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TWI892012B - 基體處理裝置及方法 - Google Patents

基體處理裝置及方法

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Publication number
TWI892012B
TWI892012B TW111117191A TW111117191A TWI892012B TW I892012 B TWI892012 B TW I892012B TW 111117191 A TW111117191 A TW 111117191A TW 111117191 A TW111117191 A TW 111117191A TW I892012 B TWI892012 B TW I892012B
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TW
Taiwan
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substrate
reaction chamber
substrate processing
support
support platform
Prior art date
Application number
TW111117191A
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English (en)
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TW202316537A (zh
Inventor
瓦諾 基爾皮
湯姆 布隆貝格
Original Assignee
芬蘭商皮寇桑公司
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Publication date
Application filed by 芬蘭商皮寇桑公司 filed Critical 芬蘭商皮寇桑公司
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Abstract

一種基體處理裝置(100)，包含一反應室(20)，其具有一上部部分(20a)及一下部部分(20b)，其等密封該反應室(20)的一內部容積，以供基體處理，該下部部分(20b)為可移動而與該上部部分(20a)分開，以在其間形成一基體裝載間隙；一基體支撐系統，其包含一支撐台(31)，及可相對於該支撐台(31)垂直移動並延伸穿過該支撐台(31)的至少一支撐元件(70)，以在該反應室(20)內接收一基體；以及一止擋件(90)，其在一基體裝載位準停止該至少一個支撐元件(70)的向下移動。

Description

基體處理裝置及方法
發明領域
本發明大體上係有關基體處理裝置及一方法。更特別地，但非排他地，本發明係有關化學沉積或蝕刻反應器。
發明背景
本節例示有用的背景資訊，而非承認本文中描述的任何技術代表該技藝之現況。
在化學沉積或蝕刻反應器中，將基體載入到一反應室可以由一裝載機器人經由一閘閥從側面執行。然而，此裝載方法及領域中使用的所有相關的基體處理方法對工具設計施加了某些的空間限制。特別是，在反應器的可能設計中觀察到這些限制。這些限制常常彰顯出，在將一基體接收表面定位在反應器內一個適當的位準以發生充足的反應、同時使裝載機器人有足夠的空間進行操作上，存有挑戰。
發明概要
本發明的某些實施例的一目的是提供一種改良的基體處理裝置，其優化以解決在實務中遇到的空間限制或至少為現有技術提供一個替代解決方案。
根據本發明的第一個範例態樣，提供一種基體處理裝置，其包含： 一反應室，其具有一上部部分及一下部部分密封該反應室的一內部容積以供基體處理，該下部部分為可移動與該上部部分分開的，以在其間形成一基體裝載間隙； 一基體支撐系統，包含一支撐台及至少一個支撐元件，該至少一個支撐元件可相對於該支撐台垂直移動並延伸穿過該支撐台，以在該反應室內接收一基體，該裝置進一步包含： 一個止擋件，其在一基體裝載位準處停止該至少一個支撐元件的向下移動。
在某些實施例中，該裝置被配置成使該下部部分隨該支撐台移動。
在某些實施例中，該裝置被配置成使該至少一個支撐元件與該支撐台一起向下移動，直到該至少一個支撐元件被該止擋件(或停止元件)停止。
在某些實施例中，該裝置被配置成使該支撐台在該至少一個支撐元件被該止擋件停止後進一步向下移動。
在某些實施例中，該裝置包含一支撐該止擋件的穩定附接部件。
在某些實施例中，該穩定附接部件從一反應室排出管線延伸出來。
在某些實施例中，該裝置被配置成使該至少一個支撐元件隨該支撐台向上舉升至一基體處理位置。
在某些實施例中，該支撐台被配置成將該基體升高到該反應室的上部部分的一底表面上方。
在某些實施例中，這種舉升發生在該至少一個支撐元件已經接收到該基體之後。
在某些實施例中，該支撐台附接至該反應室，並且該支撐台及該反應室的下部部分(例如，一反應室碗)被配置成作為一個組套上下移動，該至少一個支撐元件及該支撐台被配置成一起上升至 高於基體裝載位準，以及該至少一個支撐元件被配置成保持在裝載位準，被止擋件停止，而同時該支撐台與該下部部分一起降低至低於裝載位準。
在某些實施例中，該裝置包含一至少部分地包圍該反應室的外腔室。 在某些實施例中，該外腔室是一真空腔室。
在某些實施例中，於一基體處理位置時，該至少一個支撐元件的一頂表面駐留在高於一基體裝載裝置所使用之閘閥的裝載開口的最高點以進行裝載基體。
在某些實施例中， 一閘閥附接在該外腔室的一壁上。
在某些實施例中，該至少一個支撐元件係呈具有一放大頂部之銷的形式。
在某些實施例中，該裝置被配置成在該反應室內以序列式自限性的表面反應處理至少一個基體。
根據本發明的第二個範例態樣，提供一種基體處理裝置，其包含： 一反應室，其具有一上部部分及一下部部分密封該反應室的一內部容積以供基體處理，該下部部分為可移動與該上部部分分開的，以在其間形成一基體裝載間隙；以及 一基體支撐系統，其包含一適於將一基體升高到該反應室的上部部分的一底表面上方的支撐台。
根據本發明的第三個範例態樣，提供一種裝載基體到一反應室中的方法，其包含： 將一反應室的一下部部分移動與該反應室的一上部部分分開，以在其間形成一基體裝載間隙； 降低一包含一支撐台及至少一個支撐元件的基體支撐系統，其中該至少一個支撐元件可相對於該支撐台垂直移動並延伸穿過該支撐台；以及 藉由一止擋件在一基體裝載位準停止該至少一個支撐元件的向下移動。
在某些實施例中，該方法包含： 在該至少一個支撐元件被該止擋件停止後(其中該至少一個支撐元件保持在基體裝載位準)，將該支撐台進一步向下移動。
根據本發明的第四個範例態樣，提供一種裝載基體到一反應室中的方法，其包含： 將一反應室的一下部部分移動與反應室的一上部部分分開，以在其間形成一基體裝載間隙； 將一支撐台上的一基體升高到該反應室的上部部分的一底表面上方，並藉由該上部部分及該下部部分密封該反應室的一內部容積以供基體處理。
不同的非約束性的範例態樣及實施例已例示於前文。上述實施例僅用於解釋可利用來實施本發明的選定態樣或步驟。一些實施例可僅參考某些範例態樣來提出。 應理解的是，對應的實施例亦適用於其它範例態樣。特別是，在第一個態樣的情境中所說明的實施例係適用於每個進一步的態樣。可形成該等實施例之任何適當組合。
在以下說明中，以使用原子層沉積(ALD)技術及原子層蝕刻(ALE)技術為例。
ALD生長機制的基本原理對熟知技藝者來說是已知的。ALD是一種特殊的化學沉積方法，其係基於將至少兩個反應性前驅物物種依序引入到至少一個基體。一基本的ALD沉積循環由四個序列步驟組成：脈衝A、吹掃A、脈衝B及吹掃B。脈衝A由第一前驅物蒸氣組成而脈衝B由另一個前驅物蒸氣組成。非活性氣體及一真空泵通常使用在吹掃A及吹掃B期間從反應空間中清除氣態反應副產物及殘留的反應物分子。一沉積序列包含至少一個沉積循環。重複沉積循環直到該沉積序列產生一所需厚度的薄膜或塗層。沉積循環也可以更簡單或更複雜。舉例而言，該循環可以包括三個或更多被吹掃步驟分開的反應物蒸氣脈衝，或者某些吹掃步驟可以省略。或者，對於電漿輔助ALD，例如PEALD(電漿增強原子層沉積)，或者對於光子輔助ALD，可以藉由分別通過電漿或光子饋入為表面反應提供所需的額外能量來輔助一個或多個沉積步驟。或者反應性前驅物中之一者可以被能量替代，導致單前軀體ALD程序。因此，脈衝和吹掃序列可能取決於每種特定情況而不同。沉積循環形成由一邏輯單元或一微處理器控制的一定時沉積序列。由ALD生長的薄膜係緻密的、無針洞，且具有均勻的厚度。
至於基體處理步驟，該至少一個基體通常在一反應容器(或反應室)中暴露於時間上分開的前驅體脈衝，藉由序列式自飽和(或自限性)表面反應將材料沉積在基體表面上。在本申請案的上下文中，術語ALD包含所有適用的以ALD為基的技術以及任何等效或密切相關的技術，諸如，例如以下ALD子類型：MLD(分子層沉積)、電漿輔助ALD，例如PEALD(電漿增強原子層沉積)以及光子輔助或光子增強原子層沉積(亦稱為閃光增強ALD或光­­-ALD)。
然而，本發明不限於ALD技術，而是可以在各式各樣的基體處理裝置中加以利用，例如在化學氣相沉積(CVD)反應器中，或在蝕刻反應器中，諸如在原子層蝕刻(ALE)反應器中。
ALE蝕刻機制的基本原理對熟知技藝者來說是已知的。ALE是一種使用自限的序列式反應步驟從一表面移除材料層的技術。一典型的ALE蝕刻循環包含用以形成一反應層的一修飾步驟，以及用以僅去除該反應層的一移除步驟。 所述移除步驟可包含使用一電漿物種，特別是離子，以進行層移除。
在ALD和ALE技術的情境下，自限性表面反應意指當表面反應位點完全耗盡時，表面反應層上的表面反應將停止並自飽和。
圖1顯示根據某些實施例，在基體處理階段的一基體處理裝置100之橫截面示意圖。該基體處理裝置100可以是，例如，一ALD反應器或一ALE反應器。該裝置100包含一反應室20，及至少部分地包圍反應室20的一外腔室10(或真空腔室)。一中間容積15(或中間空間)在反應室20和外腔室10之間形成。在某些實施例中，該中間容積15在反應室20外部的外腔室10內形成，使得該中間容積15是由一外腔室壁及一反應室壁兩者界定且據此在其間形成。
該裝置100進一步包含一基體支撐(或基體支撐系統)30於反應室20內。 在某些實施例中， 該基體支撐30係形成為一支撐台(或基體支撐台)31。在某些實施例中， 該基體支撐30包含該支撐台31及一底蓋32。在某些實施例中，該基體支撐30包含一空心內容積35。該容積35可以由該支撐台31與該底蓋32或於其間界定。
該反應室20在某些實施例中包含一上部部分20a及一下部部分20b，其密封反應室20的一內部容積以供基體處理。 另外，該上部部分20a包含一底表面20c。
一基體11由基體支撐30 或其支撐台31支撐，並在反應室20內藉由例如ALD或ALE進行真空處理。據此，該基體暴露於序列式自限性表面反應。反應室內的流動幾何由箭頭12顯示。前驅物蒸氣(在某些實施例中包括一電漿物種)從頂部接近該基體11的表面，並從反應室20的底部離開反應室20進入一排出管線13。
該基體支撐30(或其底部件或底蓋32)係由一連接(支撐)部件25從下方(或從一側面(未示出))支撐並附接至該下部部分20b。 在某些實施例中，該部件25形成一從該空心內容積35到該中間容積15的通道。這使得，例如，來自支撐台31的配線能夠從容積35饋通到容積15(以及從容積15經由一適當的外腔室饋通部到真空外部)，而不會將它們暴露於例如反應物、電漿或前驅物蒸氣。
在某些實施例中，該基體支撐30進一步包含至少一個可垂直移動的支撐元件(或一組可垂直移動的支撐元件)70，其延伸穿過基體支撐30或穿過支撐台31，儘管在某些其它實施例中，該等元件70係適於在基體支撐30的側面操作。該等元件70可以在布置於基體支撐30中的一封閉體80中垂直移動。在某些實施例中，基體支撐30包含一個或多個止擋件90。在某些實施例中，該一個或多個止擋件附接至一附接部件60。在某些實施例中，該附接部件60是延伸自排出管線13的一穩定部件。該(等)止擋件90在一基體裝載位準處停止該等元件70的一向下移動，接下來將藉由圖2和圖3的輔助進行演示。
在某些實施例中，基體處理裝置100包含一閘閥50或另一個裝置，其能使藉由一裝載裝置，例如一裝載機器人，在真空中進行側面裝載至少一個基體。在某些實施例中，該閘閥50附接至外腔室10的一壁。基體裝載位準由箭頭55繪示。
在某些實施例中，裝置100包含位在排出管線13中(在反應室20的外部及/或中間容積15的內部)的一部件65，其允許藉由一垂直移動延長和縮短排出管線13。在某些實施例中，該所述部件65是一真空伸縮囊。在某些實施例中，該部件65位於排出管線13之面向中間容積15的部分中(在外腔室10中)。
為了將一基體或晶圓裝載入反應室20中，反應室20的下部部分20b(以下稱：反應室碗20b)藉由一降低移動而移動成與上部部分20a分開以在其間形成一基體裝載間隙。當向下移動時，該等元件70(在某些實施例中是裝備有加大銷頂部的支撐銷)隨支撐台/反應室碗(31/20b)組合結構而移動一短距離，但每個銷70的下端碰撞，大約在行程的中間，止擋件90的一固實表面停止了銷的移動，並導致銷頂部保持在裝載機器人的裝載高度。在某些實施例中，止擋件90的該固實表面被固定至附接部件60。在某些實施例中，附接部件60被固定至排出管線的一靜止部件13b(如圖3所示)。在某些實施例中，該排出管線的靜止部件被固定至外腔室10。
支撐台/反應室碗組合結構的向下移動係由一附接到該所述組合結構的一升降機的一降低移動所造成。 在某些實施例中，該降低移動由圖4所示的一升降機53引起，且其包含一力傳遞元件(或桿)51，該力傳遞元件51延伸穿過一外腔室饋通部52並附接至該下部部分20b或其邊緣於一附接點22處。在某些實施例中，該裝置包含複數個力傳遞元件51，其隨該等升降機53及該等附接點22調適。該等附接點22可均勻地排列在碗20b的圓周上。據此，可以實行如圖5所示具有對稱定位的附接(或舉升)點(例如三個點)的升降機配置。同樣地，該等元件70可以均勻地分佈在支撐台31上。圖5顯示三個元件，它們在某些實施例中是銷頂，稍微等距排列，距離大約是120度的間隔。
該等元件70的降低移動係僅藉由重力係跟隨著支撐台/反應室碗組合結構的移動。 在替代實施例中，該降低移動的致動係由一致動器或一彈簧(未示出)引起或輔助。在元件70的移動停止後，使支撐台/反應室碗組合結構進一步向下移動，直到達到如圖3所繪示的一較低(或最低)位置。以這種方式，舉個例子，僅藉由裝載機器人41經由閘閥50沿著該所述基體裝載位準55的位準移動(或可選地藉由位準及降低移動)，可以為裝載機器人41(圖3)獲得更多的空間，而又可進行裝載基體11。
一旦基體11被放置在元件70上並且裝載機器人手臂經由閘閥50縮回，銷頂保持在裝載高度(或位準)，直到支撐台(或基座板)31，在其上升途中，到達基體11。基體11開始與支撐台/反應室碗組合結構一起向上移動。在某些實施例中，在向上移動結束時，該基體處在的位置高於裝載機器人41所使用的閘閥50的開口的頂表面(如圖1所示)。在某些實施例中，在向上移動結束時，該基體處在的位置高於反應室20的上部部分20a的底表面20c。在某些實施例中，晶圓表面上方沒有移動部件或接觸表面。可影響基體11的可能顆粒源因此被減少，且結果是可以獲得較低數量的增加顆粒。該等元件70在上升時係與支撐台/反應室碗組合結構一起上升。
在不限制專利請求項的範圍和解釋的情況下，本文中揭露的一個或多個範例實施例的某些技術效果列舉於下。一技術效果係可使晶圓裝載不需要一分開的用於晶圓支撐銷的致動器。另一技術效果係提供了足夠的空間以供裝載。
前述說明已藉由本發明的特定實行方式及實施例的非限制性範例提供了發明人目前所設想用來實施本發明的最佳模式的一充分且有教益的說明。然而，熟知技藝者很清楚本發明並不限於以上提出的實施例的細節，而是可以在不脫離本發明的特點之下，使用等效手段在其它實施例中實行。
此外，本發明之上述所揭露的實施例的一些特徵可在未對應地使用其它特徵的情況下被使用而獲得效益。因此，前述說明應被視為僅是例示本發明的原理，而不是對其限制。因此，本發明的範疇僅受限於所附的申請專利範圍。
10:外腔室 11:基體 12:箭頭 13:排出管線 13b:靜止部件 15:中間容積 20:反應室 20a:上部部分 20b:下部部分,反應室碗,碗 20c:底表面 22:附接點 25:連接(支撐)部件 30:基體支撐,基體支撐系統 31:支撐台,基體支撐台,基座板 32:底蓋 35:空心內容積 41:裝載機器人 50:閘閥 51:力傳遞元件 52:外腔室饋通部 53:升降機 55:基體裝載位準 60:附接部件 65:部件 70:支撐元件,銷 80:封閉體 90:止擋件 100:基體處理裝置
現在將僅藉由舉例方式，參照附圖說明本發明，其中： 圖1顯示根據某些實施例，在基體處理階段的基體處理裝置之橫截面示意圖； 圖2顯示根據某些實施例，在基體裝載階段的圖1之基體處理裝置，其反應室的下部部分處於中間位置； 圖3顯示根據某些實施例，在基體裝載階段的圖1之基體處理裝置，其反應室的下部部分處於最低位置； 圖4顯示根據某些實施例，用於圖1之裝置的升降機配置之橫截面示意圖；以及 圖5顯示根據某些實施例之銷升降機附接點位置之俯視圖。
10:外腔室
11:基體
13:排出管線
13b:靜止部件
15:中間容積
20:反應室
20a:上部部分
20b:下部部分，反應室碗
20c:底表面
25:連接(支撐)部件
30:基體支撐
31:支撐台
32:底蓋
35:空心內容積
41:裝載機器人
50:閘閥
55:基體裝載位準
60:附接部件
65:部件
70:支撐元件
80:封閉體
90:止擋件
100:基體處理裝置

Claims (12)

  1. 一種基體處理裝置(100)，其包含： 一反應室(20)，其具有一上部部分(20a)及一下部部分(20b)，其等密封該反應室(20)的一內部容積，以供基體處理，該下部部分(20b)為可移動與該上部部分(20a)分開的，以在其間形成一基體裝載間隙； 一基體支撐系統，其包含一支撐台(31)，及可相對於該支撐台(31)垂直移動並延伸穿過該支撐台(31)的至少一支撐元件(70) ，用以在該反應室(20)內接收一基體，該裝置(100)進一步包含： 一止擋件(90)，其在一基體裝載位準停止該至少一個支撐元件(70)的向下移動，及 一穩定附接部件(60)，其支撐該止擋件(90)， 其中該上部部分(20a)與該下部部分(20b)係組配成接觸以密封該內部容積，且其中該下部部分(20b)包含一排出管線(13)，其中該穩定附接部件(60)自該排出管線(13)延伸。
  2. 如請求項1之基體處理裝置，其中該裝置(100)係配置成使該下部部分(20b)隨該支撐台(31)移動。
  3. 如請求項1或請求項2之基體處理裝置，其中該裝置(100)係配置成使該至少一支撐元件(70)隨該支撐台(31)向下移動，直到該至少一支撐元件(70)被該止擋件(90)停止。
  4. 如請求項3之基體處理裝置，其中該裝置(100)係配置成使該支撐台(31)在該至少一個支撐元件(70)被該止擋件(90)停止後，進一步向下移動。
  5. 如請求項1或2之基體處理裝置，其中該裝置係配置成使該至少一支撐元件(70)隨該支撐台(31)向上舉升至一基體處理位置。
  6. 如請求項1或2之基體處理裝置，其中該支撐台(31)係附接至該反應室(20)，並且該支撐台(31)及該反應室(20)的該下部部分(20b)係配置成作為一個組套上下移動，該至少一支撐元件(70)及該支撐台(31)係配置成一起上升於一基體裝載位準(55)上方， 以及該至少一支撐元件(70)係配置成保持在該裝載位準(55)，係被該止擋件(90)停止，而同時該支撐台(31)係與該下部部分(20b)一起降低至該裝載位準(55)下方。
  7. 如請求項1或2之基體處理裝置，其包含至少部分地包圍該反應室(20)的一外腔室(10)。
  8. 如請求項1或2之基體處理裝置，其中於一基體處理位置時，該至少一支撐元件(70)的一頂表面駐留在高於為一基體裝載裝置所使用之閘閥之裝載開口的最高點，以供裝載一基體。
  9. 如請求項1或2之基體處理裝置，其中該至少一支撐元件(70)係呈具一放大頂部之銷的形式。
  10. 如請求項1或2之基體處理裝置，其係配置成藉由序列式自限性表面反應在該反應室(20)內處理至少一基體。
  11. 一種用以裝載一基體至一反應室中的方法，其包含： 將一反應室(20)的一下部部分(20b)移動與該反應室(20)的一上部部分(20a)分開，以在其間形成一基體裝載間隙； 降低包含一支撐台(31)及至少一支撐元件(70)的 一基體支撐系統，其中該至少一支撐元件(70)可相對於該支撐台(31)垂直移動並延伸穿過該支撐台(31)；以及 藉由一止擋件(90)在一基體裝載位準停止該至少一個支撐元件(70)的向下移動，且具有支撐該止擋件(90)之一穩定附接部件(60)，其中該穩定附接部件(60)自一反應室排出管線(13)延伸， 其中該上部部分(20a)與該下部部分(20b)係組配成接觸以密封該內部容積。
  12. 如請求項11之方法，其包含： 在該至少一支撐元件(70)被該止擋件(90)停止後，將該支撐台(31)進一步向下移動。
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