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TWI488995B - 放置於基板座上之基板之塗佈裝置 - Google Patents

放置於基板座上之基板之塗佈裝置 Download PDF

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TWI488995B
TWI488995B TW097122046A TW97122046A TWI488995B TW I488995 B TWI488995 B TW I488995B TW 097122046 A TW097122046 A TW 097122046A TW 97122046 A TW97122046 A TW 97122046A TW I488995 B TWI488995 B TW I488995B
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卡普勒 約翰尼斯
羅伯特 博伊德 亞登
默德 詹恩
費隆 奧利維爾
塞威爾 維特
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愛思強公司
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Description

放置於基板座上之基板之塗佈裝置
本發明係有關一種基板塗佈裝置，其包括一個位在反應器殼體中的反應室、及一個位在反應室中分成兩部分且基本上為鍋形的基板座，其平板狀的鍋底部分構成一個基板座上部件，側壁則構成一個基板座下部件；基板座上部件之底板之外側朝向反應室，並構成至少一個基板承載面；基板上部件之邊緣則抵靠基板下部件之頂側；基板下部件被一個基板座載體所支撐，而且，底板下方設有加熱基板座上部件的加熱區。
US 2004/0226515 A1提出該種裝置，其反應室中設有一個鍋形的基板座，其底板構成基板承載面。底板下方設有一個加熱裝置。
DE 102005056536 A1提出一種裝置，其基板座由單一的石墨件構成。該基板座為鍋形，鍋底的外壁構成基板承載面。該鍋底外壁構成反應室底部，而反應室頂部則由一個進氣機構構成。基板座內部設有一個加熱裝置，以加熱基板座表面，而該表面溫度可達1600℃。DE 102006018515 A1提出一種具有反應室的反應器殼體，其環形基板座抵靠一個環形載板。
WO2004/079043 A2提出一種塗佈裝置之基板座，其包含多個組件，該等組件各具有高導熱性。
US 5,480,489提出一種CVD反應器，其包含一個多件 式基板座，其與基板接觸部分由石墨構成。
US 2006/0057826 A1提出一種基板座，其背面設有一個凹槽，凹槽內容置一個熱電元件。
US 5,091,208提出一種CVD反應器之多件式基板座，其具有一個中心孔，該中心孔內設有一個溫度感測器。
US 5,552,124同樣提出一種具有中心孔的多件式基板座，一個插銷可伸入該中心孔中。
JP 06020969 A提出一種石墨製成的圓筒形基板座。
CVD裝置為習知，其基本上呈圓形的基板座承載面可大於300mm。加熱裝置可以是感應或電阻線圈。可在不同的徑向部分構成不同的加熱區。鍋形基板座開口朝下設置在反應器殼體中，其側壁構成的抵靠端抵靠在一個基板座載體上。基板座載體可由石英管構成。該石英管可被驅動旋轉，使基板承載面可相對於進氣機構旋轉。承載面上放置複數個基板，其與中心具有不同的徑向距離。該技術之問題在於，需使基板承載面邊緣部分亦得到需要的沈積溫度，使得整個承載面溫度梯度為極小。
基板座上的基板之塗層係由進氣機構輸入反應室中的氣體所構成。該氣體在氣相中或與基板表面接觸時解離，而在基板表面凝結成一層晶體薄膜。為沈積出均勻的薄膜，不僅需要使基板座具均勻的溫度曲線，更需使批次(run-to-run)具有相同的初始條件。必要時，需可將基板座取出反應室，以便在反應器殼體外部進行清潔。
本發明之目的在於進一步改良上述之裝置，使其在使用上更有利。
此目的係由申請專利範圍所述之發明所達成，申請專利範圍第2至11項為申請專利範圍第1項之附屬項，申請專利範圍第13至15項為申請專利範圍第12項之附屬相。申請專利範圍每一項皆可為獨立或與其他申請專利範圍相組合。
依據本發明，基板座由兩個彼此分離的部件所構成。基板座環形下部件構成一個抵靠端，而基板座以該抵靠端抵靠一個基板座載體。基板座下部件較佳亦構成鍋形基板座之主要側壁。基板座上部件至少構成鍋底，亦即，整個基板承載面。尚為重要的是，基板座上部件之邊緣與基板座下部件之頂側間的縫隙構成熱傳導障礙。如此使得加熱裝置輸入基板上部件的熱不會、或只有小部分經熱傳導而傳輸至基板下部件。在本發明另一設計中，構成反應室底部的基板座上側，係以一個弧形部分與側壁部分連接。該弧形部分及側壁部分皆屬於基板座上部件。弧形部分之彎曲半徑為15mm，尤其是，10mm至20mm。基板座內側之鍋底與側壁之間同樣有一個弧形部分，該內弧之彎曲半徑小於外弧之彎曲半徑，可為10mm，亦可為5mm至15mm。屬於基板座上部件的底板之下方設有多個加熱區。此等加熱區基本上為旋轉對稱，且與基板座中心具有不同的距離。加熱區可由電阻線圈構成，其可以呈螺旋狀。邊緣部分，亦即，內弧處，之電阻線圈，係較基板座中心部分為密。在 本發明另一實施例中，基板座上部件沒有側壁部分，而只構成抵靠管形基板座下部件之頂側的圓盤形蓋板。基板座上部件在抵靠處，亦即，邊緣處，具有一個環形的傾斜面，亦即，如第一實施例之弧形，以減少基板座朝向進氣機構之外側的溫度梯度。由於該環形傾斜面，基板座上部件之邊緣部分之厚度略微縮小。基板座上部件與傾斜面相對的面，構成一個環形階梯部，而基板座上部件以該環形階梯部形狀嚙合抵靠基板座下部件。第一實施例之基板座上部件同樣可構成一個階梯部，使得兩個基板座部件達到形狀嚙合連接。除此之外，亦可設有凸起，例如，設在基板座下部件上，以及，相應的凹口，例如，設在基板座上部件上。基板座係被驅動旋轉，尤其是被基板座載體驅動，使得基板座可相對於加熱區旋轉，故，不均勻性可藉時間而獲得平衡。
上述手段可使加熱至1600℃的直徑達400mm之基板座底板之溫度差範圍保持在80℃以下。邊緣為弧形的基板座上部件之溫度差範圍甚至可低於60℃。利用結構性的手段，亦可簡化此種基板座之製造。其可由兩個部件構成，其中一個部件構成基板承載面，而另一個部件則構成一個環形側壁。本發明尚簡化了基板座的清潔。由於基板座底部可與側壁分離，故清潔時只需使底部脫離側壁，然後，將底部取出反應室而進行清潔。邊緣之弧形部分使得基板表面的溫度曲線呈均勻。
基板座上部件抵靠端及基板座下部件頂側具有狹小縫 隙時，可使該處產生溫度跳躍點，如此使得基板座上部件邊緣之熱傳導被略微冷卻。該縫隙只需為100μm。
本發明之目的尚由一種基板塗佈裝置所達成，其反應器殼體內的基板座具有一個熱電元件容置口，該孔係位在基板座下側。本發明並進一步使該容置口成為一個凹陷部。該凹陷部係由基板座下側之一個環形凸起所構成。凹陷部之底面基本上與基板座之下側位在同一平面上。如此使基板座底板在熱電元件處的材料厚度與其他部分一致。該熱電元件位在一個熱電元件支座端面上，而此熱電元件支座端部並伸入凹陷部中。環形凸起不僅構成輻射屏障，亦防止氣體對流導致測量失誤。該熱電元件較佳為與凹陷部底面相接觸，但亦可與凹陷部底面形成有一狹小距離。
以下將依據附圖詳細說明本發明實施例。
圖式僅顯示本發明基板塗佈裝置之重要組件。在未示出的反應器殼體中設有反應室1。其頂部設有一個進氣機構，以將不同的反應氣體輸入反應室1中。圖1至8中，進氣機構被標示為10。進氣機構10可被冷卻或加熱，並且，可具有複數個蓮蓬頭狀的氣體流出孔，而反應氣體一起或分開地經由該氣體流出孔流入反應室1中。
反應室1之底部構成複數個將被塗佈的基板11之承載面4。圖1至8中，基板11放置在基板座2、3之朝向反應室1的上側，但，基板亦可放置在上側的凹槽中。承載面(必要時可由一個未示出的凹槽底部構成)為基板座上 部件2朝向進氣機構10之表面，其係由石墨製成。基板座上部件2以側壁2"之環形抵靠面抵靠在第二基板座部件3之頂側3"上。第二基板座部件3構成基板座下部件，其同樣由石墨製成。基板座下部件3為環形或管形。基板座下部件3之內壁突伸出一個徑向朝內的環形凸起，其不僅構成為圖4中標示為16的嵌合件，亦構成一個抵靠面5，而基板座下部件3係以該抵靠面抵靠於一個石英管之頂面，該石英管則構成基板座載體6。基板座載體6之頂面可設置使嵌合件16嵌入的嵌合口，使得基板座下部件3與基板座載體6不可旋轉地連接。基板座載體6之頂面插入基板座下部件3內，以確保基板座載體6與基板座下部件3形狀嚙合連接。基板座載體6可被驅動旋轉，使基板座2、3可相對於進氣機構10而旋轉。
如圖3至4所示，基板座上部件2所抵靠的基板座下部件頂側3"設有朝上的凸起14、及與凸起14交錯的凹口15。
相對於基板座下部件3之靠內壁的凸起14，基板座上部件2設有凹口18。基板座上部件2抵靠基板座下部件3時，凸起14可嵌入該凹口18。如此使得基板座上部件2與基板座下部件3形狀嚙合連接。
兩個基板座部件2、3構成一個鍋形的頭部，該頭部內部設有一個鄰接於底板2'而由多個電阻線圈所構成的加熱裝置。其構成不同的加熱區A、B、C，而該等加熱區與基板座2、3中心具有不同的徑向距離。位在徑向最外側 的加熱區C加熱基板座上部件2之邊緣部分。此處，加熱線圈彼此之距離小於中心部分。
圖1及5至7顯示之基板座上部件具一個基板承載面4，其係由底板2'之表面構成。承載面4之圓形邊緣處構成外弧7，而連接基板座上部件2之側壁2"。外弧7之彎曲半徑約為15mm。基板上部件2之內側具有內弧8，其係與外弧7相對置。內弧8之彎曲半徑約為10mm。基板座上部件2之側壁2"之厚度小於底板2'。
側壁2"之外表面與基板座下部件之外壁3'相齊平。
圖8顯示第二實施例，其中，基板座下部件3係由一個管形襯套所構成。此處，由部件2、3構成的基板座，同樣為旋轉對稱。基板座上部件2由圓盤形底板2'構成。 基板承載面4為整個中心表面。底板2'之邊緣具有一個傾斜面12，因而，減少基板座上部件2之邊緣部分之厚度。
底板2'之下側構成一個與傾斜面12相對置的階梯部13，而基板座上部件2則以該階梯部抵靠基板座下部件3之頂側3"。
在該實施例中，亦可設置圖5所示之各容置有一基板11的凹槽17。
基板座上部件2之側壁2"與基板座下部件3之頂側3"之間可具有一狹小縫隙，其可在50μm至200μm之間。基板座上部件2可局部地經由一個絕緣體構成的中間件，而抵靠基板座下部件。基板座上部件2與基板座下部件3之 縫隙大於50μm，便足以避免基板座上部件2的熱傳導至基板座下部件3。為使表面得到均勻的溫度曲線，亦即，平坦的溫度梯度，加熱元件9緊密排列在基板座上部件2之內弧8上。邊緣部分加熱元件9，亦即，加熱區C，之加熱功率及附設功率大於中心部分，亦即，加熱區A。
基板座之溫度，尤其是，上述實施例所示之基板座底板2'之溫度，可以一或多個熱電元件24測量。尤其是，在中心部分設有一個測量位置，如圖9放大圖所示。基板座2之底板2'之背面23突出的環形凸起20，構成一個凹陷部21。凹陷部21之底面22與背面23具相同的高度，故，凹陷部之底面22與背面23位在同一平面上。
熱電元件24可被特殊的陶瓷熱電元件支座25所承載。該熱電元件位在陶瓷熱電元件支座端面上，並與凹陷部底面22相接觸。承載熱電元件24的陶瓷熱電元件支座25端部，伸入環形凸起20之凹陷部21，並超越環形凸起20頂點。
由於此種設計，基板座上部件2在溫度測量處之厚度與其他部分之厚度相一致，故測量處不影響承載面4之表面溫度曲線。
如基板座上部件2需被取離反應器殼體以進行清潔，則熱電元件之設置為必要。基板座上部件2可被略微抬高，而脫離基板座下部件3。清潔離開反應器殼體之基板座上部件2時，基板座下部件3保持在反應室中。欲清潔的基板座上部件2亦可與一個已清潔的基板座上部件2交換， 而將該已清潔的基板座上部件2放到基板座下部件3之頂側3"上。頂側3"之朝上的凸起14於是嵌入基板座上部件2之凹口18中。
凸起14之高度基本上等於環形凸起20之高度。
所有揭示特徵本身皆具有發明性質。本發明揭示之特徵完全包含於本案之申請專利範圍中。
1‧‧‧反應室
2‧‧‧基板座(上部件)
2'‧‧‧底板；(平板狀)鍋底部分
2"‧‧‧側壁(部分)
3‧‧‧基板座(下部件)；(第二)基板座部件
3'‧‧‧外壁
3"‧‧‧(基板座下部件)頂側
4‧‧‧(基板)承載面；(基板座上部件底板)外側；(基板座)上側
5‧‧‧抵靠面
6‧‧‧(基板座)載體
7‧‧‧外弧；弧形部分
8‧‧‧內弧
9‧‧‧加熱元件
10‧‧‧進氣機構
11‧‧‧基板
12‧‧‧傾斜面
13‧‧‧階梯部
14‧‧‧凸起
15‧‧‧凹口
16‧‧‧嵌合件
17‧‧‧凹槽
18‧‧‧凹口
20‧‧‧環形凸起
21‧‧‧凹陷部；容置口
22‧‧‧(凹陷部)底面
23‧‧‧(基板座上部件底板)背面；(基板座)下側
24‧‧‧熱電元件
25‧‧‧熱電元件支座
A‧‧‧加熱區
B‧‧‧加熱區
C‧‧‧加熱區
圖1係本發明第一實施例反應器殼體反應室之剖面圖。
圖2係基板座下部件之俯視圖。
圖3係圖2線III-III之剖面圖。
圖4係基板座下部件之側視圖。
圖5係基板座上部件之俯視圖。
圖6係基板座上部件之仰視圖。
圖7係圖5線VII-VII之剖面圖。
圖8係本發明第二實施例如圖1之圖。
圖9係圖1中IX部分之放大圖。
1‧‧‧反應室
2‧‧‧基板座(上部件)
2'‧‧‧底板；(平板狀)鍋底部分
2"‧‧‧側壁(部分)
3‧‧‧基板座(下部件)；(第二)基板座部件
3'‧‧‧外壁
3"‧‧‧(基板座下部件)頂側
4‧‧‧(基板)承載面；(基板座上部件底板)外側；(基板座)上側
5‧‧‧抵靠面
6‧‧‧(基板座)載體
7‧‧‧外弧；弧形部分
8‧‧‧內弧
9‧‧‧加熱元件
10‧‧‧進氣機構
11‧‧‧基板
20‧‧‧環形凸起
23‧‧‧(基板座上部件底板)背面；(基板座)下側
25‧‧‧熱電元件支座
A‧‧‧加熱區
B‧‧‧加熱區
C‧‧‧加熱區

Claims (14)

  1. 一種基板之塗佈裝置，其包括一個位在反應器殼體中的反應室(1)、及一個位在反應室中分成兩部分且基本上為鍋形的基板座(2,3)，其平板狀的鍋底部分(2’)構成基板座上部件(2)，側壁則構成基板座下部件(3)；基板座上部件(2)之底板(2’)之外側(4)朝向反應室(1)，並構成至少一個基板承載面；基板座上部件(2)之邊緣則抵靠基板座下部件(3)之頂側(3”)；基板座下部件(3)被一個基板座載體(6)所支撐，而且，底板(2’)下方設有加熱基板座上部件(2)的加熱區(A,B,C)；其特徵為：基板座上部件(2)可與基板座下部件(3)分離而被取出反應室(1)，而且，基板座上部件(2)之邊緣與基板座下部件(3)頂側(3”)間的縫隙構成熱傳導障礙；以及構成反應室(1)之底部的基板座(2)之上側(4)係以一個弧形部分(7)而與側壁部分(2”)相連接。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，兩個基板座部件(2,3)係由相同材料，尤其是石墨，所製成。
  3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，基本上為圓形的基板座上部件(2)之底板(2’)下方設有多個加熱區(A,B,C)，其係與基板座中心具有不同的距離。
  4. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中，徑向最外側的加熱區(C)之加熱功率高於內側的加熱區(A,B)，而且，加熱區(A,B,C)係由電阻線圈(9)所構成，其在邊緣部分的密度大於中心部分。
  5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，相對於外弧(7)設有一個內弧(8)，而該內弧(8)之彎曲半徑小於外弧(7)之彎曲半徑。
  6. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，基板座上部件(2)之側壁(2”)之厚度小於底板(2’)之厚度。
  7. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，基板座上部件(2)具有一個環形傾斜面(12)。
  8. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，基板座上部件(2)之底板(2’)之邊緣背面(23)構成一個階梯部(13)，而基板座上部件(2)係以該階梯部(13)而抵靠在基板座下部件(3)之頂側(3”)上。
  9. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，基板座上部件(2)與基板座下部件(3)間的縫隙至少約為100μm。
  10. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，基板座載體(6)被驅動旋轉，使得基板座(2,3)對固定的加熱裝置旋轉。
  11. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，基板座(2)設置在反應器殼體內，其上側(4)構成基板(11)之承載面，其下側(23)具有至少一個容置口(21)，以容置至少一個熱電元件(24)；以及該至少一個容置口為基板座下側(23)之一個環形凸起(20)構成的凹陷部(21)，而其底面(22)基本上與基板座下側(23)在同一平面上。
  12. 如申請專利範圍第11項之裝置，其中，凹陷部(21) 位在基板座(2)中心。
  13. 如申請專利範圍第11項之裝置，其中，一個以其端面承載熱電元件(24)的熱電元件支座(25)伸入凹陷部(21)，並超越環形凸起(20)之頂點。
  14. 如申請專利範圍第11項之裝置，其中，熱電元件(24)與凹陷部(21)底面接觸或與其具有一段狹小距離。
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