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TWI407494B - 半導體處理裝置 - Google Patents

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TWI407494B
TWI407494B TW096123251A TW96123251A TWI407494B TW I407494 B TWI407494 B TW I407494B TW 096123251 A TW096123251 A TW 096123251A TW 96123251 A TW96123251 A TW 96123251A TW I407494 B TWI407494 B TW I407494B
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reaction chamber
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cylinder valve
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TW096123251A
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TW200805461A (en
Inventor
Sang Jun Park
Ho Young Lee
Chun Woo Lee
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Wonik Ips Co Ltd
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Publication date
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Description

半導體處理裝置
本發明係關於一種半導體處理裝置，特別係關於一種能夠在諸如晶圓之基板表面上執行半導體處理，例如蝕刻、沉積等之半導體處理裝置。
公開號為10-0364089之韓國專利，係揭露了一種具有一對晶圓支撐單元之半導體處理裝置。
「第1圖」為習知技術之半導體處理裝置之橫剖視圖，以及「第2圖」為沿「第1圖」A-A線之垂直剖視圖。
如「第1圖」及「第2圖」顯示，習知半導體處理裝置包含一處理室10與一傳輸室60，其中處理室10中具有一對晶圓支撐單元12，傳輸室60中具有一對傳輸機器人30。
這對晶圓支撐單元12係設置於處理室10中，當透過傳輸機器人30安裝一基板1於晶圓支撐單元12上之後，處理室10則由一閘閥54保持密封，其中閘閥54係裝設於處理室10與傳輸室60之間。在密封處理室10中，係執行諸如蝕刻、沉積、退火等半導體處理。
然而，習知半導體處理裝置，特別是韓國專利公開號為10-0364089揭露之具有複數個晶圓支撐單元之習知半導體處理裝置具有以下問題。
首先，由於執行半導體處理之處理空間係在基板的基礎上對 稱形成，因此處理室內不能夠形成統一的處理條件。
其次，處理室內部之晶圓支撐單元不能互相分離，因此導致諸如反應氣出現、氣體混合、電漿源干擾等劣質處理，進而降低半導體處理之可靠性。
第三，等待已處理基板冷卻之時間增加，進而增加了半導體處理之總體時間。因此，降低生產率。
第四，由於半導體處理之總體時間增加，因此基板被長時間暴露於空氣中，進而被灰塵或外來雜質所污染。因此，降低了半導體處理之產量。
鑒於以上的問題，本發明的主要目的在於提供一種半導體處理裝置，藉以透過在基板之基礎上對稱形成處理空間，而形成一統一處理大氣，進而增強整個處理過程之可靠性。
另外，本發明提供之一種半導體處理裝置，以透過互相分離由複數個晶圓支撐單元形成之處理空間，進而能夠提供整個處理過程之可靠性。
再者，本發明提供一種半導體處理裝置，以透過額外提供一盒式單元而減少冷卻已處理基板之等待時間，進而能夠縮短整個處理時間，並且透過防止基板暴露於空氣中，進而能夠減少由灰塵或雜質造成之基板污染到最小程度。
此外，本發明提供一種半導體處理裝置，能夠提供用於執行 半導體處理之最佳條件至各個處理空間。
因此，為達上述目的，本發明所揭露之半導體處理裝置包含：一反應室、一或多個噴頭、一或多個晶圓支撐單元、一處理空間形成單元以及一排氣系統。其中反應室具有一入口，透過此入口傳輸即將處理之基板。噴頭係設置於反應室上側用於噴灑氣體，進而執行半導體處理。晶圓支撐單元係對應各個噴頭設置於反應室內部下側，用於支撐基板。處理空間形成單元設置於反應室中，用於形成並密封包圍噴頭及晶圓支撐單元之用於半導體處理之處理空間。排氣系統連接至處理空間形成單元，用於控制反應室與處理空間形成單元形成之處理空間內部之壓力以及空氣排放。
在晶圓支撐單元與入口之間，更提供有一傳輸單元，用於傳送即將處理之基板至晶圓支撐單元，或者透過入口傳送出已處理之基板。
此傳輸單元可以執行為一或多個機械手，以用於傳輸基板，機械手一端係連接至設置於反應室內之一旋轉驅動單元，以及機械手另一端於晶圓支撐單元與入口之間往復旋轉。機械手可以被設置為互相具有不同的高度，進而防止旋轉時互相干擾。
在傳輸單元與入口之間更設置有一盒式單元，以用於承載複數個基板。可以設置盒式單元能夠透過一驅動單元垂直移動。盒式單元可包含一溫度控制器，以控制所承載之基板溫度。
處理空間形成單元可執行為一汽缸閥，設置於反應室內，進 而可垂直移動，並當向上移動時形成一處理空間。汽缸閥可以連接至一排氣管，其中排氣管係連接至排氣系統。
在汽缸閥中更提供一氣體注射單元，以用於注射氣體至基板邊緣，進而防止基板被沉積。
氣體注射單元可包含一氣體注射環，氣體注射環位於汽缸閥內側並具有複數個注射孔，氣體注射環透過一供氣管連接至安裝於外部之一供氣單元。
汽缸閥中更配備有一溫度控制器，以依照半導體處理條件控制汽缸閥之溫度。
汽缸閥之內壁中更配備有一襯墊，以保護一密封元件。這裡，襯墊下端可以延伸低於一基板之下表面，進而防止電漿出現。
汽缸閥一端係位於處理空間與汽缸閥之外表面之間，進而保護此密封元件。並且，汽缸閥之安裝有此密封元件之部份高度係不同於接觸處理空間之部份之高度。
有關本發明的特徵與實作，茲配合圖式作最佳實施例詳細說明如下。
現在，將詳細描述本發明之半導體處理裝置。
如「第3圖」、「第4圖」以及「第5圖」顯示，本發明之半導體處理裝置係包含一反應室100、一或多個晶圓支撐單元120、一處理空間形成單元，以及一排氣系統。反應室100具有一入口 110，以通過其傳輸經歷半導體處理之基板1。晶圓支撐單元120係設置於反應室100之內部下側，以用於支撐基板1。處理空間形成單元設置於反應室100中，因此透過垂直往復運動，密封包含晶圓支撐單元120之空間，進而形成用於半導體處理之處理空間S。排氣系統係連接至處理空間形成單元，用於排放處理空間S內部之氣體。
反應室100可以是由下腔室101與頂蓋102組成之組件，其中頂蓋102連接至下腔室101。形成下腔室101，使得其上表面可局部徜開。一下橫板151係設置於下腔室101之開口部，以用於安裝一供氣系統、一供電系統以及注射氣體至處理空間S之噴頭。 一上橫板152可以設置於噴頭上側，以覆蓋反應室100。
入口110係形成於反應室100一側壁上以用於傳輸基板1，並且由一入口門111打開與關閉。
一傳輸機器人540設置於入口110外側，用於傳輸基板1。通過入口110，傳輸機器人540傳送即將被半導體處理之基板1至盒式單元200，或者傳輸機器人540傳送出已處理之基板1。
一排氣系統係設置於反應室100中，用於在控制反應室100內部壓力以及執行半導體處理之後，排放保留於反應室100中之氣體、副產品等。排氣系統透過一排氣管530而連接至一真空泵(「第3圖」中未顯示)，進而維持反應室100內部於真空大氣下。排氣管530可依照安裝條件等不同設置，其可以直接連接至處理 空間形成單元，進而控制由處理空間形成單元所形成之處理空間S之內部壓力以及氣體排放。
在本發明中，由於連接至真空泵之排氣管530係連接至處理空間形成單元，因此透過排氣管530，反應室100之內部壓力可以維持為低於大氣壓之壓力。並且，當執行半導體處理時，透過排氣管530，處理空間形成單元所形成之處理空間S內部壓力被維持為真空狀態。因此，半導體處理係執行於處理空間S內。
晶圓支撐單元120支撐基板1，進而執行例如加熱、沉積以及蝕刻之半導體處理於基板1上，並且晶圓支撐單元120可變化執行為一階段加熱器(stage heater)、靜電塊(electrostatic chunk)、感受器(susceptor)等。
安裝晶圓支撐單元120，使其能夠被反應室100下方設置之驅動單元121垂直移動。
晶圓支撐單元120可配備有複數個升降銷(lift pin)531，以支撐傳輸單元300傳送之基板1，並且當晶圓支撐單元120向上移動時，升降銷531透過向下移動而安裝基板1至晶圓支撐單元120之支撐面上。
處理空間形成單元密封圍繞噴頭與晶圓支撐單元120之空間，進而形成一獨立空間於反應室100中。即，構造處理空間S與週邊空間分離，進而在包圍安裝有基板1之晶圓支撐單元120之空間裡執行例如沉積及蝕刻之半導體處理。處理空間形成單元 可以被執行為其他不同形式，或者可以被修改。
例如，處理空間形成單元可以執行為一汽缸閥400，設置於反應室100中，進而可垂直移動，並且當向上移動時可連同下橫板151之下表面一起形成處理空間S。這裡，用於密封處理空間S之密封元件411係設置於處理空間形成單元之上表面，或者下橫板151之下表面上。
可以配置處理空間形成單元透過接觸一突起部(圖中未顯示)而形成處理空間S，其中突起部係形成於噴頭或者反應室100上，而非下橫板151之下表面。
也就是說，汽缸閥400作為處理空間形成單元時可以包含一汽缸閥主體410以及一驅動單元430，其中汽缸閥主體410用於打開及關閉處理空間S，驅動單元430用於垂直移動汽缸閥主體410上下移動。
透過驅動單元430，汽缸閥主體410垂直上下移動。當汽缸閥主體410向上移動時，包含噴頭與晶圓支撐單元120之空間被關閉，因而形成用於半導體處理之處理空間S。
汽缸閥主體410可具有各種不同的剖面形狀，以及圓形剖面形狀、多邊形剖面形狀。排氣管530係連接至汽缸閥主體410之下表面。
由於本發明之汽缸閥400具有對稱結構，因此在半導體處理時能夠實現一致的處理條件於反應室中。並且，反應室內部之晶 圓支撐單元120係互相分離，因此不會導致例如反應氣體出現、氣體混合、電漿源干擾等劣質處理。
可以構造汽缸閥400數量為複數個，因此複數個處理空間S可以形成。在各個處理空間S中，可以執行不同的半導體處理。即，基板1在第一處理空間S中經歷蝕刻處理，然後經由盒式單元200傳送至下一處理空間S中，進而經歷沉積處理。本發明之半導體處理裝置可以在複數個處理空間S中，同時以及/或者依次地執行各種半導體處理，例如蝕刻處理與沉積處理於基板1上。
本發明之半導體處理裝置可以包含一傳輸單元300以及一盒式單元200，其中傳輸單元300用於傳輸位於晶圓支撐單元120與入口110之間之基板1，以及盒式單元200用於裝載半導體處理前後之基板1。
傳輸單元300係設置於晶圓支撐單元120與入口110之間，並傳送即將處理之基板1至晶圓支撐單元120，或者運載出已處理之基板1。
傳輸單元300可包含一或多個機械手320用於傳輸基板1，其中機械手320一端連接至一旋轉驅動單元310之旋轉軸311，旋轉驅動單元310係設置於反應室100中，機械手320另一端則於晶圓支撐單元120與入口110之間往復旋轉。如「第4圖」顯示，機械手320具有一安裝部321，以安裝基板1於其一端。安裝部321可具有不同形狀，例如S狀以及叉狀。
傳輸單元300可以被構造為一對互相獨立旋轉之機械手320。這裡，機械手320由一對旋轉驅動單元310驅動，其中這對旋轉驅動單元310之旋轉軸311相互同心。
機械手320互相之間可以設置為不同高度，進而當旋轉防止兩者出現干涉。
如「第4圖」與「第5圖」顯示，盒式單元200係設置於傳輸單元300與入口110之間，並包含一對側壁210以及一下橫板230，其中側壁210具有複數個承載板211以承載複數個基板1，下橫板230係連接至側壁210。
下橫板230連接至一驅動單元240，因此可以垂直上下移動。
盒式單元200可以由具有極好熱導性之耐熱材料形成，例如鋁或者鋁合金。
盒式單元200由鋁或者鋁合金形成，基板1可以自然冷卻，因此不需要用於冷卻基板1之額外冷卻裝置。
一溫度控制器250可以進一步安裝於盒式單元200中，以控制堆疊基板1之溫度。溫度控制器250透過使用氣體或者致冷劑等，以用於冷卻或加熱盒式單元200中之堆疊基板1。
當盒式單元200設置於傳輸單元300與入口110之間時，傳輸單元300於晶圓支撐單元120與盒式單元200之間旋轉，並傳送即將處理之基板1至晶圓支撐單元120，或者傳送已處理之基板1至盒式單元200。
各個處理空間形成單元係形成一單獨處理空間S，用於半導體處理，並且各個處理空間S必須提供有用於半導體處理之最佳條件。
「第6圖」為本發明第二實施例之半導體處理裝置之局部垂直剖視圖，以及「第7圖」為「第6圖」之半導體處理裝置之局部橫剖視圖。
處理空間形成單元可以包含至少一氣體注射單元710、一溫度控制器720或一襯墊730，其中氣體注射單元710係用於注射氣體至基板1之邊緣，進而防止基板邊緣被沉積。溫度控制器720設置於汽缸閥400中，用於依照半導體處理條件控制汽缸閥400之溫度。襯墊730用於保護作為密封元件411之O形環，其中此密封元件411安裝於汽缸閥400中。
氣體注射單元710可以執行為一氣體注射通道，係設置於汽缸閥400之汽缸閥主體410中，以透過注射氣體至基板1邊緣或者下表面，進而防止基板1被沉積。或者如「第6圖」以及「第7圖」顯示，氣體注射單元710也可以執行為一氣體注射環711，其中氣體注射環711位於汽缸閥主體410內部，並具有複數個注射孔711a，並且透過一供氣管712而連接至安裝於反應室外部之一供氣單元713。
較佳是，設置氣體注射單元710，以致於其能夠朝向基板1之側面注射氣體，更好的是由基板1下表面向基板1之側面注射 氣體。
溫度控制器720係裝設於汽缸閥400上，進而優化例如沉積處理之半導體處理，並控制汽缸閥主體410之溫度，因此於半導體處理過程中，結合副產品至汽缸閥主體410之內壁，或者從汽缸閥主體410內壁上分離副產品。
溫度控制器720可具有各種構造，例如使用致冷劑之結構，導體或者加熱器等，並且可以安裝於汽缸閥主體410之內部或者一外壁上。
例如，溫度控制器720可以包含一通道721、一通道管722以及一流體供應單元723。其中通道721形成於汽缸閥主體410之主體壁內部，並且一流體沿著此通道721流動，通道管722係連接至通道721。裝設於反應室外部之流體供應單元723用於加熱或冷卻流體，並且接著提供此加熱或冷卻流體至通道721。
用於半導體處理之電漿可對密封元件411造成損壞，或者可能使得處理空間S之密封狀態更加惡化。這裡，密封元件411係設置於一密封元件插入槽411a中，其中密封元件插入槽411a形成於汽缸閥主體410之端部。
由例如碳化矽(SiC)之陶瓷形成之襯墊730可以可拆卸地安裝於汽缸閥主體410之內壁上，以透過防止電漿出現或者透過遮蔽熱量而保護密封元件411。
當襯墊730安裝於汽缸閥主體410上時，最好設置襯墊730 之外表面與汽缸閥400為同一外表面，進而最小化對半導體處理之影響。
較佳地，襯墊730的下端係延伸低於基板1之下表面，進而防止汽缸閥主體410影響電漿產生。
汽缸閥400一端最好位於處理空間S與汽缸閥400之外表面之間，進而保護密封元件411。並且，安裝有密封元件411之汽缸閥部份具有不同於接觸處理空間S之部份之高度。
關於本發明之半導體處理裝置之操作將解釋如下。
首先，入口110被入口門111打開，因此設置於反應室100外部之傳輸機器人540能夠被傳輸至反應室100內部。
一旦入口110打開，傳輸機器人540則運裝即將依次經歷半導體處理之基板1於盒式單元200之承載板211上。於此，盒式單元200垂直移動，進而各個基板1可以被裝載於各個承載板211上。當基板1被完全裝載(堆疊)至盒式單元200中時，入口門111關閉入口110。
因此，反應室100不會接觸到外部空氣，並且透過排氣管530，反應室100具有的內部壓力低於大氣壓力，其內部之灰塵或雜質被朝外釋放。
與習知半導體處理裝置具有暴露於空氣之盒式單元不同的是，本發明之盒式單元200係安裝於相比空氣具有較少顆粒之反應室100內部。因此，在半導體處理過程中，本發明可以防止基 板被灰塵或外來物質污染。
一旦入口110被入口門111關閉，傳輸單元300則透過往復旋轉，以傳輸盒式單元200中裝載之基板1至各個晶圓支撐單元120。這裡，盒式單元200垂直移動以設置於期望位置，進而基板1可以被順利地傳送至晶圓支撐單元120。並且，汽缸閥400維持開口狀態，即，汽缸閥主體410之下降狀態。
當傳輸單元300傳送基板1至晶圓支撐單元120時，晶圓支撐單元120與汽缸閥主體410則向上移動，進而形成半導體處理之處理空間S。然後，處理空間S中之基板1開始經歷半導體處理，例如蝕刻處理或者沉積處理。透過排氣管530，一真空泵控制處理空間S內部之壓力，以適合於半導體處理。
一旦基板1之半導體處理徹底完成，半導體處理裝置則相反執行上述處理。
即，如果處理空間形成單元之處理空間S內部之半導體處理完成，則由排氣管530控制處理空間S內部之空氣排放以及壓力。然後，汽缸閥主體410下降，以打開處理空間S。透過傳輸單元300，裝載被處理之基板1於盒式單元200上。
透過傳輸單元300傳送已載入盒式單元200之基板1至汽缸閥主體410之另一晶圓支撐單元120，或者藉由傳輸機器人540通過入口門111傳送基板1出反應室100。
在本發明中，安裝有例如汽缸閥之處理空間形成單元，因而 防止處理過程中氣體出現，並防止電漿源之干擾。此外，本發明係實現一致的處理大氣，因此增強了處理可靠性。
此外，各個半導體處理可以同時執行，並且複合程序可以依次執行，因而減少整體處理時間，並提高生產率。
並且，由於盒式單元設置於反應室中，因此可防止基板被灰塵或外來雜質污染，進而提高產量。由於基板被快速傳輸，並且由耐熱材料形成之盒式單元之冷卻等待時間減少，因此總體處理時間減少進而提高生產率。
再者，處理空間形成單元上安裝有氣體注射單元、溫度控制器、襯墊等以形成一處理空間，實現半導體處理之最佳條件，進而實現一致的處理大氣。因此，增強半導體處理之可靠性。
雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明可以容易地應用於其他類型之裝置。任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧基板
10‧‧‧處理室
12‧‧‧晶圓支撐單元
30‧‧‧傳輸機器人
54‧‧‧閘閥
60‧‧‧傳輸室
100‧‧‧反應室
101‧‧‧下腔室
102‧‧‧頂蓋
110‧‧‧入口
111‧‧‧入口門
120‧‧‧晶圓支撐單元
121‧‧‧驅動單元
151‧‧‧下橫板
152‧‧‧上橫板
200‧‧‧盒式單元
210‧‧‧側壁
211‧‧‧承載板
230‧‧‧下橫板
240‧‧‧驅動單元
250‧‧‧溫度控制器
300‧‧‧傳輸單元
310‧‧‧旋轉驅動單元
311‧‧‧旋轉軸
320‧‧‧機械手
321‧‧‧安裝部
400‧‧‧汽缸閥
410‧‧‧汽缸閥主體
411‧‧‧密封元件
411a‧‧‧密封元件插入槽
430‧‧‧驅動單元
530‧‧‧排氣管
531‧‧‧升降銷
540‧‧‧傳輸機器人
S‧‧‧處理空間
710‧‧‧氣體注射單元
711‧‧‧氣體注射環
711a‧‧‧注射孔
712‧‧‧供氣管
713‧‧‧供氣單元
720‧‧‧溫度控制器
721‧‧‧通道
722‧‧‧通道管
723‧‧‧流體供應單元
730‧‧‧襯墊
第1圖為習知技術之半導體處理裝置之橫剖視圖；第2圖為沿第1圖A-A線之垂直剖視圖；第3圖為本發明之半導體處理裝置之垂直剖視圖；第4圖為第3圖之半導體處理裝置之橫剖視圖； 第5圖為第3圖之半導體處理裝置之cassette透視圖；第6圖為本發明第二實施例之半導體處理裝置之局部垂直剖視圖；以及第7圖為第6圖之半導體處理裝置之局部橫剖視圖。
1‧‧‧基板
100‧‧‧反應室
101‧‧‧下腔室
102‧‧‧頂蓋
110‧‧‧入口
111‧‧‧入口門
120‧‧‧晶圓支撐單元
121‧‧‧驅動單元
151‧‧‧下橫板
152‧‧‧上橫板
200‧‧‧盒式單元
240‧‧‧驅動單元
300‧‧‧傳輸單元
310‧‧‧旋轉驅動單元
311‧‧‧旋轉軸
400‧‧‧汽缸閥
410‧‧‧汽缸閥主體
411‧‧‧密封元件
430‧‧‧驅動單元
530‧‧‧排氣管
531‧‧‧升降銷
540‧‧‧傳輸機器人
S‧‧‧處理空間

Claims (10)

  1. 一種半導體處理裝置，包含有：一反應室，係具有一入口，透過該入口傳輸即將處理之基板；一對噴頭，係設置於該反應室上側用於噴灑氣體，進而執行半導體處理；一對晶圓支撐單元，係對應各個該噴頭設置於該反應室內部下側，用於支撐該基板；一對處理空間形成單元，設置於該反應室中，用於形成並密封包圍該噴頭及該晶圓支撐單元之用於半導體處理之處理空間；一對排氣系統，係連接至該處理空間形成單元，用於控制該反應室與該處理空間形成單元形成之該處理空間內部之壓力以及空氣排放；以及一傳輸單元，係位於該對晶圓支撐單元與該入口之間，用於傳送即將處理之基板至該對晶圓支撐單元或者透過該入口傳送出已處理之基板；其中更設置一盒式單元於該傳輸單元與該入口之間，用於承載複數個基板；其中該傳輸單元包括一對機械手，用於傳輸該基板，該對機械手一端係連接至設置於該反應室內之一旋轉驅動單元，且該對機械手另一端於該對晶圓支撐單元與該盒式單元之間往復旋轉，該對機械手係設置為互相具有不同的高度，進而防止旋轉時 互相干擾；以及其中藉由分別連接至該對處理空間形成單元的該對排氣系統控制該反應室內部之壓力及空氣排放。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中設置該盒式單元可透過一驅動單元垂直移動。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該盒式單元包含一溫度控制器，以控制所承載之基板溫度。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項之任一項所述之裝置，其中該處理空間形成單元係執行為一汽缸閥，設置於該反應室內，進而可垂直移動，並當向上移動時形成一處理空間。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之裝置，其中更提供一氣體注射單元於該汽缸閥中，以用於注射氣體至基板邊緣，進而防止該基板被沉積。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中該氣體注射單元包含一氣體注射環，該氣體注射環位於該汽缸閥內側並具有複數個注射孔，該氣體注射環透過一供氣管連接至安裝於外部之一供氣單元。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之裝置，其中該汽缸閥中更配備有一溫度控制器，以依照半導體處理條件控制該汽缸閥之溫度。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之裝置，其中該汽缸閥之內壁中更配備有一襯墊，以保護一密封元件。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之裝置，其中該襯墊之下端係延伸低於一基板之下表面，進而防止產生電漿。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之裝置，其中該汽缸閥一端係位於該處理空間與該汽缸之外表面之間，進而保護該密封元件，並且安裝有該密封元件之該汽缸閥部份高度係不同於接觸該處理空門部份之高度。
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