CN101896995A - 具有改善的气流分布的热反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供用于改善热处理期间的气体分布的设备及方法。本发明的一个实施例提供一种用于处理基板的设备，该设备包括：腔室主体，界定一处理容积；基板支撑件，设置于该处理容积中，其中该基板支撑件配置以支撑并旋转该基板；气体入口组件，耦接至该腔室主体的入口，并配置以提供第一气流至该处理容积；以及排气组件，耦接至该腔室主体的出口，其中该气体入口组件及该排气组件设置在该腔室主体的相对侧，且该排气组件界定配置以延伸该处理容积的排气容积。

Description

具有改善的气流分布的热反应器
技术领域
本发明一般地涉及一种半导体处理工具，更特别地，涉及一种具有改善的气流分布的热反应器。
背景技术
一般称之为RTP的快速热处理是使基板经过非常短暂、强烈的热升温而在数秒内由室温升高至约1000℃。RTP技术用来改变一沉积薄膜或晶格的特性。RTP一般包括的处理例如为基板表面的退火、硅化及氧化。
一般来说，RTP腔室包括一辐射热源或灯、一腔室主体、一基板支撑环及一处理气体供应系统。辐射热源通常安装在腔室主体的顶表面上，由此热源所产生的能量会照射在由腔室主体内的基板支撑环所支撑的基板上。石英窗通常设置在腔室主体的顶表面中，以协助能量由热源传送至基板。外部马达通常用于旋转支撑环及基板，以补偿可能会不均匀地加热基板的灯所产生的辐射能量。快速热处理可以在降低的压力下进行，以获得较佳的均匀性。
处理气体(例如在氧化处理中的氧气来源)通常由气体入口而供应至腔室，并借助连接至腔室的抽气系统而持续在腔室中流动。在公知腔室中的气体分布(在跨越腔室中)并非均匀的。举例来说，接近气体入口的气体分布并不同于接近抽气口的气体分布，且接近边缘区域的气体分布并不同于接近中央区域的气体分布。虽然连续旋转基板可降低气体分布的不均匀性，但是仅有旋转并无法满足均匀性需求的增加。
因此，需要一种具有改善的气流分布的热反应器。
发明内容
本发明提供用于执行一热处理的方法及设备。更特别地，本发明的实施例提供用于改善在热处理期间的气体分布的设备及方法。
本发明的一个实施例提供一种用于处理基板的设备，该设备包括：腔室主体，界定处理容积(processing volume)；基板支撑件，设置于该处理容积中，其中该基板支撑件配置以支撑并旋转该基板；气体入口组件，耦接至该腔室主体的入口，并配置以提供第一气流至该处理容积；以及排气组件，耦接至该腔室主体的出口，其中该气体入口组件及该排气组件设置在该腔室主体的相对侧，且该排气组件界定配置以延伸该处理容积的排气容积。
本发明的另一实施例提供一种用于热处理基板的设备，该设备包括：基底环，具有界定圆柱状中央容积的侧壁，其中该基底环具有形成通过这些侧壁的入口及出口，该入口及该出口形成在该基底环的相对侧，且该入口及该出口的每一个具有与该圆柱状中央容积的直径相近的宽度；顶壁，耦接至该基底环，借以由这些侧壁的上端密封该圆柱状中央容积；加热源，设置在该顶壁的上方，并配置以提供热能至该圆柱状中央容积；底壁，耦接至该基底环，借以由这些侧壁的下端密封该圆柱状中央容积；基板支撑件，设置在该圆柱状中央容积中，其中该基板支撑件配置以支撑及旋转该基板；注射盒，耦接至该基底环而位于该入口中，其中该注射盒配置以提供第一气流至该圆柱状中央容积；以及排气组件，耦接至该基底环的该出口，其中该排气组件配置以将该第一气流由该入口吸引至该出口。
本发明的又一实施例提供一种用于处理基板的方法，该方法包括：提供处理腔室，该处理腔室界定处理容积，其中该处理腔室具有形成在该处理腔室的相对侧的入口及排气口，且该入口及该出口的宽度与该基板的直径相近；将该基板定位在该处理容积中；将第一气流由该入口提供至该出口，其中该第一气流由沿着该入口的宽度均匀地分布的多个注射孔导引；以及使用耦接至该出口的排气组件对该处理容积进行抽气，其中该排气组件界定排气容积，该排气容积使该处理容积沿着该第一气流的方向延伸。
附图说明
为让本发明的上述特征更明显易懂，可配合参考实施例说明，其部分在附图中示出。须注意的是，虽然附图示出本发明的特定实施例，但其并非用以限定本发明的精神与范围，任何本领域技术人员可作各种改动与修饰而获得等效实施例。
图1绘示根据本发明的一个实施例的热反应器的截面侧视图。
图2绘示根据本发明的一个实施例的具有气体分布系统的热反应器的截面顶视图。
图3绘示根据本发明的另一实施例的具有气体分布系统的热反应器的截面顶视图。
图4绘示根据本发明的一个实施例的热反应器的基底环的概要分解视图。
图5绘示根据本发明的一个实施例的注射盒的截面侧视图。
图6绘示根据本发明的一个实施例的排气组件的立体截面视图。
图7绘示根据本发明的一个实施例的侧边注射组件的立体截面视图。
为便于了解，附图中相同的附图标记表示相同的组件。不需特别详述，某一个实施例采用的组件可应用到其它实施例。
具体实施方式
本发明提供用于热处理半导体基板的方法及设备。本发明的热处理腔室包括排气组件，该排气组件配置以将处理容积(processing volume)沿着气流方向延伸，以提高气体分布的均匀性。本发明的实施例还包括一侧边注射组件，该组件配置以提供侧流(side flow)以提高边缘处理。另外，本发明的热处理腔室包括一注射盒(cartridge)，该注射盒具有两个或更多个输入，以提高跨越注射口长度的流动均匀性。
图1绘示根据本发明的一个实施例的热处理腔室200的截面侧视图。
热处理腔室200一般包括一灯组件210、界定一处理容积239的腔室组件230，以及设置在处理容积239内的基板支撑件238。
灯组件210位于腔室组件230的上方，并配置以通过设置在腔室组件230上的石英窗214而供应热至处理容积239。灯组件210配置以容设加热源，例如多个钨丝卤素灯，用以提供设置在基板支撑件238上的基板201的专用的红外线加热工具。
灯组件210一般包括多个光导管211。光导管211可以由不锈钢、黄铜、铝或其它金属制成。各个光导管211配置以容设一辐射能量源208(例如：钨丝卤素灯)，以提供红外线辐射形式的热至处理容积239。光导管211的末端是铜焊或焊接至上方冷却壁216及下方冷却壁217中的开口。
在一个实施例中，光导管211可设置为六角形的配置。冷却剂通过入口209而循环至灯组件210，以在处理期间保持灯组件210为冷却状态。各个辐射能量源208可以连接至控制器207，而该控制器207可以控制各个辐射能量源208的能量层级，以达到处理容积239的均匀或因应需求的加热分布。
腔室组件230一般包括一基底环240以及一底壁(图中未示)，该基底环240与石英窗214界定出该处理容积239。
基底环240具有适配至一气体源235的入口231，该气体源235配置以提供一种或多种处理气体至该处理容积239。与入口231而位在基底环240的相对侧的出口234适配至排气组件224，该排气组件224与抽气系统236为流体连通。排气组件224界定一排气容积225，而排气容积225通过出口234而与处理容积239为流体连通。排气容积225设计以允许跨越处理容积239的均匀气流分布。
狭缝阀237适配至基底环240的入口231，以供机械手(robot)将基板201放置在处理容积239的基板支撑件238上，或是自基板支撑件238取出基板201。基板支撑件238配置以垂直地移动，并围绕着中央轴223而旋转。
在一个实施例中，基底环240具有形成在基底环240的侧边且位于入口231与出口234之间的一个或多个侧边开口222。侧边开口222可连接至一侧边气体源，该侧边气体源配置以提高接近基板201的边缘区域的气体分布均匀性。
图2绘示热处理腔室200的截面顶视图，其显示根据本发明的一个实施例的气体分布系统。
如图2所示，入口231与出口234形成穿过基底环240而位于处理容积239的相对侧。入口231与出口234的宽度接近基板支撑件238的直径。
在一个实施例中，气体源235可包括多个气体源，例如，第一气体源241及第二气体源242，各个气体源配置以提供处理气体。来自第一气体源241及第二气体源242的处理气体在进入设置在入口231处的注射盒249之前可先混合在一起。
在一个实施例中，注射盒249具有形成于其中的长条形的(elongated)通道250，以及形成在长条形的通道250的相对端的两个入口243、244。多个注射孔251沿着长条形的通道250而均匀地分布设置，并且配置以朝向处理容积239注射一气流245。注射盒249的两个入口设计提高了来自多个注射孔251的气流之间的均匀性。
在来自抽气系统236的真空力作用下，气流由入口231导向出口234。期望具有来自入口231而至出口234的跨越处理容积239的均匀气流245。在一个实施例中，排气组件224的排气容积225配置以延伸处理容积239，以降低腔室结构的几何(geometry)对气流245的影响。更特别地，排气容积225配置以将处理容积239沿着气流245的方向延伸。
在一个实施例中，侧边注射组件247耦接至基底环240，借此通过侧边开口222而将侧边气流248提供至处理容积239。侧边注射组件247通过一流动调整装置246而耦接至气体源235，而流动调整装置246配置以控制侧边气流248的流速。侧边开口222通常形成穿过基底环240而位于入口231与出口234之间。
侧边气流248配置以调整处理中的基板201的边缘轮廓。在一个实施例中，侧边气流248增加基板201接近边缘区域的气体暴露。在一个实施例中，侧边气流248的导引方向可以基本上垂直于气流245的方向。在一个实施例中，可以通过调整侧边气流248的流速而调整侧边气流248对于边缘的效应。
如上所述，在处理过程中，基板201通常围绕其中央而旋转。基板201可以沿着顺时针或逆时针方向旋转。基板201的旋转会吸引侧边气流248远离出口234，借此，侧边气流248对于基板201的效应增加。
在一个实施例中，侧边气流248来自混合气体源，并且包括与气流245相同的气体成分(如图2所示)。在另一实施例中，侧边气流248仅包括气流245的气体成分的一部分，或是包括与气流245不同的气体成分。图3为热处理腔室200的截面顶视图，其具有一气体分布系统，该系统通过侧边气流248而仅提供一种处理气体成分。
即使图2-图3显示出基板201是沿着逆时针方向旋转，但是基板201也可沿着顺时针方向旋转，并也受益于侧边气流248。
图4绘示根据本发明的一个实施例的基底环组件300的概要分解图，其用以提供均匀气流。
基底环组件300包括一基底环301，该基底环301界定一圆柱状处理容积314，且该处理容积314配置以在其中处理一基板。基底环301具有形成在圆柱状处理容积314的相对侧的一入口310及一出口311。在一个实施例中，入口310及出口311的宽度基本上相近于圆柱状处理容积314的直径，以确保入口310至出口311的均匀气流。
基底环组件300还包括与入口310连接的注射盒304。注射盒304配置以提供由入口310至出口311的气流。凹部315形成在基底环301上而位于入口310上方，一长条形的开孔316形成在凹部315的底部，并且在入口310处开启。注射盒304配置以提供处理气体通过长条形的开孔316而至入口310及圆柱状处理容积314。在处理过程中，入口310一般用于允许处理中的基板的通过。
图5绘示根据本发明的一个实施例的注射盒304的截面侧视图。注射盒304具有一长条形的主体347，该主体347具有一凸缘341。凸缘341允许注射盒304被置入长条形的开孔316中。盖346耦接至长条形的主体347，以密封住长条形的通道342。
长条形的主体347具有形成于其中的长条形的通道342。入口343、344形成穿过长条形的主体347的两端而至长条形的通道342。入口343、344配置以与一气体源连接。多个开口345形成在长条形的主体347的底部，以使长条形的通道342与外部容积连接。
在处理过程中，处理气体来自于入口343、344、填满长条形的通道342，并由多个开口345离开注射盒304而至基底环301的入口310。
排气组件302在出口311附近耦接至基底环301。排气组件302具有基本上近似于出口311的开口321，以提供额外的容积而允许在圆柱状处理容积314中的均匀气流。
图6绘示根据本发明的一个实施例的排气组件302的立体截面视图。排气组件302包括配置以连接基底环301的凸缘325、界定一排气容积322的主体326，以及配置以与抽气系统连接的排气装置323。多个冷却通道324形成在排气组件302中，并配置以使用冷却或加热流体来控制排气组件302的温度。
排气组件302的排气容积322配置以使基底环301的圆柱状处理容积314沿着入口310至出口311的方向延伸。在一个实施例中，排气容积322可具有一锥形(tapered)形状，即具有连接至开口321的一宽广端，以及连接至排气装置323的一狭窄端。锥形形状允许气流的逐渐聚集，该气流分布跨越开口321的宽度而至排气装置323的窄入口，因此使得圆柱状处理容积314中的气流的紊流(turbulence)最小化。图4和图6中绘示排气容积322为三角状，然而，也可为可减少气流的紊流的任何形状。
基底环组件300可还包括一个或多个侧边注射组件303，该一个或多个侧边注射组件303耦接至形成穿过基底环301的侧边开口313或312。侧边开口312、313形成于入口310与出口311之间，并且配置以允许侧边气流至圆柱状处理容积314。如前所述，侧边气流配置以调整边缘处理轮廓。
图7绘示根据本发明的一个实施例的侧边注射组件303的立体截面视图。侧边注射组件303包括配置以与基底环301连接的面板331、界定气体腔室335的主体332、夹设在主体332与面板331之间的扩散板333，以及配置以将气体腔室335与气体源连接的入口336。扩散板333具有多个穿孔334，且这些穿孔334配置以由气体腔室335提供气流至基底环301的圆柱状处理容积314。在一个实施例中，扩散板333可以由陶瓷形成。
即使在此应用中讨论热处理腔室，但是本发明的实施例可用于期望有均匀气流的任何处理腔室。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种改变和修饰，因此本发明的保护范围由权利要求确定。

Claims (15)

1.一种用于处理基板的设备，包括：
腔室主体，界定处理容积；
基板支撑件，设置于该处理容积中，其中该基板支撑件配置以支撑并旋转该基板；
气体入口组件，耦接至该腔室主体的一入口，并配置以提供第一气流至该处理容积；以及
排气组件，耦接至该腔室主体的一出口，其中该气体入口组件及该排气组件设置在该腔室主体的相对侧，且该排气组件界定配置以延伸该处理容积的排气容积。
2.如权利要求1所述的设备，还包括耦接至该腔室主体的侧边注射组件以及流动调整装置，其中该侧边注射组件配置以供应第二气流至该处理容积，该流动调整装置连接至该侧边注射组件并配置以调整该第二气流的流速。
3.如权利要求2所述的设备，其中该侧边注射组件包括隔板(baffleplate)，该隔板具有配置以朝向该处理容积导引处理气体的多个注射孔。
4.如权利要求1所述的设备，其中该腔室主体的该入口及该出口皆具有与该基板支撑件的直径相近的宽度。
5.如权利要求4所述的设备，其中该排气容积使该处理容积沿着该第一气流的方向延伸。
6.如权利要求5所述的设备，其中该排气容积具有锥形形状，其包括连接至该出口的宽广端以及连接至真空泵的狭窄端。
7.如权利要求1所述的设备，还包括加热组件，该加热组件配置以提供热能至该处理容积。
8.一种用于热处理基板的设备，包括：
基底环，具有界定圆柱状中央容积的侧壁，其中该基底环具有形成通过这些侧壁的入口及出口，该入口及该出口形成在该基底环的相对侧，且该入口及该出口的每一个具有与该圆柱状中央容积的直径相近的宽度；
顶壁，耦接至该基底环，借以由该基底环的这些侧壁的上端密封该圆柱状中央容积；
加热源，设置在该顶壁的上方，并配置以提供热能至该圆柱状中央容积；
底壁，耦接至该基底环，借以由该基底环的这些侧壁的下端密封该圆柱状中央容积；
基板支撑件，设置在该圆柱状中央容积中，其中该基板支撑件配置以支撑及旋转该基板；
注射盒，耦接至该基底环而位于该入口中，其中该注射盒配置以提供第一气流至该圆柱状中央容积；以及
排气组件，耦接至该基底环的该出口，其中该排气组件配置以将该第一气流由该入口吸引至该出口。
9.如权利要求8所述的设备，还包括耦接至该基底环的侧边开口的侧边注射组件以及流速控制器，其中该侧边注射组件配置以提供第二气流至该圆柱状中央容积，且该流速控制器耦接至该侧边注射组件。
10.如权利要求8所述的设备，其中该排气组件界定一排气容积，该排气容积使该圆柱状中央容积沿着该第一气流的方向延伸。
11.一种用于处理基板的方法，包括：
提供处理腔室，该处理腔室界定处理容积，其中该处理腔室具有形成在该处理腔室的相对侧的入口及排气口，且该入口及该出口的宽度与该基板的直径相近；
将该基板定位在该处理容积中；
将第一气流由该入口提供至该出口，其中该第一气流由沿着该入口的宽度均匀地分布的多个注射孔导引；以及
使用耦接至该出口的排气组件对该处理容积进行抽气，其中该排气组件界定排气容积，该排气容积使该处理容积沿着该第一气流的方向延伸。
12.如权利要求11所述的方法，还包括由该处理腔室的侧边开口提供第二气流至该处理容积，其中该第二气流的方向基本上垂直于该第一气流的方向。
13.如权利要求12所述的方法，还包括使该基板围绕该基板的中央而沿着一方向连续旋转，借此该基板接近该侧边开口的边缘的速度与该第一气流的方向基本上是相对的。
14.如权利要求11所述的方法，其中该第一气流通过设置在该入口中的入口盒提供，该入口盒具有长条形的流动通道，该长条形的流动通道连接至形成在该长条形的流动通道的相对端上的两个输入口，以及沿着该长条形的流动通道均匀地分布的多个输出孔。
15.如权利要求11所述的方法，还包括使用设置在该处理容积的上方的加热源来加热该基板。
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