TW201620064A - 處理腔室和包含此的基板製造裝置及基板製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明的目的在於提供一種處理腔室和包含此的基板製造裝置及基板製造方法，能夠防止內部空間的氣體流出到外部。為了實現目的，本發明的處理腔室包括內部腔室（100）、內部排氣口（131）、外部蓋體（200）以及外部排氣口（231）。內部腔室（100）置入到內部的基板借助於製程氣體而得到處理。內部排氣口（131）用於向外部排出內部腔室（100）的內部空間的氣體。外部蓋體（200）圍繞內部腔室（100）的外部。外部排氣口（231）用於向外部排出內部腔室（100）與外部蓋體（200）之間的空間的氣體。

Description

處理腔室和包含此的基板製造裝置及基板製造方法

本發明是關於處理腔室和包含此的基板製造裝置及基板製造方法，尤其是關於能夠防止腔室內部的氣體在進行基板置入及基板搬出的過程中流出到外部的雙排氣結構的處理腔室和包含此的基板製造裝置及基板製造方法。

通常，半導體裝置藉由在半導體基板上反復進行光刻、蝕刻、蒸鍍、擴散、離子注入、金屬沉積等製程而形成。在經過製程而製造半導體裝置為止，半導體基板頻繁地搬入搬出於以高真空狀態維持的腔室。

包括腔室的半導體製造設備可根據裝入多少張半導體基板而劃分為分批式（batch type）和單片式（single wafer type）。

對於單片式而言，在一個腔室內置入一張半導體基板而執行製程，因而存在生產率降低的缺點，然而，由於半導體基板變得大直徑化且適合於關鍵製程，因此最近大多數半導體製造設備從分批式轉型為單片式。

第1圖係為習知的單片式基板製造裝置之平面概略圖，第2圖係為第1圖之基板製造裝置之正剖面概略圖。

基板製造裝置由用於對半導體基板（未圖示）進行必要的製程的處理腔室10、20和內部裝載有半導體基板的負載傳送（Load Lock）腔室30以及配備於負載傳送腔室30與處理腔室10、20之間的真空腔室40構成。

負載傳送腔室30其內部維持處於真空氛圍的真空腔室40的真空狀態，並起到接收/傳遞基板的作用。

在真空腔室40的內部具備真空機械手45，從而從負載傳送腔室30接收基板之後將其置入到處理腔室10、20，或者將在處理腔室10、20中處理完畢的基板搬出至負載傳送腔室30。

處理腔室10、20和負載傳送腔室30分別具備用於將殘留於其內部空間的製程氣體排出到外部的排氣口11、21、41，且處理腔室10、20具備為了搬入搬出基板而進行開閉的門扇50。

如此，真空腔室40和負載傳送腔室30中需要配備用於形成真空的部件，因而設備的結構複雜，且存在價格高的問題。作為如上所述的習知技術，在韓國公開專利第10-2004-0024156號中公開有“用於處理半導體晶片的單片式真空腔室系統”。

本發明是為了解決如上所述的諸多問題而提出的，其目的在於提供一種可防止內部空間的氣體流出到外部的處理腔室。

本發明的另一目的在於提供一種在基板製造裝置中無需設置負載傳送腔室和真空腔室，從而可節省製造成本的基板製造裝置。

為了實現如上所述的目的，本發明的處理腔室包括內部腔室、內部排氣口、外部蓋體以及外部排氣口。內部腔室置入到內部的基板借助於製程氣體而得到處理。內部排氣口用於向外部排出內部腔室的內部空間的氣體。外部蓋體圍繞內部腔室的外部。外部排氣口用於向外部排出內部腔室與外部蓋體之間的空間的氣體。

內部腔室由上部開放的腔室主體和用於開閉腔室主體的開放的上部的封蓋構成，處理腔室可具備封蓋開閉驅動部，用於提供驅動力，此驅動力使封蓋沿上下方向移動以開閉腔室主體的上部。

外部蓋體具備開口部以及外部蓋體機門。開口部用於能夠借助機械手而進行基板的置入和搬出。外部蓋體機門用於開閉開口部，且在封蓋向上方開放的情況下，開口部和外部蓋體機門可位於與封蓋和腔室主體上端之間的空間對應的高度處。

外部蓋體可形成有與外部連通的連通孔。

外部排氣口可由貫通於外部蓋體底板部的孔構成。

封蓋的底面可結合有用於均勻地噴灑用於處理基板的製程氣體的噴灑頭。

內部腔室和外部蓋體的底板部可一體地形成。

本發明的基板製造裝置包括裝載盒、至少一個處理腔室以及機械手。裝載盒用於裝載複數個基板。如上所述的至少一個處理腔室。機械手用於從裝載盒接收基板並將基板置入到處理腔室的內部，且搬出在處理腔室中處理完畢的基板。

外部排氣口中，真空吸力可在處理基板的過程中一直發揮作用。

裝載盒的內部可處於大氣壓氛圍。

機械手可在大氣壓下工作。

本發明的基板製造方法包括如下步驟：a）基板借助於機械手而置入到以上所記載的處理腔室的內部；b）向內部腔室內部注入製程氣體，以進行基板的處理；c）在完成基板的處理之後從內部腔室搬出基板時，藉由外部排氣口而排出殘留於內部腔室與外部蓋體之間的空間的氣體。

內部腔室由上部開放的腔室主體和用於開閉腔室主體的開放的上部的封蓋構成，且具備：封蓋開閉驅動部，用於提供驅動力，此驅動力使封蓋沿上下方向移動以開閉腔室主體的上部；在a）步驟中，在封蓋借助於封蓋開閉驅動部而向上方開放的狀態下，借助於機械手而進行基板的置入，在b）步驟中，機械手可向外部移動之後封蓋向下方移動，從而在覆蓋腔室主體的上部的狀態下，進行基板的處理。

在a）步驟中，由外部蓋體機門開放開口部，基板可借助於機械手的手臂而藉由開口部置入到內部腔室。

根據本發明，可防止在處理基板之後殘留於腔室內部的氣體在搬送基板時向外部流出。

此外，即便基板製造裝置中不具備真空腔室和負載傳送腔室，也能夠向外部排出氣體，從而可降低基板製造裝置的製造成本。

此外，具備用於開閉內部腔室的上部的封蓋，在開放封蓋的狀態下實現基板的置入和搬出，因此可以防止氣體的渦流的生成，同時可使圍繞內部腔室的外部蓋體的大小實現小型化。

以下，參考圖式對關於本發明的較佳實施例的構造和作用進行詳細說明。

＜基板製造裝置＞

第3圖係為根據本發明之基板製造裝置之平面概略圖，第4圖係為第3圖之基板製造裝置之正面概略圖。

本發明的基板製造裝置包括處理腔室1及2、裝載盒（cassette）3以及機械手4。處理腔室1及2用於利用製程氣處理基板。裝載盒3，用於裝載複數個基板；機械手4用於從裝載盒3接收基板並將基板置入到處理腔室1及2的內部，或者搬出在處理腔室1及2中處理完畢的基板。

第3圖中舉例示出了處理腔室1及2為兩個的情形，然而可以具備兩個以上的處理腔室。各個處理腔室1及2在其內部進行針對一個基板的處理。

處理腔室1及2由使置入於內部的基板借助製程氣體而完成處理的內部腔室100和圍繞內部腔室100的外側的外部蓋體200構成。

外部蓋體200形成有開口部211（第5圖），以能夠借助機械手4而進行基板的置入和搬出，且外部蓋體200具備用於開閉開口部211的外部蓋體機門240。

當向處理腔室1及2內部置入基板或搬出處理完畢的基板時，外部蓋體機門240被開放，從而能夠進行基板的置入和搬出，而在製程進行過程中，外部蓋體機門240被關閉。

為了安置基板或對基板加熱，處理腔室1及2的內部可具備包含有加熱器的承載座300（第5圖）。

處理腔室1及2被構成為使殘留於其內部的氣體藉由配備於處理腔室1及2內部的排氣口而排出到外部。因此，氣體不會流出到配備於處理腔室1及2的外側的機械手4和裝載盒3，因而無需具備習知技術中所具備的真空腔室及負載傳送腔室。

裝載盒3中，複數個基板裝載於其內部而處於等待的狀態，且其內部處於大氣壓的氛圍。機械手4在沒有圍繞其外部的真空腔室的狀態下在大氣壓下工作。

＜處理腔室＞

第5圖係為根據本發明之處理腔室之剖面概略圖，第6圖係為根據本發明之內部腔室之剖面概略圖，第7圖係為根據本發明之基板處理裝置中蓋體被開放的狀態之剖面概略圖。

處理腔室1由內部腔室100和外部蓋體200構成。

內部腔室100由上部開放的腔室主體110和用於對腔室主體110的開放的上部進行開閉的封蓋120構成，且具備封蓋開閉驅動部400（410、420），用於提供驅動力，此驅動力使封蓋120沿上下方向移動以開閉腔室主體110的上部。

腔室主體110的截面為圓形或多邊形，且上部形成為開放的形狀，從而使機械手的手臂4a藉由開放的上部而進入到腔室主體110的內部空間，由此將基板W安置到承載座300上，或者將處理完畢的基板W搬出至外部。

以往，腔室主體的內壁形成有開口部，從而需要設置用於利用門扇來開閉此開口部的突出部等，這樣的結構導致如下問題：在腔室主體的內部發生氣體的渦流，這樣的渦流的產生使基板的製程均勻度降低。

與此相反，本申請發明具有用於開閉腔室主體110的上部的封蓋120，封蓋120借助於封蓋開閉驅動部400（410、420）而沿上下方向移動，從而實現開閉。因此，在腔室主體110的內部不存在有可能形成製程氣體的渦流的空間或形狀，因而可提高製程的均勻度（Uniformity）。並且，腔室主體110中沒有與用於實現基板的搬出/搬入的開口部及突出部對應的構造，因而製造製程簡單，可降低製造成本。

腔室主體110的內部具備用於安置基板W的承載座300。承載座300可具備下部加熱器，以用於在對基板W進行加熱的狀態下進行製程。

為了使安置於承載座300上的基板W上升，或者將置入到腔室主體110內部的基板W安置到承載座300上，配備升降銷350。升降銷350被配備為貫通承載座300，並在此狀態下借助於驅動部（未圖示）而沿著上下方向上升或下降，從而使基板W上升或下降。

基板W可在安置於承載座300上的狀態下得到處理，也可以在從承載座300的上表面分隔而安置於升降銷350的上端的狀態下得到處理。

內部腔室100的底板部130形成有用於排出內部腔室100內部空間的氣體的內部排氣口131。內部排氣口131從內部腔室100的底板部130依次貫通外部蓋體底板部230而形成。

封蓋120由圓形的平板形狀形成，其形狀可對應於腔室主體110的截面形狀而確定。

封蓋120的底面具有噴灑頭140，其用於使流入的製程氣體在整個基板W的範圍內均勻地噴灑。噴灑頭140的上側可具有上部加熱器（未圖示）。

封蓋120借助於封蓋開閉驅動部400（410、420）而在腔室主體110的上端沿著上下方向移動，以封閉腔室主體110的開放的上部，或者予以開放。

封蓋120的邊緣底面與腔室主體110的上端之間夾設有密封件（未圖示），當封蓋120朝下方下降時，密封件被壓實，從而使封蓋120與腔室主體110之間維持氣密性。

封蓋開閉驅動部400為了能夠沿著上下方向移動封蓋120，沿著封蓋120的邊緣周圍而配備有包括第一驅動部410和第二驅動部420在內的複數個封蓋開閉驅動部400。封蓋開閉驅動部400可由空壓氣缸或油壓氣缸構成，當把上下移動的氣缸軸結合於封蓋120的底面並啟動氣缸時，封蓋120將會與氣缸軸一起升降。

外部蓋體200由如下構成要素構成：外部蓋體主體210、外部蓋體封蓋220以及外部蓋體底板部230。外部蓋體主體210朝腔室主體110的外側分隔而圍繞腔室主體110。外部蓋體封蓋220形成為封蓋120之外部蓋體主體210的開放的上部。外部蓋體底板部230位於內部腔室100的底板部130的下側。

外部蓋體封蓋220形成有與外部連通的連通孔221，從而在排出殘留於外部蓋體200與內部腔室100之間的空間的氣體的情況下，外部空氣藉由連通孔221而流入。

對於連通孔221而言，舉例示出了形成於外部蓋體封蓋220的情形，然而並不局限於此，也可以形成在外部蓋體主體210的上端部。

外部蓋體主體210形成有開口部211，以能夠借助於機械手的手臂4a而實現基板W的置入以及搬出，並且具備用於開閉開口部211的外部蓋體機門240。

在封蓋120借助於封蓋開閉驅動部400而向上方開放的情況下，開口部211和外部蓋體機門240將會位於與空間A相同的高度處，其中此空間A位於封蓋120與腔室主體110的上端之間。因此，基板W借助於機械手的手臂4a而從外部經過開口211之後位於空間A，且升降銷350上升而接收基板W。

配備用於向外部排出內部腔室100與外部蓋體200之間的空間的氣體的外部排氣口231。外部排氣口231可由貫通於外部蓋體底板部230的孔構成。

外部排氣口231可與基板製造製程系統的排氣側連接，並可構成為使真空吸力在處理基板W的過程中一直發揮作用。

包括了第一驅動部410和第二驅動部420的封蓋開閉驅動部400可配備於內部腔室100與外部蓋體200之間的外部蓋體底板部230之上。

＜基板製造方法＞

對藉由如上所述的構造構成的基板製造裝置執行的基板製造方法進行說明。

首先，為了處理基板W而使封蓋120借助於封蓋開閉驅動部400的驅動信號而朝上部上升時，腔室主體110的上部被開放，且外部蓋體200的外部蓋體機門240被開放。此時，基板W借助於機械手而從裝載盒得到傳遞而位於處理腔室1的外部。

然後，位於處理腔室1外部的基板W借助於機械手的手臂4a而藉由外部蓋體200的開口部211被置入到封蓋120的下側空間A，於是成為如第7圖所示的狀態。

再後，如果升降銷350上升，則在升降銷350的上端支撐基板W而接收基板W之後，機械手的手臂4a向處理腔室1的外部移動。如果手臂4a向外部移動，則升降銷350下降而將基板W安置到承載座300上，或者直至基板W的底面到達從承載座300的上表面相隔預定距離的位置為止，使升降銷350下降。

隨後，封蓋120根據封蓋開閉驅動部400的驅動信號而下降，從而蓋住腔室主體110的上部而使腔室主體110的內部與其外部相隔離。並且，外部蓋體機門240借助於驅動部（未圖示）而封閉開口部211。

如此，如果內部腔室100被封閉，則製程氣體藉由噴灑頭140而流入到內部腔室100的內部空間，從而實現基板W的處理，在此情況下，腔室主體110的內壁面沒有形成如以往的由門扇開閉的開口部那樣的形狀，僅由圓滑的圓筒的內表面構成，從而在製程氣體中不會生成渦流，所以可提高製程均勻度（Uniformity）。殘留於內部腔室100內部的氣體藉由內部排氣口131而向外部排出。

當基板W的處理完畢時，封蓋120根據封蓋開閉驅動部400的驅動信號而上升，從而開放腔室主體110的上部，且升降銷350上升，從而使基板W位於封蓋120的下側空間A。

此外，外部蓋體機門240被開放，從而機械手的手臂4a藉由開口部211而進入到基板W的下側之後，從升降銷350接收基板W，然後藉由開口部211而向外部搬出此基板W。

在此情況下，真空吸力藉由外部排氣口231而持續發揮作用，因而即使在機械手的手臂4a向外部搬出基板W的過程中，殘留於內部腔室100內部的氣體也不會藉由開口部211而流出到機械手所存在的外部空間，而是藉由外部排氣口231而得到排氣處理。

如此，在內部腔室100的外部配備外部蓋體200，並藉由外部排氣口231來排出殘留於內部腔室100與外部蓋體200之間的氣體，如此一來，在向內部腔室100的內部置入基板或向內部腔室100的外部搬出基板的情況下，殘留於內部腔室100的氣體流出到機械手所處的空間的情況將得到防止。

此外，無需以真空氛圍來形成機械手及裝載盒，因而裝置的構造簡單，且能夠降低基板製造裝置的製造成本。

而且，為了藉由腔室主體110的開放的上部置入並搬出基板W，使封蓋120借助於封蓋開閉驅動部400（410、420）而沿上下方向移動，因此用於設置封蓋開閉驅動部400（410、420）的空間無需占較多空間，從而可將外部蓋體200的大小設計得較小。

＜變形實施例1＞

上述實施例中舉例示出了具備用於開閉內部腔室100的上部的封蓋120，從而藉由內部腔室100的開放的上部來實現基板的置入和搬出的情形，然而並不局限於此，也可以應用其他結構的內部腔室。

作為一個示例可如下構成：在與外部蓋體200的開口部211對應的位置上形成貫通腔室主體110的側部的內部腔室開口部（未圖示），並具備用於開閉內部腔室開口部的內部腔室機門（未圖示）和用於開閉內部腔室機門的內部腔室機門驅動部（未圖示）。在此情況下，腔室主體110的上部由封閉的形狀構成，而非由開放的形狀構成。

＜變形實施例2＞

在上述實施例中對內部腔室100的底板部130和外部蓋體底板部230分別單獨構成的情形進行了說明，然而也可以使兩個底板部130、230一體地構成。

即，可以構成為腔室主體110的下端結合於外部蓋體底板部230，也可以構成為使內部腔室100的底板部130的大小變大到與外部蓋體底板部230的大小相等的狀態下，與外部蓋體主體210的下端結合。

此外，對內部腔室100的封蓋120和外部蓋體封蓋220分別獨立構成的情形進行了說明，然而也可以使兩個封蓋120、220一體地構成。在此情況下，可構成為省去形成於外部蓋體主體210的開口部211和外部蓋體機門240的構造，使一體化的封蓋向上部上升之後藉由開放的上部來向內部腔室100的內部置入基板W。

如以上說明，本發明並不局限於如上所述的實施例，在不脫離申請專利範圍中請求保護的本發明的技術思想的前提下，本發明所屬技術領域中具有通常知識者不難得出顯而易見的變形實施，這樣的變形實施屬於本發明的範圍。

1、2‧‧‧處理腔室
3‧‧‧裝載盒
4‧‧‧機械手
10、20‧‧‧處理腔室
11、21、41‧‧‧排氣口
30‧‧‧腔室
40‧‧‧真空腔室
45‧‧‧機械手
50‧‧‧門扇
100‧‧‧內部腔室
110‧‧‧腔室主體
120‧‧‧封蓋
130、230‧‧‧底板部
231‧‧‧外部排氣口
131‧‧‧內部排氣口
140‧‧‧噴灑頭
200‧‧‧外部蓋體
210‧‧‧外部蓋體主體
211‧‧‧開口部
220‧‧‧外部蓋體封蓋
221‧‧‧連通孔
240‧‧‧外部蓋體機門
300‧‧‧承載座
350‧‧‧升降銷
400‧‧‧封蓋開閉驅動部
410‧‧‧第一驅動部
420‧‧‧第二驅動部
4a‧‧‧手臂
A‧‧‧空間
W‧‧‧基板

第1圖係為習知的單片式基板製造裝置之平面概略圖。

第2圖係為第1圖之基板製造裝置之正剖面概略圖。

第3圖係為根據本發明之基板製造裝置之平面概略圖。

第4圖係為第3圖之基板製造裝置之正面概略圖。

第5圖係為根據本發明之處理腔室之剖面概略圖。

第6圖係為根據本發明之內部腔室之剖面概略圖。

第7圖係為根據本發明之基板處理裝置中蓋體開放的狀態之剖面概略圖。

1‧‧‧處理腔室

100‧‧‧內部腔室

110‧‧‧腔室主體

120‧‧‧封蓋

130、230‧‧‧底板部

231‧‧‧外部排氣口

131‧‧‧內部排氣口

140‧‧‧噴灑頭

200‧‧‧外部蓋體

210‧‧‧外部蓋體主體

211‧‧‧開口部

220‧‧‧外部蓋體封蓋

221‧‧‧連通孔

240‧‧‧外部蓋體機門

300‧‧‧承載座

A‧‧‧空間

W‧‧‧基板

Claims (15)

1. 一種雙排氣結構的處理腔室，包括： 一內部腔室（100），置入到內部的基板借助於製程氣體而得到處理； 一內部排氣口（131），用於向外部排出該內部腔室（100）的內部空間的氣體； 一外部蓋體（200），圍繞該內部腔室（100）的外部； 一外部排氣口（231），用於向外部排出該內部腔室（100）與該外部蓋體（200）之間的空間的氣體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雙排氣結構的處理腔室，其中 該內部腔室（100）由上部開放的一腔室主體（110）和用於開閉該腔室主體（110）的開放的上部的一封蓋（120）構成， 該處理腔室具備一封蓋開閉驅動部（400：410、420），其用於提供一驅動力，該驅動力使該封蓋（120）沿上下方向移動以開閉該腔室主體（110）的上部。
3. 如申請專利範圍第2項所述之雙排氣結構的處理腔室，其中 該外部蓋體（200）具備一開口部（211），其用於能夠借助一機械手（4）而進行基板的置入和搬出；一外部蓋體機門（240），用於開閉該開口部（211）， 在該封蓋（120）向上方開放的情況下，該開口部（211）和該外部蓋體機門（240）位於與該封蓋（120）和該腔室主體（110）上端之間的空間對應的高度處。
4. 如申請專利範圍第1項所述之雙排氣結構的處理腔室，其中 該外部蓋體（200）形成有與外部連通的一連通孔（221）。
5. 如申請專利範圍第1項所述之雙排氣結構的處理腔室，其中 該外部排氣口（231）由貫通於該外部蓋體（200）的一底板部（230）的孔構成。
6. 如申請專利範圍第2項所述之雙排氣結構的處理腔室，其中 該封蓋（120）的底面結合有均勻地噴灑用於處理該基板的製程氣體的一噴灑頭（140）。
7. 如申請專利範圍第1項所述之雙排氣結構的處理腔室，其中 該內部腔室（100）和該外部蓋體（200）的底板部一體地形成。
8. 一種基板製造裝置，包括： 一裝載盒（3），用於裝載複數個複數個基板； 如申請專利範圍1至7中的任意一項該至少一個處理腔室（1及2）； 一機械手（4），用於從該裝載盒（3）接收基板並將該基板置入到該處理腔室（1及2）的內部，且搬出在該處理腔室（1及2）中處理完畢的基板。
9. 如申請專利範圍第8項所述之基板製造裝置，其中 該外部排氣口（231）中，在處理該基板的過程中真空吸力一直發揮作用。
10. 如申請專利範圍第8項所述之基板製造裝置，其中 該裝載盒（3）的內部處於大氣壓氛圍。
11. 如申請專利範圍第8項所述之基板製造裝置，其中 該機械手（4）在大氣壓下工作。
12. 一種基板製造方法，包括下列步驟： a）借助於一機械手（4）而將一基板置入到申請專利範圍1至7中的任意一項該處理腔室（1）的內部； b）向該內部腔室（100）內部注入製程氣體，以進行該基板的處理； c）當完成該基板的處理之後從該內部腔室（100）搬出該基板時，藉由該外部排氣口（231）而排出殘留於該內部腔室（100）與一外部蓋體（200）之間的空間的氣體。
13. 如申請專利範圍第12項所述之基板製造方法，其中 該內部腔室（100）由上部開放的一腔室主體（110）和用於開閉該腔室主體（110）的開放的上部的一封蓋（120）構成，並具備一封蓋開閉驅動部（400：410、420），其用於提供一驅動力，該驅動力使該封蓋（120）沿上下方向移動以開閉該腔室主體（110）的上部， 在該a）步驟中，在該封蓋（120）借助於該封蓋開閉驅動部（400：410、420）而向上方開放的狀態下，借助於該機械手（4）而進行該基板的置入， 在該b）步驟中，該機械手（4）向外部移動之後該封蓋（120）向下方移動，從而在覆蓋該腔室主體（110）的上部的狀態下，進行該基板的處理。
14. 如申請專利範圍第12項所述之基板製造方法，其中 該外部排氣口（231）中，在處理該基板的過程中真空吸力一直發揮作用。
15. 如申請專利範圍第12項所述之基板製造方法，其中 在該a）步驟中，由該外部蓋體機門（240）開放一開口部211，該基板借助於該機械手（4）的一手臂（4a）而藉由該開口部（211）置入到該內部腔室（100）。