包括熱分布板和邊緣支撐的組合裝置的製作方法

2023-04-24 22:44:31 5

專利名稱：包括熱分布板和邊緣支撐的組合裝置的製作方法
技術領域：
本發明一般關於用於例如將薄膜化學氣相沉積到基片上的工藝的處理室，尤其是關於用在薄膜沉積和快速熱處理室中的低質量基片支撐組合裝置。
背景技術：
諸如將薄膜沉積到基片上的熱工藝有許多應用。這種應用的一個實例就是用於集成電路製造的矽基片的處理。集成電路製造的一個重要部分就是半導體基片的處理，在該處理工藝中，形成了包括集成電路的有源器件(active device)例如電晶體和電容。許多處理步驟中的任意一個都可進行，包括將材料層沉積到該晶片上、刻蝕在該晶片上形成的材料層或在該晶片上形成的材料內引發化學反應或溫度增強質量輸運(temperature-enhanced mass transport)。在這種處理期間，可以沉積的材料實例包括外延矽或多晶矽、或在矽上的熱氧化物或熱氮化物層等。
執行這些處理的處理室(processing chamber)一般包括平臺，例如基座(susceptor)或邊緣環(edge ring)，基片支撐(substrate support)機構、石英外殼或蓋，以及向該處理室內部和正被處理的基片提供輻射熱能的燈陣(array of lamp)。在化學氣相沉積處理室，例如圖1A中所示的處理室100中，可進行一個或多個這些處理步驟。通過開口(opening)(未示出)把晶片102插入到該處理室100中，並使該晶片102位於基座104上。上面的加熱燈106一般用於通過該處理室100的上圓蓋108把紅外光輻射到該晶片102上。下面的加熱燈107也可用於通過該處理室100的下圓蓋109把紅外光輻射到該基座104。上圓蓋108和下圓蓋109一般由石英製成。然後，一種或多種氣體被引入該處理室100。如前所述，接著，這些氣體進行一個或多個所述處理步驟，而所述晶片102維持在所需的處理溫度。
通過控制供給該加熱燈106和107的功率，可以把該晶片102維持在所需的處理溫度。圖1B是可用於處理室100的上面的加熱燈106環形陣105的一個實例的俯視圖。
圖2顯示所述基片或晶片安放在邊緣環(未示出)上而不是放在基座上的另一個處理室200實例的俯視圖。該邊緣環在該晶片的邊緣圓周上支撐該晶片。該邊緣環(圖3中所示)設有中央開口以使該基片的下表面經受從位於邊緣環之下的加熱燈的輻射熱。晶片的上表面經受上面的加熱燈陣(未示出)的輻射熱。在這種處理室中，所述加熱燈一般排列成稱為「蜂窩」的燈陣。圖2顯示蜂窩陣(honeycomb array)實例的俯視圖。蜂窩燈陣特別適合用邊緣環而不是基座作為基片支撐的處理室，因為與環形燈陣(annular array of lamp)相比，在所述晶片的整個表面上由蜂窩陣產生的加熱模式(heat pattem)一般較容易控制。但是，蜂窩陣需要較多的燈，為了獲得滿意的可靠性這可能比較昂貴。環形燈陣一般更適合用在把基座作為晶片支撐的處理室中，因為該基座通過傳導向基片提供了更好的熱量分布，即使環形陣的加熱模式有些不均勻。與蜂窩陣相比，環形陣需要的燈較少。
許多類型的薄膜沉積處理室或反應器在所述沉積處理期間用塗敷碳化矽的石墨基座固定所述基片或晶片。該基座除了向該晶片提供機械支撐之外，該基座還吸收並分布來自加熱燈的能量，以在處理期間，在安放在基座上的晶片的整個表面上獲得更均勻的溫度分布。這種設計的結果是該反應器必須提供足夠的不僅能加熱晶片而且能加熱基座的能量，而該基座具有比晶片本身熱質量(thermal mass)大幾倍的熱質量。因此，由於連續不斷地進行晶片加熱並冷卻，該反應器花費了整個處理時間的大部分，從而限制了處理室的產量。由於這個原因，還因為基座的直徑由被處理晶片的尺寸限定，所以多年來的趨勢是將該基座的厚度減小到現有製造技術所能允許的厚度。
但是伴隨這種減小基座熱質量的方法，至少存在兩個主要的問題。首先，隨著基座變薄，不可避免地，其機械強度會降低，這將使其易於變形甚至破裂。即使已經證明製造商善於不斷地提高他們對更薄基座的製造能力，但已有跡象表明，讓他們繼續這種趨勢已經變得越來越困難。第二個問題是，隨著可用於熱傳導的橫截面積的減小，更薄基座對於重新分布燈熱量的能力減小，導致由於加熱燈陣地所述加熱模式引起加熱不均勻的可能性，特別是在如圖1B所示類型的環形燈陣的情況下。

發明內容
在一個實施例中，基片處理組合裝置(substrate processingassembly)包括設有基片支撐位置(substrate support location)的邊緣支撐(edge support)，以在處理期間在基片的邊緣支撐該基片。該組合裝置還包括一般平行於該邊緣支撐放置的第一熱分布板(heat distributingplate)。多個邊緣支撐固定臂(edge support holding arm)與該邊緣支撐連接。該多個邊緣支撐固定臂還與第一熱分布板連接，以與該邊緣支撐間隔開固定該第一熱分布板。在另一個實施例中，該組合裝置可包括與邊緣支撐間隔開的第二熱分布板。仍在另一個實施例中，該基片處理組合裝置可用在基片處理設備中，該基片處理設備包括其內設置有該組合裝置的處理室，以及向該處理室提供輻射熱的輻射熱源。


本發明通過附圖中的實例進行說明，而非作為限制。其中圖1A是現有技術基片處理室的剖視圖；圖1B是沿圖1A的I-I線得到的現有技術環形燈陣的俯視圖；圖2是蜂窩燈陣的俯視圖；圖3是邊緣環形式的邊緣支撐實施例的俯視圖；圖4是包括邊緣環和熱分布板的基片處理室的一個實施例的剖視圖；以及圖5是包括第一和第二熱分布板的基片處理組合裝置的另一個實施例的放大的局部剖視圖。
具體實施例方式
在這裡介紹的基片處理組合裝置和設備的各個實施例中，至少鄰近邊緣支撐放置一個熱分布板，以通過熱分布板的輻射把來自輻射熱源的熱能重新分布到該基片，以向被處理的基片提供相對均勻的加熱模式。在例如化學氣相沉積室等處理室中，該熱分布板和該熱能輻射的重新分布替代了該基座和熱能傳導的重新分布。這裡介紹的處理組合裝置的結構提供了具有低熱質量的基片處理組合裝置部件，以使該處理室的溫度可以迅速上升到工作溫度，由此顯著縮短了處理基片例如半導體晶片的時間。
在一個實施例中，基片處理組合裝置包括設有基片支撐位置的邊緣支撐，以在處理期間在基片的邊緣支撐該基片。邊緣支撐的實例是設有用於限定該基片支撐位置的切口(recess)或套口(pocket)的邊緣環。第一熱分布板一般與該邊緣支撐平行放置。在一個實施例中，該第一熱分布板位於該邊緣支撐之下，並且處於該邊緣支撐和輻射熱源例如燈陣之間。在另一個實施例中，第一熱分布板位於該邊緣支撐之上並用在輻射熱源位於該邊緣支撐之上的處理室中。可以設想在該邊緣支撐之上或之下放置熱分布板，或者在該邊緣支撐之上和之下放置兩個熱分布板。多個邊緣支撐固定臂與該邊緣支撐連接。該邊緣支撐固定臂還與該第一熱分布板連接。該第一熱分布板與該邊緣支撐間隔開固定。
在一個實施例中，上述基片處理組合裝置用在基片處理設備中，該基片處理設備包括處理室和向該處理室提供輻射熱的輻射熱源。在一個實施例中，該輻射熱源是環形燈陣。在另一個實施例中，該輻射熱源是設置成蜂窩狀的燈陣。
在工作中，該輻射熱源向該熱分布板提供輻射熱，該熱分布板吸收該輻射熱能並向所述基片重新分布該熱能。這樣，輻射熱源，例如具有相對不均勻加熱模式的燈陣可以和邊緣支撐一起使用，然而，通常這種燈陣必須使用基座，通過熱傳導來重新分布熱能以使正被處理的該基片在其整個表面上接收到相對均勻的加熱模式。
圖4顯示在本發明的一個實施例中的處理室300。在該處理室300中顯示有基片302。基片處理組合裝置310在該處理室300中。該基片處理組合裝置310包括邊緣支撐320、第一熱分布板340和多個邊緣支撐固定臂360。
邊緣支撐320設有基片支撐位置322以在其邊緣支撐基片302。為此處描述的需要，邊緣支撐320被描述成邊緣環，其被設計成圓形形狀以支撐通常用在集成電路製造中的一般為圓形的晶片。可以設想具有非圓形形狀的邊緣支撐也可以實現本發明。
再參照圖3，邊緣支撐320是設有基片支撐位置322的環形體。在一個實施例中，基片支撐位置322是環形切口或套口。在該邊緣支撐320的內圓周附近等圓周間隔設有開口324。提供開口324以便提升臂(lift arm)312(圖4)可以穿過該開口324，將該基片從所述邊緣支撐320搬走。在另一個實施例中，邊緣支撐320不需要供提升臂運動的開口。例如，對於200mm晶片的提升臂可以位於晶片邊緣內側大約10mm的位置。對於更大的晶片，例如300mm的晶片，該邊緣支撐可以具有較大的直徑以使提升臂不能通過基片支撐位置延伸，而是位於邊緣支撐內側。由此，邊緣支撐將不需要如圖3所示的這種開口。
再參照圖4，邊緣支撐320還包括向下延伸的外緣(skirt)326。在圖4所示的實施例中，外緣326在邊緣支撐320的圓周周圍延伸，但是，也可以從邊緣支撐320的最外圓周向內設置外緣326。提供外緣326是防止抽入到處理室內部(如箭頭304所示)的處理氣體到達該基片302的背面。如箭頭305所示，淨化氣體例如氫氣被導入該基片302的整個背面(back side)。淨化氣體可以被引導通過該外緣326和第一反射板340之間的間隙。在圖4所示的實施例中，在整個基片302的頂面(top side)提供處理氣體以把材料沉積在該基片的該上表面上。
在一個實施例中，該邊緣支撐320可以由經加工的碳化矽製成，已經發現可以成功地製造厚度小於傳統石墨基座厚度10倍的用於某種應用的這種邊緣支撐。還可以使用摻雜氮的碳化矽合金。在這種合金中添加氮可以使材料對紅外光是不透明的。因此，在其變成透明之前材料可以製得更薄。
在一個實施例中，邊緣支撐320具有大約0.025英寸的壁厚，並且該厚度範圍可以在約0.010英寸到約0.035英寸的範圍內。當該邊緣支撐320為邊緣環形式時，可以將該邊緣支撐設計成能容納任意尺寸的半導體基片或晶片，例如直徑為200mm或300mm的晶片。
如圖4所示，該第一熱分布板340一般平行於該邊緣支撐320放置，即一般平行於由該邊緣支撐320的上或下表面限定的平面來放置。在一個實施例中，邊緣支撐320具有頂面327和底面328，第一熱分布板340鄰近底面328放置。
該第一熱分布板可以由經加工的碳化矽或摻雜氮的碳化矽合金製成。該第一熱分布板340具有的厚度範圍可從大約0.254mm(0.010英寸)到大約0.635mm(0.025英寸)。如以下更詳細的描述，該熱分布板用作熱輻射表面以重新分布由輻射熱源向處理室提供的熱能。這樣，可以在該基片上獲得更均勻的溫度分布。而且，該熱分布板還可用作控制系統溫度的測量器件的目標。這在處理室清洗處理期間，該處理室內沒有基片時尤其有用。
如圖4所示，該第一熱分布板340和該邊緣支撐320由該邊緣支撐固定臂350間隔開固定。該多個邊緣支撐固定臂與該邊緣支撐320和該第一熱分布板340連接。在一個實施例中，該邊緣支撐固定臂350每個都包括端部352。每個端部352可以是各個邊緣支撐固定臂350整體的組成部分或者整體部分，或者該端部352可製成安裝到該邊緣支撐固定臂350上的單獨部件。
每個端部352具有第一軸肩354和第二軸肩356。在圖4所示的實施例中，該第一熱分布板340與每個第一軸肩354連接，而該邊緣支撐與每個第二軸肩356連接。該第一熱分布板340和該邊緣支撐320通過放在該軸肩上或以物理方式安裝到該軸肩上與該各個第一和第二軸肩連接。每個邊緣支撐固定臂350的該端部352還包括間隔件(spacer)358。為了在該第一熱分布板340和該邊緣支撐320之間維持特定距離，該間隔件358可設計成選定的高度。
在一個實施例中，該第一熱分布板340距該邊緣支撐320的間距約小於4mm。在另一個實施例中，該第一熱分布板距該邊緣支撐的間距約大於1mm。設計的範圍是約1mm到約4mm(優選從約2mm到約3mm的範圍)以提供足夠的間隔，使主要通過輻射而不是通過該基片和該第一熱分布板之間清洗氣體的對流或通過基座情況中的傳導來向該基片傳遞熱能。作為輻射傳遞的熱量越多，該組合裝置對於橫向熱傳導損耗和對於例如邊緣支撐和熱分布板的較薄部分缺乏理想平整度就越不敏感。
如圖4所示，該基片處理設備的實施例還可以包括處理室300和至少一個向該處理室300提供熱能的輻射熱源380。如圖4所示的每個輻射熱源380是環形燈陣382。在一個實施例中，輻射熱源380位於該處理室300之下，以使該第一熱分布板340位於該輻射熱源380和該邊緣支撐320的該下面328之間。
圖5顯示具有基片處理組合裝置510的處理室500。基片處理組合裝置510包括邊緣支撐520、第一熱分布板540、多個邊緣支撐固定臂550、第二熱分布板560、預熱平臺570和支撐銷(support pin)580。該邊緣支撐520、第一熱分布板540和邊緣支撐固定臂550可以與前面描述的實施例相似。除了這些部件之外，圖5所示的實施例包括一般與邊緣支撐520平行並且間隔開，並且鄰近該邊緣支撐520上面的第二熱分布板560。該第二熱分布板560可以放置在距邊緣支撐520約1mm和約4mm之間的位置，並且優選在約2mm和約3mm之間。
所述預熱平臺580一般與所述邊緣支撐520共面並環繞該邊緣支撐520。該第二熱分布板560通過支撐銷580與預熱平臺570連接。該支撐銷580具有中央部分，該中央部分的尺寸大小可以提供在該邊緣支撐520上該第二熱分布板560與該基片502之間的間隔。在箭頭504的方向，把工藝氣體抽入到該第二熱分布板560和該基片502之間的空間。在矽沉積的示例性工藝中，提高氣體速度提高了高溫下矽膜的生長速度。通過調節該晶片或基片與該第二熱分布板560之間的距離可以為獲得這種效果而最優化此結構。這種結構還可以縮短在矽沉積之後蝕刻或清洗該處理室所需的時間，因為該第二熱分布板560可以加熱到超過1150攝氏度的溫度。把處理氣體限制在該第二熱分布板560和該基片502之間的空間中，還使矽薄膜沉積到該處理室的上石英圓蓋上(未示出)的效應最小化。
權利要求
1.一種基片處理組合裝置，包括設有基片支撐位置的邊緣支撐，以在處理期間在基片的邊緣支撐該基片；一般平行於該邊緣支撐而放置的第一熱分布板；以及與該邊緣支撐連接的多個邊緣支撐固定臂，該多個邊緣支撐固定臂還與該第一熱分布板連接，以與該邊緣支撐間隔開固定該第一熱分布板。
2.如權利要求1所述的基片處理組合裝置，其中每個該邊緣支撐固定臂包括具有第一軸肩和第二軸肩的端部，並且其中該第一熱分布板與該第一軸肩連接，而該邊緣支撐與該第二軸肩連接。
3.如權利要求1所述的基片處理組合裝置，其中該第一熱分布板距該邊緣支撐間隔開約小於4毫米的距離。
4.如權利要求3所述的基片處理組合裝置，其中該第一熱分布板距該邊緣支撐間隔開約大於1毫米的距離。
5.如權利要求1所述的基片處理組合裝置，其中該邊緣支撐具有頂面和底面，並且鄰近該底面放置第一熱分布板。
6.如權利要求5所述的基片處理組合裝置，其中第二熱分布板一般與該邊緣支撐平行並間隔開，並且鄰近該邊緣支撐的該頂面放置。
7.如權利要求6所述的基片處理組合裝置，其中該第二熱分布板距該邊緣支撐間隔開約小於4毫米的距離。
8.如權利要求7所述的基片處理組合裝置，其中該第二熱分布板距該邊緣支撐間隔開約大於1毫米的距離。
9.如權利要求5所述的基片處理組合裝置，還包括一般與該邊緣支撐共面並環繞該邊緣支撐的預熱平臺，其中該第二熱分布板與該預熱平臺連接。
10.如權利要求1所述的基片處理組合裝置，其中該邊緣支撐是具有設有該基片支撐位置的環形切口的邊緣環。
11.一種基片處理設備，包括處理室；向該處理室提供熱能的輻射熱源；該處理室中的邊緣支撐，該邊緣支撐設有基片支撐位置，以在處理期間在基片的邊緣支撐該基片；在該邊緣支撐和該輻射熱源之間的第一熱分布板，該第一熱分布板吸收來自輻射熱源的熱能，並通過向該邊緣支撐輻射傳遞該熱能；以及與該邊緣支撐連接的多個邊緣支撐固定臂，該多個邊緣支撐固定臂還與該第一熱分布板連接，以與該邊緣支撐間隔開固定該第一熱分布板。
12.如權利要求11所述的基片處理設備，其中每個該邊緣支撐固定臂包括具有第一軸肩和第二軸肩的端部，並且，其中該第一熱分布板與該第一軸肩連接，而該邊緣支撐與該第二軸肩連接。
13.如權利要求11所述的基片處理設備，其中該第一熱分布板距該邊緣支撐間隔開約小於4毫米的距離。
14.如權利要求13所述的基片處理設備，其中該第一熱分布板距該邊緣支撐間隔開約大於1毫米的距離。
15.如權利要求11所述的基片處理設備，其中該邊緣支撐具有頂面和底面，且鄰近該底面放置該第一熱分布板。
16.如權利要求15所述的基片處理設備，其中第二熱分布板一般與該邊緣支撐平行並且間隔開，並且鄰近該邊緣支撐的該頂面放置。
17.如權利要求16所述的基片處理設備，其中該第二熱分布板距該邊緣支撐間隔開約小於4毫米的距離。
18.如權利要求17所述的基片處理設備，其中該第二熱分布板距該邊緣支撐間隔開約大於1毫米的距離。
19.如權利要求15所述的基片處理設備，還包括一般與該邊緣支撐共面並且環繞該邊緣支撐的預熱平臺，其中該第二熱分布板與該預熱平臺連接。
20.如權利要求11所述的基片處理設備，其中該邊緣支撐是具有設有該基片支撐位置的環形切口的邊緣環。
21.如權利要求11所述的基片處理設備，其中該輻射熱源是環形燈陣。
22.一種基片處理設備，包括處理室；在該處理室中的邊緣環，該邊緣環設有基片支撐位置，以在處理期間在基片的邊緣支撐該基片，該邊緣環具有頂面和底面，該基片支撐位置放置在該頂面上；向該處理室提供熱能的環形燈陣，該燈陣位於該邊緣環之下；鄰近該邊緣環的該底面，並且在該邊緣環和該環形燈陣之間放置的第一熱分布板；以及與該邊緣環連接，以在該處理室內支撐該邊緣環的多個邊緣環支撐臂，該多個邊緣環支撐臂還與該第一熱分布板連接，以與該邊緣環間隔開支撐該第一熱分布板。
23.如權利要求22所述的基片處理設備，其中每個該邊緣環支撐臂包括具有第一軸肩和第二軸肩的端部，且該第一熱分布板與該第一軸肩連接，該邊緣環與該第二軸肩連接。
24.如權利要求22所述的基片處理設備，其中該第一熱分布板距該邊緣環間隔開約小於4毫米的距離。
25.如權利要求24所述的基片處理設備，其中該第一熱分布板距該邊緣環間隔開約小於1毫米的距離。
26.如權利要求22所述的基片處理設備，其中第二熱分布板一般與該邊緣環平行並且間隔開，並且鄰近該邊緣環的該頂面放置。
27.如權利要求26所述的基片處理設備，其中該第二熱分布板距該邊緣環間隔開約小於4毫米的距離。
28.如權利要求27所述的基片處理設備，其中該第二熱分布板距該邊緣環間隔開約大於1毫米的距離。
29.如權利要求22所述的基片處理設備，還包括環繞該邊緣環的預熱環，其中該第二熱分布板與該預熱環連接。
30.如權利要求22所述的基片處理設備，其中該邊緣環設有用於限定該基片支撐位置的環形切口。
全文摘要
一種基片處理組合裝置，包括邊緣支撐(320)和吸收並傳遞經自輻射熱源(380)的輻射的熱能到該邊緣支撐上的基片(302)的熱分布板(340)。該邊緣支撐設有基片支撐位置以在處理期間在該基片的邊緣支撐該基片。該裝置還包括一般平行於該邊緣支撐放置的第一熱分布板。多個邊緣支撐固定臂(350)與該邊緣支撐連接。多個邊緣支撐固定臂與該邊緣支撐連接。該多個邊緣支撐固定臂還與第一熱分布板連接，以與該邊緣支撐間隔開固定該第一熱分布板。在另一個實施例中，該組合裝置可包括與邊緣支撐間隔開的第二熱分布板。仍在另一個實施例中，該基片處理組合裝置可用在基片處理設備中，該基片處理設備包括其內設置有該組合裝置的處理室和向該處理室提供輻射熱的輻射熱源。該處理組合裝置結構提供了具有低熱質量的基片處理組合裝置部件，以使該處理室的溫度可以迅速地上升到工作溫度，因此，顯著地縮短了處理基片例如半導體晶片的時間。
文檔編號C23C16/48GK1529900SQ01823458
公開日2004年9月15日 申請日期2001年11月21日 優先權日2001年5月11日
發明者J·M·恰欽, J M 恰欽 申請人:應用材料有限公司