TW201216400A - Storage magazine of a CVD plant - Google Patents

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TW201216400A
TW201216400A TW100115730A TW100115730A TW201216400A TW 201216400 A TW201216400 A TW 201216400A TW 100115730 A TW100115730 A TW 100115730A TW 100115730 A TW100115730 A TW 100115730A TW 201216400 A TW201216400 A TW 201216400A
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substrate
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chamber
raft
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TW100115730A
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Markus Jakob
Walter Franken
Wilhelmus Janssen
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Aixtron Se
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
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    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
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Description

201216400 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種用於塗佈基板(特別是，半導體基板) 的裝置，包括：CVD反應器、傳送室、及儲存装置；該CVD 反應器具有可承載多個基板座的基板座支架，而每個基板座 上皆可放置-或多個待塗佈的基板；該傳送室係與反應器連 接，使其得以藉由裝料機構為基板座支架裝卸基板座；該儲 〇存裝置係與傳送室連接，使其得以藉㈣料機構將儲存於儲 存裝置之儲存室内的基板座送人反應器、或將自反應器取出 的基板座放置於儲存室内。 本發明亦有關於一種用於將基板座儲存於儲存室的裝 置，其基板座可由裝料機構送入CVD反應器、或自CVD 反應器取出，且可承載一或多個基板。 【先前技術】 〇 us 6,387，185 B2揭示一種塗佈裝置，其具有-個用於儲 存而在CVD反應器之處理室内予以塗佈處理的基板的儲存 裝置。其係採用機器手臂為處理室裝/卸料。 US 6,446,646 B1描述-種包含多個處理室的集束型1 備’其諸處理室皆與—個傳送室連接。此傳送室具有機器: f該機裔手臂之夾爪能夠將待處理的基板裝入各處理室 口又有用於f轉㈣或已處理基板的儲存室，_等基板係4 直地疊置於此儲存室内。 100115730 201216400 DE 101 59 702 A1亦關於一種集束型設備，其cvd反應 器、傳送室、及儲存室皆可用真空裝置抽空。 DE 43 40 522 A1描述一種用以為塗佈設備裝載基板的裝 置及方法。為此，設有一個具有多個手臂的裝料機構，而此 等手臂可自一個轉盤上揀取基板，並送入塗佈設備内。 EP 0 529 687 B1揭示一種MBE裝置。其具有一個塗佈 室’此塗佈室内的基板座上可同時放置七個基板。由聚料室 為該MBE裝置裝料，此裝卸室内的傳送盤上可放置七個美 板。基板在具有多個垂直定向的格層的預備室内被放置於儲 存元件上。每個格層皆包含一對在橫向於傳送盤之運動路护 的方向上相隔一定距離的平板。每對平板之間係以能夠自 方與基座相嚙合的方式定距。 DE 10 2008 037387 A1係有關於一種具有網格狀槔罩的 基板座。 EP 1 195 795 A2係有關於一種包含基才反座的真空室| 基板座具有多個可各容納基板的格層。 一 US 6 105 534 A描述—種用於基板的電毁處理裝置， 中，可用裝料裝置之手臂為處理室裝料。 1 ，其 US 2002/0170673 A1描述一種包含晶盒式 力Ί子至的含蚀 裝置，其晶盒具有空腔，其中設有多個在垂直方向上=佈 疊置的承載條。該等承裁條可對基板邊緣進行支^，〜奴狀 多個基板在垂直方向上4置。us 6 387 185 B2 :而使 处一種同 100115730 201216400 樣用於容置基板座的類似晶盒。 在本發明所提出的MOCVD設備中為In_v族半導體基板 塗佈半導體層時’需將基板座連同放置於其上的基板错存於 儲存室内，該儲存室亦稱「料匣」或「匣室”此匣室具有 多個疊置的階層’其中，每個階層各容納一個基板座。因此， 基板座係垂直疊置。用夾爪自儲存裝置逐個取出基板座，並 送入CVD反應ϋ。CVD反應H之處理室之底部係由基板座 〇 支架構成。此一大致上呈圓盤形的基板座支架具有多個裝料 位置，而每個裝料位置各可放置一個基板座。DE 10 232 731 A1描述一種上述類型之CVD反應器。其中，在超過5〇〇它 或700°C之溫度下，於CVD反應器内部實施塗佈處理。為 達到縮短週期之目的，需在相當高的溫度下為處理室裝卸 料。如此，便需在例如600〇C之溫度下，自反應器處理室取 出基板座。此等基板座被機器手臂送入匣室，並冷卻至 Ο 左右。在先前技術中，基板座在匣室内垂直疊置於晶盒中。 此種MOCVD設備通常在低壓條件下工作。一般情況下的 處理壓力介於50 mbar與500 mbar之間。傳統匣室主要係 利用對流來冷卻基板座及放置於其上的基板。其中，匣室内 之氣體被尚溫基板座加熱。此氣體上升並在匣室側壁或匣室 頂部冷卻。冷卻後的氣體重新下沉，並再度被基板座加熱， 如此這般周而往復。此種氣流運動之不良旁效應在於，會揚 起微粒。在匣室内或可最大程度減少，但無法完全避免產生 100115730 5 201216400 此類微粒。揚起的微粒會附著於基板座之基板上。從而給部 分區域造成影響。此類微粒將使可用半導體元件產量受到限 制。 先前技術係將基板座垂直疊置於儲存室内的晶盒中。匣室 高度通常為25 cm至30 cm，視基板座尺寸之不同而定。由 於’裝料裝置之抓臂之垂直行程有限且須經高度有限的裝料 門實施裝料操作’所以，習知的儲存裝置設有可將g室各層 定位於裝料口前方的升降機構。 【發明内容】 本發明之目的在於提供相應措施，以提高所製半導體層之 品質。 本發明用以達成上述目的之解決方案為本發明之申請專 利範圍。 本發明之主要及基本特徵在於：基板座在健存室内水平併 排佈置於-寵板上。此g板較佳為大體上呈圓形，其中央 設有旋轉軸，#職轉軸之旋轉，可將S板送4同的裝/ 卸料位置’而在該等卸料位置上’各有—個基板座位於 裝/卸料Η前方。£板之直徑可與其所在的m〇cvd反應器 土板座支架之直彳2相同。藉此，可使@板能承載與CM 反應器之基板財_能承載的基板_同數量的基板 座。ϋ板上方選用—淨距，使得，在將儲存裝置内部總壓及 氣體類型予以考慮之情況下，不會形成對流。不會形成足以 100115730 201216400 揚起微粒的氣流。匣板係 Β直古nn ^健為水冷切板。為此， g板具有可财财f 面接觸之方式放置於度板之上类面/基板座支架可以表 板座放置於隔熱的❹ 仏為將該丰基 件使基板座與冷卻的匣板 形-疋距 離，減❹離。藉_規定距 距元件所定義。傳熱由位; 〇 的氣墊之特性所定義。_ ，、基板座支架底面之間 熱導率）、缝總壓、及;^氣體類_，氣體之比 高度。基板座下方之間二:元:之高度所 至10倍以上。至少9〇 1主上方之間隙較佳為小5 的熱量自基板座經上方^隙、量值由下方間隙傳導。最多啊 蓋。根據本發明的-種改良方案，^位於基板座上方的頂 置於儲存室内。此時，亦、〃 A個或1^個以上之度板疊 〇 板上方的淨距。此情況下=會形成對流之方式，選擇諸® 冷卻過程幾乎無對㈣< 纟、x,’’、傳導方式絲板座散熱。 基板表面。如此，可用1件故而二不會有微粒揚起並附著於 響。ϋ板大體上呈圓形二二^量將不再受基板座冷卻之影 具有外凸區與内凹區，特^其相較佳不呈圓弧狀，而是 凹區，以便將匿板定位於不5可用光學定位裝置掃描諸内 用-個真空機II人，對所有、H卸料位置。如此’便可 真空機器人之抓臂可自的儲存®區域實施取放操作。該 板上逐個取下基板座，並送 100115730 、 201216400 CVD反應H之基板座支力狀裝料位置。為此，cvd反應器 之基板座支架同樣繞著㈣軸步進式旋轉以同的裝/卸料 位置。為㈣反應ϋ之基板座支料滿基板座後，將傳送 室與CVD反應器之間的裝料門_。實施過加熱步驟後， 藉由進氣機構’將由奸種反應性氣體所構成的處理氣體送 入CVD反應^處理室。該處錢體在基板表面或基板座 表面發生熱解’並在基板表面形成m々族層。可以上下相 ㈣f在沉積期間自處理室取出基板座。 處理室内部結束塗佈處理後’用惰性氣體(例如，氫氣或氮 氣)沖洗處理室。此時，處理室有略微降溫。尚在高溫狀態， 便打開傳送至與CVD反應$處理室之間的裝料門。用裝料 機構自處理室逐個取出高溫基板座’並透過開啟裝料門:將 其放置於匣板上。此前’將匣板旋轉至有—空位位於裝料門 前方的位置’而該空位上的定距元件則可承載高溫基板座。 P遺後，利用大體上呈圓盤形的基板座之底面與水冷式匿板之 頂面之_熱傳導，來冷卻基板座。冷卻陳板與基板座之 間，藉由定距元件所定義的間隙、及儲存室内之惰性氣體， 實現熱齡。冷卻率取決於該《尺寸及所㈣性氣體之熱 導率。如此設定儲存室内部壓力，使得基板座上方僅形成無 法避免的最低程度對流。基板座上方氣隙相應地選用較小距 離。特性量（characteristic quantity)、氣體熱導率、傳熱係數、 及氣隙寬度’應彼此匹配，使得特性紐塞數(也时扣化出如 100115730 8 201216400 NUSSelt number)約為1。送入CVD反應器之處理室的惰性氣 體或處理氣體’係由混氣系統提供。用以沖洗Μ存室的惰性 氣體亦由該此氣系統提供。此混氣系統具有多個用於調節 氣流的質量流量_器及_。城驗㈣子控制裂置， 透過其程式，可在健左含 省存至内產生一預定的總壓。設有用於調 節總壓的真空泵’其係藉由調壓閥為儲存室抽氣。該混氣系 統與-個供氣裝置相連接，而該供氣裝置具有多個用於儲存 〇所用處理孔體或惰性氣體的氣體容器。透過電子控制裝置， 可將狀的氣體送人處理室或儲存室。該電子㈣裝置所用 之程式使得某-預定惰性氣齡—預线壓下進入儲存 至基板座頂面與基板座上方之£板之底面、或基板座上方 之儲存至頂σρ之間’選擇某—大小的間距，使得儲存室内部 即便溫差極大，亦不會形成足以揚起微粒的氣流。 【實施方式】 ❹ 下文將藉由附圖對本發明之實施例進行說明。 CVD反應$ 1具有氣密的殼體，藉由裝料門16，可相對 於傳送室2關及開啟其殼體。㈣反應器丨之處理室内 部設有進氣機構及出氣機構(未㈣）。藉㈣氣機構，可將 惰性氣體及混氣系統（未綠示）所提供的處理氣體送入處理 室。處喊體包含111族麵金屬化合物及氫㈣形式之V 族化合物。處理氣贿運魏體(例如，氫氣)—起進入處理 室’並在半導體基板(尤指IIW族基板)之高溫表面發生熱 100115730 9 201216400 解，形成半導體層。基板5放置在圓盤形的基板座4上。在 本實施例中，每個基板座4上各放置三個基板5。 在本實施例中，圓形的基板座支架18上共可容納五個基 板座4。視基板座4或基板座支架18之具體尺寸之不同， 亦可在基板座支架18上放置五個以上或五個以下的基板座 4。在未圖示的實施例中’基板座支架18亦可呈其他形狀。 基板座4亦然。在本實施例中，每個基板座4各承载三個美 板5。但，在其他實施例中，每個基板座4亦可各承载單獨 一個或三個以上的基板。基板座支架18可圍繞著旋轉軸 旋轉，且由未圖示之紅外線加熱裝置或射頻加熱裝置自下方 加熱。透過一個未圖示的真空裝置，可使處理室内部產生介 於亞耄巴(submillibar)範圍與大氣壓之間的處理壓力。 CVD反應益1之處理室經由被施作成為裝料門μ且可氣 密封閉的閘Η而與傳送室2相連接。該傳送室内設有裝料機 構17，其形式為裝有爽頭的機器手臂。可以控制該機器手 臂’使其得以料夾頭而自基板座支架上逐個取下基板 座4 〇 傳送室連接一個具有儲存室3的儲存裝置。儲存室3經由 裝料門14而與傳送室2相連接。CVD反應器i、傳送室2、 及儲存裝置3 f相對於環境而氣密封閉。此三個組件且 有氣密的殼體。該殼體則具有t料Η 20之形式的可閉開口。 藉由一個未圖示的真空農置，可將儲存室3_氣壓_ 100115730 201216400 至規定氣壓。儲存室3與用於將惰性氣體送入儲存室3的未 圖示的進氣管相連通。藉由真空裝蕈，可在儲存室3内產生 規定壓力。儘量減少餘存室3内部的氣流運動。 在本實施例中，餚存室3内設有雨個垂直疊置的匣板6、 6'。此二匣板6、6'在其中央分別設有一支柱9、9，。支柱9、 9·可由旋轉驅動裝置u予以旋轉驅動。旋轉驅動裝置u係 佈置於儲存室3之毅體外部。因此’殼體底部設有支柱9 0 所用的旋轉套管10。 此二匣板6、6'之周邊輪廓線大致上呈波形分佈。但，亦 可呈圓形分佈。亦即，其周邊輪廓線具有内凹區及外凸區。 光學位置感測器21、22之光束23掃描諸内凹區。該光學感 測器係由發光二極體21及光電二椏雜22所構成。 此二E板6、6’皆呈平板狀 ,且由金屬構成。該二匣板6、 6’之内腔皆設有冷郜装置，其係由多個相連的冷卻水通道8 ❹所構成。經由支柱9，為冷卻水通道8提供冷卻水。為此， 支柱9伸出在殼體外部的一端，具有冷卻水進水管12及冷 卻水出水管13。 匣板6之頂面設有定矩元件7。定距元件7可呈點狀或片 狀，分佈於一個假想的多邊形之角上，並為基板座4指定安 放位置。定距元件7亦可呈圓環形。其係由熱導率較低的材 料所構成。 裝料機構17用其夾碩將取自cvD反應器、溫度約為 100115730 11 201216400 6〇〇C或以上的基板座4放置於定距元件 7上。為此，需藉 由旋轉驅動裝置U，將_ 6送人料位置’使裝料區恰 好位於裝料門14針+ ^ IJ方。放置完基板座4後，匣板6繼續轉 向下一個裝料位置。 ^ ;下方^板6上的基板座4之頂面與上方11板6,間之距 離」於上方匣板6’上的基板座4之頂面與儲存室3之殼 體頂蓋^的距離1取最小值。儲存室3内的氣壓水平設 為使得在上述幾何條件下，基板座*之高溫表面與上方 £板6之冷部底面及殼體頂蓋底面之間，幾乎不會形成對 流。 基板座4之頂面與其上方壁部（即，匿板&之底面或殼體 頂盍）之間的氣隙寬約22 mm。基板座4下方的間隙寬度係 由疋距元件7之材料厚度所定義，約為〇 5。上述約22 mm及0.5 mm之間隙寬度定義了基板座4之頂面及底面之 放熱量。基板座4經由其頂面以熱傳導方式僅釋放1〇%之熱 量。超過90%的熱量係經由下方間隙得到釋放。此時，總壓 低於1000 mbar，其中係用氮氣沖洗儲存室。 在傳熱係數α約為20 W/m2/k、且熱導率λ約為0.04 kg/m/s 之條件下，基板座4上方之間隙選用的寬度，可使紐塞數 (Nusseltnumber)約等於1或小於1。藉此，可避免自由對流。 定距元件7定義了基板座4之底面與冷卻匣板6、6,之頂 面間的氣隙。藉該氣隙之熱傳導作用，將基板座4冷卻。熱 100115730 12 201216400 量經由冷卻水排出。 此外，儲存裝置3内部更可設有用於量測基板5之表面溫 度的測溫裝置（未输示）。例如，高溫計(pyrometer)。當基板 座4連同放置於其上的基板5被冷卻至相應的溫度(例如， 低於100°C)後，用裝料機構π之夾爪或以其他方式（例如， 穿過後部裝料門15)，將諸基板座及基板自儲存室3取出。 隨後’將其他載有待塗佈基板5的基板座4裝入該儲存裝 〇 置。之後，利用裝料機構Π，將此等基板座4送入CVD反 應器1進行處理。 所有已揭示特徵（自身即）為發明本質所在。故本申請案之 ,揭不内容亦包含相關/所附優先權檔案（先申請案副本)所揭 示之全部内容，該等檔案所述特徵亦一併納入本申請之申請 專利範圍°附屬項採用可選並列措辭對本發明針對先前技術 之改良方案的特徵予以說明’其目的主要在於可在該等請求 〇 項基礎上進行分案申請。 【圖式簡單說明】 圖1為-塗佈裝置大致沿圖2中Η切割線所截取的俯視 圖’而該塗佈裝置係由CVD反應器卜與CVD反應器連接 的傳送室2、及與傳送室連接的儲存褒置3所構成。 圖2為儲存裝置3沿圖丨中切割線所截取的剖面圖。 【主要元件符號說明】 1 CVD反應器 100115730 13 201216400 2 傳送室 3 儲存室；儲存裝置 4 基板座 5 基板 6 匣板 6， 匣板 7 定距元件 8 冷卻水通道；冷卻液通道 9 支柱 9丨 支柱 10 旋轉套筒 11 旋轉驅動裝置 12 (冷卻水）進水管 13 (冷卻水）出水管 14 裝料門 15 裝料門 16 裝料門 17 裝料機構 18 基板座支架 19 旋轉軸 20 裝料門 21 光學位置感測器；發光二極體；光學定位裝置 100115730 14 201216400 22 光學位置感測器；光電二極體；光學定位裝置 23 光束 I- Ι 切割線 II- II 切割線 a 傳熱係數 λ 熱導率 100115730 15

Claims (1)

  1. 201216400 七、申請專利範圍： 1. 一種用於儲存—或多個基板座(4)之裝置，該等基板座係 用於承載—或多個基板（5)，且可由一裝料機構（17)送入 CVD反應器（1)、或自CVD反應器中取出，而此裝置被施作 成為一個儲存室（3)，其特徵在於： 儲存室（3)具有至少一個冷卻的匣板(6)，該匣板上可水平 併排放置多個被加熱的基板座(4)，使得，當熱量自該等基 板座(4)流向£板⑹時，基本上無對流形成。 2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，職板(6)上可放 置的基板座(4)之數量與基板座支架（18)所能承載的基板座 (4)之數量相等。 3. 如申明專利範圍第i及2項中任—項或兩項之裝置，其 中傳达至（2)、CVD反應器⑴、及儲存室⑺皆可用真空裝 置抽工而且，藉由裝料門（14，16)，可將CVD反應器⑴ 與傳送 =(2)、及傳送室(2)與儲存室⑺予以氣密隔離。 4. 士月』迷中研專利範圍中任—項或多項之裝置，其中，該 儲存室（3)内設有兩個或兩個以上的疊置£板，而其中，每 個匡板⑹上方的空間皆具有—高度，當該等眺⑹上放置 有基板座(4)時’能有效防止該等純座⑷上㈣成氣體對 流。 5·如前述申請專利範圍中任1或多項之裝置，其中，該 £板(6)為料心板’且㈣是相應地具有鋒冷卻液通 100115730 16 201216400 道⑻。 6.如前述申請專利範圍中任一項或多項之裝置，其中，設 有用於驅動一個承载者匣板(6)的支柱(9)而進行特別是步進 式旋轉的旋轉的旋轉驅動裝置（11)。 7·如前述申請專利範圍中任一項或多項之裝置，其中，該 匣板(6)之頂面設有多個可承載該等基板座（4)的定距元件 ⑺。 8.如前述申請專利範圍中任一項或多項之裝置，其中，該 等定距元件(7)被設計成：使得基板座(4)之底面與匣板(6)之 頂面之間留有間隙，而該間隙之高度比基板座（4)之頂面與 儲存室（3)之頂部之底面間的、或與佈置於匣板上方的其 他匣板(6')之底面間的間隙小5至1〇倍。 、 9. 如前述申請專利範圍中任一項或多項之裝置，其中，< 有用於調節儲存室（3)内部之總壓及儲存室（3)内部之氣體广 型的控制裝置’而其中，匣板上方選用一淨距， — 1之伸儲 存室（3)内部之溫差不會引發足以揚起微粒的氣流運動。 10. 如前述申請專利範圍中任一項或多項之裝置，其中 該等定距元件(7)呈環形。 11·如前述申請專利範圍中任一項或多項之裝置，其中 該被加熱的基板座(4)主要係利用基板座（4)之底面與匣板(6) 之頂面之間的間隙，將熱量傳導給該冷卻的匣板(6), 中，藉由選擇氣體、及氣隙之高度，可對傳熱過程進行調節、 100115730 17 201216400 12.如前述申請專利範圍中任一項或多項之裴置，其中， 設有用於將匣板（6)定位於裝/卸料位置的光學定位裝置 (2 卜 22，23)。 一種用於塗佈特別是半導體基板的基板之裝置，包括： CVD反應器⑴、傳送室⑺、及儲存室⑶，言亥cvD反應器 具有可承載多個基板座(4)的基板座支架（18)，該等基板座可 在該CVD反應器⑴之處理室内被加熱至處理溫度，而每個 基板座上皆可放置-或多個待塗佈的基板⑺；該傳送室係 與反應器⑴連接’使其得以藉由裝料機構(17)為基板座支架 (18)裝卸基板座⑷；該儲存室係與傳送室(2)連接，使其得 以2由褒料機構（17)將儲存於儲存室的諸基板座(4)送入反 應益⑴之處理至，或自反應器⑴之處理室取出基板座支架 (18)所承载的基板座⑷’並放置於儲存室⑶内，其特徵在 於： 該儲存室（3)係採用如前述申請專利範圍中任一項或多項 之設計方案。 100115730
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