批式沉积工具及压缩晶舟

摘要

本发明的态样包含用于批处理基材的方法与设备。在一实施例中，一压缩晶舟是配置用以降低一批式处理室中的泵气容积(pumping volume)。该压缩晶舟包含一固定式晶舟与一活动式晶舟，其各自可独立地装载或卸载基材。该活动式晶舟与该固定式晶舟可相互交错穿插，得以减缩该些基材之间的距离。在另一实施例中，一具有活动式基材固持件的晶舟是配置用来在不显著增加抽气容积的情况下提供多个基座。该活动式基材固持件可于远离该具有多个基座的晶舟处装载或卸载。该活动式基材固持件衔接至该晶舟，使得固持件上的基材与所述基座互相交错穿插。本发明的多个实施例可缩减抽气容积并提高产能，因而降低批处理制程的拥有成本。

权利要求

1.一种位于一批式处理室中的压缩晶舟，其包含：第一晶舟，配置用以接受与支撑多个基材于多个第一平行平面上；

第二晶舟，配置用以接受与支撑多个基材于多个第二平行平面上；以及连接机构，配置用以可活动地连接该第一晶舟与该第二晶舟，以及在开启状态与关闭状态之间移动该压缩晶舟；

其中，在该关闭状态中，所述第一平行平面与所述第二平行平面相互交错穿插；以及于该开启状态中，该第一晶舟与第二晶舟独立地装载与卸载。

2.如权利要求1所述的压缩晶舟，其中该连接机构包含一枢轴。

3.如权利要求2所述的压缩晶舟，其中该枢轴包含一陶瓷轴承。

4.如权利要求1所述的压缩晶舟，其中该第一与第二晶舟各自包含：顶盘；

底盘；以及

至少三支撑杆，每一支撑杆具有多个支撑手指；

其中，该顶盘与该底盘藉由该至少三支撑杆而连接，所述支撑手指定义出相应的多个平行平面，每个平行平面用以接收并支撑一基材于其上，且该至少三支撑杆是配置在支撑于其内的该基材直径的一侧中。

5.如权利要求4所述的压缩晶舟，其中该第一与该第二晶舟的所述支撑手指配置成与该基材于接近周长处有至少三点接触，且该至少三点形成介于190度至200度间的弧形。

6.如权利要求4所述的压缩晶舟，更包括多个基座，所述基座连接至该至少三支撑杆。

7.一种用于处理半导体基材的批式处理系统，其包括：第一晶舟与第二晶舟，分别配置用以接收并支撑至少两基材；

负载锁定室；

处理室，定义出一处理容积；

缓冲室，选择性地与该负载锁定室及该处理室流体连通；以及支撑机构，其至少部份地设置在该缓冲室中，且耦合至该第一与第二晶舟；

其中，该支撑机构是配置用以在该负载锁定室、该处理室与该缓冲室之间传送该第一与第二晶舟。

8.如权利要求7所述的批式处理系统，该支撑机构更包括：举升机构，配置用以将该第一与第二晶舟分别插入该负载锁定室与该处理室，以及将该第一与第二晶舟移出该负载锁定室与该处理室；以及交换机构，配置用以于该缓冲室中交换该第一与该第二晶舟之间的位置。

9.如权利要求8所述的批式处理系统，其中该支撑机构是一旋转盘，该旋转盘具有一举升件。

10.如权利要求7所述的批式处理系统，其中该第一与第二晶舟是压缩晶舟，且各自包括：第一部分，配置用以接收并支撑多个基材于多个第一平行平面上；

第二部分，配置用以接收并支撑多个基材于多个第二平行平面上；以及连接机构，配置用以可活动地连接该第一部分与该第二部分，并且于开启状态与关闭状态之间移动该压缩晶舟；

其中，在该关闭状态中所述第一平行平面与所述第二平行平面相互交错穿插；以及于该开启状态中该第一与第二部分能独立地装载与卸载。

11.如权利要求10所述的批式处理系统，其中该连接机构包含一枢轴。

12.一种批式处理的方法，包括：

于负载锁定室中装载一组未处理的基材至第一晶舟内；

将具有该组未处理基材的该第一晶舟从该负载锁定室传送至缓冲室，该缓冲室选择性地与该负载锁定室及处理室流体连通，同时将具有一组已处理基材的第二晶舟传送出该处理室；

传送该第一晶舟至该处理室中且传送该第二晶舟至该负载锁定室中；以及从该第二晶舟卸载该组已处理基材，同时于该处理室中处理该组未处理基材。

13.如权利要求12所述的方法，更包括重复所有步骤。

14.如权利要求12所述的方法，更包括于该缓冲室中交换该第一晶舟与该第二晶舟的位置。

15.如权利要求12所述的方法，其中该第一与该第二晶舟为压缩晶舟，且各自具有固定部份与可活动部分；

其中，该装载一组未处理基材的步骤包括：将第一部份的该组未处理基材装载至该第一晶舟的固定部份中；

将第二部份的该组未处理基材装载至该第一晶舟的可活动部份；以及关闭该第一晶舟，其中该组未处理基材的第一部份与第二部份是相互交错穿插；

其中，该卸载一组已处理基材的步骤包括：开启该第二晶舟；

自该第二晶舟的固定部份卸载该组已处理基材的第一部份；以及自该第一晶舟的可活动部份卸载该组已处理基材的第二部份。

16.如权利要求15所述的方法，其中开启与关闭该第一与第二晶舟的步骤是借着将该可活动部分从该固定部份旋转开来执行该步骤。

说明书

技术领域

本发明实施例大体上有关于一种支持与传送基材并缩减批式处理过程中的泵气容积的方法与设备。本发明实施例亦有关于一种在批式处理室中均匀气体配送与均匀热传送的方法与设备。

背景技术

基材制造制程的效率通常是藉由两个相关与重要因素来测定，使两因素便是产品产率与拥有成本(COO)。此两因素相当重要，因为其直接影响到生产电子设备的制造成本，进而影响到制造商在市场上的竞争力。拥有成本(COO)亦受到数个因素的影响，其会因每小时所制造的基材数量而大幅改变。批式处理制程通常能在不增加额外费用的情况下，借着提高制造基材的数量，而能有效地大幅改善拥有成本。
「批式处理(batch processing)」一词通常指在一时间内能同时处理两个或更多个基材的制程步骤。批式处理制程的优点大体有二。其一方面，批式处理可藉由执行在基材处理顺序上较其它处理配方步骤要长出许多的处理配方步骤来提高系统产量。另一方面，在如ALD或CVD制程等某些处理步骤中，当使用昂贵的前驱材料时，相较于单一基材处理步骤而言，批式处理可大幅缩减前驱气体的用量。基材表面积对室容积的比值较大的批式处理室有利于减少前驱气体的用量。
在批式处理过程中，基材通常由晶舟(substrate boat)来支撑与传送。图1是一具有典型习知晶舟101的批式处理室100的剖面图。多个基材140安置于晶舟101内的基座(susceptor)104上，而该些基座则由多个杆106所支撑着。每个基材140可直接置放于一基座104上，或者基材140可位于连接至该基座104表面上的三或多个支撑捎(未显示)上，而悬置于两基座104之间。多个杆106通常连接至一底盘105与一顶盘102。该底盘105多半连接至一轴心118，轴心118设计用以将垂直与旋转作动传递给晶舟101。该轴心118衔接至一旋转密封件107，该旋转密封件107位于一密封盘108的孔(bore)109中。该密封盘108配置成可垂直移动。当该密封盘108位于如图1显示的较高位置处时，该晶舟101插入由多个室壁110与该密封盘108所构成的真空室112中。当该密封盘位于一较低位置时，晶舟101则从该真空室112中移出，此未显示于图中。绘示于图1中的批式处理室100正处于一处理位置，在此位置时，该真空室112与外界隔离开来。并提供一或多个入口122流体连通该真空室112，以提供制程气体或载气进入真空室112。在另一态样中，具有多个洞(hole)124的注入器可安置在该晶舟101的一侧中，并连接至所述入口122。该多个洞124可形成一垂直式喷头，用以从上至下均匀地递送气体至该真空室112。与一出口132流体连通的一排放组件130通常位于该注入器120的相反侧(opposite side)。在一态样中，与注入器120的所述洞124相对应的多个沟槽形成于该排放组件130中，以更有助于靠近每个基材140表面处的气体水平流动。
图2是一典型习知晶舟200的透视图。该晶舟200具有一顶盘202、一底盘205与多个支撑构件206，所述支撑构件206垂直延伸在该顶盘202与底盘205之间。在某些范例中，所述支撑构件206每一者均具有多个凹处203，用以将多个基材固持于其中。在其它范例中，所述支撑构件206通常每一者具有多个支撑手指204自所述支撑构件206上延伸出，以支撑多个基材240。所述支撑手指204通常均等地配置在每个支撑构件206上。相同高度的支撑手指204是用以支撑同一个晶片204。大部份的晶舟具有环形的基座，这些环形基座直接或非直接接触基材。
由于半导体装置的尺寸逐渐缩减且不断要求提高装置效能，因此对装置制程要求较高的一致性与再现性。然而要在批处理室中达成均匀的气体递送与热传效果，远难于单基材系统。增加批式处理室中所使用的晶舟内的基座是已知可提高气体递送与热传均匀度的方法。然而，多容纳一些基座通常会增加处理室的泵气容积。
因此，需要一种用于批处理的系统、方法与设备，其达到所要求的装置性能目标并提高系统的产率。

发明内容

本发明大体上有关于一种于批式处理室中传送与支撑基材的设备与方法。
本发明一实施例是关于批式处理室中的压缩晶舟。该压缩晶舟包含一第一晶舟与一第二晶舟，该第一晶舟用以接收并支撑多个基材于多个第一平行平面上，以及该第二晶舟用以接收并支撑多个基材于多个第二平行平面上。该压缩晶舟更包括一连接机构，其是以可活动方式连接该第一晶舟与该第二晶舟，其中该压缩晶舟具有一开启状态(open position)与一关闭状态(closed position)，当处于关闭状态时，所述第一平行平面与所述第二平行平面相互交错穿插，以及当处于开启状态时，该第一晶舟与该第二晶舟可各自独立地装载或卸载基材。此种设计是因处于关闭状态以进行处理时，基材之间需要的空间较小，故能压缩晶舟的尺寸。
本发明另一实施例是有关于一种用于处理半导体基材的批式处理系统。该批式处理系统通常包含一第一晶舟、一第二晶舟、一负载锁定室与一定义基材处理区域的处理室，其中该第一与第二晶舟配置成当其中一晶舟位于该负载锁定室时，另一晶舟则位于处理室内，并且该第一与第二晶舟可交换位置。
本发明另一实施例是关于在批式处理过程中接收并传送基材的方法。该方法通常包括：装载第一组基材至一第一晶舟内；装载第二组基材至一第二晶舟内；以及，令该第一晶舟与该第二晶舟交错(interleaving)，使得该第一组基材与该第二组基材相互交错穿插。
本发明的另一实施例是关于一种用于批式处理系统中的晶舟。该晶舟包含一具有多个基座的固定部份，以及具有多个支撑捎的基材固持件(substrate holder)。其中该基材固持件以可活动的方式连接至该固定部份，当该基材固持件连接至该固定部份时，所述支撑捎与所述基座相互交错穿插，且当该基材固持件非连接至该固定部份时，该基材固持件可以进行装载与卸载。
本发明另一实施例是关于一批式处理系统。该批式处理系统包括一处理室、一与该处理室连通的负载锁定室、一用以在该处理室与该负载锁定室之间传送基材的晶舟、以及一第一基材固持件与一第二基材固持件；该第一与第二基材固持件是可交替地衔接至该晶舟。在装载与卸载过程中，该第一晶舟与该第二晶舟各自设计用来支撑多个基材。

附图说明

可配合绘示于附图中的部分实施例参阅以上本总述的发明的更明确说明，以更加了解上述本发明特征。需明白的是，附图中所绘示者仅为本发明的代表性实施例，不应当用来限制本发明范围，本发明尚容许其它等效实施例。
图1是具有典型习知晶舟的批式处理室的剖面图。
图2是一典型习知晶舟的透视图。
图3为一示范性可相互交错穿插的晶舟的剖面图。
图4为图3的晶舟沿着线段4-4所绘示的剖面图。
图5为一示范性具有两交错穿插的晶舟的压缩晶舟剖面图。
图6示范一具有两个由枢轴所连接的可交错穿插晶舟的压缩晶舟透视图。
图7显示处在一开启状态的示范性压缩晶舟的剖面图。
图8显示具有两可交错穿插晶舟的压缩晶舟的上视示意图，该两可交错穿插晶舟具有多个基座。
图9是具有多个基座的示范性可交错穿插的晶舟的部份剖面图。
图10是具有压缩晶舟的示范性批式处理系统的示意侧视图。
图11绘示一具有压缩晶舟的示范性批式处理系统的示意上视图。
图12绘示具有处于交换状态的压缩晶舟的示范性批式处理系统的示意性侧视图。
图13显示将与一基材固持件组合的示范性晶舟的透视图。
图14显示具有将与一晶舟组合的示范性基材固持件的透视图。
图15显示藉由一批式处理系统的装载器而与该基材固持件耦合的晶舟的示意剖面图。
图16显示已与一基材固持件组合的晶舟的上视图。
图17显示沿着图15中A-A方向所绘示的剖面图。
图18显示具有一已组装晶舟的批式处理工具的上视图。
图19显示图18的批式处理工具的示意侧视图。
主要组件符号说明
100处理室          101晶舟
102顶盘            104基座
105底盘            106支撑杆
107旋转式密封件    108密封盘
109孔              110室壁
112真空室          4101基座
120注入器          122入口
124洞              130排放组件
132出口            140基材
200晶舟            202顶盘
203凹处            204支撑手指
205底盘            206支撑构件
240基材            300晶舟
302顶盘            304直式支撑手指
305底盘            306支撑构件
307曲式支撑手指    308半圆曲件
309边              340基材
341圆              400压缩晶舟
410基座            440基材
504基材            510晶舟
511基座            512基底构件
513支撑构件        514开口
515锁定针          516轴心
520基材固持件        521支撑环
522支撑杆            523支撑捎
524固持件基底        525沟槽
526较薄部份          527较厚部份
528锁定洞            530装载器
531装载器手指        532接触捎
533间隙总和          534间隙
535垂直距离          600压缩晶舟
610晶舟              616顶盘
617支撑构件          618支撑手指
619底盘              620活动式晶舟
622孔隙              624枢轴机构
626顶盘              627支撑构件
628支撑手指          629底盘
630基底              631孔隙
632孔隙              633锁定针
635支撑栓            636轴心
700缩晶舟            710固定式晶舟
716顶盘              717支撑构件
718支撑手指          719底盘
720活动式晶舟        722孔隙
726顶盘              727支撑构件
728支撑手指          729底盘
V730基底             735支撑栓
736轴心              740轴承
800处理系统          801机械手臂
803基材固持件        804基材固持件
805晶舟              806负载锁定门
807负载锁定室        808处理室
809固持平台        810固持平台
812固持件          813旋转机构
814晶舟支撑件      815密封盘
816石；英环        831○型环结构体
850前段环境        851装载端口
870泵送装置        872输送系统
900处理系统        910处理室
920负载锁定室      922负载锁定门
923马达            924开启机构
925旋转机构        926密封盘
929英环            928旋转密封件
930交换室          931○型环结构体
940晶舟台          941缩晶舟
942锁定针          943机构
944锁定机构        950前段环境
951机械手臂        960晶片盒
970举升与交换机构  971马达
972输送系统        973泵送装置
974举升器          975旋转台
976轴心            977旋转密封件
801、802机械手臂
803、804基材固持件
809、810固持平台
910、920、930室
3042、3072支撑手指
3011、3012基座
3041、3071晶舟
4011、4012晶舟
4041、4071支撑手指
4042、4072支撑手指
4061、4062支撑构件
4071、4072支撑手指
4101、4102环型基座

具体实施方式

本发明大体上提供一种能够降地拥有成本(COO)的批式处理设备与方法。用以执行批式处理的硬件与方法的范例进一步详述于1997年8月11日申请、标题为「Mini-batch Process Chamber」的美国专利申请案6,352,593号，以及2005年1月10日申请、标题为「Flexible SubstrateSequencing System Using a Bath Processing Chamber」的美国专利申请序号60/642,877案中，并将所述文献全文纳入此处以供参考。
在本发明一部份实施例中，在不减少基材数量的情况下，缩减批式处理室的容积可改善拥有成本(COO)。缩减批式处理室的容积可减少前驱气体及/或其它处理材料的使用量。此外，缩减ALD批式处理室的容积可缩短确保让所有表面饱和吸附制程气体所花费的时间。
在一态样中，减小晶舟的尺寸能极有效地大幅缩减批式处理室的容积。参考图1，晶舟101占据了大部份的真空容积112。决定晶舟尺寸的关键因素通常包括每个基材140与其上方基座104之间的距离D1，以及该基座104与该室壁110或该注入器120与该排放组件130之间的距离D2。因此，可借着缩小D1与/或D2来缩减该真空容积112。对于ALD批式处理室而言，D1距离较佳介于约0.15至约1.5英寸(inch)之间，以在基材140上获得均匀沉积薄膜。然而，由于用来将基材装载入晶舟或卸载下来的机械手臂需要在两相邻基材之间有一额外距离，以便可靠地装载与卸载基材，因此机械手臂限制动作(robot limit action)，使得目前D1仅能限制在大于0.347英寸(8.8毫米)的距离。在具有盘状基座的晶舟范例中，机械手臂限制动作要求在基座之间有更大的距离。
一压缩晶舟包含两晶舟，该两晶舟可活动地彼此相连接。该压缩晶舟具有一开启状态与一关闭状态。同时，该压缩晶舟可在开启状态下装载与卸载基材，并在关闭状态下进行基材处理。用来固持一组基材的两晶舟可各自独立地进行装载与卸载动作。当该压缩晶舟处于关闭状态时，两晶舟所固持着的所述基材会相互交错穿插。因此，批式处理过程中，所述基材之间的距离减半。
图3为一示范性晶舟300的剖面图。图4是沿着图3中的4-4线段所绘示的晶舟剖面图。该晶舟300大体上包含一顶盘(显示于图4)、一底盘305与多个支撑构件306，所述支撑构件306垂直地延伸于该顶盘302与底盘305之间。在一态样中，该顶盘302与该底盘305可能具有半圆形的形状。所述支撑构件306可沿着底盘305与顶盘302的周长配置。在一态样中，晶舟300可具有三个支撑构件306，其中两个配置在接近该顶盘302与底盘305的直线边309处。位在接近该直线边309处的两支撑构件306各自具有多个曲形手指307，且所述曲形手指307延伸超出该底盘305的直线边309并往回弯向表示基材340的圆圈341内。第三支撑构件306大致配置于一半圆曲件308的中心处。多个直式支撑手指304大致从该第三支撑构件306向该圆圈341的内部延伸出。
如图3所示，可藉由所述曲形手指307与所述直式支撑手指304于A1、A2与A3点处支撑着基材340。在一态样中，由A1、○(圆圈341的中心)与A2所形成的角A约介于190度至200度之间。该晶舟300将所述垂直支撑构件306限制在一半圆内，同时为支撑于其上的基材340提供能涵盖超过半圆以上的A1、A2与A3的稳定三点支撑。需明白的是，可使用由底盘、顶盘、多个支撑构件与支撑手指所构成的不同组合、配置与设计来完成一晶舟。在一实施例中，该顶盘302与底盘305可具有除了半圆以外的其它形状，例如一半环形。
参阅图4，固持于晶舟300内的多个基材340是均匀分布在垂直方向上。每一个基材340与其正上方的相邻基材相距一D3距离。该D3距离可缩小至容许半导体处理系统中的机械手臂动作的极限。
图5是一剖面图，其显示结合两个与第3与4图中晶舟300类似的晶舟3011与3012的示范性压缩晶舟300A。该压缩晶舟300A处于关闭状态。所述晶舟3011与3012各自用以支撑一组基材340，且所述基材340彼此之间相距一距离Dsingle。除了晶舟3011的手指3041与3071是与晶舟3012的手指3042与3072位在不同高度以外，所述晶舟3011与3012在结构上类似。所述支撑手指3071与3072彼此交错，使得置于所述支撑手指上的基材340亦彼此交错穿插。当该两晶舟3011与3012装载基材340后，所述基材340彼此之间具有缩减后的距离Dcompressed。在一态样中：
Dcompressed＝(Dsingle-基材厚度)/2
当于处理过程中，晶舟通常会于批式处理室中旋转，压缩晶舟300A所占据的容积相当于单一晶舟3011或3012所占据的容积。然而，压缩晶舟300A的基材承载量却是晶舟3011或3012的两倍。
本发明的压缩晶舟大体上具有一开启状态与一关闭状态，当处于关闭状态时，该压缩晶舟可在批式处理室中以较高密度的方式来固持待处理的基材；当处于开启状态时，该压缩晶舟可以较低基材密度的方式来进行基材卸载与装载。可以各种方式来实行开启状态与关闭状态的变换。图6的透视图显示一范例性压缩晶舟如何藉由旋转来开启或关闭。压缩晶舟600包含一固定晶舟610、一活动式晶舟620与一基底(base)630。该基底630可进一步连接至一轴心636，该轴心636用以旋转并垂直移动该压缩晶舟600。在一态样中，该基底630与该该固定式晶舟610形成一体。该固定式晶舟610通常具有多个支撑构件617，所述支撑构件617各自具有多个支撑手指618。所述支撑构件617垂直地连接至一顶盘616与一底盘619，该底盘619固定地连接至该基底630。该活动式晶舟620通常具有多个支撑构件627，所述支撑构件627各自具有多个支撑手指628。所述支撑构件627垂直地连接至一顶盘626与一底盘629，该底盘629通过一耦合在该基底630与该底盘629之间的枢轴机构624可活动性地连接至该基底630。该活动式晶舟620的顶盘626亦可通过一枢轴机构而耦合至该固定式晶舟610的顶盘616。在此态样中，该顶盘626并未连接至该顶盘616。与该枢轴机构624同轴的孔隙622大体上位于该顶盘626中。
在开启与关闭的过程中，一支撑栓635可插入该孔隙622中，以支撑该活动式晶舟620的重量与摇摆运动。在一态样中，该支撑栓635可连接至一负载锁定室，该压缩晶舟将在该负载锁定室中进行装载与卸载。当该压缩晶舟600关闭时，该支撑栓635可从该孔隙622中升起。由于所述晶舟通常在不易润滑且严格限制颗粒污染的真空及/或高温环境下进行操作，由于较的于使用枢轴机构而言，使用支撑栓635可产生较少的接触且需要较少的润滑，因此青睐使用支撑栓635。当该压缩晶舟600处于关闭状态时，可提供一锁定机构。在此范例中，可藉由将一锁定针633插入或移出位于该基底630中的孔隙631以及该底盘629中的孔隙632，而使该压缩晶舟600锁定为关闭状态或解除之，其中当该压缩晶舟处于关闭状态时，该孔隙632与孔隙631呈同心。
图7绘示处于开启状态的示范性压缩晶舟的剖面图。压缩晶舟700包括一固定式晶舟710、一活动式晶舟720与一基底730。该基底730可进一步连接至一轴心736，该轴心736是配置用以旋转并垂直移动该压缩晶舟700。该固定式晶舟710通常具有多个支撑构件717，每个支撑构件717各自具有多个支撑手指718。所述支撑构件717垂直地连接至一顶盘716与一底盘719，该底盘719固定地连接至该基底730。该活动式晶舟720通常具有多个支撑构件727，每个支撑构件727各自具有多个支撑手指728。所述支撑构件727垂直地连接至一顶盘726与一底盘729，该底盘729通过一耦合在该基底730与该底盘729之间的轴承740，而可活动地连接至该基底730。在开启与关闭的过程中，与该轴承740对齐的支撑栓735通常会插入一配置在该顶盘726中的孔隙722内。该支撑栓735大体上配置用以支撑该活动式晶舟720的重量与摇摆运动(swing motion)。在一实施例中，该轴承740为一陶瓷轴承，例如由氧化锆(Zirconia)所制成的非球式陶瓷轴承(ball-less ceramic bearing)，其可抵抗形变、可于高温下操作且具有极佳的抗化学药剂性。在一态样中，该轴承740可为具有Frelon衬层的陶瓷轴承。Frelon衬层陶瓷轴承具有自我润滑的功能，而适用于执行许多半导体制程所使用的真空与高温环境中。
可使用任何适当的材料来建构本发明的压缩晶舟，例如石英、碳化硅或石墨，端视制程特性来决定的。
压缩晶舟可由两个晶舟组合而成，当进行基材装载与卸载时，其中一晶舟与另一晶舟分离。可各自固持一组基材的该两晶舟是以使该两组基材彼此交错穿插的方式组合在一起。在一实施例中，该两晶舟的其中一者于装载与卸载基材旋转离开另一晶舟。在另一实施例中，该两晶舟的其中一者以线性移动的方式来移开。在一实施例中，该两晶舟彼相此连接。在另一实施例中，其一晶舟可交换地插入另一晶舟内。
在本发明一实施例中，一压缩晶舟可能具有多个基座，所述基座配置用以获得所欲的热传送(heat transfering)与质量流动(mass flow)。
对于在批式处理室中执行的某些制程而言，例如原子层沉积(ALD)与化学气相沉积(CVD)，为了在一批次中的全部基材上达到均匀且所欲的制程结果，需要求所有基材上每一点均得到温度差异仅约±1℃的相同设定温度。在批式处理室中，可利用安置于处理室侧壁上的加热结构传递出来的辐射能量来加热基材。此种配置，由于基材边缘距离该加热结构较近，因此基材的边缘可能比基材其它部份更快受热。参考图1，在处理制程中，待处理的基材140直接安置在直径大于该基材140直径的基座104上，使得由靠近侧壁的加热结构所传递出来的辐射能量在接触到基材边缘之前，先被该基座吸收。直径大于基材的基座的配置，亦可在制程气体到达该基材边缘前，先预热制程气体。当借着改变从邻近批式处理室侧壁的加热结构传送至该基材的能量的量，而改变一处理配方不同阶段中的处理温度时，必须将该晶舟101的热质能(thermal mass)减至最小，以允许在制程中快速地调整该基材温度。多数的半导体制程对颗粒污染非常敏感，特别是特征尺寸越来越小时，更是如此。基材与处理设备之间的物理接触通常是颗粒污染的来源之一。为了减少因接触所造成的污染，可使基材悬置于两基座之间，例如以三个或更多个连接在晶舟上的支撑捎来支撑基材。
对于在批式处理室中执行的某些制程而言，例如ALD与CVD，在基材整个表面上的气流分布对于在批式处理室中处理的基材上均匀膜层的形成来说极为重要，特别是对于受到质传限制反应所控制的CVD制程与要求快速表面饱和作用的反应速率限制沉积的ALD制程来说更是重要。
该基材边缘比其中央处容易暴露在较高浓度的制程气体中，而因基材边缘处的沉积薄膜表面上出现未反应的过量前驱物，导致沉积薄膜厚度不均或污染。制程气体可能以实质平行气流的方式注入批室处理室中，平行气流允许基材的待处理表面的快速饱和作用。注入一实质平行处理气流至批式处理室中的方法与设备是描述于公元2005年1月10日申请、标题为「FLEXIBLE SUBSTRATE SEQUENCING SYSTEM USING A BATCHPROCESSING CHAMBER」的美国专利申请案60/642,877号中，并将其全文纳入此处以供参考。
每一基材上的气体流速端视基材与其邻近基座(基材上方与下方的基座)之间的间隙，以及该基座外缘与侧壁之间的间隙而定。由于间隙会直接影响基材整个表面上的气流，因此不同的间隙会各自对所沉积薄膜的均匀性与再现性造成影响。整体而言，基材与其上方基座之间的间隙较佳介于约0.15至约1.5英寸(inches)之间，而基座与侧壁之间的间隙、基座与注入组件之间的间隙、及/或基座与排放组件之间的间隙较佳小于或等于该两连续基座间之间隙。较佳者，该侧壁与基座之间的间隙介于约0.05至约1.0英寸之间。缩小侧壁与基座之间的间隙，可促进热能传递至基座。
虽然基座提供所欲的热传递与/或质流，然而在传统晶舟中提供基座通常会因为需要在相邻基材之间提供至少一机械手臂限制距离以供机械手臂装载与卸载基材，因而增加了晶舟的泵气容积(pumping volume)。本发明一实施例提供一种不需额外泵气容积但具有多个基座的晶舟。
图8与9是一具有多个基座的示范性压缩晶舟的上视剖面图与侧视的部份剖面图。压缩晶舟400包含两相互交错的晶舟4011与4012，晶舟4011与4012除了各自具有多个笼状的基座4101与4102外，其它类似于图3与4所示的相互交错晶舟。压缩晶舟400处于关闭状态。所述晶舟4011与4012以基材之间彼此相隔一距离Dsinale的方式各自支撑一组基材440。所述相互交错的晶舟4011与4012间，除了该晶舟4011的支撑手指4041与4071与该晶舟4012的支撑手指4042与4072配置在不同高度处外，其在结构上相类似。所述支撑手指4071与4072彼此交错，使得置于其上的该些基材440亦彼此交错穿插。所述半环状的基座4101与4102通常分别形成在所述支撑构件4061与4062上。如图9所示，该支撑构件4061中，该基座4101的数量为该支撑手指4041数量的两倍，使得当该压缩晶舟400装载完毕并关闭时，该压缩晶舟400所支撑的每一个基材440都具有两个对应的半环状基座4101与4102环绕着该基材的外周长。在此实施例中，以限制颗粒污染的三点方式支撑着所述基材440，所述基材440彼此交错穿插而缩减了处理容积，且所述基座4101与4102令热传递与质流最适化。
该压缩晶舟400的所述基座4101与4102(总称410)可由硅、碳化硅或涂覆有碳化硅的石墨所制成。在一实施例中，所述基座410的厚度为1毫米(mm)。在此范例中，当压缩晶舟400中的相邻基材440间的距离Dcompressed为4毫米时，相邻基座410间的间隙Dsusceptor约为3.8毫米，以允许气体流通。
图10与11分别为一具有多个压缩晶舟的示范性批式处理系统900的侧视与上视图。该批式处理系统900设计成能执行一处理制程并同时装载与卸载基材，而得以缩短装载/卸载与稳定处理室(stabilization)的时间。批式处理系统900通常具有一于内部处理基材的处理室910以及一用以装载/卸载基材的负载锁定室920。该处理室910与负载锁定室920可并列地配置于相同高度处。一用以在负载锁定室920与处理室910之间交换基材的交换室930通常配置在处理室910与负载锁定室920的下方。该交换室930通常选择性地流体连通该处理室910与负载锁定室920。○型环结构931可分别配置在该交换室930和负载锁定室920间的接口以及该交换室930和处理室910间的接口处。三个腔室910、920与930均流体连通一泵送装置973，并可独立地加压及/或抽气。可视处理室910内部欲执行的制程配方步骤的需求，将处理室910连接至一气体输送系统972。用在可受益于本发的批式处理室中的气体输送系统是叙述于2005年1月10申请、标题为「FLEXIBLE SUBSTRATE SEQUENCING SYSTEM USING ABATCH PROCESSING CHAMBER」的美国专利申请案60/642,877号中，并将其全文纳为本文参考。
两压缩晶舟941通常连接至一晶舟台940，该晶舟台配置在该交换室930中。该晶舟台940可连接至一轴心976，该轴心976经由位于该交换室930底部处的旋转密封件977延伸出该交换室930。轴心976可耦合至位在该交换室930下方的一举升与交换机构970。在一态样中，该举升与交换机构970包含一马达971、一举升器974以及一旋转台975。该举升器974是配置用以上下移动该轴心976与该晶舟台940。所述压缩晶舟941亦可上下移动。当所述压缩晶舟941降至该交换室930内时，该旋转台975令该轴心976与该晶舟台940旋转180度，而使该两压缩晶舟941彼此交换位置。藉由习知的油压式、气动式或电动马达/皮带式螺转机械促动器(screw mechanical actuators)来驱动该举升与交换机构970。
该两压缩晶舟941各自通过一轴心927而安置在该晶舟台940上。所述压缩晶舟941通常设计用于处理过程中旋转，以使热及/或制程气体平均分布。该轴心927更进一步耦合至一旋转机构925，该旋转机构925通过该轴心927旋转该压缩晶舟941。在一态样中，该旋转机构925包含一旋转马达。在一实施例中，借着在处理过程中旋转该晶舟可更进一步地最佳化热能分布。晶舟的旋转速度可调整介于每分钟0至10转(rpm)之间，较佳介于1rpm至5rpm之间。
通常会替每个压缩晶舟941提供一密封盘926，用以当所述压缩晶舟941处于升高位置(如第10图所示)时，将该处理室910、该负载锁定室920与该交换室930彼此隔离开来。该密封盘926可配置在该压缩晶舟941的正下方。在一实施例中，该密封盘926可通过一旋转密封件928安置在该轴心927上。在一态样中，该密封盘926可以是使用任何适当耐高温材料所构成的圆盘，例如石墨或碳化硅，并且可具有一石英环929，该石英环929套入环绕着该密封盘926的顶面外圆周的凹槽内。该石英环929可配置在该密封盘926上，以增进所述室壁与该密封盘926之间的密封作用。当藉由该举升与交换机构970将所述压缩晶舟941升高进入该负载锁定室920与该处理室910中时，该密封盘926的石英环929紧密接触所述○型环结构件931，使得该密封盘926在该交换室930与该处理室910之间，以及该交换室930与该负载锁定室920之间提供近乎完全密闭的效果。
一用以开启与关闭所述压缩晶舟941的晶舟开启机构924是配置在该负载锁定室920内部。该晶舟开启机构924藉由一配置在该负载锁定室920外部的马达923加以驱动。一晶舟锁定机构943可配置在该密封盘926上，以操控一锁定针942将该压缩晶舟941锁定在关闭状态。
该负载锁定室920通过一配置在该负载锁定室920侧壁上的真空密闭负载锁定门922来选择性地流体连通一选用的前段环境950(即指本文中的工厂接口或简称FI)。配置在该前段环境950中的工厂接口机械手臂951可作线性、旋转与垂直运动，以在该负载锁定室920与多个晶片盒(pod)960之间搬运基材。参阅图12，该FI工厂接口机械手臂951可以952与953的方向来面对该已开启的压缩晶舟941，以将基材从该压缩晶舟941移出，或移入该压缩晶舟941中。
图12显示一具有正处在交换状态中的压缩晶舟的示范性批式处理系统示意图。在此状态中，该晶舟台940旋转180度使该已处理与未处理的基材交换位置。所述压缩晶舟941分别升高回到该处理室910与该负载锁定室920中。
在操作过程中，该两压缩晶舟941的其中一者抵达该负载锁定室920内的同时，另一压缩晶舟941亦于同一时间抵达该处理室910内部。抵达该负载锁定室920的压缩晶舟941携带着已处理过的基材，而抵达处理室910中的压缩晶舟941则携带着未处理的基材。
在该负载锁定室910中，如有需要，具有已处理基材的该压缩晶舟941可先行冷却。随后将利用泵送装置973增压该负载锁定室910，并打开该负载锁定门922。具有已处理基材的压缩晶舟941可解锁，例如利用该晶舟锁定机构944来解锁该压缩晶舟941。随后可开启具有已处理基材的该压缩晶舟941，并利用该晶舟开启机构924使其保持开启状态。该工厂接口机械手臂951将该压缩晶舟941两面上的已处理基材卸载下来，之后再将未处理的基材装载至该压缩晶舟941。接着，该晶舟开启机构924关闭该压缩晶舟941，且该晶舟锁定机构锁定该压缩晶舟941。该负载锁定门922关闭，并将该负载锁定室920减压。在一态样中，预热目前具有未处理基材的该压缩晶舟941。当位于该负载锁定室920中的压缩晶舟941进行冷却、开启、卸载、重新装载、关闭与预热的时候，位于该处理室910中的压缩晶舟941内的基材正接受处理。该压缩晶舟941是锁住的且正在旋转。当该处理步骤完成时，减压该处理室910。随后，利用该举升与交换机构970将该两压缩晶舟941降至该交换室930中。
在一态样中，在降下所述压缩晶舟941之前，先将该交换室930抽空。在一态样中，该交换室930可一直处于真空状态下，以使泵送容积最小化。当所述压缩晶舟941抵达其降落位置时，该举升与交换机构970可180度地旋转该晶舟台940，使得该两压缩晶舟941交换位置。该举升与交换机构970升高该两压缩晶舟941，使其分别回到该处理室910与该负载锁定室920。所述密封盘926接触所述○型环结构件931，并且密封住该交换室930而与该处理室910及该负载锁定室920隔开。并再次激活操作流程。
在一态样中，本发明的压缩晶舟可设计能承载50个基材，每半边晶舟各承载25个基材。每半边晶舟中相邻基材之间的距离约为8.81毫米，而假设每个基材厚度为0.8毫米，则处于关闭状态的压缩晶舟中，相邻基材之间的距离约为4毫米。与习知晶舟中相邻基材之间距离为8.81毫米比较起来，该压缩晶舟可减少约65-70％的泵送容积。
本发明一实施例大致上关于一种具有能固持多个基材的活动式基材固持件的晶舟，其中该基材固持件随同固持于其上的多个基材一起插入或移出该晶舟。此种配置有利于多种态样的批式处理。在一态样中，虽然使用批式处理室因可同时处理一批基材而节省处理时间，然而当进行装载与卸载步骤的时候，因为基材是由机械手臂一个一个进行装载与卸载，而此时该批式处理室闲置着，反而花了额外的时间。当制程步骤需要冷却已处理的基材及预热未处理的基材时，该装载与卸载步骤可能需要更长的时间。使用可交换式晶舟可能缩短批式处理室的闲置时间。然而，由于每个晶舟需要能独立地举升与旋转，且交换所述晶舟的步骤又需要复杂的机构，因此所述交换式晶舟可能复杂又昂贵。一活动式基材固持件能达成同时将一批基材装载到一晶舟中或将一批基材自晶舟中卸载下来的动作，而能缩短配备有一晶舟的批式处理室的闲置时间，从而提高系统产量，并在不需要配备复杂晶舟系统的情况下降低拥有成本(COO)。在另一态样中，形成于晶舟中的多个基座可提供想要的热传与/或质流。然而，若于传统晶舟内提供多个基座，由于两相邻基材之间需要供机械手臂进行装载与卸载基材的额外的机械手臂限制距离，通常会增加晶舟的泵送容积。
本发明有关于在增加相对较少泵送容积的情况下具有多个基座的晶舟实施例。本发明的晶舟大体上包含一活动式基材固持件，该活动式基材固持件于晶舟外部进行基材装载与卸载来，并随后以该基材固持件上的基材与该晶舟的基座相互交错穿插的方式，将该基材固持件组合至该晶舟中。由于所述基座不会受到基材装载与卸载的干扰，因此晶舟中的所述基座仅增加些许的泵送容积(pumping volume)。
图13是将与一活动式基材固持件组合的示范性晶舟510的透视图。一圆型的基底构件512连接至多个支撑构件513。在一态样中，所述支撑构件513是沿着该基底构件512的周长配置在该基底构件512的一侧中。多个彼此平行的基座511通常连接至所述支撑构件513。在一态样中，所述基座511可能是多个盘，每个盘具有多个位在与所述支撑构件513相对侧上的开口514。在其它实施例中，所述基座523可为多个环。位于每个基座511上的所述开口514是垂直同轴，并用以容纳一基材固持件，例如图14中所示的活动式基材固持件520。在一态样中，所述基座511沿着所述支撑构件513的高度平均分布。在该基底构件512与其紧邻的该基座511之间具有一额外长的距离，以容纳一基材固持件的基底。在一态样中，一锁定机构(详述于第19与20图)可配置在该基底构件513上，以锁住并固定一活动式基材固持件于定位。
可使用任何适当的材料来建构本发明的晶舟，例如石英、碳化硅或石墨等等，端视所欲执行的制程特性而定。
图14是可活动组装至如图13所示晶舟510上的范例性基材固持件的透视图。该基材固持件520通常包括一固持件基底524，该固持件基底524连接至多个支撑杆522。该固持件基底524可为具有多个沟槽525的不完全盘(partial disk)，所述沟槽525建构在该固持件基底的底侧上，以衔接一批式处理系统的装载器。多个彼此平行的支撑环521连接至所述支撑杆522。每个支撑环521是一弧角超过180度的不完全环(partial ring)。每个支撑环521上连接有至少三个支撑捎523，所述支撑捎523用以接触基材。在一态样中，所述支撑捎523配置在每个支撑环521的弧形的两端与中央处。在一态样中，所述支撑捎523的形状为齿梳状(comb)，为置于其上的基材提供可靠的支撑与较少的热质能。在一态样中，每个支撑杆522包含两部份：一较厚部份527与一较薄部份526。该较厚部份527用以支撑重量，并配置在该固持件基底524与紧邻着该固持件基底524的支撑环521之间，以及该较薄部份526则提供用以配置在整个支撑环521上的结构骨架。在一态样中，该较薄部份526不需与该较厚部份527一致。
可使用任何适当的材料来建构本发明的基材固持件，例如石英、碳化硅或石墨等等，端视所欲执行的制程特性而定。
图15是即将利用一批式处理系统的装载器530来与一基材固持件520衔接的晶舟510的示意剖面图。图16是一已与基材固持件520组合后的晶舟510的上视示意图。图17则为沿着图15中的A-A方向所绘示的示意剖面图。
参考图15，利用一具有多个装载器手指531的装载器530，将所述装载器手指531插入位于该基底构件512(亦显示于图17)底侧处的沟槽525中来支撑着该基材固持件520。每一个装载器手指531可能各自具有一接触捎532直接接触该基材固持件520。所述接触捎532减少该基材固持件520与该装载器手指531的接触面积，从而造成较少的颗粒污染。在组合的过程中，利用装载器530将该装载了基材504的基材固持件520水平地朝向该晶舟510移动，使得该基材固持件520中的所述基材504与该晶舟510中的所述基座511相互交错穿插。如图16所示，当该机材固持件520完成其水平运动后，每个支撑杆522会停靠在该基座511上相对应的开口514中。参照至图15，轴心516连接至该基底构件512，以将垂直运动与旋转运动传递至该晶舟510。当该基材固持件520移动进入该晶舟510中，该固持件基底524与该基底构件512之间出现一间隙533。当该装载器530完成其水平运动时，该晶舟510升高至少该间隙533的距离，以从该装载器530上拾取起该基材固持件520。随后，该基材固持件520安放在该基底构件512上。可使用一锁定机构来固定住该组合物。在一态样中，当该晶舟升高时，多个锁定针515插入该固持件基底524中相对应的锁定洞528中。此时，该装载器530不与该基材固持件520接触，并从所述开口514中缩回。若欲将该基材固持件520自该晶舟510松脱开来，该装载器530是将所述手指531插入所述沟槽525中，但不接触该固持件基底524。该晶舟510下移，所述锁定针515脱离所述锁定洞528，以及该基材固持件520降落至该装载器530上，而将该基材固持件520连同其上的基材一起移出该晶舟510。
参考图15，基材504与其正上方的基座511之间保留了一间隙534。所述支撑捎523可能需要一垂直距离535。因此，介于相邻基座之间的距离至少为间隙533、间隙534与距离535的总和。在一实施例中，所述间隙533与534分别约0.08英寸，以及该距离535约为0.10英寸。因此，所述基座之间的距离最小为0.26英寸。
如上所述，形成在晶舟中的多个基座提供了所期望的热传与/或质流。在此范例中，所述基座511覆盖该基材504的全部表面，从而提供质流方向以及加热所有表面区域上的制程气体。
图18是具有一已组合晶舟的批式处理系统800的上视示意图。图19则为图18中的批式处理系统800的侧视示意图。
该批式处理系统800设计用以同时装载与卸载一批基材，因而缩短用于装载/卸载以及稳定系统的时间。该批式处理系统800通常具有一处理室808以及一负载锁定室807，该处理室808用以处理基材，而该负载锁定室807用于装载与卸载基材。该处理室808与该负载锁定室807其中一者可垂直地配置于另一者上方。在此垂直配置的范例中，该处理室808位于该负载锁定室807的上方。该处理室808选择性地流体连通该负载锁定室807。一○型环结构件831配置在该负载锁定室807与该处理室808的接口处。处理室808与负载锁定室807两者均流体连通一泵送装置870，并可独立地加压与抽气。可视处理室中所执行制程步骤的需求，将该处理室808连接至一气体输送系统872。适用于可从本发明受益的批式处理室的气体输送系统描述公元2005年1月10号所申请、标题为「FLEXIBLESUBSTRATE SEQUENCING SYSTEM USING A BATCH PROCESSINGCHAMBER」的美国专利申请案60/642,877号中，并将其全文纳入本文中以供参考。
通常将两固持平台809与810配置在该负载锁定室807中，且各自用来操作该两活动式基材固持件803与804的其中一者。所述活动式基材固持件803与804是配置用以支撑一批基材，并将与一晶舟805组合。在一实施例中，所述基材固持件803与804类似于本发明图14中所显示的基材固持件，且该晶舟805类似于本发明图13中所显示的晶舟。所述固持平台809与810通常各自包含一装载器812与一线性驱动机构(linear drivemechanism)。该晶舟805连接至一晶舟支撑件814，而该晶舟支撑件814是连接至位于该负载锁定室807内的一举升与旋转机构813。该举声与旋转机构813是用来：升高该晶舟805以进入该处理室808中；降低该晶舟805至该负载锁定室；以及旋转该晶舟805。并可藉由所有习知的油压式、气动式或电动马达/皮带式螺转机械促动器来驱动该举升与旋转机构813。
通常在晶舟支撑件814上提供一密封盘815，用以将该处理室808与该负载锁定室隔离开来。该密封盘815可配置于该晶舟805的正下方。在一态样中，该密封盘815可以是由一适当的高温材料所建构而成圆盘(例如由石墨或碳化硅所构成)并具有一石英环816，该石英环816套入环绕着该密封盘815的顶面外圆周的凹槽内。当藉由该举升与旋转机构813将该晶舟805升高至进入该处理室808内，且移动该密封盘815的石英环816使其与该○型结构件831的内唇部紧密接触时，该密封盘815在该处理室808与该负载锁定室807之间提供了几乎完全密封的效果。
该负载锁定室807通过配置在负载锁定室807侧壁上的一真空密闭地负载锁定门806而选择性地流体连通诸如工厂接口等前端环境(front endenvironment)850。两工厂接口机械手臂801与802配置于该前端环境850中，所述工厂接口机械手臂801与802可做线性、旋转与垂直运动以在该负载锁定室807与多个装载端口851之间搬运基材。参考图18，所述FI工厂接口机械手臂801与802分别面对着该基材固持件803与804而将所述基材移入或移出该基材固持件803与804。
操作中，该晶舟805连同固持着已处理基材的基材固持件803下降至负载锁定室807。旋转该晶舟805以与此时正空着的固持平台809对齐。固持平台809将基材固持件803自晶舟805中移出。旋转该晶舟805以与该固持平台810对齐，该固持平台810具有一内部停放着未处理基材的基材固持件804。该固持平台810将该基材固持件804移入并组合至该晶舟805内。该晶舟805升起并回到该处理室808中，且该处理室808随后密闭且开始新的处理步骤。如有需要，可冷却位于该基材固持件803中的所述已处理基材。该固持平台809可将该基材固持件803移动至衔接位置。该负载锁定室807可加压，该负载锁定门806开启，以及该机械手臂801将该已处理基材移入该装载端口851并装载该具有未处理基材的基材固持件803。该负载锁定门806随后关闭，并对该负载锁定室807进行抽气。该固持平台809移回该基材固持件803，并等待该处理室808中的处理步骤结束。当处理步骤结束后，晶舟805带着该持有已处理基材的基材固持件804再次下降。该系统将对基材固持件804重复执行上述步骤。
以上所述内容为本发明的多个实施例，然而在不偏离本发明基本范围的情况下，当可设计出其它或更进一步的实施例。本发明范围是由权利要求所界定。