原子层沉积装置的制作方法

专利名称：原子层沉积装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种原子层沉积装置，特别涉及一种可以同时装载及卸载多个基板从
而提高生产总量的原子层沉积装置。
背景技术：
通常，为在半导体基板或玻璃等基板上沉积一定厚度的薄膜，使用利用溅射 (sputtering)之类的物理冲突的物理气相沉积法(physical v即or d印osition :PVD)和 利用化学反应的化学气相沉积法(chemical v即or d印osition :CVD)等薄膜制造方法。
由于半导体元件的设计规则(design rule)急剧细微化，因此需要细微模式 的薄膜，而形成薄膜区域的阶梯差异也变得非常大。而原子层沉积方法(atomic layer d印osition，ALD)不仅可以非常均匀地形成原子层厚度的微细模式，而且其阶梯覆盖(st印 coverage)也非常优秀，因此所述原子层沉积方法的使用正在增加。 原子层沉积法(ALD)在利用气体分子之间的化学反应这一点上与一般化学气相 沉积方法相似。但是，通常的化学气相沉积(CVD)方法向处理室同时注入多个气体分子以 在基板上沉积基板上部发生的反应生成物，与此不同，原子层沉积方法向处理室内注入一 种气体物质后将其吹扫(purge)，仅留住物理性吸附于加热的基板的表面的气体，然后注入 其他气体，由此沉积在基板表面产生的化学反应生成物。通过这种原子层沉积方法形成的 薄膜，具有阶梯覆盖特性非常优秀且可以形成不纯物含量低的纯粹薄膜的优点，因此当前 受到广泛关注。 现有的原子层沉积装置为提高生产总量(throughput)开始了同时对多个基板执 行沉积工程的半分批类型(semi-batch type)。通常半分批类型原子层沉积装置喷射种类 互不相同的沉积气体，基板依靠气体喷射单元或者基座单元的高速旋转依次通过沉积气体 被喷射的区域，由此沉积气体之间的化学反应生成物沉积在基板表面从而形成薄膜。
在这里，现有的原子层沉积装置具有两个半分批类型的处理室，可以同时对12张 基板执行沉积工程。此外原子层沉积装置具有传送机器人，其从缓冲器向处理室传送基板 并在处理室装载和卸载基板。在这里，现有的传送机器人每次装卸载和移送一张基板，而原 子层沉积装置因空间限制通常只具有一台传送机器人。 但是，因为现有的原子层沉积装置只具有一台传送机器人来装卸载和移送基板， 所以将12张基板全部移送及装卸载所需的时间非常多。因此，装卸载和移送基板时在传送 机器人上被延误的时间也同样导致沉积工程的延误，所以存在生产总量和生产力低下的问 题。此外，通常缓冲器存储25张或50张基板而处理模块对12张基板执行沉积工程，因此 多余的基板会被剩下，处理多余的基板需替换缓冲器补充基板，可能会导致时间延误。

发明内容
为解决所述问题，本发明的目的在于提供一种在装卸载和移送基板时可避免发生 时间延误的原子层沉积装置。
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此外，本发明的目的还在于提供一种可提高沉积工程的生产总量和生产力的原子 层沉积装置。 为达到所述本发明的目的，根据本发明的实施例，所述原子层沉积装置可向处理 室传送多个基板时装卸载多个基板，可包括装卸载模块，其装载和卸载基板；处理模块， 其具备同时容纳多个基板执行沉积工程的多个处理室，并具备吸入所述处理室中央部分的 排放气体向所述处理室上部排出的配备有排气器的气体喷射单元；和传送模块，其处于所 述装卸载模块和所述处理模块之间移送所述基板，具备将多个基板同时揽收移送的传送机 器人。 在这里，所述装卸载模块具备存储多个基板的装载舱和缓冲器，所述缓冲器在装 载所述基板时可补充数量不足的基板，以使所述装载舱中存储的基板的数量与所述处理室 中容纳的基板的数量成倍数关系。即，所述缓冲器在装载所述基板时在装载舱里补充张数 不足的基板，可避免所述装载舱出现多余的基板，并可避免装载时因补充基板而发生的时 间延误。例如，所述缓冲器可被配备于所述传送模块的一侧对所述缓冲器的内部压力有选 择地进行减压和加压，以避免从所述传送模块取出所述基板时所述传送模块的真空遭到破 坏。 在实施例中，所述传送机器人各自具有将基板一张张揽收的多个操作臂。例如，所 述传动机器人包括两个操作臂，所述操作臂对应所述基板的直径横穿所述基板的中心，形 成具有一定宽度的杆(bar)或者环形结构，以从所述基板下部支持所述基板。在这里，在装 载所述基板时所述操作臂可以避免与升降针或其他构成物发生干涉。在这里，所述传送机 器人在移送所述基板时所述操作臂沿上下方向重叠，在所述处理室中装载和卸载所述基板 时所述操作臂在左右方向以"V"字形展开。 此外所述传送模块具备传感器，以用于检查所述基板是否被正常安装在所述传送 机器人上，在所述操作臂左右以"V"字形展开以使所述基板一部分重叠的状态下，所述传感 器检查所述基板是否被安装。例如，所述传感器可以包含位于所述传送模块的下部的光传 感器，所述光传感器对安装于所述操作臂的所述基板照射光线，以确认所述基板是否被正 常安装。
在实施例中，所述处理室可包括基座单元，其在水平方向安装并支持所述多个基
板，且该基座单元可以旋转以使所述基板可以公转，而且该基座单元在所述处理室内部里
可以升降移动；气体喷射单元，其处于所述基座单元上部，形成多个喷射区域，所述多个喷
射区域定义为提供在所述基板上沉积薄膜的沉积气体中的一种气体的多个喷射孔组；排气
器，其位于所述气体喷射单元，吸入并排出所述处理室内部的排放气体；加热单元，其位于
所述基座单元下部，加热所述基板和所述基座单元；和升降针，其位于所述基座单元且安装
所述基板，该升降针为在所述基座单元升降移动时突出于所述基座单元上部而升降移动。 在这里，所述喷射区域由喷射源气体的至少一个源区域和喷射吹扫气体的至少一
个吹扫区域构成，所述排气器可包括排气管，其在所述气体喷射单元中沿着喷射区边界配
置，定义为吸入和排出所述处理室内部的排放气体的多个排气孔组；和中央排气块，其与所
述排气管相通，位于所述气体喷射单元的中央部位以吸入和排出所述基座中央部分的排放
气体。此外所述排气器可包括多个排气管以将在所述各个源区域被吸入的排放气体通过互
不相同的排气缓冲器排出。此外，所述排气管，可使在一个源区域中被吸入的排放气体与在所述吹扫区域中被吸入的排放气体通过同一个排气缓冲器排出。此外，所述中央排气块，可
连通或分离在所述中央排气块中被吸入的排放气体排出的通路与所述排气管的所述排气
缓冲器。同时，所述中央排气块可具有对应所述基座中央部分大小的区域。同时，所述中央
排气块可通过互不相同的通路排出在所述每个源区域中被吸入的排放气体。 此外，所述排气管进一步包括横穿所述喷射区域的辅助排气块，所述辅助排气块
可连通或分离在所述辅助排气块中被吸入的排放气体的排出通路与所述排气管及所述中
央排气块。 在实施例中，所述升降针可贯通所述基座单元并延长至所述基座单元下部，且所 述升降针在所述基座单元下降时其下端部分可接触所述加热单元向所述基座单元的上部 突出，在所述基座单元上升时可依靠所述升降针的自重下降。 此外所述加热单元可具备针引导孔，所述针引导孔在所述基座单元下降时收纳所 述升降针的下端部分而不会使所述升降针突出，所述针引导孔可在所述基座单元下降时收 纳除装载和卸载所述基板的两张基板外的其他基板上对应安装位置的升降针。即，在装卸 载所述基板时，所述安装位置的升降针不会突出，因此所述基板保持安装在所述基座单元 的状态，而装载位置的升降针突出，因此所述基板可被安装在所述升降针上。此外，所述操 作臂以上下重叠的状态移送所述基板，因此装卸载所述基板时安装在所述操作臂上的所述 基板出现高度差，所述基板装卸载位置的两张基板对应的装载位置的升降针对应所述基板 的装卸载高度差突出为互不相同的高度。 在实施例中，所述加热单元，在内部密封的外壳内部可埋有电源接通就发热的具 有金属丝形态或者钨丝形态的发热元件。在这里，所述加热单元可以曲线型排列一个或多 个发热元件，以在所述基板对应的位置形成多个发热区域。此外，所述外壳可防止所述发热 元件发出的热量从所述加热单元下部放出。或者，在所述外壳的下部可具备屏蔽材料以避 免所述发热元件中发出的热量从所述加热单元下部放出。
如上所述，本发明具有如下优点 首先，因具备拥有多个操作臂的传送机器人，所以可以至少同时移送和装卸载两 张以上的基板，因此可以有效縮短装卸载和移送基板的时间，并避免在传送机器人发生时 间延误； 其次，由于配置缓冲器，因装载舱中收纳的基板的数量与处理室中同时收纳的基 板的数量，装载和卸载基板时可避免装载舱中剩余一部分基板，进而避免因多余的基板的 处理造成的工程延误。


图1是为示出根据本发明的实施例的原子层沉积装置的整体系统的平面图；
图2和图3作为示出在图1的原子层沉积装置的传送模块中检查基板正常安装与 否的动作的示意图，其中，图2是传送机器人的正面图，图3是传送机器人的关键部位立体 图； 图4是图1的原子层沉积装置的剖视图；
图5是图4的处理模块的关键部位立体图；
图6是图5的处理模块中气体喷射单元的平面 图7是图6的气体喷射单元中沿着I-I线的剖视图； 图8是为示出根据图6的气体喷射单元另一个实施形态的气体喷射单元的平面 图； 图9是图8的气体喷射单元中沿着II-II线的剖视图；
图10是图8的气体喷射单元中沿着III-III线的剖视图； 图11是为示出在图1的原子层沉积装置中传送机器人向基座单元装载基板的动 作的关键部位立体图； 图12是为示出图4和图5的处理模块中加热单元的立体图；
图13是图12的加热单元的剖视图； 图14是为示出图12的加热单元中发热元件模式的一个示例的平面图。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的实施例进行详细描述，但是本发明并不受实施例的限 制或限定。在对本发明的描述中，对于公知功能或公知结构不再具体描述，以清晰地描述本 发明的要点。
以下，将参照图1至图14对根据本发明实施例的原子层沉积装置进行详细描述。
首先，参照图1对根据本发明实施例的原子层沉积装置的整体系统进行详细描 述。图l是为示出根据本发明实施例的原子层沉积装置的平面图。 参照图l，原子层沉积装置大体上由以下部分构成向原子层装卸载基板1的装 卸载模块(loading/unloading module) 10 ;执行原子层沉积工程的处理模块(process module) 30 ;和在装卸载模块10和处理模块30之间移送基板1的传送模块20。
在这里，基板1可以是硅晶片(silicon wafer)。但是本发明的对象并不局限于 硅晶片，基板l可以是液晶显示器(liquid crystal display :LCD)、等离子显示器面板 (plasma display panel :PDP)等用于平板显示器装置的包括玻璃在内的透明基板。此外， 基板1的形状和大小不局限于附图，实质上其可以具有圆形和矩形板等各种各样的形状和 大小。 装卸载模块10具备向原子层沉积装置装载和卸载基板的组成部件和存储及收纳 的组成部件。例如，装卸载模块10可包含以下部件装载舱(loadport)ll，其存储多个基 板1 ;装载缓冲单元12，其在基板从装载舱11被取出向传送模块20移动之前暂时收纳基 板；装载锁单元(load-lock unit) 13，其位于装载缓冲单元12与传送模块20之间，可进行 减压和加压以避免移送基板1时原子层沉积装置的内部因外部气体流入而发生急剧变化， 起缓冲的作用。 在这里，装卸载模块10的各个组成部件的详细技术组成不是本发明的要点，因此 将省略详细的描述和图示而只简单描述其主要组成部件。 例如，装载舱11作为容纳存储多个基板的装置，可以是暗盒(cassette)或前端开 口片盒(front opening unified pod :F0UP)。此外，由于处理模块30对多个基板1同时 执行沉积工程，所以装卸载模块10可具备多个装载舱11a、llb、llc。 装载缓冲单元12从装载舱11取出基板1移送至装载锁单元13，反过来也从装载 锁单元13向装载舱11移送收纳基板1。在这里，装载缓冲装置12可包括机器人(未图示)，其从装载舱11和装载锁单元13中取出和收纳并移送基板1 ;定位器(aligner,未图 示)，其在取出和收纳基板1时将基板1整齐排列。 同时，原子层沉积工程的特征上处理模块30内部维持高真空状态，传送模块20也 为了向处理模块30移送基板1而与处理模块30维持类似程度的高真空。因此，在装卸载 模块10中装载或卸载基板1时传送模块20与大气连通的话会破坏传送模块20的真空，导 致传送模块20和处理模块30的内部环境急剧变化，而为了在装载和卸载基板1后可以执 行原子层沉积工程必须使传送模块20和处理模块30的内部维持真空，否则其有可能成为 延误工程和出现不良产品的原因。装载锁单元13可使装卸载模块10与传送模块20选择 性地连通或密闭/隔开，使内部压力适应装卸载模块10与传送模块20进行减压及加压，可 以在装卸载模块10与传送模块20之间避免传送模块1的真空受到破坏的同时移送基板1。 此外，装载和卸载基板1时与大气连通的空间利用装载锁单元13加以限制，由此可避免加 压及减压时发生时间延误。 传送模块20具备可以同时移送多个基板的移送机器人21。移送机器人21的详细 技术构造将在后文参照图2和图3进行描述。 处理模块30包括处理室31 ，其容纳基板1执行沉积工程；和沉积气体供给器33， 其为沉积将沉积气体提供给处理室31。例如，处理模块30具有可以各容纳6张基板1的两 个处理室31，可同时对12张基板执行沉积工程。但是本发明不局限于所述附图，在处理模 块30中可以同时处理的基板1的数量与处理模块30的形态实质上可以进行各种改变。
同时，处理模块30中同时执行沉积工程的基板1的数量与装载舱11具有的基板 1的数量之间不成倍数关系时，可能会出现装载舱11的一部分基板1剩余或不足。在本发 明的实施例中，如上所述，在传送模块20的一侧配备有缓冲器14，以使在装载和卸载基板1 时装载舱11和处理模块30的基板1的数量成倍数关系，避免装载舱11出现剩余一部分基 板1或不足。 缓冲器14作为与装载舱11类似的可以容纳存储多个基板1的装置，被配备在传 送模块20的一侧，使传送机器人21可以从缓冲器14中取出基板1。此外，为了避免和传 送模块20 —起在移送基板1时的传送模块20的真空被破坏，缓冲器14与装载锁单元13 相似，可选择性地对内部压力进行加压或减压，并可以选择性地封闭与传送模块20的连接器。 在原子层沉积装置中装载基板1的方法简要介绍如下例如如图1所示，处理模块 30同时容纳12张基板1，装载舱11可具有存储有25张基板1的3个舱lla、llb和llc。 此外传送机器人21同时将两张基板1移送并各自装载到两个处理室31上。
在这种情况下，基板1的装载，首先，装载缓冲单元12从1号至3号舱即11a、llb 和llc中各自取出两张基板1，并在装载锁单元13中将从装载缓冲单元12取出的基板向传 送机器人21各装载一张。在此，由于装卸载模块IO具有两个装载锁单元13，所以可以将每 张基板1各自装载到传送机器人21的两个操作臂211、212上，传送机器人21可以向两个 处理室31依次每次同时装载2张基板1。 如上所述，从装载舱ll取出基板l时，在各装载舱lla、llb和11c中每次2张取 出12次后会剩下一张基板l，剩下的基板1可以从缓冲器14中收纳的基板1取出，因此可 以填满处理室31。
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根据本实施例，由于具有缓冲器14，所以处理模块30中收纳的基板1的数与装卸 载模块10中存储的基板1的数量相互之间构不成倍数关系，因此可以避免装载舱11中的 基板1出现剩余的现象，并避免为了补充基板1而造成的工程延误，由此可以提高总生产 然而，本发明不局限于所述示图，处理室31可容纳的基板1的数量和装载舱ll的 数量与缓冲器14的数量和位置、缓冲器14容纳的基板1的数量等实质上可以进行多种改 变。 下面，将参照图2和图3对传送模块20和传送机器人21进行描述。图2和图3
分别为图1的原子层沉积装置的传送模块20中检查基板正常安装与否的动作的示意图，图
2是传送机器人21的正面图，图3是传送机器人21的关键部位立体图。 同时，在下文中为了描述的方便，将以可同时移送2张基板1的形态的传送机器人
21为例进行描述，但是本发明不局限于所述附图，且将2张以上的多个基板1同时传送的传
送机器人实质上也同样适用。 参照附图，传送机器人21为同时移送两张基板1具备两个操作臂211、212和驱动 臂213、214及驱动器215，所述驱动臂213、214和驱动器215可使操作臂211、212进行直线 移动、旋转移动以及升降移动。 操作臂211、212可以从基板1的下部将基板1拾取移送，且具备与基板1的直径 对应的预定长度和宽度与大小，以牢固地拾取基板1。此外，操作臂211、212牢固地支持基 板1的下部的同时，具备向处理模块30装载和卸载基板1时不与升降针321发生干涉的形 态。例如，操作臂211、212可具有"C"字或"c"型的环状结构。但是传送机器人21及操 作臂211、212的形态不局限于附图，操作臂211、212实质上可以具有接触支持基板1的下 部或者边缘等多样的形态。 驱动臂213、214及驱动器215连接在操作臂211、212供给和传达操作臂211、212 的驱动必需的驱动力，以使操作臂211、212可以直线移动和旋转移动。
同时，操作臂211、212同时移送两张基板1时，基板1的大小越大，传送模块20和 传送机器人21的大小就越大，并且传送机器人21的操作所需的空间的大小也增加。在本实 施例中，操作臂211、212上下被隔开一定的间隔以减小传送模块20及传送机器人21的大 小，在移动基板1时，如图2所示，操作臂211、212并排，以在上下方向上重叠的状态移动， 在装卸载基板1时，如图3所示，操作臂211、212左右以一定角度旋转以"V"字形展开。
此外，传送模块20可具备传感器22，所述传感器22用于确认两张基板1是否被牢 固地安装在传送机器人21上。在这里，如移送基板1时的重叠状态下确认两张基板1是否 被安装牢固较困难，因此在传感器22检查是否安装好时使两张基板1只重叠一部分，并在 操作臂211、212左右以一定角度旋转的状态下进行检查。 例如，如图2和图3所示，传感器22可具备两个光传感器，所述光传感器位于在基 板1非重叠部分和不受处理臂211、212干涉的位置中可向安装的基板1照射光的位置。在 这里，从传感器22照射出光的时候，在两张基板1中的任何一张没有被牢固安装的情况下， 可以从传感器控制器211发出异常信号以中断工程。 然而，本发明并不局限于所述附图，传感器22的位置和数量实质上可以被进行各 样改变，同时传感器22除光传感器以外实质上还可以使用可确认基板1是否被牢固安装的
9各种手段。 下面，将参照图4至图14对处理模块30进行详细描述。 首先，将参照图4至图5对处理模块30进行详细描述。其中，图4是图1的原子 层沉积装置中处理模块30与传送模块20的剖视图，图5是图4的处理模块30的关键部位 立体图。 处理模块30包括容纳6张基板1执行沉积工程的两个处理室31，处理室31内部 具备基座单元320，其用于安置基板1 ;气体喷射单元310，其用于向基板1提供沉积气体；
以及加热单元330，其为沉积工程加热。在这里，由于处理模块30的详细技术组成不属于本 发明的要点，因此省略详细描述和图示，只简单描述其主要组成部件。 同时，图4中的图示符号301表示装卸载基板1时传送机器人21出入用的出入口 301，图示符号302表示用于开闭出入口 301的门302。即，装卸载基板1时如图4所示，由 门302打开出入口 301使传送机器人21可以进出，在执行沉积工程时门302关闭密封处理 室31。 气体喷射单元310处于处理室31上部，向由基座单元302支持的基板1提供沉积 气体。 在这里，原子层沉积方法是，随着含有为形成薄膜源物质的种类不同的沉积气体 在基板1表面发生反应，形成预定的薄膜，在本实施例中，气体喷射单元310被固定，基座单 元320与气体喷射单元310平行并可以旋转。此外，气体喷射单元310具备各自喷射沉积 气体的喷射区域400(参照图6)以根据基座单元320的旋转向基板1依次提供沉积气体， 处理室31内部具备吸入和排出排放气体的排气器350。 作为参考，本发明中所谓的沉积气体指的是在沉积气体工程中使用的气体，其包 括源气体和吹扫气体，所述源气体为构成向基板1沉积薄膜的源气体的至少一种，所述吹 扫气体为将源气体从基板l除去的吹扫气体。在本实施例中可使用相互发生化学反应形成 薄膜的两种源气体和用于吹扫源气体的l种吹扫气体。例如，为沉积硅薄膜，第一源气体S1 可使用包含硅的硅烷(Silance，SiH4)或乙硅烷(Disilane， Si2朋)、四氟化硅(SiF4)、有机 金属化合物(metal organic chemical)源气体中的任何一种，第二源气体S2可使用可由 氧气(02)或臭氧(03)以及等离子体(plasma)分解的反应性气体。此外吹扫气体PG使用 不与第一源气体Sl、第二源气体S2以及基板1上沉积的薄膜发生化学反应的稳定气体，例 如，可使用氩气(Ar)或氮气(N》、氦气(He)中的一种或两种以上的混合气体。但是本发明 不局限于此，沉积气体的数量和类型实质上可以进行多种改变。 其次，参照图6至图10对气体喷射单元310进行描述。作为参照，图6是图5的 处理模块30中气体喷射单元310的平面图，图7是图6的气体喷射单元310中沿着I-I线 的剖视图。此外，图8是示出图6的气体喷射单元310的变形实施例的平面图，图9是图8 的气体喷射单元310中沿着II-II线的剖视图，图10是图8的气体喷射单元310中沿着 III-III线的剖视图。 例如，如图6所示，气体喷射单元310可以是各自喷射4种沉积气体而成的喷射区 域400扇形形状，根据基板1的移动方向，由第一源气体S1喷射的第一源区域410、吹扫气 体喷射的第一吹扫区域430、第二源气体喷射的第二源区域420和吹扫气体喷射的第二吹 扫区域440构成。
气体喷射单元310具有多个喷射孔311和排气缓冲器312，所述多个喷射孔311用 于沉积气体喷射，排气缓冲器312是向喷射孔311提供沉积气体的通路，并且在排气缓冲器 312的一侧具有向排气缓冲器312提供沉积气体的沉积气体供给器33。例如，沉积气体供 给器33可由提供第一气体SI的第一供给源33a、提供第二气体S2的第二供给源33b和提 供吹扫气体PG的第三供给源33c构成。 在这里，气体喷射单元310形成具有预定样式的喷射孔311，以其对基板1均衡的 提供沉积气体。此外，喷射孔311喷射的沉积气体的轨迹，在基板1按基座单元320的旋转 移动时对基板1以直线形态接触，此接触好比均匀扫过基板1的整体表面。例如，将喷射孔 311排置为相对于基板1移动方向大致竖直的直线形态，基板1与喷射孔311种喷射出的沉 积气体以直线形态交叉，因此在基板l的表面可以维持一定的与沉积气体接触的时间。但 是本发明并不局限于附图，喷射孔311的大小、形状与排列形态实质上可以进行多种改变。
气体喷射单元310具有定义为向基板1分别喷射一种沉积气体的多个喷射孔311 组的喷射区域400，并具有对应沉积气体的数量的多个喷射区域400。例如，喷射区域400划 分为喷射第一源气体Sl的第一源区域410、喷射第二源气体S2的第二源区域420和分布于 第一源区域410及第二源区域420之间喷射吹扫气体PG的两个吹扫区域430、440。此外， 如图6所示的虚线所示，喷射区域400可以是将气体喷射单元310大致4等分的扇形。
气体喷射单元310连接着排放气体排出器35，其用于将处理室31内的排放气体 吸入放出，并具备排气器350，其将处理室31内的排放气体从基板1上部吸入并向外部排 出。所述排气器350由多个排气管511、512与排气缓冲器352构成，其中所述排气管511、 512由吸入处理室31内部排放气体的多个排气孔351构成，所述排气缓冲器352是从排气 孔351吸入排放气体的通路。 在这里，排气管511、512定义为沿着喷射区域400的边界形成的多个排气孔351 组，其作用是通过排气孔351吸入排出排放气体并沿喷射区域400的边界分布以划分喷射 区域400。例如，排气器350可具备沿各喷射区域400边界分布的两个"U"字或"n "形的 排气管511、512，以将气体喷射单元310大致划分为4个区域。在这里，排气器350使两个 "V"字形排气管511、512呈水平方向对称且相对的"V"字形的顶点位于气体喷射单元310 的中心，以使其最大确保源区域410、420的面积且在源区域410、420中间起到避免源气体 混合的物理屏障的作用。 同时，喷射孔311的大小、个数与排列形态不局限于附图，为向基板1均衡地喷射 沉积气体实质上可以用多种形态排列喷射孔。此外，喷射孔311可以是一个圆孔或缝的形 态。与此相同，排气孔351的大小、个数与排列形态不局限于附图，实质上可以进行多种改变。 特别是，排气器350为避免由喷射区域400的形态特征上造成的在气体喷射单元 310的中央位置上靠近的第一源区域410、第二源区域420之间发生第一源气体Sl和第二 源气体S2的相互混合，可配置有排气管511、512。下文中，排气器350中气体喷射单元310 中央位置的排气管511、512相互邻接形成的部分叫做中央排气块515、516，在图6和图8中 以虚线框表示。 在这里，中央排气块515定义为排气管511、512中气体喷射单元310的中央部分 所形成的部分，与排气管511、512相连。但是与所述的实施例不同，可以使中央排气块515具有独立于排气管511、512的排气缓冲器352。在这里，排气管511、512与中央排气块515 相连是指排放从排气管511、512吸入的排放气体的缓冲器和排放从中央排气块515吸入的 气体的缓冲器互相连通。不仅如此，如图6和图8所示，也包括排气管511、512与中央排气 块515相连的形态。 同时，由于在排放气体中含有未反应的源物质，在第一源区域410和第二源区域 420中被吸入的排放气体可能会在排气缓冲器352内部互相反应生成颗粒。因此，必须在第 一源区域410、第二源区域420中通过各自独立的排气管511、512将排放气体排出。但是， 由于吹扫气体PG与第一源气体Sl、第二源气体S2不发生化学反应，因此在吹扫区域430、 440中可以使用与第一源区域410、第二源区域420相同的排气管511、512将气体排出。在 本实施例中，排气管由第一排气管511和第二排气管512构成，其中第一排气管511从第一 源区域410和吹扫区域430、440吸入气体，第二排气管512从第二源区域420和吹扫区域 430、440吸入气体。此外，如图7所示，在中央排气块516内部具有排气缓冲器352a、352b， 其划分区域以使中央排气块515也让第一源区域410和第二源区域420中吸入的排放气体 不互相混合。在这里，由于喷射区域400和气体喷射单元310的形态特征，在气体喷射单 元310的中央位置第一源区域410和第二源区域420互相邻接。但是根据本实施例，在气 体喷射单元310的中央位置具有中央排气块515，因此中央排气块515可以在第一源区域 410和第二源区域420之间形成物理屏障，避免第一源气体Sl和第二源气体S2发生混合。
同时，如图5所示，若基座单元320高速旋转，则在基座单元320上的排放气体流 入基座单元320中央部分CA的过程中可能产生漩涡而引发停滞现象。在这里，中央部分CA 定义为在基座单元320的中心附近排放气体流入的同时产生漩涡的区域，大致上是指基座 单元320中不安装基板1的区域。 中央排气块515如上所述，可增加发生排放气体的漩涡及停滞现象的基座单元 320中央部分CA的排气量，同时起到避免中央部分CA中发生排放气体漩涡和停滞的效果。
详细来讲，中央排气块515在对应基座单元320中央部分CA的部位，即气体喷射 单元310的中央位置具有多个排气孔，以此增加中央部分CA的排气量。此外，排气管511、 512使沿着喷射区域400边界的两个排气管511、512在气体喷射单元310的中央位置具有 互相邻接的形状，中央排气块515在对应中央部分CA的整个区域排置排气孔351。例如如 图6和图8所示，中央排气块515在气体喷射单元310的中央位置具有一定长度的直线形 形态。此外，中央排气块515可具有比排气管511、512扩张的形态，以对应中央部分CA大 小来对应的排气管的大小。 然而，本发明不局限于所述附图，排气管511、512和中央排气块515的形态和位置 实质上可以进行各种更改。 同时，为增加排气管511、512排气量，可增加排气管511、512的面积及排气孔351 的数量。 图8至图10作为所述实施例的变形实施例，示出了增加排气管511、512面积的气 体喷射单元310的一个示例。下面描述的实施例中，除所述实施例的排气管511、512以外， 其他部分实质上是相同的，并且对于相同的组成部件使用相同的名称和图示符号，重复描 述将被省略。 参照附图，排气器350由排气管511 、 512和中央排气块516构成，其中排气管511 、
12512沿着喷射区域400的边界分布，中央排气块516位于气体喷射单元310的中央位置，吸 入和放出基座单元320的中央位置CA的排放气体。 此外，排气器350可以具有两个排气管511、512和两个辅助排气块513、514，其中 排气管511、512具有将气体喷射单元大致划分成4个区域的"U"字形或"c"形结构，辅助 排气块513、514沿着气体喷射单元310的直径方向横穿气体喷射单元310。此外，排气管 511、512是避免从第一源区域410和第一源区域420中吸入的排放气体的两个排气管511、 512，辅助排气块513、514横穿吹扫区域430、440。 在这里，吹扫气体PG的喷射压力较高时可能会使第一源气体Sl和第二源气体S2 偏向一个方向，造成基板1上沉积的薄膜的厚度不均衡。辅助排气块513、514在吹扫区域 430、440中可起到调节吹扫区域PG喷射压力的作用。 同时，图8中未描述的图面符号431、432、441、442表示由辅助排气块513、514划 分的吹扫区域430、440的各个区域。 排气管511、512和排气块513、514可以连通也可以相互独立。但是，排气管511、 512和排气块513、514都可避免从第一源区域410和第二源区域420被吸入的排放气体发 生混合。 在气体喷射单元310的中央位置具有中央排气块516，其非常稠密地排列有排气 孔351吸入基座单元320中央部分CA的排放气体。排气块516和排气管511、512及辅助 排气块513、514可以是连接的也可以相互独立。但是，中央排气块516具有两个以上的中 央排气块516以避免从第1源区域410和第2源区域420被吸入的排放气体发生混合，如 图10所示，所述两个中央排气块516具有通路互相独立的独立排气缓冲器352a、352b。
下面，参照图11至图14，对根据本发明的实施例的基座单元320和加热器单元 330进行描述。图11是为示出原子层沉积装置中传送机器人21向基座单元320装载基板 的动作的关键部位立体图，图12是为示出图4和图5的处理模块30中的加热单元330的 立体图，图13是图12的加热单元330的剖视图，图14是为示出图12的加热单元330中发 热元件333模式的一个示例的平面图。 基座单元320以生产总量(throughput)优秀的半分批类型(semi-batchtype)将 多个基板1水平安装在基座单元320上面，并且使多个基板1沿着基座单元320的圆周方 向以放射状排列。例如，基座单元320将6张基板1相互间隔一定距离安装，根据基座单元 320的旋转基板1以基座单元320的中心点为基准进行公转。此外在基座单元320下部具 有驱动轴325，使基座单元320在旋转基座单元320及装卸载基板1时升降移动。
基座单元320中用于安装基板1的位置具有安装基板1的多个升降针321。例如， 一张基板1用3个升降针321以三角形形态支持3个点，在基座单元320中每个安装基板 1的位置可具有3个升降针321。 基板1不是由传送机器人21直接安装在基座单元320上，如图11所示，装载基板 1时，升降针321从基座单元320突出一定的高度，将基板首先安装在升降针321上，然后随 着升降针321的下降将其安装在基座单元320的表面。 升降针321贯通基座单元320，随基座单元320的升降移送而升降移动。 详细来讲，如图4所示，在装载和卸载基板1时基座单元320向下下降到基座单元
320的下面与加热单元330接近的位置。由于升降针321贯通基座单元320以一定长度延长到下部，在基座单元320下降时加热单元330的上面接触升降针321的下端限制升降针 移动的同时，升降针321向基座单元320上部以一定高度突出。此外，基座单元320上升时， 升降针321依靠自重向升降针321下部移动，使基板1被安装在基座单元320的表面以执 行沉积工程。在这里，为避免升降针321向基座单元320的下部坠落，配置升降针321的上 端一部分比针引导孔的直径大，以将升降针321的上端部分卡在基座单元320的针引导孔 321上。 同时，在基座单元320上装载和卸载基板1时，在所有升降针321升降移动的情况 下，可能会发生已装载的基板l由于升降针321的移动而脱离原位及坠落的事故，因此设置 成仅使对应装卸载基板l的位置的两张基板l的升降针321移动。S卩，升降针321的升降移 动，由其在基座单元320升降移动时是否接触加热单元330实现，因此在加热单元330上配 有贯穿该加热单元330的针引导孔331，以避免升降针321升降移动。在这里，为方便描述， 将与在出入口 301由传送机器人21装卸载的两张基板l对应的位置叫做装载位置332a，将 与其余4张基板1对应的位置叫做安装位置332b。如图12所示，加热单元330中，在装载 位置332a，为使升降针321突出而未设置针引导孔331，与此相反，在其余的安装位置332b 因具有针引导孔331，所以在基座单元320下降时升降针321的下端部分可以通过针引导孔 331向下移动而避免升降针321突出。 传送机器人21每次装卸载两张基板1，基座单元安装6张基板1，因此基座单元以 120°的间隔根据旋转每次可以装卸载两张基板l。在这里，在升降针321被收纳在加热单 元330的针引导孔331的状态下旋转加热单元320可能会损伤升降针321和基座单元320 以及加热单元330等组成部件，因此在旋转基座单元320时为使升降针321可以从针引导 孔331中完全出来而使基座单元320在上升的状态下旋转，使装载位置332a的升降针321 突出可以装卸载基板l，使其余安装位置332b的升降针321被收纳在针引导孔331中可保 持基板1被安装的状态。 此外，由于传送机器人21的操作臂211、212有高度差而使两张基板1以不同的高 度被装载和卸载，所以装载位置332a的升降针321也配合被装载的基板1的高度使升降针 321以互不相同的高度突出。 同时，传送机器人21同时将两张基板1装载到基座单元320上，为将基板1牢固 地装载和卸载可以不同的模式布置升降针321。例如，可布置升降针321使操作臂211、212 相对升降针321所处的三角形的底边沿垂直方向移动。此外，在同时装卸载两张基板1和 操作臂211、212出入时为避免基板1发生互相冲突或干涉而以预定的形态布置将2个装载 位置332a所具有的升降针321。例如，装载位置332a的6个升降针321可以正三角形或等 腰三角形的形态各自分布，6个升降针321形成的两个三角形的底边可被布置在预定虚拟 直线(图12中以粗点线标示)上。 加热单元330位于基座单元320下部，以沉积工程所需温度加热基座单元320和 基板l。 加热单元330如图13和图14所示，具有将接通电源就发热的发热元件333埋入外 壳335的形态。发热元件333具有被埋入外壳内部的形态，因此可以避免进行沉积工程时 加热单元330外露在沉积气体中而被沉积气体氧化或损伤而造成加热单元330寿命縮短， 并避免加热单元330由于不纯物质的沉积而变得温度分布不均衡。在这里，外壳335内部
14保持真空或高真空状态，以使加热单元330阻挡沉积气体流入外壳335内部并将发热元件 333发出的热量有效地传达给基座单元320。 外壳335形成为将发热元件333放出的热量有效地传递给基座单元，且阻止热量 传递至加热单元330下部。例如，外壳335可以用不会因发热元件333发出的热量而发生 变形的材料制作。例如，外壳335可以用氮化物陶瓷、碳化物陶瓷或石墨(graphite)材料 做成。同时在外壳335的下部，即，外壳335中向着加热单元330下面的部分可具有阻止发 热元件333发出的热量传递至加热单元330下部的屏蔽材料(未图示)。在这里，外壳335 下部具有屏蔽材料或者使外壳335下部配备可以屏蔽热量的材料，可以避免发热元件333 发出的热量造成加热单元330下部具有的组成物发生热变形，并限制发热元件333发出的 热量仅向着加热单元330上部传递，即使热量向基座单元320方向传递，从而提高加热单元 330的传热效率。 发热元件333可以是接通电源就发热的预定的电阻性加热元件，为使加热元件在 外壳335内部均衡加热基板l，其可具有金属丝形态，以便布置为预定的一定形态。例如，发 热元件333可以包括钨丝(filament)、线圈(coil)、碳导线(carbon wire)等。
发热元件333可排置为任意的曲线形态以加热和维持基板1的温度。此外，发热 元件333可以经由整个加热单元330排列，或者为了更加精密、均衡地加热和维持基板1的 温度，如图14所示，该发热元件333可以设置于各基板1对应的位置上，以形成多个(例如 6个)发热区域。图14示出了发热元件333的模式及发热元件的布置式样的一个示例。如 图14所示，可在各个基板1对应的区域分别配备以预定的的曲线形状布置的6个发热元件 333。在这里，加热单元330具有6个独立的发热元件333，可形成6个发热区域。在这种情 况下，6个区域各依发热元件333加热，因此可以均衡加热各区域并维持均衡的温度分布。 此外，可调整各个发热元件333接通的电源部分控制发热元件333的温度。
在这里，发热元件333具有自由变形金属丝的形态，因此可以形成为任意的避开 组成物，且对基板1进行预定的加热的形态，以避免该发热元件333与加热单元330内部的 组成物及针引导孔331发生干涉。 同时，发热元件333须具备与电源供给器(未图示)连接的端子部(未图示)，而 发热元件333形成为使这种端子部的数量最少。但是本发明不局限于附图，发热元件333可以具有一定的曲线形态或任意自由曲
线形态，此外实质上当然可以具有螺旋形曲线、同心圆形状、直线形状等各种形状。 如上所述，在本发明中依照具体组成部件等特征事项和有限的实施例及附图进行
了描述，但所述描述只是为了帮助全面、容易地理解本发明，本发明不受所述实施例的限 制，具有本发明所属领域的普通知识的技术人员都可以对所述记载进行各种修改和变形。
因此，本发明的思想不受所述实施例限制，本发明的权利要求范围及其等同物或等同物的 变形的所有内容均属于本发明思想的范畴。
1权利要求
一种原子层沉积装置，其特征在于，包括装卸载模块，其装载和卸载基板；处理模块，其具备同时收纳多个基板执行沉积工程的多个处理室，并具备吸入所述处理室中央部分的排放气体向所述处理室上部排出的配备有排气器的气体喷射单元；和传送模块，其处于所述装卸载模块和所述处理模块之间移送所述基板，具备将所述多个基板同时拾取移送的传送机器人。
2. 如权利要求1所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述装卸载模块，具备存储所述 多个基板的装载舱和缓冲器，所述缓冲器用于补充在装载所述基板时数量不足的基板，以使所述装载舱中存储的基 板的数量与所述处理室中收纳的基板的数量成倍数关系。
3. 如权利要求2所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述缓冲器配备于所述传送模 块的一侧，对所述缓冲器的内部压力有选择地进行减压/加压，以避免从所述传送模块取 出所述基板时所述传送模块的真空遭到破坏。
4. 如权利要求1所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述传送机器人，包括分别拾取 所述基板的多个操作臂，所述操作臂，对应所述基板的直径，横插所述基板的中心，具有一定宽度的杆或者环的 形态，以从所述基板下部支持所述基板。
5. 如权利要求4所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述传送机器人，在移送所述基 板时所述操作臂上下方向重叠，在所述处理室中装载和卸载所述基板时所述操作臂沿左右 方向以"V"字形展开。
6. 如权利要求4所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述传送模块具备检查所述基 板是否被正常安装在所述传送机器人的传感器，所述传感器在使所述操作臂左右以"V"字 形展开，以所述基板一部分重叠的状态下检查所述基板是否被安装好。
7. 如权利要求1所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述处理室包括 基座单元，其在水平方向安装并支持所述多个基板，且可以旋转以使所述基板可以公转，而且在所述处理室内部里可以升降移动；气体喷射单元，其处于所述基座单元上部，形成多个喷射区域，所述多个喷射区域为提供在所述基板上沉积薄膜的沉积气体中的一种气体的多个喷射孔组和包括至少一个喷射源气体的源区域和至少一个喷射吹扫气体的吹扫区域；排气器，其处于所述气体喷射单元，吸入并排出所述处理室内部的排放气体； 加热单元，其处于所述基座单元下部，加热所述基板和所述基座单元；升降针，其处于所述基座单元且安装所述基板，其升降移动以根据所述基座单元的升 降移动向所述基座单元上部突出。
8. 如权利要求7所述的原子层沉积装置，其特征在于， 所述排气器包括排气管，其在所述气体喷射单元中沿着喷射区边界配置，该排气管为吸入和排出所述 处理室内部的排放气体的多个排气孔组；禾口中央排气块，其与所述排气管相通，位于所述气体喷射单元的中央部位以吸入和排出 所述基座中央部分的排放气体。
9. 如权利要求8所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述排气器包括至少两个排气管以将在所述各个源区域被吸入的排放气体通过互不 相同的排气缓冲器排出。
10. 如权利要求9所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述排气管使在一个源区域中被吸入的排放气体与在所述吹扫区域中被吸入的排放 气体通过同一个排气缓冲器排出。
11. 如权利要求8所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述中央排气块连通或分离在所述中央排气块中被吸入的排放气体排出的通路与所 述排气管的所述排气缓冲器。
12. 如权利要求8所述的原子层沉积装置，其特征在于， 所述中央排气块具有对应所述基座中央部分大小的区域。
13. 如权利要求8所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述中央排气块通过互不相同的通路排出在所述每个源区域中被吸入的排放气体。
14. 如权利要求8所述的原子层沉积装置，其特征在于， 所述排气管进一步包括横穿所述喷射区域的辅助排气块；所述辅助排气块连通或分离在所述辅助排气块中被吸入的排放气体的排出通路与所 述排气管及所述中央排气块。
15. 如权利要求7所述的原子层沉积装置，其特征在于， 所述升降针贯通所述基座单元，延长至所述基座单元下部；所述升降针在所述基座单元下降时，该所述升降针的下端部分接触所述加热单元向所 述基座单元的上部突出，在所述基座单元上升时依靠所述升降针的自重下降。
16. 如权利要求15所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述加热单元具备在所述基座单元下降时收纳所述升降针的下端部分以避免所述升 降针突出的针引导孔；所述针引导孔在所述基座单元下降时，收纳除装载和卸载所述基板的两张基板外的其 他基板对应的安装位置的升降针。
17. 如权利要求7所述的原子层沉积装置，其特征在于，装载和卸载所述基板的两张基板对应装载位置的升降针，突出互不相同的高度以对应 所述基板的装载和卸载高度差。
18. 如权利要求7所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述加热单元在内部密封的外壳内部埋有电源接通就发热的具有金属丝形态或者钨 丝形态的发热元件。
19. 如权利要求18所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述加热单元的一个或多个发热元件以曲线型布置，以在所述基板对应的位置形成多 个发热区域。
全文摘要
本发明公开一种可以同时装载和卸载多个基板的原子层沉积装置。所述原子层装置在利用处理模块移动多个基板时可以将所述基板装载和卸载，其包括装卸载模块，其用于装载和卸载基板；处理模块，其具备同时收纳多个基板执行沉积工程的多个处理室，并具备吸入所述处理室中央部分的排放气体向所述处理室上部排出的配备有排气器的气体喷射单元；和传送模块，其处于所述装卸载模块和所述处理模块之间移送所述基板，具备将多个基板同时拾取移送的传送机器人。
文档编号C23C16/44GK101768731SQ200910265830
公开日2010年7月7日 申请日期2009年12月28日 优先权日2008年12月29日
发明者申寅澈, 金京俊 申请人:K.C.科技股份有限公司