TW201809343A - 用於在基板上連續沉積多個層的裝置和方法,以及於沉積裝置中使用的容置單元 - Google Patents

用於在基板上連續沉積多個層的裝置和方法,以及於沉積裝置中使用的容置單元 Download PDF

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Abstract

本發明係有關於一種用於在基板(13)上沉積多個層,特別是用於在矽基板上製造多接面太陽電池或其他光電子器件的裝置及方法,包含多個沿流程方向(T)相繼佈置在一氣密殼體(5)內的沉積模組(1),其至少具有用於將製程氣體導入製程室(27)的進氣機構(8)、用於抽吸該製程氣體的抽吸裝置(9)以及用於加熱基板(13)的加熱裝置(10),包含用於沿輸送方向(T)輸送承載有一或數個基板之輸送模組(12)穿過該等製程模組(1)的輸送裝置(11),其中至少該等製程模組中的每個皆具有可壓力密封封閉之裝料端口(2)以及可壓力密封封閉之卸料端口(3),用於輸送模組(12)之貫穿輸送,其中至少在某些沉積模組之卸料端口(3)與相鄰沉積模組之裝料端口(2)之間設有用於輸送模組(12)之貫穿輸送的輸送通道(28)。在輸送通道(28)中設有用於產生橫向於輸送方向(T)之氣幕(4)的構件(25、26)。輸送模組(12)係構建為托盤並具有數個基板載具(21),其中就位置及功能而言,每個基板載具(21)單獨對應一進氣機構(8)及若干抽吸口(18)。

Description

用於在基板上連續沉積多個層的裝置和方法,以及於沉積裝置中使用的容置單元
本發明係有關於一種用於在基板上連續沉積多個層,特別是構成化合物半導體的層的裝置和方法,用以製造電子或光電子器件,例如多接面太陽電池或LED及其他電子器件。在該裝置中,在一氣密之共用殼體中設有多個設計相同或相似的模組,且該等模組中之至少兩個為彼此相鄰的沉積模組,在其內分別將一層沉積至基板上。本發明亦有關於一種於沉積裝置中使用的、用於容置多個基板的容置單元,在其內提供用於沉積在多個基板上的氣體。
為製造電子或光電子半導體器件(例如太陽電池或LED)會使用不同的製程,其在單獨一個製程室中,在分離的製程室中,抑或在包含連接之製程室的所謂「連續式處理設備」中連續實施此等製程。基於通過容量,通常較佳在單獨一個製程室中或在包含連接之製程室的連續式處理設備中連續實施不同的製程,但這會牽涉單個製程之純淨度方面的問題,因為在製程之間可能會出現介質留存。在分離之製程室中連續實施不同的製程能夠應對此問題,但通過量會減小,並且在自一製程室輸送至其他製程室時,污物到達待處理器件的危險增大。此外,在分離之製程室中連續實施不同的製程需要許多空間,其提供量有限並會導致成本增大。在此需要 注意的是,此類製程室通常至少位於無塵室中,且常位於超淨室中。
出於成本原因,常以矽基礎製造太陽電池或者其他電子或光電子半導體器件。在以矽基礎製造半導體器件時,同所有半導體製程一樣需要高純淨度,但儘管如此,連續製程中的許多係大體兼容,從而能夠在同一製程室中或包含連接之製程室的連續式處理設備中實施。但以其他基礎製造電子或光電子半導體器件亦為吾人所知,其中在此特別是指製造III-V族或II-VI族的化合物半導體。此類化合物半導體與矽基半導體相比的優勢在於,可透過材料組成調整帶隙,進而針對性地改變電特性。
就太陽電池而言,在為替代活性矽層而在基板上沉積III-V族或II-VI族之化合物半導體的活性層或層序列的情況下,例如能夠提高效率。在此情形下較佳採用矽基板。但為減小基板與活性層或層序列之間的晶格失配,亦採用其他基板,例如由鍺或其他適宜材料構成的基板。特別是已知所謂之「多接面太陽電池」,其基於例如由鎵、銦、鋁及磷、砷或氮構成的III-V族化合物半導體,具有數個帶隙不同的活性層。就此類多接面太陽電池而言,將數個由不同III-V族半導體材料構成之活性層或子電池相互堆疊,且各子電池吸收入射光之不同光譜範圍,從而改善效率。在實驗室操作中,就此類基於III-V族化合物半導體的多接面太陽電池而言,目前實現遠超過40%的效率,而矽基太陽電池之效率仍總是低於30%,儘管理論上能夠實現更高的效率。
通常透過磊晶生長來製造III-V族化合物半導體。在某些磊晶法中,材料呈氣態,在此狀態下具有高反應活性且常對環境有害。其中需要將相應的氣相分離,因為其可能導致對層品質造 成負面影響的非期望的製程。因此,通常在一氣密的製程單元中施覆各層,其中透過特殊的搬運裝置及閘將基板送入製程單元以及自其取出。
DE 20 23 466描述過一種用於加工透過製程氣氛連續輸送之材料的裝置,其中將承載於基板載具上之基板自一製程模組(在此製程模組中將第一層沉積在基板上)輸送至第二製程模組(在此製程模組中將第二層沉積在基板上)。在兩個製程模組之間設有一絕緣區,其被惰性氣體沖洗。在此絕緣區中將絕緣氣體自上而下地導引至基板載具,並且以與導入位置錯開的方式將此絕緣氣體重新向上吸出。
本發明之目的在於提供一種裝置以及一種方法,其用於低成本地製造多接面太陽電池及LED。多接面太陽電池係指由具不同帶隙之材料構成的、包含數個pn接面的太陽電池,此等材料分別能夠吸收太陽光譜的一不同部分。
該目的透過申請專利範圍所給出之特徵而達成,其中附屬項不僅為並列請求項之有益改良方案,亦為該目的之獨立解決方案。
其中提出一種用於將多個層(特別是構成化合物半導體的層)連續沉積在基板上(特別是矽基板上)來製造電子或光電子器件的裝置,其中該裝置具有多個設於一氣密之共用殼體內的模組,其中該等模組中之至少兩個為包含各一製程室的沉積模組,其中該等沉積模組中之至少兩個係彼此相鄰佈置並適於沉積不同的層,且其中每個沉積模組之製程室具有至少一製程氣體進入單元、 至少一抽吸單元、一裝料口以及一卸料口。特定言之,可在就壓力及溫度而言不同的製程條件下,在該等沉積模組中特別是用不同的氣體沉積不同的層。該裝置還具有至少一適於容置一或數個基板的容置單元、一用於在輸送方向上沿輸送路徑輸送至少一容置單元至少穿過該等沉積模組的輸送單元、至少一將一沉積模組之卸料口與相鄰沉積模組之裝料口連接的輸送通道,其中該輸送通道適於貫穿輸送該容置單元且長度小於該容置單元之沿輸送方向的長度,以及一進氣單元,其包含至少一用於將氣體(特別是惰性氣體)導入該輸送通道的進氣部,以及一抽吸單元,其包含至少一用於自輸送通道抽吸氣體的排氣部,其中在輸送通道之一沿輸送方向延伸的壁部中構建有至少一進氣部,並且在一相對之壁部中構建有至少一排氣部,以便在其間形成一橫向於輸送方向的氣幕。
此種裝置實現不同沉積模組之間的節省空間的連續輸送,並且防止沉積模組之間的介質留存。即便在在各模組中靜態處理的情況下,該裝置亦大體實現對基板的連續處理。透過進氣部與排氣部之特殊佈局,能夠實現腔室之良好通流,避免介質留存。
特定言之,在該輸送通道之水平相對的兩側上可設有一進氣部以及至少一排氣部,以便在其間形成一水平的氣幕。藉此便能在透過輸送通道輸送時,將因該輸送模組引起的氣幕部分中斷及與此相關的渦流減小至最低程度。
為產生一排大體平行之氣幕,較佳設有多個沿輸送方向間隔一定距離的進氣部,以及多個沿輸送方向間隔一定距離的排氣部。透過多個氣幕能夠更佳地抑制介質留存。特定言之,該等進氣部及可構建為抽吸嘴之排氣部可以間距均勻、且特別是形成數個 沿輸送方向間隔一定距離的排的形式橫向佈置,使得在將該容置單元自一製程模組送入相鄰製程模組期間,防止製程氣體自一製程模組進入相鄰製程模組。
該裝置較佳還具有至少一可控元件,其用於將該等沉積模組之間透過輸送通道建立的連接氣密封閉。儘管採用單獨一個例如沿輸送通道之縱向居中佈置的元件便已足夠,但例如為在各製程室中實現不同的壓力,較佳在輸送通道之末端上分別設置一專有的可控元件。可對此等元件進行共同或交錯控制,使得該等元件僅針對輸送模組之直接貫穿輸送打開。舉例而言,設有至少一用於將一沉積模組之與輸送通道連接的卸料口壓力密封封閉的可控元件,以及至少一用於將相鄰沉積模組之與輸送通道連接的裝料口壓力密封封閉的可控元件。為實現簡單的實施方案,該至少一可控元件可實施為滑閥。
根據一實施方式,該至少一容置單元係構建為托盤,並具有多個基板載具。特定言之,該托盤特別是可具有多個抽吸口,其中每個基板載具可對應至少一抽吸口,特別是對應一組將相應基板載具至少部分包圍的抽吸口。該托盤形狀將輸送模組對相應製程的影響最小化,且該等抽吸口能夠促進相應基板上的均勻氣體分佈。
根據另一實施方式,該製程氣體進入單元具有至少一氣體分配器,其在製程室中設於容置單元用輸送路徑上方並具有多個朝下的排氣部。該等排氣部可以分別包含多個排氣部之功能組的形式佈置,其中該等組之相對彼此的佈局與基板載具在托盤上之佈局對應。藉此便能促進整個基板範圍內的均勻氣體分佈。其中較佳 採用該等組之如下佈局:可將該等組皆設於基板載具上方,且在該等組之間不設排氣部,或僅設有較小數目之排氣部。
根據另一態樣,至少一沉積模組之製程室具有位於製程室之底部中或與其相鄰的至少兩個長條形抽吸口或兩組抽吸口,該等抽吸口橫向於輸送方向延伸,且其沿輸送方向的間距大於該容置單元之沿輸送方向的長度,且其橫向於輸送方向的長度大於等於該容置單元之橫向於輸送方向測得的寬度。在此及下文中,一個組例如可由若干單個開口構成,其中該等組之長度由外側開口定義。作為互補或替代方案,該至少一沉積模組之製程室可具有位於製程室之頂部中或與其相鄰的至少兩個長條形惰性氣體輸入部或兩組惰性氣體輸入部,該等惰性氣體輸入部橫向於輸送方向延伸,且其沿輸送方向的間距大於該容置單元之沿輸送方向的長度,且其橫向於輸送方向的長度大於等於該容置單元之橫向於輸送方向測得的寬度。
作為附加或替代方案,至少一沉積模組之製程室可具有位於製程室之底部中或與其相鄰的至少兩個長條形抽吸口或兩組抽吸口,該等抽吸口沿輸送方向延伸,且其間距大於該容置單元之橫向於輸送方向的寬度,且其橫向於輸送方向的長度大於等於該容置單元之沿輸送方向的長度。在此情形下,作為替代或互補方案,該至少一沉積模組之製程室亦可具有位於製程室之頂部中或與其相鄰的至少兩個長條形惰性氣體輸入部或兩組惰性氣體輸入部,該等惰性氣體輸入部沿輸送方向延伸,且其間距大於該容置單元之橫向於輸送方向的寬度,且其橫向於輸送方向的長度大於等於該容置單元之沿輸送方向的長度。該等開口較佳構建於該製程室之 底部或頂部中,但其亦可與底部相鄰,例如位於輸送路徑下方之側壁/端壁中,或與頂部相鄰,例如位於輸送路徑上方之側壁/端壁中,較佳構建於製程氣體輸入部上方。特別是在與相應開口組合的情況下,能夠產生環繞式或僅局部的惰性氣幕,用以保護製程室之側壁免受製程氣體影響。在製程氣體到達側壁的情況下,可能會發生非期望的沉積,這又可能會導致污染。
為良好地形成用於保護側壁的氣幕,該等長條形抽吸口及/或抽吸口之組及/或該等長條形惰性氣體輸入部及/或惰性氣體輸入部之組可皆大體平行於該製程室之側壁延伸。較佳地,該等長條形抽吸口及/或抽吸口之組及/或該等長條形惰性氣體輸入部及/或惰性氣體輸入部之組與製程室之側壁的距離至少為製程室中所採用之製程氣體的擴散長度的10倍。
為防止因製程室之材料而造成的污染,根據一實施方式,至少一沉積模組之製程室配設有特別是由石英、石墨或經塗佈之石墨構成的裡襯。可選地,此裡襯可額外具有特別是由TaC或SiC構成的塗層。
為在基板上形成一多層的層系統,該裝置可具有超過兩個沉積模組,其透過對應的輸送通道與相鄰模組相連。
為簡單地更換模組(例如用於維護或清潔),尤其是必須在每個工序後加以清潔的模組,以及為視情況而定實現並行的製程控制,該裝置可具有至少兩個模組,其係移動式支承,使得其能夠交替地進入模組之排佈局以及自此佈局移出,其中大體橫向於輸送方向(T)穿過模組移動。
根據一實施方式,該裝置具有多個模組,其佈置在一 連續的排中,以實現對基板的連續式排列處理,其中該裝置具有至少一模組,其適於自一成排佈置之模組接收一容置單元並將其送入一位於排佈局外之模組,及/或自一位於排佈局外之模組接收一容置單元並將其送入一成排佈置之模組。在此情形下,該位於排佈局外之模組例如可為一用於將基板暫存的儲存模組,用以實現大體連續的處理,即便在該模組前或後出現錯誤的情況下。如此便能在該模組後出錯的情況下,繼續操作前面的模組,並且將基板容置在該儲存模組中。在前面出錯的情況下,可將後續之模組重新自該儲存模組送出。但該位於排佈局外置模組例如亦可為一製程模組,特別是用以實現並行處理。該裝置較佳可具有至少兩個位於排佈局外之模組,其適於實施同一製程,並且實現對基板的至少時間重疊的並行處理。此方案實現大體連續的排列處理,即便在不同模組中之某些製程(特別是沉積製程)需要不同時間的情況下。
根據本發明之一態樣,提供一種於沉積裝置中使用的容置單元,在其內提供用於沉積在多個基板上的氣體,其中該容置單元具有一或數個用於分別容置一基板的基板載具,其中在該容置單元中以與每個基板載具相鄰的方式構建有至少一抽吸口。此種容置單元能夠以簡單的方式促進氣體分佈之均勻化,進而促進在各基板上的沉積。該至少一抽吸口較佳至少部分將該基板載具包圍。根據一實施方式,每個基板載具對應多個抽吸口,其至少部分將基板載具包圍。特定言之,相對該基板載具,該至少一抽吸口或多個抽吸口大體等距地圍繞基板載具佈置。
根據一實施方式,該容置單元具有一容置托盤,其具有用於容置該等基板載具的個性化容置口,以及實現基板載具在容 置口內之旋轉的結構。此方案能夠促進基板上之氣體分佈的進一步均勻化,進而促進沉積。位於該托盤中之結構特別是可具有流嘴,其在被氣體穿過的情況下引起基板載具之浮起及旋轉。
根據本發明之一態樣,還提出一種用於在基板上,特別是在矽基板上連續沉積層,特別是構成化合物半導體的層,用以製造電子或光電子器件的方法,其中該方法具有以下步驟:沉積第一層;在使用前述類型之裝置及輸送模組的情況下,以連續處理法製造光電子器件,特別是多接面太陽電池或LED,其中在透過輸送通道輸送該輸送模組時,與該輸送通道對應之裝料端口及與該輸送通道對應之卸料端口皆打開,且一惰性氣體橫向穿過該輸送通道流動。特別是提出一種連續沉積層的方法,具有以下步驟:在第一沉積模組之製程室中,在至少一基板上用第一製程氣體沉積第一層;將該至少一基板自該第一沉積模組之製程室穿過一輸送通道送入第二沉積模組之製程室,該輸送通道將該等製程室連接;在透過該輸送通道輸送該至少一基板期間,在輸送通道中產生一惰性氣流,其中在至少一位於輸送通道之一沿輸送方向延伸的壁部中的進氣部與至少一位於輸送通道之一相對壁部中的排氣部之間形成該惰性氣流,從而形成一橫向於輸送方向的氣幕,以及,在該第二沉積模組之製程室中,在該至少一基板上用不同於該第一製程氣體之第二製程氣體沉積第二層。在此,將由至少兩個氣體構成之混合物用作製程氣體。
較佳以某種流速及質量流量將該等惰性氣體透過該至少一進氣部導入輸送通道,使得在透過輸送通道對輸送模組進行輸送時,防止製程氣體自一製程室進入其他製程室。特定言之,在 該輸送通道之水平相對的兩側上可設有至少一進氣部以及至少一排氣部,以便在其間形成一水平的氣幕。
為避免相鄰製程室之間的介質留存,在相應的沉積操作期間,該等製程室之連接可透過一可控元件以壓力密封的方式封閉,該元件針對輸送打開。特定言之,在相應的沉積操作期間,該二製程室與輸送通道的連接係透過相應的可控元件氣密封閉,該元件針對輸送打開。此外,可在打開該可控元件前將相應製程室中之製程氣體吸出,並用惰性氣體沖洗製程室。
根據一實施方式,可在該第一及第二製程模組之製程室中在不同的壓力下進行沉積操作,其中較佳在輸送前對該等製程室中之壓力進行匹配,以抑制自一製程室至其他製程室的氣流。在輸送該至少一基板時,可調節或控制該輸送通道中之壓力,使得其大體等於或高於相鄰製程室中之壓力。
採用該方法時,多個基板可在沉積操作及輸送期間容置於一前述類型之容置單元上,其中自上而下地將製程氣體導向該容置單元及容置於其上之基板,並且至少部分地透過該容置單元中之抽吸口將製程氣體吸出。藉此便能在基板表面的範圍內實現製程氣體之極佳的均勻流動。為改善層形成,可在沉積該第一層前在一模組中對該至少一基板進行預處理,以及/或者,在沉積該第二層後在另一模組中作進一步處理,其中該等模組係容置在一共用的氣密殼體中,且該等模組係透過相應輸送通道連接。
較佳以循環的連續處理法,在該等模組中之每個中分別僅實施同一加工製程,並且在沉積模組內分別僅沉積一個層或層序列。藉此便能針對性地構建相應模組,並且避免在實施不同製程 時因介質留存或類似原因引起的問題。
為簡化及加快該方法,可將製程模組內及特別是沉積模組內之溫度保持在大體恆定的水平,特定言之,即便在將該至少一基板自一製程室送入相鄰製程室時亦是如此。
為避免製程室壁部上之污染,可至少在沉積操作期間,在該等製程室中之至少一個中,透過在製程室中朝向彼此之惰性氣體輸入部與抽吸口之間的惰性氣體導引,以與製程室之側壁相鄰的方式產生惰性氣幕。特定言之,即便在自第一沉積模組之製程室輸送至第二沉積模組之製程室期間,亦可至少維持該橫向於至少一基板之輸送方向延伸的惰性氣幕,且使得該至少一基板橫穿該氣幕。
較佳可將該裝置、該容置單元及/或該方法之特徵組合。
1‧‧‧製程模組
1.1‧‧‧製程模組
1.2‧‧‧製程模組
1.3‧‧‧製程模組
1.4‧‧‧製程模組
1.5‧‧‧製程模組
1.6‧‧‧製程模組
1.7‧‧‧製程模組
1.8‧‧‧製程模組
1.9‧‧‧製程模組
1.10‧‧‧製程模組
2‧‧‧裝料端口
2.1‧‧‧裝料端口
2.2‧‧‧裝料端口
2.3‧‧‧裝料端口
2.4‧‧‧裝料端口
2.5‧‧‧裝料端口
2.6‧‧‧裝料端口
2.7‧‧‧裝料端口
2.8‧‧‧裝料端口
2.9‧‧‧裝料端口
2.10‧‧‧裝料端口
3‧‧‧卸料端口
3.1‧‧‧卸料端口
3.2‧‧‧卸料端口
3.3‧‧‧卸料端口
3.4‧‧‧卸料端口
3.5‧‧‧卸料端口
3.6‧‧‧卸料端口
3.7‧‧‧卸料端口
3.8‧‧‧卸料端口
3.9‧‧‧卸料端口
3.10‧‧‧卸料端口
4‧‧‧輸送通道,流道
5‧‧‧裝置殼體
6‧‧‧壁部
7‧‧‧維護開口
8‧‧‧進氣機構
9‧‧‧抽吸裝置
10‧‧‧加熱裝置
11‧‧‧輸送裝置
12‧‧‧輸送模組,沉積模組
13‧‧‧基板
14‧‧‧裡襯
15‧‧‧氣體分配器
16‧‧‧抽吸口
17‧‧‧抽吸口
18‧‧‧抽吸口
19‧‧‧輸送管線
20‧‧‧排氣口
21‧‧‧基板載具
22‧‧‧氣體輸送管線
23‧‧‧抽吸管線
24‧‧‧氣墊
25‧‧‧進氣嘴
26‧‧‧抽吸嘴
27‧‧‧製程室
29‧‧‧真空滑閥
30‧‧‧真空滑閥
T‧‧‧流程方向
下面結合附圖對本發明之數個實施例進行說明。其中:圖1為一用於在基板上沉積多個層的裝置的俯視圖,包含多個連續緊鄰佈置的製程模組;圖2為一替代性的用於在基板上沉積多個層的裝置的俯視圖,其中製程模組採用另一佈局及數目;圖3為製程模組之無上部件的製程室的俯視圖,包含容置於製程室中之基板用容置單元;圖4為構建為沉積模組的示例性製程模組的橫截面圖;圖5為一容置單元之一實施方式的俯視圖; 圖6為該容置單元之沿圖5中之線VI-VI的局部剖視圖;圖7為一用於製程模組間之輸送的輸送通道單元的沿輸送方向的橫截面圖;圖8為如圖7所示輸送通道單元之橫向於輸送方向的橫截面圖;及圖9為一替代性的用於製程模組間之輸送的輸送通道單元的橫向於輸送方向的橫截面圖。
下文使用的相對概念,例如左、右、上及下皆與圖式相關,並且不應對本申請構成任何限制,即便此等概念可能表示較佳佈局。大體應將各值的<10%,特別是<5%及較佳<2%的偏差包括在內。就角度而言,大體應將<5°,較佳<2°的偏差包括在內。
圖中繪示之實施例係有關於一種用於在基板上連續沉積多個層,特別是構成化合物半導體的層的裝置,用以製造電子或光電子器件,例如多接面太陽電池或LED及其他電子器件。該裝置特別是實施為MOCVD連續式處理設備。製造時可採用GaAs基板、Ge基板或矽基板,但亦可採用其他適合的可供沉積相應層的基板。其中可根據活性層或層序列來選擇基板,特別是用於減小晶格失配。通常對基板進行預處理,例如為其表面清除原生氧化物。可透過乾式蝕刻製程,例如電漿法或其他方法來進行此預處理。基板可為圓形或具有稜角。
根據一實施方式,該裝置係專為沉積III-V族層而設計。但本發明不侷限於III-V族層,而是亦可沉積其他半導體層,特別是II-VI族之層或基於矽的層。其中該等層例如由充當III族組 分之鎵、銦、鋁、硼元素中的至少一個,以及充當V族組分之砷、磷、氮、銻元素中的至少一個構成。透過對層中的相應元素及其組成進行控制,能夠如前文所述調節相應層的帶隙,這例如對各層具不同帶隙的多接面太陽電池有利。此外視需要而定,該等層還含有摻雜劑。因此,該裝置適於沉積一層結構,其包含之層可具有彼此不同的電子特性及/或層厚。藉由本發明之裝置及本發明之方法,例如能夠基於III-V族化合物半導體低成本地製造高品質的多接面太陽電池,其效率較矽基太陽電池大幅提高,但由於高製造成本,迄今為止僅被應用在特殊應用領域(例如太空飛行)中。與迄今為止使用的反應器相比,藉由本發明之裝置能夠降低此類太陽電池之製造成本。特定言之,透過特殊的佈局亦能減小該裝置的空間需求,這有助於進一步降低成本。
可以一特殊的連續處理法實施該製程,其中在一輸送週期後,使得若干分別承載至少一基板13,較佳數個基板13的輸送模組12依次穿過該具有數個製程模組的裝置。此為一近似連續循環的製程,但其中亦將各基板或輸送模組12暫存在特殊的製程模組中,藉此,例如即便在製程模組中之製程所需時間不同的情況下,亦實現連續式處理。特別是需要實現排列處理,但其亦可視需要而定過渡至並行處理,下文將對此作進一步說明。
在所示實施方案中,輸送模組12分別承載數個基板13,此等輸送模組依次穿過多個相互緊鄰的製程模組1。透過該等製程模組之特殊佈局及連接,能夠在單個製程純淨度較高的情況下,實現較小之空間需求及較高之通過量,下文將對此作進一步說明。該方法及該裝置可適於降低特別是基於化合物半導體之電子或 光電子器件(例如多接面太陽電池或LED及其他電子器件)之單位成本。藉由該方法及該裝置,能夠使多個輸送模組12依次近似連續循環地穿過多個製程模組,並且同時在不同的製程模組1中處理位於輸送模組上的基板13。
圖1及圖2分別為一用於在基板13上沉積多個層的裝置的俯視圖,包含多個連續緊鄰佈置的製程模組1,其中圖1示出包含製程模組1.1至1.8的佈局,且圖2示出包含製程模組1.1至1.10的佈局。儘管在此使用「製程模組」概念,其表示在相應製程模組中進行處理進而使基板13改變,但需要指出的是,此種處理並非必需,在製程模組中亦可簡單地進行對基板的存放及輸送,而不對基板進行此種處理或使其改變。總體而言,所示製程模組皆大體氣密,但此外還容置在一氣密的裝置殼體5中,在該裝置殼體中可透過未繪示之構件以適當的方式產生負壓。藉此便能防止製程氣體逸出至環境,且亦實現整個裝置之相對大氣的純淨度。
在製程模組1.1至1.8或1.1至1.10中的每一個中分別發生一經專門定義的製程步驟,其亦可如前文所述包括簡單的存放或輸送。舉例而言,可在第一製程模組1.1中進行清潔,例如對基板13之電漿蝕刻。
在如圖1所示之示例性設計方案中,可在後續的製程模組中,例如在製程模組1.2、1.3、1.4、及1.6中沉積例如不同類型的層,特別是III-V族層或II-VI族層,以形成異質結構。其內發生沉積的製程模組亦稱作沉積模組,其具有為沉積設計的對應的製程室。其中各沉積模組(在此例如為1.2、1.3、1.4及1.6)之製程室分別適於沉積單獨一個既定的層,特別是由相互匹配之材料族(晶 格常數、熱膨脹等)構成的層,使得在基板13穿過該裝置時連續沉積不同的層。
在上述如圖1所示之示例性佈局中,製程模組1.5可用作移動模組,用以例如在製程模組1.2及1.3中之沉積製程後將輸送模組12容置,並且輸送至製程模組1.4或1.6來實施另一沉積製程。在製程模組1.4或1.6中之沉積製程後,移動模組1.5可重新容置輸送模組12並將其輸送至製程模組1.7,在該製程模組中可發生另一沉積製程或後處理,例如摻雜或回火。在製程模組1.8中亦可實施後處理。此種示例性製程序列及製程模組之佈局例如針對以下情形:在製程模組1.2及1.3中儘管(為不同的層)實施不同之沉積製程,但其所需時間大體相同,而製程模組1.4及1.6中之大體相同的沉積製程所需的時間則大幅增加。藉此例如便能在製程模組1.4及1.6中並行處理,以免製程模組1.2或1.3中之第一沉積製程因製程模組1.4及1.6中之較慢的沉積製程而受阻。本領域通常知識者可以理解的是,上述示例性製程序列以及製程模組之佈局僅為示例。
但作為替代方案,製程模組1.4及1.6例如亦可構建為儲存模組,在製程模組1.7及1.8中作進一步處理前,輸送模組12及位於其上之基板13便暫存在該儲存模組中。
該等製程模組皆透過對應的輸送通道4相連,其中的至少一部分,特別是位於相鄰沉積模組之間的輸送通道具有特殊設計方案,下文將對此作進一步說明。
但在發生沉積的沉積模組之間亦可佈置其他製程室,在此等製程室中實施回火製程或諸如此類。為例如在製造穿隧 二極體時實現界面之穩定化,以AsH3過壓、PH3過壓或NH3過壓進行V族層的回火製程或諸如此類。亦可在輸送模組12之輸送過程中將此種輔助氣體應用在輸送通道4中,或者應用在輸送模組或儲存模組中。特別是就高於450℃的溫度而言,在存在V族層的情況下,較佳使用V族之輔助氣體。
在輸送基板13穿過該裝置期間,沿輸送方向T進行輸送,該輸送方向為製程之流程方向。其中不僅輸送基板13穿過線性相繼的製程模組1.1、1.2、1.3、1.5、1.7及1.8(根據圖1),亦橫向於此進行輸送,如前文所述。
圖2示出製程模組之一替代性佈局,其中在此設有總共十個製程模組1.1至1.10,其中製程模組1.1、1.2、1.3、1.5、1.8及1.10係線性佈置,且製程模組1.4、1.6、1.7及1.9與線性佈置之製程模組1.5及1.8側向鄰接。此佈局亦實現側向製程模組1.4、1.6、1.7及1.9中之至少部分並行的製程的實施。因此,在圖2所示實施例中,製程模組1.4、1.6、1.7或1.9可為用於暫存輸送模組的保存模組。但製程模組1.4、1.6、1.7、1.9亦可為沉積模組或其他製程模組。模組1.5及1.8可為移動模組,其選擇性地將輸送模組12移入或送入製程模組1.4或1.6或者製程模組1.7或1.9,或者自此等製程模組接收輸送模組並進一步輸送。
橫向於輸送方向T佈置的製程模組1.4、1.7、1.6或1.9特別是亦可為儲存模組,在此等存儲模組中在適宜的溫度下將基板暫存在適宜的氛圍中,即可在高於450℃的溫度下以AsH3過壓或PH3過壓將基板暫存。在低於450℃的溫度下的暫存通常不需要存在V族氣體,而僅需要存在惰性氣體。視具體情況而定,可透 過AsH3、PH3或NH3之存在將沉積至基板13上之層的表面穩定化。
各製程模組1可具有結構彼此不同的製程室。圖4示例性示出製程模組1,其為用於將(特別是III族及V族的)層沉積至基板13上的沉積模組。如圖1及圖2所示製程模組那般,製程模組1位於裝置殼體5內,出於安全原因,但亦為實現高純淨度,該裝置殼體將整個裝置與大氣隔離,並且特別是能夠將裝置調節至負壓或過壓(至少相對製程模組),該過壓例如透過導入保護氣體(特別是惰性氣體)產生。在裝置殼體5中可設有一或數個維護開口7,用以觸及設於裝置殼體5中之製程模組1。
製程模組1由一較佳真空密封的殼體構成,該殼體包含可由鋼,特別是由不鏽鋼構成之壁部6。在內部,壁部6配設有裡襯14,其可為石英、石墨或經塗佈之石墨,其中該裡襯還可具有特別是由TaC或SiC構成之塗層。較佳選擇材料,使得其一方面實現足夠的穩定性,但相對所使用的氣體亦具備足夠的耐受性,並且不會將污物帶入製程。壁部6之裡襯14特別是具有避免附著在表面上且易於清潔的特性。
在製程模組1之上區域內設有一氣體分配器15,其由輸送管線19饋送氣體。氣體分配器15承載多個結構相同並且均勻設於一平面中之進氣機構8,其皆呈蓮蓬頭狀,即分別具有一排氣面,該排氣面具有多個排氣口20。但該氣體分配器亦可具有單獨一個大體平整的、包含多個排氣口20的排氣面。此等排氣部可以分別包含多個排氣部的功能組的形式佈置,其中該等組之相對彼此的佈局可與相對之基板載具在輸送模組12或另一容置單元上之佈局對應。其中較佳採用該等組之如下佈局:可將該等組皆設於基板 載具上方,且在該等組之間不設排氣部,或僅設有較小數目之排氣部。常見之用於沉積III族層的製程氣體例如為三甲基鎵、三甲基銦或三甲基鋁。且對於V族層而言為AsH3、PH3、NH3。V族組分較佳作為氫化物提供,而III族組分或是可作為鹵化物提供,或是可作為有機金屬組分提供。亦可使用GaCl化合物以及InCl化合物。與此相關的源可設於製程模組1外部或內部。透過排氣口20亦能將清洗氣體或沖洗氣體饋送入製程模組之製程室。可將蝕刻用氣體,如HCl、Cl2等用作清洗氣體。亦可使用透過電漿或其他方式產生之自由基來進行清潔。特別是可將惰性氣體,如氮氣或氬氣用作沖洗氣體。
沿垂直方向在氣體分配器15下方設有輸送裝置11,其用於沿輸送方向T穿過製程模組1對輸送模組12進行輸送。
在下區域內設有加熱裝置10,其可為鹵素燈。但該加熱裝置亦可具有RF線圈或其他構件,用以將能量傳入基板13,或傳遞至輸送模組12,進而再進一步傳遞至基板13。如此便能將基板13加熱至製程溫度或保持在製程溫度。該加熱裝置亦可具有用於加熱輸送模組12的雷射器。但亦可藉由雷射器直接加熱基板13。在至少部分間接透過輸送模組12加熱基板13的情況下,此輸送模組較佳實施為基座,基板13儘可能平面式地抵靠在該基座上。在直接加熱的情況下毋需此方案,僅藉由邊緣將基板支撐便已足夠。
在製程模組1之下區域內設有至少一抽吸裝置9,其構成一排氣部,輸送管線19所饋送的、流過製程室27的氣體透過該排氣部重新離開製程模組1。
圖3為製程模組1之底部區域,以及容置於製程模組1中並部分遮蓋該底部區域之輸送模組的俯視圖。箭頭T示出輸送模組12之穿過製程模組1的輸送方向或流程方向。
在圖1至圖3中,用2或2.1至2.10標示的線條表示裝料端口,其用於將輸送模組12送入製程模組1。線條3、3.1至3.10表示卸料端口,其用於將輸送模組12自製程模組1送出。在兩個相鄰端口2、3之間分別設有一輸送通道4,其可採用特殊設計方案,下文將對此作進一步說明。特定言之,在該等輸送通道中之至少數個中可產生一氣幕,其在將輸送模組12自一製程模組1輸送至相鄰製程模組1的過程中,防止反應氣體自一製程模組1進入相鄰製程模組1。
如圖1及圖2所示,在相鄰的製程模組1之間皆設有對應的輸送通道。此等輸送通道不必皆適於形成氣幕。至少位於相鄰沉積模組1.2與1.3之間之輸送通道為此種適於形成氣幕的輸送通道4。較佳地,在任何需要避免相鄰製程模組1之間之介質留存的位置設有適於形成氣幕的輸送通道。就儲存模組或後處理模組而言毋需此種輸送通道。
圖3中僅示意性示出的輸送模組12呈具矩形平面圖的托盤狀,且該輸送模組之沿輸送方向T測得的長度大於輸送通道4之長度,即大於一製程模組1之卸料端口3與相鄰製程模組1之裝料端口2的距離,故在為進行處理而例如透過真空滑閥29、30將端口封閉的情況下,為將輸送模組12自一製程模組1輸送至相鄰製程模組1,兩個端口2、3皆必須打開。但端口2、3亦可不僅在輸送模組12之輸送期間,亦在製程模組1中之沉積製程期間打 開。
裝料端口2可具有如圖7以符號29示出的真空滑閥。與此對應地,卸料端口3可具有如圖7以符號30表示的真空滑閥。但在其他輸送通道中亦可設有對應的真空滑閥。藉由裝料及卸料端口上之對應的真空滑閥29、30,能夠以真空密封的方式將製程模組1封閉。在圖7中,該等真空滑閥係設於輸送通道內,進而位於相應製程模組之製程室外,但此等真空滑閥亦可設於製程室內。
作為在裝料及卸料端口上分別設置一真空滑閥的替代方案,例如亦可將單獨一個真空滑閥居中設置在輸送通道4中。在第一製程模組之入口處及最後一個製程模組之出口處,在佈局中可設有附加的封閉元件,其特別是與對應的閘室組合。
圖3以符號16及17表示的抽吸口在製程模組1之底部中延伸。抽吸口16皆橫向於輸送方向T延伸,並且作為一或數個彼此分離之開口的線狀佈局平行於裝料端口2或卸料端口3延伸。該等橫向於輸送方向T延伸之抽吸口16靠近製程模組1之對應壁部延伸。特定言之,在該製程模組之製程室的相對末端上設有兩個抽吸口16,且其間距大於輸送模組12之沿輸送方向的長度。在製程模組1中之中心處理位置中容置有輸送模組的情況下,抽吸口16在輸送模組12之緣邊與裝料端口2或卸料端口3之間延伸。
另兩個相互間隔一定距離的抽吸口17平行於輸送方向T延伸,並且以與製程模組之側壁平行及相鄰的方式延伸。抽吸口17之間距大於輸送模組12之橫向於輸送方向的寬度。在製程模組中之中心處理位置中容置有輸送模組的情況下,抽吸口17同樣 在輸送模組12之邊緣與製程模組1之壁部6之間延伸。
抽吸口16、17係透過對應的管線與抽吸單元,例如與真空泵連接。抽吸口16與真空泵之間,或抽吸口17與真空泵之間之連接管線具有可封閉之滑閥。透過開啟或閉合該等滑閥,能夠個別或成組地將抽吸口16、17激活或去激活。
在圖3中,抽吸口16、17皆被作為長條形抽吸口示出。但此等抽吸口亦可由較小之抽吸口的組構成。作為直接設於底部中的替代方案,此等抽吸口亦可與底部相鄰,例如構建於製程模組1之側壁/端壁中。長條形抽吸口16、17或抽吸口之組的長度皆較佳大於輸送模組12之與此平行的長度。在此情形下,抽吸口之組的長度由外側開口定義。
與抽吸口16、17互補地,該製程模組(特別是沉積模組)之製程室可具有位於製程室之頂部中或與其相鄰的長條形惰性氣體輸入部,或惰性氣體輸入部之組。該等長條形惰性氣體輸入部或惰性氣體輸入部之組較佳在大體相同的位置中,並以與抽吸口16、17之距離大體相同的方式,在頂部中或與之相鄰延伸。因此,除抽吸裝置9以外,構建為沉積模組的示例性製程模組1具有位於圖3所示輸送模組12下方的其他可通斷的抽吸口16、17。沿輸送模組12之運動方向發生一抽吸,且垂直或平行於真空滑閥29、30發生一抽吸。在進行塗佈時,較佳將該二抽吸口16、17激活。在將輸送模組12自一製程模組1輸送至另一製程模組1時,較佳僅激活橫向於輸送方向T延伸的抽吸口16。但在相鄰之製程模組之間對輸送模組12進行輸送時,亦可僅將平行於輸送方向延伸的抽吸口17激活。
與此互補地,可為該等惰性氣體輸入部施加惰性氣體,從而選擇性地以與製程模組之製程室27之側面及端壁相鄰的方式產生惰性氣幕。
圖5及圖6示出基板用容置單元的一特殊設計方案,該容置單元亦可用作輸送模組,故亦用符號12表示。其中圖5為俯視圖,且圖6為容置單元12之沿圖5中之線VI-VI的局部剖視圖。容置單元12為一大體呈矩形的板件,包含多個(在本實施例中為九個)均勻佈置的基板載具21,其分別承載一或數個基板13。基板載具21皆至少部分被抽吸口18包圍,該等抽吸口穿過容置單元12延伸,進而以與基板載具21緊鄰的方式實現氣體之抽吸。為此,在該製程室中可設有未繪示之適宜的法蘭、抽吸管線或諸如此類,其可與抽吸口18相鄰,並且係可與抽吸單元(例如真空泵)連接。此等元件特別是可與抽吸裝置9連接,該抽吸裝置特別是適於自製程室27將製程氣體吸出。
基板載具21係以與氣體分配器15之進氣機構8或排氣口20之組對應的方式佈置,故基板載具21皆可佈置在進氣機構8或排氣口20之組的正下方。在所示實施例中,每個基板載具21分別對應四個抽吸口18,該等抽吸口將相應基板載具21部分包圍。在本實施例中,單個開口大體呈四分之一圓形,該等四分之一圓分別在一圓心與基板載具21之圓心重合的圓弧線上延伸。但亦可採用其他形狀。
容置單元12之如圖6所示的局部剖視圖示出基板載具21之一包含相鄰抽吸口18的分區。在抽吸口18上連接有抽吸管線23,其例如適於連接至真空泵。
如圖所示,基板載具21係容置在構建於容置單元12之頂側的凹槽中。在基板載具21下方,在容置單元12中構建有氣體輸送管線22。此氣體輸送管線係經分支,並且在朝向基板載具21之一側上形成兩個出口,該等出口係如此構建成使得被藉此導引至基板載具21之底側的氣流(特別是惰性氣流)能夠在凹槽中產生用於使基板載具21浮起的氣墊。該氣流導致基板載具21支承在氣墊24上。該等以供將氣流饋送入凹槽的出口可定向成使得自出口流出之氣流致使基板載具21以習知方式圍繞一豎軸旋轉。
如前文所述,容置單元12可用作輸送模組12,但其亦可較佳作為靜態容置單元設於沉積模組中。藉由使抽吸口18圍繞容置單元12之每個基板載具21的佈局,能夠總體上實現每個製程室27內的氣流最佳化,進而實現對多個基板的同時且均勻的塗佈。
根據一未繪示之變體方案,在沉積模組1內將層沉積至基板上期間,使輸送模組12運動。特別是沿輸送方向進行此運動。此種沉積法特別是用於沉積較厚的層。即便在採用此方法時,亦可使基板,特別是使承載基板的基板載具旋轉。其中可自輸送模組12之輸送運動以機械方式派生出旋轉運動,舉例而言,基板載具之齒系可嵌入對配齒系,使得該基板載具在沉積製程期間旋轉。
下面結合圖7及圖8對一適於形成氣幕的輸送通道4的一特殊設計方案進行詳細說明,該等附圖為輸送通道的不同橫截面圖。其中圖7為輸送通道4之沿輸送方向的橫截面圖,且圖8為橫向於輸送方向的橫截面圖。輸送通道4例如設於製程模組1.2之卸料端口3與製程模組1.3之裝料端口2之間,該等製程模組皆為 沉積模組,需要避免此等沉積模組之間的介質留存。但輸送通道4亦可設於製程模組1.1至1.8中之其他相鄰模組之間(圖1),或設於圖2所示製程模組1.1至1.10中的每兩個之間。特定言之,至少在相鄰的沉積模組之間設有此種輸送通道。
在一些實施例中,卸料端口3係可藉由真空滑閥30封閉。在一些實施例中,裝料端口2係可藉由真空滑閥29封閉。若該二真空滑閥29、30皆位於開啟位置中,則設於裝料端口2與卸料端口3之間的輸送通道4打開。輸送通道4之沿輸送方向T測得的長度小於輸送模組12之沿輸送方向T測得的長度。
在輸送通道4中構建有多個進氣部25以及多個排氣部26。進氣部25與排氣部26係構建在輸送通道4之相對的壁部中。進氣部25係可與供氣裝置,特別是與惰性氣體供應裝置連接,而排氣部26係可與抽吸單元,特別是與真空泵連接。因此,在進氣部25與排氣部26之間能夠以適當的方式產生氣幕。進氣部25與排氣部26皆可構建為單噴嘴或縫式噴嘴。
如圖7所示,數個(在此為三個)進氣部25或進氣部之組,以及數個(三個)排氣部26或排氣部之組以沿輸送方向T相互間隔一定距離的方式佈置。當然亦可採用更大或更小之數目。圖8示出進氣部25及排氣部26之橫向於輸送方向的佈局,其中進氣部25與排氣部26具有規則的間距。透過進氣部25之特殊佈局以及排氣部26,能夠大體在輸送通道4之整個橫截面範圍內構建橫向於輸送方向T的均勻氣流,其一方面形成氣幕,但另一方面亦形成防止反應氣體自一製程模組1換入另一製程模組1的氣體擴散障壁。該氣幕特別是可由一惰性氣體構成,但亦可由前述輔助氣體中之一構 成。該氣幕較佳沿輸送方向T具有某一長度,使得反應氣體之明顯擴展僅進入氣幕,但不穿過氣幕。氣幕之相關特性一方面取決於總壓力、溫度及氣體組成,但亦取決於流速以及輸送通道4之橫截面及縱截面的尺寸。選擇此等參數,以防製程氣體進入其他製程模組1。
在圖8所示實施例中,該產生氣幕之氣流係沿垂直方向。該氣流可自上而下或自下而上定向。
圖9示出一替代性的較佳實施例,其中該產生氣幕之氣流係沿水平方向。該氣流可自左向右或自右向左定向。在輸送模組12係為在水平位置中穿過輸送通道4的托盤的情況下,較佳採用此佈局。透過所產生之氣幕的水平定向,即便在透過輸送通道4對輸送模組12進行輸送期間亦能維持該定向。但亦可在輸送通道中採用水平流與垂直流的混合形式。例如可自下方及上方將氣流垂直導入,並側向(即沿水平方向)吸出。
藉由圖中繪示的及文中描述的MOCVD連續式處理設備,即便在AsH3或PH3過壓下,亦能在高溫下在腔室之間輸送基板。在此情形下,除諸如N2之惰性氣體、H2或稀有氣體以外,亦可將AsH3或PH3饋送入兩個相鄰之製程模組。在此等前提條件下,PH3或AsH3亦為適合用於氣幕的氣體。
各製程模組1以及特別是該等相繼佈置的沉積模組可分別以恆定的工作溫度工作,其中該工作溫度與將各層沉積至基板上的製程的製程溫度相當。在各製程模組1之間切換輸送模組12時,製程模組1之工作溫度較佳不降低或發生其他變化。輸送模組12較佳具有儘可能小之熱質量,以便儘可能迅速地實施相鄰製程模 組中之不同溫度之間的匹配。
在該等製程期間,在各製程模組中分別存在針對相應製程最佳化的壓力條件,不同模組中的壓力條件可能有顯著區別。但為在相鄰之製程模組之間對輸送模組進行輸送,較佳使相鄰之製程模組1的內壓達到同一水平,以避免氣體之透過輸送通道4自一製程模組1至另一製程模組的通流。
根據一變體方案,該等相鄰製程模組中之壓力相同,但與輸送通道4內之壓力不同,故或是發生透過裝料端口2或卸料端口3進入製程模組1的流動,或是發生自製程模組1進入輸送通道4的流動。
製程模組1可藉由滑閥29、30相互隔絕,以及與外界隔絕。輸送通道4亦可與外部環境隔絕,使得即便在低氣壓下亦能將輸送模組12自一製程模組1換至鄰接的製程模組1,但亦可在過壓下進行此操作。
可相互獨立地對各製程模組1之製程室27進行清潔,並且例如可在既定數目之連續製程後實施清潔。可透過導入HCl或類似的具蝕刻作用的氣體來進行清潔。但亦可採用一清潔模組,其中可類似於該輸送模組,以連續穿過該等製程模組的方式輸送該清潔模組。
前文對具體實施方案進行了描述,現對本申請及本發明進行一般性闡述。首先提出,沿與流程方向對應的輸送方向相繼設有多個製程模組。該等製程模組較佳設於氣密的殼體內。該等製程模組中之數個為沉積模組。其他製程模組可具有其他用途,例如可在該等製程模組中實施對基板的預處理,例如清潔,特別是電漿 清潔。亦可設有僅用於支承或移動基板的製程模組。
在該等沉積模組中,較佳僅分別將一特定的層沉積至基板上,其中每次皆為一個具有相同層組成及層厚的層。為此,該等沉積模組分別具有至少一用於將製程氣體導入製程室的進氣機構,以及一用於將製程氣體自該製程室吸出的抽吸裝置。
為對特別是抵靠在輸送模組上的基板進行加熱,可設有加熱裝置。該加熱裝置可為IR加熱裝置或RF加熱裝置,其用於將基板加熱至製程溫度。亦可藉由雷射器對該等基板進行加熱。其中為基板所抵靠於的基座施加具適宜波長的雷射束。但亦可直接為基板施加具適宜波長的雷射束,以使基板達到製程溫度。可藉由經擴束的雷射束進行此操作。但亦可藉由雷射束逐行經過基板。
此外,在該製程模組內設有輸送裝置,其用於將該等承載一或數個基板的輸送模組沿輸送方向穿過製程模組輸送。該輸送裝置可具有輸送滾輪、輸送輥或輸送鏈,其用於將輸送模組沿水平方向送入製程模組,以及將輸送模組沿水平方向重新自製程模組送出。但該輸送方向亦可為垂直方向,從而可使該輸送模組向上或向下位移。特別是在配備儲存模組的輸送模組中採用此種垂直位移。但作為輸送滾輪的替代方案,亦可設有其他用於對輸送模組進行輸送的構件,特別是用於例如藉由氣墊或磁場進行非接觸式輸送的構件。
至少該等沉積模組較佳具有可氣密或壓力密封封閉的裝料端口,以及可氣密、壓力密封或真空密封封閉的卸料端口。該裝料端口特別是就輸送方向而言與該卸料端口相對佈置,使得能直線穿過沉積模組輸送。但裝料端口與卸料端口亦可不相對,而是 設於沉積模組之互成90°或另一角度的壁部上。透過該裝料端口將輸送模組送入沉積模組。透過該卸料端口將輸送模組重新自沉積模組送出。
至少數個卸料端口係與相鄰製程模組之裝料端口功能對應,使得自製程模組之卸料端口送出的輸送模組能夠穿過設於該等端口間之輸送通道透過相鄰製程模組之裝料端口被送入製程模組之製程室。該等製程模組較佳為藉由一輸送通道相連的緊鄰的製程模組,其中該輸送通道自一製程模組之裝料端口延伸至另一製程模組之卸料端口。該輸送通道之沿輸送方向測得的長度較佳小於該輸送模組之沿輸送方向的長度。
根據本發明之一態樣,在該輸送通道內產生氣幕,特別是惰性氣幕。在此係有關於諸如惰性氣體(例如稀有氣體或氮氣)之氣體的橫向於輸送通道延伸方向(即輸送方向)的氣流。該惰性氣幕之流向較佳沿水平方向。但該惰性氣幕亦可自下而上或自上而下流動,或者以混合形式流動。
為產生該氣幕,在該輸送通道之一側上設有進氣嘴,在相對的一側上設有抽吸嘴。透過該等進氣嘴將氣流送入輸送通道,其中該等進氣嘴及與之相對的抽吸嘴較佳佈置成使得在輸送通道之整個橫截面範圍內實現均勻的氣流。該等抽吸嘴及該等進氣嘴亦可沿流程方向,即沿輸送方向相繼佈置。亦可採用逐行或矩陣狀佈局,從而實現橫向於輸送方向或流程方向的體積流量。較佳調節惰性氣體輸入以及連接至抽吸嘴之泵的抽吸功率,使得產生一防止製程氣體自一製程模組直接進入另一製程模組的氣幕,其中在輸送模組之輸送過程中,兩個端口,即一製程模組之卸料端口與鄰接之 另一製程模組之裝料端口同時打開。
特定言之,在該等輸送模組之輸送期間,鄰接之製程模組內以及輸送通道內之內壓大體相同。但該輸送通道內之內壓亦可略大於或略小於該等製程模組內之內壓,使得氣體穿過裝料端口或卸料端口流動。但設於氣幕兩側之兩個製程模組內的內壓應儘可能相同,以避免橫向流。
在該製程模組內設有製程室。在用於封閉裝料端口或卸料端口的真空滑閥處於閉合狀態的情況下,可對該製程室進行抽真空。在一輸送模組上可設有數個基板載具。較佳地,既就位置亦就功能而言,每個基板載具分別與一進氣機構對應,該進氣機構特別是採用蓮蓬頭或統一蓮蓬頭之進氣部之組的形式。數個結構相同的、特別是在製程室內均勻設於一水平平面中的進氣機構可分別透過輸送模組之相應定位佈置在基板載具上方,其中該基板載具係固定或可動地與該輸送模組對應。特定言之,該等基板載具呈圓盤形並被旋轉驅動。可使用氣墊來進行旋轉驅動。為此可在基板載具下方饋送惰性氣體。
該製程室可具有數個抽吸口。特定言之,既平行於流程方向或輸送方向,亦橫向於輸送方向設有直線延伸的抽吸口。該等亦可劃分成區域的抽吸口的長度較佳至少等於輸送模組的長度。該輸送模組例如可具有矩形平面圖。在此情形下,該等抽吸口平行於輸送模組之矩形側邊延伸,其中在輸送模組相應定位的情況下,平行於輸送方向延伸之抽吸口佈置在輸送模組之縱緣與製程模組之縱壁之間。而在輸送模組相應定位的情況下,橫向於輸送方向延伸之抽吸口則佈置在輸送模組之沿輸送方向的前或後緣邊與製 程模組之具有裝料端口或卸料端口的壁部之間。該等抽吸口特別是緊鄰相應壁部,並且可與對應的氣體輸送管線共同起作用,從而以與壁部相鄰的方式產生氣幕。
該製程模組之壁部可配設有裡襯,其可為石英或另一適宜的材料。亦可將石墨以及特別是經塗佈之石墨用作裡襯。本發明之裝置可具有多個,例如三、四、五或六個相繼佈置的製程模組,其中沿輸送方向的第一製程模組以及沿輸送方向的最後一個製程模組不為沉積模組。該輸送模組係可在沿輸送方向之第一製程模組與沿輸送方向之最後一個製程模組之間相對自由地運動,該等製程模組可透過相應的輸送通道連接,而在該等末端製程模組上可分別設有一輸入或輸出閘。
可沿輸送方向直接相繼設有數個,例如三或四個沉積模組。該等沉積模組或製程模組可直線相繼佈置。根據本發明之態樣,亦可設有可橫向於輸送方向移動之製程模組,特別是沉積模組。可選擇性地將此等可移動之製程模組推入分別位於兩個相鄰製程模組間的輸送線路,或透過將其推向另一製程模組來進行交換。特定言之,當在生產線中以連續處理法不僅生產一種類型的太陽電池或LED(其中在每個製程模組中總是實施相同的製程步驟),而是生產不同類型的、在一或數個層中有區別的太陽電池或LED時,較佳採用上述方案。藉由不同的沉積模組來沉積各不同的層。
此外,本發明之一態樣係有關於一種特殊的容置單元,其可靜態應用在沉積裝置中,抑或作為輸送模組應用在前述裝置中。該容置單元具有一或數個用於分別支承至少一基板的基板載具。該基板載具具有一輪廓線。該輪廓線在此可為多邊形線。該輪 廓線較佳為圓弧線。一抽吸口圍繞此輪廓線延伸,該抽吸口亦可劃分成數個單個開口。該抽吸口延伸時的輪廓線較佳遵循該基板載具之輪廓線。若基板載具例如具有圓形輪廓線,則抽吸口或抽吸口之單個開口位於圍繞該基板載具的圓弧線上,其中該圓弧線與該輪廓線可具有相同的圓心。在該輸送模組上設有數個結構相同的基板載具。該等基板載具較佳均勻地設於該輸送模組之水平面上,並被旋轉驅動。該等抽吸口可與抽吸單元對應,該等抽吸單元位於容置單元下方並佈置成使得該容置單元之溫度或溫度控制不產生(明顯)影響。該等抽吸單元可針對所有抽吸口統一設計,或分別針對各抽吸口或抽吸口之組。
該製程模組以及特別是該沉積模組可具有感測器,用以透過原位量測測定基板、沉積於基板上之層或氣相的物理或化學特性。亦設有用於測定氣相、輸送模組或基板表面之溫度,並將其進一步傳輸至製程控制器的感測器。該等感測器例如可為高溫計。光學感測器可穿過進氣機構之開口起作用。
此外,本發明之一態樣係有關於一種以連續處理法在基板上連續沉積多個層,特別是構成化合物半導體的層的方法,用以製造電子或光電子器件,例如多接面太陽電池或LED及其他電子器件。在實施該方法時,較佳使用前述裝置以及前述輸送模組。重要之處在於,在自一製程模組換入一緊鄰的製程模組時,對承載有基板的輸送模組的輸送穿過一氣幕,從而防止製程氣體自一製程模組進入相鄰製程模組。至少部分藉由向該二製程模組開放的輸送通道進行輸送,而不使該等相鄰之製程模組中的製程溫度發生變化,特別是降低。若在製程模組中實施負壓法,則僅對製程模組內 之內壓進行匹配,使得在輸送過程中不產生沿輸送方向或與輸送方向相反的、穿過輸送通道的流動。
該等在製程模組內平行於壁部延伸的長條形抽吸口可單獨激活。在激活時,例如為相應的抽吸口施加一由真空泵產生的負壓。舉例而言,僅當在製程模組中發生加工製程,例如在沉積模組中發生沉積製程時,方透過全部四個長條形抽吸口進行抽吸。較佳僅在將層沉積在基板上的情況下,方透過平行於輸送方向延伸之抽吸口進行抽吸。但在輸送切換時,亦透過垂直於輸送方向延伸之抽吸口進行抽吸。
在該方法中,較佳在一沉積模組中分別沉積僅一個層,或僅一個由少量層構成之層序列。特定言之,在每個製程模組中總是實施同一製程步驟。故在此係有關於一種近似連續循環的製程。此外,在每個製程模組中將製程溫度保持在恆定水平,亦即,在切換製程模組時製程溫度不明顯變化。在各沉積模組中,該等製程溫度可落在介於600與1100℃,特別是700與1000℃之間的範圍內。可在輸送模組靜止的情況下將層沉積。但為沉積特別是較厚的層,亦可採用以下方案:相應製程模組為實際的連續處理模組,其中在層生長期間對輸送模組進行輸送,並可同時容置數個輸送模組。藉此在輸送模組運動期間實施層生長。作為替代方案,對於此類較厚之層抑或較緩慢之沉積製程而言,可在不同但結構相同的製程模組中進行至少部分並行的處理。藉此便能防止近似連續循環之製程的不必要的減緩(週期由最慢的製程給定,故較快之製程受阻)。
根據一較佳設計方案,沿輸送方向相繼設有多個製程模組。但亦可設有橫向於輸送方向佈置在另一製程模組旁的製程模 組,可透過對應的輸送通道將輸送模組送入此等製程模組。此外設有用於實施基板表面清潔(例如電漿清潔)的製程模組,其中將原生氧化物或表面殘餘移除。特別是在使用H2、Ar、He或O2氣體的情況下,可透過電漿陣列以習知方式實現此清潔。亦可以適當的方式將該等氣體混合,以實現期望的物理-化學清潔。此種製程室較佳沿輸送方向設於沉積模組上游,使得經清潔之基板乃至塗層保持其完美表面。
前文及申請專利範圍中揭露的所有特徵(作為單項特徵或特徵組合)皆為發明本質所在。本申請之揭露內容亦包含相關/所附優先權檔案(在先申請副本)、DE 10 2016 110 788所揭露之全部內容,該等檔案所述特徵亦一併納入本申請之申請專利範圍。附屬項以其特徵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。此外,此等申請案亦揭露裝置及方法,其中可將一附屬項之單項特徵與另一附屬項之任意單項特徵組合。
1.1‧‧‧製程模組
1.2‧‧‧製程模組
1.3‧‧‧製程模組
1.4‧‧‧製程模組
1.5‧‧‧製程模組
1.6‧‧‧製程模組
1.7‧‧‧製程模組
1.8‧‧‧製程模組
2.1‧‧‧裝料端口
2.2‧‧‧裝料端口
2.3‧‧‧裝料端口
2.5‧‧‧裝料端口
2.7‧‧‧裝料端口
2.8‧‧‧裝料端口
3.1‧‧‧卸料端口
3.2‧‧‧卸料端口
3.3‧‧‧卸料端口
3.5‧‧‧卸料端口
3.7‧‧‧卸料端口
3.8‧‧‧卸料端口
4‧‧‧輸送通道,流道
5‧‧‧裝置殼體
T‧‧‧流程方向

Claims (41)

  1. 一種用於將多個層,特別是構成化合物半導體的層連續沉積在基板(13)上,特別是矽基板上來製造電子或光電子器件的裝置,其中該裝置具有以下組件:多個設於一共用的氣密殼體(5)內的模組(1),其中該等模組(1)中之至少兩個為分別包含一製程室(27)的沉積模組,其中該等沉積模組中之至少兩個係彼此相鄰佈置並且適於沉積不同的層,且其中每個沉積模組之製程室具有至少一製程氣體進入單元(8)、至少一抽吸單元(9)、一裝料口(2)及一卸料口(3);至少一容置單元(12),其適於容置一或數個基板;一輸送單元(11),其用於在輸送方向(T)上沿一輸送路徑輸送該至少一容置單元(12)至少穿過該等沉積模組;至少一輸送通道(28),其將一沉積模組之卸料口(3)與相鄰沉積模組之裝料口(2)連接,其中該輸送通道(28)適於貫穿輸送該容置單元(12)且其長度小於容置單元(12)之沿輸送方向(T)的長度;以及一進氣單元,包含至少一用於將特別是為惰性氣體的氣體導入該輸送通道(28)的進氣部(25),以及一抽吸單元,包含至少一用於自該輸送通道(28)抽吸氣體的排氣部(26),其中在輸送通道(28)之一沿輸送方向延伸的壁部中構建有至少一進氣部(25),並且在輸送通道(28)之一相對壁部中構建有至少一排氣部(26),以便在其間形成一橫向於輸送方向的氣幕。
  2. 如請求項1之裝置,其中,在該輸送通道(28)之水平相對的兩側上設有至少一進氣部(25)以及至少一排氣部(26),以便在其間形成一水平的氣幕。
  3. 如請求項1之裝置,其中,設有多個沿輸送方向間隔一定距離的進氣部(25),以及多個沿輸送方向間隔一定距離的排氣部(26)。
  4. 如請求項1之裝置,其中,該裝置還具有至少一可控元件,其用於將該等沉積模組之間透過輸送通道(28)建立的連接以壓力密封的方式封閉。
  5. 如請求項4之裝置,其中,該裝置具有至少一用於將一沉積模組之與輸送通道(28)連接的卸料口壓力密封封閉的可控元件,以及至少一用於將相鄰沉積模組之與輸送通道(28)連接的裝料口壓力密封封閉的可控元件。
  6. 如請求項4之裝置,其中,該至少一元件為滑閥(29、30)。
  7. 如請求項1之裝置,其中,該至少一容置單元(12)係構建為托盤,並具有多個基板載具(21)。
  8. 如請求項7之裝置,其中,該托盤具有多個抽吸口(18),其中每個基板載具(21)對應至少一抽吸口(18),特別是對應一組將相應基板載具(21)至少部分包圍的抽吸口(18)。
  9. 如請求項1之裝置,其中,該製程氣體進入單元(8)具有至少一氣體分配器,其在該製程室中設於容置單元用輸送路徑上方並具有多個朝下的排氣部。
  10. 如請求項8之裝置,其中,該等排氣部係以分別包含多個排氣部之功能組的形式佈置,其中該等組之相對彼此的佈局與基板載具(21)在托盤上之佈局對應。
  11. 如請求項1之裝置,其中,至少一沉積模組之製程室(27)具有位於該製程室(27)之底部中或與其相鄰的至少兩個長條形抽吸口(16)或兩組抽吸口,該等抽吸口橫向於輸送方向(T)延伸,且其沿輸 送方向(T)的間距大於該容置單元(12)之沿輸送方向(T)的長度,且其橫向於輸送方向(T)的長度大於等於該容置單元(12)之橫向於輸送方向(T)測得的寬度。
  12. 如請求項11之裝置,其中,該至少一沉積模組之製程室(27)具有位於該製程室(27)之頂部中或與其相鄰的至少兩個長條形惰性氣體輸入部或兩組惰性氣體輸入部,該等惰性氣體輸入部橫向於輸送方向(T)延伸,且其沿輸送方向(T)的間距大於該容置單元(12)之沿輸送方向(T)的長度,且其橫向於輸送方向(T)的長度大於等於該容置單元(12)之橫向於輸送方向(T)測得的寬度。
  13. 如請求項1之裝置,其中,至少一沉積模組之製程室(27)具有位於該製程室(27)之底部中或與其相鄰的至少兩個長條形抽吸口(17)或兩組抽吸口,該等抽吸口沿輸送方向(T)延伸,且其間距大於該容置單元(12)之橫向於輸送方向(T)的寬度,且其橫向於輸送方向(T)的長度大於等於該容置單元(12)之沿輸送方向(T)的長度。
  14. 如請求項13之裝置,其中,該至少一沉積模組之製程室(27)具有位於該製程室(27)之頂部中或與其相鄰的至少兩個長條形惰性氣體輸入部或兩組惰性氣體輸入部,該等惰性氣體輸入部沿輸送方向(T)延伸,且其間距大於該容置單元(12)之橫向於輸送方向(T)的寬度,且其橫向於輸送方向(T)的長度大於等於該容置單元(12)之沿輸送方向(T)的長度。
  15. 如請求項11之裝置,其中,該等長條形抽吸口(16、17)及/或抽吸口之組及/或該等長條形惰性氣體輸入部及/或惰性氣體輸入部之組皆大體平行於該製程室(27)之側壁延伸。
  16. 如請求項15之裝置,其中,該等長條形抽吸口(16、17)及/ 或抽吸口之組及/或該等長條形惰性氣體輸入部及/或惰性氣體輸入部之組與該製程室(27)之側壁的距離至少為製程室(27)中所採用之製程氣體的擴散長度的10倍。
  17. 如請求項1之裝置,其中,至少一沉積模組之製程室(27)配設有特別是由石英、石墨或經塗佈之石墨構成的裡襯(14)。
  18. 如請求項1之裝置,其中,設有超過兩個沉積模組,其透過對應的輸送通道與相鄰模組相連。
  19. 如請求項1之裝置,其中,在一連續的排中設有多個模組,以實現對基板的連續式排列處理,且其中該裝置具有至少一模組,其適於自一成排佈置之模組接收一容置單元並將其送入一位於該排佈局外之模組,及/或自一位於該排佈局外之模組接收一容置單元並將其送入一成排佈置之模組。
  20. 如請求項19之裝置,其中,該裝置具有至少兩個位於該排佈局外之模組,其適於實施同一製程,並且實現對基板的至少時間重疊的並行處理。
  21. 一種於沉積裝置中使用的容置單元,在其內提供用於沉積在多個基板上的氣體,其中該容置單元具有一或數個用於分別容置一基板(13)的基板載具(21),其中在該容置單元中以與每個基板載具(21)相鄰的方式構建有至少一抽吸口(18)。
  22. 如請求項21之容置單元,其中,該等至少一抽吸口(18)至少部分將該基板載具包圍。
  23. 如請求項21之容置單元,其中,每個基板載具(21)對應多個抽吸口(18),其至少部分將該基板載具包圍。
  24. 如請求項21之容置單元,其中,相對該基板載具(21),該至 少一抽吸口或多個抽吸口(18)大體等距地圍繞基板載具(21)佈置。
  25. 如請求項21之容置單元,其中,該容置單元具有一容置托盤,其具有用於容置該等基板載具(21)的個性化容置口,以及實現基板載具(21)在容置口內之旋轉的結構。
  26. 如請求項25之容置單元,其中,位於該托盤中之結構特別是可具有流嘴,其在被氣體穿過的情況下引起該等基板載具(21)之浮起及旋轉。
  27. 一種將層,特別是構成化合物半導體的層連續沉積在基板(13)上,特別是矽基板上來製造電子或光電子器件的方法,其中該方法具有以下步驟:在第一沉積模組之製程室中,在至少一基板上用第一製程氣體沉積第一層;將該至少一基板自該第一沉積模組之製程室穿過一輸送通道送入第二沉積模組之製程室,該輸送通道將該等製程室連接;在透過該輸送通道輸送該至少一基板期間,在輸送通道(28)中產生一惰性氣流,其中在至少一位於輸送通道(28)之一沿輸送方向延伸的壁部中的進氣部(25)與至少一位於輸送通道(28)之一相對壁部中的排氣部(26)之間形成該惰性氣流,從而形成一橫向於輸送方向的氣幕;在該第二沉積模組之製程室中,在該至少一基板上用不同於該第一製程氣體之第二製程氣體沉積第二層。
  28. 如請求項27之方法,其中,在該輸送通道(28)之水平相對的兩側上設有至少一進氣部(25)以及至少一排氣部(26),從而在其間形成一水平的氣幕。
  29. 如請求項27之方法,其中,調節該輸送通道(28)中之惰性氣流的流速及質量流量,使得在透過輸送通道(28)輸送該至少一基板時,防止製程氣體自該等製程室其中一個進入另一個。
  30. 如請求項27之方法,其中,在相應的沉積操作期間,該等製程室之連接透過一可控元件以壓力密封的方式封閉,該元件針對輸送打開。
  31. 如請求項27之方法,其中,在相應的沉積操作期間,該二製程室與該輸送通道的連接透過相應的可控元件以壓力密封的方式封閉,該元件針對輸送打開。
  32. 如請求項27之方法,其中,在打開該可控元件前,將相應製程室中之製程氣體吸出,並用惰性氣體沖洗該製程室。
  33. 如請求項27之方法,其中,在該第一及第二製程模組之相應製程室中在不同的壓力下進行沉積操作,且其中在輸送前對該等製程室中之壓力進行匹配。
  34. 如請求項27之方法,其中,在透過該輸送通道(28)輸送該至少一基板期間,該輸送通道中之壓力大體等於或高於相鄰製程室中之壓力。
  35. 如請求項27之方法,其中,多個基板在沉積操作及輸送期間容置於請求項22至29中任一項之一容置單元上,且其中自上而下地將該製程氣體導向該容置單元及容置於其上之基板,並且至少部分地透過該容置單元中之抽吸口(18)將製程氣體吸出。
  36. 如請求項27之方法,其中,在沉積該第一層前在一模組中對該至少一基板進行預處理,以及/或者,在沉積該第二層後在另一模組中作進一步處理,其中該等模組係容置在一共用的氣密殼體中, 且該等模組係透過相應輸送通道連接。
  37. 如請求項36之方法,其中,以循環的連續處理法,在該等模組中之每個中分別僅實施同一加工製程,並且在沉積模組內分別僅沉積一個層或層序列。
  38. 如請求項27之方法,其中,將該等模組內以及特別是沉積模組內之溫度保持在大體恆定的水平。
  39. 如請求項27之方法,其中,至少在沉積操作期間,在該等製程室中之至少一個中,透過在製程室中朝向彼此之惰性氣體輸入部與抽吸口之間的惰性氣體導引,以與製程室之側壁相鄰的方式產生惰性氣幕。
  40. 如請求項39之方法,其中,即便在自該第一沉積模組之製程室輸送至該第二沉積模組之製程室期間,亦至少維持該橫向於至少一基板之輸送方向延伸的惰性氣幕,且使得該至少一基板橫穿該氣幕。
  41. 如請求項27之方法,其中,在請求項1至22中任一項之裝置中實施該方法。
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