图示处理腔室的截面图。
图2根据本公开内容的另一个实施方式图示处理腔室的截面图。
图3根据本公开内容的一个实施方式图示腔室盖件的底部平面图。
图4根据本公开内容的一个实施方式图示基板支撑件的顶部平面图。
图5根据本公开内容的一个实施方式图示气体偏转器的截面图。
图6根据本公开内容的一个实施方式图示处理系统。
图7根据本公开内容的另一个实施方式图示处理系统。
为了便于理解，尽可能地使用相同的数字符号指示附图中共通的元件。考虑到，一个实施方式的元件与特征在没有进一步地描述下可有益地并入其它实施方式中。
具体实施方式
本文所述的实施方式一般涉及用于在外延薄膜形成期间批量处理基板的方法与装置。在一个实施例中，处理腔室包括腔室盖件与基板支撑件。腔室盖件包括中心设置的气体入口与第一气体偏转器，第一气体偏转器与腔室盖件耦接并经调适而将第一工艺气体侧向地导向横跨多个基板的表面。该盖件也包括一或多个气体出口及多个灯，气体出口自中心设置的气体入口径向向外设置，多个灯设置于中心设置的气体入口与一或多个气体出口之间。基板支撑件是可旋转的，并且包括于基板支撑件中形成的气体通道，以用于将第二工艺气体引至处理腔室的内部容积。基板支撑件也包括第二气体偏转器，第二气体偏转器经调适而将第二工艺气体侧向地导向横跨多个基板的表面。
图1根据本公开内容的一个实施方式图示处理腔室100的截面图。处理腔室100包括腔室主体102，腔室主体102具有设置于腔室主体102上的腔室盖件104。腔室主体102界定内部容积，内部容积具有净化区域106a与处理区域106b。基板支撑件108定位于内部容积内且将内部容积分为净化区域106a与处理区域106b。在一个实施例中，基板支撑件108是具有上表面108u与下表面108d的圆形支撑构件。基板支撑件108由石墨形成且可选地包括基板支撑件108上的碳化硅涂层，并且经调适以支撑多个基板110于基板支撑件108的上表面108u上。例如，基板支撑件108可包括于基板支撑件108内形成的一或多个凹槽108r以用于支撑四、六、八或更多个基板110。
支撑轴112耦接至基板支撑件108的下表面108d且相对于基板支撑件108的下表面108d而中心定位。支撑轴112是由石英、石墨或以碳化硅涂层的石墨形成的圆柱构件。气体导管114轴向定位于支撑轴112内以利于工艺气体自工艺气源116经由气体接线118传送至处理区域106b。多个支承122包含于支承衬套120中，支承衬套120自气体导管114径向向外定位。支承衬套120促成支撑轴112相对于固定气体导管114的旋转以影响基板支撑件108的旋转。旋转密封件123可设置于支撑轴112与气体接线118之间以利于支撑轴112与气体接线118之间的流体紧密连接。致动器121与支撑轴112耦接以促成支撑轴112与耦接至支撑轴112的基板支撑件108的旋转与垂直移动，致动器121诸如马达。
基板支撑件108可包括穿过板170形成的一或多个气体通道124，板170设置于基板支撑件108的中心部分。基板支撑件108的中心部分可包括于基板支撑件108的中心部分中形成的凹槽171，用以容纳板170。在一个实施例中，多个气体可在流动通过板170前引入凹槽171。在此实施例中，在气体通过板170进入处理区域106b之前，凹槽171促进气体混合。
板170的气体通道124利于工艺气体自气体导管114通过基板支撑件108传送至处理区域106b。当工艺气体进入处理区域106b时，工艺气体接触气体偏转器126，气体偏转器126与基板支撑件108的上表面108u中心耦接且自基板支撑件108的上表面108u延伸。气体偏转器126包括支撑柱126s，支撑柱126s与气体偏转构件126d的下表面耦接。在一个实施例中，气体偏转构件126d可以是圆盘(disc)状或圆形构件，且支撑柱126s可相对于气体偏转构件126d以中心设置。在一个实施例中，支撑柱126s可与板170的中心部分耦接。
气体偏转器126邻近于一或多个气体通道124定位且经调适而将自一或多个气体通道124离开的工艺气体导向于一侧向方向，如箭头128所示。工艺气体径向向外流动且平行于基板110的上表面流动以利于外延薄膜于基板110的上表面上的形成。在一个实施例中，气体偏转构件126d的下表面可具有圆锥形，圆锥形具有以相对于基板支撑件108的上表面108u的一角度设置的表面。在一个实施例中，气体偏转构件126d的下表面可以相对于上表面108u的一角度定位，该角度介于约平行至约60度之间。在一个实施例中，气体偏转器126可由石英形成；然而，也可以考虑其它材料。
腔室盖件104被支撑于腔室主体102之上。腔室盖件104可由不锈钢、铝或其它金属及金属合金形成。腔室盖件包括多个灯130，多个灯130设置于腔室盖件中且暴露于腔室盖件的下表面上以利于定位于腔室盖件下的基板110的辐射加热。多个灯130可依圆形构造定位以追踪基板110的旋转。气体导管132由多个灯130径向向内且相关于腔室盖件104以中心设置。气体导管132穿过腔室盖件104轴向设置以将工艺气体接线134通过板138p中形成的开口138o而流体耦接至处理区域106b。工艺气体接线134耦接至处理气源116。处理气源116可提供一或多种工艺气体，工艺气体包括硅或锗源、惰性气体、第三族源(group IIIsources)、第五族源(group V sources)及诸如n型或p型掺杂剂的掺杂剂。通过气体导管132提供的工艺气体由气体偏转器136重新导向。该气体偏转器与气体偏转器126相同或类似，并且可将输入的工艺气体径向向外导向，如箭头137所示。在一个实施例中，当工艺气体邻近于基板110流动时，气体偏转器126与136所偏转的气体保持层流状态(regime)以利于均匀外延形成。在基板支撑件108的处理或升高的位置中，气体偏转器126与136之间的距离可以是约2mm或更少。
一或多个排气气室138自多个灯130径向向外设置以利于气体自处理区域106b排出。一或多个排气气室138于腔室盖件104的下表面形成，并且自基板110充分地径向向外定位以促成相对于基板110的上表面的平行气流。例如，如图1所示，定位一或多个排气气室138使得工艺气体往排气气室的向上流动没有在基板110的径向向外之前开始，如同箭头140所示。一或多个排气气室138可耦接至排气泵139以利于工艺气体自处理区域106b移除。
加热器142，诸如电阻加热器可定位于基板支撑件108下的净化区域106a内。加热器142可与腔室主体102的下表面耦接或由腔室主体102的下表面支撑。加热器142可具有跟基板支撑件108相似的占地面积。或者，加热器142可以是多个灯，多个灯经调适而将辐射热导向至基板支撑件108。
在一个替代实施方式中，可以考虑可删除气体偏转器126、136中的一个。在此实施方式中，剩余气体偏转器的相对表面可用于偏转工艺气体，工艺气体通过腔室盖件104与基板支撑件108两者引入处理腔室100。
图2根据本公开内容的另一个实施方式图示处理腔室200的截面图。处理腔室200类似于处理腔室100，然而，处理腔室200包括基板支撑件208，于基板支撑件208内形成一或多个排气气室244。一或多个排气气室244利于气体通过基板支撑件208的移除。一或多个排气气室244于基板支撑件208的上表面208u中形成且自基板110向外侧向设置。在一个实施例中，一或多个排气气室244可靠近基板支撑件208的外边缘设置。在一个实施例中，一或多个排气气室244为圆形或环状通道。
一或多个排气气室244经由一或多个导管248(图示一个)耦接至排气泵246以利于气体通过基板支撑件208的移除。一或多个排气气室244相对于一或多个排气气室138而设置；然而，可以考虑一或多个排气气室244可相对于一或多个排气气室138而径向向内或向外设置。一或多个排气气室244可以是于基板支撑件208的周边附近以预定间距定位的分离的气室。或者，一或多个排气气室244可以是于基板支撑件208周边附近形成的连续排气通道。
在另一个实施例中，一或多个排气气室244可邻近于基板110的径向向外边缘及靠近基板110的径向向外边缘定位。一或多个排气气室244通过在气体排出时影响气体流动而进一步促成平行于基板110表面的侧向气体流动，如箭头250所示。因此，某些工艺气体如箭头140所示被向上拉，而某些气体如箭头250所示被向下拉，导致在气体相对于基板110移动时的净侧向流动。净侧向流动增进沉积均匀性。可以考虑气体通过一或多个排气气室138、244离开的相对量可经调适以达到处理区域106b内所需的工艺气体的流动状态。气体偏转器292可自一或多个排气气室244的各者径向向外定位以促成气体导向进入一或多个排气气室244。气体偏转器292可相关于基板支撑件208的上表面以一角度定位，例如约45度至约135度，例如，90度。虽然没有图示以作解释，但是可以预想处理腔室200可包括支承衬套120与旋转密封件123(示出于图1)以促成基板支撑件208的旋转。致动器121可促成基板支撑件208的垂直和/或旋转致动。此外，虽然没有图示，但可以了解处理腔室120可包括设置于处理腔室120中的一或多个高温计以用于检测基板110的温度。
图3根据本公开内容的一个实施方式图示腔室盖件304的底部平面图。腔室盖件304与腔室盖件104类似；然而，腔室盖件304包括在腔室盖件304的边缘径向向外设置的环状排气气室338。包括独立灯331的多个灯130自环状排气气室338径向向内且自气体偏转器336径向向外设置。多个开口138o于腔室盖件304中形成且定位于气体偏转器136之下以用于促成工艺气体引入处理腔室。开口138o以局部剖视图表示。可以考虑灯331的尺寸、位置与数量可经调适以影响基板加热的所期望程度。可以考虑其它的灯图案与构造。
图4根据本公开内容的一个实施方式图示基板支撑件108的顶部平面图。基板支撑件108包括中心定位的气体偏转器126，一或多个气体通道124(图示五个)设置于气体偏转器126之下以促成工艺气体引入处理腔室的内部容积。多个基板可设置于基板支撑件108上以利于基板上的外延薄膜的形成。虽然所示为八个基板110，但是可以考虑或多或少个基板110可定位于基板支撑件108上，以及基板支撑件108可相应地调整大小。
图5根据本公开内容的一个实施方式图示气体偏转器526的截面图。气体偏转器526可用于替代图1所示的气体偏转器126与136。在一个实施例中，单一气体偏转器526可替代气体偏转器126与136两者。气体偏转器526包括支撑柱126s以用于将气体偏转器526耦接至腔室盖件或基板支撑件。支撑柱126s耦接至气体偏转构件526d或与气体偏转构件526d一体地形成。
气体偏转构件526d包括邻近于支撑柱126s设置的第一气体偏转表面552。第一气体偏转表面552经调适而将工艺气体通过邻近于第一气体偏转表面552的导管(未图示)侧向导向至处理腔室。第一气体偏转表面可相对于支撑柱126s以约5度至约90度的角度设置，例如约45度至约90度。
气体偏转构件526d也包括相对于第一气体偏转表面552设置的第二气体偏转表面554。第二气体偏转表面554是圆锥形且经调适而将工艺气体侧向偏转，工艺气体于第二气体偏转表面554处导向。在一个实施方式中，可以考虑第二气体偏转表面554可以为平面的或实质平面的。
图6根据本公开内容的一个实施方式图示处理系统660。处理系统660包括生产界面661，生产界面661经调适以接收来自一或多个盒(cassette)662的基板以用于处理。生产界面661包括在生产界面661中的机械臂以用于将机械臂自负载锁定663a、663b来回传送。负载锁定663a、663b利于将基板自批量基板预清洗腔室664来回传送。批量基板预清洗腔室664可经调适以将氧化物自设置于批量基板预清洗腔室664中的基板表面移除，例如自然氧化物。
批量基板预清洗腔室664经由一或多个缓冲腔室665a、665b(图示两个)而与主体666耦接。主体666促成基板从一或多个缓冲腔室665a、665b传送至处理腔室667a、667b。在一个实施方式中，处理腔室667a、667b中的一或多个可以是诸如本说明书所述的处理腔室100、200之类的处理腔室。由于处理腔室667a、667b的定位，允许处理腔室667a、667b自区域668的侧面进出，从而减少处理系统660的占地面积。
图7根据本公开内容的另一个实施方式图示处理系统760。处理系统760与处理系统660类似；然而，预清洗腔室664可用传送腔室789替代，传送腔室789容纳机械臂于传送腔室789中且经调适而将基板传送通过传送腔室789。多个预清洗腔室764a-d(图示为四个)可于传送腔室附近设置且与传送腔室连接。各个预清洗腔室764a-d可经调适以接收来自传送腔室789的基板，并在基板被传送回传送腔室789前，在预清洗腔室中执行预清洗操作于基板上。
本说明书实施方式的优点包括批量处理基板期间的均匀外延沉积，因而增加基板产量。虽然本说明书的实施方式一般使用灯以用于加热基板，但是可以考虑，除灯之外还可使用电阻加热器，或使用电阻加热器以作为灯的替代。
虽然前述针对本公开内容的实施方式，但在不违背本公开内容的基本范围下，可设计其它的与进一步的实施方式，而本公开内容的范围由随附的权利要求书确定。

Claims (13)

1.一种处理腔室，所述处理腔室包括：
腔室盖件，所述腔室盖件具有：
中心设置的气体入口，所述中心设置的气体入口经调适而将第一工艺气体引至所述处理腔室的内部容积；
一或多个气体出口，所述一或多个气体出口自所述中心设置的气体入口径向向外设置；和
第一气体偏转器，所述第一气体偏转器经定位而将所述第一工艺气体侧向地导向横跨多个基板的表面；
多个灯，所述多个灯设置于所述腔室盖件内，多个灯定位于所述中心设置的气体入口与所述一或多个气体出口之间；和
可旋转的基板支撑件，所述可旋转的基板支撑件设置于所述处理腔室内，所述可旋转的基板支撑件经调适以支撑所述可旋转的基板支撑件上的所述多个基板，所述可旋转的基板支撑件包含：
气体通道，所述气体通道形成于所述可旋转的基板支撑件中，以用于将第二工艺气体引至所述处理腔室的所述内部容积；和
第二气体偏转器，所述第二气体偏转器经定位而将所述第二工艺气体侧向地导向横跨所述多个基板的所述表面；
多个基板支撑凹槽，所述多个基板支撑凹槽形成于所述可旋转的基板支撑件的上表面中；以及
一或多个排气气室，所述一或多个排气气室形成于所述可旋转的基板支撑件的所述上表面中，所述一或多个排气气室自所述基板支撑凹槽径向向外设置，
其中所述一或多个气体出口经构造以自所述腔室盖件的下表面通过并向上将所述第一工艺气体或所述第二工艺气体中的一或多种的至少一些自所述处理腔室排出，且所述一或多个排气气室经构造以自所述可旋转的基板支撑件的所述上表面通过并向下将所述第一工艺气体或所述第二工艺气体中的一或多种的至少一些自所述处理腔室排出。
2.如权利要求1所述的处理腔室，进一步包括一或多个气体偏转器，所述一或多个气体偏转器邻近于所述一或多个排气气室的各个排气气室而定位。
3.如权利要求2所述的处理腔室，其中邻近于所述一或多个排气气室中的各个排气气室而定位的所述一或多个气体偏转器中的各个气体偏转器以相关于所述可旋转的基板支撑件的上表面约45度至约135度的角度定位。
4.如权利要求1所述的处理腔室，进一步包括可旋转的气体密封件，所述可旋转的气体密封件设置于所述气体通道与所述可旋转的基板支撑件的支撑轴之间，所述气体通道形成于所述可旋转的基板支撑件中。
5.如权利要求1所述的处理腔室，进一步包括致动器，所述致动器耦接至所述可旋转的基板支撑件以垂直致动所述可旋转的基板支撑件。
6.如权利要求1所述的处理腔室，其中：
所述可旋转的基板支撑件包括凹槽，所述凹槽于所述可旋转的基板支撑件的上表面中心形成；
其中具有多个开口的板设置于所述凹槽内，所述多个开口通过所述板而形成；
其中所述第二气体偏转器包括支撑柱，所述支撑柱与气体偏转构件中心耦接；以及
其中所述支撑柱与所述板耦接。
7.如权利要求1所述的处理腔室，其中所述腔室盖件的所述一或多个气体出口包括环状排气出口。
8.一种处理腔室，所述处理腔室包括：
腔室主体；
腔室盖件，所述腔室盖件设置于所述腔室主体上，所述腔室盖件包括：
中心设置的气体入口，所述中心设置的气体入口用于将第一工艺气体引至所述处理腔室的内部容积；
第一气体偏转器，所述第一气体偏转器与所述腔室盖件耦接，以用于将所述第一工艺气体侧向地导向横跨多个基板的表面；
一或多个气体出口，所述一或多个气体出口自所述中心设置的气体入口径向向外设置；及
多个灯，所述多个灯设置于所述腔室盖件内；和
可旋转的基板支撑件，所述可旋转的基板支撑件设置于所述处理腔室内，所述可旋转的基板支撑件经调适而支撑所述可旋转的基板支撑件上的所述多个基板，所述可旋转的基板支撑件包含：
第二气体偏转器，所述第二气体偏转器经定位而将第二工艺气体侧向地导向横跨所述多个基板的所述表面；
多个基板支撑凹槽，所述多个基板支撑凹槽形成于所述可旋转的基板支撑件的上表面中；以及
一或多个排气气室，所述一或多个排气气室形成于所述可旋转的基板支撑件的所述上表面中，所述一或多个排气气室自所述基板支撑凹槽径向向外设置，
其中所述一或多个气体出口经构造以自所述腔室盖件的下表面通过并向上将所述第一工艺气体或所述第二工艺气体中的一或多种的至少一些自所述处理腔室排出，且所述一或多个排气气室经构造以自所述可旋转的基板支撑件的所述上表面通过并向下将所述第一工艺气体或所述第二工艺气体中的一或多种的至少一些自所述处理腔室排出。
9.如权利要求8所述的处理腔室，其中所述多个灯耦接至所述腔室盖件且介于所述中心设置的气体入口与所述一或多个气体出口之间。
10.如权利要求8所述的处理腔室，其中所述可旋转的基板支撑件包括气体通道，所述气体通道于所述可旋转的基板支撑件中形成，以用于将所述第二工艺气体引至所述处理腔室的所述内部容积。
11.如权利要求8所述的处理腔室，其中所述一或多个排气气室自所述多个基板径向向外设置，并且其中所述腔室主体进一步包括加热器，所述加热器设置于所述腔室主体的下部中。
12.一种处理多个基板的方法，所述方法包括以下步骤：
将工艺气体引导通过腔室盖件中形成的气体入口，所述腔室盖件定位于腔室主体上；
将所述工艺气体横跨一或多个基板的一或多个表面侧向偏转，所述一或多个基板设置于可旋转的基板支撑件上；
将额外的工艺气体引导通过所述可旋转的基板支撑件中形成的气体入口；
将所述额外的工艺气体横跨所述一或多个基板的所述一或多个表面侧向偏转；
使用一或多个气体出口自所述腔室盖件的下表面通过并向上，将所述工艺气体或所述额外的工艺气体中的一或多种的至少一些自所述腔室主体排出，所述一或多个气体出口形成于所述腔室盖件中；以及
使用一或多个排气气室自所述可旋转的基板支撑件的上表面通过并向下，将所述工艺气体或额外的工艺气体中的一或多种的至少一些自所述腔室主体排出，所述一或多个排气气室形成于所述可旋转的基板支撑件的所述上表面中。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述工艺气体与所述额外的工艺气体两者通过于所述腔室盖件中形成的所述一或多个气体出口及于所述可旋转的基板支撑件中形成的所述一或多个排气气室而自所述腔室主体排出。
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