CN117810055A - 基板处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的基板处理装置，包括处理腔室；气体供给部，配置在处理腔室的上部，用于向处理腔室内供应处理气体；多个基板保持部，配置在处理腔室内并位于气体供给部的下方，用以保持基板；排气部，配置在处理腔室的下部，用于从处理腔室中排气，排气部包括多个排气槽、多条排气流道和一个共享的总排气口，每个排气槽配置一个基板保持部；每个排气槽配置有两条排气流道，用以将排气槽与总排气口连通；其中，总排气口位于多个基板保持部的几何中心，多条排气流道的排气量相同。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造设备领域，特别是涉及一种具有均匀排气功能的基板处理装置。
背景技术
在半导体制造过程中，为同时兼顾生产效率和对单片基板工艺处理的精确控制，通常将多个用于执行单片处理的处理单元(例如，处理单元可用于对水平放置的基板执行薄膜沉积工艺、刻蚀工艺等)集成在同一处理腔室中构成一台基板处理装置，在这样的基板处理装置中，处理腔室内气体排气不均匀通常会使得基板表面处理气体分布的均匀性下降，导致单张基板的面内均匀性变差(例如基板表面成膜的平整度降低或膜刻蚀的均匀性变差)以及多张基板之间的片间一致性难以保证，对产品的质量及可靠性造成不良影响。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基板处理装置，具有均匀排气的结构，用于解决现有技术中处理腔室内因排气不均匀导致的基板面内均匀性以及基板片间一致性变差的问题。
为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供了一种基板处理装置，包括：
处理腔室；
气体供给部，配置在所述处理腔室的上部，用于向所述处理腔室内供应处理气体；
多个基板保持部，配置在所述处理腔室内并位于所述气体供给部的下方，用以保持基板；
排气部，配置在所述处理腔室的下部，用于从所述处理腔室中排气，所述排气部包括多个排气槽、多条排气流道和一个共享的总排气口，每个排气槽配置一个基板保持部；每个排气槽配置有两条排气流道，用以将排气槽与所述总排气口连通；
其中，所述总排气口位于所述多个基板保持部的几何中心，所述多条排气流道的排气量相同。
作为一种可选方案，每个所述排气槽配置的所述两条排气流道关于该排气槽中心和所述总排气口中心的连线对称，每个所述排气槽和该排气槽配置的两条排气流道构成一个排气单元，多个所述排气单元在以所述总排气口为中心的圆周上均匀分布。
作为一种可选方案，所述多条排气流道相互独立。
作为一种可选方案，不同排气槽的相邻排气流道至少部分重合，以使不同排气槽内的气体汇聚成一路流向所述总排气口。
作为一种可选方案，每个所述基板保持部包括：
载置台，用以保持基板；
支撑轴，所述支撑轴的上端与所述载置台固定；
升降机构，与所述支撑轴的下端相连，用以驱动所述载置台在对基板进行工艺处理的工艺位置和在与外部传送机构交接基板的传送位置之间升降。
作为一种可选方案，还包括整流板，每个载置台的下方间隔固定有一个所述整流板，当载置台位于工艺位置时，整流板随载置台上升至排气槽的槽口位置，且整流板的外周面与排气槽的内周面之间形成进气环隙。
作为一种可选方案，所述整流板上开设有若干个进气孔。
作为一种可选方案，所述气体供给部包括与所述多个排气槽一一对应的多个气体喷头，每个所述气体喷头与一个所述载置台相对设置，用于向该载置台上保持的基板供应处理气体，每个所述气体喷头的外周侧具有导流罩，当所述载置台位于工艺位置时，所述导流罩的内周面与所述载置台的外周面之间形成排气环隙，以使所述气体喷头供应的处理气体沿所述排气环隙向下排放至相应的排气槽。
如上所述，本发明提供一种基板处理装置，具有以下有益效果：
1)通过在气体供给部下方配置多个排气槽，当基板执行工艺处理时，排气槽在该基板下方形成一个气体流通的缓冲空间，可以避免或减缓气体扰动；
2)总排气口位于多个基板保持部的几何中心，且每个排气槽通过排气量相同的两条排气流道与总排气口连通，有利于进一步平稳和缓冲气流，以使排气槽作用在基板的整个圆周方向上的吸力基本相同，从而实现均匀排气，提高基板上薄膜沉积以及刻蚀的面内均匀性；
3)通过设置多个排气槽的各个排气流道的排气量均相同，从而实现对多张基板均匀排气并获得良好的片间一致性。
附图说明
图1显示为本发明实施例一中提供的基板处理装置的纵剖面示意图，其中，载置台位于与外部传送机构交接基板的传送位置；
图2显示为本发明实施例一中提供的基板处理装置的纵剖面示意图，其中，载置台位于对基板执行工艺处理的工艺位置；
图3显示为本发明实施例一中下壳体及基板保持部的立体结构图；
图4显示为本发明实施例一中下壳体的立体结构图；
图5显示为本发明实施例一中下壳体的立体结构图，其中，盖板被隐藏；
图6a显示为图5的俯视图；
图6b显示为本发明实施例一中气体流道的变形例示意图，其中，各排气流道相互独立；
图7a显示为本发明实施例一中排气部的变形例示意图，其中，排气部具有两个排气槽；
图7b显示为本发明实施例一中排气部的变形例示意图，其中，排气部具有四个排气槽；
图8显示为本发明实施例二中提供的基板处理装置的纵剖面示意图，其中，载置台位于对基板执行工艺处理的工艺位置；
图9显示为本发明实施例二中下壳体及基板保持部的立体结构图；以及
图10显示为图8中A-A向剖面图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图10。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
以下，一边参照附图一边对本发明的实施方式进行说明。此外，在本说明书和附图中，对于实质上具有相同的功能结构的要素，通过标注相同的附图标记，省略重复说明。
实施例一
请参见图1和图2，基板处理装置包括处理腔室10。该处理腔室10具有气密性，可用于在真空环境下对基板执行薄膜沉积、刻蚀等工艺处理。处理腔室10包括顶盖101和下壳体102，其中，顶盖101作为处理腔室10的上半部分，下壳体102作为处理腔室10的下半部分。如图3所示，顶盖101和下壳体102之间配置有使两部分气密接合的密封件103，例如密封圈。
基板处理装置还包括气体供给部20。如图1和图2所示，气体供给部20配置在处理腔室10的上部，用于向处理腔室10内供应处理气体。在本实施方式中，气体供给部20安装在处理腔室10的顶盖101上。在一实施方式中，气体供给部20包括多个气体喷头201，气体喷头201的外周侧具有导流罩202，导流罩202限定的区域可以作为对基板执行工艺处理的处理空间。
基板处理装置还包括多个基板保持部30。如图1和图2所示，多个基板保持部30配置在气体供给部20的下方，用于保持基板w。多个基板保持部30与多个气体喷头201一一对应，且基板保持部30与气体喷头201相对设置。一个基板保持部30和与该基板保持部30对应的气体喷头201构成一个处理单元，用以对一张基板执行薄膜沉积、刻蚀等工艺处理。
基板保持部30包括载置台301、支撑轴302以及升降机构303。载置台301用以保持基板w。载置台301内可以配置加热结构，用以对基板进行加热，加热结构例如可以为埋设在载置台301中的电加热盘。支撑轴302的上端与载置台301固定，处理腔室10的底部开有安装孔104，具体地，安装孔104为开设在后述排气槽401底部中央的贯穿孔，支撑轴302的下端穿过安装孔104与升降机构303相连，升降机构303通过支撑轴302驱动载置台301升降。为了对安装孔104进行密封，升降机构303与处理腔室10之间可以设置波纹密封管或磁流体等密封结构304。在本实施方式中，升降机构303驱动载置台301在与外部传送机构(图未示出)交接基板的传送位置(如图1所示)和在对保持在载置台301上的基板执行工艺处理的工艺位置(如图2所示)之间升降，其中，工艺位置位于导流罩202限定的处理空间中。
在本实施方式中，载置台301具有支撑销组件，用以配合外部传送机构取放基板。如图1和图2所示，支撑销组件包括多个支撑销305以及多个支撑柱306，多个支撑销305以贯穿载置台301的方式配置在载置台301中，多个支撑销305环绕载置台301的中轴线均匀分布，多个支撑销305的下端由一个连接环307连接在一起，多个支撑柱306位于连接环307的下方并安装在下壳体102的底部，用以使多个支撑销305相对载置台301升降。
在实际工艺中，载置台301下降至传送位置时，多个支撑销305被多个支撑柱306顶起，此时，多个支撑销305的上端凸出于载置台301的上表面，如图1所示，外部传送机构通过下壳体102侧壁上开设的传送口1021(图1中用虚线框表示)将支撑在支撑销305上的基板w从处理腔室10内取出，或者将基板w送入处理腔室10并支撑在支撑销305上。需要说明的是，传送口1021可以被未图示的闸门关闭或打开。在本实施方式中，支撑柱306为静止件，多个支撑销305随载置台301上升与支撑柱306脱离过程中，多个支撑销305先将基板放置到载置台301的上表面，然后以悬挂在载置台301上的方式随载置台301一同继续上升至工艺位置，如图2所示。在其他方式中，支撑柱306可以为活动件，例如为具有升降功能的气缸，用以驱动支撑销305相对载置台301升降。
图2中虚线箭头示出了在基板执行工艺处理时，处理气体在处理腔内的流动路径。如图2所示，当载置台301上升至工艺位置时，导流罩202的内周面与载置台301的外周面之间形成排气环隙203，气体喷头201供应的处理气体从载置台301的外周面经排气环隙203向下排出。需要说明的是，通过设计排气环隙203的合适尺寸以及选定工艺位置的合适高度，当基板处于工艺位置时，气体喷头201能够在基板表面实现均匀供气。
然而，处理气体在基板表面的流动情况不仅与气体供应有关，还与气体排放有关。例如，在现有技术中，载置台的下方区域为完全贯通的排气区域，在该排气区域的中心布置一个排气口，用以对整个排气区域及处理腔室进行排气，多个载置台围绕该排气口布置。然而，在这样设计的排气结构中，气体从基板表面直接向下流向排气口，气体的排气速率在靠近排气口处最快，在远离排气口处最慢。相应地，基板上靠近排气口的气速会明显大于远离排气口的气速，这会导致基板上气体偏向基板的一侧，进而影响基板的面内均一性。
基于上述原因，在本申请中，基板处理装置还包括排气部40，用于实现均匀排气，改善基板的面内均一性以及不同基板之间的一致性。如图1至图6a所示，排气部40配置在下壳体102中，排气部40与气体供给部20相对设置，且排气部40位于气体供给部20的下方，用于对处理气体施加抽吸力。在本实施方式中，处理气体的流动方向如图2中箭头所示，处理气体自气体喷头201供应至对应的基板表面，然后沿基板表面均匀地向基板的边缘扩散，之后，沿载置台301外侧的排气环隙203向下排出，最后由排气部40排出处理腔室10。
图3示出了下壳体102及基板保持部30的立体结构图，其中，顶盖101及气体供给部20被隐藏，载置台301处于升起状态。图4和图5示出了下壳体102的结构图，其中，为便于图示说明盖板406下方的排气流道402，图5中盖板406被隐藏。图6a示出了图5的俯视图。下面将结合图3至图6a对排气部40的结构进行说明。
如图3至图6a所示，排气部40包括多个排气槽401、多条排气流道402和一个共享的总排气口403。每个排气槽401配置一个基板保持部30，每个排气槽401配置有两条排气流道402，用以将排气槽401与总排气口403连通。总排气口403位于多个基板保持部30的几何中心，且各个排气流道402的排气量相同。在本实施方式中，如图1和图2所示，多个排气槽401与前述的多个气体喷头201一一对应，每个气体喷头201与一个基板保持部30的载置台301相对设置，用以向载置台301上保持的基板供应处理气体。总排气口403通过排气管路404与排气泵405相连，从而从多个排气槽401及整个处理腔室10中均匀排气。
再次参见图3至图6a，每个排气槽401大致呈圆筒状，在载置台301的下方形成一个圆环形的气体流通空间，为气体流出提供一个大的缓存空间，避免大量气体冲击处理腔室10的各个壁面，引起扰流。具体地，当对基板执行工艺处理时，载置台301将基板保持在工艺位置，气体喷头201供应的处理气体沿载置台301的外周面向下排出，并抽吸至对应的排气槽401中，再由排气槽401对应的排气流道402流向总排气口403。
如图6a所示，每个排气槽401配置有两条排气流道402，用以将排气槽401与总排气口403连通，这两条排气流道402关于该排气槽401中心与总排气口403中心的连线对称。这样，对于单个排气槽401而言，排气槽401配置的两条排气流道402分布在总排气口403的两侧，排气槽401的部分槽体(即后述的隔板B1～B3)将会作为排气槽401与总排气口403之间的阻隔部件，起到阻挡气流的作用，同时排气槽401内的气体均分为对称的两路流向总排气口403，能快速且对称地释放基板表面不参加反应的处理气体，避免处理气体在基板表面停留时间过长造成基板表面形成颗粒缺陷，同时能够有效改善基板在整个圆周方向上的排气均匀性，进而提高基板薄膜沉积或刻蚀的面内均一性。
每个排气槽401的槽体上开设有两个抽气口40a，如图6a所示，每个抽气口40a与一条排气流道402的进气端相连，每条排气流道402的出气端与总排气口403相连。每个排气槽401的两个抽气口40a可以设计为关于该排气槽401的中心对称。例如，在本实施方式中，圆筒状的排气槽401上的两个抽气口40a位于排气槽401直径的两端；在其他方式中，例如，方形的排气槽401上的两个抽气口40a可以位于排气槽401的对角线的两端。
为实现对多张基板均匀排气并获得良好的片间一致性，还需确保多个排气槽401彼此的排气量和排气均匀性一致。基于此，在本申请中，每条排气流道402的排气量均相同，即总排气口403的排气量在多条排气流道402中均分。在一具体实施方式中，每个排气槽401和该排气槽401配置的两条排气流道402构成一个排气单元，多个排气单元在以总排气口403为中心的圆周上均匀分布，则多个排气单元相互对称，以使所述多条排气流道402的排气路径相同，进而使得每条排气流道402的排气量相同，用以对多张基板实现均匀排气。现有排气结构中，气体一般是从基板表面直接向下流向泵口，与之相比，在本申请中，通过设计排气槽401和排气流道402，使得气体从平行于总排气口403的方向流向总排气口403，避免总排气口403处的扰流，这有利于实现均匀排气。
下面结合图4至图6a以排气单元为三个为例对本实施方式中的排气部40进行说明。
排气部40包括三个排气槽G1～G3和六条排气流道L1～L6，下壳体102的底部中心开设有总排气口403，围绕总排气口403布置有三个隔板B1～B3，总排气口403的上方设置有盖板406。
第一隔板B1的内周面与下壳体102的内周面之间围成第一排气槽G1，第二隔板B2的内周面与下壳体102的内周面之间围成第二排气槽G2，第三隔板B3的内周面与下壳体102的内周面之间围成第三排气槽G3。
第一隔板B1、第二隔板B2以及第三隔板B3的上端面具有安装盖板406的第一台阶40b，下壳体102的内周面上具有安装盖板406的第二台阶40c，第一台阶40b和第二台阶40c位于同一水平面内，盖板406通过紧固件例如螺钉固定在第一台阶40b和第二台阶40c上，并位于总排气口403的上方。较佳地，三个隔板B1～B3以及盖板406的上表面均与传送口1021的下沿齐平，方便外部传送机构取放基板。
三个隔板B1～B3的外周面、下壳体102的内周面和底面及盖板406的下表面在三个排气槽G1～G3的外侧共同围成流道空间，在该流道空间中形成有六条排气流道L1～L6。图6a为下壳体102的俯视图，为清晰示出排气流道402，图6a中未图示盖板406，且在图6a中以箭头示意每条排气流道402内的气体流向。如图6a所示，第一排气槽G1通过第一排气流道L1和第二排气流道L2与总排气口403连通，构成第一排气单元，其中，第一排气流道L1和第二排气流道L2关于第一排气槽G1中心和总排气口403中心的连线对称。第二排气槽G2通过第三排气流道L3和第四排气流道L4与总排气口403连通，构成第二排气单元，其中，第三排气流道L3和第四排气流道L4关于第二排气槽G2中心和总排气口403中心的连线对称。第三排气槽G3通过第五排气流道L5和第六排气流道L6与总排气口403连通，构成第三排气单元，其中，第五排气流道L5和第六排气流道L6关于第三排气槽G3中心和总排气口403中心的连线对称。三个排气单元均匀分布在以总排气口403为中心的圆周上，换言之，三个排气单元相互对称并以总排气口403为中心呈圆周阵列分布，以使六条排气流道402的排气路径相同，进而使得每条排气流道402作用于相应排气槽401的排气量相同。
下面以第一排气单元为例对于单个排气单元的均匀排气进行说明。当基板随载置台301上升至工艺位置时，如图2所示，气体喷头201和基板之间形成狭小的处理空间，载置台301的外周面与导流罩202的内周面之间形成排气环隙203。气体喷头201向基板供应处理气体，在排气环隙203的约束下，处理气体在基板的整个圆周方向上经由排气环隙203向下排放至位于气体喷头201下方的第一排气槽G1。参见图6a所示，由于第一隔板B1对流向总排气口403的气流具有一定的阻隔作用，进入第一排气槽G1内的处理气体分散成两路，经第一排气流道L1和第二排气流道L2从总排气口403的两侧流入总排气口403。这样有利于使第一排气槽G1对基板圆周方向上不同位置处的抽吸力变得均衡，实现均匀排气，进而使得处理气体在基板圆周方向上不同位置排气速度基本相同，从而可以有效改善基板表面的气流分布。第二排气单元和第三排气单元的均匀排气与第一排气单元相同，不再赘述。
在本实施方式中，不同排气槽401的相邻排气流道402可以至少部分重合，以使不同排气槽401内的气体汇聚成一路流向总排气口403。在图6a中，三个排气槽401经各自对应的两条排气流道402流出的气体汇聚成三路分三个方向流向总排气口403，可以起到平稳和缓冲气流的作用。具体地，如图6a所示，第一排气槽G1经第一排气流道L1流出的气体和第二排气槽G2经第三排气流道L3流出的气体汇聚成一路沿第一方向流向总排气口403；第二排气槽G2经第四排气流道L4流出的气体和第三排气槽G3经第五排气流道L5流出的气体汇聚成一路沿第二方向流向总排气口403；第三排气槽G3经第六排气流道L6流出的气体和第一排气槽G1经第二排气流道L2流出的气体汇聚成一路沿第三方向流向总排气口403。需要说明的是，在其他变形例中，如图6b所示，多条排气流道L1～L6可以相互独立，不存在气流交汇。
需要说明的是，图3至图6b仅为示例，不用于限制排气部40设置的排气槽401的数量和形状。例如，在图7a示出的排气部40的变形例中，排气部40包括两个排气槽401和四条排气流道402，每个排气槽401具有两条排气流道402。又如，在图7b示出的排气部40的另一变形例中，排气部40包括四个排气槽401和八条排气流道402，每个排气槽401具有两条排气流道402。
实施例二
请参见图8至图10，本实施例提供了一种基板处理装置，与实施例一相比，本实施例的区别之处在于，基板保持装置还包括整流板50，每个载置台301的下方通过连接杆503间隔固定有一个整流板50。整流板50上开设有若干个进气孔501，当载置台301上升至工艺位置时，整流板50上升至排气槽401的槽口位置，整流板50的外周面与排气槽401的内周面之间形成进气环隙502，以使处理气体经过该进气环隙502及若干个进气孔501进入排气槽401。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种基板处理装置，其特征在于，包括：
处理腔室；
气体供给部，配置在所述处理腔室的上部，用于向所述处理腔室内供应处理气体；
多个基板保持部，配置在所述处理腔室内并位于所述气体供给部的下方，用以保持基板；
排气部，配置在所述处理腔室的下部，用于从所述处理腔室中排气，所述排气部包括多个排气槽、多条排气流道和一个共享的总排气口，每个排气槽配置一个基板保持部；每个排气槽配置有两条排气流道，用以将排气槽与所述总排气口连通；
其中，所述总排气口位于所述多个基板保持部的几何中心，所述多条排气流道的排气量相同。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，每个所述排气槽配置的所述两条排气流道关于该排气槽中心和所述总排气口中心的连线对称，每个所述排气槽和该排气槽配置的两条排气流道构成一个排气单元，多个所述排气单元在以所述总排气口为中心的圆周上均匀分布。
3.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，所述多条排气流道相互独立。
4.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，不同排气槽的相邻排气流道至少部分重合，以使不同排气槽内的气体汇聚成一路流向所述总排气口。
5.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，每个所述基板保持部包括：
载置台，用以保持基板；
支撑轴，所述支撑轴的上端与所述载置台固定；
升降机构，与所述支撑轴的下端相连，用以驱动所述载置台在对基板进行工艺处理的工艺位置和在与外部传送机构交接基板的传送位置之间升降。
6.根据权利要求5所述的基板处理装置，其特征在于，还包括整流板，每个载置台的下方间隔固定有一个所述整流板，当载置台位于工艺位置时，整流板随载置台上升至对应排气槽的槽口位置，且整流板的外周面与排气槽的内周面之间形成进气环隙。
7.根据权利要求6所述的基板处理装置，其特征在于，所述整流板上开设有若干个进气孔。
8.根据权利要求5所述的基板处理装置，其特征在于，所述气体供给部包括与所述多个排气槽一一对应的多个气体喷头，每个所述气体喷头与一个所述载置台相对设置，用于向该载置台上保持的基板供应处理气体，每个所述气体喷头的外周侧具有导流罩，当所述载置台位于工艺位置时，所述导流罩的内周面与所述载置台的外周面之间形成排气环隙，以使所述气体喷头供应的处理气体沿所述排气环隙向下排放至相应的排气槽。
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