TW201512449A - 基板處理裝置 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種基板處理裝置。該基板處理設備包含：一腔室，在其一側內具有一通道，透過該通道傳送一基板，並且提供一內部空間，在該內部空間執行與該基板有關的一處理，該腔室在該通道相對側邊內包含一供應口，用於將一氣體供應至該內部空間；一基座，其置於該內部空間內，上面允許放置該基板；以及一擴散構件，其位於該基座與該腔室的一側壁之間，如此該擴散構件與該供應口相鄰，該擴散構件具有複數個擴散孔，用於擴散通過該供應口供應的該氣體。

Description

基板處理裝置

本發明係關於基板處理裝置，尤其係關於用來維持氣體層流，通過分別位於一腔室一側與另一側內之一擴散板與一排氣板，以改善基板生產力與品質之基板處理裝置。

一般而言，半導體裝置製程中持續努力改良在半導體基板上形成高品質薄膜之裝置或處理，有許多方法都藉由使用半導體基板的表面反應，來形成薄膜。

例如：該等方法的範例可包含許多化學汽相沉積(CVD，chemical vapor deposition)方法，例如真空蒸發沉積法、分子束外延(MBD，molecular beam epitaxy)法、低壓化學汽相沉積法、有機金屬化學汽相沉積法以及電漿增強化學汽相沉積、原子層外延(ALE，atomic layer epitaxy)法等等。

在半導體沉積以及電致發光顯示裝置領域內已經廣泛研究該ALE方法，近年來則使用原子層沉積(ALD，atomic layer deposition)法在基板上沉積許多材料層。

ALD法用於連續與不連續供應至少兩種反應原始氣體到基板上，以在該基板的表面上沉積薄膜。基板表面上吸收的複數個反應氣體可透過表面反應，成長為以原子層單位計的薄膜，然後可重複執行上述處 理，形成具有所要厚度的薄膜。

例如：第一反應氣體供應至基板，然後吸收到該基板上。該基板已經吸收該第一反應氣體之後，供應清洗氣體，或強迫移除反應腔室內的氣體，以去除吸收之後殘留的該第一反應氣體或副產品。之後，將第二反應氣體供應至該基板，與該基板上吸收的該第一反應氣體反應，藉此沉積在該原子層上。

因此在該基板上吸收的該第一反應氣體完全與該第二反應氣體反應之後，就可完成上述反應。然後再次供應清洗氣體，或強迫移除反應腔室內的氣體，以去除反應之後殘留的該第二反應氣體或副產品。重複此循環，直到該薄膜沉積到所要的厚度。如此在此循環內可使用至少三種反應氣體，並且在該循環內可執行額外清洗處理。

因為一般化學汽相沉積方法適用的沉積裝置都設計成同時供應該等反應氣體到該基板上，以形成薄膜，該沉積裝置可能不適用於不連續供應反應氣體來形成薄膜的方法，或連續供應的反應氣體與該基板反應，而透過該清洗處理去除，以避免在反應器內發生反應氣體的汽態反應。另外，在其中由上往下將氣體供應到該基板上的沉積裝置中，通常使用噴灑頭均勻供應該反應氣體。不過在此結構中，因為該處理氣體的流動複雜，並且需要大型反應器，所以難以快速切換反應氣體的供應。

本發明提供一種在一基板上形成一反應氣體層流的基板處理裝置。

本發明也提供透過該反應氣體層流快速供應與清洗一反應 氣體，以改善一基板品質與生產力的基板處理裝置。

參閱下列詳細說明以及附圖將可了解本發明的其他目的。

本發明的具體實施例提供基板處理裝置，包含：一腔室，在其一側內具有一通道，透過該通道傳送一基板，並且提供一內部空間，在該內部空間執行與該基板有關的一處理，該腔室在該通道相對側邊內包含一供應口，用於將一氣體供應至該內部空間；一基座，其置於該內部空間內，上面允許放置該基板；以及一擴散構件，其位於該基座與該腔室的一側壁之間，如此該擴散構件與該供應口相鄰，該擴散構件具有複數個擴散孔，用於擴散通過該供應口供應的該氣體。

在某些具體實施例內，該腔室可包含位於該供應口相對側上的一排氣口，以排放該氣體，並且該基板處理裝置可另包含：一排氣構件，其位於該基座與該腔室的一側壁之間，如此該排氣構件與該排氣口相鄰，該排氣構件具有複數個排氣孔，用於將通過該基板上的該氣體朝向該排氣口擴散；以及一舉升構件，其舉升該排氣構件來在一待命位置與一處理位置之間移動，在該待命位置，該排氣構件之頂端表面低於該通道，在該處理位置，該基座之上半部與該通道分開。

在其他具體實施例內，該腔室可具有一開放式上半部，並且該基板處理裝置可另包含一腔室蓋，用於封閉該腔室的該開放式上半部，其中當該舉升構件位於該處理位置上時，該排氣構件的該頂端表面與該腔室蓋的一底端表面接觸。

仍舊在其他具體實施例內，該腔室可具有一長方體形的內部空間，並且該基座可具有一長方體形，其一側表面與該腔室的該側壁平行， 其中該擴散構件與該排氣構件每一者都可具有桿狀，與該腔室的該側壁以及該基座的該側表面平行。

甚至在其他具體實施例內，該等擴散孔與該等排氣孔的每一者都可彼此相隔一預設距離，並且具有圓形或長孔狀。

尚且在其他具體實施例內，該基板處理裝置可另包含與該擴散板相隔並且位於該供應口上的一輔助擴散板，該輔助擴散板具有複數個未對齊的輔助擴散孔。

在進一步具體實施例內，該擴散板與該排氣板可彼此平行。

仍舊在進一步具體實施例內，該基板處理裝置可另包含一加熱區域，用來將該基板加熱，該加熱區域與該基座的中心不同心，而比較靠近該通道而非該供應口。

在更進一步具體實施例內，該擴散構件可包含：一擴散本體，其與面向該供應口的該基座之一側表面以及具有一供應口的該腔室之一內部表面接觸；以及一擴散板，其從該擴散本體的一頂端表面突出並且具有該等擴散孔；以及一排氣構件可包含：一排氣本體，其與面向該排氣口的該基座之一側表面接觸，並且與具有該排氣口的該腔室之該內部表面相隔；以及一排氣板，其從該排氣本體的一頂端表面突出並且具有該等排氣孔，其中該排氣口可位於該腔室的一底部表面內，在該排氣構件與該腔室之該內部表面之間。

仍舊在進一步具體實施例內，該腔室蓋可另包含：一腔室蓋板，其位於該腔室的該開放式上半部上，該腔室蓋板在其一內部表面內具 有一第一安裝開口；一隔離物(insulator)，其已經插入該第一安裝開口內，該隔離物在其一內部表面內具有一第二安裝開口；以及一頂端電極，其已經插入該第二安裝開口，該頂端電極包含一天線，用於透過從外界供應的電流來在該內部空間內產生電漿，其中該腔室蓋板的底部表面、該隔離物以及該頂端電極都與該基座的該頂端表面平行。

3‧‧‧內部空間

5‧‧‧反應空間

10‧‧‧基板處理裝置

12‧‧‧腔室蓋板

13‧‧‧第一安裝開口

15‧‧‧隔離物

16‧‧‧第二安裝開口

17‧‧‧天線

18‧‧‧頂端電極

20‧‧‧腔室

22‧‧‧通道

25‧‧‧供應口

28‧‧‧排氣口

30‧‧‧基座

31‧‧‧坐落溝槽

32‧‧‧頂出銷

35‧‧‧加熱區域

40‧‧‧擴散構件

42‧‧‧擴散本體

44‧‧‧擴散板

45‧‧‧擴散孔

50‧‧‧排氣構件

52‧‧‧排氣本體

54‧‧‧排氣板

55‧‧‧排氣孔

57‧‧‧總泵桿

58‧‧‧總泵

60‧‧‧輔助擴散板

65‧‧‧輔助擴散孔

100‧‧‧半導體製造設備

110‧‧‧設備前端模組

120‧‧‧處理設備

130‧‧‧傳送室

135‧‧‧基板處置器

140‧‧‧載入鎖定室

在此包含附圖來進一步了解本發明，並且併入以及構成此說明書的一部分。圖式例示本發明的示範具體實施例，並且在搭配內容說明之後可用來解釋本發明原理。圖式中：第一圖為根據本發明具體實施例的半導體製造設備之圖解圖式；第二圖為第一圖中一基板處理裝置的圖解圖式；第三圖為第二圖中該基板處理裝置的分解透視圖；第四圖和第五圖為例示第二圖中一排氣板的待命位置與處理位置之圖式；第六圖為例示第二圖中一基座的加熱區域之圖式；以及第七圖為例示第二圖中該基板處理裝置的氣流之圖式；

此後，將參照第一圖至第七圖來詳細說明本發明的較佳具體實施例。不過，本發明可以有不同形式的修改，並且不受限於此處公佈的具體實施例。而是提供這些具體實施例，如此所揭示範圍更完整，並且將本發明範疇完整傳輸給精通此技術的人士。在圖式中，為了清晰起見所以 誇大了組件的形狀。另外，雖然底下解釋一晶圓W，不過本發明可適用於許多要處理的物體。

第一圖為根據本發明具體實施例的半導體製造設備之圖解圖式。如第一圖內所例示，一般來說，半導體製造設備100包含處理設備120以及一設備前端模組(EFEM，equipment front end module)110。EFEM 110位於處理設備120的前側上，用於在其中收納該基板W的容器與處理設備120之間輸送基板W。

關於該等基板W的一預定處理都在處理設備120內執行，處理設備120可包含一傳送室130、一載入鎖定室140以及複數個基板處理裝置10用於執行該處理。從上方觀看時，傳送室130具有大體上多邊形的形狀。載入鎖定室140和基板處理裝置10都位於傳送室130的側邊表面上。傳送室130可具有長方形。兩個基板處理裝置可放置於傳送室130的每一側表面上。

載入鎖定室140位於傳送室130的側邊表面上與EFEM 110相鄰。在基板S暫時待在載入鎖定室140內之後，每一該等基板W都載入該處理設備120內並進行處理。處理完成之後，該基板W從處理設備120卸載，然後暫時存放在載入鎖定室140內。傳送室130以及每一基板處理裝置10都可維持在真空狀態。在此，載入鎖定室140可在真空狀態與大氣狀態之間轉換。載入鎖定室140可避免外部污染物進入傳送室130以及基板處理裝置10，並且避免該基板W傳送時該基板W暴露在空氣中，以避免該基板W上生成氧化膜。

閘閥(未顯示)位於載入鎖定室140與傳送室130之間以及載入鎖定室140與EFEM 110之間。輸送室130包含一基板處置器(substrate handler)(輸送機械手臂)135。基板處置器135在載入鎖定室140與基板處理裝置10之間輸送該基板W。例如：位於傳送室130內的處置器135可透過第一和第二葉片(blade)，將該等基板W同時載入傳送室130一側表面上的基板處理裝置10。

第二圖為第一圖中一基板處理裝置的圖解圖式，並且第三圖為第二圖中該基板處理裝置的分解透視圖。如第二圖和第三圖內所例示，在腔室20內，該基板W透過腔室20的一側內定義之通道22輸送，並且可執行有關該基板W的處理。腔室20可具有一開放式上半部，並且腔室20的開放式上半部可透過一腔室蓋關閉。該腔室蓋包含一腔室蓋板12、一隔離物15以及一頂端電極18。腔室蓋板12置於腔室20的開放式上半部上。具有長方形的一第一安裝開口13定義於腔室蓋板12內。隔離物15已經插入第一安裝開口13內。具有長方形的一第二安裝開口16定義於隔離物15內。在此因為頂端電極18位於第二安裝開口16內，所以可透過頂端電極18在腔室20的內部空間3內產生電漿。

頂端電極18的底部表面與基座30的頂端表面平行。頂端電極18內安裝一天線17，以接收外界的高頻電流。腔室蓋板12、隔離物15以及頂端電極18可封閉腔室20的該開放式上半部，以定義內部空間3。在此，腔室蓋板12可用鉸鍊方式連結至腔室20，在維修腔室20時利用旋轉腔室蓋板12來開啟腔室20的上半部。

腔室20可具有內部空間3，其中執行關於該基板W的該處理。在此，內部空間3可具有長方體形。基座30安裝於內部空間3之內，用於將上面的該基板W加熱。在腔室20的一側壁上可放置至少一個供應口 25，其與通道22相對，並且可透過供應口25將處理氣體供應進入腔室20內。一擴散構件40位於基座30與腔室20的該側壁之間。擴散構件40具有複數個擴散孔45，用於擴散透過供應口25供應的該處理氣體。如第七圖內所例示，供應口25可位於擴散構件40的一中央部分上。

擴散構件40可為桿狀，與腔室20的該側壁以及基座30的一側表面平行。擴散構件40包含一擴散本體42以及一擴散板44，擴散本體42填入基座30與腔室20的該側壁間之一空間內，以接觸基座30的該側表面以及腔室20的該側壁。擴散板44從擴散本體42的一頂端表面突出，並且位於擴散本體42之外部。擴散板44接觸隔離物15的一底部表面。擴散孔45定義在擴散板44內。

另外，至少一個排氣口28位於腔室20的一側壁內，其與供應口25相對。一非反應氣體通過該基板W，並且反應副產品可透過排氣口28排出。一排氣構件50位於基座30與腔室20的該側壁(其中定義通道22)之間，來上升或下降。排氣構件50內定義複數個排氣孔55，如此通過該基板W的該處理氣體保持流動與排放。擴散構件40可具有對稱於排氣構件50的形狀，並且可與排氣構件50平行。擴散孔45可與排氣孔55平行。

排氣構件50包含一排氣本體52以及一排氣板54，排氣本體52位於基座30與腔室20的該側壁間之一空間內。在排氣本體52與基座30的一側表面接觸的情況下，排氣本體52與腔室20的該側壁相隔。排氣口28的一入口側(或上端)位於腔室20的底部表面內，在排氣本體52與腔室20的該側壁之間。

例如：總泵桿57可連接至排氣構件50的下半部，總泵桿57 可由總泵58與排氣構件50一起升降。排氣構件50具有對稱於擴散構件40的結構。複數個排氣孔55可彼此相隔一預設距離。另外，複數個擴散孔45可彼此相隔一預定距離。每一排氣孔55與擴散孔45都可為圓形或長孔形。

擴散構件40與排氣構件50的每一者都填入基座30與腔室20的該側壁間之空間內。位於腔室20的上半部上/內的腔室蓋板12、隔離物15以及電極18封閉腔室20的上半部，將腔室20的內部空間3分割，藉此定義其中該處理氣體與該基板W反應的反應空間5。

在此，擴散構件40與排氣構件50與腔室20的該等側壁垂直，其位於擴散構件40(或排氣構件50)的兩側邊上，並且腔室20的該等側壁大體上與該處理氣體的流動方向平行。另外，反應空間5可具有長方體形的截面。尤其是，因為排氣構件50位於通道22的一側上，避免反應空間5由於通道22而不對稱，如此可避免通道22所產生的處理不均勻。例如：通道22定義在腔室20的一側內，以允許該基板W載入腔室20/從此卸載。不過，因為通道22只定義在腔室20的一側壁內，則由於通道22造成腔室20的內部空間不對稱。然而，因通道22透過排氣構件50與反應空間5分開，使反應空間5可對稱。

也就是，該處理氣體通過供應口25供應進入腔室20的反應空間5。透過供應口25供應到腔室20內的該處理氣體通過擴散板44內定義之擴散孔45，然後擴散。已經擴散的處理氣體通過反應空間5內的該基板W，並且該基板W上的未反應氣體與氣體副產品都透過排氣板54內定義的排氣孔55以及排氣口28排出。如此，透過排氣板54與擴散板44內分別定義的排氣孔55與擴散孔45，維持該處理氣體的層流，將該處理氣體均勻供應至該基 板W的整個表面上。

在此，因為擴散本體42的頂端表面低於基座30，則擴散本體42之上的反應空間5高度高於基座30上面。如此，定義其中通過擴散孔45的該處理氣體擴散至擴散本體42之上的處理。類似地，因為排氣本體52的頂端表面低於基座30，則排氣本體52之上的反應空間5高度高於基座30之上方。如此，定義其中通過基座30的該處理氣體流到排氣本體52之上的處理。因此，供應通過擴散構件40然後透過排氣構件50排放的該處理氣體可沿著擴散構件40或排氣構件50的縱向方向均勻流動，而不管該反應氣體的擴散與排氣位置。

另外，輔助擴散板60可位於供應口25上。輔助擴散板60與擴散板40相隔一預設距離。複數個輔助擴散孔65定義在輔助擴散板60內，類似擴散板44。輔助擴散孔65和擴散孔45並未對齊，如此主要通過輔助擴散孔65的該處理氣體可透過擴散孔45重複擴散。結果，該處理氣體可流動在該基板W上形成均勻層流，藉此供應均勻的處理氣體。

第四圖和第五圖為例示第二圖中一排氣板的待命位置與處理位置之圖式。總泵桿57連接至排氣構件50的下半部。總泵桿57可由總泵58舉升。如第四圖內所例示，因為排氣板54位於通道22的前側上，當該基板W已經載入腔室20，則總泵桿57下降讓排氣構件50下降(「待命位置」)，藉此提供該基板W的行進路徑。在此，排氣板54的頂端表面比通道22還要低。

另外如第五圖內所例示，在該基板W載入該腔室之後，當已經執行有關該基板W的處理時，通道22外部的閘閥關閉，並且總泵58上升 與排氣構件50一起上升(「處理位置」)。在此，排氣板54的該頂端表面與隔離物15的底部表面接觸。如此當已經執行該處理時，輔助擴散板60與排氣板54可大體上位於相同位置上，並且透過輔助擴散板60和擴散板44擴散的該處理氣體通過該基板W，並且維持層流至排氣板54。

第六圖為例示第二圖中一基座的加熱區域之圖式，並且第七圖為例示在第二圖中該基板處理裝置內流動的氣體之圖式。如上述，基座30位於腔室20的內部空間3之內，將載入其上的該基板W加熱。其中載入該基板W的坐落溝槽31定義在基座30內，並且藉由頂出銷(lift pin)32載入該基板W，然後放置在坐落溝槽31內。

如第六圖和第七圖內所例示，基座30可包含一加熱區域35，用於將其內的該基板W加熱。加熱區域35可對應至其中放置該基板W的坐落溝槽31。一加熱器(未顯示)可位於加熱區域35上。相較於供應口25，加熱區域35與通道22相鄰。換言之，加熱區域中心C與通道22之間的距離d₁大於加熱區域中心C與供應口25之間的距離d₂。相較於供應口25，加熱區域35與通道22相鄰，提供供應通過供應口25的該處理氣體連續通過輔助擴散孔65與擴散孔45之距離與時間，形成朝向該基板W的層流。

供應通過供應口25的該處理氣體首先通過輔助擴散孔65，然後額外擴散通過擴散孔45。如此，該處理氣體可在該基板W上形成層流，如此均勻供應該處理氣體。另外，因為該處理氣體可在維持該處理氣體層流的狀態下透過排氣板54內定義的排氣孔55排放，則該基板W的邊緣部分與中央部分都可維持均勻。

尤其是，因為反應空間5的截面為長方體形，則擴散板44與 排氣板54之間的距離可維持一致。如此，該處理氣體可在反應空間5內均勻從擴散板44流向排氣板54。在另一方面，當反應空間5具有圓截面時，因為擴散板44與排氣板54之間的距離根據擴散板44至排氣板54的位置而改變，則該處理氣體難以在反應空間5內維持層流。

如此，在本發明的基板處理裝置10內，排氣口28與該基板相隔，如此避免該處理氣體集中在現有基板處理裝置的一側上。另外，基板處理裝置10可解決其中該處理所需處理氣體數量以及處理成本因為腔室20的內部空間3體積增加而提高，並且執行該基板W沉積所耗費的處理時間增加之限制。另外，基板處理裝置10可使用擴散構件40、輔助擴散板60以及排氣構件50在腔室20的內部空間3內形成處理氣體層流，並且讓該氣體的流動空間減至最少，藉此改善有關該基板W的處理效率以及品質。

根據本發明的具體實施例，位於該腔室內部空間內的該擴散板與該排氣板可用來形成該氣體的層流，透過該供應口供應至該基板上。另外，因為加熱該已載入基板的該加熱區域與該排氣口相鄰，而非與供應均勻氣體至該基板上的該供應口相鄰，因此可改善該基板的品質與生產力。

雖然本發明以參考範例具體實施例來詳細說明，不過本發明可在不同的形式內具體實施。如此，底下所公佈的技術理念與申請專利範圍的範疇都不受限於該等較佳具體實施例。

10‧‧‧基板處理裝置

100‧‧‧半導體製造設備

110‧‧‧設備前端模組

120‧‧‧處理設備

130‧‧‧傳送室

135‧‧‧基板處置器

140‧‧‧載入鎖定室

Claims (10)

1. 一種基板處理裝置，包含：一腔室，在其一側內具有一通道，透過該通道傳送一基板，並且提供一內部空間，在該內部空間執行與該基板有關的一處理，該腔室在該通道相對側邊內包含一供應口，用於將一氣體供應至該內部空間；一基座，其置於該內部空間內，上面允許放置該基板；以及一擴散構件，其位於該基座與該腔室的一側壁之間，如此該擴散構件與該供應口相鄰，該擴散構件具有複數個擴散孔，用於擴散通過該供應口供應的該氣體。
2. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中該腔室包含一排氣口，其位於該供應口的一相對側上，用來排放該氣體，以及該基板處理裝置另包含：一排氣構件，其位於該基座與該腔室的一側壁之間，如此該排氣構件與該排氣口相鄰，該排氣構件具有複數個排氣孔，用於將通過該基板上的該氣體朝向該排氣口擴散；以及一舉升構件，其舉升該排氣構件來在一待命位置與一處理位置之間移動，在該待命位置，該排氣構件之頂端表面低於該通道，在該處理位置，該基座之上半部與該通道分開。
3. 如申請專利範圍第2項之基板處理裝置，其中該腔室具有一開放式上半部，以及該基板處理裝置另包含一腔室蓋，用於封閉該腔室的該開放式上半部，其中當該舉升構件位於該處理位置上時，該排氣構件的該頂端表 面與該腔室蓋的一底端表面接觸。
4. 如申請專利範圍第2項之基板處理裝置，其中該腔室具有一長方體形的一內部空間，以及該基座具有一長方體形，其一側表面與該腔室的該側壁平行，其中該擴散構件與該排氣構件每一者都可具有一桿狀，與該腔室的該側壁以及該基座的該側表面平行。
5. 如申請專利範圍第2項之基板處理裝置，其中該等擴散孔與該等排氣孔的每一者都可彼此相隔一預設距離，並且具有圓形或長孔狀。
6. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，另包含與該擴散板相隔並且位於該供應口上的一輔助擴散板，該輔助擴散板具有複數個未對齊的輔助擴散孔。
7. 如申請專利範圍第2項之基板處理裝置，其中該擴散板與該排氣板彼此平行。
8. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，該基座具有一加熱區域，用來將該基板加熱，該加熱區域與該基座的中心不同心，而比較靠近該通道而非該供應口。
9. 如申請專利範圍第2項之基板處理裝置，其中該擴散構件包含：一擴散本體，其與面向該供應口的該基座之一側表面以及具有一供應口的該腔室之一內部表面接觸；以及一擴散板，其從該擴散本體的一頂端表面突出並且具有該等擴散孔；以及一排氣構件包含：一排氣本體，其與面向該排氣口的該基座之一側表面接觸，並且與具有該排氣口的該腔室之該內部表面相隔；以及一 排氣板，其從該排氣本體的一頂端表面突出並且具有該等排氣孔，其中該排氣口位於該腔室的一底部表面內，在該排氣構件與該腔室之該內部表面之間。
10. 如申請專利範圍第3項之基板處理裝置，其中該腔室蓋另包含：一腔室蓋板，其位於該腔室的該開放式上半部上，該腔室蓋板在其一內部表面內具有一第一安裝開口；一隔離物，其已經插入該第一安裝開口內，該隔離物在其一內部表面內具有一第二安裝開口；以及一頂端電極，其已經插入該第二安裝開口，該頂端電極包含一天線，用於透過從外界供應的電流來在該內部空間內產生電漿，其中該腔室蓋板的底部表面、該隔離物以及該頂端電極都與該基座的該頂端表面平行。