TWI404818B - 反應室蓋板可降低之ｃｖｄ反應器 - Google Patents

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Description

反應室蓋板可降低之CVD反應器
本發明係有關一種使一反應室殼體反應室內部的基板上沈積出一或多層薄膜之裝置，其包括一用於放置基板之可加熱底板、一平行於底板之蓋板及一輸入反應氣體之進氣機構，由沈積基板薄膜之製程位置進入清潔反應室之清潔位置時，該反應室蓋板與底板之距離可縮短至零。
US2006/0051966 A1曾提出此種裝置。反應室之底板可被加熱。反應室底板上方為一反應室蓋板。在製程位置時，即輸送反應氣體至反應室中，而使反應室中的基板上沈積出薄膜，反應室蓋板具一第一高度，其定義為反應室底板與蓋板之距離。升高反應室底板可縮短反應室底板與蓋板之距離。該距離縮短位置為反應室之蝕刻位置，一蝕刻氣體被輸入反應室中以進行清潔。
DE 101 03 341 A1提出一種電漿處理裝置，其反應室蓋板與底板之距離可改變。
WO 03/063216 A1,US 5,399,387,US 2005/0199182 A1,WO 00/42236,US 2003/0000469 A1,US 2005/0242061 A1及JP 05029302 A同樣提出一種使反應室內之基板沈積薄膜的沈積裝置，其反應室高度可改變。
DE 102 11 442 A1提出一種CVD反應器，其具一殼體與設在殼體中之進氣機構。該進氣機構將反應氣體輸入反應室中。反應室有一蓋板與一底板。基板放置在底板上。底板下方被加熱。蓋板為水平，平行於底板並與其有一距離。進氣機構位在蓋板上方。蓋板具蓮蓬頭狀氣體流出孔，反應氣體由該氣體流出孔流入反應室中。
DE 101 33 914 A1提出一種CVD反應器，其將反應氣體輸送至反應室中心，故反應氣體徑向水平通過反應室。反應室被一氣體排出環包圍，其可排出反應氣體。
本發明之目的在於進一步改良需主動冷卻反應室蓋板之冷壁塗佈製程裝置。
本目的由申請專利範圍所述之本發明達成。每一項申請專利範圍皆可獨立，但亦可與其他各項申請專利範圍組合。
本發明可使反應室蓋板與底板之距離在到達清潔位置時縮短至零。只有反應室底板被加熱。進行沈積製程時，反應室蓋板被主動冷卻。故設一冷卻裝置，其位在反應室蓋板上方的反應器殼體中，且可固定於反應器。使反應室蓋板朝反應室底板下降時，蓋板背面與冷卻裝置之距離增大，故冷卻裝置對蓋板的冷卻作用降低。因此進行清潔時，尤其是蝕刻，只需要使反應室蓋板下降。有利的是設一元件，使得在製程位置時，冷卻裝置與反應室蓋板背面保持接觸，其可使冷卻裝置之冷卻表面與反應室蓋板背面的大面積表面接觸。故可避免冷壁反應器，尤其是MOCVD反應器，沈積薄膜時的缺點。在反應室底板之基板上沈積薄膜時，反應氣體被熱解。產生之固體結晶沈積在基板上。但卻無法避免其寄生成長在反應室底板包圍基板的表面，即基板座。雖然反應室蓋板被冷卻，亦無法避免其被寄生成長。寄生成長導致之污染消耗了輸入反應室的反應氣體。如此而降低了製程效率並妨礙基板薄膜的成長。故有必要清潔反應室，尤其是被寄生成長之表面。一種較麻煩的方法為拆解反應室相關部份的零件以進行清潔。此種反應室具一可更換之反應室底板及一可更換之反應室蓋板。另一種方法輸入一適當的惰性氣體而進行臨場清潔，該氣體可為HCl。但此程序需使蝕刻面達到一定的表面溫度。將被加熱之反應室底板加熱至需要的蝕刻溫度通常沒有問題。冷卻之反應室蓋板的加熱則有問題，因其基本上只可被反應室底板發出的輻射加熱。本發明可解決該問題。依據本發明，進行蝕刻時，反應室蓋板被下降至接近反應室底板。但亦可將反應室底板升高至接近反應室蓋板。冷卻反應室蓋板之冷卻裝置在蓋板或底板垂直移動時與底板保持一不變的距離，故可有效地改變反應室蓋板與冷卻裝置的距離。但亦可將冷卻裝置移開反應室蓋板。冷卻裝置較佳具有一朝向底板之水平面。該水平面平行於反應室蓋板背面。反應室蓋板較佳為與冷卻裝置接觸。可設一底板支架及一蓋板支架，以將反應室蓋板及底板支撐在反應器殼體中。其中一個或兩支架皆可垂直移動，而使反應室蓋板與底板間的距離可在進行蝕刻時被縮短。蓋板可為圓形，亦可為圓環形。圓環形蓋板內緣抵靠一內筒體之支撐件。內筒體可被一升降元件下降。該升降元件可設在蓋板中心。此外反應室中心可設一進氣機構，其較佳為由下方輸入反應氣體。該進氣機構具複數個彼此分離的通道，反應氣體經該通道被輸入反應室中。各通道之氣體流出口可設在一筒體周壁上，故氣體流出面為旋轉對稱，並彼此上下排列。縮短反應室蓋板與底板之距離時，反應氣體流出口部份被內筒體內壁遮蓋。故蝕刻反應室所使用之HCl可經中心通道，亦即進氣機構而被輸入反應室中。蝕刻氣體較佳由最上方的氣體流出口流出，並沿著內筒體內壁流動，然後偏轉成水平方向並通過高度降低之反應室，而對反應室底板及蓋板進行蝕刻。另一實施例為使進氣機構由反應室蓋板本身構成，其構成一氣體流出面，該氣體流出面具複數個蓮蓬頭式氣體流出孔。此種反應室被一氣體收集環包圍。蓋板上方通常設有一水冷卻蓮蓬頭狀元件，其具一氣體增壓器，而使氣體由氣體流出孔流出。必要時亦可由該增壓器將蝕刻氣體輸入反應室中。但反應室較佳具有一穿過反應室底板的中心輸入通道，其將蝕刻氣體輸入反應室中。
以下將依據附圖，詳細說明本發明之實施例。
圖1及2顯示一反應器殼體1之結構示意圖，其具一底板3，該底板可由石墨或另一適當材料，例如藍寶石或石英，製成。底板3放置在一底板載板上。底板載板下方設有一加熱裝置21，其可是一高頻加熱裝置或一電阻式加熱裝置。該加熱裝置將底板3加熱至製程溫度。底板被一底板支架10支撐。
在底板上方距離H處，設有反應室蓋板5，該蓋板5為一圓環形板，由石英、藍寶石、石墨或另一適當材料製成。圖1中蓋板5與一冷卻裝置7下方的冷卻面8接觸。底板3與蓋板5可被塗佈。
冷卻裝置7為一中空體，其被一冷卻液體流過。冷卻裝置7與反應器殼體1固定連接。蓋板5內緣抵靠一內筒體13的凸緣12，該內筒體13為蓋板支架9的一部份。蓋板支架9可被一升降元件15垂直移動。蓋板支架9尚包括一外筒體14，其具一朝向內部之凸緣12，蓋板5外緣抵靠在其上。外筒體14經一橫向連接板23而與內筒體13連接，故外筒體14與內筒體13可被下降。外筒體14與內筒體13下降時，反應室蓋板5與冷卻面8出現距離。反應室蓋板隨著距離H的減少而逐漸接近基板座22。該基板座為底板3之一部分並在製程中承載基板4。
圖中升降元件15只為示意顯示，其可是一氣動汽缸，亦可是一齒條或槓桿傳動裝置。
圖1所示反應室2為圓環形。反應室2中心設有一進氣機構6以輸入反應氣體。反應氣體可是金屬有機化合物，其攜帶一第三族元素進入反應室中。第五族元素被以氫化物型態輸入反應室中。但亦可使第三族元素以氯化物型態輸入反應室中。各反應氣體彼此分開由上下排列的氣體流出口25、26、27流入反應室2中。氣體流出口25、26、27上方內筒體13與進氣機構6上部之間有一縫隙24，其被一惰性氣體沖刷。進行塗佈製程時，容置在底板3一凹部內的圓盤形基板座22被旋轉。
進行蝕刻而反應室2中沒有基板4時，可藉圖中以示意方式顯示的升降元件15使蓋板支架9下降，而使與冷卻裝置7有一距離的蓋板5被底板3之熱輻射加熱。一蝕刻氣體，例如HCl，由進氣機構6被輸入反應室中，尤其是經由最上方的氣體流出口25，以使蝕刻氣體沿內筒體13垂直向下流動，然後偏轉為水平方向而沿著底板3上方及蓋板5下側5，流動，故對底板3與蓋板5朝向彼此的表面進行蝕刻。如此可移除成長製程時寄生在其上的沈積材料。
圖3及4顯示一所謂的蓮蓬頭式反應器，其亦為一CVD反應器，被輸入反應室2中的反應氣體在基板上4沈積成薄膜。此處之進氣機構6延伸在反應室的整個面上。進氣機構6具一氣體增壓器，其下側具氣體流出孔。進氣機構6下側為一冷卻面8，其被一冷卻劑冷卻。冷卻面8下方設一蓋板5，該蓋板具複數個篩孔狀氣體流出孔，其對準冷卻面8的氣體流出孔，使得由氣體輸入管20流入進氣機構6的氣體經氣體流出口16而流入反應室2中。
圖3中由石墨、石英、藍寶石或另一導熱或不導熱材料製成的蓋板5與冷卻面8接觸。
蓋板5抵靠蓋板支架9的支撐凸緣11。蓋板支架9可被下降，故蓋板5可接近底板3表面。
底板3設在一底板支架10上。底板3下方設有一加熱裝置21，其可加熱底板。底板由石墨、石英、藍寶石或另一適當材料製成，故底板3上的基板4可被加熱。
反應室被一氣體排出環19包圍，其可排出未被使用的反應氣體或反應產物。
進行塗佈製程及將基板4取出反應室2後，可以一未示出之升降裝置下降蓋板支架9，而使底板3與蓋板5之距離H縮短，同時使蓋板5與冷卻面8間的距離增大，如此可加熱蓋板5，使得沈積於該處之材料被輸入之蝕刻氣體移除。
蝕刻氣體，尤其是氯化物，例如HCl，可經進氣機構，尤其是氣體輸入管20而被輸入反應室中。本實施例中，設有一輸入管18，其穿過底板3，該輸入管18將蝕刻氣體輸送至反應室中心。
圖3及4所示實施例中，基板4亦放置在可旋轉的基板座上。此處底板3亦可繞其軸旋轉。
在上述兩實施例中，蓋板可被下降以縮短蓋板5與底板3的距離。但該兩實施例亦可藉底板支架10之適當設計而使底板3接近蓋板5。但此接近使得一冷卻裝置7或一冷卻面8遠離蓋板5。故可使升高底板3之升降元件同時升高冷卻裝置7或冷卻面8。在此垂直移動中，冷卻面8或冷卻裝置7與底板3的距離則保持不變。
特別有利的是，使冷卻裝置7固定在反應器殼體中，故其與底板3的距離為固定。反應室蓋板5由圖1及圖3所示製程位置被降低至圖2及4所示清潔位置時，該距離不需改變。兩者皆使反應室底板3與蓋板5之距離H縮短，同時而使反應室蓋板5背面5”與冷卻裝置7冷卻面8之距離增大。在圖1及3所示製程位置時，冷卻裝置7之平冷卻面貼靠在蓋板背面5”上。如此而確保蓋板5的最佳排熱。熱被流經冷卻裝置7的冷卻液體帶走。由於蓋板5的整個面皆與冷卻面8接觸，故可在反應室2中進行一冷壁成長製程。但可不關閉冷卻裝置7，而在圖2及4所示位置蝕刻移除寄生在反應室蓋板上的附著物。在該清潔位置時，反應室2蓋板5與底板3的距離H小於蓋板5背面5”與冷卻裝置7冷卻面8的距離。
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．．．反應室
3．．．底板
4．．．基板
5．．．蓋板
5’．．．下側
5“．．．背面
6．．．進氣機構
7．．．冷卻裝置
8．．．冷卻面
9．．．蓋板支架
10．．．底板支架
11．．．支撐件，凸緣
12．．．支撐件，凸緣
13．．．內筒體
14．．．外筒體
15．．．升降元件
16．．．氣體流出孔
17．．．氣體流出口
18．．．輸入管
20．．．輸入管
21．．．加熱裝置
22．．．基板座
23．．．連接板
24．．．縫隙
25．．．氣體流出口
26．．．氣體流出口
27．．．氣體流出口
H．．．距離
圖1係本發明第一實施例蓋板位於製程位置時反應器殼體之半截面圖。
圖2係圖1蓋板位於下降之蝕刻位置之圖。
圖3係本發明第二實施例蓋板位於製程位置時反應器殼體之截面圖。
圖4係圖3蓋板位於下降之蝕刻位置之圖。
1．．．反應器殼體
2．．．反應室
3．．．底板
4．．．基板
5．．．蓋板
6．．．進氣機構
7．．．冷卻裝置
8．．．冷卻面
9．．．蓋板支架
10．．．底板支架
11．．．支撐件，凸緣
12．．．支撐件，凸緣
13．．．內筒體
14．．．外筒體
15．．．升降元件
21．．．加熱裝置
22．．．基板座
23．．．連接板
24．．．縫隙
25．．．氣體流出口
26．．．氣體流出口
H．．．距離

Claims (13)

  1. 一種使一反應室殼體(1)反應室(2)內部的基板(4)上沈積出一或多層薄膜之裝置，其包括一放置基板之可加熱底板(3)、一平行於底板(3)之蓋板(5)及一輸入反應氣體之進氣機構(6)，由沈積基板薄膜之製程位置進入清潔反應室之清潔位置時，該反應室蓋板(5)與底板(3)之距離(H)可縮短至零，其特徵為，反應室蓋板(5)上方設一冷卻裝置(7)，其在沈積薄膜之製程位置時冷卻蓋板(5)，且反應室蓋板(5)與反應室底板(3)的距離(H)縮短時，冷卻裝置(7)與蓋板(5)的距離增大。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，冷卻裝置(7)具一平行於蓋板(5)背面(5“)的冷卻面(8)。
  3. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中，在製程位置時，冷卻面(8)與蓋板(5)背面(5“)接觸。
  4. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中，冷卻裝置(7)之冷卻面(8)延伸於蓋板(5)的整個背面(5“)，以進行蓋板(5)上之熱傳導。
  5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，冷卻裝置(7)為被一冷卻液體通過之中空體。
  6. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，設有可在反應器殼體內部垂直移動之底板支架與蓋板支架(9,10)。
  7. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中，蓋板支架(9)具有使蓋板(5)邊緣抵靠之支撐件(11,12)。
  8. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中，蓋板(5)為圓環形，其內緣抵靠蓋板支架(9)一內筒體(13)之支撐件(12)。
  9. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中，蓋板外緣抵靠蓋板支架(9)一外筒體(14)之支撐件(11)。
  10. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，反應室(2)上方設升降元件(15)以垂直移動蓋板支架(9)。
  11. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，一進氣機構(6)由下方穿過底板(3)而伸入反應室(2)中，該進氣機構在蓋板(5)下降位置時被內筒體(13)部份遮蓋。
  12. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，蓋板(5)構成一進氣機構(6)氣體流出面，該氣體流出面具有蓮蓬頭狀的氣體流出孔(16)。
  13. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，底板(3)中心設有一蝕刻氣體之氣體流出口(17)。
TW096113762A 2006-04-21 2007-04-19 反應室蓋板可降低之ｃｖｄ反應器 TWI404818B (zh)

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