TWI762230B - 遮擋機構及具有遮擋機構的基板處理腔室 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種遮擋機構及具有遮擋機構的基板處理腔室，主要包括一反應腔體、一承載盤、一收納腔體及一遮擋機構，其中反應腔體連接收納腔體，而承載盤位於反應腔體內。遮擋機構包括至少一驅動桿體、至少一連接座及一遮擋部，其中驅動桿體由收納腔體延伸至反應腔體。連接座連接遮擋部及驅動桿體，其中驅動桿體透過連接座帶動遮擋部在收納腔體及反應腔體之間位移。在進行沉積製程時，驅動桿體會帶動遮擋部位移至收納腔體內。在進行清潔製程時，驅動桿體會帶動遮擋部位移至反應腔體內，以避免在清潔處理腔室的過程中汙染承載盤。

Description

遮擋機構及具有遮擋機構的基板處理腔室
本發明有關於一種遮擋機構及具有遮擋機構的基板處理腔室，主要透過遮擋機構隔離處理腔室的反應空間及承載盤，以避免在清潔處理腔室的過程中汙染承載盤。
化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)及原子層沉積(ALD)皆是常用的薄膜沉積設備，並普遍被使用在積體電路、發光二極體及顯示器等製程中。
沉積設備主要包括一腔體及一晶圓承載盤，其中晶圓承載盤位於腔體內，並用以承載至少一晶圓。以物理氣相沉積為例，腔體內需要設置一靶材，其中靶材面對晶圓承載盤上的晶圓。在進行物理氣相沉積時，可將惰性氣體及/或反應氣體輸送至腔體內，分別對靶材及晶圓承載盤施加偏壓，並透過晶圓承載盤加熱承載的晶圓。
腔體內的惰性氣體因為高壓電場的作用，形成離子化的惰性氣體，離子化的惰性氣體會受到靶材上的偏壓吸引而轟擊靶材。從靶材濺出的靶材原子或分子受到晶圓承載盤上的偏壓吸引，並沉積在加熱的晶圓的表面，以在晶圓的表面形成薄膜。
在經過一段時間的使用後，腔體的內表面會形成沉積薄膜，因此需要週期性的清潔腔體，以避免沉積薄膜在製程中掉落，進而汙染晶圓。此外靶材的表面亦可能形成氧化物或其他汙染物，因此同樣需要週期性的清潔靶材。一般而言，通常會透過預燒(burn-in)製程，以電漿離子撞擊腔體內的靶材，以去除靶材表面的氧化物或其他汙染物。
在進行上述清潔腔體及靶材時，需要將腔體內的晶圓承載盤及晶圓取出，或者隔離晶圓承載盤，以避免清潔過程中汙染晶圓承載盤及晶圓。
一般而言，基板處理腔室在經過一段時間的使用後，通常需要進行清潔，以去除腔室內沉積的薄膜及靶材上的氧化物或氮化物。在清潔的過程中產生的微粒會汙染承載盤，因此需要隔離承載盤及汙染物。本發明提出一種遮擋機構及具有遮擋機構的基板處理腔室，主要透過驅動桿體帶動遮擋部沿著驅動桿體在一收納位置及一遮擋位置之間位移，可避免清潔腔體或靶材時產生的微粒汙染承載盤。
本發明的一目的，在於提供一種具有遮擋機構的基板處理腔室，主要包括一反應腔體、一承載盤、一收納腔體及一遮擋機構，其中收納腔體連接反應腔體。遮擋機構包括一驅動桿體、一連接座及一遮擋部，其中驅動桿體透過連接座連接遮擋部，並帶動遮擋部在收納腔體及反應腔體之間位移。
在清潔反應腔體時，驅動桿體會帶動遮擋部位移至反應腔體內，並遮擋反應空間內的承載盤，以避免清潔過程中使用的電漿或產生的污染 接觸承載盤及/或其承載的基板。在進行沉積製程時，驅動桿體會帶動遮擋部位移至收納腔體內，並對反應腔體內的基板進行薄膜沉積。
本發明的一目的，在於提供一種具有遮擋機構的基板處理腔室，其中驅動桿體的數量為兩個，並分別連接遮擋部的兩側。透過兩個驅動桿體的使用，可更穩定的承載及驅動遮擋部，並可使用厚度較厚及重量較重的遮擋部。使用較厚重的遮擋部，可避免在清潔腔體的過程中造成遮擋部變形，並可防止清潔過程中使用的電漿或產生的污染經由變形的遮擋部接觸承載盤或基板。
此外可進一步透過兩個襯套分別包覆兩個驅動桿體，以防止驅動桿體驅動遮擋部位移時產生的微粒擴散到反應腔體的容置空間。兩個驅動桿體及兩個襯套之間的間距大於承載盤及基板的直徑，以避免干擾承載盤的位移及影響沉積製程的進行。
本發明的一目的，在於提供一種具有遮擋機構的基板處理腔室，其中襯套由導電材料製成，並電性連接一偏壓單元。偏壓單元用以在襯套上形成偏壓，以吸附驅動桿體帶動連接座及遮擋部位移時產生的微粒，並可避免微粒進入反應腔體的容置空間。
本發明的一目的，在於提供一種具有遮擋機構的基板處理腔室，其中襯套的隔離空間流體連接一抽氣單元。抽氣單元用以抽出隔離空間內的氣體及微粒，並可避免微粒進入反應腔體的容置空間。
為了達到上述的目的，本發明提出一種基板處理腔室，包括：一反應腔體，包括一容置空間；一承載盤，位於容置空間內，並用以承載至少一基板；一收納腔體，連接反應腔體，其中收納腔體包括一收納空間， 流體連接容置空間；及一遮擋機構，包括：至少一驅動桿體，由收納空間延伸容置空間；至少一連接座，連接驅動桿體；及一遮擋部，連接連接座，其中驅動桿體透過連接座帶動遮擋部在收納空間及容置空間之間位移，且遮擋部的位移方向與驅動桿體平行。
本發明提出一種遮擋機構，適用於一基板處理腔室，包括：至少一驅動桿體；至少一連接座，連接驅動桿體；及一遮擋部，連接連接座，其中驅動桿體轉動時會帶動連接座及遮擋部沿著驅動桿體位移，且遮擋部的位移方向與驅動桿體平行。
所述的基板處理腔室，包括一驅動單元及一磁流體軸封，驅動桿體則透過磁流體軸封設置在收納腔體或反應腔體，而驅動單元連接驅動桿體，並帶動驅動桿體轉動，以驅動連接驅動桿體的連接座沿著驅動桿體位移，其中驅動桿體為一螺桿，而連接座則包括一螺孔或一螺紋，連接座透過螺孔或螺紋連接螺桿。
所述的基板處理腔室，包括至少一位置感測單元設置於收納腔體或反應腔體，並用以感測遮擋部的位置。
所述的基板處理腔室，包括一靶材設置在反應空間內並面對承載盤，位移至容置空間的遮擋部位於靶材及承載盤之間。
所述的基板處理腔室，包括至少一襯套位於容置空間及收納空間，並包括一隔離空間，而驅動桿體及連接座位於襯套的隔離空間內。
所述的基板處理腔室及遮擋機構，其中襯套由一導電材質所製成，並電性連接一偏壓單元。
所述的基板處理腔室及遮擋機構，包括一抽氣單元流體連接襯套的隔離空間，並用以抽出隔離空間內的氣體。
10:基板處理腔室
11:反應腔體
111:擋件
112:開口
12:容置空間
121:反應空間
123:清潔空間
13:承載盤
14:收納空間
15:收納腔體
151:位置感測單元
161:靶材
163:基板
17:遮擋機構
171:驅動桿體
1711:磁流體軸封
1713:軸承
173:連接座
175:遮擋部
177:驅動單元
179:襯套
1791:隔離空間
1792:底部
1793:側部
1794:間隔
18:偏壓單元
19:抽氣單元
191:抽氣管線
193:真空管線
[圖1]為本發明基板處理腔室操作在遮擋狀態一實施例的立體剖面示意圖。
[圖2]為本發明基板處理腔室操作在收納狀態一實施例的立體剖面示意圖。
[圖3]為本發明基板處理腔室的遮擋機構一實施例的放大剖面示意圖。
[圖4]為本發明基板處理腔室操作在遮擋狀態一實施例的側面剖面示意圖。
[圖5]為本發明基板處理腔室操作在收納狀態一實施例的側面剖面示意圖。
[圖6]為本發明基板處理腔室操作在遮擋狀態一實施例的俯視剖面示意圖。
[圖7]為本發明基板處理腔室操作在收納狀態一實施例的俯視剖面示意圖。
[圖8]為本發明基板處理腔室又一實施例的立體剖面示意圖。
[圖9]為本發明基板處理腔室又一實施例的立體剖面示意圖。
[圖10]為本發明基板處理腔室又一實施例的剖面示意圖。
請參閱圖1及圖2，分別為本發明基板處理腔室操作在遮擋狀態及收納狀態一實施例的立體剖面示意圖。如圖所示，基板處理腔室10主要包括一反應腔體11、一承載盤13、一收納腔體15及一遮擋機構17，其中反應腔體11連接收納腔體15，而承載盤13則設置在反應腔體11內。
反應腔體11內具有一容置空間12，用以容置承載盤13。收納腔體15連接反應腔體11，並具有一收納空間14，其中收納空間14流體連接容置空間12，並用以收納遮擋部175。
承載盤13位於反應腔體11的容置空間12內，並用以承載至少一基板163。以基板處理腔室10為物理氣相沉積腔體為例，如圖4及圖5所示，反應腔體11內設置一靶材161，其中靶材161面對基板163及承載盤13。
請配合參閱圖3，遮擋機構17包括至少一驅動桿體171、至少一連接座173及一遮擋部175，其中連接座173連接遮擋部175及驅動桿體171，且遮擋部175及連接座173可相對於驅動桿體171位移。
在本發明一實施例中，驅動桿體171可為一螺桿，其中驅動桿體171的表面具有一螺紋。連接座173則包括一螺紋或一螺孔，連接座173的螺紋或螺孔咬合驅動桿體171表面的螺紋。驅動桿體171轉動時會驅動連接座173及遮擋部175沿著驅動桿體171在收納空間14及容置空間12之間位移，其中遮擋部175位移的方向與驅動桿體171的軸向平行。
在實際應用時，驅動桿體171可連接一驅動單元177，並透過驅動單元177帶動驅動桿體171轉動，例如驅動單元177可為馬達或步進馬達。
在本發明一實施例中，驅動桿體171由收納腔體15的收納空間14延伸至反應腔體11的容置空間12，例如收納腔體15的一個牆面面對反應腔體11的一個牆面，而驅動桿體171由收納腔體15的牆面延伸至反應腔體11相面對的牆面。驅動桿體171可貫穿收納腔體15或反應腔體11的牆面，並連接設置在收納腔體15及反應腔體11外部的驅動單元177。
具體而言，驅動桿體171可透過軸封或磁流體軸封1711設置在收納腔體15的牆面，使得驅動單元177帶動驅動桿體171相對於收納腔體15轉動時，不會破壞容置空間12及收納空間14的真空。此外驅動桿體171的另一端可透過一軸承1713連接反應腔體11的牆面。
在本發明上述實施例中，驅動桿體171穿過收納腔體15的牆面，並連接與收納腔體15相鄰的驅動單元177。在本發明另一實施例中，驅動桿體171可改為穿過反應腔體11的牆面，並連接與反應腔體11相鄰的驅動單元177。
本發明的基板處理腔室10可操作在兩種狀態，分別是收納狀態及遮擋狀態。驅動單元177可透過驅動桿體171帶動連接座173及遮擋部175移動至收納腔體15的收納空間14，使得基板處理腔室10操作在收納狀態，如圖2及圖5所示，其中靶材161與基板163及承載盤13之間不存在遮擋部175。
而後可驅動承載盤13及基板163朝靶材161的方向靠近，並透過容置空間12的氣體，例如惰性氣體，撞擊靶材161，以在基板163的表面沉積薄膜。
在本發明一實施例中，反應腔體11的容置空間12可設置一擋件111，其中擋件111的一端連接反應腔體11，而擋件111的另一端則形成一開 口112。承載盤13朝靶材161靠近時，會進入或接觸擋件111形成的開口12，其中反應腔體11、承載盤13及擋件111會在容置空間12內區隔出一反應空間121，防止在反應空間121外的反應腔體11及承載盤13的表面形成沉積薄膜。
此外，驅動單元177可透過驅動桿體171帶動連接座173及遮擋部175移動至反應腔體11的容置空間12，使得基板處理腔室10操作在遮擋狀態，如圖1及圖4所示。遮擋部175位於靶材161及基板163與承載盤13之間，並用以隔離靶材161及基板163與承載盤13。
遮擋部175可在容置空間12內區隔一清潔空間123，其中清潔空間123與反應空間121的區域部分重疊或相近。清潔空間123內可進行預燒(burn-in)製程，以清潔靶材161及清潔空間123內的反應腔體11及/或擋件111，並去除靶材161表面的氧化物或其他汙染物，及反應腔體11及/或擋件111表面的沉積薄膜。
在清潔基板處理腔室10的過程中，承載盤13及/或基板163會被遮擋部175遮擋或隔離，以避免清潔過程中產生的物質汙染或沉積在承載盤13及/或基板163的表面。
本發明的遮擋部175通常為板狀，例如為圓板但不以此為限，其中遮擋部175的面積大於擋件111形成的開口112及/或承載盤13的面積。
在本發明一實施例中，遮擋機構17的驅動桿體171及連接座173的數量可為一個，其中驅動桿體171透過連接座173連接遮擋部175的側部。驅動桿體171不會與擋件111的開口112、基板163及/或承載盤13重疊或干涉，以避免影響承載盤13的升降及沉積製程的進行。
在本發明另一實施例中，如圖6及圖7所式，驅動桿體171及連接座173可為兩個，其中兩個驅動桿體171分別透過連接座173連接遮擋部175的兩個側部。此外兩個驅動桿體171不會與擋件111的開口112、基板163及/或承載盤13重疊或干涉，其中兩個驅動桿體171之間的垂直距離會大於擋件111的開口112、基板163及或承載盤13的最大長度，例如直徑。因此驅動桿體171不會影響承載盤13的升降及沉積製程的進行。
具體而言，驅動桿體171及連接座173的數量為兩個或兩個以上時，可以更穩定地承載及驅動遮擋部175位移。此外使用兩個驅動桿體171及連接座173，將有利於承載較厚或較重的遮擋部175。較厚重的遮擋部175可避免在清潔基板處理腔室10的過程中發生高溫變形，並可防止清潔過程中的電漿通過變形的遮擋部175接觸下方的承載盤13或基板163。
當驅動桿體171為複數個時，可設計為只有其中一個驅動桿體171連接驅動單元177，而其他的驅動桿體171則不連接驅動單元177。具體而言，連接驅動單元177的驅動桿體171為螺桿，而未連接驅動單元177的其他驅動桿體171則可不具有螺紋。
當驅動單元177帶動連接的驅動桿體171轉動時，將會驅動連接該驅動桿體171的連接座173及遮擋部175沿著平行驅動桿體171的軸向位移，並透過遮擋部175帶動另一個連接座173沿著未連接驅動單元177的驅動桿體171位移。換言之，連接驅動單元177的驅動桿體171用以帶動遮擋部175位移，而未連接驅動單元177的驅動桿體171則用以承載及引導遮擋部175位移。
此外驅動單元177的數量為一個時，驅動單元177可透過連動機構連接兩個驅動桿體171同步轉動。在不同實施例中，驅動單元177的數量亦可為兩個，並分別連接及驅動兩個驅動桿體171轉動。
在本發明一實施例中，遮擋機構17可包括至少一襯套179，其中襯套179位於容置空間12及收納空間14內，並用以包覆驅動桿體171及連接座173。具體而言，襯套179可為長條狀，並由收納腔體15的牆面延伸至反應腔體11相面對的牆面。
襯套179具有一隔離空間1791，其中驅動桿體171及連接座173位於隔離空間1791內。透過襯套179的設置，可避免驅動桿體171驅動連接座173及遮擋部175位移的過程中產生的微粒掉落到容置空間12及/或收納空間14內，以維持真空腔體11的容置空間12的潔淨度。
襯套179由收納空間14延伸至容置空間12，並包括一底部1792及兩個側部1793，其中兩個側部1793分別連接底部1792的兩個側邊，使得底部1792及兩個側部1793的剖面類似U形，並在底部1792及測部1793之間形成隔離空間1791。此外襯套179的頂部設置有一長條狀的間隔1794，而連接座173則沿著間隔1794位移。
在本發明一實施例中，可進一步在收納腔體15上設置至少一位置感測單元151，其中位置感測單元151朝向收納空間14，並用以感測遮擋部175是否進入收納空間14。例如位置感測單元151可以是光感測單元。
若遮擋部175未離開反應腔體11的容置空間12，承載盤13便朝靶材161的方向位移，可能導致承載盤13碰撞遮擋部175，而造成承載盤13及/或遮擋部175的損壞。在實際應用時，可設定為只有位置感測單元151感測 到遮擋部175完全進入收納腔體15後，承載盤13才能朝靶材161的方向靠近，以避免承載盤13及遮擋部175發生碰撞。
在本發明另一實施例中，亦可將位置感測單元151設置在反應腔體11上，朝向反應腔體11的容置空間12，其中位置感測單元151用以感測遮擋部175是否還在容置空間12內。具體而言，位置感測單元151只要可以感測遮檔部175的位置，例如確認遮擋部175完全進入收納腔體15內及/或反應腔體11內不存在遮擋部175即可，位置感測單元151的設置位置或種類並非本發明權利範圍的限制。
在本發明一實施例中，如圖8所示，襯套179可由導電材質所製成，例如金屬襯套，其中襯套179電性連接一偏壓單元18。偏壓單元18用以在襯套179上形成偏壓，而驅動桿體171驅動連接座173及遮擋部175位移時產生的微粒通常會帶電，並會被襯套179上的偏壓所吸引。
透過在襯套179上形成偏壓，可進一步將微粒吸附並聚集在襯套179上，並避免微粒擴散到容置空間12內。在實際應用時，可於驅動桿體171帶動連接座173及遮擋部175位移的過程中，才透過偏壓單元18提供偏壓給襯套179。
在本發明另一實施例中，如圖9所示，可將一抽氣單元19流體連接襯套179的隔離空間1791，其中抽氣單元19可為獨立或新增的構件。抽氣單元19用以抽出隔離空間1791內的氣體，以在隔離空間1791內形成負壓。驅動桿體171驅動連接座173及遮擋部175位移時產生的微粒在進入隔離空間1791後，會被抽氣單元19抽出，以防止微粒汙染容置空間12。
抽氣單元19可以是基板處理腔室10原本的構件，如圖10所示，其中抽氣單元19透過一抽氣管線191連接襯套179的隔離空間1791，並透過一真空管線193連接反應空間12。
具體而言，在驅動桿體171帶動連接座173及遮擋部175位移的過程中，抽氣單元19會透過抽氣管線191抽出隔離空間1791內的氣體。在進行薄膜沉積時，抽氣單元19可透過真空管線193抽出反應空間12內的氣體，使得反應空間12為真空。此外抽氣管線191及/或真空管線193連接抽氣單元19的一端可設置一過濾單元，以避免隔離空間1791內的微粒進入抽氣單元19。
以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
10:基板處理腔室
11:反應腔體
111:擋件
112:開口
12:容置空間
123:清潔空間
13:承載盤
14:收納空間
15:收納腔體
163:基板
17:遮擋機構
171:驅動桿體
175:遮擋部
177:驅動單元
179:襯套
1791:隔離空間

Claims (8)

  1. 一種基板處理腔室，包括：一反應腔體，包括一容置空間；一承載盤，位於該容置空間內，並用以承載至少一基板；一收納腔體，連接該反應腔體，其中該收納腔體包括一收納空間，流體連接該容置空間；及一遮擋機構，包括：至少一驅動桿體，由該收納空間延伸該容置空間；至少一連接座，連接該驅動桿體；及一遮擋部，連接該連接座，其中該驅動桿體透過該連接座帶動該遮擋部在該收納空間及該容置空間之間位移，且該遮擋部的位移方向與該驅動桿體平行；及一驅動單元及一磁流體軸封，該驅動桿體則透過該磁流體軸封設置在該收納腔體或該反應腔體，而該驅動單元連接該驅動桿體，並帶動該驅動桿體轉動，以驅動連接該驅動桿體的該連接座沿著該驅動桿體位移，其中該驅動桿體為一螺桿，而該連接座則包括一螺孔或一螺紋，該連接座透過該螺孔或該螺紋連接該螺桿。
  2. 如請求項1所述的基板處理腔室，包括一靶材設置在該容置空間內並面對該承載盤，位移至該容置空間的該遮擋部位於該靶材及該承載盤之間。
  3. 一種基板處理腔室，包括：一反應腔體，包括一容置空間；一承載盤，位於該容置空間內，並用以承載至少一基板； 一收納腔體，連接該反應腔體，其中該收納腔體包括一收納空間，流體連接該容置空間；及一遮擋機構，包括：至少一驅動桿體，由該收納空間延伸該容置空間；至少一連接座，連接該驅動桿體；及一遮擋部，連接該連接座，其中該驅動桿體透過該連接座帶動該遮擋部在該收納空間及該容置空間之間位移，且該遮擋部的位移方向與該驅動桿體平行；及至少一襯套位於該容置空間及該收納空間，並包括一隔離空間，而該驅動桿體及該連接座位於該襯套的該隔離空間內。
  4. 如請求項3所述的基板處理腔室，其中該襯套由一導電材質所製成，並電性連接一偏壓單元。
  5. 如請求項3所述的基板處理腔室，包括一抽氣單元流體連接該襯套的該隔離空間，並用以抽出該隔離空間內的氣體。
  6. 一種遮擋機構，適用於一基板處理腔室，包括：至少一驅動桿體；至少一連接座，連接該驅動桿體；及一遮擋部，連接該連接座，其中該驅動桿體轉動時會帶動該連接座及該遮擋部沿著該驅動桿體位移，且該遮擋部的位移方向與該驅動桿體平行；及至少一襯套包覆該驅動桿體及該連接座，其中該襯套由一導電材質所製成，並電性連接一偏壓單元。
  7. 如請求項6所述的遮擋機構，包括一抽氣管線流體連接該襯套的一隔離空間，並用以抽出該隔離空間內的氣體。
  8. 一種基板處理腔室，包括：一反應腔體，包括一容置空間；一承載盤，位於該容置空間內，並用以承載至少一基板；一收納腔體，連接該反應腔體，其中該收納腔體包括一收納空間，流體連接該容置空間；及一遮擋機構，包括：至少一驅動桿體，由該收納空間延伸該容置空間；至少一連接座，連接該驅動桿體；及一遮擋部，連接該連接座，其中該驅動桿體透過該連接座帶動該遮擋部在該收納空間及該容置空間之間位移，且該遮擋部的位移方向與該驅動桿體平行；及至少一位置感測單元，設置於該收納腔體或該反應腔體，並用以感測該遮擋部的位置。
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