基板处理装置

摘要

根据本发明的一个实施方式，基板的处理发生在基板处理装置处，所述基板处理装置包括：主腔室，其具有敞口顶部形状，并且具有在所述主腔室的一个侧部上形成的用于所述基板的入口和出口的直通路径；基座，其安装在所述主腔室内，并且在所述基座上放置有所述基板；腔室盖，其安装在所述主腔室的敞口顶部上并具有位于所述基座的顶部处的顶部安装空间，并且具有设置在所述顶部安装空间的外部的气体供应通道；加热块，其安装在所述顶部安装空间中，并且加热所述基板；以及气体供应口，其连接到所述气体供应通道，并且向处理空间供应处理气体。

权利要求

1.一种基板处理装置，所述基板处理装置包括：

主腔室，其具有下部安装空间和敞口顶部，所述下部安装空间从所述主腔室的底部表面凹进；

基座，其设置在所述主腔室的所述下部安装空间中，以使得基板能够被放置在所述基座上；

腔室盖，其设置在所述主腔室的所述敞口顶部上，所述腔室盖包括形成在所述腔室盖的中心部的上部安装空间和设置在与所述上部安装空间分隔开的所述腔室盖的边缘部中的气体供应通道；

加热块，其设置在所述上部安装空间中，以加热所述基板；以及

气体供应口，其连接到所述气体供应通道，以将处理气体供应到所述主腔室中，其中，所述气体供应通道朝向所述主腔室的所述底部表面开口，以向所述主腔室的所述底部表面喷射经由所述气体供应口供应的所述处理气体，其中，所述处理气体与所述主腔室的所述底部表面碰撞以使所述处理气体被扩散和散射。

2.根据权利要求1所述的基板处理装置，所述基板处理装置还包括：

在所述主腔室的侧部中限定的通道，使得所述基板通过所述通道被装载或卸载，以及辅助气体喷嘴，所述辅助气体喷嘴设置在所述通道的侧部上，从而与所述基座相邻，以喷射惰性气体。

3.根据权利要求1所述的基板处理装置，所述基板处理装置还包括扩散板，所述扩散板设置在所述气体供应通道的下端部上，以扩散通过所述气体供应口供应的所述处理气体。

4.根据权利要求3所述的基板处理装置，其中，所述气体供应通道和所述扩散板中的每一个具有与所述基座同心的圆弧形状，所述气体供应通道和所述扩散板中的每一个具有与所述基板的直径大体上相等的宽度。

5.根据权利要求3所述的基板处理装置，所述基板处理装置还包括：喷嘴环，所述喷嘴环设置在所述下部安装空间中以围绕所述基座，所述喷嘴环向上喷射惰性气体。

6.根据权利要求1所述的基板处理装置，所述基板处理装置还包括：

排气通道，所述排气通道限定在与所述气体供应通道相对的侧部中，以及流动导向件，所述流动导向件设置在所述基座的外部，以引导从所述气体供应通道供应的所述处理气体朝向所述排气通道。

7.根据权利要求6所述的基板处理装置，其中，所述流动导向件包括：圆形导向部件，其具有与所述基座同心的圆弧形状，所述圆形导向部件具有多个导向孔，所述处理气体经过所述多个导向孔；以及多个直线导向部件，其分别连接到所述圆形导向部件的两个侧部并且设置在所述基座的两个侧部上，所述直线导向部件中的每一个具有与将所述气体供应通道的中心连接到所述排气通道的中心的直线大体上平行的导向表面。

说明书

基板处理装置

技术领域

[0001] 本文中公开的本发明涉及用于处理基板的装置，并且更具体地，涉及其中在基板的上方外部中限定气体供应通道以将处理气体供应到处理空间中的基板处理装置。

背景技术

[0002] 在半导体器件制造工艺中，需要基板在高温下的均匀热处理。半导体器件制造工艺的示例可以包括化学汽相沉积和硅外延生长处理，其中，在气态下在反应器内的基座(susceptor)上放置的半导体基板上沉积材料层。该基座可以通过电阻加热、射频加热和红外线加热的方式加热到从约400℃至约1250℃的范围的高温。另外，气体可以经过反应器，因此可以通过该气体在气态下的化学反应在非常靠近基板的表面处发生沉积处理。由于该反应，可以在基板上沉积期望的产品。

[0003] 半导体器件包括硅基板上的多个层。这些层通过沉积处理沉积在基板上。沉积处理具有对评估沉积的层和选择沉积方法重要的若干重要问题。

[0004] 首先，重要问题的一个示例是沉积层中的每个的“质量”。“质量”表示成分、污染程度、缺陷密度以及机械和电特性。沉积的层的成分可以根据沉积条件而改变。这对获得特定成分非常重要。

[0005] 其次，重要问题的另一个示例是晶圆上的均匀厚度。具体地，沉积在具有台阶(stepped)部分的非平面形状的图案上沉积的层的厚度非常重要。这里，可以通过台阶覆盖范围(coverage)来确定沉积的膜的厚度是否均匀，该台阶覆盖范围被定义为在该台阶部分上沉积的膜的最小厚度除以在该图案上沉积的膜的厚度的比值。

[0006] 关于沉积的其它问题可以是填充空间。这表示间隙填充，其中，包括氧化物层的绝缘层被填充到金属线之间。提供间隙以使这些金属线彼此物理和电隔离。在这些问题当中，均匀性是与沉积处理有关的非常重要的问题中的一个。非均匀层会导致金属线上的高电阻，从而增加机械损坏的可能性。

发明内容

[0007] 技术问题

[0008] 本发明提供了一种基板处理装置，其中，在与处理空间分隔开的上部安装空间外部限定气体供应通道以供应处理气体。

[0009] 本发明还提供了一种基板处理装置，其中，在与处理空间分隔开的上部安装空间中安装加热器以控制基板的温度。

[0010] 参照下列详细描述和附图，本发明的其它目的将变得显而易见。

[0011] 技术解决方案

[0012] 本发明的实施方式提供了基板处理装置，所述基板处理装置包括：主腔室，其具有敞口上侧部；基座，其设置在所述主腔室内，以使得基板能够被放置在所述基座上；腔室盖，其设置在所述主腔室的所述敞口上侧部上，所述腔室盖包括在所述基座上方限定的上部安装空间和设置在所述上部安装空间的外部的气体供应通道；加热块，其设置在所述上部安装空间中，以加热所述基板；以及气体供应口，其连接到所述气体供应通道，以将处理气体供应到处理空间中。

[0013] 在某些实施方式中，所述主腔室可以包括在其侧部中限定的通道，使得所述基板通过所述通道被装载或卸载，并且所述基板处理装置还可以包括辅助气体喷嘴，所述辅助气体喷嘴设置在所述通道的侧部上，从而与所述基座相邻，以喷射惰性气体。

[0014] 在其它实施方式中，所述基板处理装置还可以包括扩散板，所述扩散板设置在所述气体供应通道的下端部上，以扩散通过所述气体供应口供应的所述处理气体。

[0015] 在其它实施方式中，所述气体供应通道和所述扩散板中的每一个可以具有与所述基座同心的圆弧形状，所述气体供应通道和所述扩散板中的每一个具有与所述基板的直径大体上相等的宽度。

[0016] 在其它实施方式中，所述主腔室可以具有下部安装空间，所述下部安装空间从所述主腔室的底部表面凹进，并且在所述下部安装空间中设置有所述基座，并且所述基板处理装置还可以包括喷嘴环，所述喷嘴环设置在所述下部安装空间中以围绕所述基座，所述喷嘴环向上喷射惰性气体。

[0017] 在其它实施方式中，所述主腔室可以包括排气通道，所述排气通道限定在与所述气体供应通道相对的侧部中，并且所述基板处理装置还可以包括流动导向件，所述流动导向件设置在所述基座的外部，以引导从所述气体供应通道供应的所述处理气体朝向所述排气通道。

[0018] 在另外的实施方式中，所述流动导向件可以包括：圆形导向部件，其具有与所述基座同心的圆弧形状，所述圆形导向部件具有多个导向孔，所述处理气体经过所述多个导向孔；以及直线导向部件，其连接到所述圆形导向部件的两个侧部并且分别设置在所述基座的两个侧部上，所述直线导向部件中的每一个具有与将所述气体供应通道的中心连接到所述排气通道的中心的直线大体上平行的导向表面。

[0019] 在另外的实施方式中，所述主腔室可以具有下部安装空间，所述下部安装空间从所述主腔室的底部表面凹进，并且在所述下部安装空间中设置有所述基座，并且所述气体供应通道可以设置在所述主腔室的所述底部表面上方和所述下部安装空间的外部。

[0020] 有益效果

[0021] 根据本发明的实施方式，可以在与处理空间分隔开的上部安装空间中安装加热器，以控制基板的温度。此外，可以在上部安装空间外部设置用于供应处理气体的气体供应通道，以朝基板在一个方向上均匀地供应处理气体。

附图说明

[0022] 图1是根据本发明的实施方式的基板处理装置的示意图；

[0023] 图2是例示了当图1的基板处理装置执行处理时处理气体的流动的图；以及[0024] 图3是例示了处理气体在图2的处理空间内的流动的剖面图。

具体实施方式

[0025] 在下文中，将参照图1至图3详细描述本发明的示例性实施方式。然而，本发明可以以不同的形式来实现，并且不应当被理解为局限于在本文中所陈述的实施方式。相反，提供这些实施方式，使得该公开将是彻底和完整的，并且将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。在这些图中，为了示例的清晰起见，夸大了组件的形状。另外，虽然基板被作为示例来描述，但是本发明可适用于待处理的各个对象。

[0026] 图1是根据本发明的实施方式的基板处理装置的示意图。参照图1，基板处理装置1包括主腔室10和腔室盖50。主腔室10具有敞口(opened)上侧部。另外，在主腔室10的侧部中限定了通过其可到达基板W的通道8。在通道8的外部设置了门阀5。可以由门阀5开启或关闭通道8。基座20安装在主腔室10内，以对在该基座20上放置的基板W进行加热。基座20具有与基板W的形状对应的圆盘形状。基板W可以被安置(seated)在基座20的上表面上，以执行沉积处理。举升销25可以穿过基座20。通过通道8传送的基板W装载在举升销25的上部上。举升销25可以由举升销驱动部件27抬起。当装载基板W时，举升销驱动部分27可以下降，以使得该基板W能够被安置在基座20上。

[0027] 腔室盖50设置在主腔室10的敞口上侧部上。主腔室10、腔室盖50和将稍后描述的加热块60可以提供与外部阻隔的内部空间。基板W通过通道8被装载到处理空间中。可以在处理空间内执行对基板W的处理。腔室盖50设置在基座20上方，以提供与处理空间分隔开的上部安装空间。

[0028] 从基板W的上侧部对该基板W进行加热的加热块60设置在上部安装空间52中。加热块60具有敞口上侧部。加热块盖68封闭加热块60的敞口上侧部，以将加热块60的内部与外部隔离。因此，加热块60内部限定的容纳空间61与内部空间分隔，并且与外部阻隔。加热器65设置在容纳空间61中。Kanthal加热器可以被用作加热器65。Kanthal可以是Fe-Cr-Al合金，其中，铁被用作主要材料。因此，Kanthal可以具有高的热阻和电阻。

[0029] 另外，工作者可以打开加热块盖68以接近加热器65。因此，可以容易维护和维修加热器65。这里，由于容纳空间61与处理空间分隔，因此当维护和维修加热器65时，不需要将处理空间的真空状态转换成大气状态。也就是说，可以通过加热块盖68进入大气状态下的容纳空间61来维护和维修加热器65。

[0030] 加热块60由设置在容纳空间61中的加热器65来加热。另外，基板W可以由加热块60和在基座20内设置的加热器中的一个或两者来加热。也就是说，基板W与通过传导被加热的基座20接触，并且基板W可以通过加热块60的辐射来加热。在传导的情况下，通过接触来传送热，因此基座20能够将大量的热传送至基板W。另一方面，热通量取决于被安装在基座20中的加热器的位置，因此，被传送至基板W的热通量彼此不同，因此基于基板W的位置而引起的热偏差是不可避免的。然而，在辐射的情况下，通过电磁波来传送热，因此加热块60不能将大量的热传送至基板W。另一方面，不论加热器65的布置如何，加热块60都能够最小化热偏差。因此，能够通过定位在基板W上方的加热块60和定位在基板W下方的基座20来最小化热偏差。

[0031] 基座20和加热块60被布置在与基板W大体上平行的方向上。另外，基座20和加热块60中的每一个都可以具有这样的表面：该表面面向基板W并具有比该基板W的面积大的面积，以便均匀地加热该基板W。另外，基座20和加热块60中的每一个都可以具有与基板W的形状对应的圆盘形状。因此，可以从基板W的上面和下面来加热基板W，以最小化对于基板W的热偏差，从而防止出现基板W上的处理不均匀的原因和沉积的薄膜的厚度偏差。

[0032] 另外，由于从基板W的上侧和下侧来加热基板W，因此可以减小将基板W加热至处理温度所需的时间，并且防止了由加热导致的基板W的翘曲(warpage)。如果仅基板W的下表面通过基座20来加热，则在该基板W的上表面和该基板W的下表面中热膨胀的程度不同，因此由于热膨胀的差异而发生基板W的翘曲。然而，如果同时加热基板W的上表面和该基板W的下表面，则能够防止基板W的翘曲。

[0033] 另外，在腔室盖50的上部安装空间的外部限定了气体供应通道70。该气体供应通道70被限定在腔室盖50中，并且该气体供应通道70被定位在通道8与处理空间C之间。气体供应口(port)80设置在气体供应通道70的上端部中。将处理气体供应管83插入气体供应口80的侧部内，以通过气体供应口80将处理气体供应到基板处理装置1中。处理气体供应管83连接到处理气体存储罐88，以将处理气体供应到基板处理装置1中。这里，处理气体供应阀
85可以打开或关闭，以调整处理气体的输入量。另外，气体供应口80可以通过连接到远端等离子体(plasma)系统(RPS)90的清洁气体供应管92将等离子体供应到腔室中。

[0034] 扩散板75设置在气体供应通道70的下端部上。扩散板75具有多个扩散孔76，以将通过处理气体供应管83供应的处理气体扩散到主腔室10的内部空间中。由于扩散孔76中的每一个都朝排气通道45向下倾斜，因此通过扩散板75被供应到处理空间中的处理气体可以朝在与通道8相对的侧部中限定的排气通道45流动。排气通道45通过排气口46连接到排气泵48，以将被引入到处理空间中的处理气体强行排放到外部。

[0035] 辅助气体喷嘴30设置在扩散板75的外部。辅助气体喷嘴30可以将从第一惰性气体存储罐33供应的惰性气体喷射到处理空间中，使得通过扩散板75引入的处理气体朝向基板W扩散，并且防止处理气体流动到通道8。主腔室10具有下部安装空间D，该下部安装空间D从主腔室10的底部表面凹进，并且基座20设置在该下部安装空间D中。基座20和沿着基座20周围设置的喷嘴环35设置在下部安装空间中。喷嘴环35设置在基座20与腔室主体10的底部表面之间，以喷射惰性气体，从而防止处理气体通过基座20与腔室主体10的底部表面之间的间隙被引入。喷嘴环35接收来自第二惰性气体存储罐38的惰性气体，以向上喷射该惰性气体，像辅助气体喷嘴30一样。

[0036] 流动导向件40可以设置在基座20的外部，以引导处理气体从气体供应通道70向排气通道45的流动。也就是说，根据本发明，处理气体供应管83可以设置在基板W的外部，使得处理气体在通过基板W时被沉积。将参照图2和图3描述处理气体在处理期间的流动和处理气体通过流动导向件40的流动。

[0037] 图2是例示了当图1的基板处理装置执行处理时处理气体的流动的图，并且图3是例示了处理气体在图2的处理空间内的流动的剖面图。参照图2，主腔室10的内部空间可以被划分成：通道区段A，其具有使基板W通过门进入的通道8；扩散区段B，其设置在通道8与基座20之间并且具有气体供应通道70；处理区段C，其设置在其中对于基板W的处理被执行的基座20上方；以及下部安装空间D，其设置在处理区段C的下面，其中，设置有基座20和喷嘴环35。

[0038] 如上所述，排气通道45被限定在与气体供应通道70相对的侧部中。因此，处理气体由连接到排气通道45的排气泵48泵送(pump)以流向排气通道45。此外，辅助气体喷嘴30设置在处理区段A上以喷射惰性气体，使得通过扩散板75引入到扩散区段B中的处理气体朝处理区段C流动。因此，被引入到扩散区段B中的处理气体经由基板W流向排气通道45。

[0039] 参照图3，通过气体供应通道70供应的处理气体经过在扩散板75中限定的多个扩散孔76扩散到处理空间中。气体供应通道70(或扩散板75)的下端部设置在主腔室的底部表面上方，处理气体按顺序通过扩散板75排出并扩散，处理气体与主腔室10的底部表面碰撞并且通过所述处理气体的运动能量(kinematic energy)而扩散。扩散的处理气体朝处理区段C流动。因此，处理气体被充分扩散并流动到处理区段C，该处理能够在基板W的中心区域和基板W的边缘区域(与流动导向件40相邻)中均匀地执行，而不论气体供应通道70的位置如何。

[0040] 扩散板75具有与基座同心的圆弧形状。另外，设置在扩散板75外部的辅助气体喷嘴30可以具有与扩散板75的形状对应的圆弧形状。扩散板75和设置有扩散板75的气体供应通道中的每一个可以具有与基板W的直径大体上对应的宽度E，以使处理气体扩散到该基板W上。由于惰性气体从辅助气体喷嘴30向上喷射以防止通过扩散板75引入的处理气体流向通道8，因此大部分处理气体可以被用于对于基板W的处理。

[0041] 另外，如上所述，因为设置了围绕基座20的外周的喷嘴环35来防止处理气体被引入到基座20与主腔室10之间的空间中，所以惰性气体可以通过在喷嘴环35中限定的多个第二喷射孔36喷射到处理空间中。因此，通过扩散板75供应的处理气体可以被用于对于基板W的处理。

[0042] 也就是说，通过扩散板75引入的处理气体由连接至排气通道45的排气泵48泵送以流向排气通道45。通常，执行对于基板W的处理的基板处理装置1可以具有与基板W的形状对应的处理空间。因为基板W具有圆盘形状，所以该处理空间也可以具有与该基板W的形状对应的圆盘形状。因此，因为该处理空间具有圆盘形状，所以可以产生其中基板W不与处理气体反应的空间。

[0043] 为此，可以提供流动导向件40，以减小其中基板W不与处理气体反应的空间并且引导处理气体朝排气通道45的均匀流动。因为处理气体朝排气通道45流动，所以可能需要引导处理气体，使得处理气体均匀分布在基板W的表面上，从而在基板W上均匀反应。因此，流动导向件40包括：直线导向部件42，其设置在主腔室10中以及喷嘴环35的外部，以减小其中基板W不与处理气体反应的空间；以及圆形导向部件44，其具有用于引导处理气体均匀流向排气通道45的多个导向孔。

[0044] 圆形导向部件44设置在与扩散板75相对的侧部上，并且具有与该圆形导向部件44相邻的喷嘴环35的形状对应的圆弧形状。圆形导向部件44在预置距离处具有多个导向孔43，以引导通过扩散板75引入的处理气体均匀流向基板W。

[0045] 直线导向部件42连接到圆形导向部件44，并且设置在基座20的两个侧部中的每一个上。如图3中例示的，直线导向部件42具有导向表面41，该导向表面41与将气体供应通道70的中心连接到排气通道45(或排气孔46a)的中心的直线大体上平行。直线导向部件42引导处理气体从扩散板75在彼此平行的方向上直线流向圆形导向部件44。另外，因为处理空间C的容量(volume)被直线导向部件42最小化，所以可以提高处理气体与基板W之间的反应性(reactivity)并且可以最小化处理气体的消耗。

[0046] 因此，根据本发明，可以在基板W的外部供应处理气体，以执行沉积处理。因此，可以克服近年来由于大尺寸的基板W导致的难以将处理气体均匀供应到基板W上的局限性。另外，因为通过使用分别在基板W上方和下方设置的加热块60和基座20来加热基板W，所以可以控制温度梯度以防止基板W发生翘曲。此外，可以在主腔室10中设置流动导向件40，以大体上减小其中对于基板W的处理被执行的处理空间。另外，流动导向件40可以将处理气体均匀引导到基板W上，以提高在基板W的中心部分和边缘部分上的处理均匀性。

[0047] 虽然参照示例性实施方式详细描述了本发明，但是本发明可以以不同的形式来实现。因此，本文中陈述的权利要求的技术思想和范围不限于这些优选实施方式。

[0048] 工业实用性

[0049] 本发明适用于各种类型的半导体制造装置和半导体制造方法。