TW201428129A

TW201428129A - 用於處理具有可移除頂板之基板之裝置及更換該頂板之方法

Info

Publication number: TW201428129A
Application number: TW102138419A
Authority: TW
Inventors: Paul Wilson
Original assignee: Aixtron Se
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2014-07-16
Also published as: DE102012110125A1; WO2014064179A3; WO2014064179A2

Abstract

本發明係關於一種用於處理基板(21)之裝置，該裝置包括反應器殼體(1)及佈置於該反應器殼體(1)內之處理室(2)，該處理室包括處理室頂部及處理室底部，該處理室頂部具有一藉固定件(9,17)可拆式固定於該反應器殼體(1)，特定言之固定於頂部支架(6)之頂板(5)，待該頂板垂直下移後可透過該反應器殼體(1)之側面開口(15)更換之，該處理室底部配設一支座(3)，該支座可繞垂直旋轉軸(D)旋轉且可沿該旋轉軸(D)之方向朝該頂板(5)抬升及沿反方向下降。為能將頂板更換自動化，本發明提出如下建議：該支座(3)被構造成能載著該頂板(5)在一該等固定件(9,17)卡住該頂板(5)之抬升位置與一該頂板(5)與該等固定件(9,17)分離且可自該處理室(2)取出之下降位置間來回移動。本發明另亦關於一種在裝置中更換頂板(5)的方法。

Description

用於處理具有可移除頂板之基板之裝置及更換該頂板之方法

本發明係關於一種用於處理基板之裝置，該裝置包括反應器殼體及佈置於該反應器殼體內之處理室，該處理室包括處理室頂部及處理室底部，該處理室頂部具有一藉固定件可拆式固定於頂部支架之頂板，待該頂板垂直下移後可透過該反應器殼體之側面開口更換之，該處理室底部配設一支座，該支座可繞垂直旋轉軸旋轉且可沿該旋轉軸之方向朝該頂板抬升及沿反方向下降。

DE 10 2005 056 324 A1描述一種處理室頂部可移除之CVD反應器。該裝置具有經冷卻之處理室頂部支架，其底面設有頂板。設有用以將頂板固定於頂板支架之固定件。頂板下方為處理室，其內部設有基座，在該基座頂面可放置多個基板。在處理室內部以CVD製程對該等基板做塗佈處理。為此需透過進氣機構之出氣孔將處理氣體送入可加熱處理室。沈積過程中不僅只在基板或基座上形成層。指向處理室之頂板表面亦會形成寄生形貌。為能時常在反應器殼體外部清潔頂板，可將頂板送入一下降位置。在此下降位置上可用經側面開口伸入處理室之抓持器抓持頂板。透過該側面開口可用已清潔頂板更換該頂板。

US 2011/0186078 A1描述一種可用刷子清潔處理室壁之半導體處理裝置。

US 2010/0003824 A1、WO 2011/052463、US 7,270,713 B2、US 6,827,815 B2、US 6,036,782及US 7,651,584 B2描述具有蓮蓬頭型進氣機構之CVD反應器。該進氣機構形成一頂部支架，其底面具有多個出氣孔。頂板支架下方設頂板，其同樣具有多個出氣孔。頂板之出氣孔對準進氣機構底面之出氣孔，故被送入進氣機構之處理氣體可經由頂板之出氣孔流入處理室。

本發明之目的在於提供能將頂板更換自動化之措施。

此目的藉由申請專利範圍所給予之發明而達成。

首先且主要作如下設置：該支座被構造成能承載該頂板。該支座進一步被構造成能將其所承載之頂板自固定件卡住頂板、但不閉鎖頂板之抬升位置而送入頂板與固定件分離之下降位置，以便能自處理室內取出頂板。被分配給處理室底部之該支座由此形成一用以垂直移動頂板之升降裝置。自處理室取出之頂板，其底面存在寄生形貌，用已清潔頂板替換之。用抓持器將該已清潔頂板經加料口送入處理室。其由支座承載並垂直上移。在上移位置上，固定件可先進入預鎖位置(卡合位置)。固定件相對移動後便進入閉鎖位置。而後可再度下降支座。本發明之裝置較佳為CVD反應器，尤佳為MOCVD反應器。處理室具有由基座構成之處理室底部。此基座由支座支撐。該基座可承載多個在處理室內做塗佈處理之基板。在處理溫度下塗佈。為達此處理溫度，在基座下方或支撐基座之支座下方設有大致上如先前技術所揭露之加熱元件。用該等加熱元件加熱基座。可以射頻或感應方式，利用輻射熱來加熱。處理氣體由蓮蓬頭型進氣機構送入處理室。為此，該進氣機構具有多個開口朝下之出氣孔。固定後頂板接觸並抵靠於進氣機構底面，其中頂板之出氣孔對準蓮蓬頭之出氣孔。進氣機構形成一頂板支架，因為頂板抵靠於其底面。根據本發明之較佳改良方案，該等固定件可透過頂板繞旋轉軸旋轉而自卡合位置(預鎖位置)進入固定位置(閉鎖位置)。固定件將頂板鎖固於反應器殼體之上部區域。為此，支座以可繞垂直旋轉軸旋轉之方式安裝在反應器殼體內。旋轉驅動裝置可佈置於反應器殼體外部或內部且能使支撐支座之軸體發生旋轉。該驅動裝置進一步能沿垂直升降支座。旋轉驅動裝置較佳用於將頂板閉鎖於固定件。此點可藉由卡口連接而實現。該等固定件特定言之具有自處理室頂部向下突伸之銷栓元件。此等銷栓元件嵌入頂板之邊緣開孔。根據較佳技術方案，該等銷栓元件在其向下突伸之自由端具有蘑菇型頭部，該頭部嵌入頂板之鑰匙孔式開孔內。頂板抬升時，該頭部先進入直徑較大之開孔卡合段。頂板旋轉時，銷栓元件進入較窄的開孔保持段，其中頭部自下方卡住該保持段之邊緣段。根據較佳技術方案，該等固定元件進一步可垂直移動，故可藉由抬升頭部來使頂板接觸並抵靠於進氣機構底面。更換頂板時，需將頂板送入通風位置，此位置距該蓮蓬頭所構成之頂板載具的底面約1mm至5mm。為了可靠分離兩相互接觸且抵靠於一起的表面，銷栓元件具有肩部，該肩部在銷栓元件下降(即反應器殼體側固定元件垂直下移)時對頂板施加向下作用的力，藉此將有可能黏著於頂板支架或進氣機構之頂板與頂板支架或進氣機構分離。支座之朝上表面被構造成在CVD製程中支撐基座。當支座旋轉時，此旋轉被傳遞至基座，遂使得基座受驅動旋轉時能在基板上生長層。本發明可在支座上放置代替基座之頂板載具。該頂板載具具有與支座表面適當配合之底面。舉例而言，倘若支座表面設有在放置基座於支座上時有助於將基座相對支座而明確定位之發現結構(Findungsstruktur)，則頂板載具具有與之適當配合的類似結構。藉此能將頂板載具可重複地送入相對於支座之配合位置。頂板載具之朝上表面被構造成能容置頂板。此表面亦可設置相應結構(凸起或類似結構)。頂板載具以能將轉矩自支座傳遞至頂板載具之方式平放於支座上。頂板載具同樣可以能將轉矩傳遞至頂板之方式卡住頂板。若在支座上放置此種頂板載具，則該頂板載具可連同放置於其上之頂板一起垂直移動。層生長過程後之頂板更換方法如下：首先打開反應器殼體之加料口。藉由經加料口伸入反應器殼體之抓持器自支座上抓取基座並帶離反應器殼體。抓持器將頂板載具送入反應器殼體並放置於支座上。在此階段，頂板下降而不再接觸並抵靠於頂板支架或進氣機構。此點藉由升降裝置而實現，藉此升降裝置可小幅上下移動反應器殼體側固定元件。其中，頂板與頂板支架或進氣機構僅隔開1mm至5mm。頂板僅被送入通風位置。而後藉由抬升支座使平放於支座上之頂板載具接觸並抵靠於頂板。其中可小幅抬升頂板，直至其與固定元件之頭部分離。此後頂板位於固定元件的頭部與肩部之間。接著將支座旋轉一定旋轉角度，直至固定元件之頭部位於固定孔之直徑較大的卡合段。而後下降支座，其中固定元件離開其卡合位置。其中，頂板平放於頂板載具上。待支座到達垂直下方之頂板載具取料位置後，用抓持器抓取頂板載具及平放於其上之頂板並經由加料口將其帶離反應器殼體。接著利用抓持器將載有已清潔頂板之另一頂板載具送入反應器殼體。將頂板載具或平放於其上之頂板如此這般定位放置於支座上，使得頂板之邊緣固定孔位於反應器殼體側固定元件正下方。將固定元件相互精確對準，使得在抬升支座時銷栓元件恰好穿過固定孔，但若頂板載具及頂板平放於支座，則亦可藉由旋轉支座來完成。此對準操作之結果為，支座上移時反應器殼體側固定元件之頭部穿過固定孔之卡合段。此點係在略低於頂板支架或進氣機構之垂直位置上進行。而後小幅旋轉支座，使得固定元件之頭部自下方卡住固定孔之保持段。實施此旋轉操作後，頂板之出氣孔遂對準形成頂板支架之蓮蓬頭(進氣機構)的出氣孔。藉由升降裝置小幅上移固定元件，直至頂板接觸並抵靠於頂板支架底面。接著再度下降支座。用抓持器取出頂板載具。將載有待塗佈基板之基座放置於支座上。

下面參照所附圖式闡述本發明之實施例。

1‧‧‧反應器殼體

2‧‧‧處理室

3‧‧‧支座

4‧‧‧軸體

5‧‧‧頂板

6‧‧‧頂板支架/進氣機構(蓮蓬頭)

7‧‧‧出氣孔

8‧‧‧出氣孔

9‧‧‧固定元件

10‧‧‧桿部

11‧‧‧頭部

12‧‧‧肩部

13‧‧‧升降裝置

14‧‧‧升降旋轉驅動裝置

15‧‧‧加料口

16‧‧‧門

17‧‧‧固定孔

18‧‧‧卡合段

19‧‧‧保持段

20‧‧‧基座

21‧‧‧基板

22‧‧‧頂板載具

D‧‧‧旋轉軸

圖1係MOCVD反應器之橫截面圖，其中支座上設有基座，蓮蓬頭下方設有頂板，圖2係頂板之底視圖，圖3係佈置於反應器殼體內之頂板之固定件區域的放大底視圖，圖4係如圖1之視圖，其中頂板相對於蓮蓬頭小幅下降且基座已被更換成頂板載具，該頂板載具位於支座上，圖5係圖4之後續圖，其中支座攜帶放置於其上之頂板載具升高，直至頂板載具碰撞並輕微抬升頂板，圖6係支座旋轉後如圖5之視圖，圖7係支座旋轉後如圖3之視圖，圖8係圖6之後續圖，其中支座攜帶頂板載具及放置於頂板載具上之頂板一同下降。

圖中所示之裝置大致等同於DE 102 11 442 A1或DE 10 2005 056 324 A1所描述之裝置。第一個公開案描述一種CVD反應器，其蓮蓬頭下方設有頂板。圖中僅粗略示出MOCVD反應器之結構示意圖。該MOCVD反應器具有氣密反應器殼體1，其內部設有蓮蓬頭型進氣機構6。利用輸送管為進氣機構6提供處理氣體。進氣機構6可具有一或多個配氣室，如此，不同處理氣體便可經由不同出氣孔進入處理室2。圖中僅示出一個配氣室。該配氣室之底壁具有在空間上均勻分佈的出氣孔7。

進氣機構6下方設有頂板5。頂板5可更換。在圖1所示之處理位置上，頂板5之出氣孔8對準進氣機構6之出氣孔7。頂板5平貼在進氣機構6之平整底面上。進氣機構6在此可理解為頂板支架。頂板5為進氣機構6之底面遮蔽熱輻射並防止其形成寄生形貌。頂板5形成一構成處理室2之頂部的出氣面。

用固定元件9固定頂板5。該等固定元件係為分別包含桿部10之銷栓元件。固定元件9具有蘑菇型頭部11、向上連接於該頭部之頸部及連接於該頸部之肩部12。頸部的軸向長度(即頭部11與肩部12間之距離)大於頂板5之材料厚度。

藉由固定於反應器殼體之升降裝置13可沿垂直小幅移動固定元件9。

圖2係頂板5之底視圖。總共四個固定孔17以均勻角度分佈。每個固定孔17之輪廓皆似一鑰匙孔輪廓。固定孔17具有卡合段18，其自由直徑大於頭部11之直徑，故頭部11可透過卡合段18插入固定孔17。卡合段18在周向上接一縱縫形式之保持段19。兩相對縫壁間之距離小於頭部11之直徑，但大於在頭部11與肩部12間延伸之頸部的直徑。

在圖1中，頭部11處於如圖3所示之閉鎖位置，在此閉鎖位置上，頭部11之朝上側面位於保持段19之邊緣的邊緣段下方。

進氣機構6或佈置於其下方之頂板5構成處理室2之頂部。處理室2之底部由基座20構成。待塗佈基板21平放在基座20上。基座20由可繞旋轉軸D旋轉之支座3支撐。為此而設一軸體4，其可在升降旋轉驅動裝置14驅動下進行旋轉。升降旋轉驅動裝置14亦能垂直升降支座3。

反應器殼體1具有可被門16氣密封閉之側面加料口15。加料口15足夠大，以方便用抓持器自反應器殼體1中取出基座20或頂板5。

支座3可在其朝上側具有三維對準或定心結構，以確保基座20相對於支座3處於預定位置。另設有圖中未示之角度測量裝置，以便能絕對設定支座3之旋轉位置。

為能利用前述裝置沈積層於基板21上，需用如DE 102 11 442 A1所描述之加熱元件(圖未示)自下方加熱基座20。處理氣體經出氣孔7、8進入處理室2。處理室內所發生之熱解化學反應使基板表面生長層。基座20之裸露表面段亦不可避免地被一併塗佈。頂板5之底面乃至出氣孔8內部同樣會被層覆蓋。故有必要時常(尤其是在每次操作後)更換基座20與頂板5。為此需先藉由圖中未示出之抓持器自打開之加料口15中取出基座20及放置於其上之已塗佈基板21。為此可將支座3移動至適當之升降位置，以方便用抓持器抓持基座20。

而後如圖4所示，在已清空支座3上放置頂板載具22。此頂板載具22可在其底面具有與基座20相同之三維結構，以便其在支座3上處於可重複位置。該等未圖示三維結構可為凸起或凹陷，其被設計成使得支座3能將轉矩傳遞給頂板支架22。

前述寄生生長亦可能發生於出氣孔8內部，可能致使頂板5輕微黏著於頂板支架6(即進氣機構6)。為了分離頂板5與進氣機構6，需藉由升降裝置13小幅向下移動固定元件9。在此過程中，肩部12自上方碰撞固定孔17之保持段19的邊緣並將頂板5與頂板支架6分離，直至頂板5到達圖4所示之通風位置。在此位置上頂板5由固定元件9之頭部11支撐。

而後上移支座3，直至頂板載具22接觸並抵靠於頂板5(參見圖5)。其中可小幅抬升頂板5，以使頭部11與頂板5之底面間形成間隙。此時固定元件9之頸部自由貫穿固定孔17。

在圖6所示之後續圖中，支座3已繞旋轉軸D小幅旋轉。此係藉由升降旋轉驅動裝置14而實現。旋轉至頭部11位於固定孔17之卡合段18區域，由此到達圖7所示之操作位置。

在圖中未示出之較佳變型方案中，頂板載具22具有指向上方之結構，頂板載具可利用該等結構以可傳遞轉矩之方式卡住頂板5。

在以前述方式旋轉頂板5並使得固定元件19相對僅處於卡合位置後，可將支座3下降至圖8所示之取料位置。在此過程中，放置於頂板載具22上之頂板5一併下移。此時可藉由未圖示之抓持器將承載頂板5之頂板載具22自反應器殼體1中取出。用抓持器將載有已清潔頂板5之另一頂板載具22放置到支座3上。並實施對準操作，以使固定孔17之卡合段18位於固定元件9正下方。相關操作位置參見圖8。而後抬升支座3，直至到達圖6或圖7所示之操作位置。接著繞軸體4旋轉支座3，使得固定件9、17自其卡合位置進入圖5或圖3 所示之固定位置。

而後將支座3連同放置於其上之頂板載具22一起送入圖4所示之下降位置。在此過程中頂板載具與頂板5分離。接著用升降裝置13抬升頂板5，直至其接觸並抵靠於進氣機構6。用裝載待塗佈基板21之基座20更換頂板載具22，由此到達圖1所示之起始位置。

所有已揭示特徵(自身即)為發明本質所在。故本申請之揭示內容亦包含相關/所附優先權檔案(在先申請副本)所揭示之全部內容，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，其目的主要在於在該等請求項基礎上進行分案申請。