处理基材的设备和方法

xiaoxiao2020-9-9  2

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专利名称:处理基材的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种处理基材的设备和方法,更具体而言,涉及一种在基材上沉积薄膜的设备和方法。
背景技术
为制造诸如半导体芯片或发光二极管(LED)等集成电路(IC),需要在基材上沉积薄膜的方法。在这些方法中的金属有机化学气相沉积(MOCVD)法中,使用金属有机化合物和氢化合物的气体热分解反应在基材上沉积薄膜。基材可以包括在制造LED的方法中用于制造外延晶片的蓝宝石(Al2O3)和碳化硅(SiC)基材或者用于制造半导体IC的硅晶片。在其中进行MOCVD工艺以制造LED的设备包括基座,该基座具有在边缘的多个保持件安置槽和插到保持件安置槽中的基材保持件。气体供应到基材保持件的下表面上,每个基材保持件相对于中心轴线旋转。然而,沉积在由基座支撑的基材上的薄膜的沉积速率彼此不同。为解决这种限制,要求改善沉积在基材上的薄膜的沉积均匀性的各种方法。[专利文献]在先文献I :美国专利注册No. 6,797,069

发明内容
本发明提供一种处理基材的设备和方法,它们可以改善沉积在由基座支撑的基材上的薄膜的沉积均匀性。本发明的实施例提供处理基材的设备,所述设备包括腔室,所述腔室提供在其内进行处理工艺的内部空间,所述腔室具有敞开的上侧;设置在所述腔室内的基座,所述基座在上表面中具有多个保持件安置槽,其中在每个保持件安置槽中限定有注入孔;用于使所述基座旋转的旋转轴;在其上放置基材的基材保持件,所述基材保持件插到每个保持件安置槽中;用于加热所述基座的加热器;与所述注入孔连接的气体供应管线,用于将气体供应到所述注入孔;设置在所述气体供应管线上的流量调节器,用于调节气体的流量;检测元件,用于检测放置在所述基材保持件上的每个基材的状态;和控制单元,用于根据由所述检测元件检测到的状态来控制所述流量调节器。在一些实施例中,所述状态可以是每个基材的温度。所述状态可以是沉积在每个基材上的薄膜的厚度。所述保持件安置槽可以相对于所述基座的中心轴线排列成圆环形状。所述检测元件可以设置在所述保持件安置槽的旋转轨迹上的任何位置的正上方。当所述各基材中一个基材的温度高于其他基材的温度时,所述控制单元可以增大供应到放置所述这个基材的基材保持件上的气体的流量,和当所述各基材中一个基材的温度低于其他基材的温度时,所述控制单元可以减小供应到放置所述这个基材的基材保持件上的气体的流量。当沉积在所述各基材中一个基材上的薄膜的厚度大于沉积在其他基材上的薄膜的厚度时,所述控制单元可以增大供应到放置所述这个基材的基材保持件上的气体的流量,和当沉积在所述各基材中一个基材上的薄膜的厚度小于沉积在其他基材上的薄膜的厚度时,所述控制单元可以减小供应到放置所述这个基材的基材保持件上的气体的流量。在本发明的其他实施例中,处理基材的方法包括将在其上放置基材的基材保持件插到形成在基座的上表面中的多个保持件安置槽的每一个中;通过形成在所述保持件安置槽中的注入孔注入气体,以使所述基材保持件旋转,并 且使所述基座旋转;检测放置在所述基材保持件上的基材的状态;和根据检测到的状态调节注入到所述基材保持件上的气体的流量。在一些实施例中,所述的状态检测可以包括测量放置在所述基材保持件上的基材的温度。所述的状态检测可以包括测量沉积在放置于所述基材保持件上的基材上的薄膜的厚度。在调节流量时,当所述各基材中一个基材的温度高于其他基材的温度时,可以增大供应到放置所述这个基材的基材保持件上的气体的流量,和当所述各基材中一个基材的温度低于其他基材的温度时,可以减小供应到放置所述这个基材的基材保持件上的气体的流量。在调节流量时,当沉积在所述各基材中一个基材上的薄膜的厚度大于沉积在其他基材上的薄膜的厚度时,可以增大供应到放置所述这个基材的基材保持件上的气体的流量,和当沉积在所述各基材中一个基材上的薄膜的厚度小于沉积在其他基材上的薄膜的厚度时,可以减小供应到放置所述这个基材的基材保持件上的气体的流量。在本发明的其他实施例中,处理基材的方法包括在基座的上表面中形成多个保持件安置槽,其中将在其上放置基材的基材保持件插到每个保持件安置槽中;在每个保持件安置槽中形成注入孔,通过所述注入孔注入气体,以使所述基材保持件旋转;和将通过所述注入孔注入的气体以彼此不同的流量供应到全部或一部分保持件安置槽。在一些实施例中,通过所述注入孔注入的气体的流量可以根据放置在插到每个保持件安置槽中的基材保持件上的基材的状态而不同。所述状态可以根据测得的每个基材的温度而不同。所述状态可以根据测得的沉积在每个基材上的薄膜的厚度而不同。所述保持件安置槽可以相对于所述基座的中心轴线排列成圆环形状,和所述各基材的状态可以通过所述基座的旋转而由检测元件依次检测。


附图用于进一步理解本发明,且被并入说明书中构成说明书的一部分。附图显示本发明的示例性实施例,并且与说明书一起用于说明本发明的原理。在附图中图I是根据本发明实施例的处理基材的设备的示意性截面图;图2是示出图I的基材保持件的示意性截面图;图3是示出图I的基座的示意性平面图;图4是示出根据基材的温度供应不同流量的气体的方法的示意图;和图5是根据沉积在基材上的薄膜的厚度供应不同流量的气体的方法的示意图。
具体实施例方式下面,参照附图更详细地说明根据本发明实施例的处理基材的设备和方法。此外,为了避免不必要地混淆本发明的主题,未对与公知的功能或构造有关的内容进行详细说明。因此,为清晰起见,在附图中,各元件的形状和尺寸被放大。在本发明的实施例中,用于制造LED的金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备被描述作为处理基材的设备10的例子。然而,与此不同的是,处理基材的设备10可以是用于制造半导体芯片的MOCVD设备。此外,在本发明的实施例中,在制造LED过程中使用的蓝宝石(Al2O3)和碳化硅(SiC)基材被描述作为基材的例子。然而,与此不同的是,基材可以是在制造半导体集成电路(IC)过程中使用的硅晶片。下面,结合图I 5详细地说明本发明的实施例。图I是根据本发明实施例的处理基材的设备的示意性截面图。参照图1,处理基材的设备10包括腔室100、基材支撑单元200、注入单元300、排气单元400、加热器500、检测元件600和控制单元700。腔室100呈圆筒状并提供内部空间,在其内进行各种工艺。开口限定在腔室100的上壁140的中央处。该开口用作基材W进出腔室100的通道。该开口由门180打开或关闭。门180包括透明窗口 181。可选择地,基材W的进出通道可以设置在腔室100的侧壁160 中。基材支撑单元200包括基材保持件210和基座230。图2是示出图I的基材保持件的示意性截面图。参照图2,基材保持件210呈大致圆形形状。此外,在其上安置基材W的基材安置槽211限定在基材保持件210的上表面中。一个基材安置槽211限定在基材保持件210的上表面的中央处。可选择地,多个基材安置槽211可以选择性地设置在基材保持件210中。固定槽213限定在基材保持件210的下表面的中央处。图3是不出图I的基座的不意性平面图。参照图3,基座呈圆形板状。多个保持件安置槽231限定在基座230的上表面中。保持件安置槽231相对于基座230的中心轴线排列成圆环形状。各个保持件安置槽231可以具有彼此相同的尺寸和形状。例如,各个保持件安置槽231可以呈圆形形状,可以设置10个保持件安置槽231。各个保持件安置槽23可以彼此间隔相同距离。各个保持件安置槽231可以具有与基材保持件210相同的尺寸或者具有比基材保持件210更大的尺寸。向上突出的突起233设置在各个保持件安置槽231的上表面的中央部。当基材保持件210安置在保持件安置槽231上时,突起233插入基材保持件210的固定槽213内。用于注入气体的多个注入孔235限定在各个保持件安置槽231的上表面中。例如,在一个保持件安置槽231中可以限定有3个注入孔。各个注入孔235包围突起233。此外,各个注入孔235彼此间隔相同距离。与各个注入孔235连接的导槽236限定在各个保持件安置槽231的上表面中。导槽236可以从注入孔235开始成圆形。导槽236引导气体的流动方向,使得基材保持件210在基材保持件210漂浮的状态下旋转。气体供应管线234设置在基座230中。一根气体供应管线234与限定在一个保持件安置槽231中的注入孔235连接。各气体供应管线234相对于彼此独立地设置。各气体供应管线234沿着基座230的内部连接直到旋转轴250的内部。此外,气体供应管线234具有连接到储气部(未图示)的端部。用于调节气体流量的流量调节器238设置在气体供应管线234中。各个流量调节器238可以单独地调节供应到每个注入孔235的气体的流量。各个流量调节器238可以不同地调节供应到全部或一部分保持件安置槽231的气体的流量。供应到注入孔235的气体可以是诸如氮气等不活泼气体。基座230可以相对于中心轴线可转动地设置。使基座230旋转的旋转轴250与基座230的下表面联接。电机270与旋转轴250联接。因此,电机270的旋转力经由旋转轴250传递到基座230。尽管在本发明的实施例中设有10个保持件安置槽231和3个注入孔235,但本发明不限于此。例如,保持件安置槽231和注入孔235的数量可以有各种各样的变化。再次参照图I,注入单元300包括注入喷嘴310和气体供应管线350。注入喷嘴310将处理气体供应到由基材支撑单元200支撑的基材W上。注入喷嘴310呈圆柱形状。注入喷嘴310被固定并联接到门180上。注入喷嘴310设置在基座230上方并面对基座230。 注入喷嘴310的宽度比基座230的上表面的宽度小。当从上侧观察时,注入喷嘴310和保持件安置槽231不互相重叠。多个排出孔311限定在注入喷嘴310的外表面中。各排出孔311沿着注入喷嘴310的周向限定。各排出孔311彼此间隔相同距离。各排出孔311具有彼此相同的尺寸。注入喷嘴310从气体供应管线350接收处理气体。供应到注入喷嘴310的处理气体经由各排出孔311供应到基材W上。冷却水在其内流动的管线(未图示)设置在注入喷嘴310内。冷却水防止处理气体在注入喷嘴310内相互反应。此外,冷却水防止在工艺过程中产生的工艺副产物附着到注入喷嘴310的外壁上。排气单元400包括排气环410、排气管430和泵450。排气环410呈环形状。排气环410的内表面邻近基座230。排气环410的外表面邻近腔室100的侧壁。排气环410与基座230和所述侧壁间隔设置。排气环410的上端可以设置在与基座230的上表面相同高度处或者低于基座230的高度。多个排气孔411限定在排气环410的上端中。各排气孔411沿着排气环410的周向相互间隔预定的距离。因此,腔室100的内部空间和排气环410的内部空间经由排气孔411彼此相通。排气管430呈圆柱形状。排气管430的上端与排气环410的下表面联接以支撑排气环410。排气管430的下端与泵450连接。泵450经由排气环410和排气管430调节腔室10的内部压力。此外,泵450抽吸在处理过程中产生的副产物,以将副产物排出到外部。加热器500设置在基座230下方。加热器500平行于基座230的下表面盘旋设置。由加热器500提供的热量经由基座230和基材保持件210传递到基材W。检测元件600检测在进行处理时每个基材W的状态。例如,基材W的状态可以是基材W的温度。作为另一个例子,基材W的状态可以是沉积在每个基材W上的薄膜的厚度。检测元件600设置在腔室100的外部并面对门180的透明窗口 181。检测元件600可以设置在保持件安置槽231的旋转轨迹上的任何位置的正上方。当基座230旋转时,检测元件600依次面对每个基材W,从而沿着基座230的周向检测基材W的状态。控制单元700接收在进行处理时来自检测元件600的关于每个基材W的状态的信息。控制单元700基于检测到的信息控制各个流量调节器238。因此,可以单独地调节供应到每个基材W上的气体的流量。
可以在大约1,OOO0C以上的高温条件下进行沉积过程。沉积在基材W上的薄膜由于各种因素而可能会在沉积均匀性方面彼此不同。其中,基材W的温度和转速中的每一个是在进行处理时对沉积在基材W上的薄膜的沉积速率具有影响的因素之一。供应到基材保持件210上的气体的流量对基材W的温度和转速具有影响。供应到基材保持件210上的气体的流量增大的越多,基材W的温度下降的越多,并且基材W的转速增大。结果,基材W的薄膜沉积速率减小。另一方面,供应到基材保持件210上的气体的流量减小的越多,基材W的温度上升的越多,并且基材W的转速减小。结果,基材W的薄膜沉积速率增大。控制单元700根据基材W的温度和沉积在基材W上的薄膜的厚度控制供应到每个基材保持件210的下表面上的气体的流量,从而单独地控制基材W的温度和转速。例如,检测元件600包括用于测量基材W的温度的传感器。图4是示出根据基材的温度供应不同流量的气体的方法的示意图。参照图4,当由基座230支撑的多个基材W1 W10中的一个基材W1的温度T1高于其他基材W2 Wltl的温度T2 Tltl时,供应到放置基材W1的基材保持件210上的气体的流量Q1相对于供应到放置其他基材W2 Wltl的基材保持件210上的气体的流量Q2 Qltl增大,从而降低基材W1的温度1\。另一方面,当由基座230支撑的多个基材W1 Wltl中的一个基材W1的温度T1低于其他基材W2 Wltl的温度T2 Tltl时,供应到放置基材W1的基材保持件210上的气体的流量Q1相对于供应到放置其他基材W2 Wltl的基材保持件210上的气体的流量Q2 Qltl减小,从而增大基材W1的温度1\。作为另一个例子,检测元件600包括用于测量沉积在基材W上的薄膜的厚度的传感器。图5是根据沉积在基材上的薄膜的厚度供应不同流量的气体的方法的示意图。参照图5,当沉积在由基座230支撑的多个基材W1 Wltl中的一个基材W1上的薄膜的厚度h大于沉积在其他基材W2 Wltl上的薄膜的厚度t2 t1(l时,供应到放置基材W1的基材保持件210上的气体的流量Q1相对于供应到放置其他基材W2 Wltl的基材保持件210上的气体的流量Q2 Qltl增大,从而增大基材W1的转速。另一方面,当沉积在由基座230支撑的多个基材W1 Wltl中的一个基材W1上的薄膜的厚度小于沉积在其他基材W2 Wltl上的薄膜的厚度t2 t1(l时,供应到放置基材W1的基材保持件210上的气体的流量Q1相对于供应到放置其他基材W2 Wltl的基材保持件210上的气体的流量Q2 Qltl减小,从而减小基材W1的转速。根据本发明的实施例,可以改善沉积在由基座支撑的基材上的薄膜的沉积均匀性。根据本发明的实施例,可以将由基座支撑的基材控制成具有彼此相同的温度。上述公开的主题应被认为是说明性的,而不是限制性的,并且所附权利要求书意图覆盖落入本发明真正精神和范围内的所有修改、增加和其他实施例。因此,在法律允许的最大程度内,本发明的范围应根据所附权利要求和其等同物的最宽可允许解释来确定,而不应受到上述详细说明的约束或限制。权利要求
1.一种处理基材的设备,所述设备包括 腔室,所述腔室提供在其内进行处理工艺的内部空间,所述腔室具有敞开的上侧; 设置在所述腔室内的基座,所述基座在上表面中具有多个保持件安置槽,其中在每个保持件安置槽中限定有注入孔; 用于使所述基座旋转的旋转轴; 在其上放置基材的基材保持件,所述基材保持件插到每个保持件安置槽中; 用于加热所述基座的加热器; 与所述注入孔连接的气体供应管线,用于将气体供应到所述注入孔; 设置在所述气体供应管线上的流量调节器,用于调节气体的流量; 检测元件,用于检测放置在所述基材保持件上的每个基材的状态;和 控制单元,用于根据由所述检测元件检测到的状态来控制所述流量调节器。
2.如权利要求I所述的设备,其中所述状态是每个基材的温度。
3.如权利要求I所述的设备,其中所述状态是沉积在每个基材上的薄膜的厚度。
4.如权利要求I 3中任一项所述的设备,其中所述保持件安置槽相对于所述基座的中心轴线排列成圆环形状。
5.如权利要求4所述的设备,其中所述检测元件设置在所述保持件安置槽的旋转轨迹上的任何位置的正上方。
6.如权利要求2所述的设备,其中,当所述各基材中一个基材的温度高于其他基材的温度时,所述控制单元增大供应到放置所述这个基材的基材保持件上的气体的流量,和 当所述各基材中一个基材的温度低于其他基材的温度时,所述控制单元减小供应到放置所述这个基材的基材保持件上的气体的流量。
7.如权利要求3所述的设备,其中,当沉积在所述各基材中一个基材上的薄膜的厚度大于沉积在其他基材上的薄膜的厚度时,所述控制单元增大供应到放置所述这个基材的基材保持件上的气体的流量,和 当沉积在所述各基材中一个基材上的薄膜的厚度小于沉积在其他基材上的薄膜的厚度时,所述控制单元减小供应到放置所述这个基材的基材保持件上的气体的流量。
8.—种处理基材的方法,所述方法包括 将在其上放置基材的基材保持件插到形成在基座的上表面中的多个保持件安置槽的每一个中; 通过形成在所述保持件安置槽中的注入孔注入气体,以使所述基材保持件旋转,并且使所述基座旋转; 检测放置在所述基材保持件上的基材的状态;和 根据检测到的状态调节注入到所述基材保持件上的气体的流量。
9.如权利要求8所述的方法,其中所述的状态检测包括测量放置在所述基材保持件上的基材的温度。
10.如权利要求8所述的方法,其中所述的状态检测包括测量沉积在放置于所述基材保持件上的基材上的薄膜的厚度。
11.如权利要求9所述的方法,其中,在调节流量时,当所述各基材中一个基材的温度高于其他基材的温度时,增大供应到放置所述这个基材的基材保持件上的气体的流量,和当所述各基材中一个基材的温度低于其他基材的温度时,减小供应到放置所述这个基材的基材保持件上的气体的流量。
12.如权利要求10所述的方法,其中,在调节流量时,当沉积在所述各基材中一个基材上的薄膜的厚度大于沉积在其他基材上的薄膜的厚度时,增大供应到放置所述这个基材的基材保持件上的气体的流量,和 当沉积在所述各基材中一个基材上的薄膜的厚度小于沉积在其他基材上的薄膜的厚度时,减小供应到放置所述这个基材的基材保持件上的气体的流量。
13.—种处理基材的方法,所述方法包括 在基座的上表面中形成多个保持件安置槽,其中将在其上放置基材的基材保持件插到每个保持件安置槽中; 在每个保持件安置槽中形成注入孔,通过所述注入孔注入气体,以使所述基材保持件 旋转;和 将通过所述注入孔注入的气体以彼此不同的流量供应到全部或一部分保持件安置槽。
14.如权利要求13所述的方法,其中通过所述注入孔注入的气体的流量根据放置在插到每个保持件安置槽中的基材保持件上的基材的状态而不同。
15.如权利要求14所述的方法,其中所述状态根据测得的每个基材的温度而不同。
16.如权利要求14所述的方法,其中所述状态根据测得的沉积在每个基材上的薄膜的厚度而不同。
17.如权利要求13 16中任一项所述的方法,其中所述保持件安置槽相对于所述基座的中心轴线排列成圆环形状,和 所述各基材的状态通过所述基座的旋转而由检测元件依次检测。
全文摘要
本发明提供一种在基材上沉积薄膜的设备和方法。基材由基材保持件支撑。基材保持件安置在限定于基座的上表面中的多个保持件安置槽上。用于注入气体的注入孔限定在每个保持件安置槽的上表面中。当进行处理时,基座绕着其中心轴线旋转,并且基材保持件通过从注入孔注入的气体而绕着基材保持件的中心轴线旋转。根据基材的状态调节供应到基材保持件的下表面上的气体的流量。
文档编号C30B25/14GK102758191SQ201210120588
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月23日 优先权日2011年4月29日
发明者郑庆和 申请人:细美事有限公司

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