TW202343633A - 處理設備及溫度控制方法 - Google Patents

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吉井弘治
山口達也
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日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

本處理設備包括配置成容納基板的處理腔室、覆蓋處理腔室的周邊且配置成加熱容納在處理腔室內之基板的爐主體、配置成供應冷卻氣體至處理腔室與爐主體之間之溫度控制空間的氣體供應單元、以及配置成從溫度控制空間排放氣體的氣體排放單元。氣體排放單元包括複數排放孔，該複數排放孔配置成排放溫度控制空間中的氣體，該複數排放孔位於爐主體之側壁中沿爐主體之軸向的複數位置處。

Description

處理設備及溫度控制方法
本揭露內容關於處理設備和溫度控制方法。
舉例而言，日本公開專利案第2020-167422號描述熱處理設備，其包括容納複數基板的處理腔室、和設置在處理腔室周邊且對容納在處理腔室中的複數基板進行加熱的爐主體。爐主體包括強制冷卻單元(或者，氣體供應單元)和熱排放系統(或者，氣體排放單元)，用於強制地冷卻容納在處理腔室內的基板的目的。氣體供應單元包括設置在爐主體的側壁上的複數冷卻劑出口以排放氣體(或者，冷卻劑)。另一方面，氣體排放單元包括設置在爐主體的上部處的排放埠，其將供應到爐主體內之空間的氣體排出。
根據本揭露內容的一態樣，處理設備包括配置成容納基板的處理腔室；覆蓋處理腔室的周邊且配置成對容納在處理腔室內的基板進行加熱的爐主體；配置成向處理腔室和爐主體之間的溫度控制空間供應冷卻氣體的氣體供應單元；以及配置成排放來自該溫度控制空間之氣體的氣體排放單元，其中處理氣體排放單元包括複數排放孔，該複數排放孔配置成排放溫度控制空間中的氣體，該複數排放孔位於爐主體的側壁中沿爐主體之軸向的複數位置處。
實施例的目的和優點將藉由申請專利範圍中特別指出的元件和組合來達成和獲得。
應理解，前文的概括性描述和下文的詳細描述皆為例示性及解釋性，且對要求保護之本發明而言非限制性。
在下文中，將參考圖式描述本揭露內容的實施例和修改例。在圖式中，相同的構成元件用相同參考數字表示，且可能省略對其的重複描述。
本揭露內容提供能夠促進處理腔室均勻冷卻的技術。
圖1是概括圖，用於解釋及示意性顯示根據第一實施例的處理設備1的配置的範例。如圖1所示，根據第一實施例的處理設備1是垂直處理設備，其中將複數基板W沿垂直方向(即，軸向或上下方向)並排設置，以及在複數基板W的每一者上執行基板處理，例如，膜形成製程(或者，沉積製程)、或類似者。基板W的範例例如包括半導體基板(例如矽晶圓、化合物半導體晶圓、或類似者)及玻璃基板。
處理設備1包括容納複數基板W的處理腔室10和覆蓋處理腔室10周邊的圓柱形爐主體50。處理設備1更包括控制處理設備1之每一元件之操作的控制器90。
處理腔室10形成為中心軸沿垂直方向延伸的圓柱形，以將複數基板W沿垂直方向並排配置。例如，處理腔室10包括具有頂部及開放下端的內筒11、以及具有頂部及開放下端且覆蓋內筒(inner cylinder)11外側的外筒(outer cylinder)12。內筒11及外筒12由例如石英等耐熱材料形成，且內筒11和外筒12係同軸設置，以形成雙筒結構。處理腔室10不限於雙筒結構，且可具有單筒結構，或由三或更多筒形成的複數筒結構。
內筒11的頂部是平的，而外筒12的頂部是圓頂形(dome-shaped)。沿垂直方向容納氣體噴嘴31的容納部13位於沿內筒11之周邊方向的預定位置處。內筒11的側壁的一部分沿內筒11的徑向往外突出，以形成凸部14，以及例如形成於凸部14內側上的容納部13。
在容納部13的相對側上，內筒11的側壁中形成沿垂直方向伸長的開口15。開口15將內筒11內的氣體排至內筒11與外筒12之間的空間P。開口15沿垂直方向的長度可大於或等於晶圓舟(wafer boat)16沿垂直方向的長度。
處理腔室10的下端由圓柱形歧管17支撐，圓柱形歧管17例如由不銹鋼形成。在歧管17的上端形成凸緣(flange)18，且凸緣18支撐位於外筒12之下端處的凸緣12f。在凸緣12f與凸緣18之間設置有密封件19，從而氣密地密封外筒12和歧管17的內部。
環形支撐部20從歧管17的上部的內壁沿徑向往內突出，且支撐部20支撐內筒11的下端。蓋部21經由密封件22氣密地附接到歧管17之下端處的開口。即，蓋部21氣密地閉合歧管17之下端處的開口。例如，蓋部21由不銹鋼形成為平坦狀或板狀。
經由磁性流體密封件23可旋轉地支撐晶圓舟16的旋轉軸24穿過蓋部21的中心部分。旋轉軸24的下部受支撐在升降機構25的臂25A上，該升降機構25由舟升降部(boat elevator)或類似物形成。藉由上升或降低升降機構25的臂25A，處理設備1可移動蓋部21和晶圓舟16彼此整體地上下，使得晶圓舟16可插入處理腔室10或從處理腔室10移除。
旋轉板26設置在旋轉軸24的上端處，且配置成固持基板W的晶圓舟16係經由隔熱單元27設置在旋轉板26上。晶圓舟16是基板固持器，其配置成沿垂直方向以預定間隔固持基板W。每一基板W係藉由晶圓舟16加以固持，使得各基板的上及下表面在水平方向延伸。
處理氣體供應單元30係經由歧管17插入處理腔室10的內側。處理氣體供應單元30引入氣體到內筒11中，例如處理氣體、吐淨氣體、清潔氣體、或類似者。例如，處理氣體供應單元30包括一或更多氣體噴嘴31，用於引入處理氣體、吐淨氣體、及清潔氣體。
氣體噴嘴31是由石英形成的注入管(injector pipe)，且在內筒11內沿垂直方向延伸。氣體噴嘴31在其下端處彎曲成L形，且設置成從歧管17的內側向外側穿過歧管17。氣體噴嘴31包括沿垂直方向於預定間隔處的複數氣孔31h，且透過各氣孔31h沿水平方向排放氣體。例如，氣孔31h的預定間隔係設置成與晶圓舟16支承基板W的預定間隔相同。此外，沿垂直方向設置的氣孔31h位置係設置在沿垂直方向之兩相鄰基板W之間的中間位置，使得氣體可順暢地流過相鄰基板W之間的空間。
處理氣體供應單元30向處理腔室10內的氣體噴嘴31供應處理氣體和吐淨氣體，同時控制處理腔室10外的流速。根據待沉積於基板W上之膜的類型，可選擇適當的處理氣體。例如，當形成氧化矽膜時，含矽氣體(例如二氯矽烷(DCS，dichlorosilane)氣體等)及氧化氣體(例如臭氧(O3)氣體等)可用於處理氣體。例如氮氣(N2)、氬氣(Ar)、或類似者的惰性氣體可用作吐淨氣體。
處理氣體排放單元40將處理腔室10內的氣體排放到外。處理氣體供應單元30所供應的氣體從內筒11的開口15流出，進入內筒11與外筒12之間的空間P，且透過氣體出口41排放。氣體出口41形成在歧管17的上側壁中，支撐部20上方。處理氣體排放單元40的排放路徑42連接到氣體出口41。處理氣體排放單元40包括從排放路徑42的上游側到下游側依序的壓力調節閥43和真空泵44。藉由真空泵44導致吸引處理腔室10內的氣體，處理氣體排放單元40控制處理腔室10內的壓力，以及控制(或調節)待藉由壓力調節閥43排放之氣體的流速。
此外，溫度感測器80設置在處理腔室10(即內筒11)內，配置成偵測處理腔室10內的溫度。溫度感測器80具有複數溫度偵測元件81至85(在本實施例中為五個溫度偵測元件)，其沿垂直方向位於不同位置處，對應於稍後描述的複數區塊Z。熱電偶、電阻溫度感測器、或類似者可用於複數溫度偵測元件81至85。溫度感測器80將複數溫度偵測元件81至85分別偵測的溫度發送到控制器90。
另一方面，爐主體50設置成覆蓋處理腔室10的周邊，且對處理腔室10內的基板W進行加熱和冷卻。更特別地，爐主體50包括具有頂部的圓柱形外殼51和設置在外殼51中的加熱器52。
外殼51形成為具有在垂直方向(或軸向)上比處理腔室10的直徑及長度更長的直徑和長度，且設置成使得外殼51的中心軸位於與處理腔室10的中心軸相同的位置。例如，外殼51附接在支撐外筒12的凸緣12f的基部板54。外殼51附接成不與處理腔室10的外周表面接觸，從而在外殼51和處理腔室10之間形成溫度控制空間(或溫度調整空間)53。設置溫度控制空間53，以在處理腔室10的側部和上部處形成連續空間。
外殼51包括隔熱部51a和加強部51b，隔熱部51a形成為圓柱形，其具有頂部且覆蓋整個處理腔室10，加強部51b配置成在隔熱部51a的外周側加強隔熱部51a。也就是說，外殼51的側壁具有疊層結構，其由隔熱部51a和加強部51b的疊層形成。舉例而言，隔熱部51a由包含以下者為主要成分的材料形成：矽氧化物(silica)、鋁氧化物(alumina)、或類似者，而減少隔熱部51a的熱傳遞。加強部51b例如由不銹鋼或類似者的金屬形成。此外，為了減少熱對爐主體50外部的影響，加強部51b的外周側被水冷套(water cooling jacket)(未顯示)覆蓋。
爐主體50的加熱器52可具有適於加熱處理腔室10內的複數基板 W的適當配置。例如，輻射紅外線以加熱處理腔室10的紅外線加熱器可用於加熱器52。在此情況下，加熱器52可由導線形成，該導線係經由固持器(未顯示)固持在隔熱部51a的內壁表面上，以在隔熱部51a上固持成螺旋形、環形、弧形、柄形(shank)、曲折形等。
為了冷卻處理腔室10內的基板W，根據本實施例的爐主體50包括將冷卻氣體供應到溫度控制空間53的氣體供應單元60和排放溫度控制空間53內氣體的處理氣體排放單元70。在本實施例中，雖然供應到溫度控制空間53的氣體為空氣，但該氣體沒有特別限制，且惰性氣體等可供應到溫度控制空間53。
舉例而言，在基板W上執行基板處理(例如熱處理)後，當強制冷卻基板W時，氣體供應單元60向處理腔室10內噴入空氣。氣體供應單元60包括設置在爐主體50外部的外部供應路徑61和流速調整器62、設置在加強單元51b中的供應流動路徑63、以及設置在隔熱部51a中的供應孔64。
外部供應路徑61連接到送風機(未顯示)，且向爐主體50供應空氣。外部供應路徑61可設置有溫度控制器(熱交換器、輻射器、或類似者)，其配置成控制所供應的空氣的溫度。外部供應路徑61包括位於其中間位置的複數分支路徑61a。複數分支路徑61a沿垂直方向設置，且連接到外殼51的加強部51b。每一分支路徑61a沿垂直方向分支或分佈從送風機供應的空氣。
流速調整器62係相對於複數分支路徑61a的每一者而設置，並調整流過每一分支路徑61a的空氣的流速。複數流速調整器62可在控制器90的控制下彼此獨立地改變空氣的流速。流速調整器62可配置成響應於使用者等所執行的手動操作來調整空氣的流速，而非由控制器90控制。
供應流動路徑63形成在沿加強部51b之軸向方向(或垂直方向)的複數位置處，該加強部51b形成外殼51的側壁。在平面剖面圖，複數供應流動路徑63的每一者具有沿圓柱形加強部51b內側之周邊方向延伸的弧形(也參照圖2B)。各供應流動路徑63的弧形的弧長比加強部51b的周邊的二分之一短。
複數供應孔64沿形成外殼51側壁的隔熱部51a的軸向方向(或垂直方向)形成，且亦沿隔熱部51a的周邊方向形成(請參考圖2A和圖2B)。沿軸向方向並排設置的供應孔64設置在與供應流動路徑63相同的軸向位置，該供應流動路徑63沿軸向方向並排設置，且因此供應孔64沿水平方向分別與供應流動路徑63連通。在相同軸向位置處沿周邊方向並排設置的供應孔64與一供應流動路徑63連通。即，複數供應孔64在隔熱部51a的側壁中設置成矩陣設置。各供應孔64形成為穿過隔熱部51a，且將引入各供應流動路徑63的空氣噴向溫度控制空間53。
另一方面，處理氣體排放單元70在強制冷卻過程中排放溫度控制空間53中的空氣，以控制爐主體50中的熱排放和溫度控制空間53的內部壓力。氣體排放單元70包括設置在爐主體50外的外部排放路徑71、設置在加強部51b中的排放流動路徑72、以及設置在隔熱部51a中的排放孔73。
外部排放路徑71從爐主體50到合併位置係具有複數分支路徑71a，且從合併位置整合為單一合併路徑71b。複數分支路徑71a或合併路徑71b的每一者可設置有調節閥等，以控制待排放空氣的流速。控制器90或使用者可藉由使用調節閥來控制(或調節)空氣的流速，以改變處理氣體排放單元70中溫度控制空間53的壓力。此外，合併路徑71b可設置有用於冷卻要排放之空氣的冷卻裝置(未顯示)和用於空氣吸引的泵(未顯示)。進一步，合併路徑71b的下游端可與外部供應路徑61連接。因此，處理氣體供應單元60和處理氣體排放單元70可使空氣循環，以冷卻爐主體50。或者，外部排放路徑71可將從爐主體50排放的空氣作為廢物丟棄，不再利用排放的空氣。
與供應流動路徑63類似，排放流動路徑72形成在沿形成外殼51之側壁之加強部51b的軸向方向(或垂直方向)的複數位置處。在平面剖面圖中，複數排放流動路徑72的每一者具有沿圓柱形加強部51b內之周邊方向延伸的弧形(也參照圖2B)。
根據本實施例，複數排放孔73沿形成外殼51的側壁的隔熱部51a的軸向方向(或垂直方向)形成，且亦沿隔熱部51a的周邊方向形成(也參照圖2A和圖2B)。沿軸向方向並排設置的排放孔73設置在與排放流動路徑72相同的軸向位置處，該排放流動路徑72係沿軸向方向並排設置，且因此沿水平方向排放孔73分別與排放流動路徑72連通。在相同軸向位置沿周邊方向並排設置的排放孔73與排放流動路徑72連通。即，複數排放孔73在隔熱部51a的側壁中也設置成矩陣設置。
更特別地，如圖2B所示，在平面剖面圖中，爐主體50具有包括複數供應孔64的供應區域SA、包括複數排放孔73的排放區域EA、以及不包括孔的一對分隔區域DA。供應區域SA和排放區域EA設置在相對於爐主體50之中心軸的彼此相對的位置處，且形成對稱的平面形狀。兩個分隔區域DA分別設置在供應區域SA和排放區域EA之間。
在圖2B中，供應區域SA、排放區域EA、和兩個分隔區域DA設置成沿爐主體50的周邊方向90°的範圍。供應區域SA、排放區域EA、和兩個分隔區域DA的範圍沒有特別限制。例如，供應區域SA和排放區域EA可設置在大於或等於90°的範圍，且兩個分隔區域DA可設置在小於90°的範圍。或者，供應區域SA和排放區域EA可設置在小於90°的範圍，且兩個分隔區域DA可設置在大於或等於90°的範圍。
供應區域SA包括沿爐主體50的隔熱部51a的周邊方向的複數供應孔64，使得空氣從供應區域SA的整體區域噴射到溫度控制空間53。各供應孔64的外側與沿周邊方向延伸的供應流動路徑63連通，且各供應孔64的內側連通至溫度控制空間53。各供應孔64沿爐主體50的徑向線性延伸。此外，供應孔64以等間隔設置在供應區域SA中。儘管圖2B所示的供應區域SA包括八個供應孔64，但包括在供應區域SA中的供應孔64的數量沒有特別限制。
排放區域EA包括沿爐主體50的隔熱部51a的周邊方向的複數排放孔73，使得溫度控制空間53中的空氣從整個排放區域EA噴出。各排放孔73的外側與沿周邊方向延伸的排放流動路徑72連通，且各排放孔73的內側與溫度控制空間53連通。各排放孔73沿爐主體50的徑向線性延伸。此外，排放孔73等間隔地設置在排放區域EA中。儘管圖2B中所示的排放區域EA包括八個排放孔73，這與包括在供應區域SA中的供應孔64的數量(即八個)相同，但是排放孔73的數量當然沒有特別限制。
如圖2A所示，在爐主體50的側壁中沿軸向分別並排設置的供應孔64和排放孔73係針對複數區塊Z的每一者而設置，複數區塊Z設置在處理腔室10(或溫度控制空間53)的軸向。在圖2A中，根據溫度感測器80的溫度偵測元件81至85設置五個區塊Z。區塊Z的邊界大約設置在沿軸向設置之溫度測量元件81至85中兩相鄰溫度偵測元件之間的中間位置處(沿軸向設置之排放孔73中兩相鄰排放孔之間的中間位置)。然而，本實施例中的溫度控制空間53的區塊Z並非實體隔開，且為彼此連通的虛擬空間。
在沿爐主體50的軸向並排佈置的每一區塊Z中，供應孔64的軸向位置和排放孔73的軸向位置設置為相同的軸向位置。本說明書中使用的用語「相同位置」包括沿垂直方向的位置稍微不同的情形(例如5cm的範圍內)。例如，取決於加熱器52在隔熱部51a的內壁表面上的設置，供應孔64的位置和排放孔73的位置可沿垂直方向彼此偏離，以避開加熱器52的位置。在加熱器52設置成螺旋形的情況下，供應孔64的位置和排放孔73的位置在一圈內可視為相同，即使沿垂直方向的位置沿螺旋形逐漸改變亦然。藉由將供應孔64和排放孔73定位在相同位置，處理設備1可使從供應孔64供應的空氣在與爐主體50的軸向垂直的水平方向上移動到溫度控制空間53，且從排放孔73排放空氣。
此外，可判定設置範圍，在該設置範圍中，供應孔64和排放孔73係沿軸向設置，使得在處理腔室10內沿軸向設置的基板W的全部者被涵蓋在該設置範圍中。換言之，供應孔64和排放孔73分別設置在比複數基板W的最上部更高以及比複數基板W的最下部更低的位置處。因此，處理設備1可向處理腔室10的軸向位置均勻地供應空氣，處理腔室10的軸向位置對應於沿軸向設置之基板W所在的位置。
返回參考圖1的描述，包括處理器91、記憶體92、輸入輸出接面(未顯示)、或類似者的電腦可用於處理設備1的控制器90。處理器91係以下者其中一者或其組合：中央處理器(CPU，central processing unit)、圖形處理單元(GPU，graphics processing unit)、特定用途積體電路(ASIC，application specific integrated circuit)、場可程式化閘陣列(FPGA，field programmable gate array)、包括複數分離半導體的電路等。記憶體92是揮發性記憶體和非揮發性記憶體的適當組合(例如，光碟、數位通用光碟(DVD)、硬碟、快閃記憶體等)。
記憶體92儲存用於操作處理設備1的一個或複數程式及配方，例如基板處理的製程條件等。處理器91藉由讀取和執行儲存在記憶體92中的一或更多程式來控制處理設備1的各元件。控制器90可由主機電腦或複數客戶端電腦加以配置，其能夠經由網路執行通訊。
根據第一實施例的處理設備1基本上如上所述配置，以及下文將描述其操作。
在基板處理中，處理設備1的控制部90首先將載有複數基板W的晶圓舟16傳輸到處理腔室10內。藉由用蓋部21封閉歧管17的下端處的開口，當將晶圓舟16傳輸至處理腔室10內時，處理腔室10內成為密閉空間。在形成密閉空間後，處理設備1執行預定的基板處理。
例如，當執行膜形成製程(或沉積製程)作為基板處理時，控制器90控制爐主體50的加熱器52，以將加熱器52的溫度升高到設置溫度，從而將處理腔室10內的各基板W加熱至膜形成製程所需的溫度(退火步驟：步驟(a))。進一步，除了退火製程之外，控制器90更控制處理氣體供應單元30的操作，以將膜形成製程用的處理氣體透過氣體噴嘴31供應到處理腔室10內，以及藉由處理氣體排放單元40將處理腔室10內的處理氣體排放(處理氣體流動步驟)。因此，在將處理腔室10內的壓力維持在設置壓力的狀態下，處理腔室10填滿處理氣體，且在基板W的每一者的表面上形成膜。此外，處理設備1可在膜形成製程期間改變處理氣體的類型，以形成複數膜的疊層，或者引發例如膜的氧化、氮化等反應。
在膜形成製程之後或期間，控制器90控制設置在爐主體50中的處理氣體供應單元60和處理氣體排放單元70，以對處理腔室10執行強制冷卻，從而降低各基板W的溫度(冷卻步驟：步驟(b))。在該狀態下，控制器90經由外部供應路徑61從送風機供應空氣，且藉由各流速調整器62控制(或調整)供應到溫度控制空間53的空氣的流速。因此，流入爐主體50的空氣透過供應流動路徑63，且從各供應孔64流入溫度控制空間53。
如圖2A所示，沿爐主體50的軸向設置的複數供應孔64係針對溫度控制空間53的複數區塊Z的每一者噴射空氣。另一方面，沿爐主體50的軸向設置的複數排放孔73針對溫度控制空間53的複數區塊Z的每一者排出空氣。此外，如圖2B所示，在爐主體50的相同軸向位置處沿供應區域SA的周邊方向設置的複數供應孔64將空氣從整個供應區域SA噴至相同區塊Z。進一步，沿排放區域EA的周邊方向設置在爐主體50的相同軸向位置處的複數排放孔73可從整個排放區域EA排出空氣。
供應到溫度控制空間53的空氣在每一區塊Z中沿水平方向移動，且從氣體供應區域SA的一側撞擊處理腔室10的外周表面。此外，空氣圍繞處理腔室10的外周表面流動，且向排放區域EA移動。即，藉由在處理腔室10的外周表面的周邊方向上連續地供應空氣流動及連續地排出空氣，處理設備1可維持水平方向上空氣的流動以及有效地冷卻處理腔室10。
習知的爐主體在頂部內或爐主體的上部內具有排放埠。在此情況下，供應到溫度控制空間的空氣被從溫度控制空間向上方引導，且朝向處理腔室的上方被加熱更多。特別地，即使在基板處理期間由於基板W間的溫度差異、區塊Z間的溫度差異等而在處理腔室的垂直方向上發生機器差異(溫度差異)的情形中，若空氣向上流動，則低溫的空氣不能被足夠地供應到處理腔室的外周表面。因此，在習知的爐主體中，在強制冷卻期間，難以均勻地控制處理腔室的溫度，且於基板W間可能發生溫度不均的問題。若基板W間的溫度不均勻度大，基板處理中也可能發生不均勻。
不同地，在根據本實施例的處理設備1中，複數排放孔73設置在爐主體50的軸向方向上，使得空氣從每一供應孔64沿溫度控制空間53的大致水平方向流到每一排放孔73。因此，處理設備1可沿處理腔室10的軸向往外周表面均勻地吹動空氣，且可沿處理腔室10的軸向均勻地降低溫度。換言之，根據爐主體50的配置，處理設備1可吸收每一設備各元件間的差異效應、組裝誤差、設備設置環境等，且可改善相關於強制冷卻的目標溫度的再現性。
此外，處理設備1可執行詳細的控制，例如，向高溫位置供應大量的空氣以及向低溫位置供應少量的空氣，其係藉由從每一供應孔64噴出具有經每一流速調整器62調整之流速的空氣，該供應孔64設置於軸向。因此，在基板處理期間，除了藉由加熱器52進行加熱之外，在基板處理期間，處理設備1更可增加每一區塊Z的溫度控制範圍，其係藉由控制供應到溫度控制空間53之空氣的流速，例如，伴隨製程轉變的溫度變化等。
根據本揭露內容的處理設備1不限於上述實施例，且可以進行諸多變化和修改。例如，供應孔64和排放孔73的方向可彼此平行，或可朝向外。進一步，供應孔64和排放孔73例如可在區塊Z內沿水平方向交錯設置。以下，將參照圖3A至圖5C說明及描述處理裝置1的修改例。
如圖3A所示，根據第一修改例的爐主體50A與上述爐主體50的不同之處在於排放孔73的軸向位置與供應孔64的軸向位置不同。如上所述，即使當排放孔73的軸向位置與供應孔64的軸向位置偏離時，爐主體50A仍可沿處理腔室10的整個軸向在外周表面周圍供應空氣。因此，可能有效地控制處理腔室10整體和處理腔室10內的基板W的溫度。在圖3A中，每一排放孔73設置在沿爐主體50A的軸向設置的兩相鄰供應孔64之間的中間位置處，但是每一排放孔73相對於每一供應孔64的軸向位置當然沒有特別限制。
如圖3B所示，根據第二修改例的爐主體50B與上述的爐主體50的不同之處在於在供應孔64和排放孔73係針對每一區塊Z而設置，該區塊Z係設置在處理腔室10及爐主體50B的軸向，且分隔件55分隔(或劃分)兩相鄰的區塊Z。因此，在由分隔件55分隔(或劃分)的每一區塊Z中，空氣沿區塊Z的水平方向流動，同時空氣從供應孔64流向排放孔73。因此，處理設備1可更詳細地控制複數區塊Z的每一者的溫度，且可促進處理腔室10中各基板W的溫度的均勻度。雖然在圖3B中，沿每一區塊Z的軸向設置一排放孔64及一排放孔73，但爐主體50B可設置有複數供應孔64或複數排放孔73，其係沿每一區塊Z的軸向。此外，分隔件55可配置成完全密封處理腔室10之外周表面與爐主體50B之側壁之間的間隙，或可安裝成使得在處理腔室10的外周表面和爐主體50B的側壁之間形成間隙。
如圖3C所示，根據第三修改例的爐主體50C與上述爐主體50的不同之處在於沿軸向之排放孔73的數量與沿軸向之供應孔64的數量不同。即，排放孔73的數量沒有限制，只要沿爐主體50C的軸向設置複數排放孔73即可。如圖3C所示，沿軸向的排放孔73的數量可小於沿軸向方向的供應孔64的數量，或者，可大於沿軸向的供應孔64的數量。
如圖4A所示，根據第四修改例的爐主體50D與上述的爐主體50的不同之處在於爐主體50D不包括分隔區域DA，而在沿周邊方向之隔熱部51a的一半中包含氣體供應區域SA，且在沿周邊方向之隔熱部51a的另一半中包括排放區域EA。即使在沒有分隔區域DA的如此配置中，爐主體50D也可執行將空氣噴出至處理腔室10中，且空氣的排放以相同於爐主體50的方式撞擊處理腔室10。
如圖4B所示，根據第五修改例的爐主體50E與上述的爐主體50不同之處在於供應區域SA和排放區域EA沿隔熱部51a的周邊方向交替地重複多次。因此，爐主體50E不特別地受限於供應區域SA和排放區域EA的設置，且可可自由設計。例如，氣體供應區域SA可設置成面向處理腔室10的一部分，其中溫度同樣地上升，且氣體排放區域EA可設置成面向處理腔室10的另一部分，可能直接供應空氣至目標部分且輕易地降低溫度。
如圖4C所示，根據第六修改例的爐主體50F與上述爐主體50的不同之處在於供應孔64和排放孔73沿隔熱部51a的周邊方向交替地設置。即使在供應孔64和排放孔73交替設置的該配置中，爐主體50F也可執行將空氣噴出至處理腔室10中，且空氣的排放以相同於爐主體50的方式撞擊處理腔室10。
如圖5A所示，根據第七修改例的爐主體50G與上述爐主體50的不同之處在於在隔熱部51a中設置有單一的供應孔64，同時複數排放孔73沿隔熱部51a的周邊方向設置。即使在這種情況下，爐主體50G可使從單一供應孔64供應的空氣在處理腔室10的外周表面周圍流動，且從複數排放孔73排放空氣。因此，爐主體50G可獲得與爐主體50類似的效果。
如圖5B所示，根據第八修改例的爐主體50H與上述爐主體50的不同之處在於沿隔熱部51a的周邊方向設置複數供應孔64，同時沿隔熱部51a的周邊方向設置單一的排放孔73。然而，複數排放孔73沿爐主體50H的軸向設置。即使在這種情況下，藉由使從複數供應孔64供應的空氣在處理腔室10的外周表面周圍流動，以及從單一排放孔73排放空氣，爐主體50H可獲得與爐主體50類似的效果。換言之，沿隔熱部51a的周邊方向設置的排放孔73的數量與供應孔64的數量相同並非必要的，且排放孔73的數量可大於或小於供應孔64的數量。
如圖5C所示，根據第九修改例的爐主體50I與上述爐主體50的不同之處在於爐主體51a包括沿隔熱部51a的周邊方向伸長的伸長排放孔74。如上所述，藉由設置伸長的排放孔74，爐主體50I可改善周邊方向的排放性能。換言之，排放孔73及74的形狀沒有特別限制。例如，爐主體50I可設置有伸長的排放孔74，其係沿周向伸長，且比沿軸向的供應孔64長。或者，當然可自由設計供應孔64的形狀。
圖6為垂直剖面圖，其示意性顯示根據第二實施例的處理設備1A的配置。根據第二實施例的處理設備1A包括與根據第一實施例的處理設備1的處理氣體供應單元60不同的氣體供應單元60A。除此以外，處理設備1A的配置與處理設備1相同，且將省略對相同配置的詳細說明。
氣體供應單元60A包括設置在爐主體50外的外部供應路徑61和複數送風機(或風扇部)65、設置在加強部51b中的複數供應流動路徑63、以及設置在隔熱部51a中的複數供應孔64。類似於第一實施例，外部供應路徑61包括位於其中間位置處的複數分支路徑61a，且複數分支路徑61a分別連接到複數供應流動路徑63和複數供應孔64。複數分支路徑61a沿垂直方向設置，且連接至外殼51的加強部51b。舉例而言，外部供應路徑61的中間位置的上游側的合併路徑61b連接至處理氣體排放單元70的外部排放路徑71(或合併路徑71b)。由於外部供應路徑61連接至外部排放路徑71，因此處理設備1A可使冷卻空氣循環，且藉由循環的空氣來良好地控制溫度控制空間53的溫度，從而降低對環境的影響。可在合併路徑61b和71b的適當位置處設置用於控制空氣溫度的熱交換器等。或者，合併路徑61b可連接到空氣源(未顯示)或大氣釋放部(未顯示)。
複數送風機65的每一者係相對於複數分支路徑61a的每一者設置。每一送風機65從外部供應路徑61的上游側吸收空氣(或氣體)，且以受控制的流速將空氣吹向其中設置有送風機65的分支路徑61a的下游側。送風機65可由控制器90彼此獨立地控制，且每一分支路徑61a中的空氣的流速可分別地控制。風扇部的配置不限於送風機65，且例如能夠調整空氣流速的流速調整器、流動調整器、流動控制器等可設置在送風機65的下游側。
此外，在處理氣體供應單元60A中，供應流動路徑63和連接至送風機65下游側之分支路徑61a的供應孔64可與第一實施例以相同方式配置。
根據第二實施例的處理設備1A基本上配置如上所述。與第一實施例類似，在膜形成製程之後或期間，處理設備1A藉由控制器90來控制處理氣體供應單元60A和處理氣體排放單元70，以強制冷卻處理腔室10，從而降低每一基板W的溫度(冷卻步驟)。在該狀態下，控制器90可藉由各送風機65以受控制的流速針對複數區塊Z的每一者供應空氣。各送風機65可穩定地從上游側吸收空氣，並強制餽送空氣至下游側，使得可能積極地防止溫度控制空間53中的每一區塊Z中的空氣的不足或過多。
基於每一送風機65的操作，每一供應孔64可良好地針對溫度控制空間53的複數區塊Z的每一者噴出空氣(沿供應區域SA之周邊方向在相同的軸向位置處)。另一方面，沿爐主體50的軸向設置的複數排放孔73可對溫度控制空間53的複數區塊Z的每一者良好地排放空氣(沿排放區域EA之周邊方向在相同的軸向位置處)。因此，處理設備1A連續地供應空氣，以沿處理腔室10的外周表面的周邊方向流動，且連續地排放空氣，從而維持空氣的水平流動，以及有效地冷卻處理腔室10。
下文將對上述實施例中描述的本揭露內容的技術概念和效果進行更詳細的描述。
根據本發明第一態樣的處理設備1包括配置成容納基板W的處理腔室10、覆蓋處理腔室10的周邊且配置成加熱容納在處理腔室10內之基板W的爐主體50、配置成供應冷卻氣體至處理腔室10與爐主體50之間之溫度控制空間53的氣體供應單元60、以及配置成從溫度控制空間53排放氣體的氣體排放單元70，其中氣體排放單元70包括複數排放孔73，該複數排放孔73配置成排放溫度控制空間53中的氣體，該複數排放孔73位於爐主體50之側壁中沿爐主體50之軸向的複數位置處。
根據上述配置，因為處理設備1包括沿爐主體50的軸向的複數排放孔73，所以可能使氣體流過沿溫度控制空間53內的軸向設置的複數排放孔73。在該狀態下，在溫度控制空間53內，防止氣體向處理腔室10的上部的往上移動，且氣體沿與處理腔室10的軸向垂直的方向流動，從而降低由處理設備1的機械差異、裝置設置環境等引起的溫度的不均。因此，在處理設備1中，可能促進處理腔室10的均勻的冷卻，且可能改善基板處理期間的溫度控制性能(或溫度調整性能)。
此外，氣體供應單元60包括在爐主體50的側壁中、沿爐主體50軸向、用來將氣體供應到溫度控制空間53的複數供應孔64，以及複數排放孔73，且複數排放孔73係針對在溫度控制空間53的軸向上設置之複數區塊Z的每一者加以設置。因此，在複數溫度控制空間53的每一者中，處理設備1可透過排放孔73排放氣體，以及從供應孔64供應氣體到溫度控制空間53，且可順暢地形成沿與處理腔室10的軸向垂直的方向的氣體流動。
此外，處理腔室10的軸與爐主體50的軸沿垂直方向延伸，且複數供應孔64與複數排放孔73設置在爐主體50的相同垂直位置處。因此，處理設備1可使氣體沿溫度控制空間53的大約水平方向穩定移動，且可進一步促進處理腔室10的均勻冷卻。
進一步，溫度控制空間53被複數分隔件55分隔成複數區塊Z。因此，處理設備1可對複數區塊Z的每一者良好地執行溫度控制。
此外，沿爐主體50的軸向設置的複數排放孔73中的一者設置在高於或等於容納在處理腔室10內之複數基板W的最上部的位置處，且沿爐主體50的軸向設置的複數排放孔73中的另一者設置在低於或等於容納於處理腔室10內之複數基板W的最下部的位置處。因此，處理裝置1可穩定地降低沿軸向設置的複數基板W的全部者的溫度，且可降低每一基板W的基板處理的製程中的不均勻度(或沉積的不均勻度)。
爐主體50包括具有複數供應孔64的供應區域SA和具有複數排放孔73的排放區域EA，其沿周邊方向在爐主體50的相同軸向位置處。因此，處理設備1可從排放區域EA排出大量的氣體，以及從氣體供應區域SA供應大量的氣體。
供應區域SA和排放區域EA設置在跨越爐主體50之中心彼此相對的位置處。因此，在處理設備1中，藉由將從氣體供應區域SA供應的氣體引導至溫度控制空間53中位於相對側的排放區域EA，在此引導製程期間，可輕易地將氣體供應到處理腔室10的外周表面，且可能更有效地冷卻處理腔室10內的基板W。
分隔區域DA設置在供應區域SA和排放區域EA之間，以將供應區域SA和排放區域EA彼此分開。因此，處理設備1可使氣體在處理腔室10的外周表面周圍積極地流動，從而良好地冷卻處理腔室10內的基板W。
此外，處理氣體供應單元60A包括複數分支路61a，其分別連接至爐主體50的軸向設置的複數供應孔64，且進一步包括風扇部(送風機65)，其將氣體吹送至複數供應孔64，同時控制流速，該風扇部係分別相關於複數分支路徑61a而設置。因此，藉由各送風機65，處理設備1A可相關於爐主體50內的每一區塊Z以目標流速穩定地供應氣體。
此外，處理氣體供應單元60A包括合併路徑61b，在該合併路徑61b處，複數分支路徑61b匯合，且合併路徑連61b連接到外部排放路徑71，該外部排放路徑71連接到處理氣體排放單元70中的複數排放孔73。因此，處理設備1A可在處理氣體供應單元60A與處理氣體排放單元70之間的循環氣體，使得可有效地控制溫度控制空間53的溫度，以及可使從對環境的影響最小化。
進一步，爐主體50包括在爐主體50的相同軸向位置處沿周邊方向的複數排放孔73。因此，利用沿周邊方向設置的複數排放孔73，處理設備1可順暢地排放溫度控制空間53中的氣體。
根據本揭露內容的第二態樣的溫度控制方法包括(a)藉由覆蓋處理腔室10的周邊的爐主體50加熱容納在處理腔室10內的基板W，(b)供應冷卻氣體至處理腔室10與爐主體50之間的溫度控制空間53，以及從溫度控制空間53排出氣體，其中在(b)中，所述排出是將溫度控制空間53中的氣體從複數排放孔73排出，該複數排放孔73位於爐主體50之側壁中沿爐主體50之軸向的複數位置處。上述溫度控制方法亦可促進處理腔室的均勻冷卻。
根據本文揭露之實施例的處理設備1和溫度控制方法在全部態樣中皆為例示性且非限制性。例如，在不脫離所附申請專利範圍中敘述之本發明的範圍和精神的情況下，可對實施例進行諸多變化、修改、和改進。只要沒有矛盾，亦可修改實施例的特徵和配置，且只要沒有矛盾，可組合特徵和配置。
在處理設備1中，處理腔室10內的配置沒有特別限制。例如，處理設備1可為水平處理設備，其中在處理腔室10中，複數基板W沿垂直於垂直方向的水平方向設置。即使在該情況下，設置在處理腔室10外的爐主體50可均勻地冷卻處理腔室10中的基板W。或者，在爐主體50設置於單一晶圓處理腔室10外的情形中，處理設備1可具有相同的配置。
根據本揭露內容，可能提供促進處理腔室均勻冷卻的技術。
雖然已描述某些實施例，但這些實施例僅係藉由範例的方式加以呈現，且不意圖限制本揭露內容的範圍。實際上，本文描述的實施例可以以諸多其他形式加以實施。此外，在不脫離本揭露內容的精神的情況下，可對本文描述的實施例的形式進行諸多省略、替換、和改變。所附申請專利範圍及其均等物旨在涵蓋將落入本揭露內容的範圍和精神內的此類形式或修改。
1:處理設備 1A:處理設備 10:處理腔室 11:內筒 12:外筒 12f:凸緣 13:容納部 14:凸部 15:開口 16:晶圓舟 17:歧管 18:凸緣 19:密封件 20:環形支撐部 21:蓋部 22:密封件 23:密封件 24:旋轉軸 25:升降機構 25A:臂 26:旋轉板 27:隔熱單元 30:氣體供應單元 31:氣體噴嘴 31h:氣孔 40:氣體排放單元 41:氣體出口 42:排放路徑 43:壓力調節閥 44:真空泵 50:爐主體 50A~50I:爐主體 51:外殼 51a:隔熱部 51b:加強部 52:加熱器 53:溫度控制空間 54:基部板 60:氣體供應單元 61:外部供應路徑 61a:分支路徑 62:流速調節器 63:供應流動路徑 64:供應孔 70:氣體排放單元 71:外部排放路徑 71a:分支路徑 71b:合併路徑 72:排放流動路徑 73:排放孔 80:溫度感測器 81~85:溫度偵測元件 90:控制器 91:處理器 92:記憶體 DA:分隔區域 EA:排放區域 P:空間 SA:供應區域 W:基板 Z:區塊
圖1為垂直剖面圖，其示意性顯示根據第一實施例的處理設備的配置。
圖2A為垂直剖面圖，其示意性顯示穿過圖1的爐主體的空氣流。
圖2B為平面剖面圖，其示意性顯示穿過圖1所示爐主體的空氣流。
圖3A為垂直剖面圖，其示意性顯示根據第一修改例的爐主體。
圖3B為垂直剖面圖，其示意性顯示根據第二修改例的爐主體。
圖3C為垂直剖面圖，其示意性顯示根據第三修改例的爐主體。
圖4A為平面剖面圖，其示意性顯示根據第四修改例的爐主體。
圖4B為平面剖面圖，其示意性顯示根據第五修改例的爐主體。
圖4C為平面剖面圖，其示意性顯示根據第六修改例的爐主體。
圖5A為平面剖面圖，其示意性顯示根據第七修改例的爐主體。
圖5B為平面剖面圖，其示意性顯示根據第八修改例的爐主體。
圖5C為平面剖面圖，其示意性顯示根據第九修改例的爐主體。以及
圖6為垂直剖面圖，其示意性顯示根據第二實施例的處理設備的配置。
1:處理設備
10:處理腔室
11:內筒
12:外筒
12f:凸緣
13:容納部
14:凸部
15:開口
16:晶圓舟
17:歧管
18:凸緣
19:密封件
20:環形支撐部
21:蓋部
22:密封件
23:密封件
24:旋轉軸
25:升降機構
25A:臂
26:旋轉板
27:隔熱單元
30:氣體供應單元
31:氣體噴嘴
31h:氣孔
40:氣體排放單元
41:氣體出口
42:排放路徑
43:壓力調節閥
44:真空泵
50:爐主體
51:外殼
51a:隔熱部
51b:加強部
52:加熱器
53:溫度控制空間
54:基部板
60:氣體供應單元
61:外部供應路徑
61a:分支路徑
62:流速調整器
63:供應流動路徑
64:供應孔
70:氣體排放單元
71:外部排放路徑
71a:分支路徑
71b:合併路徑
72:排放流動路徑
73:排放孔
80:溫度感測器
81~85:溫度偵測元件
90:控制器
91:處理器
92:記憶體
P:空間
W:基板
Z:區塊

Claims (13)

  1. 一種處理設備，包括： 一處理腔室，配置成容納一基板； 一爐主體，覆蓋該處理腔室的一周邊，且配置成對容納在該處理腔室內的該基板進行加熱； 一氣體供應單元，配置成向該處理腔室和該爐主體之間的一溫度控制空間供應一冷卻氣體；以及 一氣體排放單元，配置成排放來自該溫度控制空間的氣體，其中該處理氣體排放單元包括複數排放孔，該複數排放孔配置成排放該溫度控制空間中的氣體，該複數排放孔位於該爐主體的一側壁中沿該爐主體之軸向的複數位置處。
  2. 如請求項1之處理設備，其中該處理氣體供應單元包括複數供應孔，該複數供應孔配置成向該溫度控制空間供應該氣體，該複數供應孔位於該爐主體之該側壁中沿該爐主體之該軸向的複數位置處，以及該複數供應孔和該複數排放孔分別設置成針對沿該溫度控制空間之該軸向設置的複數區塊的每一者。
  3. 如請求項2之處理設備，其中該處理腔室的一軸與該爐主體的一軸沿一垂直方向延伸，以及該複數供應孔和該複數排放孔係分別位於沿該爐主體之垂直位置的相同位置處。
  4. 如請求項2之處理設備，其中該溫度控制空間由複數分隔件分別分隔成該複數區塊。
  5. 如請求項2之處理設備，其中沿該爐主體的該軸向設置的該複數排放孔其中一者設置在高於或等於容納在該處理腔室內之該複數基板的一最上部的位置處，以及沿該爐主體的該軸向設置的該複數排放孔其中另一者設置在低於或等於容納在該處理腔室內之該複數基板的一最下部的位置處。
  6. 如請求項2至5其中任一項之處理設備，其中該爐主體包括具有該複數供應孔的一供應區域及具有該複數排放孔的一排放區域，該供應區域與該排放區域分別在沿該爐主體之該軸向位置的相同位置處，沿一周邊方向。
  7. 如請求項6之處理設備，其中該供應區域和該排放區域係設置於跨越該爐主體之中心的彼此相對的位置處。
  8. 如請求項6之處理設備，其中在該供應區域和該排放區域之間設置一分隔區域，該分隔區域設置成將該供應區域和該排放區域分開。
  9. 如請求項2至5其中任一項之處理設備，其中該處理氣體供應單元包括： 複數分支路徑，分別連接到沿該爐主體的該軸向設置的該複數供應孔，以及 一送風機，配置成向該複數供應孔的每一者吹送該氣體，同時控制流速，該送風機係針對該複數分支路徑的每一者加以設置。
  10. 如請求項9之處理設備，其中該處理氣體供應單元包括一合併路徑，該複數分支路徑合併成該合併路徑，以及該合併路徑連接至一外部排放路徑，該外部排放路徑連接至該處理氣體排放單元的該複數排放孔。
  11. 如請求項1之處理設備，其中該爐主體包括該複數排放孔，該複數排放孔分別在該爐主體之該軸向位置的相同位置處沿一周邊方向設置。
  12. 一種溫度控制方法，包括： 藉由一爐主體加熱一基板，該基板係容納於一處理腔室中，該爐主體覆蓋該處理腔室的一周邊； 向該處理腔室和該爐主體之間的一溫度控制空間供應一冷卻氣體；以及 從該溫度控制空間排放一氣體，其中該排放步驟是將該溫度控制空間內的該氣體從複數排放孔排放，該複數排放孔位於該爐主體的一側壁中沿該爐主體之軸向的複數位置處。
  13. 如請求項12之溫度控制方法，其中 該供應步驟供應來自複數供應孔的該冷卻氣體，該複數供應孔位於該爐主體之該側壁中沿該爐主體之該軸向的複數位置處；以及 該複數供應孔和該複數排放孔分別設置成針對沿該溫度控制空間的該軸向設置的複數區塊的每一者。
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