CN102934200A - 在基板处理系统中使用的窗组件 - Google Patents
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Abstract
本文提供了一种窗组件的实施例。在一些实施例中，一种在基板处理系统中使用的窗组件包括：第一窗，对光能量至少部分透明；第二窗，对光能量透明并且实质上平行于第一窗；以及分隔件，被设置成与第一窗和第二窗的周边边缘接近，并且在第一窗与第二窗之间限定密封间隙，其中分隔件具有入口与出口，以使气体流过密封间隙。在一些实施例中，一个或多个支撑构件设置在密封间隙中，以在第一窗与第二窗之间保持实质上一致的间隙距离。在一些实施例中，多个光调整构件设置在间隙中，以调整穿过光调整构件的光能量的一个或多个性质。
Description
技术领域
本发明的实施例大体上涉及基板处理系统，尤其涉及在基板处理系统中使用的窗组件。
背景技术
窗可设置在基板处理腔室的壁中，以使来自光源的辐射能量进入处理腔室的处理空间。在一些应用中，可在被构造成用于在低压（例如低于大气压）下外延沉积的系统中利用窗。不幸的是，发明人已发现在大压力差存在于处理空间的内部与外部之间（例如，处理腔室之外的大气压力与处理腔室内的低压之间）时诸如平的、单片石英或类似物这样的传统的窗会表现不佳。发明人还发现传统的窗可能是从处理空间散失热量的一个原因，并且无法提供任何手段以调节窗温度或进入处理空间的辐射能量的方向和/或强度。
因此，发明人已提供一种改善的窗组件。
发明内容
本文提供了在基板处理系统中使用的设备。在一些实施例中，设备可包括一种在基板处理系统中使用的窗组件，所述窗组件包括：第一窗，所述第一窗对光能量至少部分透明；第二窗，所述第二窗对光能量透明并且实质上平行于所述第一窗；以及分隔件，所述分隔件被设置成与所述第一窗和所述第二窗的周边边缘接近，并且在所述第一窗与所述第二窗之间限定密封间隙，其中所述分隔件具有入口与出口，以使气体流过所述密封间隙。在一些实施例中，一个或多个支撑构件设置在所述密封间隙中，每一支撑构件在所述第一窗与所述第二窗之间延伸，以在所述第一窗与所述第二窗之间保持实质上一致的间隙距离。在一些实施例中，多个光调整构件设置在所述间隙中，以调整穿过所述光调整构件的光能量的一个或多个性质。下文描述了本发明的其它与进一步的实施例。
附图说明
参考附图所绘示的本发明说明性实施例，可理解上文简要总括及下文更详细论述的本发明的实施例。但应注意，附图仅绘示本发明的典型实施例，因本发明可允许其它同等有效的实施例，故不视为对本发明范围的限制。
图1描绘根据本发明一些实施例的基板处理系统的示意性侧视图。
图2A至图2C描绘根据本发明一些实施例的窗组件的顶部与侧剖面图。
图3A至图3C描绘根据本发明一些实施例的窗组件的顶部与侧剖面图。
图4描绘根据本发明一些实施例的窗组件的侧剖面图。
图5描绘根据本发明一些实施例的窗组件的侧剖面图。
为有助于理解，如可能则使用相同的参考标记指定附图中共有的相同组件。附图并未按比例绘制，并且可能为了清楚起见而简化。应考虑到，一个实施例中的组件及特征可有利地与其它实施例结合而无需附加描述。
具体实施方式
本文提供在基板处理系统中使用的窗组件。本发明的窗组件可有利地独立于设置有窗组件的处理腔室的处理空间的温度而提供温度的控制与可调节性。并且，本发明的窗组件可有利地提供穿过窗组件进入处理空间的辐射能量的方向和/或强度的控制与可调节性。
本文所公开的本发明的窗组件的实施例可设在适于执行外延硅沉积工艺的任何适当的半导体处理腔室中，诸如RP
反应器，可从美国加州SantaClara的应用材料公司获得。下文参照图1描述一示例性处理腔室，描绘适合用于执行例如低压外延沉积工艺的半导体基板处理腔室100的示意性剖面图。图1中所描述的外延沉积处理腔室仅为说明性质，而在此公开的窗组件亦可用在其它处理腔室中。
作为说明，处理腔室100包括腔室主体110、支持系统130及控制器140，腔室主体110具有盖106，盖106具有设置于所述盖中的窗组件105。腔室主体100大体上包括上部102、下部104与外壳120。上部102设置在下部104上，并且包括盖106、夹箝环108、衬垫116、底板112、一个或多个上部灯136、一个或多个下部灯138以及上部高温计156。
盖106包括窗组件105。大体而言，窗组件105可包括第一窗107与第二窗109（二者实质上平行）以及分隔件111，分隔件111设置在第一窗107与第二窗109之间。分隔件111可被设置成与第一窗和第二窗的周边边缘接近，并且可在第一窗与第二窗之间限定密封间隙113。在一些实施例中，分隔件可具有对应于第一窗和第二窗的几何形状。例如，在一些实施例中，第一窗与第二窗可为圆形，而分隔件111可为环形。
第一窗包括面向大气的表面，而第二窗包括面向内部空间的表面，所述面向内部空间的表面面向腔室主体110的内部空间。在一些实施例中，夹箝115可被设置于第一窗107与第二窗109的周边边缘周围，用于压住第一窗107和第二窗109使之抵靠分隔件111，从而形成密封间隙113。在下文中参照图2至图5更详细地描述窗组件的实施例。
下部104耦合至处理气体进气口114与排气口118，并且包括底板组件121、下圆顶132、基板支撑件124、预热环122、基板升降组件160、基板支撑组件164、一个或多个上部灯152、一个或多个下部灯154、以及下部高温计158。虽然术语“环”用于描述处理腔室的某些部件，诸如预热环122，然而应考虑到这些部件的形状并不需要呈环形，且可包括任何形状，包括但不限于矩形、多边形、椭圆形、及类似形状。
在处理期间，基板125设置在基板支撑件124上。灯136、138、152与154是红外（IR）辐射（即热量）源，并且在操作上，所述灯产生遍及基板125的预定的温度分布。盖106、夹箝环116与下圆顶132由石英形成；然而，其它IR穿透且工艺兼容的材料亦可用于形成这些部件。
图2A至图2C描绘根据本发明一些实施例的窗组件200。窗组件200可被用做上述关于图1所论述的窗组件105。窗组件200包括第一窗202、第二窗204与分隔件206。第一窗202与第二窗204通过分隔件206保持实质上平行的、呈间隔开的关系。分隔件206可被设置成与第一窗202和第二窗204的周边边缘接近，并且分隔件206与第一窗202及第二窗204一起限定第一窗202与第二窗204之间的密封间隙208。
第一窗202（在图2B中以剖面图进行说明）可对例如来自处理腔室100的灯136、138的光能量至少部分地透明。第一窗202可包含石英或另一类似的光学透明材料。在第一窗202包含石英的实施例中，石英的不透明度范围可介于约50%到约90%之间。而且，第一窗202可在厚度上变化，例如以在第一窗202的面向大气的表面203与面向密封间隙的表面205之间的压力差的范围下提供充分的结构稳定性。以替代方式或结合方式，第一窗202的厚度可变化以调整第一窗202的透明度。在一些实施例中，第一窗202的厚度可介于约4mm至约12mm之间。
第二窗204（在图2B中以剖面图进行说明）可对例如来自处理腔室100的灯136、138、152、或156的光能量至少部分地透明。第二窗204可包含石英或另一类似的光学透明材料。在第二窗204包含石英的实施例中，石英的不透明度范围可介于约0%至约50%之间。而且，第二窗204可在厚度上变化，例如以在第二窗204的面向内部空间的表面207与面向密封间隙的表面209之间的压力差的范围下提供充分的结构稳定性。以替代方式或结合方式，第二窗204的厚度可变化以调整第二窗204的透明度。在一些实施例中，第二窗204的厚度可介于约2mm至约6mm之间。
第一窗202与第二窗204可具有相同或不同的厚度。在一些实施例中，第一窗202可比第二窗204厚，例如以根据诸如处理腔室100的大气与内部空间之间的压力差这样的压力条件保持窗组件的结构稳定性。在一些实施例中，第二窗204可比第一窗202薄，例如以提供良好的第二窗204的面向内部空间的表面207的温度控制。面向内部空间的表面207的温度可由数种参数调整，诸如第二窗204的厚度和/或流过密封间隙208的气体的流速和/或组成（于下文中更详细论述）。在一些实施例中，第一窗202对第二窗204的厚度比介于约1:1至约4:1英寸之间。
分隔件206可被设置成与第一窗202和第二窗204的周边边缘接近，并且在第一窗202与第二窗204之间限定密封间隙208。分隔件206可具有设置在分隔件206中的入口201与出口210（如图2C中所说明的），用于使气体流过密封间隙208。气体可为实质上不沉积在窗组件上且不与窗组件材料反应的任何适当的气体。例如，所述气体可包括诸如氮（N2）这样的惰性气体、稀有气体（例如氦(He)、氩(Ar)、或类似物）、或上述气体的组合。所述气体在进入密封间隙208前可受例如加热器或冷却器（未示出）的温度控制，以助于控制窗组件200的温度。而且，窗组件200的温度可通过流过密封间隙208的流速和/或密封间隙208中所保持的压力水平而控制。例如，密封间隙208中的较高压力水平可助于将更多的热量传到第一窗202与第二窗204的表面和/或吸收进入密封间隙208的更大部分的光。
分隔件206可包含与窗组件其它部件不反应的任何适当的材料，如石英、聚四氟乙烯（PTFE）、具O形环的不锈钢、或类似物。在一些实施例中，如图4中所说明的，第一窗402、第二窗404与分隔件406可由诸如石英这样的相同材料制造并且可形成连续结构（例如所述部件可粘结在一起，或者，部分或完全由单一材料制造）。
回到图2A至图2C，窗组件200的温度（或在密封间隙208内近似的温度）可通过诸如热电偶这样的传感器测量，所述传感器被设置成用以感测窗组件200（或窗组件的部件）的温度或与温度相关的度量（metric）。例如，在一些实施例中，热电偶218可设置在密封间隙208中。热电偶218包括温度测量端（measuring tip）211。热电偶218可设置在管212中，所述管例如沿着第一窗202的面向密封间隙的表面205延伸穿过分隔件206并且进入窗组件200的密封间隙208。管212可被粘结至第一窗202的面向密封间隙的表面205，以防止管212移动。管212的内部可保持在与密封间隙208不同的压力下，诸如大气压。管212可由例如透明石英或类似物的材料形成，管212对穿过窗组件200的光能量透明，使得所述管不会影响穿过窗的光能量并且不在基板上提供热阴影（thermal shadow）。热电偶218的温度测量端211可设置在管212的第一端213，所述第一端设置于密封间隙208内。在一些实施例中，第一端213可被设置成与窗组件200的中心接近。
在一些实施例中，不透明的区段214可大体上设置在光源与测量端211（或管212的第一端213）的位置之间，以保护热电偶218的温度测量端211不受从上述第一窗202进入窗组件200的光能量（和/或在一些实施例中，不受从上述第二窗204进入窗组件200的光能量）的影响。例如，不透明的区段214可设置在第一窗202中或第一窗202上、在管212中或管212上、或在一些其它的适当位置。在一些实施例中，不透明的区段214可设置在第一窗202中（如图2A至图2C中所示）。所述不透明区段可以是不透明石英或对进入密封间隙208的光不透明的任何适当材料。
在一些实施例中，窗组件200可包括一个或多个设置在密封间隙208中的支撑构件216。每一支撑构件216可耦合至第一窗202与第二窗204的二者或其中之一，并且可在第一窗202和第二窗204的面向密封间隙的表面205、209之间延伸，以在面向密封间隙的表面205、209之间保持实质上一致的间隙距离。每一支撑构件216可包含例如透明石英或类似物的材料，所述材料对穿过窗组件200的光能量透明，以最大程度地减少每一支撑构件216具有的、对通过窗组件及例如冲射于基材上的能量的热冲击。设置在密封间隙208中的支撑构件216的数量可以例如基于第一窗202的面向大气的表面203与第二窗204的面向内部空间的表面207之间的压力差、第一窗202与第二窗204的二者或其中之一的厚度和/或尺寸、或之类的条件而变化（图2A中显示八个支撑构件，但这仅是说明性质）。
在一些实施例中，不透明区段214可为支撑构件（类似于支撑构件216）的一部分，所述支撑构件在管212的第一端213周围延伸并且穿过密封间隙208到第二窗204的面向密封间隙的表面209。类似于支撑构件216，所述支撑构件可为第一窗202与第二窗204之间的密封间隙208提供结构性的支撑。可选择地，支撑构件与不透明区段214可以是分开的部件，在此情形中，支撑构件可由透明材料或不透明材料制造。
图3A至图3C中描绘了窗组件300的可选择的实施例。窗组件300与窗组件200的不同之处在于用多个光调整构件302替换一个或多个支撑构件216（然而，可选择地提供一些支撑构件216）。多个光调整构件302设置在密封间隙208中，每一构件在第一窗202与第二窗204的面向密封间隙的表面205、209之间延伸。光调整构件302可另外提供结构性支撑，以在面向密封间隙的表面205、209之间保持实质上一致的间隙距离。
光调整构件302不耦合窗202、204中的任何一个，而在间隙内自由移动。但是，一旦组装好窗组件300，来自相邻的光调整构件302、第一窗202、第二窗204、以及分隔件206的干扰（interference）可实质上防止光调整构件302的移动。通过不将光调整构件302耦合至窗组件300的其它部件，窗组件可更易组装或拆解，并且可使用具有不同光透射特性的光调整构件302如期望般地灵活配置窗组件（如下文所述）。
每一光调整构件302可为管状，例如圆柱状管，光调整构件302具有垂直第一窗202与第二窗204的中心轴，并且在管的两端具有开口。每一光调整构件302的壁301的厚度304可介于约1mm至约6mm之间。每一光调整构件302的壁厚度与穿过壁的光能量的量成反比。而且，每一构件的内径303可介于约6mm至约24mm之间。每一光调整构件的厚度与内径可变化以控制穿过每一构件的光的准直度或扩散度。每一光调整构件302可包含透明石英或不透明石英。在使用不透明石英的实施例中，不透明度可介于约0%至100%之间。
多个光调整构件302可包括具有不同的光透射特性的光调整构件。例如，光调整构件302可具有不同的壁厚度、内径、组成、不透明度、或类似物（与多个其它光调整构件302相比），以定制穿过窗组件300的光能量的性质。例如，光调整构件302的不同的光穿透特性可用于定制穿过窗组件300进入具有不同能量透射特性的多个的区域的光的准直度和/或扩散度。以替代形式或结合形式，可将具有不同光透射特性的光调整构件302在遍及密封间隙208或在特定区域中随机分布，以使穿过窗组件的光能量的分布随机化。使用光调整构件302以创建区域有利地防止区域之间尖锐的轮廓线（delination），因而使例如设置在窗下方的基板上的分区式区域之间的热梯度的过渡更平滑。
在一些实施例中，例如在单侧加热的实施例中，窗组件可用作反射器。例如，图5描绘窗组件500的剖面图，窗组件500可用在例如当光能量是由设置在基板125下方的灯152、154提供时的单侧加热实施例的处理腔室100中。窗组件500可包括根据窗组件200、300所描述的任何部件，诸如热电偶218、一个或多个支撑构件216、和/或多个光调整构件302。在图5中，仅为清晰起见，已省略了这些部件。
窗组件500包括设置在第一窗202的面向密封间隙的表面上的反射涂层502。反射涂层502可包含任何适当的工艺兼容的反射材料，诸如金(Au)、镍(Ni)、银(Ag)、反射石英、或类似物中的至少一个。操作上，光能量穿过第二窗204进入窗组件500，穿过密封间隙208，并从反射涂层502反射而反向穿过密封间隙208并且朝基板125穿过第二窗204而出。在密封间隙208中包括多个光调整构件302的实施例中，多个光调整构件可在构件的不透明度和/或尺寸上变化，以定制进入密封间隙208并从反射涂层502反射的光能量的准直度和/或扩散度。
回到图1，基板支撑组件164大体上包括具有耦合至基板支撑件124的多个支撑销166的支撑架134。在一些实施例中，基板支撑组件164可被构造用以提供基板的旋转。基板升降组件160包括基板升降轴126及选择性地安置在基板升降轴126的各个垫127上的多个升降销模块161。在一个实施例中，升降销模块161包括升降销128的可选择的上部，所述升降销128的可选择的上部通过基板支撑件124中的第一开口162可移动地设置。在操作上，移动基板升降轴126以啮合升降销128。当啮合升降销128时，升降销128可抬升基板125于基板支撑件124的上方或降低基板125到基板支撑件124上。
支持系统130包括用于执行与监视处理腔室100中预先设定的工艺（例如生长外延硅膜）的部件。此类部件大体上包括处理腔室100的各种子系统（例如气体面板、气体分配导管、真空子系统、排气子系统及类似物）与装置（例如电源、工艺控制仪器与类似物）。这些部件对于本领域技术人员而言是熟知的，而为了清晰起见在附图中省略了这些部件。
控制器140大体上包括中央处理单元（CPU）142、存储器144与支持电路146，控制器140耦合至处理腔室100和支持系统130，并且控制器140直接（如图1中所示）或者可选择地通过与处理腔室和/或支持系统相联的计算机（或控制器）控制处理腔室100与支持系统130。
因此，本文提供了在基板处理系统中使用的窗组件的实施例。本发明的窗组件有利地独立于被设置有窗组件的处理腔室的处理空间的温度而提供温度的控制与可调节性。并且，本发明的窗组件可有利地提供通过窗组件进入处理空间的辐射能量的方向和/或强度的控制与可调节性。
尽管前面针对本发明的实施例，但本发明其它与进一步的实施例可在不背离本发明的基本范畴的情况下而设计。
Claims (15)
1.一种在基板处理系统中使用的窗组件，包括：
第一窗，所述第一窗对光能量至少部分透明；
第二窗，所述第二窗对光能量透明，并且实质上平行于所述第一窗；以及
分隔件，所述分隔件被设置成与所述第一窗和所述第二窗的周边边缘接近，并且在所述第一窗与所述第二窗之间限定密封间隙，其中所述分隔件具有入口与出口，以使气体流过所述密封间隙。
2.如权利要求1所述的窗组件，进一步包括：
一个或多个支撑构件，所述支撑构件设置在所述密封间隙中并且耦合至所述第一窗或所述第二窗中的至少一个，每一支撑构件在所述第一窗与所述第二窗之间延伸，以在所述第一窗与所述第二窗之间保持实质上一致的间隙距离。
3.如权利要求1所述的窗组件，进一步包括：
多个光调整构件，所述光调整构件设置在所述间隙中，以调整穿过所述光调整构件的光能量的一个或多个性质。
4.如权利要求3所述的窗组件，其中每一光调整构件进一步包括：
圆柱状管，所述圆柱状管具有与所述第一窗和所述第二窗垂直的中心轴，并且在所述圆柱状管的两端具有开口。
5.如权利要求4所述的窗组件，其中每一圆柱状管的壁的厚度介于约1mm至约6mm之间。
6.如权利要求4所述的窗组件，其中每一圆柱状管的壁的厚度与穿过所述壁的光能量的量成反比。
7.如权利要求4所述的窗组件，其中每一光调整构件包含石英。
8.如权利要求7所述的窗组件，其中每一光调整构件中的所述石英的不透明度介于约0%至约100%之间。
9.如权利要求1所述的窗组件，进一步包含：
管，所述管对穿过所述窗组件的光能量透明，并且沿着所述第一窗的面向间隙的表面延伸穿过所述分隔件并进入所述窗组件的所述间隙；
不透明石英区段，所述不透明石英区段设置在所述第一窗中并且在所述管的面向间隙的端上方；以及
热电偶，所述热电偶设置在所述管中并且具有位于所述管的面向间隙的端处的温度测量端。
10.如权利要求1所述的窗组件，其中所述第一窗的第一厚度与所述第二窗的第二厚度的比介于约1:1至约4:1之间。
11.如权利要求1所述的窗组件，其中所述第一窗与所述第二窗包含石英，并且其中所述分隔件包含石英或聚四氟乙烯（PTFE）中的一种。
12.一种基板处理系统，包括：
处理腔室，所述处理腔室具有设置在所述处理腔室的内部空间中的基板支撑件；
光源，所述光源将光能量导引朝向所述基板支撑件；以及
窗组件，所述窗组件如权利要求1至11中任一项所述，所述窗组件设置在所述处理腔室内，其中所述窗组件的所述第一窗具有面向大气的表面，而所述窗组件的所述第二窗具有面向内部空间的表面。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述窗组件设置在所述基板支撑件上方且介于所述基板支撑件与所述光源之间，并且其中所述第一窗具有第一厚度，所述第一厚度大于所述第二窗的第二厚度。
14.如权利要求12所述的系统，其中所述窗组件设置在所述基板支撑件上方，所述光源设置在所述基板支撑件下方，并且其中所述窗组件进一步包括设置在所述第一窗的面向间隙的表面上的反射涂层，其中来自所述光源的光能量穿过所述第二层进入所述窗组件，并且其中所述光能量由所述反射涂层朝所述基板支撑件反射。
15.如权利要求14所述的窗组件，其中所述反射涂层包含金(Au)、镍(Ni)、或银(Ag)的至少一种、或反射石英。
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