CN104871292B - 基板处理装置及控制加热器的温度的方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的具体实施方式，基板处理装置包括：主腔室，其具有处理空间，在该处理空间中执行关于基板的处理；加热器，其位于所述处理空间内，用于加热放置在所述加热器上部上的所述基板；以及冷却环，其位于所述加热器周围，所述冷却环具有围绕所述加热器并且相隔预定距离的多个气体通道，以允许从外部供应的冷却剂流入所述冷却环中。

Description

基板处理装置及控制加热器的温度的方法
技术领域
本说明书中公开的本发明涉及基板处理装置，特别地涉及这样的基板处理装置，在该基板处理装置内，加热器局部控制温度，以均匀的温度加热基板，由此执行关于该基板的处理，以及涉及用于调整加热器的温度的方法。
背景技术
在半导体设备制造过程当中，需要在基板上以均匀的温度执行热处理。该制造过程的示例可以包括化学气相沉积以及硅外延生长处理，其中在反应器内承座上放置的半导体基板上沉积具有气态的材料层。该承座通常以电阻、高频以及红外线加热等方式，加热到大约400℃至大约1,250℃的高温。在此状态下，气体经过化学反应同时通过该反应器，导致该气相状态沉积在非常靠近基板表面的位置上。而由于此反应，可在该基板上沉积所要的生成物。
半导体设备包括硅基板上的多个层，这些层通过沉积处理沉积于该基板上。该沉积处理有许多严重问题，这些问题对于评估沉积层以及选择沉积方式来说相当重要。
首先，一个重要问题可以是沉积层的质量。这代表这些沉积层的成份、污染程度、缺陷密度以及机械和电气属性。该沉积层的成份可根据沉积条件而改变，这对于取得指定成份来说非常重要。
其次，一个重要问题可以是贯穿晶片的一致厚度。尤其是，沉积在具有非平面形状(其中形成阶梯部分)的图案上层的厚度非常重要。该已沉积层是否具有一致的厚度可通过阶梯涵盖率来决定，该涵盖率限定为在该阶梯部分上所沉积的层的最小厚度除以图案顶表面上所沉积的层的厚度的值。
有关沉积的其他问题是填充空间。这包括间隙填充，其中包含氧化物层的绝缘层填入金属线之间。该间隙提供这些金属线之间的物理与电气隔离。在上述问题中，一致性可以与该沉积处理有关的最重要的问题。不一致层会导致在这些金属线上产生高电阻，增加机械受损的可能性。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于，利用在加热基板的加热器周围安装冷却环，来改善加热器的温度梯度。
参阅下列详细说明以及附图将可以了解本发明的其他目的。
技术方案
根据本发明的具体实施方式，基板处理装置包括：主腔室，其具有处理空间，在该处理空间中执行关于基板的处理；加热器，其位于所述处理空间内，用于加热放置在所述加热器上部上的所述基板；以及冷却环，其位于所述加热器周围，所述冷却环具有围绕所述加热器并且相隔预定距离的多个气体通道，以允许从外部供应的冷却剂流入所述冷却环中。
所述冷却环可包括出口孔，所述出口孔分别连接至所述气体通道，并且对所述冷却环的内侧或外侧开放。
所述基板处理装置可还包括导引构件，该导引构件位于所述处理空间内，并且包括气体供应管，这些气体供应管将从外部供应的所述冷却剂供应至所述气体通道中的每一个，其中，所述导引构件还包括：底板，其沿着所述主腔室的底部表面连接；侧板，其连接至所述底板的侧部；以及支撑构件，其突出至所述加热器并且连接至所述侧板，以支撑所述冷却环。
所述导引构件可包括突出部，该突出部直立在侧板的上部上，并且该基板处理装置可还包括排气环，该排气环具有处理气体排放孔，这些处理气体排放孔连接至所述突出部的上部，以将通过喷洒头供应的处理气体排放至外部，并且所述排气环具有冷却剂排放孔，这些冷却剂排放孔限定在对应于所述出口孔的位置处，以将所述冷却剂排放至外部。
所述基板处理装置可另包括阀，该阀连接至所述气体供应管中的每一个，以开启或关闭所述气体供应管。
所述冷却环可包括上排放孔，这些上排放孔限定在所述气体通道上方，以将通过喷洒头供应的处理气体排放至外部。。
所述气体通道可相对于所述加热器中心的等角度地步骤。
所述冷却环可与所述加热器分隔。
根据本发明的另一个具体实施方式，一种调整加热器的温度的方法包括如下步骤：布置冷却环，该冷却环围绕上面放置基板的加热器，其中，所述冷却环包括多个气体通道，所述多个气体通道围绕所述加热器且彼此间隔开；以及判断所述加热器的高温区的温度高于根据所述加热器内的温度分布的预设温度，以将冷却剂只供应到所述多个气体通道当中的位于所述高温区外部的所述气体通道，由此调整所述加热器内的温度分布，其中，所述加热器内的温度分布的调整包括如下步骤：将多个气体供应管分别连接至所述气体通道，并且在所述气体供应管内布置多个阀，将位于所述高温区外部的所述气体通道内的阀打开，并且关闭剩余的阀。
所述加热器内的温度分布的调整可还包括如下步骤：通过连接到所述气体通道的多个出口孔当中的如下的出口孔来排放所述冷却剂，该出口孔在所述冷却环内侧或外侧中形成，并连接至位于所述高温区外侧的气体通道。
有利效果
根据本发明的具体实施方式，该冷却环安装在该加热器周围，以改善该加热器的温度梯度，由此改善该基板的质量。
附图说明
图1为根据本发明具体实施方式的基板处理装置的图解图。
图2为例示由于冷却剂流过图1中冷却环，加热器的热交换状态的图。
图3为例示图1中冷却环内限定的气体通道的布置图。
图4为根据本发明另一具体实施方式的，图2的冷却环的图。
图5为图1中所例示气体通道与气体供应管之间的连接状态的图。
图6为根据本发明另一具体实施方式的基板处理装置的图解图。
图7为根据本发明又一个具体实施方式的基板处理装置的图解图。
具体实施方式
此后，将参照图1至图5来详细说明本发明的示例具体实施方式。不过，本发明 可以以不同形式来具体实施，且不受限于此处公开的具体实施方式。而是，提供这些具体实施方式，是的所公开内容更完整且详细，并且将本发明范围完整传输给本领域技术人员。在图中，为了清晰起见所以夸大了层与区域的厚度。
图1为根据本发明具体实施方式的基板处理装置的图解图。参阅图1，基板处理装置1包括主腔室10以及腔室盖20。主腔室10具有打开的上部。通过其可接触到基板W的通道(未示出)可以限定在主腔室10的一侧内。该基板W通过在主腔室10一侧内限定的该通道，载入主腔室10。闸道阀(未示出)位于该通道之外，因此，该通道可由该闸道阀开启或关闭。
腔室盖20连接至主腔室10的开放的上部，以将主腔室10的内外隔开，由此在主腔室10内形成处理空间3。密封构件(未示出)可位于主腔室10与腔室盖20之间，以完全密封处理空间3。气体供应孔75穿过腔室盖20的顶壁。另外，通过处理气体供应口77供应处理气体进入主腔室10。该处理气体供应管77连接至处理气体储气槽70，以开启或关闭阀79，由此调整处理气体注入量。
具有多个扩散孔65的喷洒头60置于腔室盖20的下端表面上。喷洒头60可通过被限定在相同高度上的多个扩散孔65，将该处理气体均匀供应到该基板W上。该处理气体可包括氢气(H2)、氮气(N2)或预定惰性气体。此外，该处理气体可包括先前反应气体，例如硅甲烷(SiH4)硅甲烷或二氯甲硅烷(SiH2Cl2)。另外，该处理气体可包括掺杂物气体，例如硼乙烷(B2H6)或磷化氢(PH3)。喷洒头60将通过气体供应孔75供应的该处理气体扩散至该基板W上，如此该处理气体流到该基板W上。通过喷洒头60供应的该处理气体在预定处理完成之后可移动进入排气空间，然后通过在主腔室10另一侧内限定的与该排气空间连通的排气通道13排出。
加热器30位于该基板处理装置1的处理空间3内。加热器30接收来自外部电源(未示出)的电流，以产生热量。其上加载并安置该基板W的坐落沟槽(未示出)被限定在加热器30的顶表面内。加热板30具有对应至该基板W形状的圆盘形状，以均匀加热该基板W。另外，加热器30的面积可大于该基板W的面积。通孔31限定在该加热器的中央下部内。支撑轴35连接至加热器30的下部，以支撑加热器30。支撑轴35可连接至驱动单元(未示出)，与加热器30一起转动。
另外，基板处理装置1还可以包括位于内部空间3内的波纹管38，以便将内部气压维持在真空状态，并且在该基板W处理时阻挡基板处理装置1的外部气压。波 纹管38可连接至位于主腔室10的通孔31内的上方固定构件33的下部侧边。波纹管38可压缩与拉长，并且具有环形形状。另外，波纹管38位于上方固定构件33与下方固定构件(未示出)之间，处在波纹管38围绕支撑轴35的状态下。
导引构件80沿着主腔室10的底部表面与侧边表面放置。导引构件80包括位于主腔室10底部表面上的底板82、具有圆柱形并且沿着主腔室10的侧边表面放置的侧板84、沿着侧板84的内周表面连接以突出至加热器30的支撑构件86。多个气体供应管97位于导引构件80的内表面内。气体供应管97分别连接至连接管95。连接管95可穿过上方固定构件33，并且插入到上方固定构件33中。连接管95穿过上方固定构件33，以沿着通孔31的侧壁与位于底板82内的气体供应管97连通。即，来自冷却剂储槽90并且通过冷却环40中气体通道45的冷却剂(稍后将说明)通过彼此连接的连接管95以及气体供应管97。
近来，由于该基板W的尺寸放大，所以加热器30的尺寸也增大。如此，会难以在该基板W上实现均匀的温度分布。也就是说，以预设处理温度加热该基板W时，该加热器可能损坏或效能降低。此外，该加热器W的辐射热会局部不平衡。所以，为了解决这些问题，在该基板W周围可放置冷却环40，将该基板W上由于该加热器局部温度变化造成的温度变化降至最低。冷却环40位于支撑构件86的上端。冷却环40可与该加热器W的周边相隔预定距离。优选的是，冷却环40可与加热器30相隔大约10mm的距离。另外，冷却环40可由耐火材料制成，对于该加热器W的高温有足够耐用性。另外，冷却环40可涂上Al2O3和Y2O3，以降低热膨胀系数并且增加导热系数。
冷却环40具有多个气体通道45。在此，多个气体通道45分别连接至对应的气体供应管97。气体通道45通过入口管(参阅图2的附图标记43)与气体供应管97连通，以将该冷却剂导向气体通道45。然后，该冷却剂通过出口孔(参阅图2的附图标记47)排放。连接构件88直立在侧板84的上部上，并且排气环50连接至连接构件88的上端。优选的是，喷洒头60的侧边下端以及连接构件88的上端彼此相连，并且与主腔室10的侧壁分隔，以将主腔室10的内部分割成内部排气空间以及外部处理空间3。
排气环50具有处理气体排放孔53以及冷却剂排放孔57，这两者分别以预定距离限定在该环的上部与下部。通过喷洒头60分散的处理气体在基板W上执行预定处 理之后，通过处理气体排放孔53排入排气口。供应进入冷却环40中气体通道45的冷却剂，会通过对应至该出口孔(参阅图2的附图标记47)的位置内限定的该冷却剂排放孔57，排放进入排气口15。排气管线17连接至排气口15。如此，通过处理气体排放口53排出的未反应气体或副产物，以及通过冷却剂排放孔57排出的冷却剂气体，都通过排气管线17排放。气体可通过连接至排气管线17的排气泵19，被强迫排放到外部。
图2为例示由于冷却剂流过图1中冷却环，加热器的热交换状态的图。如上所述，冷却环40具有多个气体通道45。参阅图2，气体通道45分别与气体供应管97连通，以接收冷却剂。每个气体通道45都具有入口孔43以及出口孔47。通过入口孔43供应的冷却剂通过每个气体通道45，然后排放进入出口孔47。如此，可降低其内供应冷却剂的加热器30的预设区域的温度。如此，利用供应冷却剂通过气体通道45，可避免加热器30的局部温度偏差，造成加热器30的整个区域上均匀的温度梯度。
图3为例示图1中在冷却环内限定的气体通道45的配置图。如图3内所例示，冷却环40具有多个气体通道45。气体通道45位在相对于加热器30中心C的相等角度上，并且每气体通道45都具有大约0.5mm至大约5mm的直径。虽然在本具体实施方式内示范具有二十四个气体通道45的冷却环40，不过根据通道之间的预设距离，气体通道45数量可增加或减少。
例如，如果提供具有24个气体通道45的冷却环40，则加热器30也可分割成24个区域。在这些区域之间，若连接至气体通道45，对应至具有相当高温的区域H的阀(未示出)已经开启，以允许冷却剂流入，则对应至冷却环40的区域H的部分会冷却。如此，该区域H会间接冷却，以均匀调整每一区域的温度。
虽然在目前的具体实施方式内，流入气体通道45的冷却剂通过出口孔47排放到冷却环40的外部，不过本发明并不受限于此。例如，如图4内所例示，冷却剂可排放至冷却环40的内部，然后直接注入加热器30内。在此，出口孔47可朝向冷却环40的内部打开。加热器30可通过从冷却环40注入的该冷却剂直接冷却。
图5为图1中所例示气体通道45与气体供应管97之间连接状态的图。如上所述，气体通道45分别连接至气体供应管97。第一气体通道连接至第一气体供应管，并且第二气体通道连接至第二气体供应管。在每个气体供应管97内都安装用于控制冷却气供应的阀。该阀可调整气体供应管97的开启程度或冷却剂的流量，以便控制供应 进入气体通道45的冷却剂。如此，冷却剂可供应进入气体通道45，将加热器30内的局部温差降至最低。在此状态下，基板W可被加热，以改善基板W的处理一致性。多个阀中的每个以及质流计(MFC，massflow meter)都连接至控制器。该控制器可通过位于加热器30内的热电偶测量加热器30内的温度分布，然后通过多个阀与质流计，反馈控制冷却剂，以将加热器30的温度偏差降至最低。
虽然本发明参考示例具体实施方式来详细说明，不过本发明可在不同的形式内具体实施。如此，下面所公开的技术理念与本申请要求保护的范围都不受限于这些具体实施方式。
另一实施方式
此后，将参照图6至图7来详细说明本发明的示例具体实施方式。不过，本发明可以由不同形式来具体实施，并且不受限于此处公开的具体实施方式。而是提供这些具体实施方式，使得所公开范围更完整与彻底，并且将本发明范围完整传输给本领域技术人员。在图中，为了清晰起见所以夸大了层与区域的厚度。
图6为根据本发明另一具体实施方式的基板处理装置的图解图。与参考图1至图5所述大体上相同的组件都赋予相同的附图标记，如此可用前述具体实施方式的说明来代替这些的详细说明。为了方便说明，下面主要说明与图1中基板处理装置1不同的地方。
如图6内所例示的，冷却环40位于支撑构件86与喷洒头60之间，将处理空间3隔离。在冷却环40的底部表面内以预定距离限定多个气体通道45，并且在冷却环40的上方表面内限定多个上排放孔48。在冷却环40内限定的气体通道45与冷却剂供应管97连通，以接收冷却剂。因为冷却剂通过气体通道45供应，所以可控制加热器30内局部温度偏差。处理之后产生的副产品以及未反应气体可通过在冷却环40顶表面内限定的上排放孔48以及排气口15，排放到外部。即，与图1不同，不用提供单独排气环，就可通过冷却环40使得实现加热器30的温度一致性以及处理气体的排放。如此，通过将冷却剂供应进入气体通道45，将加热器30内局部温度偏差降至最低。在此状态下，基板W可被加热，以改善该基板W的质量。
图7为根据本发明又一个具体实施方式的基板处理装置的图解图。如图7中所例示的，连接管95可通过喷洒头60和腔室盖20的凸缘单元。连接管95可连接至冷却 剂储槽90。
如上所述，因为冷却环40位在加热器30周围，并且冷却剂根据冷却环40的位置，选择性供应进入冷却环40，因此可冷却一部分冷却环40。因此，一部分加热器30可被冷却，以控制加热器30内的温度不一致性。尤其是，冷却剂可以为惰性气体。因为惰性气体在处理中无直接影响，所以可在处理期间控制加热器30的温度不一致性，以改善处理一致性。
虽然本发明通过参考示例具体实施方式来详细说明，不过本发明可以不同的形式具体实施。如此，下面所公开的技术理念与所要求保护的范围不受限于这些具体实施方式。
工业适用性
本发明可应用在各种半导体制造厂与方法。

Claims (8)

1.一种基板处理装置，该基板处理装置包括：
主腔室，其具有处理空间，在该处理空间中执行关于基板的处理；
加热器，其位于所述处理空间内，用于加热放置在所述加热器的上部上的所述基板；
冷却环，其位于所述加热器周围，所述冷却环具有围绕所述加热器并且相隔预定距离的多个气体通道，以允许从外部供应的冷却剂流入所述冷却环中；
导引构件，该导引构件位于所述处理空间内，并且包括气体供应管，这些气体供应管将从外部供应的所述冷却剂供应至所述气体通道中的每一个；以及
阀，该阀连接至所述气体供应管中的每一个，以开启或关闭所述气体供应管，
其中，所述冷却环包含出口孔，所述出口孔分别连接至所述气体通道，并且对所述冷却环的内侧或外侧开放。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，所述导引构件还包括：
底板，其沿着所述主腔室的底部表面连接；
侧板，其连接至所述底板的侧部；以及
支撑构件，其突出至所述加热器并且连接至所述侧板，以支撑所述冷却环。
3.根据权利要求2所述的基板处理装置，其中，所述导引构件包括突出部，该突出部直立在所述侧板的上部上，以及
所述基板处理装置还包括排气环，该排气环具有处理气体排放孔，这些处理气体排放孔连接至所述突出部的上部，以将通过喷洒头供应的处理气体排放至外部，并且所述排气环具有冷却剂排放孔，这些冷却剂排放孔限定在对应于所述出口孔的位置处，以将所述冷却剂排放至外部。
4.根据权利要求2所述的基板处理装置，其中，所述冷却环包括上排放孔，这些上排放孔限定在所述气体通道上方，以将通过喷洒头供应的处理气体排放至外部。
5.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，所述气体通道相对于所述加热器的中心等角度地布置。
6.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中所述冷却环与所述加热器间隔开。
7.一种调整加热器的温度的方法，该方法包括如下步骤：
布置冷却环，该冷却环围绕上面放置基板的加热器，其中，所述冷却环包括多个气体通道，所述多个气体通道围绕所述加热器且彼此间隔开；以及
判断所述加热器的高温区的温度高于根据所述加热器内的温度分布的预设温度，以将冷却剂只供应到所述多个气体通道当中的位于所述高温区外部的气体通道，由此调整所述加热器内的温度分布，
其中，所述加热器内的温度分布的调整包括如下步骤：将多个气体供应管分别连接至所述气体通道，并且在所述气体供应管内布置多个阀，将位于所述高温区外部的所述气体通道内的阀打开，并且关闭剩余的阀。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述加热器内的温度分布的调整还包括如下步骤：通过连接到所述气体通道的多个出口孔当中的如下的出口孔来排放所述冷却剂，该出口孔在所述冷却环内侧或外侧中形成，并连接至位于所述高温区外部的气体通道。
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