TWI544565B - 非接觸式推進基板之方法及裝置 - Google Patents

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Description

非接觸式推進基板之方法及裝置
本發明關於半導體製程的領域，更特別地係有關用以透過製程環境，非接觸式支援與推進半導體基板之方法及有關實施該方法之裝置。
國際專利申請編號WO2009/142,487(格蘭尼曼等人)揭示一種用於以連續方式，非接觸式製程半導體晶圓之原子層沉積(Atomic Layer Deposition，ALD)裝置。裝置包括向下傾斜製程隧道，其以一傳輸方向延伸且由至少兩隧道壁所包圍。兩壁具有複數個氣體注入通道，以提供給氣體軸承，在這之間一基板可能浮動調適。從傳輸方向看，在該等壁的至少一者中的氣體注入通道係分別連續連接至第一前驅物氣體源、一釋放氣體源、第二前驅物氣體源、與一釋放氣體源，以建立一系列的ALD分段，使用上，包括連續區域，其分別包含第一前驅物氣體、一釋放氣體、第二前驅物氣體、與一釋放氣體。為了推進在傳輸方向的氣體軸承之間調適的基板，製程隧道至少部分具有向下傾斜，以使地心引力能透過連續ALD分段驅動基板。當基板傳遞過ALD分段時，一薄膜會沉積其上。
雖然與水平呈傾斜的製程隧道可方便及可靠決定基板的速度，但調適此速度將包括改變隧道的傾斜角度。此可能要求一準確傾斜機構，此可能導致裝置的設計複雜化，且提高生產與維護成本。或者，手動調整製程隧道的傾斜度(例如，藉由更換支撐，其係沿著其長度支撐製程隧道)，此將會是相當勞力密集。
因此，本發明之一目的是要提供非接觸式推進一浮動支撐基板通過製程隧道的另一方法，及提供實施該方法的另一半導體製程裝置。
本發明的一態樣是針對非接觸式推進基板之方法。該方法可包括提供一製程隧道，其係以縱向延伸且由至少第一與第二壁所包圍，該等壁為相互平行且隔開，以形成一實質平坦基板，方向是與壁互相平行，以能調適其間。該方法亦可包括：藉由提供與第一壁並排的實質側面流動氣體，以提供第一氣體軸承；及藉由提供與第二壁並排的實質側面流動氣體，以提供第二氣體軸承。該方法可更包括第一縱向劃分，使製程隧道分成複數個壓力分段，其中壓力分段中的第一與第二氣體軸承具有一平均氣體壓力，其係不同於相鄰壓力分段中的第一與第二氣體軸承的平均氣體壓力。此外，該方法可包括在第一壁與第二壁之間提供基板，使得浮動調適在第一與第二氣體軸承之間，且在相鄰壓力分段之間存在平均氣體壓力差，以沿著製程隧道的縱向驅動基板。
本發明的另一態樣是針對一基板製程裝置。該裝置可包括一製程隧道，其係在縱向延伸，且由至少第一與第二壁所包圍，該等壁為相互平行且隔開，為了形成一實質平坦基板，方向平行該等壁，以調適其間。該裝置可更包括複數個氣體注入通道，其提供在第一與第二隧道壁兩者，其中在第一隧道壁的氣體注入通道係組態成提供給第一氣體軸承，而在第二隧道壁的氣體注入通道係組態成提供給第二氣體軸承，該等氣體軸承係組態成浮動支撐及調適其間的基板。製程隧道可分成根據第一縱分裂的複數個壓力分段，且有關特定壓力分段的氣體注入通道可組態成以平均氣體壓力注入氣體，其中該平均氣體壓力係不同於與相鄰壓力分段有關的氣體注入通道組態成注入氣體的平均氣體壓力。
根據本發明的方法及裝置使用第一與第二氣體軸承，在其間，基板可浮動調適。第一與第二氣體軸承通常可視為分別涵蓋第一與第二壁的動態氣墊。雖然動態氣墊是在製程隧道的縱向延伸，但構成每一氣體軸承的氣體是在實質斜向流動。即是，至少構成氣體軸承特定縱部分的平均氣體速度在製程隧道縱向的成份大於在製程隧道側向的成份。實質側向氣流動的理由將在下面闡明。
製程隧道為縱向分成複數個壓力分段。相鄰壓力分段有不同氣體軸承平均氣體壓力。即是，在一壓力分段組合第一與第二氣體軸承的平均靜態壓力係不同於在一相鄰壓力分段組合第一與第二氣體軸承的平均靜態壓力。因此，在相鄰壓力分段之間存在壓力差異，且因此沿著製程隧道的長度。在氣體軸承之間調適的基板會經歷此壓力差，且在其方向推進。
從實際觀點，推進基板的力含有兩分力。第一分力來自基板側面延伸邊緣的壓力差，即是橫過其前緣及其尾緣；第二分力來自基板主表面的黏力：製程隧道的壓力差會導致氣體軸承的氣體在製程隧道的縱向流動，然後在基板上產生前向(即是，在壓力差方向的取向)黏滞力。不過，一旦基板移動，亦會經歷一後向黏滞力。如果三分力平衡且彼此抵消，基板會維持定速。在下面的詳細描述中，上述分力將參考數學模型略微詳細討論。
藉由改變相鄰壓力分段間的壓力差可改變控制基板速度的壓力差。在根據本發明的裝置中，藉由控制個別氣體注入通道將氣體注入製程隧道的壓力，可容易及正確調適在壓力分段氣體軸承中的壓力。在裝置的典型具體實施例中，此控制可經由傳統控制的氣體壓力調整器達成，該等調整器可結合連接的氣體注入通道及/或氣體源。
雖然動態氣體軸承的氣體在製程隧道的縱向具速度方量，但必須強調實質側向的氣流動。即是，至少大致上，縱向速度分量係小於側面速度分量。
的確，在技術中已知，經由氣流動推進一浮動支撐的基板。例如，GB 1,268,913揭示一空的半導體晶圓傳輸系統。此傳輸系統包括一輸送管，其組態成接受經由其傳輸的一物件，例如半導體晶圓。該輸送管具有形成多孔材料的底壁，經由底壁可吹氣，以產生物件漂浮的氣體薄膜。傳輸系統更包括在傳輸管縱向中產生氣體壓力差的構件。實際上，這些構件產生流過/吹過傳輸管，且連同其拉動位於其中的任何支撐物件的氣流動。雖然GB913的傳輸系統本質上可滿意工作，但很清楚地係，用來推進GB913揭示物件是與原子層沈積製程環境不相容，其中相互反應、側面延伸氣流動構成氣體軸承(參照WO 2009/142,487，或下面詳述)。一實質縱向、推進基板氣體流會使側面反應物氣流動歪曲，導致其混合，因此產生不想要與無法控制的化學汽相沈積。若要避免此影響，最好需要根據本發明的方法，以確保壓力分段中的第一與第二氣體軸承氣體的平均縱向速度分量不再大於該壓力分段中該氣體的平均側面速度分量的20%。
如本發明所使用的側面氣流動的另一效益在於可形成剛性氣體軸承，允許良好控制基板運動。特別地係，行經過製程隧道時，有助於側面穩定基板，以避免與側面隧壁碰撞。在側面氣流動幫助下的基板側面穩定是在Levitech B.V.的共同專利申請案NL2003836中更詳細描述，且不在本說明書詳細說明。在此提到的效果僅澄清實質側面流動氣體軸承的有效使用未限制原子層沈積的領域，但亦可適用於諸如例如回火的其他基板製程。
在本發明的一具體實施例中，可決定至少三個連續壓力分段的平均氣體壓力，如縱向所見，平均壓力單調增加或減少。此具體實施例允許單向傳送基板通過製程隧道。可隨時改變在該等分段上的壓力差方向，如此有效顛倒基板的傳輸方向，且提供基板雙向傳送。
在根據本發明的方法具體實施例中，可決定許多連續壓力分段中的平均氣體壓力，使得當基板行經過這些壓力分段時，基板可經歷實質定壓差。如下面說明，基板上的實質定壓差典型可確保實質固定基板速度。從個別壓力分段行進期間經歷的平均壓力差，術語「實質定壓差」意謂任何瞬間經歷的壓力差不超過35%，且最好不超過20%。
目前揭示「壓力驅動」方法的明確特徵在於製程隧道中的縱向壓力差分佈在連續配置的基板上。假設，例如，一縱向製程隧道分段的特點在於壓力差為Δ P 1 。以製程隧道分段適當調適單一基板的情況中，此基板將經歷接近Δ P 1 的壓力差。這是因為基板在製程隧道分段中只主要流障礙。不過，在製程隧道分段調適兩連續配置基板的情況中，每個基板將只經歷接進½Δ P 1 壓力差。整個壓力差如此分佈在不同基板上。由於維持定基板速度在基板上典型需要定壓差，所以在一系列連續壓力分段上維持定基板速度需要每這些壓力分段每一者的平均氣壓的決定是取決於在此調適的基板數目(即是基板密度)。
在仍然根據本發明方法的另一具體實施例中，決定許多連續壓力分段中的平均氣體壓力，使得當基板行經過這些壓力分段時，基板經歷0-100Pa(巴)範圍壓力差，且最好是0-50Pa(巴)。
諸如一半導體晶圓的基板可典型具有效小的質量，與一相對較小的慣性。同時，事實上，在兩氣體軸承之間浮動支撐可有效確保只有小摩擦必須克服且保持運動。因此，需要只有小的基板壓力差將想要的速度給予基板。對於多數的應用而言，低於100Pa(即是，1 mbar(毫巴))的壓力差便足以用於實際目的。
在根據本發明方法的一具體實施例中，至少一壓力分段具有足以調適至少兩連續配置基板的縱向寬度或長度。在根據本發明方法的另一具體實施例中，至少一壓力分段的縱向寬度或長度係等於或小於基板的縱向寬度。
將製程隧道分成壓力分段可如預期般的好。製程隧道長度的每單元有更多獨立控制的壓力分段，控制會更精確，其可在個別基板的運動上實施。如果需要高度準確控制，例如只要在部分製程隧道中加速或減速特定基板，至少一壓力分段的縱向寬度或長度可選擇成等於或小於基板的縱向寬度。不過，包含許多壓力分段的良好分割會有相對較高成本，由於需要每個個別壓力分段的控制設備。因此，最好選擇壓力分段的長度能調適至少兩連續配置的例如2-10基板。在單一具體實施例中組合兩選項是可能的。製程隧道可例如包括許多連續、相當長的壓力分段，接著及/或之前可為許多連續、相當短的壓力分段。
雖然根據本發明的方法可當作推進基板通過製程隧道的唯一機構使用，但亦可結合其他使用，特別地係，非接觸式式基板推進機構。此推進基板的補充方法可包括：(a)使氣體流通過氣體注入通道的推進，氣體注入通道係位在與傳輸方向的相對角度，使得注入的氣體流在傳輸方向具有一切向分量；(b)電力及/或磁力的推進；及(c)地心引力的推進，其可藉由傾斜整個或部分製程隧道產生，其與水平呈傾斜以提供向下傾斜。選項(c)已在上述(出版)國際專利申請案WO 2009/142,487中詳細討論。在結合根據本發明「壓力驅動」與根據WO’487的「地心引力驅動」的有利具體實施例中，至少部分傾斜製程隧道可用來決定基板的基本平衡速度，而氣體軸承的壓力可沿著製程隧道的縱向變化，以最佳調整此速度。此一具體實施例允許例如響應使用製程氣體(黏度)變化、製程溫度或基板厚度的變化，以簡單及快速調整平衡速度，且不再要求調整可能整個製程隧道的傾斜。
透過根據本發明的製程隧道，該推進基板的「壓力驅動」方法可進一步結合多種基板處理。這些處理典型包括使用氣體軸承的氣體，用於供應製程材料/化學化合物及/或傳遞熱。
在一具體實施例中，推進基板的方法可結合原子層沈積(ALD)。該方法然後包括第二縱向劃分，使製程隧道分成複數個ALD分段，其中每一ALD分段中的第一與第二氣體軸承之至少一者包括至少四個側面延伸氣體區域，其連續分別包括第一前驅物氣體、一釋放氣體、第二前驅物氣體、與一釋放氣體，使得基板(沿著縱向移動通過製程隧道期間)暴露在連續氣體區域的氣體，且藉由單一ALD分段的所有至少四個區域，當基板傳遞時，一原子層可沉積在基板上。
在另一具體實施例中，該方法包括當基板行經過至少一(縱向)部分製程隧道時，基板暴露於熱或回火處理。為了回火基板之目的，用於回火處理的製程隧道部分中的氣體軸承溫度可設定成適當的回火溫度，例如350-1000°C範圍溫度。所屬技術領域技術人士應明白，用於回火的隧道部分的長度、與氣體軸承的溫度可兩者符合想要的基板速度，以傳遞想要的熱積存。該方法可更包括選擇用於第一及/或第二氣體軸承的氣體化學成份。氣體軸承的氣體可例如為惰性(特別係有關於基板)，使得其能組態成只傳遞熱。或者，該等氣體軸承之至少一者的化學成份可選擇包括一適當製程氣體，就像例如：(i)氧，用於實現氧化處理；(ii)氨(NH3)，用於實現氮化處理；(iii)「形成氣體」，例如氫氣體(H2)與氮氣體(N2)的混合，用於鈍化基板表面層；或(iv)含化合物(例如PH3或 B2H6)之一摻雜劑源，諸如磷(P)或硼(B)，用於摻雜半導體基板。
雖然本發明的上述特徵已參考根據本發明方法的具體實施例闡明，但應明白，這些特徵(細節上已做必要的修改)同樣可適用到根據本發明的裝置，該裝置組態成實施該方法。
本發明的上述及其他特徵與效益可從下面本發明特定具體實施例、連同附圖的詳細描述變得更瞭解，其只是說明而不是限制本發明。
根據實施本發明方法的裝置示範性具體實施例將在下面參考圖1-3描述。示範性具體實施例是以一空間原子層沈積(ALD)裝置構成。不過，應明白，根據本發明的裝置與方法的應用範疇並未侷限於原子層沈積的領域。裝置與方法可可運用於執行諸如回火的不同基板製程處理之目的。
揭示的裝置(100)可包括一製程隧道(102)，例如一矽晶圓的基板(140)(最好為一長列基板的一部份)能以線性方法經由其傳遞。即是，基板(140)可於單向傳遞至出口的入口上插入製程隧道(102)。或者，製程隧道(102)可具有一終端，且基板(140)可歷經從製程隧道的入口朝向終端、及返回入口的雙向運動。如果想要具相當小足跡的裝置，此一替代性雙向系統可能較佳。雖然製程隧道(102)本身可為直線性，但不必然是此情況。
製程隧道(102)可包括四壁：一上壁(130)、一下壁(120)、與兩側或邊壁(108)。上壁(130)與下壁(120)可為水平取向、或與水平呈一角度，相互平行且略微隔開，例如0.5-1mm(公釐)，使得例如0.1-1mm(公釐)厚度，且方向平行上與下壁(130、120)之一實質平坦或平面基板(140) 可調適在其間，不致會碰觸兩壁。實質垂直且相互平行取向的側壁(108)可於其側邊互連上壁(130)與下壁(120)。側壁(108)能以略微大於待處理基板(140)寬度的距離隔開，例如其寬度加上0.5-3mm(公釐)。因此，製程隧道(102)的壁(108、120、130)可定義及接界一延長製程隧道空間(104)，其每單位隧道長度具有相當小的體積，且可適合調適連續配置在隧道縱向的一或多個基板(140)。
上隧道壁(130)與下隧道壁(120)兩者可具有複數個氣體注入通道(132、122)。只要至少一些氣體注入通道散佈在隧道(102)的長度，任一壁(130、120)中的氣體注入通道(132、122)可視需要配置。氣體注入通道(132、122)可例如配置在想像矩形網格的角落上，例如25 mm(公釐) x 25 mm(公釐)網格，使得氣體注入通道規律分佈在縱向與側向兩者的個別壁的整個內表面上。
氣體注入通道(122、132)可連接至氣體源，最好使得在相同隧道壁(120、130)與在相同縱向位置的氣體注入通道係連接至相同氣體或氣體混合的一氣體源。為了ALD目的，從傳輸方向T看，在下壁(120)與上壁(130)之至少一者中的氣體注入通道(122、132)可連續連接至第一前驅物氣體源、一釋放氣體源、第二前驅物氣體源、與一釋放氣體源，如此建立功能性ALD分段(114)，其使用上將包括連續隧道寬的氣體區域，分別包括第一前驅物氣體、一釋放氣體、第二前驅物氣體、與一釋放氣體。應明白，一此ALD分段(114)係對應單一ALD反應循環。因此，多個ALD分段(114)可在傳輸方向T連續配置，以允許沉積想要厚度的薄膜。一製程隧道(102)中的不同ALD分段(114)可(但不必然)包括相同前驅物的組合。不同組成的ALD分段(114)例如允許沈積混合薄膜。
不管相對氣體注入通道(122、132)(其共用製程隧道的相同縱向位置，但位於相對的隧道壁(120、130))是否連接至相同氣體成份的氣體源，可取決於裝置(100)的想要組態。在想要雙側沈積的情況中，即是行通過製程隧道(102)之一基板(140)的上表面(140b)與下表面(140a)的ALD 處理，相對氣體注入通道(122、132)可連接至相同氣體源。或者，在只想要單邊沈積的情況中，即是只有一待處理基板(140)的上表面(140b)與下表面(140a)之一者的ALD處理，在面對待處理基板表面的隧道壁(120、130)中的氣體注入通道(122、132)係交互連接至一反應與惰性氣體源，而另一隧道壁的氣體注入通道係全部連接至一惰性氣體源。
在圖1-3的示範性具體實施例中，上壁(130)的氣體注入通道(132)係連續連接至三甲基鋁(Al(CH3)3、TMA)源、一氮(N2)源、一水(H2O)源、與一氮源，如此形成一系列的相同ALD分段(114)，適合於執行氧化鋁(Al2O3)原子層沈積循環。對照下，下隧道壁(120)的氣體注入通道(122)為全連接至一氮源。因此，示範性裝置(100)係構成維持一上沉積氣體軸承(134)與一下非沉積氣體軸承(124)，其整個組態成在一傳遞浮動支撐基板(140)的上表面(140b)進行單側沈積。
製程隧道(102)的側壁(108)之每一者可沿著其整個長度或部分具有複數個排氣通道(110)。排氣通道(110)最好在製程隧道縱向相等隔開距離。在相同側壁(108)的兩相鄰或連續排氣通道(110)之間的距離是與待處理的基板(140)長度有關(在此說明書中，一矩形基板(140)的「長度」將解釋為通常在製程隧道(120)縱向延伸的基板寬度)。一基板(140)長度的側壁部分最好包括約5與20之間，且更最好在8與15排氣通道(110)之間。在兩連續排氣通道(110)之間的中心到中心的距離可在約10-30mm(公釐)範圍。
排氣通道(110)可連接至及放電至在製程隧道(102)外部提供的排氣導管(112)。在裝置(100)設定成執行ALD的情況中，廢氣可包括不反應的前驅物量。因此，可能不想要將有關相互不同反應氣體區域的排氣通道(110)連接至相同排氣導管(112)(其可能無意間導至化學汽相沈積)。不同排氣導管(112)如此可提供給不同前驅物。
裝置(100)的一般操作描述如下。使用上，上壁(130)與下壁(120)的兩氣體注入通道(132、122)係將氣體注入製程隧道空間(104)。每一氣體注入通道(122、132)可注入由連接的氣體源提供的氣體。當裝置(100)能夠在大氣與非大氣壓力操作時，氣體注入可在任何適當壓力上發生。不過，為了要提供冗餘真空泵、與避免來自製程隧道環境的任何污染氣流入隧道空間(104)(尤其在基板入口與出口部分)，隧道空間的壓力最好保持在略微超過大氣壓力。因此，氣體注入的壓力可發生在略微超過大氣壓力，例如在數個毫巴大小的過壓。在排氣導管(112)維持較低壓力的情況中，例如大氣壓力，注入隧道空間(104)的氣體本質將斜向流動，流至製程隧道的縱向，且朝向側壁(108)的排氣通道(110)，以提供排氣導管(112)的通路。
在基板(140)呈現在上與下壁(130、120)之間的情況中，由上壁(130)的氣體注入通道(132)注入隧道空間(104)的氣體可在基板的上壁與上表面(140b)之間斜向流動。在基板(140)的上表面(140b)的這些側面氣流動可有效提供給上氣體軸承(134)。同樣地，由下壁(120)的氣體注入通道(122)注入隧道空間(104)的氣體會在基板(140)的下壁與下表面(140a)之間斜向流動。在基板(140)的底表面(140)的這些側面氣流動可有效提供給下氣體軸承(124)。下與上氣體軸承(124、134)可整個包括且浮動支撐基板(140)。
當基板(140)移動通過製程隧道(102)時，其上表面(140b)為條狀暴露於在上氣體軸承(134)的連續配置氣體區域之每一者中呈現的氣體(參考圖3)。假設區域與個別氣體的配置為適當選擇，一ALD分段(114)的推進係等同基板(140)暴露於一原子層沈積周期。由於製程隧道(102)可依需要包括許多ALD分段(114)，所以任意厚度的薄膜可在橫越隧道期間，在基板(140)上生長。製程隧道(102)的線性本質可進一步允許待處理的基板(140)連續流，如此實現具可感知產量能力的原子層沈積裝置(100)。
現在，裝置(100)的結構與一般操作已詳細描述，但要注意該設計係結合非接觸式推進基板(140)的方法。
如上述，基板(140)可藉由在製程隧道(102)的縱向建立壓力差予以推進。為了這個目的，製程隧道(102)可分成複數個壓力分段(116)。在圖1-3的具體實施例中，每一壓力分段(116)在製程隧道(102)的縱向部分延伸，其包括ALD分段(114)的兩氣體區域，即是一前驅物(TMA 或H2O)氣體區域與一相鄰釋放氣體(N2)氣體區域。不過，應明白，製程隧道(102)分成壓力分段(116)通常與在ALD分段(104)的劃分無關。即是在壓力區域(116)的劃分不需要具有與ALD 分段(114)的劃分有任何特別關係。單一壓力分段可例如符合一或多個ALD分段(114)、或縱向的一些部份。不同壓力分段(116)不需要有相同長度。
使用上，每一壓力分段(116)的特徵為平均氣體壓力(兩氣體軸承(124、134)的平均氣體壓力)，其係不同於相鄰壓力分段的平均氣體壓力。壓力分段(116)的氣體軸承(124、134)的平均氣體壓力是藉由控制(平均)壓力加以控制，其中氣體是經由氣體注入通道(122、132)而注入製程隧道空間(104)。為了這個目的，氣體注入通道(122、132)可具有氣體壓力調整器。
這些氣體壓力調整器的每一者可手動控制。此一具體實施例很簡潔，且在設定裝置(100)之後的情況，不需要進一步調整。或者，氣體壓力調整器可經由一中央控制器加以制器，例如一CPU。中央控制器在操作上然後連接至一輸入端子，允許操作者選擇個別氣體注入通道(122、132)或群組的想要注入氣體壓力，如此允許在不同壓力分段(116)的平均壓力上方便控制、及/或改變使製程隧道(102)對壓力分段的分割。或者(或此外)，中央控制器可執行程式以動態控制不同壓力分段的氣體注入壓力。例如，當製程隧道(102)具有終端時，此動態控制會是想要的，一旦基板抵達終端時，在待反向的隧道上需要壓力差。在此具體實施例中，基板(140)的位置可由一或多個非接觸式位置感測器偵測，例如光偵測器，其可傳達中央控制器有關基板的位置。
在圖1-3的具體實施例中，有關一特定壓力分段(116)的氣體注入通道(122、132)係靜態組態成在平均氣體壓力上注入氣體，其係高於與相鄰下游(如傳輸方向T所示)壓力分段(116')有關的氣體注入通道(122、132)組態成注入氣體的平均氣體壓力。因此，從製程隧道(102)的傳輸方向T看，氣體軸承(124、134)的平均氣體壓力為單調下降。此在每個基板(140)上提供壓力差，此壓力差可在傳輸方向T驅動基板。
為了要提供處理及洞察會影響基板(140)速度的不同參數，下面詳細描述情境的基本實際模型。所屬專業領域技術人士應明白，裝置(100)的實際具體實施例的模型應用需要調適以彌補悖離這些輪廓的非理想情況或環境。
請即參考圖4，其顯示一部份製程隧道(102)的示意縱向截面側視圖。在圖中，為了圖式的易讀性，已省略在下與上隧道壁(120、130)的任何氣體注入通道(122、132)。一實質平坦基板(140)係位在製程隧道(102)的第一下壁(120)與第二上壁(130)之間。基板(140)為正方形(參考圖3)，且具有邊緣長度L與厚度ds。製程隧道的下壁(120)與上壁(130)係相互平行，且基板的下與上表面(140a、140b)係實質分別平行下壁(120)與上壁(130)。假設描述的情形是對稱，此意謂基板(140)係精確位在隧道壁(120、130)之間的半路，且接觸下表面(140a)的氣體軸承(124)是與接觸上表面(140b)的氣體軸承(134)相同。製程隧道(102)(且因此壁(110、120)與基板(130))係水平延伸。
由於維護壓力分段(上面的討論)，所以在製程隧道(102)的傳輸方向T存在負壓力差。在基板(140)的長度L上，一氣體壓力差∆P z 係等於下游氣體壓力P 1 減去上游氣體壓力P 0 ，即是∆P = P 1 – P 0 。壓力差可在縱向或z方向中驅動氣體軸承氣體的流動。雖然相較於側面流動(垂直於圖式的平面)，此縱向流動相當小，但與基板(140)的推進最有關。上與下基板(140)兩者，縱向流動造成速度分佈圖符合下列方程式(參考下氣體軸承的空間坐標):
(1)
其中v z 表示z方向的氣體速度；d g 表示分別在基板的底和上表面、與第一和第二隧道壁(120、130)之間的間隙或距離(140a、140b)；η表示氣體軸承(124、134)的黏度；y表示與第一下隧道壁(120)的距離(本身位在y＝0)；及v s 表示在y方向的基板速度。實際上，黏度η約為使用釋放與前驅物氣體黏質重量的平均，將個別區域的相對長度視為加權因素。
在製程隧道的縱向中，基板(140)上的淨力(以F n 表示)可能說是兩力的合量：壓力F p 是作用在基板的側面延伸的前緣與尾緣，且黏滯力F v 是作用在基板的底與上表面(140a、140b)，使得：
(2)
利用方程式(1)，分別從基板(140)的表面(140a、140b)與氣體軸承(124、134)之間的互作用引起的黏滯力Fv能夠以下式表示：
(3)
其中2A表示基板的底與上表面(140a、140b)的組合表面積(A等於L 2 )；及dv z /dy表示任一氣體軸承(124、134)的速度梯度，此速度梯度可由與y有關的微分方程式(1)獲得。
壓力F p (等於在基板的側面延伸尾緣與前緣的壓力差乘以這些前後緣(之單獨一者)的表面積 能夠以下式表示：
 (4)
合併方池式(2)、(3)與(4)，且將靜力F n 設定成零，可產生下列有關基板平衡速度v s,eq 的方程式：
(5)
如方程式(5)所表示的平衡速度係假設，當上述參數沿著製程隧道的長度為不變時的基板(140)速度。
平衡速度v s,eq 依下列建立本身。一旦基板(140)插入製程隧道(102)，將局部阻礙製程隧道(參考圖2)，且形成流動阻力。因此，會經歷壓力差∆P z ，力量F p (參見方程式(4))係作用在其側面延伸的前緣與後緣，以在傳輸方向T推進基板。在主表面(140a、140b)與氣體軸承(124、134)之間的黏力然後會在根據方程式(2)的基板(140)上導致速度相關的黏滯力F v 。如果壓力F p 與黏滯力F v 的總和F n 為正，基板會在傳輸方向T中加速，反之亦然。在傳輸方向 T中推進基板(140)的淨力F n 會在基板引起黏滯力增加，直到黏滯力F v 抵消壓力F p 為止，其中在基板速度的點在v s,eq 係保持常數。同樣地，基板上的淨黏滯力F n 將使其減慢，直到黏力F v 抵消壓力F p ，且基板假設一固定速度v s,eq 為止。
經由數字示例，假設基板上的壓力差∆P z 為-100Pa(巴)，基板具有0.156m(公尺)的邊緣長度，且厚度ds為200μm(微米)，且製程隧道具有500μm(微米)的高度H，使得在基板任一側上存在的間隙dg為150μm(微米)。氣體軸承可選擇為氮(N2)，且在20oC溫度上工作，假設其黏度η為1.88·10-5Pa·s。替換方程式(5)中的這些值會產生0.90m/s的平衡基板速度v s,eq 。
根據本發明的方法與裝置的高度實質特徵在於使用的第一與第二氣體軸承(124、134)的剛性可受控制，且與想要(平衡)基板速度v s 無關。此實際結果在於由實質側面流動氣體組成的氣體軸承(124、134)的剛性是與相鄰壓力分段(116、116')之間的縱向壓力降無關，而是與Q x /d g 3成比例，其中Q x 代表在基板表面(140a、140b)與分別相鄰隧道壁(120、130)之間的氣體流動斜向的側面氣體流動率與，d g 為在分別基板表面(140a、140b)與分別相鄰隧道壁(120、130)之間的間隙。
因此，藉由同時及對應改變在個別分段(116)的氣體注入通道(122、132)與排氣導管(112)兩者的側面壓力，可改變(例如增加或減少)在特定壓力分段(116)中的第一與第二氣體軸承(124、134)的平均氣體壓力，而不會影響在基板的表面(140a、140b)與隧道壁(120、130)之間的氣體流動率Q x 或間隙d g 。雖然此壓力分段(116)的平均壓力變化會影響在該壓力分段(116)與相鄰壓力分段(116')之間的縱向壓力降，且如此影響基板通過該等相鄰壓力分段(116、116')(參考方程式(5))的(平衡)速度v s ，但將不會影響在任何壓力分段(116、116')的氣體軸承(124、134)中的側面壓力降∆P x ，因此不會影響氣體軸承的氣體流動率Q x 或剛性。
或者，當然亦可藉由調整側面壓力降∆P x ，如此改變氣體軸承的剛性，進行相對及改變相鄰壓力分段(116、116')的第一與第二第二氣體軸承(124、134)中的側面氣體流動率Q x 。如果於相鄰壓力分段(116、116')一致性執行側面壓力降∆P x 的調整，將不會影響在相鄰壓力分段之間的縱向壓力降，且如此不會影響基板(140)通過該壓力分段的(平衡)速度。
雖然上面已描述本發明的示意具體實施例，部份參考附圖，但應明白，本發明並未侷限於這些具體實施例。從附圖、露示、與文後申請專利範圍的研究，實施申請案所請發明的技術人士應可瞭解及促成揭示具體實施例的變化。本規格書參考的「一具體實施例」意謂有關具體實施例的描述的特別特徵、結構或特性包括在本發明的至少一具體實施例。因此，本規格書使用的術語「在一具體實施例」不必然全參考相同具體實施例。此外，應注意，一或多個具體實施例的特別特性、結構或特徵能以任何適當方法組合，以形成未明確描述的新具體實施例。
100．．．原子層沈積裝置
102．．．製程隧道
104．．．製程隧道空間
106．．．縱向氣體通道相鄰側壁
108．．．製程隧道的側壁
110．．．排氣通道
112．．．排氣導管
114．．．原子層沈積裝置(ALD)分段包括四側面延伸氣體區域
116、116．．．壓力分段
120．．．下隧道壁
122．．．在下隧道壁的氣體注入通道
124．．．下氣體軸承
130．．．上隧道壁
132．．．在上隧道壁的氣體注入通道
134．．．上氣體軸承
140．．．基板
140a、b．．．基板的下表面(a)或上表面(b)
T．．．製程隧道的傳輸方向
數學符號
A．．．基板的下/上表面的表面積
dg．．．基板的表面與第一/第二隧道壁之間的間隙寬度
ds．．．基板厚度
H．．．製程隧道的高度，即是在第一與第二製程隧道壁之間的間隔
L．．．(正方形)基板的邊緣長度
P．．．氣體軸承壓力
△Pz．．．在縱向或z方向中的基板差異壓力
Qx．．．在側向或x方向的氣體軸承的氣體流動率
vs．．．基板的速度
vs,eq．．．基板的平衡速度
vz．．．在指示z方向的氣體軸承速度
x,y,z．．．圖4的座標系統的空間坐標
η．．．氣體軸承的黏度
圖1為根據本發明裝置的一部分示範性具體實施例的示意縱向截面圖；
圖2為在圖1顯示裝置的示意側面截面圖；
圖3為在圖1-2顯示一部分製程隧道的示意截面平面；及
圖4為一部分製程隧道的示意縱向截面圖，用來澄清於規格書中提出的數學模型。
100．．．原子層沈積裝置
102．．．製程隧道
104．．．製程隧道空間
114．．．原子層沈積裝置(ALD)分段包括四側面延伸氣體區域
116、116．．．壓力分段
120．．．下隧道壁
130．．．上隧道壁
140．．．基板
140a、b．．．基板的下表面(a)或上表面(b)

Claims (17)

  1. 一種非接觸式推進基板(140)之方法，其包括：提供一製程隧道(102)，其係在縱向延伸，且由至少第一(120)與第二(130)壁所包圍，該等壁為相互平行且隔開，以使平行該等壁之一實質平坦基板(140)調適其間；提供第一氣體軸承(124)，其係藉由提供與該第一壁(120)並排的實質側面流動氣體促成；及提供第二氣體軸承(134)，其係藉由提供與該第二壁(130)並排的實質側面流動氣體促成；實現第一縱向劃分，使該製程隧道分成複數個壓力分段(116)，其中一壓力分段中的第一與第二氣體軸承(124、134)的平均氣體壓力是被控制為在不同於相鄰壓力分段中的第一與第二氣體軸承的平均氣體壓力的數值；提供一基板(140)，其係介於第一壁(120)與第二壁(130)之間，使得浮動調適在第一(124)與第二(134)氣體軸承之間；及設定在該等相鄰壓力分段(116)之間的平均氣體壓力差，以允許沿著該製程隧道的縱向驅動基板。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該在至少一壓力分段中的第一與第二氣體軸承的氣體平均縱向速度分量不大於在該壓力分段中該氣體平均側面速度分量的20%。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中在至少三個連續該壓力分段(116)中的平均氣體壓力可決定，使得從縱向看，該平均氣體壓力會單調增加或減少。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該在連續壓力分段(116)的至少三個壓力分段的平均氣體壓力可決定，使得當基板(140)行進通過這些壓力分段時，經歷實質定壓力差(△P z )。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該在許多連續壓力分段(116)中的平均氣體壓力可決定，使得當基板(140)行進通過這些壓力分段時，經歷0-100Pa(巴)範圍的壓力差(△P z )。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中至少一該壓力分段(116)具有足以調適至少兩連續配置基板(140)的長度。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其更包括：改變在相鄰壓力分段(116、116')之間的平均氣體壓力差，而不會改變該等相鄰壓力分段的第一與第二氣體軸承(124、134)中的實質側面流動氣體的側面氣體流動率(Q x )，使得改變基板通過該等相鄰壓力分段(116、116')時驅動基板的力量，不會改變該等氣體軸承(124、134)的剛性。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其更包括：改變在相鄰壓力分段(116、116')的第一與第二氣體軸承(124、134)中的實質側面流動氣體的側面氣體流動率(Q x )，不會改變在該等壓力分段之間的平均氣體壓力差，使得改變該等壓力分段中的氣體軸承的剛性，不會改變基板通過該等壓力分段時驅動基板的力量。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其更包括：實現第二縱向劃分，使製程隧道分成複數個ALD分段，其中每一ALD分段的第一與第二氣體軸承之至少一者包括至少四個側面延伸氣體區域，其連續分別包括第一前驅物、一釋放氣體、第二前驅物氣體、與一釋放氣體，使得在沿著縱向移動通過製程隧道期間，基板暴露於連續氣體區域的氣體，且藉由單一ALD分段的所有至少四個區域，當基板傳遞時，一原子層 可沉積在基板上。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其更包括：當基板(140)行進通過至少一部分的製程隧道時，使基板(140)暴露在回火處理，其中在該製程隧道部分中的第一及/或第二氣體軸承(124、134)可選擇性包括至少下列製程氣體之至少一者：(i)氧、(ii)氨、(iii)氫、與(iv)磷或硼，其含有化合物。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，從縱向看，製程隧道(102)的至少一部分係與水平呈傾斜，以使地心引力驅動基板(140)傳輸通過該至少一製程隧道部分。
  12. 一種基板處理裝置，其包括：一製程隧道(102)，其係在縱向延伸且由至少第一(120)與第二(130)壁所包圍，該等壁相互平行且隔開，以使平行壁取向的實質平坦基板(140)調適其間；複數個氣體注入通道(122、132)，其係在第一與第二壁兩者中提供，其中第一壁中的氣體注入通道係組態成提供給第一氣體軸承，而第二壁中的氣體注入通道組態成提供給第二氣體軸承，該等氣體軸承係組態成浮動支稱及調適該在其間的基板；其中根據第一縱向劃分，製程隧道分成複數個壓力分段(116)，而且其中一該壓力分段中的氣體注入通道係與可控制氣體壓力調整器有關，該可控制氣體壓力調整器被設置用以對每一壓力分段在不同平均氣體壓力上注入氣體，使得其中一該壓力分段的平均氣體壓力不同於相鄰其他該壓力分段的平均氣體壓力，並允許相鄰壓力分段間出現壓力差以驅動該基板沿著製程隧道的縱向方向移動。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中該等與至少三個連續壓力分段(116)有關的氣體注入通道係組態成在此平均氣體壓力上注入氣體，從縱向看，該平均氣體壓力是在該等壓力分段上單調增加或減少。
  14. 如申請專利範圍第12或13項所述之裝置，其中該等與至少三個連續壓力分段(116)有關的氣體注入通道係組態成在此平均氣體壓力上注入氣體，其中當基板(140)行進通過這些壓力分段時，經歷一實質定壓力差(△P z )。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中該至少一壓力分段(116)具有足以調適至少兩連續配置基板(140)的長度。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中，從縱向看，該等在第一與第二壁之至少一者中的氣體注入通道係連續連接至第一前驅物氣體源、一釋放氣體源、第二前驅物氣體源、與一釋放氣體源，以建立一ALD分段(114)，其使用上，包括連續區域，其分別包含第一前驅物氣體、一釋放氣體、第二前驅物氣體、與一釋放氣體，而且其中此隧道分段中的至少兩者在傳輸方向係連續配置。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中該在第一與第二壁(120、130)之至少一者中的製程隧道氣體注入通道(122、132)之至少一部分係組態成在350-1000℃溫度範圍上注入熱氣體，而且其中該加熱氣體係選擇性包括下列製程氣體之至少一者：(i)氧、(ii)氨、(iii)氫、與(iv)磷或硼，其含有化合物。
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