領(lǐng)域

本發(fā)明公開的的實施方式一般涉及半導體處理，且更具體而言，涉及用于在熱處理腔室中校準基座的方法與設(shè)備。

相關(guān)技術(shù)的描述

熱處理腔室，如快速熱處理(RTP)與外延腔室使用于半導體芯片制造中以產(chǎn)生、化學變化或蝕刻半導體基板上的表面結(jié)構(gòu)。RTP與外延腔室通常使用陣列的高強度燈加熱基板。燈在短時間周期中將基板加熱至高達或超過約1000攝氏度的溫度。當燈關(guān)掉電源時，基板可接著在短時間周期中于腔室中冷卻。腔室通常由石英制成以抵抗高溫與溫度變化。腔室所經(jīng)歷的巨大溫度范圍導致顯著熱膨脹與熱收縮。部件間寬松的誤差一般需要用石英材料，其中熱膨脹使得腔室部件的精確校準變得困難。

腔室內(nèi)的基座、或基板支撐件的精密校準是困難的?；ǔＫ璧亩ㄎ皇菍⒒糜谇皇襒-Y平面的中心且具有與腔室X-Y平面平行的基座的基板接收表面。然而，因傳統(tǒng)系統(tǒng)中的設(shè)計限制，基座不可靠地置放于所需位置與定向處，其可能產(chǎn)生多個處理問題。例如，在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，可經(jīng)選擇以將基座置于X-Y平面的中心，其可能使得基座設(shè)置于相對于腔室的X-Y平面沒有平行(即傾斜)的平面中?；鶅A斜在多個腔室中最不可能是相同的，其導致諸多腔室匹配問題，包括高溫計誤差、實際溫度差、氣流差、邊界層效應、晶片滑動等。

因此，能夠使熱處理腔室中的基座更精確校準的設(shè)備與方法是有其需求的。

概述

本發(fā)明所述實施方式一般涉及用于在熱處理腔室(如外延沉積腔室或快速熱處理腔室等用于熱處理基板的腔室)中校準基座的方法與設(shè)備。

在一個實施方式中，提供一種熱處理腔室。熱處理腔室包括基座、與基座耦接的桿以及與桿耦接的運動組件，運動組件包括側(cè)向調(diào)整裝置與傾斜調(diào)整機構(gòu)，側(cè)向調(diào)整裝置與傾斜調(diào)整機構(gòu)經(jīng)調(diào)整而將基座的主要表面定位于平行于腔室X-Y平面的平面中并將桿沿著腔室的縱軸定位。

在另一個實施方式中，提供一種熱處理腔室。該熱處理腔室包括基座、與基座耦接的桿以及與桿耦接的運動組件，運動組件包括側(cè)向調(diào)整裝置與傾斜調(diào)整機構(gòu)，側(cè)向調(diào)整裝置與傾斜調(diào)整機構(gòu)經(jīng)調(diào)整而將基座的主要表面定位于平行于腔室X-Y平面的平面中并將桿沿著腔室的縱軸定位，其中運動組件包括至少兩個彈性密封件，且其中側(cè)向調(diào)整裝置包含X調(diào)整板與Y調(diào)整板，X調(diào)整板與Y調(diào)整板耦接至底部板的鄰近側(cè)，底部板鄰近于至少兩個彈性密封件中的一個而設(shè)置。

在另一個實施方式中，提供一種用于將基座耦接至處理腔室的桿組件。桿組件包括樞軸機構(gòu)、垂直致動器、旋轉(zhuǎn)致動器、第一彈性密封件、第二彈性密封件與運動組件，樞軸機構(gòu)具有穿過樞軸機構(gòu)而設(shè)置的桿，垂直致動器與桿耦接，旋轉(zhuǎn)致動器設(shè)置于與桿耦接的殼體中，第一彈性密封件耦接于樞軸機構(gòu)與垂直致動器的支架之間，第二彈性密封件耦接于支架與旋轉(zhuǎn)致動器的底部板之間，運動組件經(jīng)調(diào)整而將殼體于X軸、Y軸上移動并將基座相對于處理腔室的X-Y平面以角度定位。

附圖簡要說明

本公開內(nèi)容的特征已簡要概述于前，并在以下有更詳盡的討論，可以通過參考所附附圖中繪示的本發(fā)明實施方式以作了解。然而，值得注意的是，所附附圖只繪示了本公開內(nèi)容的典型實施方式，而由于本公開內(nèi)容可允許其他等效的實施方式，所附附圖并不會視為本公開內(nèi)容的范圍的限制。

圖1繪示熱處理腔室的示意截面圖。

圖2是圖1的處理腔室的部分的側(cè)面截面圖，顯示運動組件的一個實施方式。

圖3是圖2的運動組件的調(diào)整部分的一個實施方式的分解等角視圖。

圖4A與圖4B是顯示基座的安裝與校準過程的一個實施方式的示意截面圖。

圖5A至圖5C是顯示基座的安裝與校準過程的另一個實施方式的示意截面圖。

為便于理解，在可能的情況下，使用相同的數(shù)字編號代表附圖中相同的元件?？梢钥紤]，一個實施方式中公開的元件可有利地用于其它實施方式中而無需贅述。

具體描述

本發(fā)明公開的實施方式一般涉及用于在熱處理腔室(如外延沉積腔室或快速熱處理腔室等用于熱處理基板的腔室)中校準基座的方法與設(shè)備。

圖1根據(jù)一個實施方式繪示熱處理腔室100的示意截面圖。熱處理腔室100可用作外延沉積腔室、快速熱處理腔室或其他熱處理腔室。處理腔室100可用于處理一或多個基板，包括于基板102的上表面上沉積材料、加熱基板102、蝕刻基板102或以上的組合。處理腔室100一般包括用于加熱(除了其他部件外)設(shè)置于處理腔室100內(nèi)的基座106的陣列輻射加熱燈104?；?06可以是如圖所示的碟狀基板支撐件，或可以是環(huán)狀基板支撐件(未圖示)，支撐件自基板的邊緣支撐基板，其將基板102的背側(cè)暴露以自輻射加熱燈104加熱?；?06可由碳化硅或以碳化硅涂層的石墨形成以吸收來自燈104的輻射能并將輻射能傳導至基板102，從而加熱基板102。

基座106位于上圓頂108與下圓頂110之間的處理腔室100內(nèi)。上圓頂108與下圓頂110(以及設(shè)置于上圓頂108與下圓頂110間的底環(huán)112一起)一般界定處理腔室100的內(nèi)部區(qū)域111?；?02可以被傳送入處理腔室100中且穿過裝載口(未圖示)定位于基座106上，裝載口于底環(huán)112中形成。處理氣體入口114與氣體出口116可設(shè)置于底環(huán)112中。

基座106包括耦接至運動組件120的軸或桿118。運動組件120包括一或多個致動器和/或調(diào)整裝置以提供內(nèi)部區(qū)域111內(nèi)的桿118和/或基座106的移動和/或調(diào)整。例如，運動組件120可包括旋轉(zhuǎn)致動器122，旋轉(zhuǎn)致動器122將基座106繞處理腔室100的縱軸A旋轉(zhuǎn)。縱軸A可包括處理腔室100的X-Y平面的中心。運動組件120可包括垂直致動器124以將基座106于Z方向上升起與下降。運動組件120可包括傾斜調(diào)整裝置126，傾斜調(diào)整裝置126用于調(diào)整內(nèi)部區(qū)域111中的基座106的平面定向。運動組件120也可包括側(cè)向調(diào)整裝置128，側(cè)向調(diào)整裝置128用于調(diào)整內(nèi)部區(qū)域111內(nèi)的桿118和/或基座106側(cè)對側(cè)的定位。在下列中的一或兩者是必要的實施方式中，側(cè)向調(diào)整裝置128用于調(diào)整X和/或Y方向上的桿118和/或基座106的定位，而傾斜調(diào)整裝置126調(diào)整桿118和/或基座106的角度定向(α)。在一個實施方式中，運動組件120包括樞軸機構(gòu)130。當下圓頂110由底環(huán)112牢固(rigidly)固定于處理腔室100時，樞軸機構(gòu)130用于允許運動組件120將桿118和/或基座106至少于角度定向(α)上移動以減少下圓頂110上的應力。

基座106所示于上升的處理位置，但可由以上所述的運動組件120而垂直上升或下降?；?06可下降至傳送位置(于處理位置之下)以允許升舉銷132接觸下圓頂110。升舉銷132設(shè)置于基座106的孔中且當基座106下降時，升舉銷132將基板102自基座106舉起。機械臂(未圖示)可接著進入處理腔室100以嚙合并將基板自處理腔室100通過裝載口而移除。新基板102可由機械臂裝載于升舉銷132上，以及基座106可接著被往上致動至處理位置以放置基板102，其裝置側(cè)150面向上。升舉銷132包括放大的頭以允許升舉銷132懸掛于靠近處理位置中的基座106的開口中。在一個實施方式中，與下圓頂110耦接的支距(stand-off)134用來提供用于升舉銷132接觸的平坦表面。支距提供平行于處理腔室100的X-Y平面的表面并可用于防止升舉銷132的結(jié)合，如果升舉銷132的端部允許接觸下圓頂110的彎曲表面的話，升舉銷132的結(jié)合可能發(fā)生。支距134可由光學透明材料制成以允許能量自燈104穿過支距134而傳遞。

當基座106位于處理位置時，基座106將處理腔室100的內(nèi)部空間分成在基座106之上的處理氣體區(qū)域136與基座106之下的凈化氣體區(qū)域138。在處理期間，基座106由旋轉(zhuǎn)致動器122而旋轉(zhuǎn)以最小化處理腔室100內(nèi)的熱與處理氣流空間變異的效應以及因此利于基板102的均勻處理。基座106由桿118支撐，桿118一般置中于基座106上且在基板傳送期間利于基座106基板102在垂直方向上(Z方向)的移動，且在某些范例中，利于處理基板102。

一般來說，上圓頂108的中心窗部分與下圓頂110的底部由如石英的光學透明材料形成。上圓頂108的厚度與彎曲程度可經(jīng)配置以提供較平坦的幾何形狀以用于處理腔室中均勻流的均勻性。

一或多個燈(如陣列輻射加熱燈104)可以繞桿118的特定方法而鄰近于下圓頂110以及在下圓頂110之下設(shè)置。輻射加熱燈104可獨立控制或以區(qū)域控制以當處理氣體傳送經(jīng)過該區(qū)域上時控制基板102的各個區(qū)域的溫度，從而利于材料于基板102的上表面上的沉積。雖然沒有在此處詳盡討論，但沉積的材料可包括硅、摻雜的硅、鍺、摻雜的鍺、硅鍺、摻雜的硅鍺、砷化鎵、氮化鎵或氮化鋁鎵。

輻射加熱燈104可包括輻射加熱源(此處所示為燈泡141)且可經(jīng)配置以加熱基板102到約200攝氏度至約1600攝氏度的范圍內(nèi)的溫度。各燈泡141可以與支距電源分配板(如印刷電路板(PCB)152)耦接，電源可以通過電源分配板而供應至各燈泡141。在一個實施方式中，輻射加熱燈104定位于燈頭145內(nèi)，燈頭145可在處理期間或處理之后冷卻。

圓形屏蔽件146可選擇性地設(shè)置于基座106附近并與腔室主體148的側(cè)壁耦接。除了提供用于處理氣體的預熱區(qū)域之外，屏蔽件146防止或最小化熱/光噪自燈104泄漏至基板102的裝置側(cè)150。屏蔽件146可由CVD SiC、以SiC涂層的燒結(jié)石墨、生長的SiC、不透明石英、涂層石英或任何適合抵抗處理與凈化氣體化學分解的相似材料制成。在一些實施方式中，屏蔽件146與設(shè)置于底環(huán)112上的襯墊163耦接。

經(jīng)配置而在基座106底部測量溫度的傳感器提供基板溫度。傳感器可以是設(shè)置于燈頭145中形成的端口中的高溫計(未圖示)?；蛘呋蛏跽?，一或多個傳感器152(如高溫計)可被導向以測量基板102的裝置側(cè)150的溫度。反射器154可選擇性地置放于上圓頂108外以反射紅外光并將能量重新導向回基板102上，該紅外光自基板102輻射離開。反射器154可使用固定環(huán)156而固定于上圓頂108。反射器154可以由如鋁或不銹鋼的金屬制成。

自處理氣體供應源172供應的處理氣體通過底環(huán)112的側(cè)壁中形成的處理氣體入口114被引入處理氣體區(qū)域136。處理氣體入口114經(jīng)配置而將處理氣體導向于一般徑向向內(nèi)的方向上。在薄膜形成處理期間，基座106位于處理位置(其鄰近于處理氣體入口114且約在與處理氣體入口114相同的高度)，因而允許處理氣體一般地沿著跨基板102的上表面的流動路徑173流動。處理氣體通過氣體出口116而離開處理氣體區(qū)域136(沿著流動路徑175)，氣體出口116位于作為處理氣體入口114的處理腔室100的相對側(cè)上?？捎神罱又翚怏w出口116的真空泵180促成通過氣體出口116的處理氣體的移除。

自凈化氣體源162供應的凈化氣體通過底環(huán)112的側(cè)壁中形成的凈化氣體入口164而引入凈化氣體區(qū)域138。凈化氣體入口164設(shè)置于處理氣體入口114之下的高度。如果使用圓形屏蔽件146，則圓形屏蔽件146可設(shè)置于處理氣體入口114與凈化氣體入口164之間。在任一情況中，凈化氣體入口164經(jīng)配置而將凈化氣體導向于一般徑向向內(nèi)方向。如所需要的，凈化氣體入口164可經(jīng)配置而將凈化氣體導向于向上方向。在薄膜形成處理期間，基座106位于使得凈化氣體一般沿著跨基座106的背側(cè)的流動路徑165流動的位置。凈化氣體(沿著流動路徑166)離開凈化氣體區(qū)域138并通過氣體出口116而自處理腔室排出，氣體出口116位于作為凈化氣體入口164的處理腔室100的相對側(cè)上。

圖2是圖1的處理腔室100的部分的側(cè)面截面圖，顯示運動組件200的一個實施方式。運動組件200可用作圖1的運動組件120。運動組件200包括樞軸機構(gòu)130，樞軸機構(gòu)130允許可移動部分205(可操作性地與桿118耦接)相對于下圓頂110至少以角度地移動。動力密封件206(可以是彈性o型環(huán))可耦接于外殼體207與下圓頂110的內(nèi)部部分208之間?？梢苿硬糠?05包括旋轉(zhuǎn)致動器122，旋轉(zhuǎn)致動器122與設(shè)置于殼體212中的旋轉(zhuǎn)階部210耦接。在一些實施方式中，旋轉(zhuǎn)階部210由管214而與桿118可操作性地耦接。旋轉(zhuǎn)階部210可由磁性耦接部而與管214耦接。管214包括一內(nèi)部尺寸，該內(nèi)部尺寸經(jīng)設(shè)置大小而容納桿118的外直徑。管214抓住并垂直支撐桿118。管214和/或桿118可包括緊固件或索引特征(indexing features)(即平板(flat)、凹槽及類似物)，緊固件或索引特征利于管214與桿118之間的正嚙合而基于旋轉(zhuǎn)階部210的旋轉(zhuǎn)促成桿118的旋轉(zhuǎn)。

可移動部分205也包括垂直致動器124，垂直致動器124可包括與桿118可操作性地耦接的旋轉(zhuǎn)馬達216。在一個實施方式中，垂直致動器124包括耦接至旋轉(zhuǎn)馬達216的螺絲起子218以及耦接至桿118的一或多個支架220。當使用管214時，支架220可與管214耦接。螺絲起子218的旋轉(zhuǎn)將桿118(具有與其耦接的基座106(示于圖1))在Z方向上升起或下降。第一彈性密封件222(如波紋管(bellows))可設(shè)置于垂直致動器124的基部224與一或多個支架220之間。

運動組件200也包括與可移動部分205的一或多個組件可操作性耦接的調(diào)整部分226。調(diào)整部分226包括側(cè)向調(diào)整裝置128與傾斜調(diào)整裝置126。調(diào)整部分226也包括第二彈性密封件228，如波紋管。第二彈性密封件228經(jīng)調(diào)整而獨立于第一彈性密封件222移動，反之亦然。在一個實施方式中，第二彈性密封件228允許運動組件200內(nèi)的全部部件共享相同環(huán)境作為處理腔室100的凈化氣體區(qū)域138，甚至是旋轉(zhuǎn)階部210。因此，減壓的環(huán)境可包含于運動組件200中，而旋轉(zhuǎn)階部210在環(huán)境壓力中。第二彈性密封件228的終端可在旋轉(zhuǎn)階部210的殼體212的底部板230處。

側(cè)向調(diào)整裝置128與傾斜調(diào)整裝置126可包括手動調(diào)整設(shè)備，手動調(diào)整設(shè)備用于將桿118置中以及調(diào)整桿118與耦接至桿118的基座106的平坦度和/或傾斜度。在一些實施方式中，垂直致動器124包括自基部224垂直延伸的支架225。支架225可集成至垂直致動器124且可實質(zhì)平行于桿118的縱軸。本發(fā)明所用的實質(zhì)平行包括平行(如相對于縱軸A為0度)以及相對于縱軸A為+/-5度或更少的角度。傾斜調(diào)整裝置126可通過在支架225上推或拉而在X和/或Y方向上側(cè)向移動基部224，其可用于調(diào)整桿118的傾斜度和/或基座106的平坦度。傾斜調(diào)整裝置126可以是致動器、螺絲或其他在支架225上推或拉的可調(diào)整緊固件。在一個實施方式中，側(cè)向調(diào)整裝置128可包括由緊固件234(如螺釘或螺絲)耦接至底部板230的X調(diào)整板232。底部板230可以實質(zhì)正交于桿118和/或平行于基座106(示于圖1)的表面的平面的角度而設(shè)置，而X調(diào)整板232可以實質(zhì)正交于底部板230的平面和/或桿118的旋轉(zhuǎn)軸的一角度而設(shè)置。本說明書所用的實質(zhì)正交包括90度以及+/-5度或更少。

X調(diào)整板232包括調(diào)整特征236，調(diào)整特整236可以是接觸旋轉(zhuǎn)階部210的殼體212的表面之一組螺絲。調(diào)整特征236可將殼體推和/或拉以使殼體212在X方向上位移。殼體212的位移用于將桿118相對于下圓頂110置中和/或?qū)⒒?06相對于圓形屏蔽件146(示于圖1)置中。雖然未于此圖示中示出，但是Y調(diào)整板可耦接至底部板230且相似于X調(diào)整板232操作，除了用于提供Y方向上的位移。當桿118未與縱軸A校準時(其可能導致基座106傾斜)，傾斜調(diào)整裝置126可用于校正基座106的傾斜。殼體212的位移可能受限于底部板230之下的運動組件200的部分，其允許第一彈性密封件222保持于軸上(即置中于桿118附近)。第二彈性密封件228(在X和/或Y方向上移動)適應(accommodate)組件中的任何橫向位移，而第一彈性密封件222保持實質(zhì)平行于縱軸A。因此，限制或沒有第二彈性密封件228的膨脹與收縮，其減少第二彈性密封件228的疲乏(fatigue)并延長第二彈性密封件228的使用壽命。在一些實施方式中，第一彈性密封件222實質(zhì)受限于沿著處理腔室100的縱軸A的移動，而第二彈性密封件228實質(zhì)受限于處理腔室100的側(cè)向移動(在X與Y方向上)。本說明書所用的移動上的實質(zhì)受限包括無法移動以及5毫米內(nèi)或更少的移動。

圖3是圖2的運動組件200的調(diào)整部分300的一個實施方式的分解等角視圖。調(diào)整部分300包括X調(diào)整板232，X調(diào)整板232經(jīng)調(diào)整而使用一或多個緊固件234耦接至底部板230。Y調(diào)整板305也可以相對于X調(diào)整板232實質(zhì)正交的角度使用一或多個緊固件234耦接至底部板230。X調(diào)整板232與Y調(diào)整板305兩者皆包括至少一個調(diào)整特征236，調(diào)整特征236接觸殼體212的表面310。調(diào)整特征236可往殼體212旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)離殼體212以對殼體212與桿118(示于圖2)作橫向調(diào)整以將桿118置于處理腔室100(示于圖1)的X-Y平面的中心。

在一個實施方式中，用于X調(diào)整板232與Y調(diào)整板305上的調(diào)整特征236可以是一組螺絲，該組螺絲抵著殼體212的表面310旋轉(zhuǎn)并將殼體212自個別板232或305推離。在另一個實施方式中，調(diào)整特征236可嚙合表面310使得調(diào)整特征236的旋轉(zhuǎn)將殼體212拉往個別板232或305。

圖4A與圖4B是顯示基座106的安裝與校準過程400的一個實施方式的示意截面圖。安裝與校準過程400包括基座106的初始安裝?；?06可插入于管214(示于圖2)中并由磁性耦接的驅(qū)動組件耦接至殼體212內(nèi)的旋轉(zhuǎn)階部210。如圖4A所示，基座106偏離中心(即未對準于X-Y)。如圖4B所示，于支架405中設(shè)置的調(diào)整特征236將殼體212于X方向上移動，其將桿118與基座106于X方向上移動，從而將桿118與基座106相對于圓形屏蔽件146實質(zhì)置中。雖然未圖示出，如需要的話，桿118與基座106可調(diào)整于Y方向上。

圖5A至圖5C是顯示基座106的安裝與校準過程500的另一個實施方式的示意截面圖。安裝與校準過程500包括相似于圖4A的桿組件中的基座106的初始安裝，除了桿118與基座106分別相對于縱軸A與X-Y平面傾斜，如圖5A所示。

圖5B顯示由傾斜調(diào)整裝置126提供的傾斜校正。傾斜調(diào)整裝置126用于抵推支架405，支架405緩和基座106的傾斜。因此，基座106的主要表面505A、505B中的一或兩者可平行于X-Y平面，其提供基板的均勻處理(相對于傾斜的基座)而減少除其他處理問題外的腔室匹配問題。

圖5C顯示側(cè)向調(diào)整裝置128提供的橫向?qū)市Ｕ湟话銓⒒?06相對于圓形屏蔽件146置中。

傾斜調(diào)整裝置126與側(cè)向調(diào)整裝置128的示范例提供處理腔室中基座106更精確的校準和/或定位。本發(fā)明公開的實施方式提供可同時于傾斜與置中校準的基座的定位。通過提供傾斜校準與置中校準的分別致動來完成定位。根據(jù)所述實施方式，提供校準控制中的四個自由度，如沿著X軸傾斜校正、沿著Y軸傾斜校正、沿著X軸平移以及沿著Y軸平移。傾斜校正可移動整個組件(即X與Y校準裝置、Z運動校準與旋轉(zhuǎn)裝置)。所述實施方式提供的置中與傾斜校正減少除處理不均勻性外的腔室匹配問題。第二彈性密封件228可經(jīng)調(diào)整而只有在X和/或Y方向上移動，而第一彈性密封件222主要在垂直(Z)方向上移動。此不同于通常使用單一波紋管組件(其可以是直接與另一個波紋管裝置耦接及自另一個波紋管裝置延伸的一波紋管裝置)的傳統(tǒng)基座組件使得整個組件經(jīng)受傾斜及膨脹與收縮的多個循環(huán)。然而，第一彈性密封件222與分開的第二彈性密封件228通過減少第一彈性密封件222中的橫向位移以及減少第二彈性密封件228的膨脹/收縮移動而限制密封件的疲乏。

因為當組裝數(shù)個部件在一起以構(gòu)成熱處理腔室100時的多個誤差而可能有固有的桿118和/或基座106的傾斜。樞軸機構(gòu)130內(nèi)的下圓頂110的內(nèi)部部分208沒有垂直參考。因此，傾斜調(diào)整裝置126用于校正組裝時所述部件誤差可能產(chǎn)生的此傾斜。在一個實施方式中，在提供任何側(cè)向校正之前，可通過使用傾斜調(diào)整裝置126執(zhí)行傾斜的校正。接著可使用側(cè)向調(diào)整裝置128執(zhí)行將基座106相對于圓形屏蔽件146置中(純X-Y)。雖然不是不可能，但是因為傾斜調(diào)整影響X-Y置中而X-Y置中不會影響傾斜，所以已知在傾斜調(diào)整前執(zhí)行X-Y調(diào)整是困難的。

雖然前面所述涉及本發(fā)明的實施方式，但在不違背本發(fā)明的基本范圍下，可設(shè)計其他與進一步的實施方式，而本發(fā)明的范圍由隨附權(quán)利要求書決定。