快速熱處理腔室的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的實施方式大體涉及RTP腔室。該腔室通常包括腔室主體和腔室蓋。該腔室主體包括基板支撐件，該基板支撐件具有多個電阻式加熱器區(qū)域，以加熱定位在該基板支撐件上的基板。該腔室主體視情況也包括冷卻通道和熱絕緣襯里，冷卻通道用于緩和熱應力，熱絕緣襯里設置在該腔室主體中以容納熱處理期間產(chǎn)生的熱。該腔室蓋包括蓋主體和反射板，該蓋主體具有穿過該蓋主體的開口，該反射板設置在該開口內。多個高溫計定位在該反射板內，以在遍及該基板的多個位置處測量與基板支撐件的這些區(qū)域對應的基板的溫度。每一個區(qū)域的溫度被調整以響應來自多個高溫計的信號。
【專利說明】快速熱處理腔室
【技術領域】
[0001]本發(fā)明的實施方式大體涉及快速熱處理(rapid thermal processing, RTP)腔室。【背景技術】
[0002]RTP是在數(shù)秒或更短的時間內將基板(諸如硅晶片)加熱至高達1200攝氏度或更高的溫度的制造工藝。RTP可用于多種應用，包括摻雜劑活化、熱氧化或金屬回流。
[0003]一類現(xiàn)存的RTP腔室利用燈陣列在處理期間快速加熱基板。與設置在腔室內的多個高溫計(pyrometer)連接的控制器控制施加至燈的功率量，從而控制由這些燈產(chǎn)生的熱量。其他類型的腔室利用加熱的基板支撐件，并且可使用電阻測量裝置控制溫度。現(xiàn)存的RTP腔室意味著在制造設施上相當大的投資，因而增加了生產(chǎn)裝置的成本。
[0004]因此，需要一種改良的RTP腔室。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的實施方式大體涉及RTP腔室。該腔室通常包括腔室主體和腔室蓋。該腔室主體包括基板支撐件，該基板支撐件具有多個電阻式加熱器區(qū)域，以加熱定位在該基板支撐件上的基板。該腔室主體視情況(optionally)也包括冷卻通道(channel)和熱絕緣襯里，冷卻通道用于緩和熱應力，熱絕緣襯里設置在該腔室主體中以容納熱處理期間產(chǎn)生的熱。該腔室蓋包括蓋主體和反射板，該蓋主體具有穿過該蓋主體的開口，該反射板設置在該開口內。多個高溫計定位在該反射板內，以在遍及該基板的多個位置處測量與基板支撐件的這些區(qū)域對應的基板的溫度。每一個區(qū)域的溫度被調整以響應來自多個高溫計的信號。
[0006]一個實施方式中，腔室包含腔室蓋和腔室主體?；逯渭O置在該腔室主體內，并且具有多個區(qū)域，這些區(qū)域可被獨立地加熱以加熱定位在基板支撐件上的基板。該腔室蓋設置在腔室主體上并且具有圓形開口，該圓形開口設置成穿過該腔室蓋。該腔室蓋也包括反射板，該反射板定位在該圓形開口內并且具有鄰近于該基板支撐件的上表面的表面。多個高溫計設置成穿過形成于該反射板中的開口，以在遍及基板表面的多個位置處測量該基板的溫度。多個高溫計中的每一個高溫計對應于多個區(qū)域中的一個區(qū)域。
[0007]另一個實施方式中，腔室包含腔室主體和腔室蓋，該腔室主體包含鋁?；逯渭O置在該腔室主體內并且具有多個區(qū)域，這些區(qū)域可被獨立地加熱以加熱定位在基板支撐件上的基板。該腔室蓋設置在該腔室主體上并且包括蓋主體，該蓋主體包含鋁。該蓋主體具有圓形開口，該圓形開口設置成穿過該蓋主體。反射板定位在該圓形開口內，并且具有鄰近于該基板支撐件的上表面的表面。多個高溫計設置成穿過形成于該反射板中的開口，以在遍及基板表面的多個位置處測量該基板的溫度。多個高溫計中的每一個高溫計對應于多個區(qū)域中的一個區(qū)域。
[0008]另一個實施方式中，腔室包含腔室主體、腔室蓋和控制器，該腔室主體包含鋁?；逯渭O置在該腔室主體內。該基板支撐件具有多個區(qū)域，這些區(qū)域可被獨立地加熱以加熱定位在基板支撐件上的基板。多個區(qū)域中的每一個區(qū)域包含電阻式加熱元件。該腔室蓋設置在該腔室主體上并且包括蓋主體，該蓋主體包含鋁。該蓋主體具有圓形開口，該圓形開口設置成穿過該蓋主體。反射板定位在該圓形開口內并且具有鄰近于該基板支撐件的上表面的表面。多個高溫計設置成穿過形成于該反射板中的開口，以在遍及基板表面的多個位置處測量該基板的溫度。多個高溫計中的每一個高溫計對應于多個區(qū)域中的一個區(qū)域。該腔室也包括控制器，該控制器耦接至每一個區(qū)域的電阻式加熱元件并且耦接至多個高溫計。該控制器適于基于來自多個高溫計每個的信號，控制施加至每一個區(qū)域的電阻式加熱元件的功率量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]可參照實施方式(一些實施方式描繪于附圖中)來詳細理解本發(fā)明的上述特征結構以及以上簡要概述的有關本發(fā)明更特定的描述。然而，應注意附圖僅描繪本發(fā)明的典型實施方式，因而不應將這些附圖視為限制本發(fā)明的范圍，因為本發(fā)明可允許其他等效實施方式。
[0010]圖1和圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的RTP腔室的截面圖。
[0011]圖3是圖1和圖2所示的腔室蓋的等角視圖(isometric view)。
[0012]圖4是圖1和圖2所示的基板支撐件的頂視平面圖。
[0013]為了便于理解，已盡可能地使用相同的參考數(shù)字來標示各圖共有的相同的元件。預期在一個實施方式中所披露的元件可有利地用于其他實施方式，而無需特別詳述。
【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明的實施方式大體涉及RTP腔室。這些腔室通常包括腔室主體和腔室蓋。該腔室主體包括基板支撐件，該基板支撐件具有多個電阻式加熱器區(qū)域，以加熱定位在基板支撐件上的基板。腔室主體視情況也包括冷卻通道和熱絕緣襯里，冷卻通道用于緩和熱應力，熱絕緣襯里設置在腔室主體中以容納處理期間產(chǎn)生的熱。腔室蓋包括蓋主體和反射板，蓋主體具有穿過該蓋主體的開口，反射板設置在該開口內。多個高溫計定位在該反射板內，以在遍及基板的多個位置處測量與基板支撐件的這些區(qū)域對應的基板的溫度。每一個區(qū)域的溫度被調整以響應來自多個高溫計的信號。
[0015]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的RTP腔室100的截面圖。RTP腔室100適于熱處理定位在該腔室中的基板101。RTP腔室包括腔室主體102和設置在腔室主體102上的腔室蓋104。腔室主體102由鋁或鋁合金形成，并且適于將腔室壓力維持在ITorr至約800Torr的范圍內，諸如約IOTorr至約350Torr。腔室主體102包括形成在該腔室主體中的流體管道(fluid passage) 106，以使溫度控制流體流過該流體管道，以在處理期間冷卻腔室主體102。腔室主體102的冷卻減少了腔室主體102劣化的可能性，此劣化是由于基板101加熱期間的熱應力所致。襯里107是由熱絕緣材料(諸如氮化鋁)形成的，襯里107設置在腔室主體102的內表面周圍，以便于在腔室主體內容納熱并且提高熱處理效率。流體管道106與襯里107 —起使低成本材料(諸如鋁)得以用于形成腔室主體102，同時使腔室主體102仍能夠承受熱處理期間所施加的熱應力。
[0016]基板支撐件108定位在腔室主體102內?；逯渭?08可由燒結的氮化鋁形成，并且包括多個加熱元件110 (諸如嵌在該基板支撐件中的電阻式加熱元件)，以便于在處理期間加熱基板101。這些加熱元件110可由鑰形成，并且通過導線耦接至電源117，所述導線設置成穿過支撐軸(support shaft) 112。加熱元件110經(jīng)由傳導提供用于加熱基板101，并且可將基板加熱至約25攝氏度至約900攝氏度的范圍內的溫度，諸如約25攝氏度至約500攝氏度。在一些情況中，熱傳導可能會比其他類型的加熱(諸如輻射)更理想。舉例而言，輻射需要許多昂貴的燈泡以將熱提供給基板。然而，燈泡可能會需要頻繁地更換，因此增加了操作利用加熱燈的腔室的成本。此外，燈可能不均勻地照明，因此使最終所制造的裝置的質量劣化。電阻式加熱元件(諸如電阻式加熱元件110)不需要頻繁的更換并且操作上比較便宜。
[0017]支撐軸112可由鎳形成，該支撐軸耦接至基板支撐件108的下側并且支撐基板支撐件108。支撐軸112耦接至升降組件114，該升降組件包括致動器116 (諸如步進電機)，以便于將基板101定位于鄰近腔室蓋104的處理位置中，如圖所示。升降組件114也便于將基板101通過開口 118(諸如狹縫閥(slit valve))從腔室主體102移出。升降組件114適于以垂直方向致動基板支撐件108，以使升降銷120與定位在腔室主體102內的升降板122接觸。當基板支撐件108下降時，使升降銷120與升降板122接觸將基板101從基板支撐件108的表面升起。基板101維持在升降銷120上的一定位置處，使基板101得以由機械手(圖中未示出)通過開口 118從腔室主體102移出?？梢韵喾吹姆绞綄⒒?01定位在腔室主體102內。
[0018]腔室蓋104定位在腔室主體102上。腔室蓋104包括蓋主體123和反射板124。反射板124具有圓形的形狀并且設置在位于蓋主體123內的圓形開口 126內。反射板124具有環(huán)狀唇部132，環(huán)狀唇部132的直徑大于圓形開口 126，以將反射板124支撐在蓋主體123的頂表面上。環(huán)狀唇部具有多個貫穿該環(huán)狀唇部的開口，以容納緊固件134 (諸如螺栓)，以將反射板124固定至蓋主體123。反射板124定位在圓形開口 126內并且延伸通過圓形開口 126。反射板124的表面136定位成鄰近基板101。反射板124由金、銀、鎳、招或銠形成，或涂布有上述金屬，以增加設置成穿過反射板124的高溫計128的準確度，高溫計128用于測量基板101的溫度。一個實施方式中，反射板124可具有約0.50或更高的反射率，諸如約0.90或更高。反射板124的直徑通常大約等于或稍微大于基板支撐件108的直徑，諸如比基板支撐件108的直徑大大約百分之一。
[0019]通常，一個高溫計128適于測量基板101的對應于基板支撐件108的一個區(qū)域的溫度，基板支撐件108的所述區(qū)域中具有單獨的加熱元件110 (圖1僅描繪四個高溫計)。然而，預期基板支撐件108的每一個區(qū)域可具有超過一個對應的高溫計，以增加對溫度的監(jiān)控。每一個高溫計128與控制器130耦接，控制器130同樣與電源117耦接?？刂破?30便于閉環(huán)控制(closed loop control)基板支撐件108的各區(qū)域,這是通過控制由電源117施加至每一個加熱元件110的功率實現(xiàn)的。必要時，通過從腔室蓋104移除緊固件134、并且將反射板124與蓋主體123分離以暴露高溫計123，可容易并且快速地替換高溫計128。
[0020]高溫計128便于對基板101進行精確并且便宜的溫度測量和控制。與常規(guī)的嵌于基板支撐件中的電阻式溫度測量裝置不同，高溫計可直接測量基板溫度，而非測量上面定位有基板的基板支撐件的溫度。直接對基板進行溫度測量提供對基板更精確的熱處理。此夕卜，高溫計128可比嵌在基板支撐件內的電阻式溫度測量裝置更加容易替換。
[0021]圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式的RTP腔室200的截面圖。RTP腔室200類似于RTP腔室100，不同之處在于RTP腔室200排除了襯里107。因為RTP腔室200不包括襯里，RTP腔室200的溫度以不同于RTP腔室100的溫度控制的方式而控制。例如，可增加通過流體管道106的冷卻劑的流量。可選地或額外地，可使用能夠承受更高溫度的材料(諸如鋁合金或不銹鋼)來構建RTP腔室200。此外，預期可將水冷式支架(support bracket) 182(該支架中具有流體通道180)耦接至基板支撐件108，以便于冷卻RTP腔室200。在這樣的實施方式中，視情況可除去流體管道106。
[0022]圖3是圖1和圖2所示的腔室蓋104的等角視圖。反射板124與蓋主體123圖示為分離，以便更清楚地圖示腔室蓋104的各部件。蓋主體123通常由與腔室主體102 (圖示于圖1中)相同的材料形成，諸如鋁合金或鋁。反射板124包括多個開口 340，這些開口340設置成穿過環(huán)狀唇部132。這些開口 340與形成在蓋主體123中的開口 342 (以虛線(phantom)圖示)對準，以在這些開口中插入緊固件。開口 342通常形成為不完全通過蓋主體123，以防止通過開口 342污染腔室主體102。多個高溫計128通過反射板124的表面136暴露，以便于測量基板101的溫度(圖示于圖1中)。在圖2所示的實施方式中，圖示六個高溫計，每一個高溫計對應于圖4所示的基板支撐件108的六個加熱區(qū)域中的一個區(qū)域。預期每個區(qū)域可利用超過一個高溫計128以增加溫度監(jiān)控的精確度。
[0023]圖4是圖1和圖2所示的基板支撐件108的頂視平面圖?；逯渭?08可由燒結的氮化鋁形成并且包括多個區(qū)域，諸如區(qū)域451-456。每一個區(qū)域451-456包括對應的獨立加熱元件410a-410f (以虛線圖示)，這些加熱元件嵌在基板支撐件108內并且可被獨立控制，以提供對每一個區(qū)域451-456的獨立溫度控制。加熱元件410a-410f可由諸如鑰之類的材料形成。
[0024]區(qū)域451是圓形形狀的并且設置在基板支撐件108中央上。區(qū)域451可覆蓋基板支撐件108的上表面的約5%至約15%，例如約10%。區(qū)域451經(jīng)由加熱元件410a被加熱，加熱元件410a具有圓形形狀。區(qū)域452環(huán)繞(circumscribe)區(qū)域451。區(qū)域452可覆蓋基板支撐件108的上表面的約55%至約70%，例如約63%。區(qū)域452是由圓形形狀的加熱元件410b加熱的。區(qū)域453-456設置在區(qū)域452的外周邊周圍，區(qū)域453-456每個覆蓋區(qū)域452的外圓周大約90度。區(qū)域453-456每個覆蓋基板支撐件108的上表面的約3%至約10%，例如約6.6%。區(qū)域453-456便于設置在這些區(qū)域上的基板周邊區(qū)域的精確溫度控制?；宓闹苓厖^(qū)域通常為最可能具有偏離平均基板溫度的溫度的區(qū)域，這是由于基板外邊緣附近的熱移除的緣故。因此，區(qū)域453-456的相對較小的尺寸便于基板外邊緣的精確溫度控制，而對基板的加熱大部分由內區(qū)域451和452實現(xiàn)。
[0025]每一個高溫計128的溫度檢測(sensing)的位置以虛線圖示在基板支撐件108的表面上。溫度檢測點460a-460f通常定位成實質上在各區(qū)域451-456的中央之上，例外是溫度檢測點460b。區(qū)域452是環(huán)形的；然而，由于區(qū)域452僅含有單一加熱元件410b，因此區(qū)域452的溫度通常是一致的。因此，溫度檢測點460b通?？啥ㄎ辉谘刂鴧^(qū)域452的任何位置處，并且仍產(chǎn)生精確的溫度測量。預期可利用額外的高溫計或額外的加熱元件，以進一步改進對基板支撐件108的溫度控制，并且也改進對支撐在該基板支撐件上的基板的溫度控制。
[0026]本發(fā)明的實施方式提供利用有效并且便宜的加熱和溫度檢測裝置的低成本的RTP腔室。這些腔室利用鋁或鋁合金部件，使得相對于其他金屬(例如，不銹鋼)能更便宜地制造腔室部件。鋁或鋁合金在熱處理期間所用的一些處理溫度下可能熔化，但通過使用熱絕緣襯里以及冷卻通道，使得鋁或鋁合金能夠使用。這些腔室利用熱絕緣襯里來增加腔室內執(zhí)行的熱處理的效率，因此減少操作腔室的成本，并且也保護腔室部件避免受到非期望的加熱。設置在RTP腔室主體內的一個或更多個冷卻通道允許RTP腔室的內部容積被快速地加熱到超過腔室主體材料的熔點的溫度。加熱處理期間，所述一個或更多個冷卻通道將腔室主體維持在低于腔室主體材料的熔點的溫度，因而保持腔室主體的完整性(integrity)。
[0027]這些腔室也利用具有加熱元件的基板支撐件(這些加熱元件嵌在該基板支撐件中)，以傳導式加熱定位在該基板支撐件上的基板。熱傳導是加熱基板的有效方式，并且不需要頻繁地更換昂貴的部件(如利用燈泡的系統(tǒng))?；鍦囟仁墙?jīng)由高溫計測量的，并且施加至基板的熱量是使用閉環(huán)控制的。高溫計使基板溫度得以被直接測量，而非使用電阻式溫度測量裝置測量基板支撐件的溫度。直接對基板進行溫度測量便于對基板進行更精確的熱處理。
[0028]雖然前述內容涉及本發(fā)明的實施方式，然而可不背離本發(fā)明基本范圍設計其他和進一步的本發(fā)明的實施方式，并且本發(fā)明的范圍由隨后的權利要求確定。
【權利要求】
1.一種腔室，包含: 腔室主體； 基板支撐件，所述基板支撐件設置在所述腔室主體內，所述基板支撐件具有多個區(qū)域，所述多個區(qū)域可被獨立地加熱以加熱定位在所述基板支撐件上的基板；以及腔室蓋，所述腔室蓋設置在所述腔室主體上，所述腔室蓋包含: 蓋主體，所述蓋主體包含鋁，所述蓋主體具有圓形開口，所述圓形開口設置成穿過所述蓋主體； 反射板，所述反射板定位在所述圓形開口內，并且所述反射板具有表面，所述表面鄰近于所述基板支撐件的上表面；以及 多個高溫計，所述多個高溫計設置成穿過形成在所述反射板中的開口，以在遍及所述基板表面的多個位置處測量所述基板的溫度，其中所述多個高溫計中的每一個高溫計對應于所述多個區(qū)域中的每一個區(qū)域。
2.如權利要求1所述的腔室，其中所述基板支撐件包含多個可獨立控制的電阻式加熱元件，所述多個可獨立控制的電阻式加熱元件被調整以響應由所述多個高溫計測量的溫度。
3.如權利要求1所述的腔室，其中所述多個區(qū)域包含第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域具有圓形形狀并且設置在所述基板支撐件中央上，所述第二區(qū)域環(huán)繞所述第一區(qū)域。
4.如權利要求3所述的腔室，其中所述多個區(qū)域進一步包含第三區(qū)域、第四區(qū)域、第五區(qū)域和第六區(qū)域，并且其中所述第三區(qū)域、所述第四區(qū)域、所述第五區(qū)域和所述第六區(qū)域設置在所述第二區(qū)域的徑向向外處。
5.如權利 要求4所述的腔室，其中所述第三區(qū)域、所述第四區(qū)域、所述第五區(qū)域和所述第六區(qū)域每個延伸圍繞所述基板支撐件的圓周約90度。
6.如權利要求1所述的腔室，其中所述腔室主體進一步包含熱絕緣襯里和流體管道，所述熱絕緣襯里設置在所述腔室主體的內表面上，所述流體管道形成在所述腔室主體中以容納溫度控制流體。
7.一種腔室，包含: 腔室主體，所述腔室主體包含鋁； 基板支撐件，所述基板支撐件設置在所述腔室主體內，所述基板支撐件具有多個區(qū)域，所述多個區(qū)域可被獨立地加熱以加熱定位在所述基板支撐件上的基板；以及腔室蓋，所述腔室蓋設置在所述腔室主體上，所述腔室蓋包含: 蓋主體，所述蓋主體包含鋁，所述蓋主體具有圓形開口，所述圓形開口設置成穿過所述蓋主體； 反射板，所述反射板定位在所述圓形開口內，并且所述反射板具有表面，所述表面鄰近于所述基板支撐件的上表面；以及 多個高溫計，所述高溫計設置成穿過形成在所述反射板中的開口，以在遍及所述基板表面的多個位置處測量所述基板的溫度，其中所述多個高溫計中的每一個高溫計對應于所述多個區(qū)域中的一個所述區(qū)域。
8.如權利要求7所述的腔室，其中所述多個區(qū)域包含第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域具有圓形形狀并且設置在所述基板支撐件中央上，所述第二區(qū)域環(huán)繞所述第一區(qū)域。
9.如權利要求8所述的腔室，其中所述多個區(qū)域進一步包含第三區(qū)域、第四區(qū)域、第五區(qū)域和第六區(qū)域，并且其中所述第三區(qū)域、所述第四區(qū)域、所述第五區(qū)域和所述第六區(qū)域設置在所述第二區(qū)域的徑向向外處。
10.如權利要求9所述的腔室，其中所述基板支撐件包含多個可獨立控制的電阻式加熱元件。
11.如權利要求10所述的腔室，其中所述多個可獨立控制的電阻式加熱元件被調整以響應由所述多個高溫計測量的溫度，并且其中所述腔室主體進一步包含熱絕緣襯里，所述熱絕緣襯里設置在所述腔室主體的內表面上。
12.—種腔室，包含: 腔室主體，所述腔室主體包含鋁； 基板支撐件，所述基板支撐件設置在所述腔室主體內，所述基板支撐件具有多個區(qū)域，所述多個區(qū)域可被獨立地加熱以加熱定位在所述基板支撐件上的基板，其中所述多個區(qū)域中的每一個區(qū)域包含電阻式加熱元件； 腔室蓋，所述腔室蓋設置在所述腔室主體上，所述腔室蓋包含: 蓋主體，所述蓋主體包含鋁，所述蓋主體具有圓形開口，所述圓形開口設置成穿過所述蓋主體； 反射板，所述反射板定位在所述圓形開口內，并且所述反射板具有表面，所述表面鄰近于所述基板支撐件的上表面；以及 多個高溫計，所述多個高溫計設置成穿過形成在所述反射板中的開口，以在遍及所述基板表面的多個位置處測量所述基板的溫度，其中所述多個高溫計中的每一個高溫計對應于所述多個區(qū)域 中的一個所述區(qū)域；以及 控制器，所述控制器耦接至每一個區(qū)域的所述電阻式加熱元件并且耦接至所述多個高溫計，所述控制器適于基于來自所述多個高溫計每個的信號控制施加至每一個區(qū)域的所述電阻式加熱元件的功率量。
13.如權利要求12所述的腔室，其中所述多個區(qū)域包含第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域具有圓形形狀并且設置在所述基板支撐件中央上，所述第二區(qū)域環(huán)繞所述第一區(qū)域。
14.如權利要求13所述的腔室，其中所述多個區(qū)域進一步包含第三區(qū)域、第四區(qū)域、第五區(qū)域和第六區(qū)域，并且其中所述第三區(qū)域、所述第四區(qū)域、所述第五區(qū)域和所述第六區(qū)域設置在所述第二區(qū)域的徑向向外處。
15.如權利要求14所述的腔室，其中所述第三區(qū)域、所述第四區(qū)域、所述第五區(qū)域和所述第六區(qū)域每個延伸圍繞所述基板支撐件的圓周約90度，并且其中所述基板支撐件由鋁形成，所述電阻式加熱元件包含鑰。
【文檔編號】H01L21/02GK103858214SQ201280048459
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年10月22日 優(yōu)先權日:2011年11月3日
【發(fā)明者】柯克·莫里茨, 阿倫·繆爾·亨特 申請人:應用材料公司