TWI558837B - 基板處理裝置 - Google Patents

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TWI558837B
TWI558837B TW103110080A TW103110080A TWI558837B TW I558837 B TWI558837 B TW I558837B TW 103110080 A TW103110080 A TW 103110080A TW 103110080 A TW103110080 A TW 103110080A TW I558837 B TWI558837 B TW I558837B
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恩斯特 亨德利克 奧格斯特 格蘭尼門
皮特 泰克
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Ａｓｍ國際股份有限公司
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Description

基板處理裝置
本發明係關於用於在經由製程隧道運輸期間處理雙浮動支撐之基板之高通量基板處理裝置。
以Levitech B.V.之名義的國際專利申請案公告WO 2011/062490揭示一種基板處理裝置，該裝置基板處理包括製程隧道，半導體基板可以無接觸方式快速連續地前進穿過該製程隧道同時經受諸如空間原子層沈積(ALD)及退火之各種處理。WO’490中解決之一問題為：浮動地支撐於上氣體軸承與下氣體軸承之間的基板可藉由用來維持氣體軸承必要之氣流變得不穩定。因此，基板可朝向氣體軸承之邊緣偏離其預定軌跡及/或經受角位移，因此基板可與形成製程隧道之邊界之壁碰撞且/或卡在該等壁之間。儘管WO’490提出之側向穩定機構在顯著降低此等狀況之發生率中令人滿意地工作，但實踐已教示的是，可能並未完全防止基板-壁接觸。
在基板-壁接觸涉及基板斷裂及/或製程隧道擁擠的情況下，希望快速且便利地進入隧道空間，以便賦能於操作者補救該情形且實現製造製程之迅速恢復。當然，此舉適用於由於其他原因引起的基板斷裂或卡住之狀況。在實踐中，例如當基板插入製程隧道中時可已輕微受損。 若接著作為(預)退火處理之部分快速加熱此基板，則裂紋基板之熱膨脹可使其破成碎片。
因此，本發明之目標為提供WO’490中論述之基板處理裝置的一種適應版本，該適應版本賦能於操作者快速進入製程隧道空間，以便補救製程隧道空間中之任何問題，且實現迅速的操作接續，較佳地在問題之偵測之後約10分鐘至30分鐘內。
為此，本發明之第一態樣針對一種基板處理裝置。該裝置可包含一製程隧道，該製程隧道包括一下隧道壁、一上隧道壁及兩個側向隧道壁。該等隧道壁可經建構來形成製程隧道空間之邊界，該製程隧道空間在一縱向傳輸方向上延伸且適合於容納至少一個大體上平面基板，該至少一個大體上平面基板經定向成平行於該上隧道壁及該下隧道壁。該裝置亦可包含提供在該下隧道壁及該上隧道壁兩者中之複數個氣體注射通道。該下隧道壁中之氣體注射通道可經建構來提供一下氣體軸承，而該上隧道壁中之該等氣體注射通道可經建構來提供一上氣體軸承。該等氣體軸承可經建構來將該基板浮動地支撐且容納於該等氣體軸承之間。該基板處理裝置亦可包含提供在該等側向隧道壁兩者中之複數個排氣通道。或者，該等排氣通道可提供在直接鄰接該等側向壁兩者之該上隧道壁及該下隧道壁中之至少一者中。在此方面，「直接鄰接」意味在與相關聯側向壁相距小於5m`m且更佳地小於2mm之距離內。較佳而言，「直接鄰接」亦意味上隧道壁或下隧道壁中之該排氣通道經定位成極其接近於該等側向壁之一，以使得上隧道壁或下隧道壁中之該排氣通道之圓周邊緣觸碰該相關聯側向壁。處於 每一側向隧道壁中或直接鄰接該每一側向隧道壁之該等排氣通道可在運輸方向上間隔開。該製程隧道可劃分為包含該下隧道壁之一下隧道主體及包含該上隧道壁之一上隧道主體。該等隧道主體可沿至少一個縱向延伸接合處彼此可分離地接合，以使得該等隧道主體可在一閉合構型與一打開構型之間互相移動，在該閉合構型中該等隧道壁形成該製程隧道空間之邊界，該打開構型賦能於側向維護進入該製程隧道之內部。
在操作期間，隧道主體可處於閉合構型中。在基板隨後於製程隧道內破碎或卡住的狀況下，可暫停穿過隧道之其他基板之運輸，且該等隧道主體可經分離或拆開且使其處於其打開構型中，以便允許操作者進入製程隧道之內部以移除破碎或卡住的基板。
個別隧道主體可較佳地在製程隧道之整個長度上方(通常至少若干公尺，例如5公尺至15公尺)延伸，且為單一的，以便可相對於彼此作為個別整體移動。因此，打開及關閉製程隧道可意味在其整個長度上打開及關閉製程隧道。在此種構型中，試圖補救隧道空間內之問題之操作者在進入隧道之前無需確定問題之地點，此狀況為優於例如上隧道主體係由可相對於單一下隧道主體移動之個別縱向佈置的上隧道子主體組成之實施例之改良。在擁擠之狀況下，此後一實施例之操作者將必須決定其應(移除)移動上隧道子主體中之哪一個以進入製程隧道之內部。然而，可難以確定擁擠之地點，且擁擠可並不局限於製程隧道中之單個位置。此外，尤其在加熱氣體用於氣體軸承時，(移除)移動一或多個上隧道子主體可使該等加熱氣體以相較於剩餘上隧道子主體的不同速率冷卻(相反地，可將空間給予該等剩餘上隧道子主體以膨脹)，因此在整個製程隧道已冷卻下來之 前，(移除)移動之上隧道子主體可無法密封地裝回適當位置。因為製程隧道之此種冷卻可花費數個小時且對應於裝置之停機時間，所以可最佳地避免具有分離上隧道子主體或下隧道子主體之構型。
上隧道主體及下隧道主體可以各種方式相對於彼此移動。在一實施例中，例如上隧道主體及下隧道主體可沿至少一個縱向延伸軸可移動地連接，該等隧道主體可圍繞該縱向延伸軸以蛤殼型抓鬥狀的方式相對於彼此鉸接或樞轉。在另一較佳實施例中，上隧道主體及下隧道主體可彼此完全分離。該裝置可例如包含例如液壓夾具/壓機之夾具(設備)或壓機，該夾具(設備)或壓機經建構來將上隧道主體及下隧道主體推擠在一起來實現閉合構型。在一實施例中，該夾具或壓機可另外經建構來將上隧道主體與下隧道主體分離以便實現打開構型。可完全分離的上隧道主體及下隧道主體可通常為較佳的，因為該等主體賦能於更為緊密的閉合構型：鉸鏈及類似物需要機械遊隙，該機械遊隙可與實現上隧道主體與下隧道主體之間的緊密接合處之要求不符。然而，在一實施例中，該基板處理裝置可包括鉸鏈，該鉸鏈與上隧道主體及下隧道主體兩者連接，且經建構來相對於該下隧道主體鉸接該上隧道主體，以便實現該打開構型且沿該至少縱向延伸接合處將該上隧道主體及下隧道主體拼接在一起。當藉助於鉸鏈使該等主體拼接在一起時，至少一個夾具或壓機可再次沿該至少一個縱向延伸接合處將該上隧道主體及下隧道主體推擠在一起以實現閉合構型，在該閉合構型中實現該上隧道主體與該下隧道主體之間的緊密接合。
在裝配有夾具或壓機之典型實施例中，上隧道壁及下隧道壁可為大體上平坦的，同時該壓機可經建構來在該上隧道壁與該下隧道壁處 於平行關係的情況下移動該上隧道主體及該下隧道主體。
在該裝置之一實施例中，該下隧道主體可包含兩個側向隧道壁，以使得該下隧道主體之下隧道壁及側向隧道壁一起界定縱向延伸的敞開通道，該縱向延伸的敞開通道具有大體上U型橫向橫截面輪廓。使下隧道主體而非上隧道主體包括側向隧道壁在隧道打開時防止存在於製程隧道中之基板在重力作用下不經意地滑動出或浮出；該等側向壁將圍堵基板及任何碎屑，從而促進碎屑之移除。
在另一實施例中，側向隧道壁中之至少一個且較佳地兩個可界定一個別平坦的面向上接合表面，同時該上隧道壁可為大體上平坦的且界定一或多個個別平坦的面向下接合表面，該一或多個個別平坦的向下接合表面經建構來在閉合構型中緊靠該一或多個個別平坦的面向上接合表面，以便界定該至少一個縱向延伸接合處。
穿過製程隧道之雙浮動支撐之基板之無接觸運輸為製程隧道內之精確控制的壓力分佈極其重要之製程。無論運輸係藉由重力驅動，如在例如以ASM International N.V.之名義之WO 2009/142,487(Granneman等人)中所論述，或藉由縱向壓力分佈驅動，如在以Levitech B.V之名義下之WO 2012/005,577(Granneman等人)中所述，均係如此。小至幾帕斯卡之無控制的壓力偏差可使嗖嗖地快速穿過製程隧道之基板不穩定或甚至停止。
遺憾的是，分為相對可移動的上隧道主體及下隧道主體之製程隧道之固有缺點在於，至少一個接合處且通常兩個接合處存在於此等隧道主體之間。此等接合處可並非完全流體緊密的，且因此表現出洩漏點，氣體可經由該等洩漏點在製程隧道空間與環境之間交換。特定而言，在製 程隧道空間內側使用之氣體為有毒或互相反應的狀況下，該等氣體可污染無塵室環境且/或影響在此環境中工作之員工的健康；相反地，氣體之交換亦可污染製程隧道空間自身。為防止經由環境空氣之流入進行的製程隧道空間之化學污染，製程隧道空間中之氣體軸承可通常維持在略超大氣壓力下。然而，此解決方案既不會防止製程氣體自製程隧道空間之無控制的洩漏，亦不會防止鄰接洩漏點之相關聯無控制的局部壓力變化，該等壓力變化通常為壓降。
根據一般實踐，人們可藉由使得接合處盡可能流體緊密來試圖避免無控制的洩漏及局部壓力變化，例如藉由沿隧道主體之間的接合處施加狹長O形環及藉由另外沿該接合處將相對的隧道主體栓接在一起，以便將O形環夾緊於該等隧道主體之間來密封接合處。然而在當前情境中，O形環通常為不合需要的。大多數O形環無法在150℃以上之溫度下且/或在涉及諸如三甲基鋁(TMA)之ALD前驅物的化學攻擊性環境中使用。根據技術背景之適合的O形環極其昂貴。因此，O形環在當前情境中之使用相當不經濟，因為將必須沿延伸整個製程隧道之長度(通常為約5米至10米)之一或多個接合處提供O形環材料。此外，使用螺栓來栓接上隧道主體及下隧道主體為不切實際的，因為沿軌道之整個長度鬆開上隧道主體及下隧道主體將極其耗費時間(不僅由於螺栓之數目，而且亦由於鬆開可能需要製程通道已冷卻下來)，且因此阻礙對製程隧道空間內側之問題的快速補救。
由於試圖以習知方式密封接合處既不經濟又不切實際，因此本揭露內容建議不同方法來解決藉由接合處之存在引起的氣體至製程隧道 空間中/自該製程隧道空間之無控制的洩漏問題。為賦能於此方法，接合處可經佈置以使得其不與提供在側向隧道壁中或直接鄰接該等側向隧道壁而提供之排氣通道相交。
側向隧道壁中之排氣通道之外部末端或下游末端可通常連接至排氣管道以將製程氣體排放至所要的位置。藉由確保排氣通道不由接合處相交，促進排氣通道與排氣管道之間的流體緊密連接(此係因為排氣管道之上游末端現可簡單地永久連接至側向壁，以使得其與排氣通道流體連通，而無需考慮隧道主體之相對可移動性)。此外，將排氣通道與接合處隔離賦能於獨立於越過排氣通道之壓降而控制越過接合處之壓降。
此後一態樣為當前揭示之裝置的兩個闡釋之關鍵，在該裝置中提供壓力調節機構，該等壓力調節機構經建構來均衡接合處之相對側上之壓力，以使得越過該接合處之壓降△P 接合處 遵循△P 接合處 0。當越過接合處之壓降成功降至零或至少近似零(亦即「 0」，該近似零可量化成意味「<10帕斯卡」，亦即「小於10帕斯卡」)時，大體上不存在越過接合處之壓差來驅動氣流。因此，實際上亦不存在洩漏點。
在該等闡釋中之第一者中，可藉由在接合處之縱向、非流體緊密(亦即可能洩漏)部分之內側上運用對壓力之控制來控制越過接合處之該部分之壓降。更具體而言，藉由控制鄰接接合處之該部分之排氣通道內側之氣體壓力，排氣通道之上游入口處的氣體壓力且因此接合處之內側處的氣體壓力可與接合處之外側上的(環境)壓力均衡。
在該等闡釋之第二者中，可藉由在接合處之縱向、非流體緊密部分之外側上運用對壓力之控制來控制越過接合處之該部分之壓降。為 此，壓力調節機構可例如包含輔助圍堵部，該輔助圍堵部界定緩衝空間，該緩衝空間經建構來圍堵諸如氮氣之較佳惰性、加壓緩衝氣體，該緩衝空間與壓降將被控制的接合處160之部分(外側)流體連通。緩衝空間中之緩衝氣體之氣體壓力隨後可與製程隧道空間內的接合處之內側上的(製程氣體)壓力均衡，以便實現越過接合處之非流體緊密部分之零壓降。
自以下連同隨附圖式一起進行的本發明之某些實施例之詳細描述，將更為全面地理解本發明之此等及其他特徵及優點，該等實施例意欲說明而非限制本發明。
100‧‧‧基板處理裝置/裝置/原子層沈積裝置
102‧‧‧製程隧道/隧道
104‧‧‧製程隧道空間/隧道空間/狹長製程隧道空間
106‧‧‧間隙/進出開口
108‧‧‧功能ALD區段/ALD區段/區段
110‧‧‧排氣管道
120‧‧‧下隧道主體/隧道主體
122‧‧‧下隧道壁/隧道壁
124‧‧‧氣體注射通道
126‧‧‧下非沈積氣體軸承/下氣體軸承/氣體軸承
128‧‧‧側向隧道壁/隧道壁/側向壁
130‧‧‧排氣通道/受控排氣通道
132‧‧‧面向上接合表面/接合表面
140‧‧‧上隧道主體/隧道主體
142‧‧‧上隧道壁/隧道壁
144‧‧‧氣體注射通道
146‧‧‧上沈積氣體軸承/上氣體軸承/氣體軸承
148‧‧‧面向下接合表面/接合表面
160‧‧‧縱向延伸接合處/接合處
180‧‧‧大體上平面基板/基板/浮動支撐之基板
180a‧‧‧下表面
180b‧‧‧上表面/頂表面
190‧‧‧壓機
200‧‧‧氣體泵
202‧‧‧壓力控制系統
204a‧‧‧差壓感測器/壓力感測器
204b‧‧‧差壓感測器/壓力感測器
206‧‧‧控制器
210‧‧‧輔助圍堵部/副圍堵部
211‧‧‧緩衝空間
212‧‧‧泵/氣體泵
214‧‧‧壓力控制系統
216a‧‧‧壓差感測器
216b‧‧‧壓差感測器
218‧‧‧控制器
300‧‧‧大氣無塵室環境/環境
T‧‧‧縱向方向/運輸方向/縱向運輸方向
P env ‧‧‧環境壓力
P‧‧‧壓力
圖1示意性地例示根據本揭露內容之基板處理裝置之一示範性實施例之縱向製程隧道部分的橫截面側視圖，圖2示意性地例示圖1中所示之製程隧道部分的側向橫截面側視圖，其中上隧道主體及下隧道主體處於閉合構型(無洩漏點)中；圖3示意性地例示圖1中所示之製程隧道部分的側向橫截面側視圖，其中上隧道主體及下隧道主體處於打開構型中；圖4示意性地例示圖1中所示之製程隧道部分的側向橫截面側視圖，其中上隧道主體及下隧道主體處於閉合但洩漏的構型中；圖5示意性地例示圖1至圖3中所示之基板處理裝置之第一闡釋的側向橫截面側視圖，該裝置包括壓力調節構件，該構件經建構來均衡接合處之對立側上的壓力；以及圖6示意性地例示圖1至圖3中所示之基板處理裝置之第二闡釋的側 向橫截面側視圖，該裝置包括壓力調節構件，該等構件經建構來均衡接合處之相對側上的壓力。
以下參考圖1至圖3來描述根據本揭露內容之基板處理裝置之一基本示範性實施例。示範性實施例係設置為空間原子層沈積(ALD)裝置。然而，應理解的是，裝置之應用範疇並不限於原子層沈積之領域。裝置可替代地應用於執行諸如退火之其他基板處理之目的。
現參考圖1至圖3。揭示之裝置100可包括典型線性製程隧道或直線製程隧道102，可以單向方式或雙向方式傳送較佳作為一系列基板之一部分的例如矽晶圓之基板180穿過該線性製程隧道或直線製程隧道。亦即，基板180可於製程隧道102之入口處插入該製程隧道中，且單向傳送至出口。或者，製程隧道102可具有死端，且基板180可經受自製程隧道之入口朝向死端並回到入口之雙向運動。若需要具有相對較小之佔地面積的裝置，則此種替代雙向系統可為較佳的。
製程隧道102可包括狹長(亦即縱向延伸)下隧道主體120及狹長上隧道主體140兩者。在一較佳實施例中，諸如圖1至圖3中所示的實施例，下隧道主體120可包括下隧道壁122及兩個側向隧道壁128，該兩個側向隧道壁在該下隧道主體之個別相對側向側上自下隧道壁122向上突出；上隧道主體140則可包括上隧道壁142(參見圖2)。在替代實施例中，側向隧道壁128中之一者或兩者可相反形成上隧道主體140之一部分，且自上隧道壁向下突出。使下隧道主體120包括兩個側向隧道壁128之優點在於，該下隧道主體具有大體上U形橫截面隧道壁輪廓，當下隧道主體120 及上隧道主體140在打開構型中彼此分離時(參見圖3，以下將予以描述)，該輪廓界定縱向延伸的敞開通道，該通道仍然能夠圍堵基板及基板碎屑：下隧道主體之U形壁輪廓防止任何基板及基板碎屑在重力作用下不經意地滑出。
下隧道主體120及上隧道主體140可並非整體地形成，而是可沿至少一個且通常是兩個縱向延伸接合處160彼此可分離地接合/連接(參見圖2)的。至少一個接合處160可賦能於下隧道主體120及上隧道主體140相對於彼此可移動地佈置，以使得其可在閉合構型與打開構型之間移動。在閉合構型中(參見圖1至圖2)，隧道壁122、128、142可作為狹長製程隧道空間104之邊界。在打開構型中(參見圖3)，其中隧道主體120、140在接合處160之位置處至少部分彼此分離，隧道主體可在其間界定至少一個且通常是兩個狹長進出開口或間隙106，該或該等開口或間隙賦能於自製程隧道102之側向側維護進入製程隧道之內部(亦即，進入在閉合構型中形成製程隧道空間104之空間)。
隧道主體120、140之相對可移動性可以各種方式實現。在一實施例中，例如下隧道主體120及上隧道主體140可沿縱向延伸軸可鉸接地連接，該等主體可圍繞該縱向延伸軸以蛤殼型抓鬥狀的方式相對於彼此樞轉。在另一較佳實施例中，諸如圖1至圖3中所描繪之實施例，下隧道主體120及上隧道主體140可彼此完全分離。裝置100可例如包含例如液壓夾具/壓機之一或多個夾具設備或壓機190，該一或多個夾具設備或壓機經建構來交替地將下隧道主體120及上隧道主體140推擠在一起以實現閉合構型，以及將其分離以便實現打開構型。在所描繪之實施例中，下隧道主體 120係固定地連接至外界，而上隧道主體140係藉助於一系列縱向間隔開之壓機190(圖1)可移動地佈置，以使得可交替地將該上隧道主體向下按壓至下隧道主體上(圖2)或自該下隧道主體提升(圖3)。完全可分離之下隧道主體120及上隧道主體140可為較佳的，因為該等主體賦能於較緊密的閉合構型：鉸鏈及類似物需要機械遊隙，該機械遊隙與實現下隧道主體120與上隧道主體140之間的氣密接合處之要求不符。
至少一個接合處160可藉由分別提供在下隧道主體120及上隧道主體140上之兩個相對接合表面132、148界定。通常為金屬平坦接合表面可為較佳的，因為該等表面可密封地按壓在一起。在下隧道主體120包括至少一個側向隧道壁128之一實施例中，此隧道壁128可界定較佳平坦的面向上接合表面132，而上隧道主體140可界定較佳平坦的面向下接合表面148。面向下接合表面148可與上壁142之內表面共面或齊平，且經建構來在隧道主體120、140之閉合構型中緊靠側向壁128之平坦的面向上接合表面132。面向下接合表面148可因此形成為上隧道壁142之內表面/下表面之狹長、側向延伸部。具有含完全平坦的下表面之上隧道主體140之優點在於，接合表面132、148之成功(密封)配合對於下隧道主體120及上隧道主體140之精確側向對準及/或縱向對準相對不敏感。
在閉合構型中，下隧道壁122及上隧道壁142可水平地或相對於水平面以一角度(例如，以賦能於重力驅動基板運輸)定向成相互平行且稍微間隔開，例如間隔0.5mm至1mm，以使得具有例如0.1mm至1mm之厚度且平行於下隧道壁122及上隧道壁142之大體上平坦或平面基板180可容納於該下隧道壁與該上隧道壁之間而不接觸該等隧道壁。同樣地，在 此閉合構型中，可大體上垂直地定向且定向成互相平行之側向隧道壁128可在下隧道壁122及上隧道壁142之側向側處互連該等隧道壁。側向壁128可藉由稍微大於將要處理之基板180之寬度例如基板之寬度加上0.5mm至3mm的一距離間隔開。因此，隧道壁122、128、142可界定每單位隧道長度具有相對較小的容積之狹長製程隧道空間104且形成該狹長製程隧道空間之邊界，且能夠貼合地容納一或多個基板180，該一或多個基板相繼佈置在隧道102之縱向方向T上。
下隧道壁122及上隧道壁142兩者可具有複數個氣體注射通道124、144。可視需要佈置壁122、142任一者中之氣體注射通道124、144，只要其中至少一些橫跨製程隧道102之長度散佈即可。氣體注射通道124、144可例如安置於例如25mm x 25mm網格之假想矩形網格之拐角上，以使得氣體注射通道規則地分佈在個別隧道壁122、124之整個內表面上方，兩者均在縱向方向及側向方向上分佈。
氣體注射通道124、144可連接至氣體源，較佳地以使得在相同隧道壁122、142中且處於該通道之相同縱向定位處之氣體注射通道連接至相同氣體或氣體混合物之氣體源。出於ALD目的，下壁122及上壁142中之至少一者中的氣體注射通道124、144在運輸方向T上觀察可相繼連接至第一前驅氣體源、沖洗氣體源、第二前驅氣體源及沖洗氣體源，以便產生功能ALD區段108(參見圖1)，該功能ALD區段在使用中包含連續隧道寬的氣體區域，該等氣體區域分別包括第一前驅氣體、沖洗氣體、第二前驅氣體及沖洗氣體。應理解的是，一個此類ALD區段108對應於單個ALD週期。因此，多個ALD區段108可相繼佈置於運輸方向T上以賦能於所要 的厚度之膜的沈積。製程隧道102內之不同ALD區段108可以但並非必須包含相同的前驅物組合。不同地組成之ALD區段108可例如用來賦能於混合膜之沈積。
共用製程隧道之相同縱向定位但位於相對隧道壁122、142中之相對氣體注射通道124、144是否連接至相同氣體組成物之氣體源可取決於裝置100之所要的構型。在需要雙面沈積亦即穿過製程隧道102之基板180之下表面180a及上表面180b兩者的ALD處理之狀況下，相對氣體注射通道124、144可連接至相同氣體源。或者，在僅需要單面沈積亦即基板180之下表面180a及上表面180b中之僅一者的ALD處理之狀況下，面向將要處理之基板表面之隧道壁122、142中之氣體注射通道124、144可交替地連接至反應性氣體源及惰性氣體源，而另一隧道壁中之氣體注射通道可全部連接至惰性氣體源。
在圖1至圖3之示範性實施例中，位於上壁142中的氣體注射通道144相繼連接至三甲基鋁(Al(CH3)3，TMA)源、氮氣(N2)源、水(H2O)源及氮源，以便形成適合於執行氧化鋁(Al2O3)原子層沈積週期之一系列相同ALD區段108。相反，下隧道壁122中之氣體注射通道124全部連接至氮源。因此，示範性裝置100經設置來維持下非沈積氣體軸承126及上沈積氣體軸承146，該等軸承一起建構來在經過的、浮動支撐之基板180之頂表面180b上執行單面沈積。
製程隧道102之側向壁128中每一者沿其整個長度或一部分長度具有複數個排氣通道130。或者，排氣通道可提供在直接鄰接兩個側向壁之上隧道壁及下隧道壁中之至少一者中。在此方面，「直接鄰接」意味在 與個別側向壁相距小於2mm之距離內。排氣通道110可在製程隧道102之縱向方向上較佳地等距間隔開。處於相同側向壁128中或直接鄰接該側向壁之兩個相鄰或連續排氣通道130之間的距離可與將要處理之基板180之長度相關，在本文中，典型矩形基板180之「長度」可理解為在製程隧道102之縱向方向T上延伸之基板尺寸。側向壁部分基板180之長度可較佳地包含介於近似5個與20個之間且更佳地介於8個與15個之間的排氣通道130。兩個連續排氣通道130之間的中心至中心距離可在近似10mm至30mm之範圍內。出於基板穩定之原因，處於兩個側向壁128中或直接鄰接該兩個側向壁之排氣通道130之構型可較佳地相同或鏡像對稱，以使得處於一個側向壁128中或直接鄰接該側向壁之每一排氣通道130面向處於另一相對側向壁128中或直接鄰接該相對側向壁之排氣通道130。
排氣通道130可連接至排氣管道110且排放至該等排氣管道中，該等排氣管道可提供在製程隧道102之外側上。在裝置100經設置來執行ALD之狀況下，廢氣可含有大量未反應之前驅物。因此，將與相互不同的反應性氣體區域關聯之排氣通道130連接至相同排氣管道110(此舉可無意地引起化學氣相沈積)可為不合需要的。可因此提供不同的排氣管道110以用於不同的前驅物。
裝置100之一般操作可描述如下。
在使用中，下隧道主體120及上隧道主體140可處於閉合構型中，且處於下隧道壁122及上隧道壁142兩者中之氣體注射通道124、144可注射氣體至製程隧道空間104中。為防止污染氣體流例如在製程隧道102之入口及出口處自製程隧道102之典型大氣無塵室環境300進入製程隧道空 間104中，製程隧道空間104可較佳地保持在略超大氣壓力下。因此，氣體注射可在近似若干毫巴之超壓(相對於大氣壓力)下發生。在排氣管道110中維持稍微較小的超壓的情況下，注射至隧道空間104中之氣體將自然地向一側流動，橫越製程隧道之縱向方向T，且朝向並穿過處於側向隧道壁128中或直接鄰接該側向隧道壁之排氣通道130，該等排氣通道連接至排氣管道110。
在基板180存在於下隧道壁122與上隧道壁142之間的情況下，藉由上隧道壁142中之氣體注射通道144注射至隧道空間104中之氣體可在上隧道壁142與基板180之頂表面180b之間向一側流動。越過基板180之頂表面180b之此等側向氣體流有效地提供上氣體軸承146。同樣地，藉由下隧道壁122中之氣體注射通道124注射至隧道空間104中之氣體將在下隧道壁與基板180之下表面180a之間向一側流動。越過基板180之下表面180a之此等側向氣體流有效地提供下氣體軸承126。下氣體軸承126及上氣體軸承146可一起包圍且(雙)浮動地支撐基板180。
隨著基板180移動穿過製程隧道102，該基板之表面180a、180b可經受氣體軸承126、146之氣體。因此，當裝置100經設置用於ALD，例如類似圖1至圖3中所描繪之裝置時，基板之上表面180b可以條帶方式經受存在於上氣體軸承146之連續佈置氣體區域中之每一者中之氣體。前提條件為適當地選擇區域之佈置及個別氣體，一個ALD區段108之橫越可等效於使基板180經受一個原子層沈積週期。因為隧道102可包含所要的盡可能多的ALD區段108，所以任意厚度之膜可在基板180穿越隧道期間生長於該基板上。製程隧道102之線性性質進一步賦能於將要處理之基板180 之連續流線，從而以可觀之通量能力遞送原子層沈積裝置100。
遺憾的是，製程隧道102之線性性質亦需要在基板180於製程隧道內卡住或破碎的狀況下停止基板180之處理。在此種狀況下，隧道主體120、140可經分離或拆開且使其處於其打開構型(圖3)，以便允許操作者經由進出開口106進入製程隧道120之內部，並移除破碎或卡住的基板180。一旦問題已補救，即可重新接合隧道主體120、140且可繼續操作。
儘管下隧道主體120與上隧道主體140之間的接合處160有利地賦能於該等主體之空間分離，但該等接合處亦引入另一問題：儘管採取預防措施，但保證接合處160之流體緊密性仍可為困難且昂貴的。在實踐中，接合處160可形成洩漏點，氣體可經由該等洩漏點在製程隧道空間104與容納製程隧道102之無塵室環境300之間交換。在製程隧道空間104維持在相對於環境300之超壓的狀況下(參見以上內容)，此等洩漏點可引起環境與製程氣體之污染。此外，製程氣體自製程隧道空間104之無控制的洩漏可引起製程隧道空間104內之無控制的局部壓力變化，此狀況可嚴重阻礙基板180經由製程隧道空間之運輸。
洩漏的接合處160對製程隧道102內之壓力分佈之效應可參考圖4予以說明。在頂部處，圖4示出製程隧道102之示意性側向橫截面側視圖。下隧道主體120及上隧道主體140處於閉合構型中，但接合處160並非流體緊密的。因此，注射至隧道空間104中之製程氣體向一側流動，並經由處於側向隧道壁128中或直接鄰接該側向隧道壁之排氣通道130(實線箭頭)及洩漏的接合處160(虛線箭頭)兩者離開隧道空間104。在底部處，圖4示出包括兩個初級壓力曲線之壓力圖表。實線曲線表示接合處160為流 體緊密之未描繪情形的參考壓力分佈；實線曲線因此指示製程隧道空間104內及穿過排氣通道130的壓力。虛線曲線表示具有洩漏的接合處160之所描繪情形的壓力分佈，且指示製程隧道空間104內及穿過洩漏的接合處160之壓力。互連虛線曲線及實線曲線的兩個第二短虛線壓力曲線指示具有洩漏的接合處160之所描繪情形之穿過排氣通道130的壓力分佈。在該圖表之垂直壓力(P)軸上，P env 指示環境壓力之壓力位準。
實線壓力曲線指示製程隧道空間104之側向中心處之氣體壓力為最高的，且朝向排氣管道110降低。在排氣管道110內，壓力可進一步下降直至其最終達到環境壓力P env 為止，通常在排氣管道之端部處。在洩漏的接合處160之狀況下，製程氣體可自製程隧道空間104逸出。與非洩漏狀況相比，洩漏的接合處可引起整體壓力分佈之壓降，如由虛線壓力曲線所指示。應注意，壓降顯得相當齊整，因為虛線壓力曲線涉及具有兩個鏡像對稱洩漏的接合處160之所描繪情形。在兩個接合處160將以不同的、非對稱方式洩漏之狀況下，虛線曲線將不再圍繞其中心對稱，但例如顯得向最大洩漏點之側減弱。
如所提及，虛線壓力曲線與實線壓力曲線之偏差可提出關於無接觸地前進的、雙浮動支撐之基板180之運輸問題。例如，在接合處160在製程隧道之特定縱向部分上方洩漏的狀況下，浮動支撐之基板180在進入此縱向部分時將加速並在離開該縱向部分時減速。在接合處160洩漏過多的狀況下，基板180可甚至出現完全停止。類似地，在接合處160中僅一者洩漏或相對的接合處160非(鏡像)對稱地洩漏的狀況下，鄰接側向隧道壁128之一的壓力將大於鄰接相對的側向隧道壁128之壓力。因此，經過 一或多個洩漏的接合處160之基板180將不穩定且向一側推擠，朝向側向壁128且可能與該側向壁接觸，該側向壁鄰接最小壓力之區域。
因為試圖藉助於如O形環之密封材料以習知方式密封接合處160不切實際或不經濟，所以本揭露內容建議一種不同方法來解決由洩漏的接合處160之存在引起的氣體至製程隧道空間104中/自該製程隧道空間之無控制洩漏之問題。為賦能於此方法，接合處160可經佈置以使得其不與提供在側向隧道壁128中或提供在直接鄰接側向隧道壁128之上隧道壁及下隧道壁中之至少一者中之排氣通道130相交。藉由確保排氣通道130不由接合處160相交，促進排氣通道130與一或多個排氣管道110之間的流體緊密連接。此外，將排氣通道130與接合處160隔離賦能於獨立於越過排氣通道之壓降而控制越過接合處160之壓降。
此後一態樣係當前揭示之裝置100之兩個闡釋之關鍵，其中提供有壓力調節機構，該等壓力調節機構經建構來均衡接合處160之相對側上的氣體壓力，以使得越過接合處之壓降△P 接合處 遵循△P 接合處 0。應理解的是，越過接合處之壓降△P 接合處 為接合處160之內側上之氣體壓力(亦即製程隧道空間104內側之氣體壓力)與接合處160之外側上之氣體壓力(亦即製程隧道空間104外側之氣體壓力，例如環境氣體壓力P env )之間的差異。當越過接合處160之壓降成功降至零或至少近似零(亦即「 0」，該近似零可量化成意味「<10帕斯卡」)時，大體上不存在越過接合處160之壓差來驅動氣流。因此，實際上亦不存在洩漏點。
可參考圖5說明一第一闡釋。在此闡釋中，可藉由在接合處160之縱向、非流體緊密部分之內側上運用對壓力之控制，且更具體而言藉 由控制鄰接接合處之該部分之排氣通道130內側的壓力來控制越過該接合處160之該部分之壓降△P 接合處 。
為此，壓力調節機構可包括氣體泵200。如此處所使用之「氣體泵」一詞可寬泛地解釋為包括相對經濟之設備，諸如排氣扇、通風機及類似物。氣體泵200可與排氣通道130相關聯，該排氣通道經佈置成縱向鄰接或接近接合處160之非流體緊密部分，例如在若干公分內，例如在100mm內且較佳為50mm。氣體泵200可例如佈置在連接至排氣通道之排氣管道110內，且經調適以控制與該氣體泵相關聯之排氣通道130內之氣體壓力，尤其是該排氣通道之上游入口處之氣體壓力。由於排氣通道與氣體泵200之關聯，因此所討論的排氣通道130可稱為「受控排氣通道」。
壓力調節機構可進一步包括壓力控制系統202，該壓力控制系統可經建構來藉由控制氣體泵200來控制受控排氣通道130內側之壓力，以便鄰接受控排氣通道而局部實現條件△P 接合處 0。壓力控制系統202可通常包括差壓感測器204a、204b，該差壓感測器與受控排氣通道130相關聯，且經建構來監測通常位於接合處160之非流體緊密部分及受控排氣通道130兩者附近的製程隧道空間104內側之第一位置與製程隧道空間204外側之第二位置(亦即，在製程隧道102之環境中)之間的壓力差，且產生反映該壓力差之訊號。應理解的是，差壓感測器可因此包括兩個間隔開之壓力感測器204a及204b，如圖5中示意性地描繪。壓力控制系統可亦包含控制器206。控制器206可為可操作地連接至差壓感測器204a、204b及氣體泵200兩者，且經建構來依賴於自差壓感測器接收之訊號控制氣體泵，以便鄰接受控排氣通道130而局部實現條件△P 接合處 0。
圖5之底部處之圖表示出虛線壓力曲線，該曲線表示具有非流體緊密接合處160之所描繪情形的壓力分佈，且指示製程隧道空間104內側及穿過接合處160之壓力。第二虛線壓力曲線指示穿過排氣通道130及氣體導管110之壓力分佈。
可參考圖6說明一第二闡釋。在此闡釋中，可藉由在接合處160之外側上運用對壓力之控制來控制越過接合處160之縱向、非流體緊密部分的壓降△P 接合處 。
為此，壓力調節機構可例如包含輔助圍堵部210，該輔助圍堵部界定緩衝空間211，該緩衝空間經建構來圍堵諸如氮氣(N2)之較佳惰性、加壓緩衝氣體，該緩衝空間與壓降將被控制的接合處160之部分(外側)流體連通。在一些實施例中，輔助圍堵部可採取在製程隧道102之側向壁128外側且沿該側向壁延伸之狹長盒狀或通道狀結構之形狀，如圖6中示意性地示出。在一實施例中，輔助圍堵部可包括至少兩個壁部分，其中之一固定地連接至下隧道主體120，且其中另一者固定地連接至上隧道主體140。當個別隧道主體120、140採用其打開構型時，此舉允許個別壁部分與該等個別隧道主體一起移開，同時當該等隧道主體採用其閉合構型時，此舉允許個別壁部分配合且界定緩衝空間。在另一實施例中，輔助圍堵部可簡單地連接至隧道主體120、140之一。至於隧道主體120、140之相對可移動性及副圍堵部210以及該等隧道主體與該副圍堵部之間的密封，值得注意的是，藉由輔助圍堵部210界定之緩衝空間211無需為完全流體緊密的。亦即，輔助圍堵部210之構造及/或其至製程隧道102之連接可包括洩漏點，只要用來加壓緩衝空間211中之緩衝氣體之泵212(參見下文)能 夠將緩衝氣體維持在維持條件△P 接合處 0必要之所要的整體壓力即可。
如所提及，壓力調節機構可進一步包括氣體泵212。如此處所使用之「氣體泵」一詞可寬泛地解釋為包括設備(氣體)壓縮機及類似物。一方面，氣體泵212可以可操作地連接至較佳為惰性緩衝氣體之適合的源，且另一方面連接至副圍堵部210，以便能夠使用該緩衝氣體加壓緩衝空間211。
氣體泵212可通常在壓力控制系統214之控制下操作，該壓力控制系統經建構來藉由控制氣體泵212來控制緩衝空間211內側之緩衝氣體之壓力，以便實現且維持所要的條件△P 接合處 0。壓力控制系統可例如包括差壓感測器216a、216b，其經建構來監測製程隧道空間104內側之第一位置與緩衝空間211內側之第二位置之間的壓差，且產生反映該壓差之訊號。壓力控制系統亦可包括一控制器218，該控制器可操作地連接至差壓感測器216a、216b及氣體泵212兩者，且經建構來依賴於自差壓感測器接收之訊號控制氣體泵，以便越過接合處160之近似零壓降。
如圖5中所示，圖6之底部處之圖表示出虛線壓力曲線，該曲線表示具有非流體緊密接合處160之所描繪情形的壓力分佈，且指示製程隧道空間104內側及穿過接合處160之壓力。第二虛線壓力曲線指示穿過排氣通道130及氣體導管110之壓力分佈。
儘管以上已部分參考隨附圖式描述本發明之說明性實施例，但應理解，本發明並不限於此等實施例。熟習此項技術者自對圖式、揭露內容及隨附申請專利範圍之研究，在實踐所請求發明時可理解且實現對所揭示實施例之變化。此說明書全文對「一個實施例」或「一實施例」 之參考意味結合實施例所述之特定特徵、結構或特性包括在本發明之至少一個實施例中。因此，用語「在一個實施例中」或「在一實施例中」在此說明書全文中之多處出現未必全部代表相同實施例。此外，應注意的是，一或多個實施例之特定特徵、結構或特性可以任何適合的方式組合來形成新的、未明確描述之實施例。
102‧‧‧製程隧道/隧道
106‧‧‧間隙/進出開口
110‧‧‧排氣管道
120‧‧‧下隧道主體/隧道主體
132‧‧‧面向上接合表面/接合表面
140‧‧‧上隧道主體/隧道主體
148‧‧‧面向下接合表面/接合表面
190‧‧‧壓機
300‧‧‧大氣無塵室環境/環境

Claims (13)

  1. 一種基板處理裝置(100)，其包含：- 一製程隧道(102)，其包括一下隧道壁(122)、一上隧道壁(142)及兩個側向隧道壁(128)，該等隧道壁經建構來形成一製程隧道空間(104)之邊界，該製程隧道空間在一縱向運輸方向(T)上延伸且適合於容納至少一個大體上平面基板(180)，該至少一個大體上平面基板經定向成平行於該上隧道壁(142)及該下隧道壁(122)；- 複數個氣體注射通道(124、144)，其提供在該下隧道壁及該上隧道壁兩者中，其中處於該下隧道壁中之該等氣體注射通道(124)經建構來提供一下氣體軸承(126)，而處於該上隧道壁中之該等氣體注射通道(144)經建構來提供一上氣體軸承(146)，該等氣體軸承經建構來將該基板(180)浮動地支撐且容納於該等氣體軸承之間；以及- 複數個排氣通道(130)，其提供在該等側向隧道壁兩者中，或另一選擇為提供在直接鄰接該等側向隧道壁(128)中兩者之該下隧道壁(122)及該上隧道壁(142)中之至少一者中，其中處於每一側向隧道壁中或直接鄰接該每一側向壁之該等排氣通道在該運輸方向上間隔開；其特徵在於，該製程隧道具有至少5公尺的長度並且分為包含該下隧道壁之一下隧道主體(120)及包含該上隧道壁之一上隧道主體(140)，該等隧道主體(120、140)可沿至少一個縱向延伸接合處(160)彼此可分離地接合，以使得該等隧道主體可在一閉合構型與一打開構型之間互相移動，在該閉合構型中該等隧道壁(122、128、142)形成該製程隧道空間(104)之邊界，該打開構型賦能於側向維護進入該製程隧道之一內部； 其中該基板處理裝置包含一壓機(190)或至少一個夾具設備，該壓機或該至少一個夾具設備經建構來沿該至少一個縱向延伸接合處(160)將該上隧道主體(140)及該下隧道主體(120)推擠在一起，以便實現一閉合構型，其中該接合處(160)是藉由該下隧道主體(120)的面向上接合表面(132)以及由上隧道主體(140)所形成的面向下接合表面(148)所形成，其中該面向下接合表面(148)建構成在該閉合構型中緊靠該面向上接合表面(132)，以便界定該至少一個縱向延伸接合處(160)。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中該壓機(90)或該至少一個夾具設備經建構來在該縱向延伸接合處將該上隧道主體(140)與該下隧道主體(120)分離，以便實現該打開構型。
  3. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其包含一鉸鏈，該鉸鏈與該上隧道主體(140)及該下隧道主體(120)兩者連接且經建構來相對於該下隧道主體(120)鉸接該上隧道主體(140)，以便實現該打開構型且沿該至少一個縱向延伸接合處(160)將該上隧道主體(140)及該下隧道主體(120)拼接在一起，在此定位中該壓機(190)或該至少一個夾具設備沿該至少一個縱向延伸接合處(160)將該上隧道主體(140)及該下隧道主體(120)推擠在一起，以便實現該閉合構型。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之基板處理裝置，其中該上隧道壁(142)及該下隧道壁(122)為大體上平坦的，且其中該壓機(190)經建構來在該上隧道壁(142)及該下隧道壁(122)處於一平行關係的情況下移動該上隧道主體(140)及下隧道主體(120)。
  5. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中該下隧道主體(120) 包含該兩個側向隧道壁(128)，以使得該下隧道主體之下隧道壁(122)及側向隧道壁(128)共同界定一大體上U形側向橫截面壁輪廓。
  6. 如申請專利範圍第5項之基板處理裝置，其中該面向上接合表面(132)是平坦的，且其中該面向下接合表面(148)是平坦的，並且與該上壁(122)之一內表面共面。
  7. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中該接合處(160)不與提供在該等側向隧道壁(128)中或直接鄰接該等側向壁而提供之該等排氣通道(130)相交。
  8. 如申請專利範圍第7項之基板處理裝置，其進一步包含壓力調節機構，該等壓力調節機構經建構來均衡該接合處(160)之相對側上之壓力，以使得越過該接合處之一壓降△P 接合處 遵循△P 接合處 0。
  9. 如申請專利範圍第8項之基板處理裝置，其中該等壓力調節機構包含：- 一氣體泵(200)，其與鄰接該結合點(160)之一受控排氣通道(130)相關聯，且能夠控制該受控排氣通道內側之一氣體壓力；以及- 一壓力控制系統(202)，其經建構以藉由控制該氣體泵(200)而控制該受控排氣通道(130)內側之該壓力，以便鄰接於該受控排氣通道而局部實現一條件△P 接合處 0。
  10. 如申請專利範圍第9項之基板處理裝置，其中該壓力控制系統(202)包括：- 一差壓感測器(204a、204b)，其與該受控排氣通道(130)相關聯且 經建構來監測鄰接於該接合處(160)及該受控排氣通道(130)兩者之該製程隧道空間(104)內側之一第一位置與製程隧道空間(204)外側之一第二位置之間的一壓差，且產生反映該壓差之一訊號；- 一控制器(206)，其可操作地連接至該差壓感測器(204a、204b)及該氣體泵(200)兩者，且經建構以視接收自該差壓感測器之該訊號而控制該氣體泵，以便鄰接該受控排氣通道(130)局部實現該條件△P 接合處 0。
  11. 如申請專利範圍第9或10項之基板處理裝置，其中該氣體泵(200)包括一排氣扇。
  12. 如申請專利範圍第8項之基板處理裝置，其中該等壓力調節機構包含：- 一輔助圍堵部(210)，其界定一緩衝空間(211)，該緩衝空間經建構來圍堵一加壓緩衝氣體，該緩衝空間與該接合處(160)之一外側流體連通；- 一氣體泵(212)，其可操作地連接至該輔助圍堵部(210)，以便使用該緩衝氣體加壓該緩衝空間(211)；以及- 一壓力控制系統(214)，其經建構以藉由控制該氣體泵(212)來控制該緩衝空間(211)內部之緩衝氣體之一壓力，以便實現越過該接合處(160)之一條件△P 接合處 0。
  13. 如申請專利範圍第12項之基板處理裝置，其中該壓力控制系統(214)包括：- 一差壓感測器(216a、216b)，其經建構以監測該製程隧道空間(104)內側之一第一位置與該緩衝空間(211)內側之一第二位置之間的一壓差，且產生反映該壓差之一訊號；以及 - 一控制器(218)，其可操作地連接至該差壓感測器(216a、216b)及該氣體泵(212)兩者，且經建構以視接收自該差壓感測器之該訊號而控制該氣體泵，以便在局部實現該條件△P 接合處 0。
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