TWI489527B - 用以供應具有相位差之反應氣體的基板處理裝置 - Google Patents

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Yong-Ki Kim
Kyoung-Hun Kim
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Description

用以供應具有相位差之反應氣體的基板處理裝置
本說明書中揭示的本發明係關於基板處理裝置，尤其係關於用以供應具有相位差之反應氣體的基板處理裝置。
原始選擇的磊晶處理牽涉到沉積反應與蝕刻反應。沉積與蝕刻反應可用稍微不同的反應速率，針對複晶層與磊晶層同時發生。雖然在沉積處理期間將現有的複晶層及/或無結晶層沉積在至少一個第二層之上，不過該磊晶層可形成於單晶的表面上。不過，已沉積複晶層的蝕刻速率快過該磊晶層。如此，腐蝕氣體的濃度可改變，以執行淨選擇處理，藉此實現磊晶材料的沉積以及有限或無限複晶材料的沉積。例如：可執行選擇性磊晶處理，在單晶矽表面上形成由含矽材料形成的磊晶層，而未在隔板上遺留沉積物。
一般而言，該選擇磊晶處理具有許多限制。為了要在選擇磊晶處理期間保持選擇性，應該在沉積處理上調整與控制前驅物的化學濃度與反應溫度。若供應的矽前驅物不足，則會啟動蝕刻反應來降低整個處理速率。另外，基板的特性可隨蝕刻退化。若供應的腐蝕溶液前驅物不足，則會減少在沉積反應中於該基板表面上形成單晶與複晶材料的選擇性。另外，典型選擇磊晶處理都以大約800℃、1,000℃或以上的高反應溫度來執行。在此因為不受控制的氮化反應以及基板表面上的熱積存，所以高溫並不適合於該製造處理。
【先前技術文件】
【專利文件】
國際專利申請案第WO 2008/073926(2008.6.19)號
韓國專利申請案第10-2009-0035430(2009.4.9)號
本發明提供一種基板處理裝置，其中一反應氣體在一處理空間內均勻流動。
本發明也提供一種基板處理裝置，其中一反應氣體具有一相位差流動。
本發明也提供一種基板處理裝置，其中一反應氣體集中在一基板上。
參閱下列詳細說明以及附圖將可了解本發明的其他目的。
本發明的具體實施例內提供基板處理裝置，其中執行關於基板的處理，該基板處理裝置包含：具有一開放式上半部的一下方處理室，該下方處理室包含一通道，容許該等基板從其一側邊通過；一外部反應管，其封閉該下方處理室的該開放式上半部，以提供其中執行該等處理的一處理空間；一基板固定器，其上垂直堆疊一或多個基板，該基板固定器可在其中該等基板堆疊在該基板固定器內的一堆疊位置與其中執行關於該等基板的該等處理之一處理位置之間移動；以及一氣體供應單元，其位於該外部反應管內，以便供應一反應氣體進入該處理空間，該氣體供應單元往一垂直方向形成具有不同相位差的該反應氣體流。
在某些具體實施例內，該氣體供應單元可包含：複數個供應噴嘴，其沿著該外反應管的內壁安置，該等複數個供應噴嘴的安置高度彼此不同來噴出該反應氣體；複數個供應管，其分別連接至該等複數個供應噴嘴，將該反應氣體供應至每一該等供應噴嘴；複數個排放噴嘴，其沿著該外反應管的內壁安置，該等複數個排放噴嘴的安置高度彼此不同來吸入該處理空間內的一未反應氣體與副產物；以及複數個排放管，其分別連接至該等複數個排放噴嘴，透過每一該等排放噴嘴吸入該未反應氣體與該等副產物通過該等管。
在其他具體實施例內，該等供應噴嘴與該等排放噴嘴的位置在該基板固定器位於該處理位置時，分別對應至堆疊在該基 板固定器上的該等基板。
仍舊在其他具體實施例內，每一該等供應噴嘴都可為具有一供應孔並且具有一圓形剖面區的一圓形管，其中該反應氣體透過該供應孔噴出，每一該等排放噴嘴都具有一內部空間，其中具有往一吸入方向逐漸遞減的一剖面區，以及定義在其前端並具有一槽形剖面來吸收該未反應氣體和該等副產物的一排放孔，並且該供應孔的中央可對稱於相同高度上的該排放孔中央。
在甚至其他具體實施例內，每一該等供應噴嘴都可具有一內部空間，其具有往一噴出方向逐漸遞增的一剖面區，以及定義在其前端並具有一槽形剖面區來噴出該反應氣體的一供應孔，每一該等排放噴嘴都可具有一內部空間，其具有往一吸入方向逐漸遞減的一剖面區，以及定義在其前端並具有一槽形剖面區來吸收該未反應氣體以及該等副產物的一排放孔，並且該供應孔的中央可對稱於相同高度上的該排放孔中央。
仍舊在其他具體實施例內，每一該等供應噴嘴都可具有一內部空間，其具有往一噴出方向逐漸遞增的一剖面區，以及定義在其前端並具有一槽形剖面區來噴出該反應氣體的一供應孔，以及位於該供應孔上並且具有複數個注射孔的一注射板，每一該等排放噴嘴都可具有一內部空間，其具有往一吸入方向逐漸遞減的一剖面區，以及定義在其前端並具有一槽形剖面區來吸收該未反應氣體以及該等副產物的一排放孔，並且該供應孔的中央可對稱於相同高度上的該排放孔中央。
在進一步具體實施例內，該氣體供應單元可另包含複數個供應管線，其分別連接至該等供應噴嘴，將該反應氣體供應至每一該等供應噴嘴。
仍舊在進一步具體實施例內，該基板處理裝置可另包含位於該下方處理室與該外部反應管之間的一支撐凸緣，其中該等供應管線可分別透過該支撐凸緣連接至該等供應噴嘴。
在進一步具體實施例內，該基板處理裝置可另包含位於該 外部反應管內的一內部反應管，該內部反應管圍繞該基板固定器，區分出相關於該等基板的一反應區。
仍舊在進一步具體實施例內，該基板處理裝置可另包含垂直位於該外部反應管內部的熱電耦。
在更進一步具體實施例內，該基板處理裝置可另包含連接至該基板固定器的一轉軸，該轉軸在處理期間往預設方向轉動。
此後，將參照第一圖至第十七圖來詳細說明本發明的範例具體實施例。不過，本發明可以有不同形式的修改，並且不受限於此處公佈的具體實施例。而是提供這些具體實施例，如此所揭示範圍更完整，並且將本發明範疇完整傳輸給精通此技術的人士。在圖式中，為了清晰起見所以誇大了組件的形狀。
此後雖然說明一磊晶處理當成範例，不過本發明可套用至包含該磊晶處理的許多半導體處理。
第一圖為根據本發明具體實施例的半導體製造設備1之圖解圖式。半導體製造設備1包含處理設備2、一設備前端模組(equipment front end module，EFEM)3以及一介面壁4。EFEM 3固定在處理設備2的前邊，來在其中收納基板S的容器(未顯示)與處理設備2之間傳送一晶圓W。
EFEM3包括複數個載入口60和一框架50，框架50位於載入口60與處理設備2之間。其中接受基板S的該容器由一傳送單元(未顯示)，例如一吸頂傳送器、一吸頂輸送帶或一自走車，放置於載入口上。
可使用例如晶圓傳送盒(front open unified pod，FOUP)這類氣密容器當成該容器。在框架50內放置一個框架機械手臂70，用於在載入口60上該容器與處理設備2之間傳送基板S。在框架50內可有用於自動開啟或關閉該容器門的開門裝置(未顯示)。框架50內也可提供將乾淨空氣供應到框架50內的風 扇過濾單元(fan filter unit，FFU)(未顯示)，如此乾淨的空氣從框架50的上半部往下流。
關於基板S的預定處理都在處理設備2內執行，處理設備2包括一傳送室102、一載入鎖定室106、清潔室108a和108b、一緩衝室110以及磊晶室(或磊晶裝置)112a、112b和112c。從上方觀看時，傳送室102可具有大體上多邊形的形狀。一載入鎖定室106、清潔室108a和108b、一緩衝室110以及磊晶室112a、112b和112c都設置在傳送室102的側邊表面上。
載入鎖定室106位於傳送室102的側邊表面上與EFEM 3相鄰。基板S暫時存放在載入鎖定室106內之後，將基板S放入處理室2，如此執行處理。處理完成之後，基板S從處理設備2退出，然後暫時存放在載入鎖定室106內。傳送室102、清潔室108a和108b、緩衝室110以及磊晶室112a、112b和112c都維持真空狀態。載入鎖定室106從真空狀態轉換成大氣狀態。載入鎖定室106避免外部汙染物進入傳送室102、清潔室108a和108b、緩衝室110以及磊晶室112a、112b和112c。另外，因為在基板S傳送期間基板S並未暴露在空氣中，所以可避免在基板S上成長氧化物層。
閘道閥(未顯示)位於載入鎖定室106與傳送室102之間以及載入鎖定室106與EFEM 3之間。基板S在EFEM 3與載入鎖定室106之間傳送時，位於載入鎖定室106與傳送室102之間的該閘道閥會關閉。另外，基板S在載入鎖定室106與傳送室102之間傳送時，位於載入鎖定室106與EFEM 3之間的該閘道閥會關閉。
一基板處置器104位於傳送室102內。基板處置器104在載入鎖定室106、清潔室108a和108b緩衝室110以及磊晶室112a、112b和112c之間傳送基板S。傳送室102已經密封，如此在已經傳送基板S時，傳送室102保持在真空狀態。維持真空狀態用於避免基板S暴露在污染物之下(例如O2 、粒子材料等等)。
提供磊晶室112a、112b和112c以便在基板S上形成磊晶層。在目前的具體實施例內，提供三個磊晶室112a、112b和112c。因為相較於清潔處理，執行磊晶處理需要耗費相對長的時間，因此可透過複數個磊晶室以改善產量。不同於目前的具體實施例，可提供四個以上磊晶室或兩個以下磊晶室。
清潔室108a和108b設置成在磊晶室112a、112b和112c內基板S上執行磊晶處理之前，清潔基板S。要連續執行磊晶處理，則結晶基板上殘留的氧化物量應該減至最少。若基板S表面上的氧含量過高，則氧原子會中斷要沉積在種子基板上的材料結晶沉積，如此對於該磊晶處理會有不良影響。例如：執行矽磊晶沉積時，利用原子單元內的氧原子聚簇，結晶基板上過多的氧會從矽原子磊晶位置將矽原子置換出來。局部原子置換會導致一層成長到更厚時接續原子配置出錯。此現象俗稱為堆疊錯誤或丘狀缺陷。例如該基板暴露在大氣中同時該基板已經傳送時，基板S表面上可能發生氧化作用。如此，可在清潔室108a和108b內執行用於去除基板S上所形成原生氧化物(或表面氧化物)的清潔處理。
該清潔處理可為使用具有基態的氫(H* )和NF3 氣體之乾式蝕刻處理。例如：已經蝕刻基板表面上形成的氧化矽時，該基板位於一室內，然後在該室內形成真空，產生在該室內與氧化矽反應的中間產物。
例如：例如氫氣的基質(H* )與氟氣(例如氟化氮(NF3 ))的反應氣體，供給進入該室，該反應氣體以下列反應方程式(1)表現的方式減少，以產生中間產物，例如NHx Fy (其中x和y為特定整數)。
因為該中間產物對於氧化矽(SiO2 )具有高反應性，在該中間產物到達該矽基板表面時，該中間產物選擇與該氧化矽反應，來產生以下列反應方程式(2)表示的反應產物((NH4 )2 SiF6 )。
此後該矽基板加熱至溫度大約100℃或以上時，該反應產物會如下列反應方程式(3)所表示熱解形成熱解氣體，然後該熱解氣體蒸發。結果，可從該基板表面上去除該氧化矽。如底下反應方程式(3)內所示，該熱解氣體包括一含氟的氣體，例如HF氣體或SiF4 氣體。
如上述，該清潔處理可包括用於產生該反應產物的反應處理，以及用於熱解該反應產物的加熱處理。該反應處理與該加熱處理可在清潔室108a和108b內同時執行。另外，該反應處理可在清潔室108a和108b其中一個當中執行，並且該加熱處理可在另一個清潔室108a和108b當中執行。
緩衝室110提供一個空間，其中堆疊上面已經完成該清潔處理的基板S，以及提供一空間，其中堆疊上面已經完成該磊晶處理的基板S。已經完成該清潔處理時，基板S傳送進入緩衝室110，然後在該基板傳送進入磊晶室112a、112b和112c之前先在緩衝室110內堆疊。磊晶室112a、112b和112c可為批次型腔室，其中在複數個基板上執行單一處理。在磊晶室112a、112b和112c內已經完成該磊晶處理時，則將上面已經執行該磊晶處理的基板S連續堆疊在緩衝室110內。並且，上面已經完成該清潔處理的基板S連續堆疊在磊晶室112a、112b和112c內。在此基板S可垂直堆疊在緩衝室110內。
第二圖為根據本發明具體實施例處理的基板圖式。如上述，在基板S上執行該磊晶處理之前，先在清潔室108a和108b內的基板S上執行該清潔處理。如此，透過該清潔處理可去除在基板70表面形成的氧化物72。在清潔室108a和108b內可透過該清潔處理去除氧化物。另外，透過該清潔處理可露出基板70表面上形成的磊晶表面74，幫助磊晶層的成長。
此後，在磊晶室112a、112b和112c內基板70上執行磊晶處理。該磊晶處理可由化學氣相沉積來執行。該磊晶處理可執行來在磊晶表面74上形成一磊晶層76。利用反應氣體，包 括矽氣體(例如SiCl4 、SiHCl3 、SiH2 Cl2 、SiH3 Cl、Si2 H6 或SiH4 )與載體氣體(N2 及/或H2 )，可露出基板70上形成的磊晶表面74。另外，要求磊晶層76包括一摻雜物時，一含矽氣體可包括一含摻雜物的氣體(例如AsH3 、PH3 及/或B2 H6 )。
第三圖為例示根據本發明具體實施例用於形成磊晶層的處理之流程圖。在操作S10內，開始形成一磊晶層的處理。在操作S20內，在一基板S上執行磊晶處理之前，將該基板S傳送進入清潔室108a和108b。在此，一基板處置器104將基板S傳送進入清潔室108a和108b。基板S透過傳送室102來傳送，其中該室內維持真空狀態。在操作S30內，在基板S上執行一清潔處理。如上述，該清潔處理包括用於產生一反應產物的反應處理，以及用於熱解該反應產物的加熱處理。該反應處理與該加熱處理可在清潔室108a和108b內同時執行。另外，該反應處理可在清潔室108a和108b其中一個當中執行，並且該加熱處理可在另一個清潔室108a和108b當中執行。
在操作S40內，將上面已經完成該清潔處理的基板S傳送至緩衝室110內，並且堆疊在緩衝室110內。然後，基板S在緩衝室110內待命，等待執行該磊晶處理。在操作S50內，基板S傳送至磊晶室112a、112b和112c。基板S的傳送透過傳送室102來執行，該室內維持真空狀態。在操作S60內，在基板S上形成一磊晶層。在操作S70內，再次將基板S傳送至緩衝室110，並且堆疊在緩衝室110內。此後在操作S80內，結束形成該磊晶層的處理。
第四圖為例示第一圖中磊晶裝置的圖解圖式。第五圖為例示第一圖中一下室與一基板固定器的剖面圖。一磊晶裝置(或一磊晶室)包含具有一開放式上半部的一下室312b。下室312b連接至傳輸室102。下室312b具有連接至傳輸室102的一通道319。基板S可從傳送室102通過通道319載入至該下室。一閘道閥(未顯示)可安置在通道319之外，通道319可由該閘道閥開啟或關閉。
磊晶裝置包含上面堆疊複數個基板S的一基板固定器328。基板S垂直堆疊在基板固定器328上。例如：十五個基板S可堆疊在基板固定器328上。基板固定器328放在下室312b內提供的一堆疊空間(或在一堆疊位置上)之時，基板S堆疊在基板固定器328內。如底下所描述，基板固定器328可升高。該等基板S已經堆疊進入基板固定器328的溝槽，基板固定器328可升高，如此該等基板S堆疊進入基板固定器328的下一個溝槽。所有基板都已經堆疊在基板固定器328上面時，基板固定器328移動進入一外部反應管312a(或進入「處理位置」)，然後在外部反應管312a之內執行磊晶處理。
基板固定器328底下放置一隔熱板316，並且該隔熱板隨著基板固定器328升高。基板固定器328移動至處理位置時，如第十一圖內所示，隔熱板316封閉內部反應管314的開放式下半部。隔熱板316可由陶瓷、石英或塗上陶瓷的金屬材料所形成。隔熱板316避免執行處理時，反應區內的熱量傳遞進入該堆疊空間。供應進入該反應區內的反應氣體當中一部分，透過內部反應管314的開放式下半部進入該堆疊空間。在此當該堆疊空間內的溫度超過預定溫度時，該反應氣體部分會沉積在該堆疊空間的內壁上。如此，必須避免因為隔熱板316導致該堆疊空間內溫度升高。因此，可避免該反應氣體沉積在該堆疊空間的內壁上。
下室312b包含一排放口344、一輔助排放口328a以及一輔助氣體供應口362。排放口344具有「∟」形。稍後將說明的排放噴嘴單元334透過排放口344連接至第一排放管線342。輔助排放口328a連接至輔助排放管線328b。下室312b中堆疊空間內的氣體可排放至輔助排放口328a。
輔助氣體供應口362連接至輔助氣體供應管線(未顯示)，透過該輔助氣體供應管線將氣體供應至該堆疊空間內。例如：惰性氣體可通過輔助氣體供應口362供應道該堆疊空間內。隨著該惰性氣體供應進入該堆疊空間，可避免供應至該處理空間 內的該反應氣體導入該堆疊空間。
更進一步，因為該惰性氣體連續供應進入該堆疊空間並且透過輔助排放口328a排放，可避免導入該處理空間的該反應氣體進入該堆疊空間。在此該堆疊空間可設定成內部壓力稍微大於該處理空間的內部壓力。該堆疊空間的壓力稍微高於該處理空間的壓力時，該處理空間內的該反應氣體不會進入該堆疊空間。
第六圖為例示第一圖中該外部反應管、該內部反應管、該等供應噴嘴以及該等排放噴嘴的圖解剖面圖。外部反應管312a封閉該下室312b的一開放式上半部，以提供其中執行該磊晶處理的一處理空間。支撐凸緣442位於下室312b與外部反應管312a之間。外部反應管312位於支撐凸緣442上。下室312b的該堆疊空間透過支撐凸緣442中央內定義的開口，與外部反應管312a的該處理空間連通。如上述，所有該等基板都堆疊在基板固定器328上時，基板固定器328可移動到外部反應管312a的該處理空間內。
內部反應管314放在外部反應管312a內部，以提供相關於基板S的反應區。外部反應管312a的內部用內部反應管314區分成一反應區以及一非反應區。該反應區定義在內部反應管314之內，並且該非反應區定義在內部反應管314之外。基板固定器328移動至該處理位置時，基板固定器328就位於該反應區內。該反應區的體積小於該處理空間的體積。如此該反應氣體供應進入該反應區時，可大幅減少該反應氣體的使用量。另外，該反應氣體可集中於堆疊在基板固定器328內的基板S上。內部反應管314具有封閉式上半部以及開放式下半部。如此基板固定器328通過內部反應管314的下半部，移動進入該反應區內。
如第四圖內所示，安置一側邊加熱器324以及一上方加熱器326，將外部反應管312a包圍起來。側邊加熱器324和上方加熱器326將外部反應管312a內的該處理空間加熱。如此， 該反應空間(或該反應區)的溫度可達到執行該磊晶處理的程度。側邊加熱器324和上方加熱器326透過一支撐框架327連接至一上方升降桿337。升降馬達338旋轉上方升降桿337，讓支撐框架327可以上升。
該磊晶裝置進一步包含一氣體供應單元，該氣體供應單元包含一供應噴嘴單元332以及一排放噴嘴單元334。供應噴嘴單元332包含複數個供應管332a以及複數個供應噴嘴332b。供應噴嘴332b分別連接至供應管332a。每一供應噴嘴332b都具有圓管形狀。供應孔332c定義在每一供應噴嘴332b的前端內。該反應氣體通過供應孔332c噴出，供應孔332c具有圓形剖面。如第六圖內所示，供應噴嘴332b的供應孔332c可彼此定義於不同高度上。
供應管332a和供應噴嘴332b都位於外部反應管312a內部，供應管332a垂直延伸。供應噴嘴332b大體上與供應管332a垂直。供應孔332c可定義在內部反應管314內部，如此透過供應孔332c噴出的該反應氣體可集中至內部反應管314內的反應區當中。內部反應管314具有複數個貫穿孔374。供應噴嘴332b的供應孔332c可通過貫穿孔374定義在內部反應管314內部。
第七圖為例示第一圖中該等供應噴嘴與熱電耦排列方式的剖面圖。請參閱第七圖，供應噴嘴332b具有供應孔332c，每一孔分別具有圓形剖面。供應噴嘴332b的供應孔332c沿著內部反應管314的內壁，往圓周方向定義。另外，供應孔332c彼此定義在不同高度上。基板固定器328移動進入該處理位置時，供應噴嘴332b將該反應氣體噴灑在基板固定器328上的每一基板S之上。在此供應孔332c分別定義在大體上等於基板S高度的高度上。如第六圖內所示，供應噴嘴332b分別透過供應凸緣442內的供應管線342連接至反應氣體來源(未顯示)。
每一反應氣體來源都可供應一沉積氣體(一矽氣體(例如 SiCl4 、SiHCl3 、SiH2 Cl2 、SiH3 Cl、Si2 H6 或SiH4 ))、一載體氣體(例如N2 及/或H2 )、或一蝕刻氣體。一選擇的磊晶處理牽涉到沉積反應與蝕刻反應。雖然本具體實施例內未顯示，不過該磊晶層需要包括一摻雜物時，可供應一含摻雜物的氣體(例如砷化氫(AsH3 )、磷化氫(PH3 )及/或乙硼烷(B2 H6 ))。另外在清潔或蝕刻處理的案例中，可供應氯化氫(HCl)。
如第六圖內所示，排放噴嘴單元334包含複數個排放管334a以及複數個排放噴嘴334b。排放噴嘴334b分別連接至排放管334a。排放孔334c定義於每一排放噴嘴334b的前端，來吸入未反應氣體以及副產物。排放孔334c具有矩形的剖面。如第六圖內所示，排放噴嘴334b可位於與排放孔334c不同的高度上。
排放管334a和排放噴嘴334b都位於外部反應管312a內部，排放管334a垂直延伸。排放噴嘴334b大體上與排放管334a垂直。排放孔334c可定義在內部反應管314內部，如此透過排放孔334c可有效從內部反應管314內的反應區當中吸入該等未反應氣體與副產物。內部反應管314具有複數個貫穿孔376。排放噴嘴334b的排放孔334c可通過貫穿孔376定義在內部反應管314內部。
第八圖為例示第一圖中該等排放噴嘴與該等熱電耦排列方式的剖面圖。請參閱第八圖，排放噴嘴334b具有排放孔334c，每一孔分別具有槽形剖面。排放噴嘴334b的排放孔334c沿著內部反應管314的內壁，往圓周方向定義。另外，排放孔334c彼此定義在不同高度上。基板固定器328已經移動進入該處理位置，供應噴嘴332b將該反應氣體噴灑在基板固定器328上的每一基板S之上。此時可在內部反應管314內產生該等未反應氣體與副產物。排放噴嘴334b吸入該未反應氣體與該等副產物，將該未反應氣體與該等副產物排放到外面。排放孔334c分別定義在大體上等於基板S高度的高度上。如第四圖內所示，排放噴嘴334b透過下室312b內的排放口344連接 至第一排放管線342，通過該第一排放管線342排出該未反應氣體以及該等副產物。開關閥346位於第一排放管線342上，以便開啟或關閉第一排放管線342。渦輪幫浦348位於第一排放管線342上，強迫通過第一排放管線342排放該未反應氣體與該等副產物。第一排放管線342連接至第二排放管線352來排放該未反應氣體和該等副產物，這些沿著第一排放管線342移動，通過第二排放管線352。
輔助排放口328a位於下室312b內，輔助排放管線328b連接至輔助排放口328a。輔助排放管線328b連接至第二排放管線352。第一和第二輔助閥328c和328d位於輔助排放管線328b上，以便開啟或關閉輔助排放管線328b。輔助排放管線328b通過一連接管線343連接至第一排放管線342。連接閥343a位於連接管線343上，以便開啟或關閉連接管線343。
如第七圖和第八圖內所示，熱電耦382和384位於外部反應管312a與內部反應管314之間。熱電耦382和384垂直放置，以便根據高度測量溫度。如此，作業員可根據高度擷取處理空間內的溫度。結果，可事先檢查處理上溫度分布的效果。
第九圖為分別連接至第一圖中供應噴嘴的供應管線圖。如第九圖內所示，供應噴嘴332透過個別供應管線342連接至反應氣體來源(未顯示)。如此該反應氣體可透過複數個供應噴嘴332均勻供應到內部反應管314的反應區。若一條供應管線342連接至複數個供應噴嘴332，則根據供應噴嘴332以不同流率供應該反應氣體。如此，可根據基板固定器328的位置改變處理速率。
第十圖為例示第一圖中該內部反應管之內一反應氣體流的圖式。如上述，供應噴嘴332b的供應孔332c沿著內部反應管314的內壁，往圓周方向定義。另外，供應孔332c彼此定義在不同高度上。另外，排放噴嘴334b的排放孔334c沿著內部反應管314的內壁，往圓周方向定義。另外，排放孔334c彼此定義在不同高度上。在此每一供應孔332c的中心與每一 排放孔334c的中心都在相同高度上對稱。也就是，供應噴嘴332b的供應孔332c以及排放噴嘴334b的排放孔334c彼此相對於基板固定器328上所堆疊的基板S之中心來放置。如此，從供應噴嘴332b噴出的該反應氣體朝向與供應噴嘴332b相對位置上的排放噴嘴334b流去(如箭頭所指示)。如此確保有足夠時間讓該反應氣體與該基板S彼此反應。在此吸入於處理期間產生的該未反應氣體與該等副產物，並通過排放噴嘴334b排出。
如第十圖內所示，根據基板固定器328上堆疊的基板S之高度，改變該反應氣體的流動。如此，根據該基板S的高度，該反應氣體的流動具有相位差。也就是說，根據基板S的高度，供應噴嘴332b的供應孔332c之位置以及排放噴嘴334b的排放孔334c之位置具有相位差。請參閱第十圖，參考號碼①表示從供應噴嘴332b流向排放噴嘴334b的反應氣體流，並且參考號碼②代表從供應噴嘴332b流向排放噴嘴334b的反應氣體流。參考號碼①和②具有預定角度的相位差。如此，從定義在不同高度上的該供應孔所噴出之該反應氣體，會擴散從該供應孔噴出的該反應氣體。也就是說，具有相位差的該反應氣體流可彼此干擾。如此，在該反應氣體因為干擾而擴散的狀態下，該反應氣體可朝向排放噴嘴334b移動。
另外，供應噴嘴332b的供應孔332c都為圓形。另一方面，排放噴嘴334b的排放孔334c都為槽狀。如此，根據排放孔334c的形狀(請參閱第十圖)，從供應噴嘴332b的供應孔332c噴出之該反應氣體可擴散成具有一預定寬度。因此，其上該反應氣體接觸該基板S表面的區域會增加。另外，可產生充分的反應，限制該未反應氣體的產生。該反應氣體在該基板S上從供應孔332c往上層流至排放孔334c。
如第四圖內所示，基板固定器328連接至轉軸318。轉軸318通過下室312b，並且連接至一升降馬達319a和一旋轉馬達319b。旋轉馬達319b放置在馬達外殼319c上。旋轉馬達 319b驅動轉軸318，同時執行磊晶處理，讓基板固定器328(和基板S)與轉軸318一起旋轉。因為該反應氣體從供應孔332c流向排放孔334c，並且隨著該反應氣體從供應孔332c流向排放孔334c時沉積在該基板S上，所以該反應氣體的濃度逐漸下降而完成此作業。為了避免上述現象發生，可旋轉該基板S，如此讓該反應氣體均勻沉積在該基板S的表面上。
馬達外殼319c固定至托架319d，托架319d連接至升降桿319e，然後連接至下室312b的下半部並且隨升降桿319e升降。托架319c用螺絲結合至下方桿419，並且下方桿419由升降馬達319a旋轉。也就是說，下方桿419隨著升降馬達319a轉動而轉動。如此，托架319d和馬達外殼319c可一起升降。因此，轉軸318和基板固定器328可一起升降。基板固定器328可由升降馬達319a從該堆疊位置移動進入該處理位置。伸縮套管318a將下室312b連接至馬達外殼319c。如此，下室312b的內部可密封。第十一圖為例示其中第一圖的該基板固定器移動到一處理位置內的狀態圖式。
請參閱第十一圖，隔熱板316放置在基板固定器328底下。當轉軸318升降，基板固定器328與轉軸318一起升降。隔熱板316封閉內部反應管314的開放式下半部，避免內部反應管314內的熱量傳輸至下室312b內的該堆疊空間。
第十二圖為例示第六圖中該等供應噴嘴的修改範例之圖解透視圖。第十三圖為例示第十二圖中該等供應噴嘴的透視圖。第十四圖為例示第十二圖中該等供應噴嘴的剖面圖。
請參閱第十二圖至第十四圖，供應噴嘴332b具有一內部空間，其具有往噴出方向逐漸增加的剖面。通過供應管332a供應的反應氣體沿著供應噴嘴332b的內部空間擴散。供應噴嘴332b具有定義在其前端上的一供應孔332c，供應孔332c具有槽狀的剖面。供應孔332c的剖面大體上等於排放孔334c的剖面。
第十五圖為例示通過第十二圖中該等供應噴嘴與該等排 放噴嘴的一反應氣體流之圖式。請參閱第十五圖，從供應噴嘴332b噴出的該反應氣體朝向與供應噴嘴332b相對位置上的排放噴嘴334b流去(如箭頭所指示)。在此因為在該反應氣體通過供應噴嘴332b的內部空間擴散然後通過排放噴嘴334b的排放孔334c吸入之狀態下，該反應氣體通過供應孔332c噴出，所以該反應氣體形成具有等寬(供應孔332c的剖面大體上等於排放孔334c的剖面)，從供應孔332c上至排放孔334c的層流。
另外，雖然之前未描述，不過第六圖與第十二圖的排放噴嘴334b與第十二圖至第十四圖的供應噴嘴332b具有相同結構。也就是說，排放噴嘴334b具有一內部空間，其剖面往吸入方向逐漸遞減。另外，通過排放孔332c吸入的該未反應氣體和該等副產物都涵蓋在排放噴嘴334b的內部空間，然後移動進入排放管332a。
第十六圖為例示第十三圖中該等供應噴嘴的修改範例之圖解透視圖。第十七圖為例示第十六圖中該等供應噴嘴的剖面圖。請參閱第十六圖和第十七圖，一供應噴嘴332b包含一注射板332d。注射板332d可放置在供應孔332c上。注射板332d具有複數個注射孔332e。沿著供應噴嘴332b內部空間擴散的反應氣體可通過注射孔332e注入。
根據該等具體實施例，該反應氣體可在該處理空間內均勻流動。尤其是，可流動具有相位差的該反應氣體。另外，該反應氣體可集中至該基板上。
雖然本發明以參考範例具體實施例來詳細說明，不過本發明可在不同的形式內具體實施。如此，底下所公佈的技術理念與申請專利範圍的範疇都不受限於該等較佳具體實施例。
1‧‧‧半導體製造設備
2‧‧‧製程設備
3‧‧‧設備前端模組
4‧‧‧介面壁
50‧‧‧框架
60‧‧‧載入口
70‧‧‧框架機械手臂
72‧‧‧氧化物
74‧‧‧磊晶表面
76‧‧‧磊晶層
102‧‧‧傳送室
104‧‧‧基板處置器
106‧‧‧載入鎖定室
108a、108b‧‧‧清潔室
110‧‧‧緩衝室
112a、112b、112c‧‧‧磊晶室
312a‧‧‧外部反應管
312b‧‧‧下室
314‧‧‧內部反應管
316‧‧‧隔熱板
318‧‧‧轉軸
318a‧‧‧伸縮套管
319‧‧‧通道
319a‧‧‧升降馬達
319b‧‧‧旋轉馬達
319c‧‧‧馬達外殼
319d‧‧‧托架
319e‧‧‧升降桿
324‧‧‧側邊加熱器
326‧‧‧上方加熱器
327‧‧‧支撐框架
328‧‧‧基板固定器
328a‧‧‧輔助排放口
328b‧‧‧輔助排放管線
328c‧‧‧第一輔助閥
328d‧‧‧第二輔助閥
332‧‧‧供應噴嘴單元
332a‧‧‧供應管
332b‧‧‧供應噴嘴
332c‧‧‧供應孔
332d‧‧‧注射板
332e‧‧‧注射孔
334‧‧‧排放噴嘴單元
334a‧‧‧排放管
334b‧‧‧排放噴嘴
334c‧‧‧排放孔
337‧‧‧上方升降桿
338‧‧‧升降馬達
342‧‧‧第一排放管線
343‧‧‧連接管線
343a‧‧‧連接閥
344‧‧‧排放口
346‧‧‧開關閥
348‧‧‧渦輪幫浦
352‧‧‧第二排放管線
362‧‧‧輔助氣體供應口
374‧‧‧貫穿孔
376‧‧‧貫穿孔
382‧‧‧熱電耦
384‧‧‧熱電耦
419‧‧‧下方桿
442‧‧‧支撐凸緣
S‧‧‧基板
在此包含附圖來進一步瞭解本發明，並且併入以及構成此說明書的一部分。圖式例示本發明的示範具體實施例，並且在搭配內容說明之後可用來解釋本發明原理。圖式中： 第一圖為根據本發明具體實施例的半導體製造設備之圖解圖式；第二圖為根據本發明具體實施例處理的基板圖式；第三圖為例示根據本發明具體實施例用於形成磊晶層的處理之流程圖；第四圖為例示第一圖中磊晶裝置的圖解圖式；第五圖為例示第一圖中一下方處理室與一基板固定器的剖面圖；第六圖為例示第一圖中一外部反應管、一內部反應管、供應噴嘴以及排放噴嘴的圖解剖面圖；第七圖為例示第一圖中該等供應噴嘴與熱電耦排列方式的剖面圖；第八圖為例示第一圖中該等排放噴嘴與該等熱電耦排列方式的剖面圖；第九圖為分別連接至第一圖中供應噴嘴的供應管線圖；第十圖為例示第一圖中該內部反應管之內一反應氣體流的圖式；第十一圖為例示其中第一圖的該基板固定器移動到一處理位置內的狀態圖式；第十二圖為例示第六圖中該等供應噴嘴的修改範例之圖解透視圖；第十三圖為例示第十二圖中該等供應噴嘴的透視圖；第十四圖為例示第十二圖中該等供應噴嘴的剖面圖；第十五圖為例示通過第十二圖中該等供應噴嘴與該等排放噴嘴的一反應氣體流之圖式；第十六圖為例示第十三圖中該供應噴嘴的修改範例之圖解透視圖；以及第十七圖為例示第十六圖中該等供應噴嘴的剖面圖。
312a‧‧‧外部反應管
312b‧‧‧下室
314‧‧‧內部反應管
316‧‧‧隔熱板
318‧‧‧轉軸
318a‧‧‧伸縮套管
319‧‧‧通道
319a‧‧‧升降馬達
319b‧‧‧旋轉馬達
319c‧‧‧馬達外殼
319d‧‧‧托架
319e‧‧‧升降桿
324‧‧‧側邊加熱器
326‧‧‧上方加熱器
327‧‧‧支撐框架
328‧‧‧基板固定器
328a‧‧‧輔助排放口
328b‧‧‧輔助排放管線
328c‧‧‧第一輔助閥
328d‧‧‧第二輔助閥
332‧‧‧供應噴嘴單元
334‧‧‧排放噴嘴單元
337‧‧‧上方升降桿
338‧‧‧升降馬達
342‧‧‧第一排放管線
343‧‧‧連接管線
343a‧‧‧連接閥
344‧‧‧排放口
346‧‧‧開關閥
348‧‧‧渦輪幫浦
352‧‧‧第二排放管線
362‧‧‧輔助氣體供應口
419‧‧‧下方桿
442‧‧‧支撐凸緣
S‧‧‧基板

Claims (11)

  1. 一種基板處理裝置，其中執行關於基板的處理，該基板處理裝置包含：具有一開放式上半部的一下方處理室，該下方處理室包含一通道，容許該等基板從其一側邊通過；一外部反應管，其封閉該下方處理室的該開放式上半部，以提供其中執行該等處理的一處理空間；一基板固定器，其上垂直堆疊一或多個基板，該基板固定器可在其中該等基板已經堆疊的一堆疊位置與其中執行關於該等基板的該等處理之一處理位置之間移動；以及一氣體供應單元，其位於該外部反應管內，以便供應一反應氣體進入該處理空間，該氣體供應單元往一垂直方向形成具有不同相位差的該反應氣體流，其中該氣體供應單元包含：複數個供應噴嘴，分別具有一供應孔，該反應氣體經由該供應孔噴出，該等複數個供應孔沿著該外反應管的內壁以圓周方向配置以使該等複數個供應孔具有相位差，且該等複數個供應孔彼此設置於不同高度；及複數個排放噴嘴，分別具有一排放孔，其吸入該處理空間內的未反應氣體與副產物，該等複數個排放孔沿著該外反應管的內壁以圓周方向配置以使該等複數個排放孔具有相位差，且該等複數個排放孔彼此設置於不同高度，其中位於相同高度的供應孔的中心與排放孔的中心相對稱，以至於該反應氣體於該垂直方向上具有相位差。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中該氣體供應單元包含： 複數個供應管，其分別連接至該等複數個供應噴嘴，將該反應氣體供應至每一該等供應噴嘴；以及複數個排放管，其分別連接至該等複數個排放噴嘴，透過每一該等排放噴嘴吸入該未反應氣體與該副產物通過該等管。
  3. 如申請專利範圍第2項之基板處理裝置，其中在該基板固定器位於該處理位置時，該等供應噴嘴與該等排放噴嘴的位置分別對應至堆疊在該基板固定器上的該等基板。
  4. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中每一該等供應噴嘴都為一圓管，該管具有該供應孔，其具有圓形剖面，每一該等排放噴嘴都具有一內部空間，該空間具有一剖面往其一吸入方向逐漸遞減，並且具有定義在其一前端內的該排放孔，該孔具有一槽狀剖面。
  5. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中每一該等供應噴嘴都具有一內部空間，該空間具有一剖面往其一噴出方向逐漸遞增，並且具有定義在其一前端內的該供應孔，該孔具有一槽狀剖面，每一該等排放噴嘴都具有一內部空間，該空間具有一剖面往其一吸入方向逐漸遞減，並且具有定義在其一前端內的該排放孔，該孔具有一槽狀剖面。
  6. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中每一該等供應噴嘴都具有一內部空間，該空間具有一剖面往其一噴出方向逐漸遞增，並且具有定義在其一前端內的該供應孔，該孔具有一槽狀剖面，以及一注射板，其位於該供應孔上並且具有複數個注射孔，每一該等排放噴嘴都具有一內部空間，該空間具有一剖面往其一吸入方向逐漸遞減，並且具有定義在其一前端內的該排放孔，該孔具有一槽狀剖面。
  7. 如申請專利範圍第1項中任一項之基板處理裝置，其中該氣體供應單元另包含複數個供應管線，其分別連接至該等 供應噴嘴，將該反應氣體供應至每一該等供應噴嘴。
  8. 如申請專利範圍第7項之基板處理裝置，另包含一支撐凸緣，其位於該下室與該外部反應管之間，其中該等供應管線透過該支撐凸緣分別連接至該等供應噴嘴。
  9. 如申請專利範圍第1項中任一項之基板處理裝置，另包含位於該外部反應管內的一內部反應管，該內部反應管圍繞該基板固定器，區分出相關於該等基板的一反應區。
  10. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項之基板處理裝置，另包含垂直放在該外部反應管內的熱電耦。
  11. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項之基板處理裝置，另包含連接至該基板固定器的一轉軸，該轉軸在處理期間往預設方向轉動。
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