包括辅助气体供应端口的基板处理装置制造方法
【专利摘要】根据本发明的一实施方案，实现在基板上形成外延层的外延工艺的外延装置，其包括：下部腔室，其上部打开，并在一侧形成有使所述基板进出的通道；外部反应管，其用于关闭所述下部腔室中打开的上部，并提供实现所述外延工艺的工艺空间；基板支架，其在上下方向载置一个以上所述基板，且可以转换到载置所述基板的载置位置、和实现对所述基板的所述工艺的工艺位置；一个以上的供应喷嘴，其沿着所述外部反应管的内壁配置，并具有用于喷射所述反应气体的供应口；和一个以上的排气喷嘴，其沿着所述外部反应管的内壁配置，并具有用于吸入所述工艺空间内的未反应气体及反应副产物的排气口；以及后方排气线，其连接于所述排气喷嘴，并用于排出通过所述排气口吸入的所述未反应气体及所述反应副产物，其中，所述下部腔室具有将所述排气喷嘴和所述后方排气线连接的排气端口、和将形成在所述下部腔室内部的载置空间连接于所述后方排气线的辅助排气端口。
【专利说明】包括辅助气体供应端口的基板处理装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基板处理装置，尤其涉及一种包括辅助气体供应端口的基板处理
装置
【背景技术】
[0002]常用的选择性外延工艺(selective epitaxy process)伴随沉积反应及蚀刻反应。沉积及蚀刻反应对多晶层以及外延层以相对不同的反应速度同时发生。在沉积工艺中，在至少一个第二层上，在现有的多晶层和/或非晶层沉积的期间，外延层在单晶表面上形成。但是沉积的多晶层一般比外延层以更快的速度蚀刻。因此，通过改变腐蚀气体的浓度，网状选择性工艺(net selective process)可以实现外延材料的沉积、和受限或不受限的多晶材料的沉积。例如，选择性外延工艺可以实现，沉积物不残留在垫片上并在单晶硅表面上形成含娃材料的外延层(epilayer)。
[0003]选择性外延工艺一般具有几个缺点。在这种外延工艺中，前驱体的化学浓度及反应温度在沉积工艺上进行调节及调整，以保持选择性。若供应不充足的硅前驱体，则使蚀刻反应活化而导致整体工艺迟缓。另外，会对基板表面的蚀刻产生不利影响。若供应不充足的腐蚀液前驱体，则会使沉积反应在整个基板表面上形成单晶及多晶材料的选择性(selectivity)减少。另外，常用的选择性外延工艺一般需要高反应温度如约800°C、约1000°C、或更高的温度。这种高温会使得在基板表面产生不被控制的氮化反应及热移动(thermal budge),因此在制造工艺中并不优选。
【发明内容】
[0004]发明要解决的课题
[0005]本发明的目的在于提供一种能够防止供应于内部反应管的反应气体向下部腔室的基板处理装置。
[0006]本发明的另一目的在于能够防止供应于内部反应管的反应气体沉积在下部腔室的基板处理装置。
[0007]本发明的其他目的可以通过下述详细说明和附图进一步明确。
[0008]解决课题的方法
[0009]根据本发明一实施例，实现对基板的工艺的基板处理装置，其包括:下部腔室，其上部打开，并在一侧形成有使所述基板进出的通道；外部反应管，其用于关闭所述下部腔室中的打开的上部，并提供实现所述工艺的工艺空间；基板支架，其在上下方向载置一个以上的所述基板，且可以转换到载置所述基板的载置位置、和实现对所述基板的所述工艺的工艺位置；内部反应管，其设置于所述外部反应管的内部，并配置在位于所述工艺位置的所述基板支架的周围而划分对所述基板的反应区域；一个以上的供应喷嘴，其沿着所述外部反应管的内壁配置，并具有用于喷射反应气体的供应口 ；以及一个以上的排气喷嘴，其沿着所述外部反应管的内壁配置，并具有用于吸入所述工艺空间内的未反应气体及反应副产物的排气口，其中，所述下部腔室具有辅助气体供应端口，所述辅助气体供应端口与形成在所述下部腔室内部的载置空间连接。
[0010]所述辅助气体供应端口可以在进行工艺时向所述载置空间内部供应惰性气体。
[0011]所述载置空间内部的压力可以高于所述工艺空间内部的压力。
[0012]所述基板支架可以在所述载置位置位于所述载置空间内，并可以在所述工艺位置位于所述工艺空间内。
[0013]所述基板处理装置可以进一步包括后方排气线，所述后方排气线连接于所述排气喷嘴，并用于排出通过所述排气口吸入的所述未反应气体及所述反应副产物；所述下部腔室具有将所述排气喷嘴和所述后方排气线连接的排气端口、和将形成在所述下部腔室内部的载置空间连接于所述后方排气线的辅助排气端口。
[0014]所述基板处理装置可以进一步包括第一辅助排气阀，所述基板处理装置进一步包括第一辅助排气阀，所述第一辅助排气阀用于开闭连接于所述辅助排气端口的辅助排气线及所述辅助排气线，其中，所述第一辅助排气阀在进行工艺之前打开所述辅助排气线而排出所述载置空间内部的气体。
[0015]所述基板处理装置可以进一步包括:第一辅助排气阀，其用于开闭连接于所述辅助排气端口的辅助排气线及所述辅助排气线；前方排气线，其用于连接所述排气端口和所述后方排气线；泵，其设置在所述前方排气线上，并用于对所述前方排气线的内部进行抽气；主排气阀，其设置在所述前方排气线上，并用于开闭前方排气线；第二辅助排气阀，其设置于所述第一辅助排气阀的后方，并用于开闭所述辅助排气线；连接线，其用于连接所述辅助排气线和所述前方排气线，并且其一端连接在所述第一辅助排气阀和第二辅助排气阀之间，其另一端连接于所述泵的前方；以及连接阀，其设置在所述连接线上，并用于开闭所述连接线，其中，在进行工艺之前，所述第一辅助排气阀、所述连接阀、及主排气阀处于打开状态，所述第二辅助排气阀处于关闭状态。
[0016]所述基板处理装置还可以包括:第一辅助排气阀，其用于开闭连接于所述辅助排气端口的辅助排气线及所述辅助排气线；前方排气线，其用于连接所述排气端口和所述后方排气线；泵，其设置在所述前方排气线上，并用于对所述前方排气线的内部进行抽气；主排气阀，其设置在所述前方排气线上，并用于开闭前方排气线；第二辅助排气阀，其设置于所述第一辅助排气阀的后方，并用于开闭所述辅助排气线；连接线，其用于连接所述辅助排气线和所述前方排气线，并且其一端连接在所述第一辅助排气阀和第二辅助排气阀之间，其另一端连接于所述泵的前方；以及连接阀，其设置在所述连接线上，并用于开闭所述连接线，其中，在进行工艺之前，所述第一及第二辅助排气阀、及主排气阀处于打开状态，所述连接阀处于关闭状态。
[0017]所述基板处理装置可以进一步包括扩散构件，所述扩散构件设置在所述辅助气体供应端口的喷射口上，其中，所述扩散构件可以具有多个扩散孔，所述多个扩散孔分别与连接于所述辅助气体供应端口的缓冲空间及所述缓冲空间连接。
[0018]所述扩散孔可以包括具有第一间距的第一扩散孔、和具有大于所述第一间距的第二间距的第二扩散孔，其中，所述第二扩散孔接近所述辅助气体供应端口而配置。
[0019]发明的效果
[0020]根据本发明一实施例，可以有效地处理载置空间及排气空间的排气，尤其可以防止反应气体沉淀在下部腔室内。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是示意性示出本发明一实施例的半导体制造设备的图。
[0022]图2是示出根据本发明一实施例进行处理的基板的图。
[0023]图3是示出根据本发明一实施例形成外延层的方法的流程图。
[0024]图4是示意性示出图1所示的外延装置的图。
[0025]图5是示出图1所示的下部腔室及基板支架的剖视图。
[0026]图6是示意性示出图5所示的扩散板的立体图。使
[0027]图7是沿1-1线构成图6所示的扩散板的剖视图。
[0028]图8是图6所示的扩散板的背面图。
[0029]图9是示意性示出图1所示的外部反应管及内部反应管、供应喷嘴及排气喷嘴的首1J视图。
[0030]图10是示出图1所示的供应喷嘴的配置状态和热电偶的配置状态的剖视图。
[0031]图11是示出图1所示的排气喷嘴的配置状态和热电偶的配置状态的剖视图。
[0032]图12是示出分别与图1所示的供应喷嘴连接的供应线的图。
[0033]图13是示出反应气体在图1所示的内部反应管内的流动的图。
[0034]图14至图16是示出利用排气端口及辅助排气端口的排气过程的图。
[0035]图17是示出图1所示的基板支架转换到工艺为止的状态的图。
【具体实施方式】
[0036]下面，参照附图1至17对本发明的优选实施例进行更详细的说明。本发明的实施例可以以各种形式变形，本发明的范围不应解释为下述实施例。本实施例是为了对本领域普通技术人员更详细地说明本发明而提供的。从而，附图所示的各种要素的形状可以被夸张，以用于强调明确说明。
[0037]另外，在下面举例说明外延工艺，但本发明还可以用于包括外延工艺的多种半导体制造工艺。
[0038]图1是示意性示出本发明一实施例的半导体制造设备I的图。半导体制造设备I包括:工艺设备2、设备前端模块(Equipment Front End Module:EFEM)3、及界面壁(interface wall)4。设备前端模块3安装在工艺设备2的前方,用于向容纳有基板S的容器(未图示)和工艺设备2之间搬运晶圆(wafer)W。
[0039]设备前端模块3具有多个装载端口(1adports) 60和框架(frame) 50。框架50位于装载端口 60和工艺设备2之间。用于容纳基板S的容器通过搬运单元(未图示)如高架传输机(overhead transfer)、高架输送机(overhead conveyor)、或者自动引导车(automatic guided vehicle)放置于装载端口 60 上。
[0040]容器可以使用密闭用容器如前端开口整合盒(Front Open Unified Pod:F0UP)。在框架50内设置有用于向放置于装载端口 60的容器和工艺设备2之间搬运基板S的框架机器70。在框架50内可以设置有用于自动开闭容器门的开门单元(未图示)。另外，在框架50可以设置有向框架50内供应清洁空气以使清洁空气从框架50内上部流向下部的风机过滤单元(Fan Filter Unit:FFU)(未图示)。
[0041]基板S在工艺设备2内进行规定工艺。工艺设备2包括:搬运腔室(transfer chamber) 102 ;装载锁定腔室(loadlock chamber) 106 ;清洗腔室(cleaningchamber) 108a、108b ;缓冲腔室(buffer chamber) 110 ;及外延腔室(epitaxial chamber)(或外延装置)112a、112b、112c。搬运腔室102从上部看时大致具有多角形状，装载锁定腔室106、清洗腔室108a、108b、缓冲腔室110、及外延腔室112a、112b、112c设置在搬运腔室102的侧面。
[0042]装载锁定腔室106在搬运腔室102的侧部中位于与设备前端模块3相邻的侧部。基板S暂时位于装载锁定腔室106内后装载于工艺设备2而实现工艺，完成工艺后基板S从工艺设备2卸载而暂时位于装载锁定腔室106内。搬运腔室102、清洗腔室108a、108b、缓冲腔室110、及外延腔室112a、112b、112c保持在真空状态，装载锁定腔室106在真空状态及大气压状态之间进行转换。装载锁定腔室106用于防止外部污染物质流入搬运腔室102、清洗腔室108a、108b、缓冲腔室110、及外延腔室112a、112b、112c。另外，在搬运基板S的期间，基板S不会暴露在大气中，因此能够防止在基板S上形成氧化膜。
[0043]在装载锁定腔室106和搬运腔室102之间、及在装载锁定腔室106和设备前端模块3之间设置有闸阀(未图示)。在基板S移动到设备前端模块3和装载锁定腔室106之间时，在装载锁定腔室106和搬运腔室102之间设置的闸阀将关闭，在基板S移动到装载锁定腔室106和搬运腔室102之间时，在装载锁定腔室106和设备前端模块3之间设置的闸阀将关闭。
[0044]搬运腔室102具备基板处理器104。基板处理器104在装载锁定腔室106、清洗腔室108a、108b、缓冲腔室110、及外延腔室112a、112b、112c之间搬运基板S。搬运腔室102在基板S移动时被密封以保持真空状态。保持真空状态是为了防止基板S暴露在污染物(例如，O2、颗粒物)中。
[0045]设置外延腔室112a、112b、112c的目的是在基板S上形成外延层。在本实施例中设置了三个外延腔室112a、112b、112c。外延工艺相比清洗工艺需要更多的时间，因此能够通过多个外延腔室提高制造效率。与本实施例不同地，可以设置四个以上或两个以下的外
延腔室。
[0046]设置清洗腔室108a、108b的目的是在外延腔室112a、112b、112c内实现对基板S的外延工艺之前清洗基板S。要成功地实现外延工艺，需要使在结晶基板上存在的氧化物的量最小化。当基板表面的含氧量过高时，氧原子妨碍沉积材料在籽基板上的结晶学配置，因此外延工艺受到不良影响。例如，在硅外延沉积时，结晶基板上的过量氧气，通过原子单元的氧原子簇，会使硅原子从其外延位置偏向。这种局部的原子偏向在层生长得更厚时会使后续原子排列产生误差。这种现象也可以被称为所谓的层叠缺陷或者小丘状缺陷(hillockdefects)。基板表面的氧化现象(oxygenation),例如会在基板搬运时暴露在大气的情况下产生。因此，用于去除在基板S上形成的自然氧化膜(native oxide)(或者表面氧化物)的清洗工艺能够在清洗腔室108a、108b内实现。
[0047]清洗工艺是使用自由基状态的氢(H*)和NF3气体的干蚀刻工艺。例如，对在基板表面形成的硅氧化膜进行蚀刻时，在腔室内配置基板并在腔室内形成真空气氛后，在腔室内产生与硅氧化膜反应的中间生成物。[0048] 例如，若向腔室内供应反应气体如氢气的自由基(H*)和氟化物气体(例如，氟化氮(NF3))，则如下述反应式I所示，反应气体被还原而生成中间生成物如NHxFy (X、y为任意整数)。
[0049]H*+NF3= > NHxFy (I)
[0050]中间生成物与硅氧化膜(SiO2)之间的反应性高，因此若中间生成物到达硅基板表面，则与娃氧化膜选择性地反应，生成如下述反应式2所示的反应生成物((NH4)2SiF6)。
[0051]NHxFy+Si02=> (NH4) 2SiF6+H20 (2)
[0052]之后，若将硅基板加热到100°C以上，则如下述反应式3所示，反应生成物被热分解而变成热分解气体蒸发，因此最终能够从基板表面去除硅氧化膜。如下述反应式3所示，热分解气体包括含氟气体如HF气体或SiF4气体。
[0053](NH4)2SiF6= > NH3+HF+SiF4(3)
[0054]如上所述,清洗工艺包括产生反应生成物的反应工艺、及将反应生成物热分解的加热工艺，反应工艺和加热工艺可以在清洗腔室108a、108b内一起实现，或可以在清洗腔室108a、108b中的任意一个实现反应工艺并在清洗腔室108a、108b中的另一个实现加热工艺。
[0055]缓冲腔室110提供用于载置已完成清洗工艺的基板S的空间、和用于载置已实现外延工艺的基板S的空间。若完成清洗工艺，基板S在向外延腔室112a、112b、112c搬运之前向缓冲腔室110移动而载置在缓冲腔室110内。外延腔室112a、112b、112c可以为实现对多个基板的单一工艺的间歇式(batch type),若在外延腔室112a、112b、112c内完成外延工艺，已实现外延工艺的基板S依次载置于缓冲腔室110内，已完成清洗工艺的基板S依次载置在外延腔室112a、112b、112c内。此时，基板S能够在缓冲腔室110内以纵向载置。
[0056]图2是示出根据本发明一实施例进行处理的基板的图。如上所述，在实现对基板S的外延工艺之前，在清洗腔室108a、108b内实现对基板S的清洗工艺，通过清洗工艺能够去除在基板70的表面形成的氧化膜72。氧化膜能够在清洗腔室108a、108b内通过清洗工艺去除。通过清洗工艺能够使外延表面74暴露在基板70的表面上，从而有助于外延层的生长。
[0057]之后，在外延腔室112a、112b、112c内实现在基板S上的外延工艺。外延工艺能够通过化学气相沉积实现，可以在外延表面74上形成外延层76。基板70的外延表面74可以暴露在包含硅气体(例如，SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、Si2H6、或SiH4)和载气(例如，N2和/或!12)的反应气体。另外，当外延层(epitaxial layers) 76需要包括掺杂剂时,含娃气体可以包括掺杂剂气体(例如，砷化氢(AsH3)、磷化氢(PH3)、和/或乙硼烷(B2H6))。
[0058]图3是示出根据本发明一实施例形成外延层的方法的流程图。方法从步骤SlO开始。在步骤S20中，基板S在进行外延工艺前向清洗腔室108a、108b移动，基板处理器104将基板S搬运至清洗腔室108a、108b。搬运是通过保持真空状态的搬运腔室102来实现的。在步骤S30中，实现对基板S的清洗工艺。如上所述，清洗工艺包括产生反应生成物的反应工艺、及将反应生成物热分解的加热工艺。反应工艺和加热工艺可以在清洗腔室108a、108b内一起实现，或可以在清洗腔室108a、108b中的任意一个实现反应工艺并在清洗腔室108a、108b中的另一个实现加热工艺。
[0059]在步骤S40中，已完成清洗工艺的基板S向缓冲腔室110搬运而载置于缓冲腔室110内，在缓冲腔室110内准备进行外延工艺。在步骤S50中，基板S向外延腔室112a、112b、112c搬运，搬运是通过保持真空状态的搬运腔室102来实现的。在步骤S60中，能够在基板S上形成外延层。之后，基板S在步骤S70再次向缓冲腔室110搬运而载置于缓冲腔室110内，在步骤S80工艺结束。
[0060]图4是示意性示出图1所示的外延装置的图，图5是示出图1所示的下部腔室及基板支架的剖视图。外延装置(或外延腔室)包括具有上部打开的形状的下部腔室312b，下部腔室312b与搬运腔室102连接。下部腔室312b具有与搬运腔室102连接的通道319，基板S能够通过通道319从搬运腔室102装载于下部腔室312b。闸阀(未图示)设置于通道319的外侧，通道319可以通过闸阀打开及关闭。
[0061]外延装置具备用于载置多张基板S的基板支架328，这些基板S在基板支架328上以上下方向载置。例如，基板支架328能够载置15张基板S。基板支架328位于设置在下部腔室312b的内部的载置空间内的期间(或“载置位置”)，基板S可以载置在基板支架328内。如下所述，基板支架328可以进行升降，若基板S载置在基板支架328的插槽上，则基板支架328上升，从而基板S可以载置在基板支架328的下一个插槽上。若这些基板已载置在基板支架328上，则基板支架328向外部反应管312a的内部移动(或“工艺位置”)，并在外部反应管312a的内部进行外延工艺。
[0062]隔热板316设置于基板支架328的下部，并与基板支架328 —起升降。如图11所示，若基板支架328转换到工艺位置，则隔热板316关闭内部反应管314中的打开的下部。隔热板316可以是陶瓷、石英(quartz)、或在金属材料上涂布陶瓷的材质，进行工艺时遮断反应区域内的热量向载置空间的移动。向反应区域内供应的反应气体中一部分可以通过内部反应管314中的打开的下部向载置空间移动，此时，若载置空间在一定温度以上，则反应气体中的一部分可以在载置空间的内壁沉积。因此，需要通过隔热板316来防止载置空间被加热，由此可以防止反应气体沉积在载置空间的内壁的现象。
[0063]另外，若要在内部反应管314内的反应区域正常进行外延工艺，则需要消除来自外部的妨碍要素。但是，如上所述，内部反应管314的下部呈打开的形状，因此反应区域内的热量可能会通过内部反应管314的下部而损失掉，热损失在外延工艺中是致命的缺陷。隔热板316在关闭内部反应管314中的打开的下部，从而在遮断热量传递的同时防止热损失。
[0064]下部腔室312b具有排气端口 344、辅助排气端口 328a，以及辅助气体供应端口362。排气端口 344呈“L”字形状，后述的排气喷嘴单元334通过排气端口 344与第一排气线342连接。另外，辅助排气端口 328a连接于辅助排气线328b，下部腔室312b内部的载置空间可以通过辅助排气端口 328a进行排气。
[0065]辅助气体供应端口 362连接于辅助气体供应线(未图示)，并通过辅助气体供应线将所供应的气体供应于载置空间内。例如，惰性气体能够通过辅助气体供应端口 362向载置空间内供应。通过向载置空间内供应惰性气体，能够防止供应于工艺空间内的反应气体向载置空间移动。
[0066]更具体而言，向载置空间内连续供应惰性气体(例如氢气(H2)或氮气(N2)等惰性气体)并通过辅助排气端口 328a排气，由此能够防止供应于工艺空间内的反应气体向载置空间移动，而且还可以防止在载置空间内发生沉积。此时，能够将载置空间内的压力设定成稍微高于工艺空间内的压力。当载置空间内的压力稍微高于工艺空间内的压力时，工艺空间内的反应气体无法向载置空间移动。
[0067]图6是示意性示出图5所示的扩散板的立体图。图7是沿1-1线构成图6所示的扩散板的剖视图，图8是图6所示的扩散板的背面图。如图6至图8所示，扩散板370设置在下部腔室312b的底面，并位于辅助气体供应端口 362的喷射口上，而且用于扩散由辅助气体供应端口 362喷射的气体。
[0068]扩散板370设置在旋转轴318的周围，其呈环状。扩散板370具有主体372和形成于主体372的第一及第二扩散孔372a、372b。第一及第二扩散孔372a、372b沿着扩散板370(或旋转轴318)的周围形成。如图7所示，第一及第二扩散孔372a、372b与形成在第一及第二扩散孔372a、372b的下部的缓冲空间373连接。
[0069]如图8所示，缓冲空间373具有与主体372对应的环状，并连接于辅助气体供应端口 362。因此，通过辅助气体供应端口 362来喷射的气体在缓冲空间373中扩散，此后，通过第一及第二扩散孔372a、372b向载置空间扩散。
[0070]另一方面，通过扩散板370扩散的气体，在载置空间内不均匀地分布，越接近辅助气体供应端口 362则气体浓度越大，并且越远离辅助气体供应端口 362则气体浓度越小。即，根据辅助气体供应端口 362的位置的不同，气体浓度存在偏差。为防止该现象，需要调整第一及第二扩散孔372a、372b的间距(或密度)。
[0071]如图6所示，第一扩散孔372a位于与第二扩散孔372b相比更远离辅助气体供应端口 362的位置，第一扩散孔372a的间距小于第二扩散孔372b的间距。因此，相对于相同的面积，第一扩散孔372a的密度更高。由此，能够调整载置空间内的气体分布。
[0072]图9是示意性示出图1所示的外部反应管及内部反应管、供应喷嘴及排气喷嘴的剖视图。外部反应管312a关闭上部被打开的下部腔室312b的上部，并提供实现外延工艺的工艺空间。支撑法兰盘442设置在下部腔室312b和外部反应管312a之间，外部反应管312设置于支撑法兰盘442的上部。下部腔室312b的载置空间和外部反应管312a的工艺空间，通过形成在支撑法兰盘442的中央部位的开口来彼此连通，并且如上所述，若这些基板已基板支架328上，则基板支架328可以向外部反应管312a的工艺空间移动。
[0073]内部反应管314设置于外部反应管312a的内部，内部反应管314提供对基板S的反应区域。外部反应管312a的内部被内部反应管314划分成反应区域和非反应区域,反应区域位于内部反应管314的内部，非反应区域位于内部反应管314的外部。基板支架328在转换到工艺位置时位于反应区域，反应区域具有小于工艺空间的体积。因此，当向反应区域内供应时，能够使应气体的使用量最小化，还可以使反应气体聚集在载置于基板支架328内的基板S。内部反应管314在上部关闭的状态下打开其下部，基板支架328通过内部反应管314的下部向反应区域移动。
[0074]如图4所示，侧部加热器324及上部加热器326以包围外部反应管312a的方式配置。侧部加热器324及上部加热器326加热外部反应管312a内部的工艺空间，由此能够使工艺空间(或反应区域)达到可进行外延工艺的温度。侧部加热器324及上部加热器326通过支撑框架327连接于上部升降装载单元337，升降马达338使上部升降装载连杆337的旋转，支撑框架327随着该旋转可以进行升降。
[0075]外延装置还包括气体供应单元，气体供应单元具备供应喷嘴单元332及排气喷嘴单元334。供应喷嘴单元332具备多个供应管332a及多个供应喷嘴332b，这些供应喷嘴332b分别与供应管332a连接。各供应喷嘴332b具有圆形管形状，供应口 332c位于供应喷嘴332b的顶端使反应气体通过供应口 332c喷射。供应口 332c具有圆形剖面，如图9所示，供应喷嘴332b以供应口 332c的高度互不相同的方式配置。
[0076]供应管332a及供应喷嘴332b位于外部反应管312a的内部。供应管332a在上下方向延伸，这些供应喷嘴332b分别配置成大致与所述供应管332a垂直。这些供应口 332c位于内部反应管314的内侧，由此可以通过供应口 332c使喷射的反应气体聚集在内部反应管314内部的反应区域。内部反应管314具有多个贯通孔374，这些供应喷嘴332b的供应口 332c可以分别通过贯通孔374配置于内部反应管314的内侧。
[0077]图10是示出图1所示的供应喷嘴的配置状态和热电偶的配置状态的剖视图。如图10所示，这些供应喷嘴332b分别具有圆形的供应口。这些供应喷嘴332b的供应口沿着内部反应管314的内壁在圆周方向配置，并分别位于彼此不同的高度。若基板支架328转换到工艺位置，则这些供应喷嘴332b分别朝向放在基板支架328上的基板S喷射反应气体。此时，这些供应口的高度分别与基板S的高度大致相同。如图9所示，供应喷嘴332b通过形成在支撑法兰盘442的供应线342来分别与反应气体源(未图示)连接。
[0078]反应气体源能够供应用于沉积的气体(硅气体(例如，SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2,SiH3Cl、Si2H6、或SiH4)和载气(例如，N2和/或H2))，或可以供应用于蚀刻的气体。选择性外延工艺(selective epitaxy process)伴随沉积反应及蚀刻反应。虽然未在本实施例中示出，但当外延层需要包括掺杂剂时，也可以供应含掺杂剂气体(例如，砷化氢(AsH3)，磷化氢(PH3),和/或乙硼烷(B2H6))。另外，进行清洗或蚀刻时，可以供应氯化氢(HCl)。
[0079]如图9所示，排气喷嘴单元334具备多个排气管334a及多个排气喷嘴334b，这些排气喷嘴334b分别连接于排气管334a。排气口 334c位于排气喷嘴334b的顶端并吸入未反应气体及反应副产物。排气口 334c具有插槽型剖面，如图9所示，排气喷嘴334b以这些排气口 334c的高度互不相同的方式配置。
[0080]排气管334a及排气喷嘴334b位于外部反应管312a的内部。排气管334a在上下方向延伸，这些排气喷嘴334b分别平配置成大致与排气管334a垂直。这些排气口 334c位于内部反应管314的内侧，由此可以通过排气口 334c从内部反应管314内部的反应区域有效吸入未反应气体及反应副产物。内部反应管314具有多个贯通孔376，排气喷嘴334b的排气口 334c可以分别通过贯通孔376配置于内部反应管314的内侧。
[0081]图11是示出图1所示的排气喷嘴的配置状态和热电偶的配置状态的剖视图。如图11所示，排气喷嘴334b分别具有呈插槽型剖面的排气口 334c。排气喷嘴334b的排气口334c沿着内部反应管314的内壁在圆周方向配置，并分别位于彼此不同的高度。若基板支架328转换到工艺位置，则这些供应喷嘴332b分别朝向放在基板支架328上的基板S喷射反应气体，此时，在内部反应管314内产生未反应气体及反应副产物。排气喷嘴334b吸入未反应气体及反应副产物并将其向外部排出。排气口 334c的高度分别与基板S的高度大致相同。如图4所示，排气喷嘴334b通过形成于下部腔室312b的排气端口 344与第一排气线342连接，未反应气体及反应副产物通过第一排气线342排出。开闭阀346设置在第一排气线342上并用于开闭第一排气线342，涡轮泵348设置在第一排气线342上并通过第一排气线342强制性地排出未反应气体及反应副产物。第一排气线342连接于第二排气线352，沿着第一排气线342移动的未反应气体及反应副产物通过第二排气线352排出。
[0082]另一方面，辅助排气端口 328a形成于下部腔室312b，辅助排气线328b连接于辅助排气端口 328a。辅助排气线328b连接于第二排气线352，第一及第二辅助阀328c、328d设置在辅助排气线328b上并用于开闭辅助排气线328b。辅助排气线328b通过连接线343连接于第一排气线342，连接阀343a设置在连接线343上并用于开闭连接线343。
[0083]如图10及图11所示，热电偶(thermocouples) 382、384设置在外部反应管312a和内部反应管314之间，热电偶382、384在上下方向配置而用于测定基于高度的温度。因此，操作者能够掌握掌握基于高度的工艺空间内的温度，从而能够事先检查温度分布对工艺所造成的影响。
[0084]图12是示出分别与图1所示的供应喷嘴连接的供应线的图。如图12所示，供应喷嘴332b分别通过单独的供应线342与反应气体源(未图示)连接。因此，能够通过多个供应喷嘴332b向内部反应管314的反应区域供应均匀流量的反应气体。如果，一个供应线342连接于多个供应喷嘴332b，则根据供应喷嘴332b供应不同流量的反应气体，由此根据基板支架328上的位置，可以体现不同的工艺率。
[0085]图13是示出反应气体在图1所示的内部反应管内的流动的图。如上所述,供应喷嘴332b的供应口 332c沿着内部反应管314的内壁在圆周方向配置，并分别位于彼此不同的高度。另外，排气喷嘴334b的排气口 334c沿着内部反应管314的内壁在圆周方向配置，并位于彼此不同的高度。此时，以相同高度为基准，供应口 332c的中心与排气口 334c的中心对称。即，以载置于基板支架328的基板S的中心为基准，供应喷嘴332b的供应口 332c和排气喷嘴334b的排气口 334c位于彼此相反的位置。因此，从供应喷嘴332b喷射的反应气体流向位于相反侧的排气喷嘴334b (用箭头表示)，由此能够确保反应气体可以与基板S的表面反应的时间充足。此时，在工艺中产生的未反应气体及反应副产物被排气喷嘴334b吸入而排出。
[0086]另外，如图13所示，根据载置于基板支架328的基板S的高度不同，反应气体的流动彼此不同，根据基板S的高度不同，反应气体的流动具有相位差。即，供应喷嘴332b的供应口 332c的位置和排气喷嘴334b的排气口 334c的位置，根据基板S的高度的不同具有相位差，因此相同地，反应气体的相位也根据基板S的高度具有相位差。参照图10，①是表示从位于最顶端的供应喷嘴332b朝向排气喷嘴334b的反应气体的流动,②是表不从位于最低端的供应喷嘴332b朝向排气喷嘴334b的反应气体的流动。在①和②之间存在一定角度的相位差。因此，具有如下效果:从供应口喷射的反应气体被从位于其他高度的供应口喷射的反应气体扩散。即，具有相位差的反应气体的流动之间会产生干涉，由此反应气体可以在被干涉而扩散的状态下朝向排气喷嘴334b移动。
[0087]另外，供应喷嘴332b的供应口 332c为圆形，但排气喷嘴334b的排气口 334c为插槽形状。因此，从供应喷嘴332b的供应口 332c喷射的反应气体基于排气口 334c的形状以具有一定宽度的方式扩散(在图10中示出)，由此能够增加反应气体与基板S的表面接触的面积。另外，通过引起充分的反应而抑制未反应气体的产生。反应气体从供应口 332c到达至排气口 334c的期间，在基板S上形成层流(Iaminarflow)。
[0088]图14至图16是示出利用排气端口及辅助排气端口的排气过程的图。如图4所示，排气喷嘴334b通过形成在下部腔室312b的排气端口 344与第一排气线342连接，未反应气体及反应副产物通过第一排气线342排出。开闭阀346设置在第一排气线342上并用于开闭第一排气线342，涡轮泵348设置在第一排气线342上并通过第一排气线342强制性地排出未反应气体及反应副产物。第一排气线342连接于第二排气线352，沿着第一排气线342移动的未反应气体及反应副产物通过第二排气线352排出。
[0089]辅助排气端口 328a形成于下部腔室312b，辅助排气线328b连接于辅助排气端口328a。辅助排气线328b连接于第二排气线352，第一及第二辅助阀328c、328d设置在辅助排气线328b上并用于开闭辅助排气线328b。辅助排气线328b通过连接线343连接于第一排气线342，连接阀343a设置在连接线343上并用于开闭连接线343。
[0090]下面，对辅助排气端口 328a进行具体说明。首先，在进行工艺之前，下部腔室312b的内部及外部反应管312a(或内部反应管314)的内部应形成真空状态。此时，操作者可以利用辅助排气端口 328a在下部腔室312b及外部反应管312a(或内部反应管314)内部形成真空状态。操作者可以在打开第一及第二辅助阀328c、328d的状态下关闭连接阀343a及开闭阀346，在该情况下，可以通过辅助排气线328b及第二排气线352进行排气。
[0091]接着，若在一定时间内通过辅助排气线328b及第二排气线352进行排气，则操作者可以在打开第一辅助阀328c、连接阀343a、及开闭阀346的状态下关闭第二辅助阀328d，在该情况下，可以通过辅助排气线328b、连接线343、第一排气线342、及第二排气线352进行排气。此时，可以通过涡轮泵348进行排气，可以利用涡轮泵348将下部腔室312b及外部反应管312a(或内部反应管314)内部的压力调整为工艺压力。
[0092]如上所述分成两个阶段而在下部腔室312b及外部反应管312a(或内部反应管314)内部形成真空状态时，可以防止:被可能形成高真空状态的高性能涡轮泵348对下部腔室312b及外部反应管312a(或内部反应管314)施加的过大的压力。另外，利用与下部腔室312b直接连接的辅助排气端口 328a形成真空状态时，与利用连接于排气喷嘴334b的排气端口 344的情况相比，可以更有效地形成真空状态。
[0093]另一方面，在进行工艺时，操作者可以在打开第一及第二辅助阀328c、328d、开闭阀346的状态下关闭连接阀343a，在该情况下，利用排气喷嘴334b将吸入的未反应气体及反应副产物通过第一及第二排气线342、352排出。另外，能够通过辅助气体供应端口 362向下部腔室312b的载置空间内供应惰性气体，同时能够通过辅助排气线328b向外部排出下部腔室312b的载置空间内部的惰性气体。通过这种方法，可以将载置空间内的压力设定成稍微高于工艺空间内的压力，并且可以防止工艺空间内的反应气体向载置空间移动。
[0094]如图4所示，基板支架328连接于旋转轴318，旋转轴318贯通下部腔室312b而连接于升降马达319a及旋转马达31%。旋转马达31%设置在马达机壳319c上，旋转马达319b在进行外延工艺期间驱动旋转轴318，由此使基板支架328 (及基板S)与旋转轴318一起旋转。这是因为，随着反应气体从供应口 332c流向排气口 334c，且对基板S的沉积从供应口 332c侧向排气口 334c侧进行，从而存在反应气体的浓度减少的趋势。基板S可以以防止这种结果而在基板S表面形成均匀的沉积的方式进行旋转。
[0095]马达机壳319c固定于支撑架319d，支撑架319d连接在与下部腔室312b的下部连接的升降装载单元319e上而随着升降装载单元319e升降。支撑架319d螺纹连接于下部连杆419，下部连杆419通过升降马达319a进行旋转。即，下部连杆419通过升降马达319a的旋转来进行旋转，由此支撑架319d和马达机壳319c能够一起升降。因此，旋转轴318和基板支架328能够一起升降。基板支架328可以通过升降马达319a转换到载置位置或工艺位置。波纹管318a将下部腔室312b和马达机壳319c相互连接，由此能够保持下部腔室312b内部的气密性。图11是示出图1所示的基板支架转换到工艺位置的状态的图。
[0096]另一方面，如图17所示，隔热板316设置于基板支架328的下部，随着旋转轴318的升降，与基板支架328 —起升降。隔热板316关闭在内部反应管314中的打开的下部而防止内部反应管314内部的热量向下部腔室312b内的载置空间移动。
[0097]虽然通过实施方案对本发明进行了详细说明，但也可以采用不同形式的实施例。因此，在随附的权利要求书的技术构思和范围并不限于实施方案。
[0098]产业上的可利用性
[0099]本发明可以应用于多种形式的半导体制造设备及制造方法。
【权利要求】
1 .一种基板处理装置，其实现对基板的工艺，其特征在于， 所述基板处理装置包括: 下部腔室，其上部打开，并在一侧形成有使所述基板进出的通道； 外部反应管，其用于关闭所述下部腔室中的打开的上部，并提供实现所述工艺的工艺空间； 基板支架，其在上下方向载置一个以上的所述基板，且可以转换到载置所述基板的载置位置、和实现对所述基板的所述工艺的工艺位置； 内部反应管，其设置于所述外部反应管的内部，并配置在位于所述工艺位置的所述基板支架的周围而划分对所述基板的反应区域； 一个以上的供应喷嘴，其沿着所述外部反应管的内壁配置，并具有用于喷射反应气体的供应口 ；以及 一个以上的排气喷嘴，其沿着所述外部反应管的内壁配置，并具有用于吸入所述工艺空间内的未反应气体及反应副产物的排气口，其中， 所述下部腔室具有辅助气体供应端口，所述辅助气体供应端口与形成在所述下部腔室内部的载置空间连接。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于， 所述辅助气体供应端口在进行工艺时向所述载置空间内部供应惰性气体。
3.根据权利要求2所述的基板处理装置，其特征在于， 所述载置空间内部的压力高于所述工艺空间内部的压力
4.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于， 所述基板支架在所述载置位置位于所述载置空间内，并在所述工艺位置位于所述工艺空间内。
5.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于， 所述基板处理装置进一步包括后方排气线，所述后方排气线连接于所述排气喷嘴，并用于排出通过所述排气口吸入的所述未反应气体及所述反应副产物； 所述下部腔室具有将所述排气喷嘴和所述后方排气线连接的排气端口、和将形成在所述下部腔室内部的载置空间连接于所述后方排气线的辅助排气端口。
6.根据权利要求5所述的基板处理装置，其特征在于， 所述基板处理装置进一步包括第一辅助排气阀，所述第一辅助排气阀用于开闭连接于所述辅助排气端口的辅助排气线及所述辅助排气线，其中， 所述第一辅助排气阀在进行工艺之前打开所述辅助排气线而排出所述载置空间内部的气体。
7.根据权利要求5所述的基板处理装置，其特征在于， 所述基板处理装置进一步包括: 第一辅助排气阀，其用于开闭连接于所述辅助排气端口的辅助排气线及所述辅助排气线.前方排气线，其用于连接所述排气端口和所述后方排气线； 泵，其设置在所述前方排气线上，并用于对所述前方排气线的内部进行抽气； 主排气阀，其设置在所述前方排气线上，并用于开闭前方排气线；第二辅助排气阀，其设置于所述第一辅助排气阀的后方，并用于开闭所述辅助排气线.连接线，其用于连接所述辅助排气线和所述前方排气线，并且其一端连接在所述第一辅助排气阀和第二辅助排气阀之间，其另一端连接于所述泵的前方；以及连接阀，其设置在所述连接线上，并用于开闭所述连接线，其中， 在进行工艺之前，所述第一辅助排气阀、所述连接阀、及主排气阀处于打开状态，所述第二辅助排气阀处于关闭状态。
8.根据权利要求5所述的基板处理装置，其特征在于， 所述基板处理装置进一步包括: 第一辅助排气阀，其用于开闭连接于所述辅助排气端口的辅助排气线及所述辅助排气线.前方排气线，其用于连接所述排气端口和所述后方排气线； 泵，其设置在所述前方排气线上，并用于对所述前方排气线的内部进行抽气； 主排气阀，其设置在所述前方排气线上，并用于开闭前方排气线； 第二辅助排气阀，其设置于所述第一辅助排气阀的后方，并用于开闭所述辅助排气线.连接线，其用于连接所述辅助排气线和所述前方排气线，并且其一端连接在所述第一辅助排气阀和第二辅助排气阀之间，其另一端连接于所述泵的前方；以及连接阀，其设置在所述连接线上，并用于开闭所述连接线，其中， 在进行工艺之前，所述第一及第二辅助排气阀、及主排气阀处于打开状态，所述连接阀处于关闭状态。
9.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于， 所述基板处理装置进一步包括扩散构件，所述扩散构件设置在所述辅助气体供应端口的喷射口上，其中， 所述扩散构件可以具有多个扩散孔，所述多个扩散孔分别与连接于所述辅助气体供应端口的缓冲空间及所述缓冲空间连接。
10.根据权利要求9所述的基板处理装置，其特征在于， 所述扩散孔包括具有第一间距的第一扩散孔、和具有大于所述第一间距的第二间距的第二扩散孔，其中， 所述第二扩散孔接近所述辅助气体供应端口而配置。
【文档编号】H01L21/20GK103946956SQ201280056768
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年11月16日 优先权日:2011年11月17日
【发明者】梁日光, 诸成泰, 宋炳奎, 金龙基, 金劲勋, 申良湜 申请人:株式会社Eugene科技