TW202123381A - 基板支撐單元、以及用於使用該單元沉積層體的設備及方法 - Google Patents

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Abstract

一種基板支撐單元包括： 一轉台(2)，其可繞一第一軸線(A1)轉動且係由一第一驅動器(22)驅動； 複數個基板載體單元(3)，其配置在該轉台(2)上與該第一軸線(A1)同心，每一基板載體單元包括一基板載體(34)，其可繞一對應的第二軸線(A2)轉動且係由一第二驅動器(31)驅動， 其中所有的第二軸線(A2)與該第一軸線(A1)平行。

Description

基板支撐單元、以及用於使用該單元沉積層體的設備及方法
本發明係關於基板支撐單元及用於使用該支撐單元沉積薄膜的設備及方法，尤其是關於經構造成支撐複數個基板的基板支撐單元及用於使用該支撐單元沉積薄膜於基板上的方法。
概言之，半導體裝置係透過各種處理如沉積處理、微影處理、蝕刻處理及清除處理等製造。在這些處理中，在基板上實行沉積處理以形成材料層體。沉積處理包含例如物理蒸氣沉積(PVD)處理、化學蒸氣沉積(CVD)處理、原子層沉積(ALD)處理等。
例如美國專利第2012/0145080公開號揭示一種基板支撐單元，其具有轉動板及可轉動安裝於該轉動板上的複數個基板載體，其中單一驅動器驅動轉動板轉動及轉動板上的基板載體轉動。此概念複雜且因而涉及繁複維護。隨著所有基板載體彼此剛性耦合，調整個別基板載體極為複雜且耗時，尤其是當僅需置換一基板載體時。
因此，在本發明中的一待解決任務在於提供一台支撐體(table support)，允許簡易維護(亦即置換基板載體)且相對於各基板載體的定位更精確。
此任務係由具有請求項1的特徵的基板支撐單元解決。基板支撐單元；利用該基板支撐單元沉積薄膜於基板上的設備與方法的另一實施例係由另一請求項的特徵界定。
依本發明的基板支撐單元包括一轉台，其可繞一第一軸線轉動且係由一第一驅動器驅動；複數個基板載體單元，其配置在該轉台上與該第一軸線同心，每一個基板載體單元包括一基板載體，其可繞一對應的第二軸線轉動且係由一第二驅動器驅動，其中所有的第二軸線與該第一軸線平行。
按此設計，每一基板載體可獨立於該轉台及彼此定向。此外，易於置換一基板載體單元且無需使被置換的基板載體的定向與其他基板載體的定向同步。因而減輕置換工作。待塗布的基板可直接放置於可轉動載體上。亦可將基板定位於中間載體上及將中間載體併同所安裝基板置放於可轉動載體上。
在一實施例中，第二驅動器適用於真空。此驅動器可安裝得更接近基板載體。因傳輸距離較短，可增加基板載體定位精確度。適用於真空的驅動器需要排氣處理且需要具較高的耐溫(higher temperature resistance)的組件。此外，若驅動器適用於真空，則無需自周遭至真空的複雜電力傳輸。
在一實施例中，第一驅動器及/或第二驅動器係步進馬達(stepper motor)。或者，第一驅動器及/或第二驅動器可係伺服驅動器。若需定位判斷，則操作步進馬達所需電纜少於伺服驅動器。
在一實施例中，轉台包括一圓盤狀上台板，其具有用以收容一基板載體單元的複數個孔，其中所有的孔配置在一共同的直徑上而與第一軸線同心。按此設計，可配置基板載體單元於所有的孔中或可藉由一遮蓋封閉的一個以上孔中。孔可均勻或非均勻地繞著轉台的圓周分布。
在一實施例中，每一基板載體單元包括一殼體，其中收容有該第二驅動器且每一基板載體單元係藉由殼體配置於該轉台的該對應孔中。若需置換基板載體單元，易於併同殼體移除，減少停工期。
在一實施例中，一安裝凸緣係沿著該第二軸線可滑動地配置在該第二驅動器的一第一軸上，其中該第一軸突出該殼體的一頂表面。可以此安裝凸緣調整基板載體的垂直位置。殼體的頂表面垂直於該第一軸延伸且基本上與該上台板的一頂表面齊平。
在一實施例中，一絕緣體配置在該安裝凸緣與該基板載體之間。該絕緣體減少在安裝凸緣及連帶第二驅動器上的熱應力。
在一實施例中，一位置偵測系統該第一軸的相對側配置在該第二驅動器上。一定位旗標配置於該第二驅動器的一第二軸上。該第二軸與該第一軸共線且在該第一軸的相對側離開該第二驅動器。該定位旗標係圓盤狀的，延伸超過該第二驅動器的寬度且包括至少一個開口，其延伸於該圓盤延伸超過該第二驅動器的該寬度的部分的圓周的一部分上。一反射體配置在與該第二驅動器相鄰的該基板載體單元的該殼體中，該反射體係配置成基本上垂直於該第一軸線與該對應的第二軸線的連接線，定向成平行於該第二軸線且面向該定位旗標。
在一實施例中，一上遮板係圍繞該等基板載體配置，覆蓋該轉台的一頂表面，其中該上遮板的一頂表面基本上與該等基板載體的該頂表面齊平。該遮板具輕質設設，減少轉台上的熱負載且避免轉台在操作期間被塗布。該遮板易於置換且易於移除。
在一實施例中，一下台板配置於該等第二驅動器下方，延伸於該轉台的整個圓周上。該下台板保護基板載體單元免受相對於上台板的側邊影響。
在一實施例中，一基板升降體配置於每一基板載體處。可將基板或基板併同中間載體自基板載體抬升或降至基板載體上。例如基板升降體包括銷，可利用銷直接升降機板或升降中間載體。藉由彼此平面獨立的三個銷，基板或中間載體始終穩定置於銷上。
在一實施例中，一升降機於該轉台下方配置在一基板裝載位置處。該升降機經設計為能與位於該基板裝載位置中的每一基板升降體接合。藉此僅需一升降機(亦即致動器)即可升降所有基板。
或者，可使用裝載機器人取代基板升降體或升降機。裝載機器人可藉由執行水平與鉛直移動來轉移基板或具基板的中間載體至可轉動的基板載體處。水平移動可以是線性移動和/或樞轉移動。
在一實施例中，一雷射感測器於該轉台下方配置在該基板裝載位置處。該雷射基本上垂直於該第一軸線與該對應的第二軸線的連接線，且定向成平行於該第二軸線且面向該定位旗標。自該雷射感測器至該連接線的距離等於自該反射體至該連接線的距離。以此雷射感測器與反射體的配置，可達成在基板裝載位置中的基板載體的位置最高精確度。但亦可實現雷射感測器與反射體的其他位置。
在一實施例中，第二驅動器的至少兩者串聯電連接。藉此，可減少所需的電纜數。希望電纜數較少是因為所有纜線均需自旋轉中的轉台導引至靜止基座處。纜線數愈少，所需旋轉饋孔愈少。
在一實施例中，基板支撐單元包括一控制單元，其配置於大氣(atmospheric)與靜止地點中，其中每一系列的第二驅動器藉由一真空饋孔與一旋轉饋孔連接至該控制單元。就緊密度而言，此設計對真空旋轉饋孔的強制要求較少。
在一實施例中，每一第二驅動器包括一溫度感測器。每一系列的第二驅動器中的一個第二驅動器的該溫度感測器連接至該控制單元。類似地，可減少需通過旋轉饋孔的電纜數。例如若具有串聯電連接的2、3、4或5個第二驅動器，每一第二驅動器包括一溫度感測器，但這些溫度感測器中僅有一個連接至控制單元。
上述基板支撐單元實施例的特徵除非互斥，否則均可任意組合使用。
一種依本發明的用於沉積一薄膜於一基板上之設備包括一處理室，在該處理室的一第一側上的至少一個源，及依據一前述實施例之一之基板支撐單元。基板支撐單元界定該處理室的一第二側，其與該處理室的第一側相對。基板支撐單元可界定下側邊且該源可配置於上側邊，反之亦然。還可能具有這樣的配置，其中轉台的軸水平定向，因而基板支撐單元界定處理室的一橫向側邊且該源界定一相對的橫向側邊。
在一實施例中，設備包括一轉移模組，其配置於該基板支撐單元的該基板裝載位置處、及至少一個裝載模組，其於該基板支撐單元的該相對側上配置於該轉移模組處。亦可具有兩個以上裝載模組，其等彼此相鄰配置於基板支撐單元的相對側邊上。在一裝載模組中，可配置單一基板或一批基板，有無中間載體均可。轉移模組可將基板或中間載體併同所載基板自至少一個裝載模組轉移至基板裝載位置或直接進入處理室中。
依本發明的一種用於沉積一薄膜於一基板上之處理包括以下步驟： 提供依據先前實施例之一之基板支撐單元； 提供具有至少一個源的一處理室於該處理室的一第一側上，其中該基板支撐單元界定該處理室的一第二側，其與該處理室的該第一側相對； 以第一驅動器將該等基板載體單元之一者配置於該基板裝載位置； 以該對應的第二驅動器定向在該基板裝載位置的該基板載體單元的該基板載體； 將一基板裝載於該基板載體； 在通過該至少一個源的影響區域時，轉動該第一驅動器，以便沉積一定向薄膜於被裝載的該基板上，或者 在通過該至少一個源的影響區域時，轉動該第一驅動器及該第二驅動器，以便沉積一非定向薄膜於被裝載的該基板上。
圖1顯示具有依本發明的基板支撐單元的用於沉積薄膜於基板上的設備的部分剖面圖及圖2顯示自圖1之轉台2上方所見透視圖。設備1包括殼體10，其至少於一上側邊上與橫向側邊上界定處理室。在所繪實施例中，轉台2至少部分配置於處理室11中。轉台2配置成緊密且可轉動地繞著殼體10中的第一軸線A1。可於處理室11中實現真空。轉台2的台軸21係以緊密軸承210安裝於殼體10上。轉台2進一步包括上台板20與下台板24，其中下台板24連接至台軸21且上台板20連接至下台板24。兩台板完全配置於處理室11內。上台板20與下台板24兩者係圓盤狀。上台板20放置於圓形壁240上，其基本上自下台板24的上表面垂直延伸的。密封墊241配置於圓形壁的上表面與上台板20的下表面間。在上台板20上，數個基板載體單元3分別均勻分布於其圓周或繞著第一軸線A1。各基板載體單元3包括至少一個基板驅動器31與一基板載體34。基板載體34配置於基板驅動器31上且可繞第二軸線A2轉動。在如同各基板載體單元3至第一軸線A1的相同橫向距離，用於塗布基板的至少一個源12配置於殼體10上，使得源12的一側邊面向基板載體34。基板載體單元3可在轉台2轉動時通過源12下方。在上台板20的上側邊上配置上遮板23，環繞基板載體34且完全遮蓋上台板20的上表面。由於基板載體34為圓形盤，故在上遮板23中的切口(cut-out)為對應的圓形。在各基板載體圓盤23的橫向側邊與對應切口之間具有小空隙。各基板載體單元3藉由電纜電連接至控制單元7。電纜穿過真空饋孔26與旋轉饋孔27，各基板載體單元3的真空饋孔26配置在圓形壁240中，隔離處理室11與周圍空氣。用於所有基板載體單元3的共用旋轉饋孔27配置於台軸21內部。轉台2可藉由接合台軸21的台驅動器22轉動。在裝載/卸載位置處配置基板升降體4與升降機5。基板升降體4包括配置於共用的銷保持器(pin holder)40上的銷4。在確切裝載位置中配置轉台2與基板載體單元3且定向使得栓40可穿過下台板24、上台板20與基板載體34中的對應穿孔且將基板自基板載體34抬升或下降至基板載體34上。可藉由轉移模組提供或卸載基板，示如圖6。為了分別判定轉台2的確切位置、其定位，在轉台2周圍設置台旗標(table flag)25。在圖2的實施例中，台   旗標25配置在下台板24上且橫向向外延伸到下台板24周圍上。台旗標25包括至少一槽，其併同光學感測器達成轉台2之定向的確切判定。
圖3顯示圖1之基板載體單元3的剖面圖。基板載體單元3包括殼體30，其中配置有基板驅動器31。殼體30包括一凸緣，其配置於上台板20中的對應開口200中。凸緣上表面基本上與上台板20的上表面齊平。殼體30及因而基板驅動器31的定向使得第二轉軸A2垂直於上台板20延伸。基板驅動器31包括一第一軸310，其沿著第二軸線A2延伸於殼體30的上表面上。一安裝凸緣32配置在第一軸31上。該安裝凸緣32係圓盤狀且可沿第二軸線A2移動並可藉由固定手段(例如固定螺釘)固定於第一軸上。圓盤狀絕緣體33配置於安裝凸緣32上。基板載體34配置於絕緣體33上。絕緣體33係熱絕緣體，其包括具低導熱率的材料且因而減少在安裝凸緣32上的熱負載。在基板載體34的頂側邊上具有用以支撐基板或將基板保持在適當位置的隆起部(elevations)。該等隆起部可為點狀、線性或區域性。例如此等隆起部可為凸脊。周邊凸脊可避免在基板載體34上的基板橫移。基板驅動器31包括在其與第一軸310相對側邊上的第二軸311。第二軸311係可繞著第二軸線A2轉動。圓盤狀驅動器旗標35配置於第二軸311上。驅動器旗標35包括至少一槽，延伸於驅動器旗標35的周遭區域上。在該至少一槽的區域中，反射體36配置於殼體30上，驅動器旗標35面向基板載體34的側邊上。下台板24配置於驅動器旗標35下方。在下台板24中形成與反射體36對齊的穿孔。各基板載體單元3的反射體36配置使得在與第一軸線A1垂直的平面上，第一軸線A1與第二軸線A2間的連接線基本上和第二軸線A2與反射體36間的連接線垂直。
圖4顯示自圖1之設備1的裝載位置下方所見透視展開圖。一基板載體單元3與基板升降體4、升降機5和裝載位置的位置感測器6對齊。在抬升前，栓60的上緣位於轉台2的下台板24下方。用以固持所有的栓銷40的銷保持器41連接至起降機5，其在啟動時即可於鉛直方向抬升銷40且朝向基板載體單元3。位置感測器6可發射雷射束60，其在裝載位置中可穿過下台板24中的穿孔且根據驅動器旗標35中的槽位置，可達到基板載體單元3的反射體36。為了對齊特定基板載體單元3於裝載位置，轉台2可轉動直到該特定基板載體單元3位於裝載位置。此可藉由位置感測器併同台旗標25或藉由台驅動器22的編碼器達成。接著轉動基板載體34直到位置感測器6併同驅動器旗標36指示正確的基板載體34的定向。之後可啟動基板升降體4用於在個別載體34上裝載或卸載基板。
圖5顯示圖1之基板載體單元3的概略連接平面圖。在所繪實施例中，5個基板驅動器31一起聚集在一單元內。各驅動器31包括第一線圈、第二線圈及整合溫度感測器312。各驅動器藉由個別的真空饋孔26及共用旋轉饋孔27連接至控制單元7。第一線圈連接至輸入線3100與輸出線3102且第二線圈連接至輸入線3101與輸出線3103。由於驅動器31串聯，故後續驅動器的輸入線對應於先前驅動器的輸出線。當電力流經該等線時，所有驅動器彼此同步轉動。此外，線數減少為2輸入線與2輸出線。溫度感測器連接至輸入線3120與輸出線3121。對於各單元，僅一驅動器31的溫度感測器312連接至控制單元。因此，對於各單元，僅有關於驅動器的4電線與關於溫度感測器312的2電線需要通過旋轉饋孔27。
圖6顯示自具有圖1之設備1的用於沉積薄膜於基板上的完整系統上方所見之透視圖。在設備1的頂側邊上，數個源12配置於周邊。相鄰於裝載位置配置轉移模組8。轉移模組8分別密封地連接至設備1，轉移模組8內部連接至設備1的處理室。轉移模組8包括一校準器80，用於在預定定向來定向待塗布的基板。相鄰於轉移模組8，在設備1的相對側邊上配置裝載模組9。裝載模組9密封地連接至轉移模組8。在所繪實施例中的裝載模組9包括兩個裝載站，可在該處裝載待塗布的基板，單一或成批均可。
1:設備 2:轉台 3:基板載體單元 4:基板升降體 5:升降機 6:位置感測器 7:控制單元 8:轉移模組 9:裝載模組 10:殼體 11:處理室 12:源 20:上台板 21:台軸 22:台驅動器 23:上遮板 24:下台板 25:台旗標 26:真空饋孔 27:旋轉饋孔 30:殼體 31:基板驅動器 32:安裝凸緣 33:絕緣體 34:基板載體 35:驅動旗標 36:反射體 40:銷 41:銷保持器 60:雷射束 80:校準器 200:開口 201:遮蓋 210:軸承 240:圓形壁 241:密封墊 310:第一軸 311:第二軸 312:溫度感測器 3100:第一供應線 3101:第二供應線 3102:第一返還線 3103:第二返還線 3120:供應線 3121:返還線 A1:第一軸線 A2:第二軸線
以下參考圖式詳述本發明的實施例。這些圖式僅供闡釋之用而無限制之意。其中顯示 圖1係具有依本發明的基板支撐單元的用於沉積薄膜於基板上的設備的部分剖面圖； 圖2係自圖1的轉台(turntable)上方所見透視圖； 圖3係圖1之基板載體單元的剖面圖； 圖4係自圖1之設備的裝載位置下方所見透視展開圖； 圖5係圖1之基板載體單元的概略連接平面圖；及 圖6係自具有圖1之設備的用於沉積薄膜於基板上的完整系統上方所見透視圖。
1:設備
2:轉台
3:基板載體單元
4:基板升降體
5:升降機
7:控制單元
10:殼體
11:處理室
12:源
20:上台板
21:台軸
22:台驅動器
23:上遮板
24:下台板
26:真空饋孔
27:旋轉饋孔
31:基板驅動器
34:基板載體
40:銷
41:銷保持器
210:軸承
240:圓形壁
241:密封墊
A1:第一軸線
A2:第二軸線

Claims (19)

  1. 一種基板支撐單元，其包括： 一轉台(2)，其可繞一第一軸線(A1)轉動且係由一第一驅動器(22)驅動； 複數個基板載體單元(3)，其配置在該轉台(2)上與該第一軸線(A1)同心，每一個基板載體單元包括一基板載體(34)，其可繞一對應的第二軸線(A2)轉動且係由一第二驅動器(31)驅動， 其中所有的第二軸線(A2)與該第一軸線(A1)平行。
  2. 如請求項1之基板支撐單元，其中該第二驅動器(31)適用於真空。
  3. 如請求項1或2之基板支撐單元，其中該第一驅動器(22)及/或該第二驅動器(31)係一步進馬達。
  4. 如請求項1至3中任一項之基板支撐單元，其中該轉台(2)包括一圓盤狀上台板(20)，其具有用以收容一個基板載體單元(3)的複數個孔(200)，其中所有的孔(200)配置在一共同的直徑上而與該第一軸線(A1)同心。
  5. 如請求項4之基板支撐單元，其中每一基板載體單元(3)包括一殼體(30)，其中收容有該第二驅動器(31)且每一基板載體單元(3)係藉由該殼體(30)配置於該轉台(2)的該對應孔(200)中。
  6. 如請求項5之基板支撐單元，其中一安裝凸緣(32)係沿著該第二軸線(A2)可滑動地配置在該第二驅動器(31)的一第一軸(310)上，其中該第一軸(310)突出該殼體(30)的一頂表面，其中該殼體(30)的該頂表面垂直於該第一軸(310)延伸且基本上與該上台板(20)的一頂表面齊平。
  7. 如請求項6之基板支撐單元，其中一絕緣體(33)配置在該安裝凸緣(32)與該基板載體(34)之間。
  8. 如請求項6或7之基板支撐單元，其中一位置偵測系統(35, 36)係於該第一軸(310)的相對側配置在該第二驅動器(31)上，其中一定位旗標(35)配置於該第二驅動器(31)的一第二軸(311)上，其中該第二軸(311)與該第一軸(310)共線且在該第一軸(310)的相對側離開該第二驅動器(31)，其中該定位旗標(35)係圓盤狀的，延伸超過該第二驅動器(31)的寬度且包括至少一個開口，其延伸於該圓盤延伸超過該第二驅動器(31)的該寬度的部分的圓周的一部分上，及其中一反射體(36)配置在與該第二驅動器(31)相鄰的該基板載體單元(3)的該殼體(30)中，該反射體(36)係配置成基本上垂直於該第一軸線(A1)與該對應的第二軸線(A2)的連接線，定向成平行於該第二軸線(A2)且面向該定位旗標(35)。
  9. 如請求項1至8中任一項之基板支撐單元，其中一上遮板(23)係圍繞該等基板載體(34)配置，覆蓋該轉台(2)的一頂表面，其中該上遮板(23)的一頂表面基本上與該等基板載體(34)的該頂表面齊平。
  10. 如請求項1至9中任一項之基板支撐單元，其中一下台板(24)配置於該等第二驅動器(31)下方，延伸於該轉台(2)的整個圓周。
  11. 如請求項1至10中任一項之基板支撐單元，其中一基板升降體(4)配置於每一基板載體(34)處。
  12. 如請求項11之基板支撐單元，其中一升降機(5)於該轉台(2)下方配置在一基板裝載位置處，該升降機(5)經設計為能與位於該基板裝載位置中的每一基板升降體(4)接合。
  13. 如請求項8至12中任一項之基板支撐單元，其中一雷射感測器(6)於該轉台(2)下方配置在該基板裝載位置處，基本上垂直於該第一軸線(A1)與該對應的第二軸線(A2)的連接線，且定向成平行於該第二軸線(A2)且面向該定位旗標(35)，其中自該雷射感測器至該連接線的距離等於自該反射體(36)至該連接線的距離。
  14. 如請求項1至13中任一項之基板支撐單元，其中該等第二驅動器(31)的至少兩者串聯電連接。
  15. 如請求項14之基板支撐單元，其包括一控制單元(7)，其配置於大氣與靜止地點中，其中每一系列的第二驅動器(31)藉由一真空饋孔(26)與一旋轉饋孔(27)連接至該控制單元(7)。
  16. 如請求項14或15之基板支撐單元，其中每一第二驅動器(31)包括一溫度感測器(312)且其中每一系列的第二驅動器(31)中的一個第二驅動器(31)的該溫度感測器(312)連接至該控制單元(7)。
  17. 一種用於沉積一薄膜於一基板上之設備(1)，其包括： 一處理室(11)， 在該處理室(11)的一第一側上的至少一個源(12)，及 如請求項1至16中任一項之基板支撐單元， 其中該基板支撐單元界定該處理室(11)的一第二側，其與該處理室(11)的第一側相對。
  18. 如請求項17之設備，其包括： 一轉移模組(8)，其配置於該基板支撐單元的該基板裝載位置處，及 至少一個裝載模組(9)，其係於該基板支撐單元的該相對側上配置於該轉移模組(8)處。
  19. 一種用於沉積一薄膜於一基板上之處理，其包括以下步驟： 提供如請求項1至16中任一項之基板支撐單元； 提供具有至少一個源(12)的一處理室(11)於該處理室(11)的一第一側上，其中該基板支撐單元界定該處理室(11)的一第二側，其與該處理室(11)的該第一側相對； 以該第一驅動器(22)將該等基板載體單元(3)之一者配置於該基板裝載位置； 以該對應的第二驅動器(31)定向在該基板裝載位置的該基板載體單元(3)的該基板載體(34)； 將一基板裝載於該基板載體(34)； 在通過該至少一個源(12)的影響區域時，轉動該第一驅動器(22)，以便沉積一定向薄膜於被裝載的該基板上，或者 在通過該至少一個源(12)的影響區域時，轉動該第一驅動器(22)及該第二驅動器(31)，以便沉積一非定向薄膜於被裝載的該基板上。
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