TW202103814A - 批次型基底處理裝置以及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種批次型基底處理裝置。所述基底處理裝置包括：垂直反應管，具有用於接納其中多級地堆疊有基底的基底舟的內部空間；沈積氣體供應單元，被配置成在所述反應管之內供應沈積氣體；加熱器，設置於所述反應管之外以在所述反應管之內提供熱能；以及黏附層，塗佈於所述反應管的內壁上，且因過量沈積氣體所致的沈積副產物層附著至所述黏附層。

Description

批次型基底處理裝置以及其操作方法
本發明是有關於一種批次型基底處理裝置以及其操作方法，且更具體而言，是有關於一種可增長反應管的原位清潔循環的批次型基底處理裝置以及其操作方法。
當在批次型基底處理裝置中於多級（multi-stage）晶圓上沈積薄膜時，會不僅在基底上而且在垂直反應管的被暴露於沈積氣體的內壁上形成薄膜副產物層。薄膜以某一厚度在基底上僅沈積一次，但每當裝載新的基底時，副產物層累積並黏附（或沈積）至反應管的內壁。如此一來，附著至反應管內壁的副產物層被暴露於連續的熱變化，且因熱應力，會在副產物層中出現裂紋及/或分層，使得副產物層中的小顆粒自反應管的內壁脫落。當副產物層的小顆粒落於基底上時，此可成為顆粒並使包括薄膜的產品的性質及/或良率降級。
具體而言，在由石英製成的典型反應管中，當反應管用作佈線金屬層或積體電路（integrated circuit，IC）中的擴散障壁或者在基礎金屬與金屬之間沈積用作黏合層的氮化物（例如，TiN、TaN等）薄膜時，此變得更成問題。在此種情形中，例如金屬或氮化物等的異質副產物層黏附至由氧化物石英（SiO2 ）製成的反應管的內壁表面，且異質副產物層會輕易地剝離，或者會產生裂紋。
[先進技術文獻]
[專利文件]
韓國專利第10-0805781號
本發明提供一種能夠增長反應管的原位清潔循環的批次型基底處理裝置以及其操作方法，所述原位清潔循環移除附著至反應管內壁的沈積副產物層。
根據示例性實施例，一種批次型基底處理裝置包括：垂直反應管，具有用於接納上面多級地堆疊有基底的基底舟（substrate boat）的內部空間；沈積氣體供應單元，被配置成在所述反應管之內供應沈積氣體；加熱器，設置於所述反應管之外以在所述反應管之內提供熱能；以及黏附層，塗佈於所述反應管的內壁上，且因過量沈積氣體所致的沈積副產物層附著至所述黏附層。
所述黏附層可具有介於所述反應管的熱膨脹係數與所述沈積副產物層的熱膨脹係數之間的熱膨脹係數。
所述黏附層的所述熱膨脹係數與所述沈積副產物層的所述熱膨脹係數之差可小於所述黏附層的所述熱膨脹係數與所述反應管的所述熱膨脹係數之差。
所述黏附層可具有低於所述沈積副產物層的彈性模數。
所述反應管可由石英製成，其中所述沈積副產物層可為氮化物層，其中所述黏附層可包括：氧化物層，與所述反應管接觸地形成；以及氮氧化物層，形成於所述氧化物層上，以為所述沈積副產物層提供附著表面。
所述黏附層的所述氧化物層及所述氮氧化物層可包含相同的金屬元素。
所述沈積副產物層可包含過渡金屬元素，且其中所述黏附層可包含後過渡金屬元素。
所述基底處理裝置可更包括清潔氣體供應單元，所述清潔氣體供應單元被配置成供應用於移除所述沈積副產物層的清潔氣體，且其中所述黏附層可較所述反應管對所述清潔氣體具有更高的耐腐蝕性。
所述黏附層可具有0.1微米（μm）至100微米的厚度。
根據另一示例性實施例，一種批次型基底處理裝置的操作方法可包括：準備在內壁上塗佈有黏附層的垂直反應管；藉由向所述反應管的內部空間供應沈積氣體，對多級地裝載於基底舟上的基底執行沈積製程；使因過量沈積氣體所致的沈積副產物層附著至所述黏附層；檢查所述沈積副產物層的附著厚度；以及當所述沈積副產物層的所量測的所述附著厚度大於或等於預設定厚度時，移除所述沈積副產物層。
所述反應管可由石英製成，其中所述沈積副產物層可為氮化物層，其中所述準備所述反應管可包括：所述反應管的內壁上形成氧化物層；以及在所述氧化物層上形成氮氧化物層。
所述黏附層的厚度可為0.1微米至100微米，且其中當所述沈積副產物層的所述附著厚度為303奈米（nm）或更大時，可執行所述移除所述沈積副產物層。
所述方法可更包括向所述反應管的內部提供熱能，且其中所述黏附層可具有介於所述反應管的熱膨脹係數與所述沈積副產物層的熱膨脹係數之間的熱膨脹係數。
所述黏附層可具有低於所述沈積副產物層的彈性模數。
所述移除所述沈積副產物層可包括供應用於移除所述沈積副產物層的清潔氣體，且其中所述黏附層可較所述反應管對所述清潔氣體具有更高的耐腐蝕性。
在下文中，將參照附圖詳細闡述本發明的實施例。然而，本發明可以不同的形式實施，而不應被解釋為僅限於本文所述的實施例，且更確切而言，提供該些實施例是為了使得本發明將透徹及完整起見，且將向熟習此項技術者全面傳達本發明的範圍。在本說明中，相同的組件由相同的參考編號標示，且圖式在尺寸上被部分放大以準確地闡述本發明的實施例，並且在圖式中，相同的參考編號指代相同的元件。
圖1是示出根據本發明實施例的批次型基底處理裝置的剖視圖。
參照圖1，根據本發明實施例的批次型基底處理裝置100可包括：垂直反應管110，具有用於接納上面多級地堆疊有基底10的基底舟115的內部空間；沈積氣體供應單元120，用於在反應管110之內供應沈積氣體；加熱器130，設置於反應管110之外以在反應管110之內提供熱能；以及黏附層140，塗佈於反應管110的內壁上，因過量沈積氣體，沈積副產物層15附著至黏附層140。
反應管110可具有容置上面多級地堆疊有基底10的基底舟115的內部空間，且可被形成為垂直類型。此處，基底舟115可多級地（或垂直地）堆疊，以便以批次類型對基底10執行沈積製程。並且，基底舟115可容置於反應管110的內部空間（或製程空間）中以對基底10進行沈積製程。在對基底10進行沈積製程期間，可將基底舟115容置於反應管110的內部空間中，且可在裝載於基底舟115上的基底10上沈積薄膜。此時，反應管110可由單個管製成，或者可由多個管製成，且若可容置基底舟115以提供可在其中對基底10執行沈積製程的製程空間就足夠了。例如，反應管110可由外管及內管構成，且在此種情形中，黏附層140可塗佈於內管的內壁上。
沈積氣體供應單元120可在反應管110之內供應沈積氣體。此處，沈積氣體供應單元120可包括沈積氣體噴嘴121、沈積氣體供應管道122及沈積氣體供應源（圖中未示出）。沈積氣體噴嘴121可插入至反應管110中，且可沿著反應管110的內圓周表面垂直延伸，並且可被配置成自朝向內部形成的多個氣體注入口121a向基底10供應沈積氣體。此時，沈積氣體噴嘴121可由石英構成。可將沈積氣體與薄膜沈積（或成膜）所需的氣體一起供應，且可供應相互反應以產生反應產物的多種氣體。當對沈積氣體供應多種氣體時，可設置多個沈積氣體噴嘴。例如，沈積氣體可用作原材料氣體（例如含矽氣體或有機含金屬氣體）與將原材料氣體氧化的氧化氣體或將原材料氣體氮化的氮化氣體的組合。
沈積氣體供應管道122可將沈積氣體遞送（或供應）至沈積氣體噴嘴121，且一端可連接至沈積氣體噴嘴121，而另一端可連接至沈積氣體源（圖中未示出）。
沈積氣體供應源（圖中未示出）可為用於向沈積氣體噴嘴121供應沈積氣體的氣體儲存源。此處，沈積氣體供應源（圖中未示出）可根據應用向沈積氣體噴嘴121供應各種沈積氣體，且可藉由沈積氣體供應管道122向沈積氣體噴嘴121供應沈積氣體。
加熱器130可設置於反應管110之外，且可在反應管110之內提供熱能，並且可使得反應管110的內部能夠被加熱，且可對基底10執行熱處理。加熱器130可沿著反應管110的圓周設置於反應管110之外，且可藉由反應管110的側壁自反應管110之外向反應管110之內供應熱量。例如，加熱器130可由圓形（例如，圓柱形）絕熱構件及設置於絕熱構件的內圓周（表面）上的加熱元件形成，且可被配置成在高度方向上劃分成多個區，以使得能夠進行溫度控制。
圖2是用於闡釋根據本發明實施例的黏附層與沈積副產物層的結合的概念圖。圖2的（a）示出單層的黏附層。圖2的（b）示出由多個層組成的黏附層。圖2的（c）示出由張力引起的分層。圖2的（d）示出由壓縮引起的分層。
參照圖1及圖2，黏附層140被塗佈於反應管110的內壁上，且由在基底10上進行沈積之後剩餘的沈積氣體所致的沈積副產物層15可附著（或沈積）至黏附層140。當藉由沈積氣體對基底10執行沈積製程時，沈積副產物層15可附著至反應管110的被暴露於過量沈積氣體的內壁以及基底10。由沈積氣體形成的薄膜以特定厚度在基底10上僅沈積一次，但每當裝載新的基底10時，沈積副產物層15累積並黏附於反應管110的內壁上。因此，附著至反應管10內壁的沈積副產物層15別無選擇，只能暴露於因為了進行薄膜沈積而對基底10的熱處理及為了取出基底10而對反應管110的冷卻所致的連續的熱變化。因此，因熱應力，會在沈積副產物層15中出現裂紋及/或分層，使得分層沈積的副產物層15的小顆粒自反應管110的內壁脫落。當副產物層15的小顆粒落於基底10上時，此可成為顆粒並使包括薄膜的產品的性質及/或良率降級。此處，裂紋可能由拉伸應力引起，且在沈積副產物層15中可能出現裂紋，因此可能發生剝落，並且因壓縮應力，可能會發生層間分層而不會開裂。
具體而言，用作積體電路（IC）中的擴散障壁或者用作基礎金屬（例如矽）與金屬（例如鎢）之間的膠合層的氮化鈦（TiN）薄膜具有非常高的本質應力（intrinsic stress）。當所述氮化鈦（TiN）薄膜附著至由石英製成的反應管的內壁的表面時，由於相對於石英具有大的熱膨脹係數差，其易於受到熱應力的影響。最終，附著至反應管內壁表面的氮化鈦（TiN）薄膜不僅具有本質應力，而且在氮化鈦（TiN）薄膜的沈積期間因熱變化而具有熱應力，使得其可輕易地自反應管的內壁表面脫落並成為顆粒。此類顆粒可使基底處理裝置的良率降級，且為了防止顆粒產生，可縮短原位清潔循環，此可大幅影響生產率。
另外，用於藉由在基底舟115上多級地裝載基底10來執行沈積製程的批次型基底處理裝置100在與基底10的沈積表面平行的方向上噴射沈積氣體，以藉由沈積氣體的流動（例如，層流）在基底10的沈積表面上沈積薄膜。出於此種原因，與在與基底10的沈積表面垂直的方向上直接朝向基底10的沈積表面噴射沈積氣體的片材進給式（sheet-fed）基底處理裝置相較，除了供應更多的沈積氣體之外別無選擇。因此，亦增加了相對大量的沈積氣體，使得沈積副產物層15厚厚地附著至反應管110的內壁。因此，由於可能出現顆粒，此更成問題。
相對於沈積副產物層15與反應管110的結合力（或黏合力），黏附層140提高對沈積副產物層15的結合力（或黏合力），使得與當沈積副產物層15直接附著至反應管110的內壁表面時相較，開始產生顆粒時沈積副產物層15的沈積厚度可增加。因此，可增長反應管110的原位清潔循環，且可在不進行移除（或清潔）移除沈積副產物層15的過程的情況下執行大量沈積製程，使得可提高產品生產率。
亦即，每當執行移除沈積副產物層15的過程時，除了移除沈積副產物層15所需的時間之外，亦花費長的時間才能使反應管110處於其中可再次執行沈積製程的狀態（或條件）。因此，藉由減少移除沈積副產物層15的過程數量，可提高產品生產率。另外，移除沈積副產物層15的清潔氣體及藉由清潔氣體移除沈積副產物層15而產生的廢氣可能是污染（或環境污染）源，且若用於移除沈積副產物層15的過程的數量減少，則污染（或環境污染）源可減少。
此處，黏附層140可具有介於反應管110的熱膨脹係數與沈積副產物層15的熱膨脹係數之間的熱膨脹係數。由附著於反應管110的內壁上的沈積副產物層15接收到的熱應力是與相對於附著有沈積副產物層15的基底（或提供附著表面的結構）的熱膨脹係數差成比例地產生。因此，熱膨脹係數介於反應管110的熱膨脹係數與沈積副產物層15的熱膨脹係數之間的黏附層140減小了相對於沈積副產物層15的熱膨脹係數差，使得可減小由沈積副產物層15接收到的熱應力。
例如，氮化鈦（TiN）的熱膨脹係數（約9.4×10-6 K-1 ）與反應管110中常用的石英（SiO2 ）的熱膨脹係數（約0.4×10-6 K-1 ）顯著不同。因此，當氮化鈦（TiN）沈積副產物層15直接附著至由石英（SiO2 ）製成的反應管110的內壁表面時，在0.3微米或更大的黏附厚度下，顆粒開始形成。然而，當用例如礬土（Al2 O3 ）等的氧化鋁（Alx Oy ）在反應管110的內壁上塗佈黏附層140時，礬土（Al2 O3 ）的熱膨脹係數為約8.3×10-6 K-1 ，此可減小相對於氮化鈦（TiN）沈積副產物層15的熱膨脹係數差，使得開始產生顆粒時沈積副產物層15的沈積厚度可增加至大於0.3微米的厚度。此時，產生顆粒的沈積副產物層15的沈積厚度可增加至約3微米或更大。因此，可增長反應管110的原位清潔循環。
此時，黏附層140的熱膨脹係數與沈積副產物層15的熱膨脹係數之差可小於黏附層140的熱膨脹係數與反應管110的熱膨脹係數之差。由於沈積副產物層15是於在基底10上沈積薄膜的同時附帶地附著至反應管110的內壁，因此黏合力（或結合力）不可避免地降低，且沈積副產物層15對因熱膨脹係數差所致的熱應力不敏感。另一方面，由於黏附層140是直接沈積於反應管110的內壁上，因此與反應管110的結合力可為極佳的，且因此，因熱膨脹係數差所致的熱應力的影響可減小。因此，即使黏附層140相對於反應管110具有某種程度的熱膨脹係數差，且即使此大於黏附層140的熱膨脹係數與沈積副產物層15的熱膨脹係數之差，沈積副產物層15及黏附層140亦可不出現裂紋及分層。
例如，沈積副產物層15是因在朝向基底10注入的沈積氣體中向基底10上沈積且剩餘的過量沈積氣體而附著，並且黏附層140可藉由朝向反應管110的內壁噴射的塗佈氣體來沈積（或塗佈）。亦即，由於黏附層140是藉由朝向反應管110的內壁噴射塗佈氣體而直接沈積於反應管110的內壁上，因此黏附層140可以足以發生聚結的厚度均勻地沈積於反應管110的內壁的整個表面上。因此，黏附層140的本質應力可減小，且與反應管110的結合力可提高，並且因與反應管110的熱膨脹係數差所致的熱應力的影響可減小。
另一方面，由於反應管110的材料是確定的，且沈積副產物層15是根據欲沈積的薄膜的類型而確定的，因此難以改變，而黏附層140可輕易地改變，乃因僅需要在反應管110的內壁上塗佈所期望的材料（或物質）。因此，根據欲沈積的薄膜的類型，考量到反應管110的材料，可在反應管110的內壁上塗佈合適材料的黏附層140。並且，與反應管110具有極佳黏附性且具有介於反應管110的熱膨脹係數與沈積副產物層15的熱膨脹係數之間的熱膨脹係數中與沈積副產物層15相似的熱膨脹係數的材料可在反應管110的內壁上塗佈黏附層140。
因此，藉由減小黏附層140的熱膨脹係數與沈積副產物層15的熱膨脹係數之差，可最小化因熱膨脹係數差而由沈積副產物層15接收到的熱應力。
另外，黏附層140可具有較沈積副產物層15低的彈性模數（例如楊氏模數（Young’s modulus））。關於沈積副產物層15，因熱應力等使拉伸力及/或收縮力（或壓縮力）作用於沈積副產物層15上而出現裂紋及/或分層，如圖2（c）及圖2（d）所示。由於由應力產生的拉伸力及收縮力與材料的彈性模數成比例，因此彈性模數愈高，就愈輕易地分層。因此，黏附層140具有較沈積副產物層15低的彈性模數，使得相較於沈積副產物層15，可抑制或防止自反應管110的內壁分層。
反應管110可由石英製成，且沈積副產物層15可為氮化物層。反應管110通常由石英（SiO2 ）製成，且可藉由在所使用的（或通常使用的）反應管110上塗佈黏附層140來使用。
反應管110是氧化物，但視欲沈積於基底10上的薄膜而定，沈積副產物層15可為氮化物層。由於氧化物及氮化物具有不同的物理性質，因此當氮化物層（即，沈積副產物）直接沈積（或附著）於氧化物（即，反應管）上時，氧化物（層）與氮化物（層）之間的結合力不可避免地是弱的。另外，由於氧化物（層）具有低的熱膨脹係數，而氮化物（層）具有高的熱膨脹係數，因此氧化物（層）與氮化物（層）之間的熱膨脹係數差亦為大的，使得氮化物層可輕易地出現分層。例如，沈積副產物層15可為氮化鈦（TiN）層，且氮化鈦（TiN）的熱膨脹係數為約9.4×10-6 K-1 ，此較熱膨脹係數為約0.4×10-6 K-1 的石英（SiO2 ）反應管110高得多，使得沈積副產物層15的熱膨脹係數與反應管110的熱膨脹係數之差為大的。
並且，黏附層140可包括與反應管141接觸地形成的氧化物層141、以及形成於氧化物層141上並為沈積副產物層15提供附著表面的氮氧化物層142。氧化物層141可與反應管141接觸地形成，且具有與作為氧化物的反應管110相似的性質，使得與反應管110的結合力可為極佳的。亦即，由於氧原子O可在氧化物層141與反應管110之間共享，因此氧化物層141與反應管110之間的結合力可提高。
氮氧化物層142可形成於氧化物層141上，且可為沈積副產物層15提供黏附表面。由於氮氧化物層142具有介於氧化物與氮化物之間的物理性質，因此氧原子O可由氧化物層141共享，且氮原子N可由作為氮化物層的沈積副產物層15共享。因此，與氧化物層141的結合力及與沈積副產物層15的結合力均可為極佳的。
由此，可提高黏附層140與沈積副產物層15的結合力，且可進一步增加開始產生顆粒時沈積副產物層15的沈積厚度。
此處，黏附層140的氧化物層141及氮氧化物層142可包含相同的金屬元素。亦即，氧化物層141及氮氧化物層142可由相同的金屬元素形成，並且一種金屬元素可被氧化以形成氧化物層141，且氮氧化物層142可由氮氧化物形成。例如，可藉由對氧化物層141執行氮化（或氮）處理（例如，氨（NH3 ）處理）而形成氮氧化物層142，且在形成沈積副產物層15時隨著氧化物層141與氮原子N反應，可在氧化物層141的表面上形成氮氧化物層142。
沈積副產物層15可包含過渡金屬元素，且黏附層140可包含過渡金屬元素。例如，沈積副產物層15可包含鈦（Ti）元素，且可為包含鈦（Ti）元素的氮化物、氧化物、碳化物及金屬膜中的任何一種。另外，黏附層140可包含鋁（Al）元素，且可包括包含鋁（Al）元素的氧化物、氮氧化物、氮化物、碳化物及金屬膜中的至少一種。此處，過渡金屬是指週期表中4至7週期及3至12族的元素。對於其他元素，在一個週期中主族元素的化學性質隨著價電子數改變而大幅改變，但過渡金屬不僅在給定族中而且在同一週期中表現出許多相似性。其中，作為第一週期（即，第4週期）過渡金屬的鈧（Sc）至鋅（Zn）是代表其他過渡金屬系列的非常重要的金屬元素。另外，過渡金屬用作過渡至典型元素的中間步驟。因此，過渡金屬因其與其他過渡金屬及其他非金屬結合良好而具有良好的結合力，但因相對於半金屬的物理性質差異，難以進行結合，使得結合力為差的。
並且，後過渡金屬（post-transition metal）位於過渡金屬與類金屬（metalloid）之間，且是指元素週期表的p區中的金屬元素（例如，鋁（Al）、鎵（Ga）、銦（In）、錫（Sn）、鉈（Tl）、鉛（Pb）、鉍（Bi）及釙（Po））。該些後過渡金屬在顆粒堆積結構中展現出較其他金屬更好的共價鍵。後過渡金屬可形成二種離子，且後過渡金屬的氧化物（例如，Al2 O3 ）與氮原子N反應以輕易地形成後過渡金屬的氮氧化物（例如，Al2 Oy NZ ）。後過渡金屬的氧化物可輕易地在其表面上形成氮氧化物，使得作為氧化物的反應管110與作為氮化物層的沈積副產物層15之間的結合力可提高。另外，由於後過渡金屬具有介於過渡金屬與類金屬之間的物理性質，因此可進一步提高包含類金屬元素（例如，Si）的反應管110與包含過渡金屬元素（例如，Ti）的沈積副產物層15之間的結合力。
例如，當在由石英（SiO2 ）製成的典型反應管110中形成氮化鈦（TiN）薄膜時，可形成氧化鋁（Al2 O3 ）及/或氮氧化鋁（Al2 Oy Nz ）作為黏附層140。在此種情形中，氧化鋁（Al2 O3 ）不僅具有與石英（SiO2 ）的極佳黏附性，而且具有與氮化鈦（TiN）相似的熱膨脹係數，以減小作用於氮化鈦（TiN）沈積副產物層15上的熱應力，同時黏附層140良好而不分層地黏附至反應管110的內壁，使得可抑制或防止沈積副產物層15的裂紋及分層。
根據本發明的批次型基底處理裝置100可更包括用於供應清潔氣體以移除沈積副產物層15的清潔氣體供應單元150，且黏附層140可較反應管110對清潔氣體具有更高的耐腐蝕性。
清潔氣體供應單元150可供應用於移除沈積副產物層15的清潔氣體。此處，清潔氣體供應單元150可包括清潔氣體噴嘴151、清潔氣體供應管道152及清潔氣體供應源（圖中未示出）。清潔氣體噴嘴151可插入至反應管110中，且沿著反應管110的內圓周表面垂直延伸，並且可被配置成自多個清潔氣體注入口151a向塗佈於反應管110的內壁上的黏附層140上供應清潔氣體。此時，可朝向反應管110的內壁形成多個清潔氣體注入口151a，以有效地移除附著至反應管110的內壁的沈積副產物層15。同時，清潔氣體供應單元150可使用沈積氣體噴嘴121作為清潔氣體噴嘴151。此時，當供應清潔氣體或供應沈積氣體時，可藉由吹掃氣體自清潔氣體噴嘴（或沈積氣體噴嘴）移除之前剛剛供應的沈積氣體或清潔氣體。
清潔氣體供應管道152可將清潔氣體遞送（或供應）至清潔氣體噴嘴151，且一端可連接至清潔氣體噴嘴151，而另一端可連接至清潔氣體供應源（圖中未示出）。
清潔氣體供應源（圖中未示出）可為用於向清潔氣體噴嘴151供應清潔氣體的氣體儲存源。此處，視欲清潔（或移除）的沈積副產物層15的類型而定，清潔氣體供應源（圖中未示出）可向清潔氣體噴嘴151供應合適的清潔氣體，且可藉由清潔氣體供應管道152向清潔氣體噴嘴151供應清潔氣體。
此處，黏附層140可較反應管110對清潔氣體具有更高的耐腐蝕性。黏附層140亦可用作用於保護反應管110免受清潔氣體影響的保護層。傳統上，在用清潔氣體移除沈積副產物層15的同時，反應管110亦被清潔氣體蝕刻，使得亦存在反應管110被損壞的問題。因此，反應管110的壽命不可避免地縮短。然而，由於在反應管110的內壁上塗佈有黏附層140，因此本發明的批次型基底處理裝置100可防止反應管110被清潔氣體蝕刻，且可藉由延長反應管110的壽命而長期使用。此時，黏附層140可對清潔氣體具有高的耐腐蝕性，且至少可具有較反應管110更高的耐腐蝕性。當黏附層140被蝕刻時，有必要再次修復反應管110的內壁上的黏附層140。此處，在黏附層140對清潔氣體具有較低的耐腐蝕性時，重新塗佈黏附層140的週期可縮短，且產品生產率可降低。因此，黏附層140可較反應管110對清潔氣體具有更高的耐腐蝕性，以解決此種問題。
例如，用氟（F）氣體移除氮化鈦（TiN）沈積副產物層15，且由石英（SiO2 ）製成的反應管110亦可被氟（F）氣體蝕刻。然而，當用氧化鋁（Alx Oy ）在反應管110的內壁上塗佈黏附層140時，氧化鋁（Alx Oy ）對氟（F）氣體具有耐腐蝕性，使得可抑制或防止氟（F）氣體的蝕刻。
黏附層140可具有0.1微米至100微米的厚度。當黏附層140具有小於0.1微米的厚度時，黏附層140的厚度不足以引起凝結，且可自反應管110的內壁分層，且分層後的黏附層140亦可成為顆粒。另外，黏附層140的厚度太薄而不能恰當地用作保護層，且反應管110的內壁因暴露於清潔氣體而被清潔氣體蝕刻，使得反應管110可被損壞。
另一方面，當黏附層140具有大於100微米的厚度時，黏附層140變得太厚，且黏附層140的塗佈的經濟效率及生產率可劣化。另外，此對所設計的硬體（hardware，HW）給出改變點（例如與基底10側表面的間隙的改變），使得在沈積製程期間，可產生副作用，例如影響沈積氣體的流動。因此，可能不能對基底10執行薄膜的均勻沈積，且薄膜特性可能劣化。另外，附著至黏附層140的沈積副產物層15與基底舟115之間的間距變得更近，且當在反應管110的內部空間中提升基底舟115時，沈積副產物層15可能自反應管110的內壁脫落。同時，黏附層140不僅可塗佈於反應管110的內壁上，而且可塗佈於可被附著有沈積副產物層15的其他組件（例如沈積氣體噴嘴121及基底舟115）上。若黏附層140太厚地形成於沈積氣體噴嘴121上，則沈積氣體噴嘴121的氣體注入口121a的尺寸減小，使得不能順暢地在基底10上供應沈積氣體，並且不能均勻且有效地在基底10上沈積薄膜。
因此，黏附層140可具有0.1微米至100微米的厚度，且0至3微米厚度的沈積副產物層15可附著於黏附層140上。此時，每當沈積副產物層15的沈積厚度變得大於或等於在303奈米至3微米的範圍內選擇的厚度時，可移除沈積副產物層15。傳統上，由於不存在黏附層140，沈積副產物層15直接附著至反應管110的內壁，使得甚至當沈積副產物層15的沈積厚度僅為0.3微米（300奈米）時，亦產生顆粒。然而，關於本發明的批次型基底處理裝置100，在反應管110的內壁上塗佈有黏附層140，使得即使沈積副產物層15被附著達約3微米的厚度，亦可不產生顆粒。因此，可增長反應管110的原位清潔循環。
圖3是示出根據本發明另一實施例的批次型基底處理裝置的操作方法的流程圖。
參照圖3更詳細地觀察根據本發明另一實施例的批次型基底處理裝置的操作方法，關於根據本發明實施例的批次型基底處理裝置，將不再對與上述部分重複的細節進行贅述。
根據本發明另一實施例操作批次型基底處理裝置的方法可包括：準備在內壁上塗佈有黏附層的垂直型反應管（S100）；藉由向反應管的內部空間供應沈積氣體，對多級地裝載於基底舟上的基底執行沈積製程（S200）；使因過量沈積氣體所致的沈積副產物層附著至黏附層（S300）；確認沈積副產物層的沈積厚度（S400）；以及當沈積副產物層的所量測沈積厚度大於或等於預設定厚度時，移除沈積副產物層（S500）。
首先，準備在內壁上塗佈有黏附層的垂直反應管（S100）。可藉由在垂直反應管的內壁上塗佈黏附層來準備反應管。可藉由向反應管的內部空間供應用於在反應管的內部空間中塗佈黏附層的塗佈氣體來塗佈黏附層。此時，可藉由朝向反應管的內壁噴射的塗佈氣體來沈積（或塗佈）黏附層。亦即，由於黏附層是藉由朝向反應管的內壁噴射塗佈氣體而直接沈積於反應管的內壁上，因此其可以足以發生聚結的厚度均勻地沈積於反應管的內壁的整個表面上。因此，黏附層的本質應力可減小，且與反應管的結合力可提高，並且因與反應管的熱膨脹係數差所致的熱應力的影響可減小。此處，可以各種方式沈積黏附層，例如電漿增強原子層沈積（Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition，PE-ALD）、熱原子層沈積（熱ALD）、化學氣相沈積（Chemical Vapor Deposition，CVD）、物理氣相沈積（Physical Vapor Deposition，PVD）等。此時，亦可於在與其中執行沈積製程的批次型基底處理裝置不同的單獨設施中在反應管的內壁上塗佈黏附層之後，將反應管安裝於批次型基底處理裝置上。
另一方面，黏附層可設置於批次型基底處理裝置之內（例如反應管的外壁、基底舟、基座以及沈積氣體噴嘴的內表面及外表面），且亦可塗佈於受沈積氣體影響的其他組件上。
接下來，將沈積氣體供應至反應管的內部空間，且對多級地裝載於基底舟上的基底執行沈積製程（S200）。可藉由向反應管的內部空間供應沈積氣體而在基底上沈積薄膜。此時，因向基底上沈積且剩餘的過量沈積氣體，由與薄膜相同的組分製成的沈積副產物層可沈積（或附著）於反應管的內壁上。
然後，使因過量沈積氣體所致的沈積副產物層附著至黏附層（S300）。在執行沈積製程時，因過量沈積氣體所致的沈積副產物層可附著（或沈積）於黏附層上。此處，沈積副產物層並非直接附著至反應管的內壁，而是附著至黏附層。因此，與沈積副產物層直接附著至反應管的內壁表面時相較，開始產生顆粒時沈積副產物層的沈積厚度可增加。
然後，檢查沈積副產物層的沈積厚度（S400）。藉由檢查（或監測）沈積副產物層的沈積厚度，可確定沈積副產物層的移除時間。可量測或者可直接量測沈積副產物層的沈積厚度，且可預先掌握（或者計算）每次沈積（製程）時沈積副產物層的沈積厚度並根據沈積的次數間接地計算沈積副產物層的沈積厚度。此處，沈積的次數可為在替換成新的基底時執行的沈積製程的次數。在此種情形中，沈積的次數可與被沈積薄膜的基底組的數量相同，且基底組可為在一個沈積製程中裝載於基底舟上並裝載至反應管中的一批（或數個）基底。
然後，當沈積副產物層的所量測沈積厚度大於或等於預設定厚度時，移除沈積副產物層（S500）。當其大於沈積副產物層的所量測黏附厚度時，為了防止沈積副產物層分層並防止顆粒落至基底上，可移除沈積副產物層。
可重複地執行所述執行沈積製程的過程S200及使沈積副產物層附著的過程S300。重複地執行所述執行沈積製程的過程S200及使沈積副產物層附著的過程S300，使得沈積副產物層的沈積厚度可增加，且當沈積副產物層的沈積厚度超過預設定厚度時，可移除沈積副產物層。此時，在使沈積副產物層附著的過程S300之後，可重複地執行檢查沈積副產物層的沈積厚度的過程S400。此外，可自執行沈積製程的過程S200及使沈積副產物層附著的過程S300被執行二或更多次時開始執行檢查沈積副產物層的沈積厚度的過程S400。此處，可在執行沈積製程的過程S200及使沈積副產物層附著的過程S300被重複地執行多次（或者二或更多次）之後執行移除沈積副產物層的過程S500。
反應管可由石英製成，且沈積副產物層可為氮化物層。反應管通常由石英（SiO2 ）製成，且可藉由在所使用的（或通常使用的）反應管上塗佈黏附層來使用。
雖然反應管是氧化物，但視欲沈積於基底上的薄膜而定，沈積副產物層可為氮化物層。由於氧化物及氮化物具有不同的物理性質，因此當氮化物層（即，沈積副產物）直接沈積（或附著）於氧化物（即，反應管）上時，氧化物（層）與氮化物（層）之間的結合力不可避免地是弱的。另外，由於氧化物（層）具有低的熱膨脹係數，而氮化物（層）具有高的熱膨脹係數，因此氧化物（層）與氮化物（層）之間的熱膨脹係數差亦為大的，使得氮化物層可輕易地出現分層。例如，沈積副產物層可為氮化鈦（TiN）層，且氮化鈦（TiN）的熱膨脹係數為約9.4×10-6 K-1 ，此較熱膨脹係數為約0.4×10-6 K-1 的石英（SiO2 ）反應管高得多，使得沈積副產物層的熱膨脹係數與反應管的熱膨脹係數之差為大的。
並且，準備反應管的過程S100可包括在反應管的內壁上形成氧化物層的過程S100及在氧化物層上形成氮氧化物層的過程S120。
可在反應管的內壁上形成氧化物層（S110）。氧化物層可與反應管接觸地形成於反應管的內壁上。氧化物層可與反應管接觸地形成，且具有與作為氧化物的反應管相似的性質，使得與反應管的結合力可為極佳的。亦即，由於氧原子（O）可在氧化物層與反應管之間共享，因此氧化物層與反應管之間的結合力可提高。
另外，可在氧化物層上形成氮氧化物層（S120）。氮氧化物層可形成於黏附層的表面上，且可形成於黏附層的表面上以為沈積副產物層提供黏附表面。由於氮氧化物層具有介於氧化物與氮化物之間的物理性質，因此氧原子O可由氧化物層共享，且氮原子N可由作為氮化物層的沈積副產物層共享。因此，與氧化物層的結合力及與沈積副產物層的結合力均可為極佳的。
由此，可提高黏附層與沈積副產物層的結合力，且可進一步增加開始產生顆粒時沈積副產物層的沈積厚度。
此處，黏附層的氧化物層及氮氧化物層可包含相同的金屬元素。亦即，氧化物層及氮氧化物層可由相同的金屬元素形成，並且一種金屬元素可被氧化以形成氧化物層，且氮氧化物層可由氮氧化物形成。例如，可藉由對氧化物層執行氮化（或氮）處理（例如，氨（NH3 ）處理）而形成氮氧化物層，且在形成沈積副產物層時隨著氧化物層與氮原子N反應，可在氧化物層的表面上形成氮氧化物層。
黏附層的厚度可為0.1微米至100微米，且當沈積副產物層的沈積厚度為303奈米或更大時，可執行移除沈積副產物層的過程S500。當黏附層具有小於0.1微米的厚度時，黏附層的厚度不足以引起凝結，且可自反應管的內壁分層，且分層後的黏附層亦可成為顆粒。另外，黏附層的厚度太薄而不能恰當地用作保護層，且反應管的內壁因暴露於清潔氣體而被清潔氣體蝕刻，使得反應管可被損壞。
另一方面，當黏附層具有大於100微米的厚度時，黏附層變得太厚，且黏附層的塗佈的經濟效率及生產率可劣化。另外，此對所設計的硬體（HW）給出改變點（例如與基底側表面的間隙的改變），使得在沈積製程期間，可產生副作用，例如影響沈積氣體的流動。因此，可能不能對基底執行薄膜的均勻沈積，且薄膜特性可能劣化。另外，附著至黏附層的沈積副產物層與基底舟之間的間距變得更近，且當在反應管的內部空間中提升基底舟時，沈積副產物層可能因振動而自反應管的內壁脫落。同時，黏附層不僅可塗佈於反應管的內壁上，而且可塗佈於可被附著有沈積副產物層的其他組件（例如沈積氣體噴嘴及基底舟）上。若黏附層太厚地形成於沈積氣體噴嘴上，則沈積氣體噴嘴的氣體注入口的尺寸減小，使得不能順暢地在基底上供應沈積氣體，並且不能均勻且有效地在基底上沈積薄膜。
因此，黏附層可具有0.1微米至100微米的厚度，且當沈積副產物層的沈積厚度為303奈米或更大時，可執行移除沈積副產物層的過程S500。此時，每當沈積副產物層的沈積厚度變得大於或等於在303奈米至3微米的範圍內選擇的厚度時，可移除沈積副產物層。傳統上，由於不存在黏附層，沈積副產物層直接附著至反應管的內壁，使得甚至當沈積副產物層的沈積厚度僅為0.3微米（300奈米）時，亦產生顆粒。然而，在本發明中，在反應管的內壁上塗佈有黏附層，使得即使沈積副產物層被附著達約3微米的厚度，亦可不產生顆粒。因此，當沈積副產物層的沈積厚度為3微米或更大時，可執行移除沈積副產物層的過程S500，且可增長反應管的原位清潔循環。
例如，可藉由一個沈積製程將至少30埃（Å）（3奈米）的沈積副產物層附著至腔室的內壁（即，黏附層）。在本發明中，在執行沈積製程較其中甚至當沈積副產物層的沈積厚度為0.3微米時亦產生顆粒的傳統情形多至少一或多次之後（即，當沈積副產物層的沈積厚度為303奈米或更大時），可執行反應管的原位清潔以移除沈積副產物層。
根據本發明的批次型基底處理裝置的操作方法可更包括在反應管之內提供熱能的過程S250，且黏附層可具有介於反應管的熱膨脹係數與沈積副產物層的熱膨脹係數之間的熱膨脹係數。
並且，可向反應管的內部提供熱能（S250）。藉由沿著反應管的周邊設置於反應管之外的加熱器，可藉由反應管的側壁自反應管之外將熱能提供至反應管之內。在反應管之內提供熱能的過程S250可與執行沈積製程的過程S200同時執行，且藉由向反應管的內部提供熱能的過程S250，可在加熱基底的同時在基底上沈積薄膜。此時，因為了進行薄膜沈積而對基底的熱處理及為了運出基底而對反應管的冷卻，沈積副產物層別無選擇，只能被暴露於連續的熱變化。因此，因熱應力而在沈積副產物層中出現裂紋及/或分層，使得分層沈積的副產物層的小顆粒自反應管的內壁脫落。當副產物層的小顆粒落於基底上時，此可成為顆粒並使包括薄膜的產品的性質及/或良率降級。具體而言，由於在反應管之外向反應管之內提供熱能，因此反應管的內壁靠近熱源（即，加熱器），反應管的內壁被迫對熱變化敏感，且附著至反應管內壁的沈積副產物層具有嚴重的（或大的）熱應力。
黏附層可具有介於反應管的熱膨脹係數與沈積副產物層的熱膨脹係數之間的熱膨脹係數。由附著於反應管的內壁上的沈積副產物層接收到的熱應力是與相對於附著有沈積副產物層的基底（或提供附著表面的結構）的熱膨脹係數差成比例地產生。因此，熱膨脹係數介於反應管的熱膨脹係數與沈積副產物層的熱膨脹係數之間的黏附層減小了相對於沈積副產物層的熱膨脹係數差，使得可減小由沈積副產物層接收到的熱應力。
另外，黏附層可具有較沈積副產物層低的彈性模數（例如楊氏模數）。關於沈積副產物層，因熱應力等使拉伸力及/或收縮力（或壓縮力）作用於沈積副產物層上而出現裂紋及/或分層。由於由應力產生的拉伸力及收縮力與材料的彈性模數成比例，因此彈性模數愈高，就愈輕易地分層。因此，黏附層具有較沈積副產物層低的彈性模數，使得相較於沈積副產物層，可抑制或防止自反應管的內壁分層。
移除沈積副產物層的過程S500可包括供應用於移除沈積副產物層的清潔氣體的過程S510，且黏附層可較反應管對清潔氣體具有更高的耐腐蝕性。
可供應用於移除沈積副產物層的清潔氣體（S510）。可藉由向反應管的內部空間供應清潔氣體來移除附著至反應管內壁的沈積副產物層，且藉由移除沈積副產物層，可防止沈積副產物層分層並成為顆粒。
此處，黏附層可較反應管對清潔氣體具有更高的耐腐蝕性。黏附層亦可用作用於保護反應管免受清潔氣體影響的保護層。傳統上，在用清潔氣體移除沈積副產物層的同時，反應管亦被清潔氣體蝕刻，使得亦存在反應管被損壞的問題。因此，反應管的壽命不得不縮短。然而，由於在反應管的內壁上塗佈有黏附層，因此本發明可防止反應管被清潔氣體蝕刻，且可藉由延長反應管的壽命而長期使用。此時，黏附層可對清潔氣體具有高的耐腐蝕性，且至少可具有較反應管更高的耐腐蝕性。當黏附層被蝕刻時，有必要再次修復反應管的內壁上的黏附層，並且，在黏附層對清潔氣體的耐腐蝕性較低時，重新塗佈黏附層的循環可縮短，且產品生產率可降低。因此，黏附層可較反應管對清潔氣體具有更高的耐腐蝕性，以解決此種問題。
如此一來，根據本發明，藉由在反應管的內壁上塗佈黏附層，以誘導因過量沈積氣體所致的沈積副產物層黏附至黏附層的表面，與當沈積副產物層直接黏附至反應管的內壁表面時相較，開始產生顆粒時的沈積厚度可進一步增加。因此，可增長反應管的原位清潔循環，且可在不進行清潔過程的情況下執行大量沈積製程，藉此提高產品生產率。另外，由於當執行氮化物薄膜的沈積製程時會在黏附層的表面上形成氮氧化物層，藉由增加沈積副產物層與作為氮化物的黏附層之間的結合力，可進一步增加產生顆粒時的黏附厚度。並且，藉由用較反應管對清潔氣體具有更高耐腐蝕性的黏附層來塗佈反應管的內壁，可抑制或防止反應管被蝕刻及損壞，使得反應管的長期使用能夠成為可能。
如此一來，關於根據本發明實施例的批次型基底處理裝置，藉由在反應管的內壁上塗佈黏附層以誘導因過量沈積氣體所致的沈積副產物層黏附至黏附層的表面，與當沈積副產物層直接黏附至反應管的內壁表面時相較，開始產生顆粒時的沈積厚度可進一步增加。因此，可增長反應管的原位清潔循環，且可在不進行移除（或清潔）移除沈積副產物層的過程的情況下執行大量沈積製程，使得可提高產品生產率。
另外，由於當執行氮化物薄膜的沈積製程時會在黏附層的表面上形成氮氧化物層，藉由增加沈積副產物層與作為氮化物的黏附層之間的結合力，可進一步增加產生顆粒時的黏附厚度。
並且，藉由用較反應管對清潔氣體具有更高耐腐蝕性的黏附層來塗佈反應管的內壁，可抑制或防止反應管被蝕刻及損壞，使得反應管的長期使用能夠成為可能。
儘管已參照具體實施例闡述了批次型基底處理裝置以及其操作方法，但其並非僅限於此。因此，熟習此項技術者將容易理解，在不背離由隨附申請專利範圍界定的本發明的精神及範圍的條件下，可對所述批次型基底處理裝置以及其操作方法作出各種潤飾及改變。
10:基底 15:沈積副產物層/副產物層 100:批次型基底處理裝置 110:垂直反應管/反應管 115:基底舟 120:沈積氣體供應單元 121:沈積氣體噴嘴 121a:氣體注入口 122:沈積氣體供應管道 130:加熱器 140:黏附層 141:氧化物層 142:氮氧化物層 150:清潔氣體供應單元 151:清潔氣體噴嘴 151a:清潔氣體注入口 152:清潔氣體供應管道 S100、S200、S300、S400、S500:過程
結合附圖閱讀以下說明，可更詳細地理解示例性實施例，附圖中： 圖1是示出根據本發明實施例的批次型基底處理裝置的剖視圖。 圖2是用於闡釋根據本發明實施例的黏附層與沈積副產物層的結合的概念圖。 圖3是示出根據本發明另一實施例的批次型基底處理裝置的操作方法的流程圖。
10:基底
100:批次型基底處理裝置
110:垂直反應管/反應管
115:基底舟
120:沈積氣體供應單元
121:沈積氣體噴嘴
121a:氣體注入口
122:沈積氣體供應管道
130:加熱器
140:黏附層
150:清潔氣體供應單元
151:清潔氣體噴嘴
151a:清潔氣體注入口
152:清潔氣體供應管道

Claims (15)

  1. 一種批次型基底處理裝置，包括： 垂直的反應管，具有用於接納上面多級地堆疊有基底的基底舟的內部空間； 沈積氣體供應單元，被配置成在所述反應管之內供應沈積氣體； 加熱器，設置於所述反應管之外，以在所述反應管之內提供熱能；以及 黏附層，塗佈於所述反應管的內壁上，且因過量沈積氣體所致的沈積副產物層附著至所述黏附層。
  2. 如請求項1所述的基底處理裝置，其中所述黏附層具有介於所述反應管的熱膨脹係數與所述沈積副產物層的熱膨脹係數之間的熱膨脹係數。
  3. 如請求項2所述的基底處理裝置，其中所述黏附層的所述熱膨脹係數與所述沈積副產物層的所述熱膨脹係數之差小於所述黏附層的所述熱膨脹係數與所述反應管的所述熱膨脹係數之差。
  4. 如請求項1所述的基底處理裝置，其中所述黏附層具有低於所述沈積副產物層的彈性模數。
  5. 如請求項1所述的基底處理裝置，其中所述反應管由石英製成， 其中所述沈積副產物層是氮化物層， 其中所述黏附層包括： 氧化物層，與所述反應管接觸地形成；以及 氮氧化物層，形成於所述氧化物層上，以為所述沈積副產物層提供附著表面。
  6. 如請求項5所述的基底處理裝置，其中所述黏附層的所述氧化物層及所述氮氧化物層包含相同的金屬元素。
  7. 如請求項1所述的基底處理裝置，其中所述沈積副產物層包含過渡金屬元素，且 其中所述黏附層包含後過渡金屬元素。
  8. 如請求項1所述的基底處理裝置，更包括清潔氣體供應單元，所述清潔氣體供應單元被配置成供應用於移除所述沈積副產物層的清潔氣體，且 其中所述黏附層較所述反應管對所述清潔氣體具有更高的耐腐蝕性。
  9. 如請求項1所述的基底處理裝置，其中所述黏附層具有0.1微米至100微米的厚度。
  10. 一種批次型基底處理裝置的操作方法，所述方法包括： 準備在內壁上塗佈有黏附層的垂直的反應管； 藉由向所述反應管的內部空間供應沈積氣體，對多級地裝載於基底舟上的基底執行沈積製程； 使因過量沈積氣體所致的沈積副產物層附著至所述黏附層； 檢查所述沈積副產物層的附著厚度；以及 當所述沈積副產物層的所量測的所述附著厚度大於或等於預設定厚度時，移除所述沈積副產物層。
  11. 如請求項10所述的操作方法，其中所述反應管由石英製成， 其中所述沈積副產物層是氮化物層， 其中準備所述反應管包括： 在所述反應管的內壁上形成氧化物層；以及 在所述氧化物層上形成氮氧化物層。
  12. 如請求項10所述的操作方法，其中所述黏附層的厚度為0.1微米至100微米，且 其中當所述沈積副產物層的所述附著厚度為303奈米或更大時，執行移除所述沈積副產物層。
  13. 如請求項10所述的操作方法，更包括向所述反應管的內部提供熱能，且 其中所述黏附層具有介於所述反應管的熱膨脹係數與所述沈積副產物層的熱膨脹係數之間的熱膨脹係數。
  14. 如請求項10所述的操作方法，其中所述黏附層具有低於所述沈積副產物層的彈性模數。
  15. 如請求項10所述的操作方法，其中移除所述沈積副產物層包括供應用於移除所述沈積副產物層的清潔氣體，且 其中所述黏附層較所述反應管對所述清潔氣體具有更高的耐腐蝕性。
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