TWI532967B - 基板處理裝置 - Google Patents

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Description

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，尤其係關於其中在一處理腔室內安裝一加熱器，執行關於一基板的處理以及可輕鬆冷卻該處理腔室內部溫度之基板處理裝置。
用於製造半導體、平板顯示器、光電電池等等的基板處理裝置可為執行基本熱處理程序，將在一基板上，例如矽晶圓或玻璃基板上的預定薄膜結晶以及轉變相位之裝置。
一般來說，在製造液晶顯示器或薄膜結晶矽光電電池的情況下，使用矽結晶裝置將該玻璃基板上的無晶矽結晶成多晶矽。若要執行該結晶處理，則必須加熱其上形成該預定薄膜的該基板，例如將該無晶矽結晶的處理溫度必須大約550℃至大約600℃。
這種基板處理裝置可區分成單一晶圓型基板處理裝置，其中在一個基板上執行基板處理程序，以及批次型基板處理裝置，其中在複數個基板上執行基板處理程序。該單一晶圓型基板處理裝置的優勢就是結構簡單，不過該單一晶圓型基板處理裝置的生產力會下降，因此批次型基板處理裝置就受到重視。
本發明提供一種基板處理裝置，其中用於將一基板加熱的一 加熱器以及一處理腔室的內部溫度都可輕易冷卻。
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提供基板處理裝置，包含：一處理腔室，其具有一內部空間，其中容納從該外界送入的一基板，並且執行與該基板相關的一處理；電熱線加熱器，其位於該處理腔室的一側壁內，該電熱線加熱器環繞該內部空間，將該基板加熱；以及一冷卻管，其中從該外界供應一冷卻劑，該冷卻管沿著該處理腔室的該側壁位於該等電熱線加熱器之間。
在某些具體實施例內，該處理腔室可包含一入口，其位於該處理腔室的一側上，並且該冷卻管進入該入口，並且該基板處理裝置另包含一供應管線，連接至位於該入口上的該冷卻管來供應該冷卻劑。
在其他具體實施例內，該基板處理裝置另包含位於該內部空間內的一內部反應管，將該內部空間分割成該內側與該外側，該內部反應管具有一處理空間，其中執行有關該基板的該處理，並且該冷卻管具有複數個注射孔，用於朝向該內部反應管的外部注射該冷卻劑。
仍舊在其他具體實施例內，該基板處理裝置可另包含一排氣口，其與定義於該處理腔室上半部內的一排氣孔連通，用來排放透過該注射孔注射至該外側的該冷卻劑。
甚至在其他具體實施例內，該等注射孔可往上傾斜。
5‧‧‧電熱線加熱器
10‧‧‧冷卻管
13‧‧‧管體
15‧‧‧通道
17‧‧‧注射孔
20‧‧‧處理腔室
22‧‧‧內部空間
25‧‧‧內部反應管
27‧‧‧處理空間
30‧‧‧入口
35‧‧‧供應管線
35‧‧‧排放管線
40‧‧‧入口
45‧‧‧供應管線
47‧‧‧閥門
50‧‧‧冷卻器
55‧‧‧排氣孔
57‧‧‧排氣口
60‧‧‧基板固定器
61‧‧‧基座
63‧‧‧供應噴嘴
67‧‧‧排氣噴嘴
70‧‧‧下方腔室
72‧‧‧堆疊空間
75‧‧‧旋轉馬達
76‧‧‧馬達外殼
77‧‧‧旋轉軸
78‧‧‧托架
80‧‧‧升降馬達
82‧‧‧升降桿
84‧‧‧下導
90‧‧‧第一輸出管線
95‧‧‧第二輸出管線
100‧‧‧基板處理裝置
W‧‧‧基板
在此包含附圖來進一步了解本發明，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基板處理設備之圖解圖；第二圖為其中一基板固定器已經切換至第一圖中一處理位置的狀態圖；第三圖為第一圖的處理腔室的放大圖；第四圖為例示第三圖中一注射孔的配置圖；以及第五圖為根據本發明另一具體實施例的基板處理裝置之圖式。
此後，將參照第一圖至第五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層與區域的厚度。精通技術人士了解除了當前具體實施例內所描述的基板W以外，本發明也適用於許多要處理的物體。
一般而言，這種基板處理裝置可區分成單一晶圓型基板處理裝置，其中在一個基板上執行基板處理程序，以及批次型基板處理裝置，其中在複數個基板上執行基板處理程序。該單一晶圓型基板處理裝置的優勢就是結構簡單，不過該單一晶圓型基板處理裝置的生產力會下降，因此批次型基板處理裝置就受到重視。
另外，為了執行該結晶處理，該基板處理裝置包含一加熱器，用於加熱其上形成一預定薄膜的一基板，例如：將無晶矽結晶的處理溫度，例如腔室的內部溫度可為大約550℃至大約600℃，在此處理所需的 該處理溫度可以彼此不同。另外，可利用在一基板上，例如一矽晶圓上，重複執行沉積、光微影(圖案形成)、蝕刻以及清潔處理，來製造半導體裝置。
若要執行上述處理，該基板處理裝置的腔室內部可加熱至高溫，然後關閉該腔室之內安裝的該加熱器自然冷卻，藉此準備下一個處理。也就是，要花很長的時間讓該腔室內部冷卻至下一處理所需的溫度。結果在使用該基板執行該處理中，可用率會降低而減損生產力。如此，底下將說明其中處理腔室內部溫度可輕易冷卻的基板處理裝置。
本發明並不受限於要處理的基板類型，如此，基板由許多材料形成，例如玻璃、塑膠、聚合物、矽晶圓、不鏽鋼、藍寶石材料等等，這一般用於整個半導體製程。另外，該基板的處理經了解為一預定或在該基板上形成圖案的處理，以及該基板本身的處理。
另外，本發明並不受限於使用該基板處理裝置，如此整個半導體處理，例如沉積處理、蝕刻處理、表面處理等等，都可使用根據本發明的該基板處理裝置來執行。此外，底下將只描述本發明的主要組件。另外根據用途，很明顯有許多組件可額外提供給本發明的該基板處理裝置。
第一圖為根據本發明具體實施例的基板處理裝置之圖解圖。第二圖為其中一基板固定器已經切換至第一圖中一處理位置的狀態圖。請參閱第一圖和第二圖，基板處理裝置100可包含具有開放式上半部的一下方腔室70。下方腔室70具有一通道，基板透過此處傳遞。該基板可透過該通道載入該下方腔室70。一閘道閥(未顯示)位於該通道外面，並且可用該閘道閥開啟或關閉該通道。
基板處理裝置100包含上面堆疊複數個基板的一基板固定器 (也稱為「晶舟」)60。在此，該基板垂直堆疊在基板固定器60上。如第一圖內所例示，基板固定器60放在該下方腔室內提供的一堆疊空間72內，該等基板可堆疊在基板固定器60內。基板固定器60連接至一旋轉軸77，並且該旋轉軸通過下方腔室70並且連接至一升降馬達80和一旋轉馬達75。旋轉馬達75可放置在一馬達外殼76上，旋轉馬達75可在與該基板有關的處理執行過後運轉，將基板固定器60與旋轉軸77一起旋轉。
馬達外殼76固定至托架78，並且托架78連接至與下方腔室70下半部相連的下導84，如此沿著升降桿82升降。托架78用螺絲結合至升降桿82，並且升降桿82由升降馬達80旋轉。也就是說，升降桿82隨著升降馬達80轉動而轉動。如此，托架78和馬達外殼76可彼此一起升降。
如此，旋轉軸77和基板固定器60可彼此一起升降，並且基板固定器60可用升降馬達80切換至該堆疊位置與一處理位置。一伸縮套管(未顯示)可位於下方腔室70與馬達外殼76之間，以便維持下方腔室70內部的密封性。
一處理腔室20具有一內部空間22，其中執行關於該基板的該處理。一內部反應管25位於內部空間22之內，內部反應管25提供一處理空間27，其中執行關於該基板的該處理。內部反應管25將處理腔室20的內部分割成內部空間22以及處理空間27。如第二圖內所例示，其中已經容納複數個基板的固定器60可上升進入處理空間27，並且切換至該處理位置，而該基板與一處理氣體之間的空間可最小化來執行該處理。
基板處理裝置100可包含複數個供應噴嘴63，用於將反應氣體供應進入處理空間27，以及包含排氣噴嘴67。供應噴嘴63的供應孔(未顯 示)彼此定義在不同高度上，供應噴嘴63和該供應孔可位於處理空間27內，將反應氣體供應到該堆疊的基板上。另外，每一排氣噴嘴67可在與每一供應噴嘴63相對的側邊上，將未反應氣體和處理期間產生的反應副產物排放至外界。
排氣噴嘴67連接至第一輸出管線90，透過排氣噴嘴67吸入的該未反應氣體以及反應副產物都透過第一輸出管線90排出。一輸出閥(未顯示)可位於第一輸出管線90內，以便開啟或關閉第一輸出管線90。另外，一渦輪泵(未顯示)可位於第一輸出管線90上，強迫排出該未反應氣體與反應副產物。下方腔室70也可包含第二輸出管線95，並且堆疊空間72可排放第二輸出管線95。另外，第二輸出管線95可與第一輸出管線90連通。
另外，基板固定器60底下放置一基座61，並且該基座與基板固定器60一起隨著旋轉軸77升降而升降。基座61封閉內部反應管25的開放式下半部，避免內部反應管25內的熱量傳輸至下方腔室20之內的堆疊空間72。
也就是，當基板固定器60上升，並且該等基板堆疊在基板固定器60的溝槽上時，基板固定器60可上升預定距離，如此該等基板連續堆疊在基板固定器60的下一個溝槽上。該等基板堆疊在基板固定器60上時，基板固定器60可上升進入處理腔室20，並且位於處理空間27內，以執行關於該基板的該處理。
也就是，處理腔室20具有內部空間22，其中容納從下方腔室70傳送來的該基板，以便在內部反應管25之內執行關於該基板的該處理，其中該反應管將該處理腔室分割成內部空間22以及處理空間27。電熱線加 熱器5可在處理腔室20的側壁內環繞內部空間22。入口30可位於處理腔室20的一側上，如此冷卻管10可插至入口30。另外，供應管線35可連接至位於入口30上的冷卻管10，透過供應管線35將冷卻劑供應進入冷卻管10。如此，供應管線35可連接至位於入口30上冷卻管10的一通道(請參閱第四圖的參考編號15)，將該冷卻劑供應進入該通道。
冷卻管10可與電熱線加熱器5相隔預定距離，並且沿著處理腔室20的側壁螺旋放置。冷卻管10可包含具有預定厚度的一管體(請參閱第四圖的參考編號13)，以及定義在該管體之內的一通道(請參閱第四圖的參考編號15)。冷卻管10可具有包含圓形剖面的一多邊形剖面，冷卻管10可由具有超耐熱特性的材料製成。另外，在處理腔室20的另一側上可具有一出口(未顯示)，如此插入穿過入口30的冷卻管10可透過該出口抽出。
另外，一排放管線(未顯示)可連接至位於該出口上的冷卻管10，排出通過處理腔室20內部時受熱的冷卻劑。用於輕鬆排出該冷卻劑的一泵(未顯示)可連接至該排放管線，並且一閥門47可位於供應管線35內或該排放管線內，來調整該冷卻劑的流動與流率。在此將參考第三圖和第四圖來描述冷卻管10的組態以及運作程序。
第三圖為第一圖的處理腔室之放大圖，並且第四圖為第三圖的該冷卻管之修改範例。如第三圖和第四圖內所例示，管體13內定義複數個注射孔17，並且通過通道15供應的冷卻劑可注入內部反應管25。如上述，供應管線35可連接至位於入口30上的冷卻管10，透過供應管線35來供應冷卻劑。如此，供應管線35連接至位於入口30上冷卻管10的通道15，將冷卻劑供應至通道15。
如此，該冷卻劑可透過冷卻管10內定義的複數個注射孔17，注入內部反應管25的外界，該冷卻劑可為含氮的冷卻劑氣體。電熱線加熱器5和處理腔室20的內部空間可藉由通過注射孔17注入的該冷卻劑而減少，另外一排氣孔55可定義在處理腔室20的上半部內，一排氣口57可與排氣孔55連通，將透過注射孔17注入的該冷卻劑排放到外界。
如第四A圖和第四B圖內所例示，每一注射孔17都朝向內部反應管25的外側傾斜，如此該冷卻劑可往上流。當該冷卻劑為冷卻氣體時，入口40位於出口30底下，來透過出口40供應該冷卻氣體並形成氣流，如此受熱的冷卻氣體順暢地流向排氣孔55，藉此將該冷卻氣體排放到外界。如第四C圖內所例示，可垂直提供多個注射孔17。因為注射孔17形成於預定位置內，朝向內部反應管25注入該冷卻劑，如此可有效冷卻電熱線加熱器5以及處理腔室20內部溫度。
也就是在基板處理裝置100之內執行處理時設定的溫度可彼此不同，例如：當使用電熱線加熱器5以預定溫度加熱處理腔室20內部來提高處理腔室20的內部溫度，然後降低處理腔室20的內部溫度來執行下一個處理時，可阻止電流供應至電熱線加熱器5，同時可透過冷卻管10的注射孔17注入該冷卻劑，迅速冷卻電熱線加熱器5以及處理腔室20的內部溫度。如此，可有效縮短處理時間，提高有關該基板的處理效率，藉此改善生產力。
第五圖為根據本發明另一具體實施例的基板處理裝置之圖式。為了方便描述，將以參閱第一圖至第四圖所描述的該基板處理裝置之解釋，取代省略的組件與操作處理，如此底下主要描述這之間的差異。請參閱第五圖，入口40和出口30分別位於處理腔室20的一側與另一側上。冷 卻管10可透過入口40與出口30進入與抽出。
一供應管線45可連接至位於入口40上的冷卻管10，透過供應管線45將冷卻劑供應進入冷卻管10。一排放管線35可連接至位於出口30上的冷卻管10。若該冷卻劑為冷卻水，則入口40位於出口30之上，該冷卻水可供應至位於處理腔室20上半部上的該入口，並且透過處理腔室20下半部上的出口30排放，允許冷卻水利用自身重量順暢流動。
另外，供應管線45連接至位於入口40上冷卻管10的一通道(請參閱第四圖的參考編號15)，將該冷卻劑供應進入該通道。另外，排放管線35可連接至位於出口30上的冷卻通道10，排出通過處理腔室20時受熱的冷卻劑。若基板處理裝置100在處理腔室20內並未定義排氣孔(請參閱第一圖的參考編號55)以及該冷卻管的注射孔(請參閱第四圖的參考編號17)，透過供應管線45供應的該冷卻劑可透過排放管線35完全排放。若該冷卻劑為冷卻氣體，則入口40可位於出口30之下，以便利用該冷卻氣體受熱之後的比重差異，順利排出該冷卻氣體。
此外，當該冷卻劑為冷卻水時，供應管線45與排放管線35都可連接至冷卻器50。在通過處理腔室20內部時加熱的該冷卻劑可透過排放管線35流入冷卻器50，然後由冷卻器50冷卻的冷卻水可循環通過供應管線45。在另一方面，當該冷卻劑為冷卻氣體時，在移除冷卻器50的狀態下受熱的該冷卻劑可透過排放管線35排放到空氣中。
如此，當在該基板處理裝置內執行不同處理時，該等處理可在不同的設定溫度上執行。也就是當使用電熱線加熱器5以預定溫度加熱處理腔室20內部來提高處理腔室20的內部溫度，然後降低處理腔室20的內部 溫度來執行下一個處理時，可阻止電流供應至電熱線加熱器5，同時該冷卻劑可注入冷卻管10，迅速冷卻處理腔室20的內部溫度並且縮短處理時間，藉此改善關於該基板的效率與生產力。
根據本發明的具體實施例，可輕鬆冷卻已經提昇至預定溫度的該處理腔室溫度。
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。
5‧‧‧電熱線加熱器
10‧‧‧冷卻管
20‧‧‧處理腔室
22‧‧‧內部空間
25‧‧‧內部反應管
27‧‧‧處理空間
40‧‧‧入口
45‧‧‧供應管線
47‧‧‧閥門
55‧‧‧排氣孔
57‧‧‧排氣口
60‧‧‧基板固定器
65‧‧‧供應總匯
63‧‧‧供應噴嘴
67‧‧‧排氣噴嘴
90‧‧‧第一輸出管線

Claims (5)

  1. 一種基板處理裝置，包含：一處理腔室，其具有一內部空間，其中容納一基板，並且執行與該基板相關的一處理；電熱線加熱器，其位於該處理腔室的一側壁內，該電熱線加熱器環繞該內部空間，將該基板加熱；以及一冷卻管，其中從該外界供應一冷卻劑，該冷卻管沿著該處理腔室的該側壁位於該等電熱線加熱器之間，該冷卻管具有用於朝向該內部空間注入該冷卻劑的複數個注射孔。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中該處理腔室包含位於該處理腔室一側上的一入口，並且該冷卻管進入該入口，以及該基板處理裝置另包含一供應管線，其連接至該入口上的該冷卻管來供應該冷卻劑。
  3. 如申請專利範圍第2項之基板處理裝置，另包含位於該內部空間內的一內部反應管，用來將該內部空間分割成該內側與該外側，該內部反應管具有一處理空間，其中執行與該基板相關的該處理，以及該等複數個注射孔，朝向該內部反應管的該外側注入該冷卻劑。
  4. 如申請專利範圍第3項之基板處理裝置，另包含一排氣口，其與定義於該處理腔室上半部內的一排氣孔連通，用來排放透過該等複數個注射孔注射至該外側的該冷卻劑。
  5. 如申請專利範圍第3或4項之基板處理裝置，其中該等複數個注射孔往上傾斜。
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