TWI585888B - 用於多站、循序處理系統之旋轉料架反應器 - Google Patents

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Description

用於多站、循序處理系統之旋轉料架反應器 【主張優先權】
本案主張於2012年4月13日所提出申請的美國臨時專利申請案第61/623,928號之優先權。其係全數併入於此作為參考。
本發明關於基板反應器且更具體地，關於多站、循序處理系統中之旋轉料架反應器。
在此提供之背景描述係用以一般性地描述本揭露內容之背景。對於此技術背景部分的描述以及實施態樣，目前本案發明人的發明不可額外用作為申請時之先前技術，且並未明示性或暗示性地承認將其作為對於本揭露內容的前案。
例如半導體處理系統之基板處理系統可用以將膜層、金屬層或其它類型的層沉積至例如半導體晶圓的基板上。基板處理系統可包含一或更多處理站組件。在基板處理系統中，基板的搬送可顯著地影響成本及產量。為提高產量和降低成本，需要以最有效的方式、以最少或沒有污染的情況下、透過不同的處理步驟進行基板之處理。
在一些基板處理系統中，基板係由基板匣移動至反應器中，然後移回基板匣或另一地點。為了提高產量和減少基板之搬送，單一反應器可包含數個循序處理站組件。在此類型之基板處理系統中，基板係移動至反應器、於處理站組件中循序受處理、然後移動至基板匣或其他地點。此處理配置，往往可藉由減少基板之搬送而提高產量。
現在參照圖1，基板處理系統8的一範例包含多站、循序處 理(MSSP)反應器10，其具有數個站14-1、14-2、14-3、和14-4(統稱站14)和基座16-1、16-2、16-3、和16-4(統稱基座16)。雖然顯示4個站，但可使用更多或更少的站。真空轉移腔室18係透過閥(未顯示)與反應器10連接並包含基板搬送機械臂22。負載鎖室24係透過閥(未顯示)與真空轉移腔室18連接。
基板搬送器26包含基板搬送機械臂28及複數基板匣30。 基板搬送機械臂28從複數基板匣30之其中一者將基板裝載至負載鎖室24中以進行清潔。當負載鎖室24準備就緒時，基板搬送機械臂22將基板轉移至反應器10之數個站14之其中一者。
現參照圖2，該圖顯示為兩軸式晶圓轉移機構之分度機構54 的範例。該機構包含轉移板55、主軸線組件56以及數個載子環16-1、16-2、16-3、及16-4。如吾人可理解，分度機構54佔據反應器之腔室體積之顯著份量。分度機構54係一直存在於反應器中，因為它無法收起或以其他方式從腔室體積移除。分度機構54亦要求在基座58的設計中具有非正規複數特徵部，以允許至分度機構54上之轉移動作。此外，基板之位移通常發生在經由分度機構54進行之基板轉移過程中。基板位移可導致在後續基座上基板布置之累積及遞增的偏心率。
用於處理複數基板之反應器，包含圍繞一軸對稱地排列的P 個處理站組件，其中P係為大於1之整數。基座旋轉料架組件包含繞軸對稱排列的P個基座組件，該P個基座組件之每一者包含一基座。旋轉引動器以相對於該軸旋轉該基座旋轉料架組件，以選擇性地將該P個基座組件與該P個處理站組件定位。該P個處理站組件之每一者同時處理排列於該P個基座組件之對應多者上之複數基板。
在其他實施例中，平台包含P個開口。P個基座組件係位於 平台之P個開口中。在處理期間將該P個基座組件定位介於該P個處理站組件間，係藉由在單一平面旋轉該P個基座組件，且不改變該P個基座組件的軸向位置而執行。
在其他實施例中，一孔通過該反應器之壁，使可進行該等基 板之裝載和卸載。軸向引動器調整基座旋轉料架組件的軸向位置。控制器係用以連接軸向引動器及旋轉引動器，以於軸向方向降低基座旋轉料架組件，並在裝載期間使P個基座組件之其中一者和孔對齊，並以一相反的軸向方向抬高基座旋轉料架組件以進行處理。
在其他實施例中，平台包含圍繞P個開口設置的P個環狀 凸起部。對齊時，P個環狀凸起部外接P個處理站組件，以提供P個處理站組件之內部及外部體積和P個基座組件之間的流體限制部。
在其他實施例中，泵選擇性地泵取由該P個環形凸起部於 處理期間產生於限制部以外的流體。可於由P個環狀凸起部在處理期間產生之限制部以外處提供淨化氣體。控制器控制該泵、在處理期間供應複數處理氣體至該P個處理站組件、並排空在該P個處理站組件中的該等處理氣體，接著該基座旋轉料架組件將該P個基座組件定位至下一個索引位置。
在其他實施例中，P個基座組件之其中至少一者更包含隨著 該P個基座組件移動的升降銷，該升降銷相對於P個基座組件之其中一者的基座提高及降低基板。
在其他實施例中，控制器與升降銷引動器和基板搬送器連 接，並且係用以降低基座旋轉料架組件，以升高的位置放置至少一基座之升降銷，並放置基板於該至少一基座上。
在其他實施例中，該控制器更用以提高基座旋轉料架組件， 將該至少一基座之升降銷放置在下降後之位置，在P個處理站組件之其中一者處理該基板，以及定位該基板至該P個處理站組件之其它數者，並在該P個處理站組件之其它數者中處理該基板。
在其他實施例中，在卸載時，控制器在抬高該至少一基座之 升降銷的同時，降低該基座旋轉料架組件。當裝載時，該控制器在降低該至少一基座之升降銷的同時，提高該基座旋轉料架組件。
在其他實施例中，P個處理站組件之其中至少一者包含噴淋 頭。噴淋頭係由介電材料製成並包含嵌入式電極。反應器在複數處理站組件其中至少一者中進行原子層沉積(ALD)。反應器在複數處理站組件其中至少一者中進行電漿增強原子層沉積(PEALD)。
在其他實施例中，控制器係用以將基座旋轉料架組件放置在 清潔位置。基座旋轉料架組件將P個基座組件與P個處理站組件對齊，以清潔P個基座組件與P個處理站組件內之區域。
在其他實施例中，控制器係用以將基座旋轉料架組件置於清 潔位置。基座旋轉料架組件係不與P個處理站組件對齊，以清潔P個處理站組件和P個基座組件之間的區域，以及位於P個基座組件之間的平台之部分。
在其他實施例中，控制器係用以將基座旋轉料架組件放置在 清潔位置。基座旋轉料架組件係降低且平台係相對於該P個基座組件提高，以界定該平台和該P個基座組件之間的間隙，以可清潔該P個處理站組件、該P個基座組件、以及該平台下之空腔中的表面。
在其他實施例中，下部殼體部包含凸耳和支柱其中至少一 者，以當基座旋轉料架組件降低時，將平台提高以界定間隙。
在其他實施例中，上部殼體部包含P個開口。P個處理站組 件係位於P個開口中。下部殼體部係排列相鄰於上部殼體部。
在其他實施例中，基座旋轉料架組件相對於下部殼體部旋 轉，且下部殼體部係相對於上部殼體部固定。基座旋轉料架組件與下部殼體部旋轉，且下部殼體部相對於上部殼體部旋轉。基座旋轉料架組件係位於下部殼體部之內部，並包含從轂部徑向向外延伸的P個臂部。P個基座組件係連接至P個臂部，以及包含用以容納P個基座組件的P個開口之平台。
在其他實施例中，排氣口係形成於上部殼體部中並與該軸對 齊。排氣導管係連接至排氣口。P個徑向排氣導管從排氣導管徑向向外延伸，並和P個處理站組件流體連接。
在其他實施例中，軸承表面係位於上部殼體部和下部殼體部之間，以提供上部殼體部和下部殼體部之間的密封，並使下部殼體部可相對於上部殼體部旋轉。軸承表面包含一氣體軸承。氣體軸承係差別地泵取。鐵磁流體密封組件係排列介於上部殼體部和下部殼體部之間。
在其他實施例中，反應器包含反應器中的第一和第二孔。控制器係用以降低基座旋轉料架組件，以從P個基座組件之第一及第二者的第一及第二基座卸載第一和第二基板，並將第三和第四基板裝載至P個基 座組件之第一和第二者之第一和第二基座上。
在其他實施例中，控制器係用以旋轉基座旋轉料架組件，以將第五和第六基板從P個基座組件之第三和第四者的第三及第四基座卸載，並將第七和第八基板裝載至P個基座組件之第三和第四者的第三和第四基座上。該控制器係用以提高基座旋轉料架組件，並將P個基座組件與P個處理站組件定位。
在其他實施例中，基座旋轉料架組件係於清潔過程中旋轉。在清潔過程中，基座旋轉料架組件係移動至複數索引位置之間之中點。
本揭露之進一步適用領域將於詳細說明、申請專利範圍及圖式中變得顯而易見。詳細描述和特定範例係為說明之目的，而非意圖限制本揭露之範圍。
8‧‧‧基板處理系統
10‧‧‧多站循序處理反應器
14‧‧‧複數站
14-1‧‧‧站
14-2‧‧‧站
14-3‧‧‧站
14-4‧‧‧站
16‧‧‧基座
16-1‧‧‧載子環
16-2‧‧‧載子環
16--3‧‧‧載子環
16-4‧‧‧載子環
18‧‧‧真空轉移腔室
22‧‧‧基板搬送機械臂
24‧‧‧負載鎖
26‧‧‧基板搬送器
28‧‧‧基板搬送機械臂
30‧‧‧基板匣
54‧‧‧分度機構
55‧‧‧轉移板
80‧‧‧反應器
82‧‧‧站
90‧‧‧上部殼體部
92‧‧‧下部殼體部
100‧‧‧軸
110‧‧‧位置
115‧‧‧空腔
120‧‧‧基座
122‧‧‧上表面
124‧‧‧噴淋頭
126‧‧‧桿部
128‧‧‧頭部
180‧‧‧鐵磁流體密封組件
184‧‧‧機械式球軸承組件
194‧‧‧動態密封件
200‧‧‧反應器
201‧‧‧上部殼體部
204‧‧‧處理站組件
204-1‧‧‧處理站組件
204-2‧‧‧處理站組件
204-3‧‧‧處理站組件
204-p‧‧‧處理站組件
208‧‧‧孔
208-1‧‧‧開口
208-2‧‧‧開口
210‧‧‧上部殼體部
214‧‧‧下部殼體部
220‧‧‧閥及/或質量流量控制器
224‧‧‧排氣導管
230‧‧‧支撐框架
232‧‧‧腿部
234‧‧‧基底支座
235‧‧‧側壁
236‧‧‧底部表面
237‧‧‧頂部表面
238‧‧‧開口
240‧‧‧基座
240-1‧‧‧基座
240-2‧‧‧基座
240-3‧‧‧基座
240-p‧‧‧基座
250‧‧‧開口
250-1‧‧‧開口
250-2‧‧‧開口
250-3‧‧‧開口
250-p‧‧‧開口
252‧‧‧平台
254‧‧‧環狀凸起部
254-1‧‧‧環狀凸起部
254-2‧‧‧環狀凸起部
254-3‧‧‧環狀凸起部
254-p‧‧‧環狀凸起部
255‧‧‧泵取充氣部
258‧‧‧環狀凸起部
260‧‧‧排氣口
270‧‧‧空腔
272‧‧‧基座旋轉料架組件
274‧‧‧中心軸
276‧‧‧臂部
276-1‧‧‧臂部
276-2‧‧‧臂部
276-3‧‧‧臂部
276-p‧‧‧臂部
280‧‧‧基座殼體
280-1‧‧‧基座殼體
280-2‧‧‧基座殼體
280-3‧‧‧基座殼體
280-p‧‧‧基座殼體
290‧‧‧排氣導管
290-1‧‧‧排氣導管
290-2‧‧‧排氣導管
290-3‧‧‧排氣導管
290-p‧‧‧排氣導管
292‧‧‧凸緣
293‧‧‧密封件
295‧‧‧噴淋頭
296‧‧‧軸向引動器
297‧‧‧電極
298‧‧‧旋轉引動器
299‧‧‧遠端電漿源
300‧‧‧控制器
310‧‧‧排氣閥
313‧‧‧電漿產生器
314‧‧‧泵
315‧‧‧基板搬送器
317‧‧‧冷卻劑泵
319‧‧‧加熱器控制單元
323‧‧‧升降銷引動器
325‧‧‧感應器
340‧‧‧基板
342‧‧‧升降銷
346‧‧‧波紋管
348‧‧‧升降曲柄機構
370‧‧‧冷卻劑線圈
380‧‧‧隔離板
382‧‧‧間隔件
400‧‧‧操作
404‧‧‧操作
408‧‧‧操作
412‧‧‧操作
416‧‧‧操作
420‧‧‧操作
430‧‧‧操作
440‧‧‧操作
444‧‧‧操作
448‧‧‧操作
452‧‧‧操作
456‧‧‧操作
470‧‧‧操作
474‧‧‧操作
478‧‧‧操作
482‧‧‧操作
486‧‧‧操作
490‧‧‧操作
494‧‧‧操作
498‧‧‧操作
520‧‧‧凸耳
524‧‧‧支柱
540‧‧‧間隙
本揭露將從詳細描述及隨附圖式變得更容易充分地理解，其中：圖1為一功能方塊圖，顯示根據先前技術之包含一多站、循序處理(MSSP)反應器的半導體處理系統之範例；圖2為一局部透視圖，顯示根據先前技術之分度機構的範例；圖3為一局部透視圖，顯示根據本揭露之包含反應器的半導體處理系統之範例；圖4為一局部透視圖，顯示反應器用之鐵磁流體密封件；圖5為一透視圖，顯示根據本揭露之反應器的範例；圖6為一透視圖，顯示根據本揭露之圖5中的反應器之下部殼體部的範例；圖7為一局部透視剖面圖，顯示根據本揭露之圖5中的反應器；圖8為一功能方塊圖，顯示用以操作該反應器之控制器的範例；圖9為一剖面圖，顯示根據本揭露之基座的範例； 圖10和圖11繪示根據本揭露之用以卸載及裝載基板的方法之範例；圖12繪示用於清潔根據本揭露之反應器的方法之範例；圖13為一透視圖，繪示根據本揭露的下部殼體部之範例；圖14為一局部剖面圖，繪示以完全降下之位置排列的基座旋轉料架組件，其中基座係與平台間隔開。
現參照圖3，該圖顯示根據本揭露之反應器80的範例。反應器80包含上部殼體部90和下部殼體部92。反應器80之上部殼體部90係相對於軸100固定，而包含兩個或更多基座120之反應器80的下部殼體部92係繞軸100相對於上部殼體部90旋轉。換言之，下部殼體部92係作為旋轉料架組件操作。雖顯示一個站82，但反應器80包含一或更多額外的站(未顯示於圖中)繞軸100排列。
設置在一或更多位置110處的軸承表面可配置於反應器80之上部殼體部90和反應器80之下部殼體部92之間，以允許密封及/或相對旋轉。空腔115係界定於反應器80之上部殼體部90和反應器80之下部殼體部92之間，並與反應器80之站82相連。
基座120係接設至反應器80之下部殼體部92，且係配置於空腔115之下部殼體部中。噴淋頭124包含桿部126及頭部128。噴淋頭之桿部126係接設至反應器80之上部殼體部90。頭部128係配置於空腔115之上部中。可使用交替形式因素之噴淋頭。此外，亦可使用其他來源，如電感耦合電漿(ICP)源、微波電漿源、遠端電漿、或其它電漿源。亦可使用紫外線燈列。
基板係從反應器80外面轉移至反應器80的第一站之基座120的上表面122上。基板可從負載鎖室或一些其他的轉移位置轉移。接著，處理係由反應器80之該等站進行。完成處理時，包含基座和基板之旋轉料架組件定位至下一個站(例如，藉由反應器80之下部殼體部92相對於反應器80之上部殼體部90的旋轉)。
由於基座係為旋轉料架組件的一部分，且由於在此方法中， 晶圓維持在基座上，故旋轉料架組件之移動(例如，藉由反應器80之下部殼體部92相對於反應器80之上部殼體部90的旋轉)係在未與外部晶圓分度機構或其他轉移機構協調之情況下執行，因而節省時間並增加產量。對於例如期望低體積以使化學品之消耗最小化之原子層沉積(ALD)的應用而言，索引器或其他的晶圓轉移機構並未消耗體積。
在一些應用中，軸承表面可包含氣體軸承，該氣體軸承利用在內部(圓形運輸件之內徑)和外部(圓形運輸件之外徑)兩者上之加壓惰性氣體配置，在整個氣體軸承具有差別的泵取配置。差別的泵取配置可包含數個充氣部。充氣部包含連接到真空度不同的不同泵的複數溝槽以形成密封。
現參照圖4，鐵磁流體密封組件180可用於上部殼體部90和下部殼體部92之間。僅供例示，鐵磁流體密封組件180可包含大直徑、空心的鐵磁流體密封件。鐵磁流體密封組件180包含一機械式球軸承組件184，其具有連接至上部殼體部90之外環、連接到下部殼體部92之內環，以及設置在內外環之間的數個球體。鐵磁流體密封組件180包含鐵磁流體壓蓋和標示為194之動態密封件。
根據本揭露之反應器無需使用機械索引系統。此外，使用差別泵取、氣體軸承配置以進行密封，使設計上可達成低零件數以及高耐用性。前述方法可降低成本同時提高產量。此外，反應器80之下部殼體部92可降低及移除以維修，使其更易接近最常調整之元件(基座)。
雖然此基板處理系統已連同ALD加以描述，但此基板處理系統可與其他處理，如電漿增強原子層沉積(PEALD)、化學氣相沉積(CVD)、電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、遠端CVD和其它類型的處理一起使用。具有類似設計之基板處理系統亦用以處理例如太陽能電池、平板顯示器、和電致色變窗(electrochromic window)之應用的玻璃板。
現參照圖5，該圖顯示根據本揭露之反應器200的另一個範例。反應器200包含複數處理站組件204-1、204-2、204-3、...、和204-P(統稱為處理站組件204)，其中P為大於2的整數。亦可設置一或更多基板裝載和卸載孔208(如孔208-1和208-2)，以裝載基板至反應器200中，並從反應器200卸載基板。
在此範例中，反應器200包含上部殼體部210和下部殼體部214。上部殼體部210和下部殼體部214兩者在操作期間保持靜止。然而，位於下部殼體部214內之基座可藉由位於處理站組件204之間的基座旋轉料架組件(如圖6-圖7所示)定位。處理站組件204可軸對稱地繞基座旋轉料架組件之旋轉軸配置。
如前驅體、淨化氣體、惰性氣體、清潔氣體及/或其他處理氣體等氣體可使用閥及/或質量流量控制器220引入至處理站組件204。可設置排氣導管224以從使用真空之處理站排出氣體。在一些範例中，排氣導管224可連接到靠近或相鄰於旋轉軸之上部殼體部210。在一些範例中，反應器200可包含支撐框架230，該支撐框架包含兩個或更多的腿部232，以及連接相鄰腿部232之基底支座234，但亦可使用其他支持結構。
現參照圖6，該圖顯示根據本揭露圖5之反應器200的下部殼體部214之範例。下部殼體部214包含側壁235、底部表面236、以及界定開口238之頂部表面237。
下部殼體部214包含複數基座240-1、240-2、240-3、...、240-P(統稱為基座240)。在圖6中，基座240係配置於平台252中之開口250-1、250-2、250-3、...、和250-P(統稱為開口250)中。基座可由鋁或氮化鋁所製成，但亦可使用其他材料。基座可包含嵌入式加熱器及/或冷卻器，以提供基座之溫度控制。
平台252可大致為圓形及平坦狀，以提供一表面與處理站組件之底部表面匹配。平台252係可轉動地容納於頂部表面237中之開口238。平台252可包含在開口250周圍的環狀凸起部254-1、254-2、254-3、...、和254-P(統稱為環狀凸起部254)，以當與對應的處理站組件204對齊時，提供流體限制部。泵取充氣部255係位於圍繞環狀凸起部254之區域內。流體限制部可包含低傳導限制部。在一些範例中，低傳導係指流入晶圓空腔的氣體中，至多約有7%流出限制部。如果替代地使用淨化氣體通過限制部，那麼低限制部之係最佳地將尺寸設為俾使淨化氣體流不超過通過噴淋頭之氣體流的大約7%。
同樣地，環狀凸起部258可沿著頂部表面237的外週設置，以提供上部殼體部210和下部殼體部214之間的限制部或密封表面。在一 些範例中，基座組件保持靜止且在處理期間定位，並在完成既定位置之處理後，於索引位置之間移動。
排氣口260可設置在與旋轉軸對齊的平台252中，以容納至排氣導管224之連接。可使用閥以控制排出氣體中之流體流動。如將於下所進一步描述，用於旋轉基座240和平台252之基座旋轉料架組件係位於界定下部殼體部214之空腔內。
現參照圖7，下部殼體部214界定空腔270。基座旋轉料架組件272係配置於空腔270中。基座旋轉料架組件272包含中心軸274(與上述之旋轉軸係同軸地對齊)和臂部276-1、276-2、...、和276-P(統稱為臂部276)，臂部係從中心軸274或轂部徑向向外延伸。臂部276連接至配置於基座240下方之基座殼體280-1、280-2、...、280-P(統稱為基座殼體280)。在一些範例中，臂部276可由具有鎳塗佈之不銹鋼所製成，但亦可使用其他材料。如吾人可理解，可設置密封件以密封轂部。在一些範例中，密封件可包含鐵磁流體密封件。
在一些範例中，排氣導管224係連接至額外的排氣導管290-1、290-2、...、和290-P(統稱排氣導管290)，該等排氣導管290從旋轉軸徑向向外延伸並與該等處理站組件204其中之一對應者連接。控制器可控制閥，以控制排氣導管244和290之每一者內之流體的流動。基座旋轉料架組件272可包含凸緣292，以提供在z軸之移動的向上停止點。亦可設置密封件293，以密封基座旋轉料架組件之轂部和下部殼體部。
在一些範例中，複數處理站組件204之其中至少一者包含噴淋頭295。其他處理站組件亦可包含噴淋頭或其他基板處理硬體。在一些範例中，噴淋頭295可為平裝式或懸掛式。可交替地，噴淋頭295可包含桿部以及本體部，桿部接設於對應的處理站組件之空腔中的壁，本體部接設至該桿部並與壁間隔開。處理氣體流經桿部並且進入本體部。氣體通過氣體分散孔流出本體部並流入反應體積內。噴淋頭295可由一具有嵌入式電極297之介電材料所製成，或由如金屬之導電材料製成。噴淋頭295(或射頻電極297)可連接至電漿產生器，以產生電漿於對應的反應體積內。可交替地，基座可連接至電漿產生器以產生電漿。
在一些範例中，噴淋頭295可由諸如陶瓷的介電材料所製 成。在其他範例中，噴淋頭295可根據於2013年4月8日提出、名為"Ceramic Showerhead with Embedded RF Electrode for Capacitively Coupled Plasma reactor"之美國專利申請案第13/858,477號所製作，其係全數併入於此作為參考。在其他範例中，可使用遠端電漿源299。雖然顯示噴淋頭，但處理站組件可執行CVD、PECVD、物理氣相沉積(PVD)、使用遠端電漿源之處理、紫外線(UV)處理、或其它基板處理。
現參照圖8，基座旋轉料架組件272之z軸移動可由軸向引動器296所執行。可設置旋轉引動器298以旋轉基座旋轉料架組件272。可設置控制器300以控制旋轉引動器298及軸向引動器296。控制器300亦可用以控制一或更多排氣閥、排氣閥310和與淨化排出氣體相連的泵314。同樣地，控制器300可用於控制閥及/或質量流量控制器(通常以220所標示)，以選擇性地提供氣體至處理站組件204。
控制器300亦可與電漿產生器313相連，以控制信號以產生電漿。控制器300可控制基板搬送器315或與之連接，以經由孔208裝載及卸載基板。控制器300可與冷卻劑泵317連接以控制冷卻劑之流動。控制器300可與加熱器控制單元319連接，以控制基座之溫度。控制器300可與升降銷引動器323連接，以控制升降銷的位置。控制器300亦可與如溫度和壓力感應器之感應器325連接，以監視與一或更多處理站組件及/或基座相關之操作條件。
現參照圖9，該圖顯示基座240和基座殼體280之範例。基板340可定位於基座240上。可使用一或更多升降銷342以將基板升高及降低，以將基板置於基座240上或離開基座240。波紋管346可用以提供可移動式升降銷342之密封。升降曲柄機構348可用以調節升降銷342之位置，但亦可使用其他機構。
可經由臂部276之殼體提供電性連接，以供應射頻基座偏壓或熱控制信號至基座240。亦可經由臂部276之殼體將冷卻流體藉由導管提供至冷卻劑線圈370。可設置冷卻迴路以冷卻臂部之殼體，以防止因溫度升高造成的膨脹。在一些範例中，冷卻劑線圈370可由不銹鋼製成，但亦可使用其他材料。
可設置隔離板380以改善基座240下方之隔離。在一些範例 中，隔離板380包含中心開口，隔離板係為環形並具有大於徑向外側厚度之徑向內側厚度。在一些範例中，隔離板380係由如陶瓷之介電材料製成。在一些範例中，隔離板380係由大於零的間隙與基座240間隔開。可提供如環狀間隔物之間隔件382。在一些範例中，該間隙大於零且小於電漿鞘層之距離的兩倍，但亦可使用其他間隙尺寸。
如吾人可理解，滑環和連接器可用以提供射頻偏壓、加熱器功率和冷卻劑至基座240。
現參照圖10和11，該等圖顯示用於卸載與裝載基板之方法的範例。在圖10，控制單元判斷是否需要在操作400中卸載基板。在操作404中，控制單元判斷是否需要旋轉基座旋轉料架組件以執行卸載。如果操作404為是，則控制單元於操作408旋轉基座旋轉料架組件272。如果操作404為否，控制單元繼續，在操作412中，以遠離上部殼體部之方向降低基座旋轉料架組件272。在操作416中，控制單元提高升降銷以將基板提高離開基座240。在操作420中，控制單元使用基板搬送器315卸載基板。如吾人可理解，在操作408、412、和416中之旋轉基座旋轉料架組件272、降低基座旋轉料架組件272、和提高升降銷之二或更多者可在同一時間進行以減少週期時間。如吾人可理解，由於提供兩個開口208-1和208-2，因此基座旋轉料架組件272可配置為使兩個基板可在同一時間裝載或卸載。
在圖11中，控制單元判斷是否需要在操作430中裝載基板。在操作440中，控制單元判斷基座240及升降銷是否位於用以裝載之期望位置。如果操作440係為否定，則控制單元根據需要旋轉基座旋轉料架組件272、降低基座旋轉料架組件272、及/或提高升降銷，以取得在操作444中之用以裝載的期望位置。如吾人可理解，在操作444中之基座旋轉料架組件272的旋轉、降低基座旋轉料架組件272、和提高升降銷之二或更多者可在同一時間進行以減少週期時間。
若操作440為肯定，則控制單元在操作448中將基板裝載至升降銷上。控制單元在操作452中提高基座旋轉料架組件272。控制單元在操作456中降低升降銷俾使基板移近或移至基座240上。如吾人可理解，在操作452及456中之提高基座旋轉料架組件272和降低升降銷可在同一時間進行以減少週期時間。
現參照圖12，該圖顯示用於清潔根據本揭露之反應器的方法之範例。在操作470中，控制單元判斷是否需要清潔反應器200。如果操作470係為肯定，則控制單元判斷是否選擇第一清潔處理。第一清潔處理可對應於反應器200之深層清潔循環。在此範例中，控制單元將基座旋轉料架組件272完全降低至最低位置。當基座旋轉料架組件272降低時，凸緣偏離並握持平台252，且基座240和臂部276繼續向下移動到停止位置。基座240和平台252現在係位於不同的平面(基座240位於平台252下方)。在操作482中，控制單元啟動與第一清潔循環相關之腔室清潔步驟。第一清潔循環可清潔反應器之附加部分，包含處理站組件204、平台252和位於平台252下方之結構。
若操作474係為否定，則控制單元可啟動對應於中間清潔循環之第二清潔處理。若操作486為肯定，則控制單元旋轉基座旋轉料架組件272至完全定位之複數位置之間(約一半之距離之間)的位置。在操作494中，控制單元啟動與第二清潔循環相關之腔室清潔步驟。藉由將基座旋轉料架組件272移動至完全定位之複數位置之間的一個位置，將不會造成處理站204和部分重疊之基座240之間的密封。因此，清潔氣體將不僅流入處理站組件204，亦流入圍繞基座240之環狀凸起部周圍的區域。
若操作486係為否定，則控制單元可在操作498中，藉由啟動與第三清潔循環相關之腔室清潔步驟以啟動第三或更輕微的清潔循環。第三清潔循環可清潔與處理站組件相關之反應體積。
在一些範例中，基座組件係於清潔處理之至少一部分期間旋轉。可交替地，基座組件可在清潔處理期間持續地旋轉。
如吾人可理解，流體或方位角閘閥可用以隔離泵取充氣部與基板空腔。根據本揭露之反應器200提供完全軸對稱、平裝式噴淋頭反應器設計，其具有基板轉移用之結合式升降銷。
如吾人可理解，根據本揭露之反應器藉由在反應器中執行數個步驟，顯著地減少基板接觸之情形。再者，可執行在z軸之移動、旋轉和升降銷位置移動之獨立移動，此可減少週期時間。例如，可同時執行二或更多類型的移動。
可附加地，反應器顯著地減少反應體積。僅作為示例，可使 用0.25L之噴淋頭及1.0L之基板空腔。在其他範例中，噴淋頭係小於0.5L，且基板空腔係小於2.0L，但亦可使用更大或更小之體積。具有較小的噴淋頭以及基板空腔體積後，反應器相較於習知的反應器，可提供之操作成本明顯更低。根據本揭露之反應器可用於原子層沉積(ALD)或使用昂貴前驅體之電漿增強ALD(PEALD)，同時維持相對較低的操作成本。
在一些實施方式中，陶瓷元件係用於基板空腔以能夠使用大範圍的處理化學品。此外，藉由提供可變化之清潔循環，可降低基座旋轉料架組件以執行清潔週期，不像其它設計中之清潔循環，此等清潔循環不受小反應器體積之特徵所妨礙。一旦基板已裝載，基座可迅速地循環或定位。例如，基座可於完全索引之複數位置間移動，循環時間為2秒以下且沒有Z軸運動。如吾人可理解，在一些習知系統中，於索引位置之間移動需要z軸運動，此至少需要最少7-10秒來完成，而增加循環時間。
現參照圖13和圖14，該等圖顯示根據本揭露之下部殼體部的範例。在圖14中，空腔270之內表面可包含一或更多突出的表面，例如用以在基座旋轉料架組件下降時，提高平台252之凸耳(ledge)520及/或支柱524，俾使基座240及基座旋轉料架組件在平台252停止時，可繼續向下移動以界定基座240和平台252之間的間隙。在圖14中，基座旋轉料架組件係位於降低之位置，基座240與平台252間隔開以界定間隙540。清潔時，間隙使清潔氣體可進入基座240和平台252下方的附加區域，以提供額外的清潔。
在一些範例中，數片晶圓係移入同時處理區域。該等區域係較佳地由低傳導率的限制特徵部所分離。此限制特徵部係通常為泵取，但亦可使用清潔。泵取或清潔可為持續性或間歇性。在一些範例中，反應器包含設置在單一可旋轉組件內的四個加熱基座。組件中之基座係裝載著在第一位置的基板，接著該組件係提高至更高的第二處理位置。
可由一個沒有軸向運動之純粹旋轉，將基板定位至一後續處理站。當處理結束時，基板係降低回到第一位置，基板係於升降銷上提高並卸載。基板之升高可與組件回到第一位置之移動同時進行。通常一次卸載一或兩個晶圓，其後組件定位(例如當使用四個基座組件時，以90度或180度定位)以將一或兩個晶圓傳輸至外部晶圓搬送系統。當發生此轉移相 關的定位時，升降銷可同時提高基板。
使用反應性氣體清潔反應器較佳地發生在當組件位於低於第二位置之位置時。此外，可藉由將組件降低至第三位置，即低於第一位置之位置，而增進清潔之效果，此時組件平台磁盤特徵部可與組件之其餘部份脫離，暴露平台及基座之間的間隙。清潔後，組件可提高並再次與平台磁盤接合。基座旋轉料架組件可藉由部份定位(例如當使用四個基座組件時以45度定位)而移動，此部份定位將基座置於處理站組件之間。在另一實施例中，組件可在清潔操作期間持續旋轉。清潔後，組件可提高並再次與平台磁盤接合。
在一些範例中，反應器在晶圓處理期間提供數個妥善界定、軸對稱的處理空腔，並在清潔過程中提供單一個大型、相互連接之高傳導空腔。特別針對ALD之處理應用，在晶圓處理期間，反應器的設計提供數個妥善界定、超低體積、軸對稱的處理空腔，並在清潔期間提供單一大型、相互關聯、高傳導之大體積空腔。因此，反應器變換成最佳化地用以有時進行處理且在其它時候進行清潔。最佳化以進行處理之反應器的期望特性，係通常在許多方面與期望清潔之特性相衝突。
在其他範例中，基座旋轉料架組件具有一處理位置，於該處P個基座組件和P個處理站界定P個軸對稱之反應器體積，其不具有視口孔或量表埠，以提高處理均勻性。
在其他範例中，P個軸對稱之反應體積的每一者係部份由低傳導限制部所界定，該低傳導限制部在一與平台平行之平面中，具有比P個開口直徑大5%、10%、15%、20%或30%之還要小的直徑。基座旋轉料架組件具有清潔位置，於該處低傳導的限制部係移除，且反應氣體流經具有比P個處理站組件周圍的低傳導限制部更高的傳導之通道，P個基座組件和平台之表面面對P個處理站組件。
前述實施例之敘述係以說明和描述為目的而提供。其用意並非詳盡無遺或欲限制本揭露。特定實施例中之獨立元件或特徵部通常不局限於該特定實施例，但在適用的情況下係可互換，且即使沒有特定顯示或描述，仍可用在所選擇之實施例中。亦可以許多方式變化相同物。此等變化不應被視為偏離本揭露，且欲使所有此等修改包含於本揭露之範圍內。
200‧‧‧反應器
204-1‧‧‧處理站組件
204-2‧‧‧處理站組件
204-3‧‧‧處理站組件
204-p‧‧‧處理站組件
208‧‧‧孔
208-1‧‧‧開口
208-2‧‧‧開口
210‧‧‧上部殼體部
214‧‧‧下部殼體部
220‧‧‧閥及/或質量流量控制器
224‧‧‧排氣導管
230‧‧‧支撐框架
232‧‧‧腿部
234‧‧‧基底支座

Claims (41)

  1. 一種用於處理複數基板之反應器，包含：一腔室體積殼體，包含一上部腔室殼體及一下部腔室殼體；其中該下部腔室殼體具有一基座旋轉料架組件設置於其中，且其中該下部腔室殼體用以繞一垂直軸而相對於該上部腔室殼體旋轉；其中該上部腔室殼體係排列相鄰於該下部腔室殼體且在旋轉方向上係固定的；P個處理站組件繞該垂直軸對稱地排列，其中P係為大於1之整數，其中該P個處理站組件排列在界定於該上部腔室殼體與該下部腔室殼體之間的個別的空腔中；P個基座組件在該下部腔室殼體的該基座旋轉料架組件中繞該垂直軸對稱地排列，該P個基座組件之每一者包含一基座，其中該P個基座組件在該下部腔室殼體中排列於該空腔的個別部分中；以及一旋轉引動器以相對於該垂直軸旋轉包括該基座旋轉料架組件的該下部腔室殼體，以選擇性地將該P個基座組件與該P個處理站組件定位，其中該P個處理站組件之每一者同時處理排列於該P個基座組件之對應多者上之複數基板。
  2. 如申請專利範圍第1項之用於處理複數基板之反應器，更包含含有P個開口之一平台，其中該P個基座組件係位於該平台之該P個開口中。
  3. 如申請專利範圍第1項之用於處理複數基板之反應器，其中在處理期間將該P個基座組件定位於該P個處理站組件間，係藉由在單一平面旋轉該P個基座組件，且不改變該P個基座組件的軸向位置而執行。
  4. 如申請專利範圍第1項之用於處理複數基板之反應器，更包含：通過該腔室體積殼體之一壁的孔，使可進行該等基板之裝載和卸載；軸向引動器，以調整該基座旋轉料架組件的軸向位置；以及控制器，用以連接該軸向引動器及該旋轉引動器，以於軸向方向降低該 基座旋轉料架組件，並在裝載期間使該P個基座組件之其中一者和該孔對齊，並以相反的軸向方向抬高該基座旋轉料架組件以進行處理。
  5. 如申請專利範圍第2項之用於處理複數基板之反應器，其中該平台包含圍繞該P個開口設置的P個環狀凸起部，且對齊時，該P個環狀凸起部外接該P個處理站組件，以提供該P個處理站組件之內部及外部體積和該P個基座組件之間的流體限制部。
  6. 如申請專利範圍第5項之用於處理複數基板之反應器，更包含泵，以選擇性地泵取由該P個環形凸起部於處理期間產生於限制部以外的流體。
  7. 如申請專利範圍第6項之用於處理複數基板之反應器，更包含控制器，以控制該泵、在處理期間供應複數處理氣體至該P個處理站組件、並排空在該P個處理站組件中的該等處理氣體，接著該基座旋轉料架組件將該P個基座組件定位至下一個索引位置。
  8. 如申請專利範圍第4項之用於處理複數基板之反應器，其中該P個基座組件之其中至少一者更包含隨著該P個基座組件移動的複數升降銷，該等升降銷相對於該P個基座組件之其中一者的基座提高及降低基板。
  9. 如申請專利範圍第1項之用於處理複數基板之反應器，更包含：升降銷引動器；基板搬送器；以及控制器，與該升降銷引動器和該基板搬送器連接，並用以：降低該基座旋轉料架組件；以升高的位置放置至少一基座之該等升降銷；以及將一基板放置於該至少一基座上。
  10. 如申請專利範圍第9項之用於處理複數基板之反應器，其中該控制器更用以： 提高該基座旋轉料架組件；將該至少一基座之該等升降銷放置在下降後之位置；在該P個處理站組件之其中一者處理該基板；以及將該基板定位至該P個處理站組件之其它數者，並在該P個處理站組件之該其它數者中處理該基板。
  11. 如申請專利範圍第10項之用於處理複數基板之反應器，其中，在卸載時，該控制器在抬高該至少一基座之該等升降銷的同時，降低該基座旋轉料架組件，且其中，當裝載時，該控制器在降低該至少一基座之該等升降銷的同時，提高該基座旋轉料架組件。
  12. 如申請專利範圍第1項之用於處理複數基板之反應器，其中該P個處理站組件之其中至少一者包含噴淋頭。
  13. 如申請專利範圍第12項之用於處理複數基板之反應器，其中該噴淋頭係由介電材料製成並包含嵌入式電極。
  14. 如申請專利範圍第1項之用於處理複數基板之反應器，其中該反應器在該P個處理站組件其中至少一者中進行原子層沉積(ALD)。
  15. 如申請專利範圍第1項之用於處理複數基板之反應器，其中該反應器在該P個處理站組件其中至少一者中進行電漿增強原子層沉積(PEALD)。
  16. 如申請專利範圍第1項之用於處理複數基板之反應器，更包含控制器，用以將該基座旋轉料架組件放置在清潔位置，其中該基座旋轉料架組件將該P個基座組件與該P個處理站組件對齊，以清潔該P個基座組件與該P個處理站組件內之區域。
  17. 如申請專利範圍第2項之用於處理複數基板之反應器，更包含控制器，用以將該基座旋轉料架置於清潔位置，其中該基座旋轉料架組件係不與 該P個處理站組件對齊，以清潔該P個處理站組件和該P個基座組件之間的區域，以及位於該P個基座組件之間的平台之部分。
  18. 如申請專利範圍第2項之用於處理複數基板之反應器，更包含控制器，用以將該基座旋轉料架放置在清潔位置，其中該基座旋轉料架組件係降低且該平台係相對於該P個基座組件提高，以界定該平台和該P個基座組件之間的間隙，以可清潔該P個處理站組件、該P個基座組件、以及該平台下之空腔中的表面。
  19. 如申請專利範圍第18項之用於處理複數基板之反應器，其中該下部腔室殼體包含凸耳和支柱其中至少一者，以當該基座旋轉料架組件降低時，將該平台提高以界定該間隙。
  20. 如申請專利範圍第1項之用於處理複數基板之反應器，其中該上部腔室殼體包含P個開口，且其中該P個處理站組件係位於該P個開口中。
  21. 如申請專利範圍第20項之用於處理複數基板之反應器，更包含：排氣口，係形成於該上部腔室殼體中並與該垂直軸對齊；以及排氣導管，連接至該排氣口。
  22. 如申請專利範圍第21項之用於處理複數基板之反應器，更包含P個徑向排氣導管從該排氣導管徑向向外延伸，並和該P個處理站組件流體連接。
  23. 如申請專利範圍第20項之用於處理複數基板之反應器，更包含軸承表面，位於該上部腔室殼體和該下部腔室殼體之間，以提供該上部腔室殼體和該下部腔室殼體之間的密封，並使該下部腔室殼體可相對於該上部腔室殼體旋轉。
  24. 如申請專利範圍第23項之用於處理複數基板之反應器，其中該軸承表 面包含氣體軸承。
  25. 如申請專利範圍第24項之用於處理複數基板之反應器，其中該氣體軸承係差別地泵取。
  26. 如申請專利範圍第20項之用於處理複數基板之反應器，更包含鐵磁流體密封組件，排列介於該上部腔室殼體和該下部腔室殼體之間。
  27. 如申請專利範圍第1項之用於處理複數基板之反應器，更包含：第一和第二孔，穿過該腔室體積殼體之至少一壁；控制器，用以降低該基座旋轉料架組件，以從該P個基座組件之第一及第二者的第一及第二基座卸載第一和第二基板，並將第三和第四基板裝載至該P個基座組件之該第一和第二者之該第一和第二基座上。
  28. 如申請專利範圍第27項之用於處理複數基板之反應器，其中該控制器用以旋轉該基座旋轉料架組件，以將第五和第六基板從該P個基座組件之第三和第四者的第三及第四基座卸載，並將第七和第八基板裝載至該P個基座組件之該第三和第四者的該第三和第四基座上。
  29. 如申請專利範圍第27項之用於處理複數基板之反應器，其中該控制器係用以提高該基座旋轉料架組件，並將該P個基座組件與該P個處理站組件定位。
  30. 如申請專利範圍第1項之用於處理複數基板之反應器，其中該基座旋轉料架組件係於清潔過程中旋轉。
  31. 如申請專利範圍第1項之用於處理複數基板之反應器，其中在清潔過程中，該基座旋轉料架組件係移動至複數索引位置之間的中點。
  32. 如申請專利範圍第1項之用於處理複數基板之反應器，其中該P個基座 組件之其中至少一者之基座包含設置於下方之隔離板，並與該基座間隔開，以界定小於電漿鞘層之距離的兩倍的間隙。
  33. 如申請專利範圍第1項之用於處理複數基板之反應器，其中該P個基座組件之其中至少一者之基座包含加熱器或冷卻器其中至少一者。
  34. 如申請專利範圍第1項之用於處理複數基板之反應器，其中該反應器在該P個處理站組件之其中至少一者中進行化學氣相沉積(CVD)。
  35. 如申請專利範圍第34項之用於處理複數基板之反應器，其中該反應器在該P個處理站組件之其中至少一者中進行電漿增強化學氣相沉積(PECVD)。
  36. 如申請專利範圍第1項之用於處理複數基板之反應器，更包含遠端電漿源，以供應電漿至該P個處理站組件之其中至少一者。
  37. 如申請專利範圍第1項之用於處理複數基板之反應器，其中該反應器在該P個處理站組件之其中至少一者中進行紫外線(UV)處理。
  38. 如申請專利範圍第1項之用於處理複數基板之反應器，其中該反應器在該P個處理站組件之其中至少一者中進行物理氣相沉積(PVD)。
  39. 如申請專利範圍第20項之用於處理複數基板之反應器，更包含密封件，設置介於該下部腔室殼體和該基座旋轉料架組件之轂部的下部分之間。
  40. 如申請專利範圍第2項之用於處理複數基板之反應器，其中：該基座旋轉料架組件具有一處理位置，於該處該P個基座組件和該P個處理站界定P個軸對稱之腔室殼體體積，其不具有視口孔或量表埠，以提高處理均勻性。
  41. 如申請專利範圍第40項之用於處理複數基板之反應器，其中：該P個軸對稱的腔室殼體體積之每一者係部份由低傳導限制部所界定，該低傳導限制部在與該平台平行之平面中，具有比該P個開口直徑大15%之還要小的直徑，且該基座旋轉料架組件具有清潔位置，於該處複數低傳導限制部係移除，且反應氣體流經具有比該P個處理站組件周圍的該低傳導限制部更高的傳導率之通道，該P個基座組件和該平台之表面面對該P個處理站組件。
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