TWI402373B

TWI402373B - A CVD reactor that can replace the reaction chamber roof

Info

Publication number: TWI402373B
Application number: TW95143357A
Authority: TW
Inventors: Walter Franken
Original assignee: Aixtron Ag
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2006-11-23
Publication date: 2013-07-21
Also published as: DE102005056324A1; WO2007060143A1; EP1954852A1; TW200728496A

Description

可更換反應室頂板之CVD反應器

本發明係有關一種在至少一基板上沈積至少一層薄膜之裝置，其包括一在反應器殼體內之反應室，該反應室具一由基板座載板構成之底部、一與該底部相對之頂部及一將包含薄膜成分之反應氣體輸入反應室之進氣機構，反應室頂部設有一頂板，其位在一頂板載板之下方且延伸在基板座載板的整個水平面上方。

DE 102 11 442 A1曾提出此種裝置。該裝置係用於在基板表面沈積薄膜。基板放置在反應室之一基板座載板上，其下方被加熱。反應室的頂部由一進氣機構之下壁構成，該進氣機構具複數個通到反應室之氣體流出口。進氣機構下方設有一擴散板，其構成反應室的真正頂部。

DE 103 20 597 A1亦提出一種CVD反應器。該處之基板亦放置在構成反應室底部之基板座載板上，其下方被加熱。不同於上述之CVD反應器，此處一反應氣體被由基板座載板中心孔，亦即從下方，輸入反應室中。

DE 4037580提出一種濺鍍裝置，該處設有一靶材更換裝置。靶材被推入一更換室中。此外，尚設有使靶材垂直於該方向移動之裝置。

EP 0869199提出一種可以一板形閥門封閉之反應室，板形閥門關閉時，反應室頂部可開啟，以移出該處之靶材。

US 5769952提出一種群組工具，其包括複數個反應室。其中一反應室具一開口，一基板可經該開口被送入反應室中。基板之邊緣被托住。

JP 05195218 A提出一種濺鍍裝置，其頂部設一保護板。

JP 07228970 A同樣提出一種濺鍍裝置，其可更換靶材。

JP 05230625 A提出一種在一真空室中沈積薄膜之裝置。該薄膜材料係以雷射光取自一靶材。該靶材可經一真空閘門而自真空室取出。

DE 102004035335 A1提出一種純淨空間塗佈裝置，其在一真空室中使基板上沈積出玻璃、玻璃陶瓷及/或陶瓷薄膜。

DE 102004045046 A1提出一種在一基板上塗佈一層導電透明薄膜之方法及裝置。

US 6321680 B2提出一種CVD裝置，其以電漿輔助薄膜之沈積。基板被保存於一存放匣中，該存放匣可藉由一操作裝置移入一存放室中。

本發明之目的為在工作技術上進一步改良上述裝置。

本目的由申請專利範圍所述之本發明達成，各申請專利範圍可獨立存在。

依據本發明，設在反應室中心之進氣機構由基板座載板之一開口輸入氣體。所有反應氣體皆由下方輸入反應室中。較有利的是，使進氣機構穿過基板座載板的開口。尤其是將兩種不同的反應氣體輸入反應室中，其中第一反應氣體是一金屬有機化合物，第二反應氣體是一金屬氫化物，故視所選擇的反應氣體可沈積出第三及第五族或第二及第六族元素。本發明之特徵為頂板可分離地固定於一頂板載板上。頂板可被適當的扣鉤或快速鎖緊裝置固定在頂板載板上。反應器殼體具一側邊開口，頂板可由該開口而被更換。頂板載板可被冷卻。頂板載板由金屬製成，頂板本身則由石墨或石英或藍寶石製成。由於頂板延伸在頂板載板的整個下側，且頂板與進氣機構頂側有一空隙，故頂板的更換容易。為使更換頂板的開口為最小，或將此開口亦使用作為放入及取出基板之開口，本發明使頂板載板可垂直移動。頂板載板可由一反應位置下降至一頂板更換位置。在頂板更換位置時，頂板載板約位在側邊開口的中央，亦即開口上緣的下方，故一機器手臂可伸入反應室中，以握持頂板並將其取出反應室，而更換一新的頂板。將頂板固定於頂板載板的快速鎖緊裝置需被鬆脫。反應位置亦可是基板的裝卸位置，機器手臂可如習知伸到基板座載板上，取出該處之基板而更換一欲塗佈之基板。基板座載板較佳為圓環形。進氣機構周圍環繞數個基板。基板座載板由下方被驅動旋轉，故進氣機構構成一可被旋轉的中空軸。中空軸中可設複數個氣體輸入通道，以將反應氣體輸送至氣體流出口，再由該氣體流出口以水平方向流出。氣體流出口較佳為設在圓周方向上，並互為上下關係，亦即使氣體流出口位在一圓柱形周壁上。基板座載板經由下方加熱，反應器殼體內設一高頻加熱線圈。在一較佳設計中，不僅頂板載板可與頂板一起垂直移動，基板座載板包括進氣機構亦可垂直移動。側邊開口可被一門密封。頂板載板被懸吊在反應室殼體頂部，並可使頂板載板下降。其懸吊支撐裝置可通過一冷媒。

本發明尚有關一種在上述反應室之至少一基板上沈積至少一層薄膜之方法。在每個製程步驟後皆取出亦被沈積之頂板。機器手臂取出頂板並將其放入一存放匣中。然後從反應器殼體外之蝕刻室中取出一清潔過的頂板並放入反應室中而固定在頂板載板下方。蝕刻室是一氣密反應室，其進行一乾式蝕刻，例如使用氣態的HCl，而在適當的反應溫度下蝕刻掉沈積在頂板上的金屬層。清潔過後的頂板被保留在清潔狀態，直到再被使用。蝕刻步驟的時間較反應器中所進行製程步驟的時間短時，清潔過的頂板可被存放在該處一保護氣體之下。但亦可先將欲清潔之頂板送入蝕刻室中，然後將清潔過的頂板存放在存放匣中。

將頂板固定於頂板載板的固定件較佳為設在頂板邊緣。固定件可在多處，尤其是在三個相同角度位置，以末端的扣鉤頂持圓形頂板。固定件可為桿狀，其由上方穿過反應室頂部並可垂直移動。該固定桿可旋轉，而使扣鉤扣住及離開頂板。

以下將依據附圖，詳細說明本發明一實施例。

反應器殼體1由一氣密金屬殼體構成。欲進行維修時，可取下反應器殼體1蓋板。反應器殼體1蓋板上固定一頂板載板5。兩同時是一冷媒之輸入及輸出管的支撐件18、19使頂板載板5冷卻。頂板載板5具一冷卻室16。

支撐件18、19使得頂板載板5與反應器殼體1蓋板之距離可被改變。冷媒輸入及輸出管18、19可例如為伸縮式。

頂板載板5下側為一圓盤形與一頂板6接觸之平坦接觸面。頂板載板5由金屬，例如鋁或高級鋼製成。頂板6之輪廓基板上與頂板載板5下側相同。

頂板6亦為圓盤形，本實施例中之頂板覆蓋頂板載板5整個下側，亦即頂板6沒有開孔。亦沒有任何反應器構件穿過頂板6。但頂板6可以可鬆脫之固定件固定於頂板載板5。該固定件可為扣鉤。亦可將頂板6設作旋塞式蓋體而與頂板載板5連接。

頂板6下方為反應室3，故頂板6構成其頂部。反應室3亦為旋轉對稱。反應室3中心設有一進氣機構7，其將反應氣體輸入反應室3中。圓柱形之進氣機構7由下方穿過基板座載板4之一中心孔8。頂板6基本上係由熱及電絕緣材料，例如石英或石墨製成。基板座載板4則較佳由石墨製成。圓盤形基板座載板4具複數個排列在圓周方向上的凹槽，其開口朝上並各容置一圓盤形基板座15，該基板座15可被凹槽中的氣體旋轉軸承旋轉。每一基板座15上放置一欲塗佈之基板2。

基板座4下方有一加熱燈絲11，其可是一電阻加熱裝置。但較佳為使用一高頻線圈，其可在導電的基板座載板4感應產生渦流，而使得基板座載板4增溫。

進氣機構7由一中空軸12構成，該中空軸12穿過反應器殼體1之底部。中空軸12較佳為被驅動旋轉，其支撐基板座載板4，故中空軸12可帶動基板座載板4旋轉。中空軸可供應上述氣體旋轉軸承之氣體。中空軸12亦可輸入反應氣體，其可為第三或第二族元素之一氫化物及第五或第六族元素之一金屬有機化合物。氫化物與金屬有機化合物各與一載氣一起被輸入反應室中。其通道13、14彼此分開。氫化物，如AsH₃ 、PH₃ 或NH₃ ，由中央的氣體通道13流至進氣機構7頂側7’下方。在該處反應氣體垂直氣流被偏轉為水平氣流。反應氣體徑向流出流出口14’，該流出口位在圓柱形周壁上朝向反應室3。氣體通道14之流出口14’下方的圓柱形周壁上為一金屬有機化合物流出口13’。該流出口13’構成氣體通道13之末端，金屬有機化合物與其載氣由該流出口13’水平流出，故金屬有機化合物同樣被由反應器殼體1下側輸入。下流出口13’位在基板座載板4朝向反應室3之表面的正上方，流出口14’則位在反應室3的軸中央。

本實施例中，不僅頂板載板5可與固定於其下側之頂板6一起朝圖1箭頭A所示方向下降，基板座載板4及進氣機構7所構成基板支撐裝置以及其下方之加熱燈絲11亦可朝箭頭B所示方向下降。

如此使得整個反應室3可如電梯般移動。

圖1顯示反應器之裝卸位置。反應室尤其是基板座載板4在該垂直位置時，基板座載板4朝向反應室3的表面位在反應器殼體1側面開口9處。基板座載板4朝向反應室3的表面在開口9下緣的上方及開口9上緣的下方。密封開口9的密封門17開啟時，一機器手臂可伸入反應室3中，而取出已塗佈之基板2並放入一欲塗佈之基板2。基板座載板4則持續配合旋轉一適當角度。

整個反應室由圖1所示位置向下移動時，另一機器手臂可由開口9伸入反應室3中，以握持頂板6。在該位置時，基板座載板4朝向上方的表面可在開口9下緣下方。頂板6則位在開口上緣與下緣之間。故機器手臂只需垂直移動。機器手臂鬆脫而將頂板6固定於頂板載板5之固定件，並以圖2側面開口9處之雙箭頭方向取出頂板6，並將一新的頂板6固定在頂板載板5下側。

頂板的更換係在各塗佈製程之間進行，以清潔頂板。由於頂板在製程中之溫度低於基板座載板4，故無法避免頂板6亦被塗佈。頂板之塗佈通常為不利，因沈積在頂板6表面的材料顆粒會掉落到基板上。定期更換頂板6可使沈積於其上之材料維持在一可容忍之範圍內。

頂板載板5可被適當的，尤其是設在反應室3外部的連接件而與基板座載板4連接。故頂板載板5與基板座載板4可不分開地在垂直方向上移動，其垂直驅動可利用穿過反應器殼體1底部開口的中空軸12。旋轉驅動亦可利用中空軸12，而使進行沈積製程時基板座載板4可繞其中心軸旋轉。亦可以將旋轉驅動及/或垂直驅動裝置設在反應器殼體1內部。

圖1所示實施例中之元件符號20為擺動鉤，其可由外部操作。該擺動鉤末端的扣鉤將頂板6壓緊在頂板載板5上。

圖3顯示包括反應器殼體1、一蝕刻室22及一存放匣21之整個設備的示意圖。該三空間1、21、22之間設有一多關節機器手臂23。該機器手臂之抓取器可伸入圖1所示之反應室3頂板6下方的空隙10中，接著垂直向上移動，至接觸到頂板6為止。然後旋轉擺動鉤20，使得頂板6被釋放，並使抓取器垂直下降，而使頂板6脫離頂板載板5。再將抓取器與頂板6一起移出反應室3，並將頂板放入存放匣21中。機器手臂23將一清潔過的頂板6取離蝕刻室22並放入反應室3中，該頂板6再被擺動鉤20固定在頂板載板5上。

擺動鉤20伸入反應室3的末端為折曲，該折曲可包覆圓盤形頂板6的外緣。可設三或多個擺動鉤，其由反應器殼體之穿孔伸入反應器內部。擺動鉤20不僅可被旋轉，以使其扣鉤旋轉到鉤持位置。必要時，擺動鉤20亦可垂直移動，而降低頂板6。

有利的是，使頂板6只被可鬆脫之固定件托住邊緣。亦為有利的是，頂板只有部份邊緣被托住。

蝕刻室22是一氣密反應容器，可被控溫。其可被適當加熱裝置加熱至一反應溫度，而在蝕刻室22中進行一乾式蝕刻。為此需將一蝕刻氣體輸入蝕刻室22中。該氣體可為乾的HCl。蝕刻室22中亦可輸入一惰性氣體，以沖刷蝕刻室22。蝕刻後的清潔頂板6需留在蝕刻室22中的保護氣體中，直至機器手臂23將其取出，而在上述之密封門17開啟後，送入反應器殼體中。

所有揭示特徵本身皆具有發明性質。本發明揭示之特徵完全包含於本案之申請專利範圍中。

1．．．反應器殼體

2．．．基板

3．．．反應室

4．．．基板座載板

5．．．頂板載板

6．．．頂板

7．．．進氣機構

7’．．．頂側

8．．．中心孔

9．．．側邊開口

10．．．空隙

11．．．加熱燈絲

12．．．中空軸

13．．．氣體通道

13’．．．流出口

14．．．氣體通道

14’．．．流出口

15．．．基板座

16．．．冷卻室

17．．．密封門

18．．．支撐件

19．．．支撐件

20．．．擺動鉤

21．．．存放匣

22．．．蝕刻室

23．．．機器手臂

圖1係本發明反應器之截面圖，其位在反應位置，該位置亦為基板裝卸位置。

圖2係本發明反應器如圖1之圖，其位在頂板更換位置。

圖3係反應器殼體1、蝕刻室22及存放匣21之圖。