CN116334589B - 基片处理设备及处理方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基片处理设备及处理方法，属于基片处理技术领域。基片处理设备包括腔体以及容置在腔体内的多个单元气室，多个单元气室上对应开设有开口，单元气室内分别通入有处理气体，当待沉积基片穿过开口在多个单元气室间移动时，每个单元气室内的处理气体均可对待沉积基片进行处理；腔体内通入有隔离气体，隔离气体不与处理气体发生反应，隔离气体用以阻止处理气体通过开口溢出。本申请所提供的基片处理设备，通过将多个彼此独立的单元气室容置在腔体内，使得各个单元气室内的处理气体无法相互接触而发生反应，从而避免在腔体内产生积粉。

Description

基片处理设备及处理方法

技术领域

本发明涉及基片处理技术领域，特别涉及一种基片处理设备及处理方法。

背景技术

在使用原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)工艺制备芯片过程中，需要在基片处理设备的腔体内通入多种处理气体，多种处理气体在待沉积基片上形成原子层沉积。现有技术常采用在一个腔体内间隔排布多个不同的处理气体出口，待沉积基片在腔体内多个不同的处理气体出口间移动从而形成原子层沉积；或是在腔体内设置多个区域，多个区域内分别通入不同的处理气体，待沉积基片在多个区域之间往返交替地多次通过多个区域，使得原子层在待沉积基片的表面沉积而形成原子层沉积膜。但是，上述方案都存在多种处理气体容易在腔体内的喷淋孔附近、抽气槽以及气体扩散区域相互接触发生化学气相反应而产生积粉的问题。沉积设备长时间运行将会在化学气相反应区域形成严重积粉，如果积粉掉落到待沉积基片表面，将会严重影响芯片的性能。因此，如何防止基片处理设备的腔体内产生积粉成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请提供一种基片处理设备，可解决基片处理设备的腔体内产生积粉的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供的基片处理设备包括腔体以及容置在腔体内的多个单元气室，多个单元气室上对应开设有开口，单元气室内分别通入有处理气体，当待沉积基片穿过开口在多个单元气室间移动时，每个单元气室内的处理气体均可对待沉积基片进行处理；腔体内通入有隔离气体，隔离气体不与处理气体发生反应，隔离气体用以阻止处理气体通过开口溢出。

本申请提供一种基片处理方法，该基片处理方法包括：

向如上所述的基片处理设备中通入处理气体以及隔离气体；

将待沉积基片依次穿过多个单元气室的开口，以使多个单元气室内的处理气体均可吸附在待沉积基片上并发生反应沉积在待沉积基片上。

本申请所提供的基片处理设备，通过将多个彼此独立的单元气室容置在腔体内，腔体和单元气室内分别通入有隔离气体和处理气体，隔离气体不与处理气体发生反应，隔离气体用以阻止处理气体通过开口溢出，使得各个单元气室内的处理气体无法相互接触而发生反应，从而避免在腔体内产生积粉。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的基片处理设备一实施例沿纵向一视角的剖面结构示意图；

图2是本申请提供的基片处理设备一实施例沿横向一视角的剖面结构示意图；

图3是本申请提供的单元气室一实施例沿横向一视角的剖面结构示意图；

图4是本申请提供的单元气室另一实施例沿横向一视角的剖面结构示意图；

图5是本申请提供的单元气室再一实施例沿横向一视角的剖面结构示意图；

图6是本申请提供的基片处理设备设置独立气源一实施例的剖面结构示意图；

图7是本申请提供的基片处理设备设置共用气源一实施例的剖面结构示意图；

图8是本申请提供的单元气室内设置喷淋导管一实施例一视角的结构示意图；

图9是本申请提供的单元气室内设置喷淋导管另一实施例一视角的结构示意图；

图10是本申请提供的腔体内设置隔离气体导管一实施例一视角的结构示意图；

图11是本申请提供的基片处理方法一实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。本申请实施例中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或组件。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请提供一种基片处理设备。请参阅图1，图1是本申请提供的基片处理设备一实施例沿纵向一视角的剖面结构示意图。基片处理设备100可包括腔体10、单元气室20以及加热系统30，多个单元气室20以及加热系统30均容置在腔体10内。多个单元气室20内通入有处理气体，每个单元气室20内的处理气体均可对待沉积基片40进行处理，如在待沉积基片40的表面形成原子层沉积。加热系统30用于处理气体的加热，以达到原子层沉积反应的条件。

多个单元气室20上对应开设有开口21，当待沉积基片40穿过开口21在多个单元气室20间移动时，处理气体可在待沉积基片40上形成原子层沉积。由于处理气体填充在整个单元气室20内，因此处理气体可与待沉积基片40的任何一个表面接触，处理气体可在待沉积基片40的多个表面同时形成沉积，从而形成空间原子层沉积。

为阻止多个单元气室20内的处理气体从开口21溢出到腔体10内发生化学气相反应而产生积粉，腔体10内通入有隔离气体，隔离气体不与处理气体发生化学气相反应，隔离气体用以阻止处理气体通过开口21溢出，从而避免了处理气体之间的接触。隔离气体可以是氮气或者惰性气体，如氩气等。

本申请所提供的基片处理设备100，通过将多个彼此独立的单元气室20容置在腔体10内，腔体10和单元气室20内分别充有隔离气体和处理气体，隔离气体不与处理气体发生化学气相反应，隔离气体用以阻止处理气体通过开口21溢出，使得各个单元气室20内的处理气体无法相互接触而发生化学气相反应，从而避免在腔体10内产生积粉。

具体地，可设置腔体10内的气体压强大于单元气室20内的气体压强，使得处理气体不能通过开口21溢出到腔体10内，从而避免处理气体之间的接触。

为保证隔离气体与处理气体的压强差的稳定性，可在腔体10以及单元气室20内设置气体压强监控装置11，根据气体压强变化及时补充或排出部分气体，以维持隔离气体与处理气体的压强差。

在一实施例中，处理气体至少包括第一处理气体以及第二处理气体，第一处理气体以及第二处理气体分别填充在多个不同的单元气室20内。当待沉积基片40与第一处理气体接触时，第一处理气体吸附在待沉积基片40上；当待沉积基片40与第二处理气体接触时，第二处理气体与第一处理气体之间发生化学气相反应，从而可在待沉积基片40上逐层堆叠形成原子层沉积。处理气体的种类可根据实际需要通入，如需要镀Al₂O₃膜，则处理气体可为水和TMA，处理气体不局限于两种，以上仅为示意性说明。

单元气室20内还可充有载体气体，载体气体不与处理气体发生反应，载体气体可以是惰性气体或氮气。载体气体用于将处理气体载入单元气室20内，并对待沉积基片40的表面进行吹扫。

单元气室20的横截面可以是矩形、方形、圆形、椭圆形或其它形状。

多个单元气室20可呈直线形等间距排布在腔体10内，也可以是阵列分布在腔体10内，如图2所示，图2是本申请提供的基片处理设备一实施例沿横向一视角的剖面结构示意图。当然，单元气室20还可以有其它形式的排布方式，在此不做限定。

第一处理气体以及第二处理气体可以是交替排列通入多个间距设置的单元气室20内。举例来说，排列在1、3、5……等奇数序号位置的单元气室20内可通入第一处理气体，排列在2、4、6……等偶数序号位置的单元气室20内可通入第二处理气体。当待沉积基片40移动至序号为1位置的单元气室20时，第一处理气体吸附在待沉积基片40上；当待沉积基片40移动至相邻的序号为2位置的单元气室20时，第二处理气体与第一处理气体之间发生反应可形成一层均匀的薄膜，构成一个生长循环；以此类推，待沉积基片40依次移动经过多个成对设置的单元气室20可完成多个生长循环。可通过设置单元气室20的数量来控制生长循环的次数，从而实现对薄膜厚度的精确控制。

开口21与待沉积基片40匹配。具体地，开口21的截面形状以及大小与待沉积基片40的截面形状以及大小相对应，从而使得待沉积基片40可以穿过开口21，同时待沉积基片40移动时不会与开口21的外周发生触碰。

在一些实施例中，如图3、图4所示，为提高沉积的产能，每个单元气室20上可开设多个开口21，以使多个待沉积基片40可分别穿过多个开口21进出单元气室内20。

多个开口21可以是呈一字型间隔分布在单元气室20的相对两侧，如图3；多个开口21也可以是交错间隔分布在单元气室20的相对两侧，如图4。当然，开口21还可以有其它分布方式，其布置原则是使得多个待沉积基片40之间不会互相遮挡，每个待沉积基片40均可充分与处理气体接触，从而提高沉积的效率。

请继续参阅图3、图4，每个单元气室20上设有进气口22以及抽气口23，处理气体从进气口22进入单元气室20，处理气体以及通过开口21进入单元气室20内的隔离气体从抽气口23排出单元气室20。

腔体10内不设置排气口，隔离气体只能从单元气室20内的抽气口23排出，以便于维持腔体10与单元气室20之间的压力差，防止处理气体从开口21溢出。

进一步地，每个单元气室20上的进气口22为多个，如图5所示，图5是本申请提供的单元气室再一实施例沿横向一视角的剖面结构示意图。多个进气口22开设在单元气室20的不同方向，以使多个待沉积基片40与处理气体充分接触。多个进气口22的开设方式与多个开口21的分布排列方式相协调，处理气体可从多角度进入单元气室20，使得处理气体可与待沉积基片40的任何一个表面接触，进一步提高空间原子层沉积的效率。

当进气口22以及抽气口23数量较少时，各个进气口22以及各个抽气口23可分别设置独立的气源和气源回收装置，如图6所示，图6是本申请提供的基片处理设备设置独立气源一实施例的剖面结构示意图。在一实施例中，多个进气口22分别与多个气源连接，以将第一处理气体以及第二处理气体引入单元气室20内；多个抽气口23分别与多个气源回收装置连接，以回收第一处理气体以及第二处理气体。

当进气口22以及抽气口23数量较多时，腔体10可通过设置第一分配管221、第二分配管222、第一回收管231以及第二回收管232来减少气源和气源回收装置的数量，如图7所示，图7是本申请提供的基片处理设备设置共用气源一实施例的剖面结构示意图。第一分配管221与第一气源连接，第一分配管221以及第一回收管231分别与多个进气口22以及抽气口23连通，以使第一处理气体可通过第一分配管221分配后进入多个相应地单元气室20，第一回收管231与第一气源回收装置连接，以将多个单元气室20排出的第一处理气体汇集后回收。第二分配管222以及第二回收管232分别与第二气源以及第二气源回收装置连接，用于第二处理气体的分配以及回收。

为便于控制每个单元气室20内的气体流量，在一实施例中，每个单元气室20内设有喷淋导管24，如图8所示。喷淋导管24设置方向可与待沉积基片40所在平面平行，且垂直于待沉积基片40的移动方向。喷淋导管24对应分布在待沉积基片40的相对两侧，喷淋导管24的长度大于待沉积基片40的宽度。喷淋导管24朝向待沉积基片40的一侧开设有多个喷淋孔241，处理气体通过喷淋孔241喷向待沉积基片40。

在每个单元气室20内设置独立的喷淋导管24，喷淋导管24成对分布在待沉积基片40的相对两侧，一方面使得每个单元气室20内的气体流量可控，便于维持待沉积基片40的平衡，使得待沉积基片40水平通过腔体10；另一方面可方便喷淋导管24的维护与更换。

待沉积基片40每侧设置的喷淋导管24的数量可以是一个，也可以是多个，在一实施例中，待沉积基片40每侧设有两个喷淋导管24，两个喷淋导管24的喷淋孔241的开口朝向相对设置，如图9所示。喷淋孔241的开口朝向相对设置的两个喷淋导管24可同时向待沉积基片40喷出处理气体，提高了待沉积基片40的处理效率。

为进一步维持待沉积基片40的平衡，在一实施例中，腔体10内设有隔离气体导管12，如图10所示。隔离气体导管12设置在单元气室20的开口21处，隔离气体导管12对应分布在待沉积基片40的相对两侧，隔离气体通过隔离气体导管12喷向待沉积基片40。腔体10内设有视觉监测装置13，视觉监测装置13可监测待沉积基片40的移动状态。根据视觉监测装置13检测到的状态，通过调节分布在待沉积基片40两侧的隔离气体导管12的气体流量，既可保持腔体10内的气体压强，又可以使待沉积基片40保持平衡，从而使得待沉积基片40水平通过腔体10。

本申请提供一种基片处理方法，基片处理方法200可包括步骤S210至步骤S220，请参阅图11，图11是本申请提供的基片处理方法一实施例的流程图：

S210，向如上所述的基片处理设备100中通入处理气体以及隔离气体；

S220，将待沉积基片40依次穿过多个单元气室20的开口21，以使多个单元气室20内的处理气体均可吸附在待沉积基片40上并发生反应沉积在待沉积基片40上。

进一步地，待沉积基片40在驱动装置带动下往返穿梭于多个单元气室20的开口21，以使待沉积基片40可完成多个生长循环。

当需要对待沉积基片40进行单侧沉积时，可控制位于待沉积基片40一侧的喷淋导管24向待沉积基片40喷出处理气体，位于待沉积基片40相对一侧的喷淋导管24向待沉积基片40喷出隔离气体，由于隔离气体不与处理气体发生反应，一方面可阻止处理气体在待沉积基片40不需要沉积的一侧沉积；另一方面，通过调节分布在待沉积基片40两侧的喷淋导管24向待沉积基片40喷出的处理气体以及隔离气体的流量，可使待沉积基片40保持平衡。

本申请提供的基片处理设备，至少具有以下有益效果：

1、通过将多个彼此独立的单元气室20容置在腔体10内，腔体10和单元气室20内分别充有隔离气体和处理气体，隔离气体不与处理气体发生化学气相反应，隔离气体用以阻止处理气体通过开口21溢出，使得各个单元气室20内的处理气体无法相互接触而发生化学气相反应，可避免在腔体10内产生积粉。

2、提供多种多个开口21的分布方式，使得多个待沉积基片40之间不会互相遮挡，充分与处理气体接触，提高沉积的效率。

3、每个单元气室20上的进气口22为多个，多个进气口22开设在单元气室20的不同方向，使得处理气体可从多角度进入单元气室20，使得处理气体可与待沉积基片40的任何一个表面接触，进一步提高空间原子层沉积的效率。

4、腔体10设有第一分配管221、第二分配管222、第一回收管231以及第二回收管232，用于处理气体的分配以及回收，可减少气源和气源回收装置的数量。

5、在每个单元气室20内设置独立的喷淋导管24，喷淋导管24成对分布在待沉积基片40的相对两侧，既便于维持待沉积基片40的平衡，又方便喷淋导管24的维护与更换。

以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (16)

1.一种基片处理设备，其特征在于，包括：

腔体以及容置在所述腔体内的多个单元气室，多个所述单元气室上对应开设有开口，所述单元气室内分别通入有处理气体，当待沉积基片穿过所述开口在多个所述单元气室间移动时，每个所述单元气室内的所述处理气体均可对所述待沉积基片进行处理；

所述腔体内通入有隔离气体，所述隔离气体不与所述处理气体发生反应，所述腔体内的气体压强大于所述单元气室内的气体压强，以阻止所述处理气体通过所述开口溢出。

2.根据权利要求1所述的基片处理设备，其特征在于，所述处理气体至少包括第一处理气体以及第二处理气体，所述第一处理气体以及所述第二处理气体分别填充在多个不同的所述单元气室内。

3.根据权利要求1所述的基片处理设备，其特征在于，多个所述单元气室阵列分布在所述腔体内。

4.根据权利要求1所述的基片处理设备，其特征在于，每个所述单元气室上的所述开口为多个，所述开口与所述待沉积基片匹配，以使多个所述待沉积基片可分别穿过多个所述开口进出所述单元气室。

5.根据权利要求4所述的基片处理设备，其特征在于，多个所述开口呈一字型间隔分布在所述单元气室的相对两侧，或多个所述开口交错间隔分布在所述单元气室的相对两侧。

6.根据权利要求2所述的基片处理设备，其特征在于，每个所述单元气室设有进气口以及抽气口，所述处理气体从所述进气口进入所述单元气室，所述处理气体以及通过所述开口进入所述单元气室内的隔离气体从所述抽气口排出所述单元气室。

7.根据权利要求1所述的基片处理设备，其特征在于，每个所述单元气室内设有喷淋导管，所述喷淋导管对应分布在所述待沉积基片的相对两侧，所述喷淋导管的长度大于所述待沉积基片的宽度，所述喷淋导管朝向所述待沉积基片的一侧开设有多个喷淋孔，所述处理气体通过所述喷淋孔喷向所述待沉积基片。

8.根据权利要求7所述的基片处理设备，其特征在于，所述待沉积基片每侧设有两个所述喷淋导管，两个所述喷淋导管的所述喷淋孔的开口朝向相对设置。

9.根据权利要求8所述的基片处理设备，其特征在于，所述腔体内设有隔离气体导管，所述隔离气体导管设置在所述单元气室的所述开口处，所述隔离气体导管对应分布在所述待沉积基片的相对两侧，所述隔离气体通过所述隔离气体导管喷向所述待沉积基片，以使所述待沉积基片水平通过所述腔体。

10.根据权利要求1所述的基片处理设备，其特征在于，所述腔体以及所述单元气室内设有气体压强监控装置，用以监控所述隔离气体以及所述处理气体的压强；

所述腔体内设有视觉监测装置，用以监测所述待沉积基片的移动状态。

11.根据权利要求6所述的基片处理设备，其特征在于，多个所述进气口分别与多个气源连接，以将所述第一处理气体以及所述第二处理气体引入所述单元气室内；

多个所述抽气口分别与多个气源回收装置连接，以回收所述第一处理气体以及所述第二处理气体。

12.根据权利要求6所述的基片处理设备，其特征在于，所述腔体设有第一分配管、第二分配管、第一回收管以及第二回收管，所述第一分配管与第一气源连接，所述第一分配管以及所述第一回收管分别与多个所述进气口以及所述抽气口连通，以使所述第一处理气体可通过所述第一分配管分配后进入多个相应地所述单元气室，所述第一回收管与第一气源回收装置连接，以将多个所述单元气室排出的所述第一处理气体汇集后回收；

所述第二分配管以及所述第二回收管分别与第二气源以及第二气源回收装置连接，用于所述第二处理气体的分配以及回收。

13.根据权利要求6所述的基片处理设备，其特征在于，每个所述单元气室上的所述进气口为多个，多个所述进气口开设在所述单元气室的不同方向，以使多个所述待沉积基片与所述处理气体充分接触。

14.一种基片处理方法，其特征在于，包括：

向如权利要求1-13任一项所述的基片处理设备中通入所述处理气体以及所述隔离气体；

将待沉积基片依次穿过多个所述单元气室的所述开口，以使多个所述单元气室内的所述处理气体均可吸附在所述待沉积基片上并发生反应沉积在所述待沉积基片上。

15.根据权利要求14所述的基片处理方法，其特征在于，所述待沉积基片在驱动装置带动下往返穿梭于多个所述单元气室的所述开口，以使所述待沉积基片可完成多个生长循环。

16.根据权利要求14所述的基片处理方法，其特征在于，位于所述待沉积基片一侧的喷淋导管向所述待沉积基片喷出所述处理气体，位于所述待沉积基片相对一侧的喷淋导管向所述待沉积基片喷出所述隔离气体，以对所述待沉积基片的一侧进行沉积。