CN117616547A - 基板处理设备及基板处理方法 - Google Patents

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Abstract

在根据本发明的基板处理设备和基板处理方法中，可以在制程情况下及时量测基板温度，其中设置在基板之上的用于量测基板温度的第二量测单元的数量少于设置在基板之下的用于量测加热器温度的第一量测单元的数量，并且基于计算出的基板温度，可以控制加热器温度以使所有基板的温度均匀化，并由此使沉积膜的厚度均匀化，从而提高沉积制程的完美性。

Description

基板处理设备及基板处理方法
技术领域
本发明关于一种基板处理设备及能即时(real time)于腔体中量测基板的温度的方法。
背景技术
一般来说，会透过在基板上沉积特定材料制成薄膜的薄膜沉积制程、使用光感材料使薄膜的选择区域曝光或隐蔽的微影制程、以及移除薄膜中的选择区域并进行图案化的蚀刻制程，来制造半导体装置、显示装置或薄膜太阳能电池。在这些制程中，薄膜沉积制程及蚀刻制程由最佳化成真空状态的基板处理设备来进行。
在被最佳化成真空状态的基板处理设备中，会使用加热手段加热基板，且制程气体被供应至腔体的反应空间中以进行薄膜沉积制程及蚀刻制程。在基板处理制程中，因为基板的温度会影响产品的品质，所以会需要精准地量测基板的温度。
基板的整个区域的温度或基板的多个区域的温度被量测以计算基板的温度分布，进而确保制程的均匀度。
为了量测基板的整个区域的温度或基板的多个区域的温度，需要在对应于多个待测区域的多个位置上设置多个温度量测装置。会需要在基板上提供安装这些温度量测装置所需的空间，因此会需要对能提升空间利用率的基板处理设备与方法进行研究。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种能即时量测腔体中的基板的温度的基板处理设备及方法。
本发明的另一目的在于提供一种能将腔体中的基板的温度维持均匀的基板处理设备及方法。
本发明的另一目的在于提供一种能提升沉积制程的完整性的基板处理设备及方法。
为了达成这些目的及其他优点且根据本发明的目的，如于此实施及广泛地描述，基板处理设备包含腔体、用以于腔体中支撑基板的基座、设置于基座之下的加热器、用以量测加热器的温度的至少一第一量测单元、以及用以量测基板的温度的至少一第二量测单元。第一量测单元及第二量测单元具有彼此不同的数量。第二量测单元的数量可少于第一量测单元的数量。
在根据本发明的基板处理设备中，第二量测单元可以预设距离彼此分离。
根据本发明的基板处理设备可进一步包含计算器，计算器用以使用第一量测单元和第二量测单元量测到的第一区域的多个量测值及第一量测单元和第二量测单元量测到的第三区域的多个量测值来计算基板的第二区域的温度，第二区域位于第一区域及第三区域之间。
在根据本发明的基板处理设备中，计算器可使用由第一量测单元及第二量测单元量测到的第一区域及第三区域的量测值之间的差值及上述量测值的平均值中的至少一者来计算基板的第二区域的温度。
在根据本发明另一实施例的基板处理设备中，计算器可使用由第一量测单元量测到的第二区域的量测值。
在根据本发明的进一步实施例的基板处理设备中，基座可为可转动地同时支撑多个基板，且第二量测单元可分别设置于这些基板之上。此时，控制器可使用基板的转动速度控制第二量测单元的运作。
在另一方面中，基板处理方法包含于第一区域量测加热器温度以及基板温度的第一步骤、于第三区域量测加热器温度以及基板温度的第二步骤、以及使用第一区域以及第三区域的多个量测值计算第二区域的基板温度的第三步骤。第二区域介于第一区域及第三区域之间。
在进一步的方面中，基板处理方法包含量测并储存加热器温度的第一步骤、量测并储存基板温度的第二步骤、以及使用第一区域的量测基板温度值及量测加热器温度值以及第三区域的量测基板温度值及量测加热器温度值计算第二区域的基板温度的第三步骤。第二区域介于第一区域以及第三区域之间。
在根据本发明的基板处理方法中，可使用第一区域及第三区域的基板温度及加热器温度之间的差值及上述温度的平均中的至少一者，来计算第二区域的基板温度。
在进一步的方面中，基板处理方法包含量测并储存加热器温度的第一步骤、量测并储存基板温度的第二步骤、以及使用第一区域的量测基板温度值及量测加热器温度值以及第三区域的量测基板温度值及量测加热器温度值计算第二区域的基板温度的第三步骤。第二区域介于第一区域以及第三区域之间。
在根据本发明的基板处理方法中，可进一步使用于第二区域量测到的加热器温度值。
发明效果
基于以上叙述显而易见的是，在根据本发明的基板处理设备及方法中，可即时量测腔体中的基板的温度并使用基板的量测温度信息控制加热器温度，而可提升基板的温度均匀度，且因此可提升沉积制程的完整性。
附图说明
图1呈现基于腔体的根据本发明一实施例的基板处理设备的部分构造。
图2为示意性呈现根据本发明的基板处理设备的构造的方块图。
图3为呈现在根据图1中的构造的基板处理设备中由第二量测单元量测的基板的区域的示意图。
图4呈现基于腔体的根据本发明另一实施例的基板处理设备的部分构造。
图5为呈现在根据图4中的构造的基板处理设备中由第二量测单元量测的基板的区域的示意图。
图6为描述根据本发明的基板处理设备中的第一量测单元及第二量测单元的设置方式及运作方式的示意图。
图7为呈现根据本发明一实施例的基板处理方法的步骤的流程图。
图8为呈现根据本发明另一实施例的基板处理方法的步骤的流程图。
具体实施方式
给出于本说明书中揭露的本发明的实施例的具体结构或功能描述仅为了解释本发明的实施例。本发明的实施例可用各种形式实现，且不应被解释为以于本说明书中揭露的本发明的实施例为限。
因为本发明的实施例可以各种方式修改且可具有各种形式，所以具体实施例将呈现于附图中且将于本说明书中被详细描述。然而，根据本发明的概念的实施例并不以这样的具体实施例为限，且应理解的是本发明包含所有落入本发明的思想及技术范围中的所有替换、相等物及替代。
将理解的是，虽然用语“第一”、“第二”等可用于描述各种元件，但相对应的元件不应被理解为以这些用语为限，这些用语仅用于辨认元件。举例来说，在由本发明界定的范围中，第一元件可称为第二元件，且相似地，第二元件可称为第一元件。
将理解的是，当元件被称为“连接于”或“耦接于”另一元件，此元件可直接连接或耦接于其他元件，或可存在中间元件。相反地，当元件被称为“直接连接于”或“直接耦接于”另一元件时，不会存在中间元件。如“之间”、“直接位于…之间”、“邻近”或“直接邻近”等其他描述元件之间的关系之用语也需要以同样的方式来解释。
本说明书中使用的用语仅被提供来解释具体实施例，而非旨在限制本发明。除非另有说明，否则单数形式可包含多数形式。将进一步理解的是，于本说明书中使用“包含”、“具有”等用语时，意在指出所述特征、数量、步骤、作业、元素、元件或上述的结合的存在，但不排除一或多个其他特征、数量、步骤、作业、元素、元件或上述的结合的添加或存在。
除非另有说明，否则包含技术及科学用语的于本说明书中使用的所有用语与本发明所属技术领域的技术人员一般理解的用语具有相同的涵义。将进一步理解的是，如一般使用的字典中定义的那些用语应被解释为具有与本发明及相关技术的内容中的涵义一致的涵义，且除非有于此详细界定，否则不应被解释为理想化或过度正式的。
以下，将参照相关附图描述根据本发明的基板处理设备及方法。图1呈现基于腔体的根据本发明一实施例的基板处理设备的部分构造，且图2为示意性呈现根据本发明的基板处理设备的构造的方块图。
根据本发明的实施例的基板处理设备100可包含具有反应空间的腔体110、被提供于腔体110中以支撑基板10的基座120、设置于基座120之下以加热基座120的加热器130、被提供于腔体110中以相对于基座120而喷射制程气体的气体喷射器140、被提供于腔体110之外以将制程气体供应至气体喷射器140的气体供应单元150、以及用以对腔体110进行排气的排气单元160。
腔体110包含腔体本体110b以及设置于腔体本体110b的顶端的盖体110a。腔体本体110b及盖体110a彼此耦接以于腔体110中界定反应空间。腔体110可形成为内部形成有用于基板沉积的空间的筒状外形。腔体110可依据基板10的外形而形成为各种外形。于此，可使用用于半导体制造的硅基板或是用于平板显示器制造的玻璃基板作为基板10。也就是说，当基板10为圆形时(像是硅基板)，腔体110可形成为具有圆形截面的圆柱外形。当基板10为四边形时(像是玻璃基板)，腔体110可形成为具有四边形截面的六面体外形。
基座120及气体喷射器140可设置于腔体110中以彼此相对。举例来说，基座120可设置于腔体110的底侧，且气体喷射器140可设置于腔体110的顶侧。此外，供基板10透过其引入及移除的基板闸门111可被提供在腔体110的一侧。腔体110可被提供有气体入口151，气体入口151连接于将制程气体供应至腔体110中的气体供应单元150。
此外，排气单元160可连接于被提供在腔体110的底部的排气口112以调整腔体110中的压力或将腔体110中的制程气体及异物排出。
举例来说，基板闸门111可被提供在腔体110的一个侧面中以具有足够的尺寸来引入或移除基板10，可透过腔体110的顶墙形成气体入口151，且可透过比基座120还低的腔体110的底墙来形成排气口112。
基座120被提供于腔体110中，且被引入到腔体110中的至少一基板10设置于基座上。为了使基板10设置于基座120上并受基座120支撑，基座120例如可被提供有用以维持基板10被静电力吸住的状态的静电吸盘，或可由真空吸引或使用机械力来支撑基板10。此外，基座120可形成为对应于基板10的外形的平面外形(如圆形或四边形)，且可被制造成具有比基板10的尺寸还大的尺寸。
用以朝上及朝下移动基座120的升降器121可被提供在基座120之下。升降器121用以支撑基座120的至少一区域，如中心部。当基板10设置于基座120上时，升降器121将基座120移动成邻近于气体喷射器140。
此外，加热器130可安装于基座120之下或之中。加热器130可将基板10加热至预设温度而使得薄膜沉积、堆叠及蚀刻能轻易在基板10上进行。可在基座120中提供冷却剂供应通道(未绘示)以供应冷却剂来降低基板10的温度。
气体喷射器140在腔体110的顶侧设置于腔体110中以朝设置于基座120上的基板10喷射制程气体或吹除气体。在与基座120相同的方式中，气体喷射器140的外形可形成为对应于基板10的外形。气体喷射器140可被制造成具有大致呈圆形或四边形的外形。
同时，如图2所示，根据本发明的基板处理设备100可进一步包含设置于腔体110之外的计算器190及控制器180。
如图1所示，设置于基板之下以加热基板的加热器130及用以量测加热器130的温度的第一量测单元171可设置于腔体110中。第二量测单元172可设置于耦接腔体本体110b的顶端的盖体110a。
控制器180及计算器190可设置于腔体110之外。控制器180进行控制而使得第一量测单元171及第二量测单元172分别量测加热器130的温度及基板10的温度。控制器180可包含用以储存由第一量测单元171及第二量测单元172所量测的温度信息的记忆体181。此为一实施例，且记忆体181可设置于控制器180之外。
计算器190可使用储存在记忆体181中的量测到的基板10及加热器130的温度量值来计算基板10的温度。
可以有多个第二量测单元172设置于盖体之上以量测基板的温度。第二量测单元172可由光温度感测器构成。于一代表性示例中，可使用高温计(pyrometer)。第二量测单元172可被设置以量测基板的温度。
可以有多个第一量测单元171设置于加热器130之下以量测加热器的多个区域的温度。
于本发明的实施例中，第二量测单元172的数量不同于第一量测单元171的数量。较佳地，第二量测单元172的数量少于第一量测单元171的数量。
图3为呈现在根据图1中的构造的基板处理设备中由第二量测单元测量的基板的区域的示意图。也就是说，呈现了应用于使用设置于基座120上的一个基板10的制程腔体的实施例。此时，由这些第二量测单元172量测的基板10的区域可包含基板10的中心部(区域172b)以及对称地位于中心部(区域172b)周围的基板10的相对区域部(区域172a、172c)。根据第一实施例的第二量测单元172可设置于盖体110a之上。
图4呈现根据本发明另一实施例的基板处理设备的腔体的内部构造，且图5为呈现在根据图4中的构造的基板处理设备中由第二量测单元量测的基板的区域的示意图。
本发明的其他实施例呈现多个基板10设置于上基座120以被处理的情况。此时，第二量测单元172可设置在不同的基板之上。也就是说，三个第二量测单元172可设置于不同的基板之上。不像是如图1的实施例中第二量测单元以预设间隔呈直线设置以量测一个基板的三个区域的温度的实施例，在本实施例中，第二量测单元172可透过形成于气体喷射器140中的通孔(未绘示)量测设置于基座120上的这些基板的温度。第二量测单元172可设置于不同的基板10之上以量测位于不同区域中的基板的温度。举例来说，第二量测单元172可量测多个区域172a、172b、172c的温度。此时，控制器180可进行控制而使第二量测单元172以与基板10的转动循环同步的方式运作，借以量测相同的基板的每一个区域的温度。也就是说，控制器180可将运作允许信号提供至第二量测单元172，而使得第二量测单元172在基板转动且同时再次到达设置有第二量测单元172的位置的时候运作。同时，第二量测单元172可连续地运作以量测基板10及设置于其下的基座120的温度。基座120的温度高于基板10的温度。这样的原因是，热量是在基板10设置于基座120上的状态中被传递到基板10。由第二量测单元172量测到的多个量测温度值可被分成基板10的量测温度值以及基座120的量测温度值。在这些温度值中，可仅使用基板10的量测温度值。
图6为描述根据本发明的基板处理设备中的第一量测单元及第二量测单元的设置方式及运作方式的示意图。以下，将描述一个基板10设置于基座120上的实施例，以协助理解本发明；然而，其运作方式相似于多个基板10设置于基座120上的情况的运作方式。
在本实施例中，如图6所示，用以量测加热器130的温度的第一量测单元171包含五个量测单元171-1、171-2、171-3、171 -4、171-5(感测器)，且用以量测基板10的温度的第二量测单元172包含三个量测单元172-1、172-2、172-3(感测器)。然而，本发明并不以上述态样为限。也就是说，只要满足构成第一量测单元的温度感测器的数量及构成第二量测单元的温度感测器的数量彼此不同的情况，则可以实施成任何态样。较佳地，如本实施例中的态样所示，构成第二量测单元的温度感测器的数量是相对较少的。
第一量测单元171设置于加热器130之下以量测加热器130的五个区域A1至A5的温度，且第二量测单元172设置于基板10之上以量测基板10的三个区域A1、A3、A5的温度。
构成第一量测单元171的1-1量测单元171-1可量测加热器130的区域A1的温度，1-2量测单元171-2可量测加热器130的区域A2的温度，1-3量测单元171-3可量测加热器130的区域A3的温度，1-4量测单元171-4可量测加热器130的区域A4的温度，且1-5量测单元171-5可量测加热器130的区域A5的温度。同时，位于基板10之上的构成第二量测单元172的2-1量测单元172-1可量测基板10的区域A1的温度，2-2量测单元172-2可量测基板10的区域A3的温度，且2-3量测单元172-3可量测基板10的区域A5的温度。
图7为呈现根据本发明的基板处理方法的步骤的流程图。当进行制程且腔体中的温度达到预设温度而使得腔体稳定时，控制器180可进行控制而使第一量测单元171及第二量测单元172分别量测加热器130及基板10的温度。
在以下叙述中，“第一区域”可包含“区域A1或区域A3”，“第三区域”可指“区域A3或区域A5”，且“第二区域”可指“区域A2或区域A4”。也就是说，在位于“第一区域”及“第三区域”之间的“第二区域”中，第一量测单元171设置于加热器130之下但是没有第二量测单元172设置于基板10之上。假设在图6中的示意图中“区域A1”为“第一区域”且“区域A3”为“第三区域”，则“第二区域”可指“区域A2”。假设“区域A3”为“第一区域”且“区域A5”为“第三区域”，则“第二区域”可为“区域A4”。
在以下描述中，“区域A1”将称为“第一区域”，“区域A3”将称为“第三区域”，且“区域A2”将称为“第二区域”。
在控制器180的控制下，1-1量测单元171-1及2-1量测单元172-1会分别量测加热器的第一区域的温度以及基板的第一区域的温度(步骤S701)。
1-3量测单元171-3及2-2量测单元172-2可分别量测加热器的第三区域的温度以及基板的第三区域的温度。分别由量测单元171-1、171-3、172-1、172-2量测到的加热器及基板的量测温度值会储存于记忆体181中。同时，在以上叙述中，加热器及基板的第一区域及第三区域的温度是依序量测以协助理解本发明；然而，温度量测可同时进行(步骤S702)。
计算器190可使用储存在记忆体181中的量测值计算基板的第二区域的温度。也就是说，通过使用基板和加热器的第一区域的量测温度值以及基板和加热器的第三区域的量测温度值，计算器190可计算介于第一区域以及第三区域之间的第二区域的温度。计算器190可使用由第一量测单元及第二量测单元所量测到的第一区域的量测值以及由第一量测单元以及第二量测单元量所量测到的第三区域的量测值之间的差值及上述量测值的平均值中的至少一者。
首先，可单纯使用计算2-1量测单元172-1量测到的基板的第一区域的温度值以及2-2量测单元172-2量测到的基板的第三区域的温度值的平均值来作为基板中介于第一区域及第三区域之间的第二区域的温度的方法。然而，加热器的第二区域的量测温度值没有反映在此量值中，因此误差范围是大的。
在另一方法中，将描述计算器190使用第一区域及第三区域的量测值之间的差值(偏移)的情况。此时，可进一步使用由第一量测单元量测到的加热器的第二区域的量测值。举例来说，假设基板的第一区域及第三区域的温度为TA1S及TA3S且加热器的第一区域及第三区域的温度为TA1H及TA3H，基板及加热器在第一区域及第三区域之间的温度差可分别计算为ΔA1及ΔA3。此时，假设ΔA1及ΔA3的平均值为ΔA2，可通过从1-2量测单元171-2量测到的第二区域的量测值减去作为ΔA1及ΔA3的平均值的ΔA2，而计算出基板的第二区域的温度。
可使用上述方法量测基板在没有设置第二量测单元的区域A4的温度(步骤S703)。
当基板的第一至第三区域的温度具有位于误差范围内的差值时，相较于基板的其他区域的温度，可控制位于这些区域之下的加热器而使得基板的温度为均匀的。若基板的特定区域的温度具有位于误差范围外的差值时，可判定加热器或设置于该区域之下的量测单元为异常的，且可将警示提供给使用者。
同时，在图8中呈现的根据本发明另一实施例的基板处理方法中，加热器的温度可使用第一量测单元来量测且在制程之前的设定基板处理设备的预处理步骤中被储存，且可在制程期间量测基板的温度而可量测基板的第二区域的温度。
在预处理步骤(即第一步骤)中，加热器的温度是使用第一量测单元171-1、171-2、171-3、171-4、171-5来量测且被储存于记忆体181中。在制程设备的初始设定步骤中，会预先储存通过使用多个热电偶构成的第一量测单元量测的加热器的五个区域的量测温度值(步骤S801)。
在制程期间，基板的区域A1、A3、A5的温度是使用第二量测单元172量测且被储存于记忆体181中(步骤S802)。
控制器180可使用储存在记忆体中的加热器和基板的第三区域的量测温度值以及加热器和基板的第一区域的量测温度值，来计算基板的第二区域的温度值(步骤S803)。此时，控制器180的运作方式相同于图7中的步骤S703中所述的控制器的运作方式。
在根据本发明的基板处理设备及方法中，如上所述，即使在第一量测单元设置于加热器之下的位置处没有设置第二量测单元，仍可计算基板的区域的温度并基于此即时监控基板的温度以控制加热器的温度，进而可维持基板的整体温度的均匀度。因此，可沉积具有均匀厚度的薄膜，进而提升沉积制程的完整性。
本发明所实现的效果并不以上述效果为限，且本发明所属技术领域的技术人员能从上述内容清楚理解其他没有提及的效果。
虽然已参照相关附图描述本发明的较佳实施例，但本领域技术人员将意识到可在不脱离于权利要求中阐述的本发明的领域及思想的前提下进行各种修改及替换。
工业应用性
如上述实施例的基板处理设备，除了可以用于在半导体元件的基板上沉积薄膜的制程中，还可以在平板显示器及薄膜太阳能电池等生产制程中使用。

Claims (13)

1.一种基板处理设备，包含：
腔体；
基座，用以在所述腔体中支撑基板；
加热器，设置于所述基座之下；
至少一第一量测单元，用以量测所述加热器的温度；以及
至少一第二量测单元，用以量测所述基板的温度，
其中所述第一量测单元及所述第二量测单元具有彼此不同的数量。
2.如权利要求1所述的基板处理设备，其中所述第二量测单元的数量少于所述第一量测单元的数量。
3.如权利要求1所述的基板处理设备，其中所述第二量测单元以预设距离彼此分离。
4.如权利要求1所述的基板处理设备，进一步包含计算器，所述计算器用以使用所述第一量测单元和所述第二量测单元量测到的第一区域的量测值以及所述第一量测单元和所述第二量测单元量测到的第三区域的量测值来计算所述基板的第二区域的温度，所述第二区域位于所述第一区域及所述第三区域之间。
5.如权利要求4所述的基板处理设备，其中所述计算器使用由所述第一量测单元和所述第二量测单元量测到的所述第一区域和所述第三区域的量测值之间的差值及由所述第一量测单元和所述第二量测单元量测到的所述第一区域和所述第三区域的量测值的平均值中的至少一者来计算所述基板的所述第二区域的温度。
6.如权利要求5所述的基板处理设备，其中所述计算器进一步使用由所述第一量测单元量测到的所述第二区域的量测值来计算所述基板的所述第二区域的温度。
7.如权利要求1至6中任一项所述的基板处理设备，其中
所述基座在可转动的同时支撑多个基板，
所述第二量测单元分别设置于所述多个基板之上。
8.一种基板处理方法，包含：
第一步骤，量测第一区域的加热器温度以及基板温度；
第二步骤，量测第三区域的加热器温度以及基板温度；以及
第三步骤，使用所述第一区域以及所述第三区域的量测值计算第二区域的基板温度，所述第二区域介于所述第一区域及所述第三区域之间。
9.如权利要求8所述的基板处理方法，其中所述第二区域的所述基板温度是使用所述第一区域及所述第三区域的所述加热器温度及所述基板温度之间的差值以及所述第一区域及所述第三区域的所述加热器温度及所述基板温度的平均值中的至少一者所计算出的。
10.如权利要求8所述的基板处理方法，进一步包含在所述第二区域量测加热器温度以计算所述第二区域的所述基板温度的步骤。
11.一种基板处理方法，包含：
第一步骤，量测并储存加热器温度；
第二步骤，量测并储存基板温度；以及
第三步骤，使用第一区域的量测基板温度值及量测加热器温度值以及第三区域的量测基板温度值及量测加热器温度值计算第二区域的基板温度，所述第二区域介于所述第一区域以及所述第三区域之间。
12.如权利要求11所述的基板处理方法，其中所述第二区域的所述基板温度是使用所述第一区域及所述第三区域的所述量测加热器温度值及所述量测基板温度值之间的差值以及所述第一区域及所述第三区域的所述量测加热器温度值及所述量测基板温度值的平均值中的至少一者所计算出的。
13.如权利要求11所述的基板处理方法，其中进一步使用所述第二区域的量测加热器温度值计算所述第二区域的所述基板温度。
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