CN101952946A - 半导体处理室的银反射件 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露在半导体处理室中反射来自灯的辐射的银反射件。此反射件可设置于灯管的套管中或灯头的部分。此银可为在套管或灯头上的涂层型式。
Description
技术领域
本发明的一或多个实施例为有关在高温半导体处理室中处理基板。
背景技术
包括基板(如半导体晶片与其他材料)的热处理的数种应用包含有快速加热及冷却基板的处理步骤。此处理的范例为快速热处理(RTP)，其用于数种制造方法。
快速热处理(RTP)系统用于半导体芯片制造中以在半导体晶片上产生、化学改变或蚀刻表面结构。一种这样的RTP系统(如述于美国专利第5,155,336号，其让渡予本申请案的受让人且并入本案作为参考)包含半导体处理室及位于半导体处理室上的热源组件或灯头。数个红外线灯位于灯头中。在处理期间，灯的红外线辐射经由上部窗、光通道及下部窗辐射至处理室中的半导体基板上。此方式中，晶片加热至所需要的处理温度。半导体处理操作期间，灯在非常高温下运作。并非所有传送至RTP室灯头的电能最终能够实质加热晶片。部分辐射能量由反应室部件吸收，特别是在辐射场的反射部件。
加热灯包含于具有反射件套管的组件中，例如美国专利第6,072,160号所描述的，其让渡予本申请案的受让人且并入本案作为参考。加热灯也可包含于具有多个灯插座的单一灯头中，如美国专利第6,805,466号所描述的，其让渡予本申请案的受让人且并入本案作为参考。
一般而言，反射件套管或单一灯头具有由金制成的层或涂层的反射层。然而，金与银相比不具有最佳的反射性质。此外，金实质上比银昂贵。然而，银在灯中不用作为反射材料的原因在于银失去光泽的严重问题，此失去光泽造成银不能用作为反射材料，因为银表面会变为黑色而破坏其反射的能力。因此，在RTP及半导体处理应用中需要改良辐射反射的新颖反射件、反射件材料及方法。
发明内容
依据本发明的一实施例，提供一种用于半导体处理室的反射件，其包含设置于处理室中的反射件基板以反射源自安装于半导体处理室内的加热灯的辐射，该反射件基板包括设置于其上的含有银的反射层。在一实施例中，反射层由银含量大于99.99％的特别纯的银制成。
一或更多实施例中，反射件还包括覆盖反射层的实质透明层。利用透明层的实施例中，此实质透明层包括选自石英、氧化铝、氧化锆、Si3N4、氧化锆、Si3N4、CaF2、MgF2、TiO2、Ta2O5、HfO2、氧化钇、及氧化铝-硅土玻璃的材料。
包含反射层的实施例可进一步包括反射层及透明层之间的粘合层。或者，在反射层及反射件基板间可设置扩散阻障层。
一或更多实施例中，反射件基板包括一部分的单块灯头，其具有多个适于容纳灯的腔室。在其他实施例中，反射件基板包括适于配置于半导体处理室的灯管的套管。
此反射件适于用在快速热处理室及外延处理室。
本发明的另一态样有关于半导体处理设备，其包含处理室，其具有在处理期间放置基板的支撑件；辐射出辐射能的加热灯，其配置于反应室内；及反射件，其设置以反射来自灯的辐射，该反射件包括反射件基板上实质由银制成的反射层。一或更多实施例中，反射件可如本说明书的前文及后文详述配置。
为了更详细地了解本发明的上述特征，可参照实施例(某些描绘于附图中)来理解本发明简短概述于上的特定描述。然而，需注意后附的图式为仅用于说明本发明的基本实施例且因此不应被视为限制本发明的范畴，因为本发明容许其他相等功效的实施例。
附图说明
图1为本发明的一实施例的灯组件的示意图；
图2为本发明的一实施例的处理室的示意图；
图3为本发明的一实施例的灯头的示意图；
图4为本发明的一实施例的反射件的示意图；
图5为本发明的又一实施例的部分反射件的示意图；
图6为本发明的另一实施例的部分反射件的又一示意图；及
图7为本发明的再一实施例的部分反射件的又一示意图。
具体实施方式
在描述本发明的数个例示实施例前，需了解本发明并未限制于下列描述中说明结构细节或处理步骤。本发明能以其他实施例例示及实施或以不同方式实施。
图1显示各别灯组件(也称为灯管)的示意图。参照图1，其显示其中配置有灯36的灯管40的组件的例示实施例。灯管40可为灯头组件的一部分。灯管40的开放端相邻窗20而设置。本发明一实施例提供的灯管40具有银反射套管88。
在图2中提供反应室示意图，以提供用于在RTP处理室中加热基板的加热组件的灯管使用说明。在图2中，多个灯管40与减压或真空RTP室12、窗20、及置于窗20上的灯头或热源组件16共同显示。基板处理设备14包含在通道22中的磁浮转子24、置于磁性转子或者耦合至磁性转子的硅涂覆石英支撑筒26、及置于支撑筒上的硅涂覆碳化硅边缘环28。在处理期间，基板或晶片30置于边缘环上。灯头组件16覆于窗20上。O-环35位于窗与灯头间以在该界面提供真空密封。灯头包含多个灯36，该灯收纳于于灯外罩管或灯管40中。每一灯管40可包含反射内表面，其依本发明实施例为银反射套管88。在一实施例中，灯36为辐射发光灯，泡如钨-卤素灯。RTP室也可用来处理其他种类基板，如塑料面板、玻璃板或圆盘与塑料工件。
可控制反应室的氛围与灯头16的氛围。例如，提供真空泵68，其可经与灯头流体相通的通道69降低灯头中的压力，如图2所显示。如上所述，因为银在灯头环境中严重的失去光泽，所以银未用作为反射材料。
在本发明的一实施例中，为了防止银反射件的失去光泽，控制灯周遭的氛围以实质使在银上形成硫化物或催化硫化物的材料量降至最低。施用的方式之一为确保氛围中实质无H2S及湿气(H2O)。提供此氛围的一种方法为防止周遭空气进入灯周围的区域，例如经由通道69吹入氦。另一方式为通过在通道69中使用滤器及/或除气剂以由包围灯的氛围中除去H2S及湿气。硫化物除气剂，例如金属氧化物如氧化铁为已知的。
镜面反射件88可形成如套管以配置于灯管40中。或者，镜面反射件88可为灯管40的一体成型部件。反射件88的表面反射越强，则越多的能量反射至在室12中的基板30。因此，抛光镜面反射件88的表面以改良反射性。抛光可通过缓慢加工镜面反射件88或通过在加工后使用抛光或擦光轮而达成。
在一替代实施例中，如图3显示，加热灯置于形成灯头200的单一元件的插座中。灯头200包括多个具有反射件凹处204的插座，该凹处含有灯212。应了解灯头200可由多个显示于图2的灯管40替代。
在图3显示的灯头中，多个圆形冷媒通道206形成于单一灯头中，接近于反射件腔室204。冷媒通道206传送如水的冷却流体。冷却流体经由入口引入冷媒通道并在出口移出(未绘示)。多个引线通道208也形成于灯头-反射件202中。此引线通道208的大小为可接受灯212的压封(press seal)210。也可使用灯的弹性封(shrink seal)。源自灯212的光由反射件腔室导向处理室中的基板。
多个灯支撑件插座214形成于单块灯头-反射件中以容纳灯支座或灯支撑件216。灯支撑件216具有插座219，其容纳灯的外部二引线或引脚220。灯引线经插座219电连接至导线对215的各条导线，其提供电力至灯。当灯插入灯头时，灯支撑件插座支撑灯。
每一灯包含辐射屏蔽218以防止灯辐射进入引线通道208。辐射屏蔽可由铝、不锈钢或镀铬钢制成。此灯除了依照使用而选择的压封或伸缩封外没有基座。注意到灯引线直接衔合入灯支撑件以完成电路。外部引线或灯封可包含达成灯的良好机械固持的特性，如刻痕，其与在灯支撑件中的弹簧负载引脚衔接。支撑板203可固定于灯头-反射件202的最上表面以在灯支撑件插座214中支撑灯支撑件216。
根据现有技术，在抛光后，显示于图2的套管88的表面为镀金以防止表面氧化并维持高度的反射性。为了防止金移动进入镜面反射件套管88，在镀金前于表面先放置镍扩散障壁。镍障壁是使用标准化学镀镍(electroless nickel plating)技术施加的，且接着以镀金施加高纯度金。类似地，依据现有技艺，显示于图3的反射件凹处204具有反射涂层205，其大致包含金为反射材料。如本文所使用，“反射件基板”一词包含如在图2显示的类型的反射件套管88及在图3的显示的类型的反射件凹处204。
不是所有传送至RTP室灯头的电能最终能够实质加热晶片。部分的辐射能为反应室的部件吸收，特别是在辐射场的反射部件。依据本发明一实施例，上述的金反射材料由银取代，其增加源自灯-反射件组件的辐射能传送至被处理的基板的有效性。使用银为反射材料可通过使更多的未吸收的“首次反射(first bounce)”辐射返回至晶片而增加此被处理基板吸收辐射的量。其还减少在灯头上的热负载并增加系统效率。使用银为反射材料可远比目前技术便宜，因为每单位银材料的成本为金成本的约2％。然而，尽管成本上节省，银失去光泽的问题阻止使用银在灯头中作为反射件材料。
依据本发明的一实施例，由银涂覆的反射件套管取代金涂覆反射件套管RTP室。银较高的反射性及相对金较低的成本增加整体系统的效益，其能够在较低成本的能量与材量下达到较高的性能。
然而，以银涂层取代金涂层并不是简单而无问题及挑战的。施用银为涂层的顾虑及问题为银在特定环境中可能失去光泽，如在RTP室内的遭遇的。已确定由氧化剂本身的脱色性可通过使用大于约99.9％Ag的纯银而大大的避免。因硫化物的失去光泽可通过如前述讨论在灯头中提供无硫化物氛围或通过以透明的保护涂层外覆该银而实质减少。失去光泽作用可通过减少在灯头氛围中的湿气而降至最低，因为湿气促进失去光泽的反应。银涂层的执行中所遭遇的另一问题为对灯头或套管的相对不良粘合性。银对基板的粘合性可通过使用粘合层而促进，且经由使用扩散障壁以使特定基板材料的温度增进扩散造成的银污染作用降低或实质去除，如Ni、及Ni-Cr合金，包括氮化N-Cr合金以及基板材料的审慎选择。
目前RTP处理室，如应用材料公司(Applied Materials)的减压处理RTP室，其在灯头已具有控制的氛围，故反射件套管已被保护而免于曝露至硫化物(或若灯头的部分部件证明含有硫，可如此应对)。除了在制造反射件时，反射件仅有在当打开冷灯头以替换灯时的有限时间曝露至周围氛围中。依灯头打开时的制造氛围的空气质量，此曝露时间不会造成明显的失去光泽且依特定实施例可使用未保护的银。实际曝露至制造空气的时间可通过将灯头以使用除硫化学物质的薄银箔或银纸覆盖而增加。
在灯头或套管上的未涂覆的银涂层失去光泽的情况中，其可被恢复或再抛光。失去光泽的银可通过例如氢原子处理以及通过施用溶液洁净技术而恢复或再抛光。
依本发明的又一实施例，在Epi(外延)处理室中可使用银-系反射件。若在Epi室中使用银-系反射件，可包括在冷却空气流中的硫化物或湿气去除剂/吸收剂或无硫化物的冷却气体的使用以达成未保护银的使用。否则，需要用于银系反射件的保护涂层或周期的洁净作用。
依据本发明另一实施例，仅在灯头维护期间在银涂层上提供透明的保护外层以保护银反射件材料。此外层的寿命需求不如对其他应用如太阳能收集器或太空望远镜般严厉。用于含银反射材料的透明保护涂层的合适材料为硅土、石英、氧化铝、氧化锆、Si3N4、氧化锆、Si3N4、CaF2、MgF2、TiO2、Ta2O5、HfO2、氧化钇、及氧化铝-硅土玻璃。
硅土-系涂层可由溶胶-凝胶中衍生。此硅土-系涂层在太阳能源及激光应用上显示前景。对较低温度处理而言，透明聚合物系涂层为有用的。此些较高温度的变型较佳为硅树脂及/或氟-聚合物系。已显示具有镍铬合金或氮化镍铬合金粘合层的
氮化硅可适当的保护银免于由氛围中失去光泽数年。对于此种型式的涂层，其可使用银为反射件，即使在灯头中无保护氛围。然而，大部分的氮化硅涂层技术为直视性技术，且较不适宜用在反射件套管的内直径的涂布。虽然如此，特别是当反射件的寿命的大部分时需要提供保护氛围，且需要最少的失去光泽保护时，此技术值得使用。对于在处理室中的应用，期待覆盖非常薄的含银涂层如金属喷镀层，例如金、铂、铑及钯或银-合金喷镀层，以防止银失去光泽。或者，如Si或Ge的合金添加剂可加至银，其量小至不足以严重削减纯银的反射性但量大至足以形成保护氧化层。
反射件表面的不同配置显示于图4、5及6。在图4中，整个反射件套管401可由非常纯的银制成及/或高度抛光。为了说明的目的，显示进入的光线400及反射的光线402。未涂层银的配置可用于不会失去光泽的银的情况。图5显示另一配置，其中套管401可为如本发明所述的提供保护材料502的银。图6显示反射件套管或灯头表面601，其不为银但以银涂层602涂覆。图7显示另一配置的示意图，其中反射件套管或灯头701以银层702涂覆，且该银层如本说明所述以保护层703保护。应了解虽然显示的层为单一块，其本身事实上为多层结构。
此外，若银适当的粘合至基板如反射件套管或灯头，则在银及基板间也可具有一粘合层。还可施用扩散障壁层。
在替代实施例中，反射件套管可包括薄石英或其他UV、VIS、NIR或IR透明材料的基板，且替代在套管的内表面施用银涂层，可涂覆外表面以在透明的基板上提供后表面银反射件。在此例子中，反射的银表面由基板保护。后表面银可为未保护，银厚度及缓慢硫扩散适当的保护银。可替代地，涂层可以某些较便宜的涂料保护，因为此保护涂层在套管的外表面，所以涂层不需要为透明。后表面可能需要保护以免于在灯头操作期间灯头材料的污染扩散，但此涂层不需要为透明的且即使在灯头与反射件间提供小沟槽也为足够的。
本发明前述的实施例及其实施有关处理材料如半导体基板的处理室。预期本发明实施例于薄膜与太阳能薄膜处理室的应用。也预期于其他领域的应用，如较佳且较坚固的反射件为有利的光反射应用、光传送系统、太阳能收集器、激光系统。
在本说明书全文中使用“一实施例”、“特定实施例”、“一或更多实施例”或“一实施例”为意指有关实施例描述的特定特征、结构、材料或特性为包含于本发明的至少一实施例中。因此，在本说明书中不同处的呈现用词如“在一或更多实施例中”、“在特定实施例”、“在一实施例中”或“在一实施例中”并不需要意指本发明的相同实施例。此外，特定特征、结构、材料或特性可在一或一以上的实施例中以任何合宜方式组合。
虽然本发明已参考特定实施例描述，应了解此些实施例仅为用以说明本发明的技术思想及应用。在未偏离本发明技术思想及范畴下，本领域技术人员可显见本发明方法及装置的不同润饰及变化。因此，本发明预期包含在后附的权利要求范围及其等效者的范畴中的不同润饰及变化。
Claims (14)
1.一种用于半导体处理室的反射件，其包含：
反射件基板，设置于该处理室中以反射源自安装于该半导体处理室内的加热灯的辐射，该反射件基板包括设置于其上的含银反射层。
2.如权利要求1所述的反射件，其中该反射层包括银含量大于99.99％的特别纯银。
3.如权利要求1所述的反射件，其还包含覆盖该反射层的实质透明层。
4.如权利要求3所述的反射件，其中该实质透明层包括选自硅土、石英、氧化铝、氧化锆、Si3N4、氧化锆、Si3N4、CaF2、MgF2、TiO2、Ta2O5、HfO2、氧化钇、及氧化铝-硅土玻璃的材料。
5.如权利要求1所述的反射件，其还包含介于该反射层与透明层间的粘合层。
6.如权利要求1所述的反射件，其还包含介于该反射层与该反射件基板间的扩散障壁。
7.如权利要求1所述的反射件，其中该反射件基板包括一部分的单块灯头，其具有多个适于容纳灯的腔室。
8.如权利要求1所述的反射件，其中该反射件基板包括适于配置于半导体处理室的灯管中的套管。
9.如权利要求1所述的反射件，其中该半导体处理室为快速热处理反应室。
10.如权利要求1所述的反射件，其中该半导体处理室为外延处理室。
11.一种半导体处理设备，其包含：
处理室，其具有在处理期间放置基板的支撑件；
辐射出辐射能的加热灯；及
如权利要求1-10中的任意一个所述的反射件，其设置以反射源自该灯的辐射。
12.如权利要求11所述的半导体处理设备，其中该反射件基板包括一部分的单块灯头，其具有多个适于容纳灯的腔室。
13.如权利要求11所述的半导体处理设备，其中该层包括银箔。
14.如权利要求11所述的半导体处理设备，其还包含与该灯头流体相通的通道，该灯头由一控制形成硫化物或催化硫化物的材料量降至最低的氛围所包围。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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