TWI575100B - 基板處理設備 - Google Patents

Description

基板處理設備 【相關申請案之交互參照】

本申請案主張2013年12月20日向韓國智慧財產局提交申請之韓國專利申請案第10-2013-0160434號之權益，該案之揭示內容係以引用方式併入本文。

本揭示內容係關於一種基板處理設備。

一般而言，在製備半導體裝置中，一直在努力改良用於在半導體基板上形成高品質薄膜之設備或製程，且若干方法已常用於藉由在半導體基板上利用表面反應來形成薄膜。

此等方法包括各種類型的化學氣相沈積(CVD)，包括真空蒸發沈積、分子束磊晶束(MBE)、低壓力化學氣相沈積、有機金屬化學氣相沈積及電漿增強化學氣相沈積，以及原子層磊晶束(ALE)及類似物。

同時，近期已對旨在以下方面之技術發展有所需求：藉由在使用以上方法形成薄膜時增加氣體與基板之間的反應性而改良生產力，同時改良基板之均勻性。

[相關技術文件]

(專利文件1)韓國專利特許公開案第10-2010-0110822。

本揭示內容之一態樣可提供基板處理設備，其改良生產力及基板之均勻性。

本揭示內容之一態樣亦可藉由預熱供應至腔室之內部空間之氣體來提供氣體與基板之間的增加反應性。

根據本揭示內容之示範性實施例，基板處理設備可包括：腔室，該腔室提供內部空間，基板經由通道轉移至該內部空間中，且在該內部空間中對該基板執行製程，且該腔室具有向該基板供應氣體之供應埠；以及基座，該基座安裝於該內部空間中且包括加熱該基板之加熱區及預熱自該供應埠供應的氣體之預熱區。

該預熱區之溫度可高於該加熱區之溫度。

該加熱區之形狀可相應於該基板之形狀，且該預熱區於垂直於氣體流動之方向的方向上之長度可大於該基板之直徑。

該加熱區之中心可偏離該基座之中心，該基座於欲安置成相較於到該供應埠更靠近該通道。

該基座可包括：具有長方體形狀之副基座，該副基座包括偏離該基座之中心的開口且提供該預熱區；以及主基座，該主基座***該開口中且提供該加熱區。

該副基座之熱膨脹係數可低於該主基座之熱膨脹係數。

該基板處理設備可進一步包括排氣埠，該排 氣埠係安置於該腔室之一部分中，該部分與該腔室的其中安置有該供應埠之一部分相對，且該排氣埠將已通過該基板之氣體排出。

該腔室可提供具有長方體形狀之內部空間， 且可具有於其上提供該通道之一側及於其上提供該供應埠之另一側。

該加熱區可安置於該基板下方，且該預熱區 可安置於該加熱區與該供應埠之間。

該預熱區可安置於該加熱區與該供應埠之 間，以允許氣體在通過該加熱區之前通過該預熱區。

W‧‧‧基板

d₁‧‧‧距離

d₂‧‧‧距離

C‧‧‧中心

3‧‧‧內部空間

5‧‧‧反應空間

10‧‧‧基板處理設備

12‧‧‧腔室蓋

13‧‧‧第一安裝凹槽

15‧‧‧隔離件

16‧‧‧第二安裝凹槽

17‧‧‧天線

18‧‧‧頂部電極

20‧‧‧腔室

22‧‧‧通道

25‧‧‧供應埠

28‧‧‧排氣埠

30‧‧‧基座

31‧‧‧凹部

32‧‧‧副基座

34‧‧‧主基座

37‧‧‧加熱器(電熱線)

37’‧‧‧加熱器(電熱線)

38‧‧‧加熱區

38’‧‧‧加熱區

39‧‧‧預熱區

39’‧‧‧預熱區

40‧‧‧擴散部件

42‧‧‧擴散主體

44‧‧‧擴散板

45‧‧‧擴散孔

50‧‧‧排氣部件

52‧‧‧排氣主體

54‧‧‧排氣板

55‧‧‧排氣孔

57‧‧‧氣缸桿

58‧‧‧氣缸

60‧‧‧副擴散板

65‧‧‧副擴散孔

100‧‧‧半導體製造設備

110‧‧‧設備前端模組

120‧‧‧處理設備

130‧‧‧轉移腔室

135‧‧‧基板處置器

140‧‧‧負載鎖定腔室

本揭示內容之以上及其他態樣、特徵及優點將自以下結合隨附圖式之詳細描述得以更清晰地理解，該等圖式中：圖1為示意地例示根據本揭示內容之示範性實施例的半導體製造設備的視圖；圖2為示意地例示圖1中所例示的基板處理設備的視圖；圖3為圖2中所例示的基板處理設備的展開透視圖；圖4及5為例示圖2中所例示的排氣部件之備用位置及處理位置的視圖；圖6為例示圖2中所例示的基座之加熱區及預熱區的視圖；圖7為圖6中所例示的加熱區及預熱區之改進實例；以 及圖8為例示圖6中所例示的基座中之氣體流動的視圖。

在下文，本揭示內容之示範性實施例將參考隨附圖式詳細地描述。然而，本揭示內容可以許多不同形式來具體化且不應解釋為限於本文闡述之實施例。實情為，提供此等實施例以便本揭示內容將為徹底及完全的，且將為熟習此項技術者完全傳達本揭示內容之範疇。

在圖式中，元件之形狀及尺寸可加以誇示以達清晰性，且相同參考數字將在全部圖式中用以指定相同或類似元件。

關於隨文附上來加強對本揭示內容之理解的圖式中之參考數字，對與每一示範性實施例中的相同功能相關的組件指定相同或相似數字。同時，根據本揭示內容之示範性實施例的處理設備將描述為欲用於例如處理基板W，但亦可用於處理各種類型之物體。

圖1為示意地例示根據本揭示內容之示範性實施例的半導體製造設備的視圖。如圖1中所例示，一般而言，半導體製造設備100可包括處理設備120及設備前端模組(EFEM)110。設備前端模組110可安裝於處理設備120之前方，且可在基板容器與處理設備之間轉移基板W。

基板W可在處理設備120內部經歷若干製程。處理設備120可包括轉移腔室130、負載鎖定腔室140及複數個基板處理設備10。轉移腔室130可在自上方觀察 時具有幾乎多邊形形狀，且負載鎖定腔室140及複數個基板處理設備10可安裝於轉移腔室130之側面上。轉移腔室130可具有四邊形形狀，且基板處理設備10中的兩個可安裝於轉移腔室130之每一側面上，而轉移腔室130上安裝有負載鎖定腔室140之側面除外。

負載鎖定腔室140可定位於轉移腔室130的 鄰近於設備前端模組110之側面上。在基板W暫時保留於負載鎖定腔室140之後，該基板W可加載於處理設備120上且在其中得以處理。在基板W受完全處理之後，該基板W可自處理設備120卸載且暫時保留於負載鎖定腔室140中。轉移腔室130及複數個基板處理設備10中之每一者可維持於真空狀態中，且負載鎖定腔室140可於其中具有真空或大氣壓。負載鎖定腔室140可防止外部污染物流入轉移腔室130及複數個基板處理設備10中，且在正在轉移基板W時，藉由阻斷基板W暴露於空氣而防止氧化物層於基板W之表面上之生長。

閘閥(未圖示)可安裝於負載鎖定腔室140與 轉移腔室130之間，以及負載鎖定腔室140與設備前端模組110之間，且轉移腔室130可含有基板處置器135(轉移機器人)。基板處置器135可在負載鎖定腔室140與複數個基板處理設備10中之每一者之間轉移基板W。例如，轉移腔室130內部之基板處置器135可藉由使用第一及第二葉片將基板W同時加載於轉移腔室130之側面上安置的基板處理設備10上。

圖2為示意地例示圖1中所例示的基板處理 設備的視圖，且圖3為圖2中所例示的基板處理設備的展開透視圖。如圖2及3中所例示，基板W可經由形成於腔室20之一側上的通道22轉移至腔室20中，可於該腔室20中對基板W執行製程。腔室20可具有敞開頂部，且腔室蓋12可安裝於腔室20之敞開頂部上。腔室蓋12可包括第一安裝凹槽13，且隔離件15可***第一安裝凹槽13中。隔離件15可包括第二安裝凹槽16，且頂部電極18可安裝於第二安裝凹槽16中且可於腔室20之內部空間3中形成電漿。

頂部電極18之底表面可平行於基座30之頂 表面，且來自外部的高頻電流可經由安裝於頂部電極18內部之天線17供應。腔室蓋12、隔離件15及頂部電極18可封閉腔室20之敞開頂部，且產生內部空間3。腔室蓋12可藉由鉸鏈連接至腔室20，從而允許腔室20之頂部於在腔室20中維修期間敞開。

腔室20可包括內部空間3，可在該內部空間 3中對基板W執行製程，且內部空間3可具有長方體形狀。 基座30可安裝於內部空間3中，且可安置於基板W下方以加熱基板W。基座30可具有相應於內部空間3之形狀的長方體形狀，且可包括其中具有開口(未圖示)之副基座32及可***開口中之主基座34。

在腔室20內部與通道22相對之側面上，一 或多個供應埠25可形成來將氣體供應至腔室20之內部。 擴散部件40可安裝於基座30與腔室20之內壁之間。擴散部件40可包括安置於供應埠25之前部的複數個擴散孔45，且擴散經由供應埠25供應的氣體。

擴散部件40可包括擴散主體42及擴散板 44。擴散主體42可填充基座30與腔室20之內壁之間的空間，且接觸基座30之側表面及腔室20之內壁。擴散板44可自擴散主體42之頂表面突出以安置於擴散主體42外部，且可接觸隔離件15之底表面。擴散孔45可形成於擴散板44中。

此外，在與腔室20內部之供應埠25相對的 側面上，一或多個排氣埠28可形成來排出已通過基板W之未反應氣體、反應副產物及類似物。排氣部件50可安裝來在基座30與腔室20之內壁之間上升及下降，該內壁中形成通道22。排氣部件50可包括複數個排氣孔55，其排出已通過基板W之氣體同時維持氣體之流動。擴散部件40及排氣部件50可相對於彼此對稱，且擴散孔45及排氣孔55可彼此平行形成。

排氣部件50可包括排氣主體52及排氣板 54。排氣主體52可安裝於基座30與腔室20之內壁之間的空間中，且可接觸基座30之側表面，同時與腔室20之內壁間隔分開。排氣埠28進口(或頂部部分)可安置於排氣主體52與腔室20之間的空間之底表面上。

例如，氣缸桿57可連接至排氣部件50之底 表面，且可藉由氣缸58隨排氣部件50一起上升及下降。 排氣部件50及擴散部件40可相對於彼此對稱。排氣孔55及擴散孔45可分別於排氣板54及擴散板44之頂部部分中形成為複數個。複數個排氣孔55可具有介於其之間的預定間隔，且複數個擴散孔45可具有介於其之間的預定間隔。 排氣孔55及擴散孔45可具有圓形或伸長形狀。

擴散部件40及排氣部件50可各自填充基座 30與腔室20之內壁之間的空間。腔室20之頂部可藉由腔室蓋12、隔離件15及頂部電極18封閉，該等組件係用以阻擋內部空間3且形成反應空間5，氣體及基板W可於該反應空間中反應。

在此狀況下，擴散部件40及排氣部件50可 垂直於腔室20中與其相鄰之兩個內壁安置，且腔室20於其長度方向上之其他兩個內壁可平行於氣體流動之方向安置；因此，反應空間5可具有長方體形狀。此外，排氣部件50可安置於腔室的其中安置有通道22之一部分，以便藉由通道22引起的反應空間5之不對稱性可得以消除，且由於通道22之存在而出現的非均勻性可得以防止。

換言之，通道22可形成於腔室20之一側上， 從而允許基板W得以經由通道22加載於腔室20中及卸載出腔室20。然而，通道22之存在不可避免引起腔室20之內部空間的不對稱性。另一方面，使用排氣板54將通道22與反應空間5阻斷可為反應空間5提供對稱性。

亦即，氣體可經由供應埠25供應至腔室20 中之反應空間5，且藉由通過形成於擴散板44中之擴散孔 45而擴散。擴散氣體可通過反應空間5中之基板W，且未反應氣體及反應副產物可經由形成於排氣板54中之排氣孔55以及排氣埠28排出。因此，氣體之層流可經由分別形成於排氣板54及擴散板44中之排氣孔55及擴散孔45維持，且氣體之均勻供應可遍及基板W之整個表面來提供。

在此狀況下，擴散主體42之頂表面可低於基 座30之頂表面，因此反應空間5於擴散主體42之上的高度可大於反應空間5於基座30之上的高度。因此，已通過擴散孔45之氣體可在反應空間5中於擴散主體42之上擴散。在此狀況下，排氣主體52之頂表面可低於基座30之頂表面，因此反應空間5於排氣主體52之上的高度可大於反應空間5於基座30之上的高度。因此，已通過基座30之頂部的氣體可在反應空間中於排氣主體52之上均勻地流動。因此，經由擴散部件40供應且經由排氣部件50排出的氣體可在反應空間5中、於擴散部件40及排氣部件50之長度方向上具有均勻流動，與氣體於整個反應空間5中之位置無關。

此外，副擴散板60可安裝於供應埠25中。 副擴散板60及擴散板44可彼此間隔分開預定距離，且副擴散板60可包括複數個副擴散孔65，如擴散板44中之情況。副擴散孔65及擴散孔45可彼此交替形成，以使得已通過副擴散孔65之氣體可再次經由擴散孔45擴散，因此在基板W之表面上形成均勻層流，藉以可達成均勻氣體供 應。

圖4及5為例示圖2中所例示的排氣部件之 備用位置及處理位置的視圖。氣缸桿57可連接至排氣部件50之底表面，且可藉由氣缸58上升及下降。如圖4中所例示，排氣部件50可在腔室20中安置成遠離通道22可安置處。當基板W加載於腔室20之內部時，氣缸桿57可隨排氣部件50一起下降進入「備用」位置，以便提供用於基板W之轉移通道。

此外，如圖5中所例示，在加載基板W之後， 當對基板W執行製程時，可關閉安置於通道22外部的閘閥，且氣缸58可隨排氣部件50一起上升進入「處理位置」。 因此，在基板W之製程期間，副擴散板60、擴散板44及排氣板54可大體上安置於相同高度處，且經由副擴散板60及擴散板44擴散的氣體可通過基板W，且維持層流直至排氣板54。

圖6為例示圖2中所例示的基座之加熱區及 預熱區的視圖，且圖7為圖6中所例示的加熱區及預熱區之改進實例。如圖6中所例示，基座30可包括：加熱區38，其加熱基板W；以及預熱區39，其預熱經由供應埠25引入的氣體。加熱區38可相應於凹部31，基板W可置放在該凹部中。加熱區38可包括加熱器(電熱線)37，且加熱區38可安置成相較於到供應埠25更靠近通道22。

換言之，加熱區38之中心C與通道22之間的距離d₁小於加熱區38之中心C與供應埠25之間的距離 d₂。藉由將加熱區38安置成相較於到供應埠25更靠近通道22，經由供應埠25供應的氣體可順序地通過副擴散孔65及擴散孔45，藉以可確保足以相對於基板W形成層流之距離及時間。

同時，如圖7中所例示，預熱區39’可形成於 基座30的排除加熱區38’之整個表面上。亦即，副基座32可包括預熱區39’，且主基座34可包括加熱區38’。副基座32及主基座34可各自包括加熱器(電熱線)37’，且副基座32之溫度可高於主基座34之溫度。

圖8為例示圖6中所例示的基座中之氣體流 動的視圖。如圖8中所例示，副擴散孔65及擴散孔45可彼此交替地形成，且經由供應埠25供應的氣體可經由副擴散孔65擴散，且隨後再經由擴散孔45擴散。因此，氣體可於基板W之表面之上形成層流，藉以可提供均勻的氣體供應。此外，雖然維持層流，但是氣體可經由形成於排氣板54中之排氣孔55排出。因此，氣體可遍及基板W之中央及邊緣部分均勻地流動。

反應空間5可具有長方體形狀，且因此可維持自擴散板44至排氣板54之相同距離，進而允許氣體在反應空間5中維持自擴散板44至排氣板54之均勻流動。另一方面，在其中反應空間5具有圓形形狀之狀況下，自擴散板44至排氣板54之距離取決於氣體於反應空間5中之位置而變化，從而引起氣體在反應空間5中維持層流之困難。

預熱區39可安置於加熱區38與供應埠25之 間，且預熱區39可包括如加熱區38中之加熱器37。加熱區38及預熱區39可例如受單獨控制，預熱區39之溫度可高於加熱區38之溫度。加熱區38之中心C可偏離基座30之中心，以便安置成相較於到供應埠25更靠近通道22。 在預熱區39中預熱的氣體可朝向基板W流動。

如上所述，基座30可包括副基座32及主基 座34。主基座34可提供加熱區38，且副基座32可提供預熱區39。副基座32可包括安置成偏離基座30之中心的開口，且可具有相應於內部空間3之形狀的長方體形狀。主基座34可***形成於副基座32中之開口中，且可具有相應於基板W之形狀的形狀。預熱區39於垂直於氣體流動之方向的方向上之長度可大於基板W之直徑，且因此流過供應埠25進入反應空間5中之氣體可通過預熱區39，且流向基板W，同時具有增加的溫度。

同時，副基座32可由具有比主基座34之熱 膨脹係數低的熱膨脹係數之材料形成。例如，副基座32可由氮化鋁(AlN：熱膨脹係數=4.5^-6/℃)形成，且主基座34可由鋁(Al：熱膨脹係數=23.8^-6/℃)形成。因此，副基座34之預熱區39可防止對基板W之損壞，該等損壞係藉由在以高於形成於主基座32中之加熱區38之溫度的溫度加熱基板W時所發生的熱膨脹而引起。

因此，在根據本揭示內容之示範性實施例的 基板處理設備中可補償關於增加量之氣體及用於基板處理 之成本的限制(其係由於以下造成：藉由將排氣埠安置成與基板間隔分開以便消除氣體於現存基板處理設備中之非均勻性而引起的腔室之內部空間體積的增加)以及關於對基板執行沈積所需的較長處理時間的限制。此外，基板處理效率及品質可藉由在腔室20之內部空間3中形成氣體之層流且藉由利用擴散部件40、副擴散板60及排氣部件50來最小化氣體流動所需的空間而改良。

此外，氣體與基板W之間的反應性可藉由以 下方式改良：經由提供高於加熱區38之溫度的溫度之預熱區39來預熱自供應埠25引入的氣體，且藉由使預熱氣體流向基板W並在加熱區38中快速地獲得處理溫度。

雖然以上已展示且描述示範性實施例，但是 熟習此項技術者應明白的是，在不脫離如隨附申請專利範圍所界定的本發明之範疇的情況下，可做出修改及變化。

10‧‧‧基板處理設備

100‧‧‧半導體製造設備

110‧‧‧設備前端模組

120‧‧‧處理設備

130‧‧‧轉移腔室

135‧‧‧基板處置器

140‧‧‧負載鎖定腔室

Claims (8)

1. 一種基板處理設備，其包含：一腔室，該腔室提供一內部空間，一基板經由一通道轉移至該內部空間中，且在該內部空間中對該基板執行一製程，且該腔室具有向該基板供應一氣體之一供應埠；以及一基座，該基座安裝於該內部空間中且包括具有第一加熱器之一加熱區以加熱該基板及具有第二加熱器之一預熱區以預熱自該供應埠供應的該氣體；該加熱區安置於該基板下方；該預熱區安置於該加熱區與該供應埠之間，以允許該氣體在通過該加熱區之前通過該預熱區。
2. 如請求項1所記載之基板處理設備，其中該預熱區之一溫度高於該加熱區之一溫度。
3. 如請求項1所記載之基板處理設備，其中該加熱區之一形狀相應於該基板之形狀；該預熱區於垂直於一氣體流動之一方向的一方向上之一長度大於該基板之一直徑。
4. 如請求項1所記載之基板處理設備，其中該加熱區之一中心偏離該基座之一中心，該基座於欲安置成相較於到該供應埠更靠近該通道。
5. 如請求項1或4所記載之基板處理設備，其中該基座包括：具有一長方體形狀之一副基座，該副基座包括偏 離該基座之該中心的一開口且提供該預熱區；一主基座，該主基座***該開口中且提供該加熱區。
6. 如請求項5所記載之基板處理設備，其中該副基座之一熱膨脹係數低於該主基座之一熱膨脹係數。
7. 如請求項1所記載之基板處理設備，其進一步包含一排氣埠，該排氣埠係安置於該腔室之一部分中，該部分與該腔室的其中安置有該供應埠之一部分相對，且該排氣埠將已通過該基板之該氣體排出。
8. 如請求項1所記載之基板處理設備，其中該腔室提供具有一長方體形狀之該內部空間，且具有於其上提供該通道之一側及於其上提供該供應埠之另一側。