TWI477647B - 處理基板之裝置及方法 - Google Patents

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Description

處理基板之裝置及方法
本揭示案係關於一種用於處理基板之裝置及方法，且更特定而言，係關於一種用於在基板上沈積薄膜之裝置及方法。
製造諸如半導體晶片或發光二極體(LED)之積體電路(IC)時，需要在基板上沈積薄膜之製程。在這些製程中之有機金屬化學汽相沈積(MOCVD)製程中，使用有機金屬化合物與水化合物之氣體熱分解反應，將薄膜沈積於基板上。基板可包括用於製造磊晶圓或矽晶圓之氧化鋁(Al2 O3 )及碳化矽(SiC)基板，其中磊晶圓用於製造LED之製程，而矽晶圓用於製造半導體IC。
藉以執行MOCVD製程來製造LED之裝置包括邊緣處具有複數個座托槽的基座，及插入至座托槽之基板座。氣體供應至基板座之下表面，且基板座中之每一者相對於其中心軸線旋轉。然而，由基座支撐之基板上所沈積之薄膜的沈積率各不相同。為解決此限制，需要各種方法來改良基板上所沈積之薄膜的沈積均勻性。
[專利文獻]
先前技術文獻1：美國專利第6,797,069號
本揭示案提供一種用於處理基板之裝置及方法，其可改良由基座支撐之基板上所沈積之薄膜的沈積均勻性。
本發明構思之實施例提供一種用於處理基板之裝置， 其包括：腔體，其提供藉以執行處理製程之內部空間，該腔體具有開放的上側；基座，其安置於腔體內，該基座之頂表面具有複數個座托槽，其中注入孔界定於座托槽中之每一者中；旋轉軸，其旋轉基座；基板座，其上放置有基板中之每一者，該基板座插入至座托槽中之每一者；加熱器，其加熱基座；氣體供應線路，其連接至注入孔以便向注入孔供應氣體；流動調整器，其安置於氣體供應線路上以便調整氣體的流率；偵測構件，其偵測放置於基板座上之基板中之每一者的狀態；以及控制單元，其根據偵測構件所偵測到的狀態來控制流動調整器。
在一些實施例中，狀態可為基板中之每一者的溫度。狀態可為基板中之每一者上所沈積之薄膜的厚度。座托槽可配置成相對於基座之中心軸線呈圓環形狀。偵測構件可安置於旋轉標記上之任何位置的正上方，其中座托槽沿著旋轉標記旋轉。當基板中之一個基板的溫度高於其他基板的溫度時，控制單元可增大供應至上面放置有該一個基板之基板座之氣體的流率，且當基板中之一個基板之溫度低於其他基板的溫度時，控制單元可減小供應至上面放置有該一個基板之基板座之氣體的流率。當基板中之一個基板上所沈積之薄膜的厚度大於其他基板上所沈積之薄膜的厚度時，控制單元可增大供應至上面放置有該一個基板之基板座之氣體的流率，且當基板中之一個基板上所沈積之薄膜的厚度小於其他基板上所沈積之薄膜的厚度時，控制單元可減小供應至上面放置有該一個基板之基板座之氣體的流率。
在本發明構思之其他實施例中，用於處理基板之方法 包括：將基板座插入至複數個形成於基座之頂表面的座托槽中之每一者，該基板座上放置有基板中之每一者；經由形成於座托槽中之每一者中以旋轉基板座之注入孔來注入氣體，且旋轉基座；偵測放置於基板座上之基板的狀態；以及根據偵測到的狀態來調整注入至基板座上之氣體的流率。
在一些實施例中，偵測狀態之步驟可包括測量放置於基板座上之基板的溫度。偵測狀態之步驟可包括測量放置於基板座上之基板上所沈積之薄膜的厚度。在調整流率期間，當基板中之一個基板具有溫度高於其他基板的溫度時，可增大供應至上面放置有該一個基板之基板座之氣體的流率，且當基板中之一個基板的溫度低於其他基板的溫度時，可減小供應至上面放置有該一個基板之基板座之氣體的流率。在調整流率期間，當基板中之一個基板上所沈積之薄膜具有厚度大於其他基板上所沈積之薄膜的厚度時，可增大供應至上面放置有該一個基板之基板座之氣體的流率，且當基板中之一個基板上所沈積之薄膜的厚度小於其他基板上所沈積之薄膜的厚度時，可減小供應至上面放置有該一個基板之基板座之氣體的流率。
在本發明構思之其他實施例中，用於處理基板之方法包括：在基座之頂表面形成複數個座托槽，其中上面放置有基板中之每一者的基板座插入至座托槽中之每一者；在座托槽中之每一者中形成注入孔，氣體經由注入孔注入以旋轉基板座；以及將經由注入孔注入之氣體以各不相同之流率供應至各別座托槽之全部或一部分。
在一些實施例中，經由注入孔注入之氣體的流率，可 根據插入至座托槽中之每一者的基板座上所放置之基板的狀態而不同。狀態可根據基板中之每一者之測量到的溫度而不同。狀態可根據基板中之每一者上所沈積之薄膜之測量到的厚度而不同。座托槽可配置成相對於基座之中心軸線呈圓環形狀，且經由基座之旋轉，基板之狀態可由偵測構件依次偵測。
下文將參閱隨附圖式來詳細描述一種根據本發明構思之實施例的用於處理基板之裝置及方法。此外，眾所周知之功能或配置將不再詳細描述，以免不必要地模糊本發明之標的。因此，為使說明清晰，圖式中誇大了元件之形狀及尺寸。
在本發明構思之實施例中，將一種用於製造LED之有機金屬化學汽相沈積(MOCVD)裝置描述為一種用於處理基板之裝置10的實例。然而，不同的是，用於處理基板之裝置10可為一種用於製造半導體晶片之MOCVD裝置。同時，在本發明構思之實施例中，將用於製造LED製程中之氧化鋁(Al2 O3 )及碳化矽(SiC)基板描述為基板之實例。然而，不同的是，基板可為一種用於製造半導體積體電路(IC)製程中之矽晶圓。
下文將參閱圖1至圖5來詳細描述本發明構思之實施例。
圖1為一種根據本發明構思之實施例的用於處理基板之裝置的剖視示意圖。參閱圖1，用於處理基板之裝置10 包括腔體100、基板支撐單元200、注入單元300、排氣單元400、加熱器500、偵測構件600以及控制單元700。
腔體100具有圓柱形狀，且提供藉以執行製程之內部空間。開口界定於腔體100之上壁140之中心。開口用作放入腔體100或從腔體100取出基板W之通道。開口由門180開啟或閉合。門180包括透明窗181。或者，用於放入或取出基板W之通道可提供於腔體100之側壁160處。
基板支撐單元200包括基板座210及基座230。
圖2為說明圖1之基板座之剖視示意圖。參閱圖2，基板座210具有大體上圓形之形狀。同時，上面放置有基板W之基板托槽211界定於基板座210之頂表面。一個基板托槽211界定於基板座210之頂表面之中心。或者，複數個基板托槽211可選擇性地提供於基板座210上。固定槽213界定於基板座210之下表面之中心。
圖3為說明圖1之基座之平面示意圖。參閱圖3，基座具有圓板形狀。複數個座托槽231界定於基座230之頂表面。座托槽231配置成相對於基座230之中心軸線呈圓環形狀。複數個座托槽231可具有相同之尺寸及形狀。舉例而言，座托槽231中之每一者可具有圓形形狀，且可提供十個座托槽231。座托槽231彼此之間可間隔開相同距離。座托槽231中之每一者可具有與基板座210相同之尺寸或比基板座210大之尺寸。向上突出之突出部233安置於座托槽231中之每一者之頂表面的中心部分。當基板座210放置於座托槽231上時，突出部233插入至基板座210之固定槽213。
複數個用於注入氣體之注入孔235界定於座托槽231中之每一者之頂表面。舉例而言，三個注入孔可界定於一個座托槽231上。注入孔235中之每一者圍繞突出部233。同時，注入孔235彼此之間間隔開相同距離。
連接至注入孔235中之每一者的導引槽236界定於座托槽231中之每一者之頂表面。導引槽236可環繞注入孔235。導引槽236導引氣體之流向，以使得基板座210在其漂浮之狀態下旋轉。氣體供應線路234安置於基座230中。一個氣體供應線路234連接至界定於座托槽231中之注入孔235。氣體供應線路234相對於彼此獨立地安置。氣體供應線路234中之每一者沿著基座230之內部延伸，直至連接至旋轉軸250之內部。同時，氣體供應線路234之一端連接至氣體儲存部分(未圖示)。用於調整氣體之流率之流動調整器236分別安置於氣體供應線路234中。流動調整器236中之每一者可單獨地調整供應至注入孔235中之每一者之氣體的流率。流動調整器236中之每一者可不同程度地調整供應至流動調整器236之全部或一部分之氣體的流率。供應至注入孔235之氣體可為惰性氣體，諸如氮氣。基座230可相對於其中心軸線可旋轉地安置。用於旋轉基座230之旋轉軸250耦接至基座230之下表面之中心。馬達270耦接至旋轉軸250。因此，馬達270之旋轉力經由旋轉軸250傳送至基座230。
儘管本發明構思之實施例中提供了十個座托槽231及三個注入孔235，然而本揭示案並不限於此。舉例而言，座托槽231之數目及注入孔235之數目可有各種變化。
再次參閱圖1，注入單元300包括注入噴嘴310及氣體供應線路350。注入噴嘴310向基板W供應製程氣體，其中基板W由基板支撐單元200支撐。注入噴嘴310具有圓柱形狀。注入噴嘴310固定且耦接至門180。注入噴嘴310安置於基座230上方，以便面向基座230。注入噴嘴310之寬度小於基座230之頂表面之寬度。當從上側向下觀察時，注入噴嘴310與座托槽231互不重疊。複數個排放孔311界定於注入噴嘴310之外表面。排放孔311沿著注入噴嘴310之圓周方向而界定。排放孔311彼此之間間隔開相同距離。複數個排放孔311具有相同之尺寸。注入噴嘴310從氣體供應線路350接收製程氣體。供應至注入噴嘴310之製程氣體經由排放孔311中之每一者供應至基板W。冷卻水流經之線路(未圖示)安置於注入噴嘴310內。冷卻水防止製程氣體在注入噴嘴310內相互反應。同時，冷卻水防止在製程執行期間所生成的製程副產品附著至注入噴嘴310之外側壁。
排氣單元400包括排氣環410、排氣管430以及幫浦450。排氣環410具有圓環形狀。排氣環410之內表面鄰近基座230而安置。排氣環410之外表面鄰近腔體100之側壁而安置。排氣環410安置成與基座230及側壁間隔開。排氣環410之上端可安置在等同於基座230之頂表面的高度，或安置在較低於基座230之頂表面的高度。複數個排氣孔411界定於排氣環410之上端。排氣孔411彼此之間沿著排氣環410之圓周方向間隔開預定距離。因此，腔體100之內部空間與排氣環410之內部空間經由排氣孔411彼此連通。
排氣管430具有圓柱形狀。排氣管430具有耦接至排氣環410之下表面之上端，以便支撐排氣環410。排氣環410之下端連接至幫浦450。
幫浦450經由排氣環410及排氣管430來調節腔體10之內壓。同時，幫浦450吸入在製程執行期間所生成的副產品，以便將副產品排放至外部。
加熱器500安置於基座230之下。加熱器500平行於基座230之下表面而呈螺旋狀安置。加熱器500所提供之熱經由基座230及基板座210傳送至基板W。
當執行製程時，偵測構件600偵測基板W中之每一者的狀態。舉例而言，基板W之狀態可為基板W之溫度。又舉例而言，基板W之狀態可為基板W中之每一者上所沈積之薄膜的厚度。偵測構件600安置於腔體100外部，以便面向門180之透明窗181。偵測構件600可安置於旋轉標記上之任何位置的正上方，其中座托槽231沿著旋轉標記旋轉。當基座230旋轉時，偵測構件600依次面向基板W中之每一者，以便沿著基座230之圓周方向偵測基板W中之每一者的狀態。
當執行製程時，控制單元700從偵測構件600接收有關基板W中之每一者之狀態的資訊。控制單元700基於偵測到的資訊控制流動調整器236中之每一者。因此，可單獨地調整供應至基板W中之每一者上之氣體的流率。
可在約1000℃或更高之高溫條件下執行沈積製程。由於多種因素，基板W上所沈積之薄膜之沈積均勻性可能互不相同。具體而言，執行製程時基板W之溫度及轉速皆為影響基板W上所沈積之薄膜之沈積率的因素之一。供應至 基板座210之氣體的流率對基板W之溫度及轉速具有影響。供應至基板座210之氣體的流率增大愈多，基板W之溫度降低愈多，且基板W之轉速亦增大愈多。如此一來，基板W之薄膜沈積率有所降低。另一方面，供應至基板座210之氣體的流率減小愈多，基板W之溫度升高愈多，且基板W之轉速亦減小愈多。如此一來，基板W之薄膜沈積率有所提高。根據基板W之溫度及基板W上所沈積之薄膜的厚度，控制單元700控制供應至基板座210中之每一者之下表面上之氣體的流率，以便單獨地控制基板W之溫度及轉速。
舉例而言，偵測構件600包括用於測量基板W之溫度的感測器。圖4為說明根據基板之溫度以不同流率供應氣體之製程的示意圖。參閱圖4，當複數個由基座230支撐之基板W1 至W10 中之一個基板W1 的溫度T1 高於其他基板W2 至W10 的溫度T2 至T10 時，供應至上面放置有基板W1 之基板座210上之氣體的流率Q1 ，較供應至上面放置有其他基板W2 至W10 中之每一者的基板座210上之氣體的流率Q2 至Q10 有所增大，以便降低基板W1 之溫度T1 。
另一方面，當複數個由基座230支撐之基板W1 至W10 中之一個基板W1 的溫度T1 低於其他基板W2 至W10 的溫度T2 至T10 時，供應至上面放置有基板W1 之基板座210上之氣體的流率Q1 ，較供應至上面放置有其他基板W2 至W10 中之每一者的基板座210上之氣體的流率Q2 至Q10 有所減小，以便升高基板W1 之溫度T1 。
又舉例而言，偵測構件600包括用於測量基板W上所沈積之薄膜之厚度的感測器。圖5為說明根據基板上所沈 積之薄膜之厚度以不同流率供應氣體之製程的示意圖。參閱圖5，當複數個由基座230支撐之基板W1 至W10 中之一個基板W1 上所沈積之薄膜的厚度t1 大於其他基板W2 至W10 上所沈積之薄膜的厚度t2 至t10 時，供應至上面放置有基板W1 之基板座210上之氣體的流率Q1 ，較供應至上面放置有其他基板W2 至W10 中之每一者的基板座210上之氣體的流率Q2 至Q10 有所增大，以便增大基板W1 之轉速。
另一方面，當複數個由基座230支撐之基板W1 至W10 中之一個基板W1 上所沈積之薄膜的厚度t1 小於其他基板W2 至W10 上所沈積之薄膜的厚度t2 至t10 時，供應至上面放置有基板W1 之基板座210上之氣體的流率Q1 ，較供應至上面放置有其他基板W2 至W10 中之每一者的基板座210上之氣體的流率Q2 至Q10 有所減小，以便減小基板W1 之轉速。
根據本發明構思之實施例，由基座支撐之基板上所沈積之薄膜的沈積均勻性可得以改良。
根據本發明構思之實施例，由基座支撐之基板以可經控制以彼此具有相同溫度。
以上揭示之標的視為說明性的，並非約束性的，且附加申請專利範圍意欲涵蓋屬於本發明構思之真實精神及範疇之內的所有這類修改、增強及其他實施例。因此，出於法律允許之最大程度，本發明之範疇由以下申請專利範圍及其等效物之最廣泛的允許解釋來界定，且本發明之範疇不應約束或受限於先前之具體描述。
10‧‧‧裝置
100‧‧‧腔體
140‧‧‧上壁
160‧‧‧側壁
180‧‧‧門
181‧‧‧透明窗
200‧‧‧基板支撐單元
210‧‧‧基板座
211‧‧‧基板托槽
213‧‧‧固定槽
230‧‧‧基座
231‧‧‧座托槽
233‧‧‧突出部
234‧‧‧氣體供應線路
235‧‧‧注入孔
236‧‧‧導引槽
250‧‧‧旋轉軸
270‧‧‧馬達
300‧‧‧注入單元
310‧‧‧注入噴嘴
311‧‧‧排放孔
350‧‧‧氣體供應線路
400‧‧‧排氣單元
410‧‧‧排氣環
411‧‧‧排氣孔
430‧‧‧排氣管
450‧‧‧幫浦
500‧‧‧加熱器
600‧‧‧偵測構件
700‧‧‧控制單元
W1 ...W10 ‧‧‧基板
Q1 ...Q10 ‧‧‧流率
T1 ...T10 ‧‧‧溫度
t1 ...t10 ‧‧‧厚度
為進一步理解本發明構思，附隨圖式併入並構成本說明書之一部分。圖式說明本發明構思之示例性實施例，且結合描述一起解釋本發明構思之原理。在圖式中：圖1為一種根據本發明構思之實施例的用於處理基板之裝置的剖視示意圖。
圖2為說明圖1之基板座之剖視示意圖。
圖3為說明圖1之基座之平面示意圖。
圖4為說明根據基板之溫度以不同流率供應氣體之製程的示意圖；以及圖5為說明根據基板上所沈積之薄膜之厚度以不同流率供應氣體之製程的示意圖。
10‧‧‧用於處理基板之裝置
100‧‧‧腔體
140‧‧‧上壁
160‧‧‧側壁
180‧‧‧門
181‧‧‧透明窗
200‧‧‧基板支撐單元
210‧‧‧基板座
230‧‧‧基座
231‧‧‧座托槽
234‧‧‧氣體供應線路
236‧‧‧導引槽
250‧‧‧旋轉軸
270‧‧‧馬達
300‧‧‧注入單元
310‧‧‧注入噴嘴
311‧‧‧排放孔
350‧‧‧氣體供應線路
400‧‧‧排氣單元
410‧‧‧排氣環
411‧‧‧排氣孔
430‧‧‧排氣管
450‧‧‧幫浦
500‧‧‧加熱器
600‧‧‧偵測構件
700‧‧‧控制單元

Claims (6)

  1. 一種用於處理基板之裝置，該裝置包含：一腔體，其提供一藉以執行一處理製程之內部空間，具有一開放的上側；一基座，其安置於該腔體內，該基座之一頂表面具有複數個座托槽，其中一注入孔界定於該等座托槽中之每一者中；一旋轉軸，其旋轉該基座；一基板座，其上放置有該等基板中之每一者，該基板座插入至該等座托槽中之每一者；一加熱器，其加熱該基座；一氣體供應線路，其連接至該注入孔以便向該注入孔供應一氣體；一流動調整器，其安置於該氣體供應線路上以便調整該氣體之一流率；一偵測構件，其偵測放置於該基板座上之該等基板中之每一者的一狀態；其中，該狀態為該等基板中之每一者的溫度，當該等基板中之一個基板具有一溫度高於其他基板的溫度時，該控制單元增大供應至上面放置有該一個基板之該基板座之一氣體的一流率，以及當該等基板中之一個基板具有一溫度低於其他基板的溫度時，該控制單元減小供應至上面放置有該一個基板之該基板座之一氣體的一流率；或其中，該狀態為該等基板中之每一者上所沈積之一薄膜的一厚度，當該等基板中之一個基板上所沈積之一薄膜 具有一厚度大於其他基板上所沈積之薄膜的厚度時，該控制單元增大供應至上面放置有該一個基板之該基板座之一氣體的一流率，以及當該等基板中之一個基板上所沈積之一薄膜的一厚度小於其他基板上所沈積之薄膜的厚度時，該控制單元減小供應至上面放置有該一個基板之該基板座之一氣體的一流率；以及一控制單元，其根據該偵測構件所偵測到的該狀態來控制該流動調整器。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該等座托槽配置成相對於該基座之一中心軸線呈一圓環形狀。
  3. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中該偵測構件安置於一旋轉標記上之任何位置的正上方，該等座托槽沿著該旋轉標記旋轉。
  4. 一種用於處理基板之方法，該方法包括以下步驟：將一基板座插入至複數個形成於一基座之一頂表面的座托槽中之每一者，該基板座上放置有該等基板中之每一者；經由一形成於該等座托槽中之每一者中以旋轉該基板座之注入孔注入一氣體，且旋轉該基座；偵測放置於該基板座上之該基板的一狀態；以及根據該偵測到的狀態來調整注入至該基板座上之一氣體的一流率；其中，該偵測該狀態之步驟包括測量放置於該基板座上之該基板的一溫度，在調整該流率期間，當該等基板中之一個基板具有一溫度高於其他基板的溫度時，增大供應至上面放置有該一個基板之該基板座之一氣體的一流 率，以及當該等基板中之一個基板具有一溫度低於其他基板的溫度時，減小供應至上面放置有該一個基板之該基板座上之一氣體的一流率；或其中，該偵測該狀態之步驟包括測量放置於該基板座上之該基板上所沈積之一薄膜的一厚度，在調整該流率期間，當該等基板中之一個基板上所沈積之一薄膜的一厚度大於其他基板上所沈積之薄膜的厚度時，增大供應至上面放置有該一個基板之該基板座之一氣體的一流率，及當該等基板中之一個基板上所沈積之一薄膜的一厚度小於其他基板上所沈積之薄膜的厚度時，減小供應至上面放置有該一個基板之該基板座之一氣體的一流率。
  5. 一種用於處理基板的方法，該方法包括：在一基座之一頂表面形成複數個座托槽，其中上面放置有該等基板中之每一者的一基板座插入至該等座托槽中之每一者；在該等座托槽中之每一者中形成一注入孔，一氣體經由該注入孔注入以旋轉該基板座；以及將經由該注入孔注入之該氣體以各不相同之流率供應至該等各別座托槽之全部或一部分；其中，經由該注入孔注入之該氣體的該流率，根據插入至該等座托槽中之每一者的該等基板座上所放置之該基板的一狀態而不同；其中，該狀態根據該等基板中之每一者的一測量到的溫度而不同，當該等基板中之一個基板具有一溫度高於其他基板的溫度時，該控制單元增大供應至上面放置有該一個基板之該基板座之一氣體的一流率，以及當該等基 板中之一個基板具有一溫度低於其他基板的溫度時，該控制單元減小供應至上面放置有該一個基板之該基板座之一氣體的一流率；或其中，該狀態根據該等基板中之每一者上所沈積之一薄膜的一測量到的厚度而不同，當該等基板中之一個基板上所沈積之一薄膜具有一厚度大於其他基板上所沈積之薄膜的厚度時，該控制單元增大供應至上面放置有該一個基板之該基板座之一氣體的一流率，以及當該等基板中之一個基板上所沈積之一薄膜的一厚度小於其他基板上所沈積之薄膜的厚度時，該控制單元減小供應至上面放置有該一個基板之該基板座之一氣體的一流率。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該等座托槽係配置成相對於該基座之一中心軸線呈圓環形狀，以及經由該基座之該旋轉，該等基板之該等狀態由一偵測構件依次偵測。
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