衬底升降机构和包含衬底升降机构的反应器的制作方法

本公开大体上涉及用于气相过程的设备。更具体地说，本公开的示范性实施例涉及一种包含共同衬底转移和处理区的反应器，且涉及一种适合用于所述反应器中的衬底升降机构。

背景技术：

用于处理半导体晶片等衬底的气相反应器通常包含反应室内的基座。在处理期间，使用机械臂将一个或多个衬底放置在反应室内，且放在基座上。在处理之后，使用机械臂使衬底移离基座表面且通过反应室中的开口。

通常，期望在反应室内维持相对小的反应空间或区域。相对小的反应空间允许更高效的衬底处理。举例来说，与较大反应空间相比，当在相对小的反应空间中处理衬底时可使用更小量的反应物，和/或使用相对小的反应空间处理衬底的时间量可比在较大反应空间中处理衬底的时间量少。为了允许反应室内相对小的反应空间的同时允许将衬底放置到基座上以及从基座移除衬底，反应室通常包含单独的晶片转移区，所述晶片转移区包含反应室内允许将衬底放置在基座上以及从基座移除的开口。

在衬底转移过程期间，延伸通过基座的竖直宽度且超出的升降销有时用于促进将衬底放置在基座表面上以及从基座表面移除。在此类情况下，可通过将基座放置(降低)到反应室的衬底转移区内、使升降销上升高于基座表面、将衬底放置到升降销上以及降低升降销以使得衬底搁置在基座上来将衬底放置到基座上。基座和衬底可接着移动(升高)到处理位置，使得衬底处于反应室的反应区内。

尽管此类技术在将衬底放置于反应器内的反应空间内以及从所述反应空间移除衬底方面运作相对良好，但用以移动基座和升降销的机构相对复杂。另外，采用此类技术的反应器可能尤其在衬底处理期间在反应区与衬底转移区之间呈现不合需要的气流。不合需要的气流可导致衬底转移区内的反应器沉积和/或腐蚀。此外，此类反应器的容积相对大以容纳反应室的处理/反应区和衬底转移区这两者。另外，将基座移动到转移区以及移动升降销的多步骤过程相对耗时。因此，需要改进的用于转移和处理衬底的机构和技术。

技术实现要素：

本公开的各种实施例提供一种改进的用于处理和转移衬底的方法和设备。如下文更详细地阐述，各种系统和方法提供一种反应器和/或使用一种方法，所述反应器和/或方法可在反应器内一个区内处理衬底且将衬底转移到同一区/从同一区转移衬底。换句话说，反应器可包含反应室，所述反应室包含共同处理和转移区。因此，整个反应器容积可相对小，反应器可不大复杂但更可靠、更便宜且更易于在减小的时间量中和/或以更便宜的方式维持和/或处理衬底。

根据本公开的至少一个示范性实施例，包含共同衬底处理和转移区的反应器包含：反应室，其包括反应区；基座，其具有在所述反应区内的顶部表面；以及衬底升降机构。衬底升降机构可包含至少一个升降销、接合以(例如以可拆卸方式)连接到所述至少一个销的升降销支撑构件以及连接到所述升降销支撑部件的可移动轴。衬底升降机构使所述至少一个升降销延伸得高于基座表面。根据这些实施例的各个方面，可移动轴在竖直方向上移动。可移动轴和升降销在衬底转移过程期间移动的距离可在约5mm到约25mm、约10mm到约20mm或约17mm的范围内。根据这些实施例的其它方面，基座包含中心区和外围区。中心区的宽度可大于外围区的宽度。此类设计可促进形成具有相对小的外围宽度的基座，这继而可促进用于衬底处理和转移这两者的共同区的使用。反应器可另外包含可旋转轴和连接到所述可旋转轴的基座支撑件。基座连接到基座支撑件，使得可旋转轴的旋转移动被转移到基座。根据这些实施例的各种实例，反应室内用以将衬底转入和转出反应室的开口在基座处于处理位置时位于基座顶部表面上方。

根据本公开的至少一个其它实施例，一种衬底支撑组合件包含：基座；基座支撑件，其连接到所述基座，可旋转轴，其连接到所述基座支撑件；升降销支撑构件；一个或多个升降销，其连接到所述升降销支撑构件；可移动轴，其连接到所述升降销支撑构件；升降销机构，用以使所述可移动轴在竖直方向上移动；以及基座旋转机构，其使所述基座在衬底处理期间旋转。衬底支撑组合件可配置成使得基座在衬底转移过程期间不在竖直方向上移动。根据这些实施例的各个方面，基座支撑件包含多个基座支撑臂和连接到每个基座支撑臂的一个或多个基座支撑结构。基座臂可包含用以收纳所述一个或多个升降销中的一个的开孔。所述基座可与上文以及本说明书中别处所描述的基座相同或类似。

根据本公开的至少一个另外的示范性实施例，一种转移和处理衬底的方法包含以下步骤：提供包括用于衬底处理和衬底转移的共同区的反应器；提供衬底支撑组合件，例如上文以及本说明书别处所描述的组合件；提供衬底到所述共同区；在向下位置中移动所述升降销以将所述衬底放置在处理位置；处理所述衬底；在向上位置中移动所述升降销；以及从所述共同区移除所述衬底。所述方法可包含例如在基座处于处理位置时通过定位得高于基座顶部表面的开口来从共同区移除衬底。

前文概述和下文详细描述都仅是示范性和解释性的，且不限制本公开或要求保护的发明。

附图说明

当结合以下说明性图式考虑时，可通过参考详细描述和权利要求得到对本公开的实施例的更完整理解。

图1示出根据本公开的示范性实施例的反应器。

图2示出根据本公开的另外实施例的衬底支撑组合件的部件。

图3到5示出根据本公开的示范性实施例的升降/旋转机构。

应了解，图中的元件仅为简单和清晰起见而示出，而未必按比例绘制。举例来说，图中一些元件的尺寸可能相对于其它元件放大以有助于改进对本公开的所示实施例的理解。

具体实施方式

下文提供的方法和设备的示范性实施例的描述仅为示范性的，且旨在仅用于说明的目的；以下描述并非旨在限制本公开或权利要求的范围。此外，对具有所陈述特征的多个实施例的引述并非旨在排除具有另外的特征的其它实施例或并入有所陈述特征的不同组合的其它实施例。

本公开中指示的任何范围可包含或排除端点。另外，所指示的任何变量值(不论它们是否用“约”指示)可指精确值或近似值且包含等同物，且可指平均值、中值、代表值、多数值等。

现转而参看图1，示出根据本公开的至少一个实施例的反应器100。反应器100包含反应室102，所述反应室包含反应区104和衬底升降机构106。如下文更详细地描述，在衬底转移操作期间，衬底升降机构106促进将衬底116放置到反应区104内的基座118的顶部表面122上以允许通过反应室102的开口120移除衬底116。

反应室102可由例如石英形成，且可形成为单一件，例如管。举例来说，反应室102内的反应区104可具有矩形横截面，约350mm到约450mm(或约～420mm)宽、约400mm到约800mm(或约～760mm)长以及约20mm到约40mm(或约～30mm)高。如上所指出，反应室102包含(例如在表面122处于处理位置时)位于基座118的顶部表面122上方的开口120。

反应室102可适合于各种应用，例如膜(例如外延)沉积过程、蚀刻过程、清理处理等等。此外，反应器100可以是独立的反应器，或形成可包含类似或不同反应室的组合设备工具的部分。

衬底升降机构106包含：至少一个升降销108、110；升降销支撑构件112，其可接合且连接到所述至少一个销108、110；以及可移动轴114，其以机械方式连接到所述升降销支撑构件。在衬底转移过程期间，衬底升降机构106使所述至少一个升降销108、110升高或降低以允许将衬底116放置到表面122上和/或从表面122移除衬底116。

升降销108、110可由任何合适材料形成。举例来说，升降销108、110可由碳化硅(sic)、sic涂布的石墨、石英或玻璃碳形成。尽管在图1中示出两个升降销108、110，但反应器100包含三个(例如等距)间隔开的升降销。根据本公开的其它实施例的反应器可包含任何合适数目的升降销且一般包含三个或三个或更多个升降销。升降销108、110的长度l可根据应用而变化。一般来说，升降销108、110的长度允许升降销108、110延伸通过基座118的宽度w且高于基座顶部表面122——举例来说，在从机械臂(未示出)接收衬底116或呈现待由机械臂接收的衬底116时。

根据本公开的一些实施例，升降销108、110具有约20到约40mm或约30mm的长度l。这是比典型的升降销短得多的长度，且允许在共同区也即反应区104内的处理和衬底转移。升降销108、110可包含收纳于基座118的一部分内的斜面区段124。斜面区段124允许升降销108、110收纳于基座118内的通孔126内且保持在所要层面(例如，升降销的顶部表面可约与表面122齐平，或位置略(例如几mm或更少)低于表面122)。这允许基座118在例如升降销支撑构件112未与升降销108、110接合时保持升降销108、110。升降销108、110的顶部表面128、130可具有约3到约6mm或约4mm的直径。顶部表面128、130可抛光到防止或减少在转移过程期间对衬底116的表面损坏的光洁度(例如约0.05到0.2μm或更低的平均粗糙度)。

升降销支撑构件112与升降销108、110和可移动轴114接合。在所示实例中，升降销支撑构件112以可拆卸方式与升降销108、110接合且连接到可移动轴114。这允许可移动轴114仅在竖直方向上移动(且不旋转)，同时允许基座118旋转——例如，在衬底处理期间，如下文更详细地描述。升降销支撑构件112可由例如sic涂布的石墨、石英或玻璃碳形成。

如在图2中更详细地示出，升降销支撑构件112包含多个升降销臂202、204。尽管图2中示出两个升降销支撑臂，但所示升降销支撑构件包含三个升降销支撑臂。每个升降销支撑臂202、204包含连接可移动轴114的第一端206、208和收纳且接合升降销(例如升降销108、110中的一个)的第二端210、212。第二端210、212可包含例如用以收纳升降销108、110中的一个的底部218、220的凹槽214、216。如所示出，升降销支撑构件112可以是单一构件。或者，升降销支撑构件可包含连接到连接件的多个臂，所述连接件连接到可移动轴114。

图1示出与升降销支撑构件112接合时的升降销108、110，使得升降销支撑构件112与升降销108、110接合且使升降销108、110的顶部表面128、130位于表面122上方。图2示出升降销支撑构件112与升降销108、110脱开时——即，在图1中可移动轴114相对于可移动轴114的位置在向下位置中移动时的升降销支撑构件112。如图2中所示，当升降销支撑构件112与升降销108、110脱开时，升降销108、110通过基座118保持，从而允许基座118旋转而无需支撑构件112和/或可移动轴114旋转。

可移动轴114呈中空管形式。可移动轴114可由例如石英形成。根据本公开的示范性实施例，可移动轴配置成移动5到约25mm(或～17mm)的竖直距离。因此，升降销108、110可移动约5到约25mm(或～17mm)，且升降销108可延伸到高于表面122多达约5、10或20mm的高度。

基座118可由例如sic或sic涂布的石墨形成。根据本公开的各种实例，基座118的宽度w相对小以允许单个区——例如，反应区104——中的升降销辅助衬底转移和处理。根据本公开的各种实施例，基座118在外围区222处的宽度w小于基座118在基座118的中心区224处的宽度。此配置可允许相对薄的基座——尤其在外围区处——同时允许基座旋转和执行其它功能，例如保护热电偶的一端且提供去往和/或来自衬底116的所要热传递。举例来说，外围区222处的宽度范围从约3到约6.5mm(或～3.8mm)。中心区224的宽度的范围可从约6到约10mm(或～6.4mm)。

如上所指出，反应器100可配置成使衬底116在衬底处理期间旋转。在此示出示例中，反应器100包含使得基座118且因此衬底116在处理期间旋转的可旋转轴132和基座支撑件134。

可旋转轴132可由例如石英形成。可旋转轴132可配置成连接到基座支撑件134以将可旋转轴132的旋转移动转移到基座支撑件134。举例来说，可旋转轴132可使用连接件148连接到基座支撑件134。

如图1和2中所示，基座支撑件134包含一个或多个(例如多个)基座支撑臂226、228和结构136、138。结构136、138可与基座118和基座支撑臂226、228接合。或者，结构136、138可与基座支撑臂226、228一体地形成。基座支撑臂226、228和结构136、138可由例如sic、sic涂布的石墨或石英形成。尽管针对每个基座支撑臂226、228示出一个结构136、138，但基座支撑件134可包含用于每个基座支撑臂226、228的多个结构136、138。根据本公开的示范性实施例，所述多个基座支撑臂226、228中的至少一个包含开孔140、142以收纳升降销。

反应器100还可包含热电偶144。热电偶144可用于例如在衬底处理期间测量基座118的温度。如图1中所示，热电偶144可包含延伸通过可移动轴和可旋转轴的端146。端146可位于基座118的中心区224内。中心区224可为热电偶144的端146提供额外辐射屏蔽。

根据本公开的其它示范性实施例，一种衬底支撑组合件230包含使升降销108、110升高和降低且使基座118旋转的部件。根据这些实施例，衬底支撑组合件230包含：基座118；基座支撑件134；可旋转轴132；升降销支撑构件112；一个或多个升降销108、110；可移动轴114；升降销机构，用以使所述可移动轴在衬底转移过程期间在竖直方向上移动；以及基座旋转机构，其使基座118在衬底处理期间旋转。如上所指出，根据本公开的各种实例，基座118在衬底转移期间不在竖直方向上移动——即，基座118在升降销升高和/或降低和/或在衬底转移过程的其它步骤期间不在竖直方向上移动。如下文所描述，升降销机构和基座旋转机构可组合。

图3到5示出根据本公开的示范性实施例的升降/旋转机构300。升降/旋转机构300可用于升高和降低升降销(例如升降销108、110)且使基座(例如基座118)旋转。图3示出升降/旋转机构300的后等距视图，图4示出升降/旋转机构300的前等距视图，且图5示出升降/旋转机构300的简化横截面视图。

参考图3和4，在所示实例中，升降/旋转机构300包含基座旋转致动器302、销升降致动器304、旋转信号接线托架、管段密封件308、管段密封件支撑件310、基座手动致动器312、热电偶信号旋转接线件314和安装托架316。

基座旋转致动器302用于提供旋转移动到基座，例如基座118。举例来说，基座旋转致动器302配置成使用旋转传动齿轮512--例如，在处理衬底期间——提供旋转移动到可旋转轴132以使得基座118旋转。示范性转速的范围可从约5rpm到约150rpm、约10rpm到约50rpm或约35rpm。

销升降致动器304配置成使升降销(例如升降销108、110)在竖直方向上移动。举例来说，销升降致动器304使销升降支架502沿着线性滑轨504竖直地移动。支架502以机械方式连接到可移动轴114(例如使用销升降轴安装套管506)以使得升降销(例如借助于升降销支撑构件112)在竖直方向上移动。可使用上部波纹管508和下部波纹管510保护销升降轴安装套管506和可移动轴114免受环境影响。

旋转信号接线盒306可用于促进将信号提供到基座旋转致动器302、销升降线性致动器304和/或热电偶144等一个或多个热电偶，和/或提供来自所述基座旋转致动器、销升降线性致动器和/或热电偶的信号。

管段密封件308和管段密封件支撑件310用于提供围绕可移动轴114的密封。如图5中所示，管段密封件308可包含密封件514和用以在可移动轴114相对于密封件308移动时保持密封件514的支撑板516。

尽管根据本公开的各种实施例，基座在衬底处理期间不竖直移动，但可能需要移动基座以进行维护、安装等等。在此类情况下，基座手动致动器312可用于通过基座升降支架518在竖直方向上手动移动基座(例如基座118)。

在所示实例中，升降/旋转机构300包含相对大的穿通件(feedthrough)520(例如具有约20到约50mm或约34.5mm的直径)，其允许从下方通过旋转穿通件522和基座轴安装套管524安装可移动轴114.与使基座在衬底转移过程期间竖直移动的升降/旋转机构相比，升降/旋转机构300的配置相对紧凑。

根据本公开另外的实施例，提供一种转移和处理衬底的方法。所述方法可采用本文所描述的反应器、衬底支撑组合件和/或升降/旋转机构。示范性方法包含以下步骤：提供包括用于衬底处理和衬底转移的共同区的反应器；提供衬底支撑组合件；提供衬底到共同区；在向下位置中移动升降销以将衬底放置在处理位置；处理衬底；在向上位置中移动升降销；以及从共同区移除衬底。移除衬底的步骤可包含通过反应或处理区中高于基座的顶部表面的开口从共同区移除衬底。

尽管本文中阐述了本公开的示范性实施例，但应了解，本公开不限于此。举例来说，尽管结合各种特定部件描述设备和方法，但本公开不必限于这些配置。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可对本文中阐述的设备和方法进行各种修改、变化和增强。