CN105009261A - 具有柔性支座的灯头印刷电路板 - Google Patents

Abstract

此处描述的实施方式大体上关于与热处理腔室中的灯头组件一起使用的柔性支座。在一个实施方式中，所述灯头组件可包括：灯头，具有一个或多个固定的灯头位置；灯泡；灯座，具有支座接触适配器；以及柔性支座，能够附接和定位所述灯组件。所述柔性支座可包括：插座，所述插座配置成接收灯组件的灯座；外罩，配置成将灯组件的灯泡定位成与处理腔室热连接；接触适配器，配置成电连接至电源；以及导电材料，电连接所述插座和所述接触适配器。

Description

具有柔性支座的灯头印刷电路板

发明背景

技术领域

在此描述的实施方式大体上关于半导体处理，且更具体地说是关于用在快速热处理腔室中的印刷电路板(PCB)上的柔性支座(standoff)。

背景技术

在半导体芯片制造中，快速热处理(RTP)与外延系统被用于在半导体晶片上建立、化学改变或蚀刻表面结构。RTP与外延一般依赖于装入灯头且朝向基板或晶片的高强度白炽灯阵列。这些灯被提供电力并且能非常快速地开关，而且这些灯的辐射的相当大一部分可被导向基板。于是，晶片可非常快速地被加热而不用充分地加热腔室，并且一旦电力从这些灯移除，所述晶片可几乎一样快速地被冷却。

许多红外线灯定位在灯头中。处理期间，来自灯的辐射透过上窗、光通路、和下窗辐照在处理腔室中的旋转的半导体基板上。以此方式，晶片被加热至所需的处理温度。所述灯头可包括许多光管，以将来自卤钨灯的高度准直(collimated)辐射传递至处理腔室。这些灯分成多个区块，这些区块以径向上对称的方式定位。每一区块由灯驱动器分别供电，所述灯驱动器进而由多重输入多重输出控制器所控制。这些灯通过大型配线套环(wiring collar)和重型电缆(heavy-duty electrical cabling)连接至SCR驱动器。

一些外延腔室设计(特别是灯组件)呈现许多问题，这些问题显著增加拥有成本。一些外延系统使用灯头/PCB组合，这种组合需要多种长度的灯组件以适当地定位灯头中的灯泡。这因为对于各尺寸需要不同的制造工艺，以及因为增加终端使用者手边所需的用于替换的存货，而增加了成本。

因此，在本技术中一直需要减少半导体生产上的成本。

发明内容

此处描述的实施方式大体上关于用在RTP腔室中的柔性支座。

一个实施方式中，用于加热基板的处理腔室可包括：处理腔室；基板支撑件，设置在处理腔室内以支撑基板；下圆顶，设置在该基板支撑件下方；灯头，定位成邻近所述下圆顶，且具有一个或多个固定的灯头位置，所述固定的灯头位置形成于所述灯头中；灯组件；一个或多个柔性支座，每一个柔性支座具有插座，所述插座配置成接纳接触适配器；印刷电路板，与所述柔性支座电连接；上圆顶，设置成与所述下圆顶相对；以及基座环，设置在所述上圆顶与所述下圆顶之间，所述上圆顶、所述基座环、与所述下圆顶大体上界定所述处理腔室的处理区域。所述灯组件可包括：灯泡，所述灯泡包围至少一个辐射生成灯丝，该辐射生成灯丝附接到一对导线；以及灯座，所述灯座具有接触适配器，所述灯座配置成接纳所述一对导线。

另一实施方式中，灯头组件可包括：灯头，具有一个或多个固定的灯位置；灯泡，包围至少一个辐射生成灯丝，该辐射生成灯丝附接到一对导线；灯座，所述灯座具有支座接触适配器，所述灯座配置成接纳所述一对导线；柔性支座，包含插座与印刷电路板接触适配器，所述插座配置成接纳所述支座接触适配器，且所述印刷电路板接触适配器配置成电连接到印刷电路板。

另一实施方式中，与灯组件一并使用的柔性支座可包括：插座，配置成接收灯组件的灯座；外罩(housing)，配置成将灯组件的灯泡定位成与处理腔室热连接；其中所述外罩包含塑料、柔性玻璃、陶瓷纤维、或珠状物；接触适配器，配置成电连接到电源；以及导电材料，电连接所述插座和所述接触适配器。

附图说明

通过参考实施方式(一些实施方式在附图中说明)，可获得在上文中简要总结的本发明的更具体的说明，而能详细了解上述的本发明的特征。然而应注意，附图仅说明本发明的典型实施方式，因而不应将这些附图视为限制本发明的范围，因为本发明可容许其它等效实施方式。

图1表示根据一个实施方式的背侧加热处理腔室的示意剖面视图；以及

图2A与图2B是根据一个实施方式的包括一个或多个柔性支座的一个或多个灯组件的示意性说明图。

为了助于理解，已尽可能使用相同的元件符号指定各图共有的相同元件。应考虑一个实施方式的元件与特征可有利地并入其它实施方式而无需进一步说明。

具体实施方式

在此公开的实施方式大体上关于半导体处理，且更具体地说是关于用于外延或快速热处理腔室中的柔性支座。用于RTP腔室中的先前的灯组件具有灯泡与灯座，其中所述灯座具有与从PCB板至下圆顶的距离相当的长度。通过使用柔性支座，可使灯座长度更为均一，且从而可使灯组件通用(generic)。通用的灯组件会减少每一次替换的成本，同时减少终端使用者手边的所需存货。进一步，可移除当前的柔性基座。与当前灯组件一并使用的柔性基座使用大约1cm的空间。柔性支座具有自对准的柔韧性，从而解除对柔性基座的需求，且容许灯组件有额外的净空。参考下文中的附图，而更清楚地描述在此公开的本发明的实施方式。

图1表示根据一个实施方式的背侧加热处理腔室的示意剖面视图。该处理腔室100可用于处理一个或多个基板，包括在基板108的上表面上沉积材料。处理腔室100大体上包括辐射加热灯102阵列，所述加热灯102阵列除了加热其它部件外，还加热处理腔室100内所设置的基板支撑件106的背侧104。基板支撑件106可以是盘状基板支撑件106(如图所示)，或可以是环状基板支撑件(图中未示)，所述环装基板支撑件从基板边缘支撑基板，或可以是销型支撑件，所述销型支撑件通过极小的接触柱或销从底部支撑基板。

基板支撑件106位于处理腔室100内上圆顶128与下圆顶114之间。上圆顶128与下圆顶114连同(设置在上圆顶128与下圆顶114之间的)基座环136大体上界定处理腔室100的内部区域。基板108(并未按照比例)可被带至处理腔室100中且通过装载口(图中未示)定位在基板支撑件106上，所述装载口被所述基板支撑件106遮住。

基座环136大体上包括所述装载口、处理气体入口174和气体出口178。基座环136可具有大体上椭圆形的形状(oblong shape)，且长侧在所述装载口上，而短侧分别在处理气体入口174与气体出口178上。基座环136可具有任何希望的形状，只要装载口103、处理气体入口174和气体出口178相对于彼此及相对于装载口在角度上偏位约90°即可。举例而言，装载口103可位于处理气体入口174与气体出口178之间的侧边，而处理气体入口174与气体出口178设置在基座环136的相对端。在不同实施方式中，装载口103、处理气体入口174和气体出口178彼此对准且设置在实质上同一高度处。

处理气体入口174与气体出口178的配置方式实现一种同心状处理套件，所述处理套件大幅增强圆形遮蔽件抑制漏光(light leakage)的能力，而使高温计得以在低于500℃的温度下更准确。基座环136可包括用于冷却基座环的一个或多个冷却剂流动通道(图中未示)，所述冷却剂流动通道配置成邻近O形环182、184。

图中显示基板支撑件106处于升高的处理位置，但该基板支撑件106可以由致动器(图中未示)竖直移动至处理位置下方的装载位置，而使升降销105穿过基板支座106与中央轴杆132中的孔洞得以接触下圆顶114，，且将基板108从基板支撑件106抬升。机械手(图中未示)随后可进入处理腔室100，通过装载口衔接基板108且从处理腔室100移除基板108。基板支撑件106随后可被致动上升至处理位置以将基板108(该基板108的器件侧116面朝上)放置在基板支撑件106的前侧110上。

当基板支撑件106位于处理位置的同时，该基板支撑件将处理腔室100的内部空间划分成处理气体区域156(位于基板上方)与净化气体区域158(位于基板下方)。基板支撑件106于处理期间由中央轴杆132旋转，以尽量将处理腔室100内的热效应和处理气流的空间上的不规则减到最小，从而助于均匀地处理基板108。基板支撑件106由中央轴杆132支撑，所述中央轴杆132在装载与卸载基板108期间(在一些例子中，在处理基板108期间)以往上与往下方向134移动基板108。基板支撑件106可由碳化硅或涂布有碳化硅的石墨所形成，以吸收来自灯102的辐射能且将所述辐射能传导至基板108。

大体而言，上圆顶128的中央窗部分与下圆顶114的底部由诸如石英之类的光学透明材料形成。上圆顶128的厚度与曲度可配置成提供更平坦的几何形状，以供处理腔室中有均匀流动的均匀度。

一个或多个灯(诸如灯组件102阵列)能以指定的方式配置成围绕中央轴杆132邻近下圆顶114且位于下圆顶114下方，以当处理气体在上方通过时独立控制基板各个区域的温度，从而有助于将材料沉积在基板108的上表面上。虽然未在此详细讨论，但沉积材料可包括硅、掺杂硅、锗、掺杂锗、硅锗、掺杂的硅锗、砷化镓、氮化镓或氮化铝镓。

灯组件102可包括热生成元件(在此描绘成灯泡141)，且配置成将基板108加热到约200摄氏度至约1600摄氏度的范围内的温度。进一步实施方式中，热生成组件可包括非白炽的固体(solid)辐射体，诸如LED，或进一步的辐射产 生装置。每一个灯组件102可耦接至支座配电板(诸如印刷电路板(PCB)152)，电力通过该配电板供应至每一个灯组件102。灯组件102定位在灯头145内，该灯头145可在处理期间或之后例如被冷却流体冷却，所述冷却流体被导入位于灯组件102之间的通道149。灯头145传导式地及辐射式地冷却下圆顶104，部分原因是因为灯头145紧邻下圆顶104之故。灯头145也可冷却灯壁与灯周围的反射体(图中未示)的壁。或者，下圆顶104可由对流方法冷却。根据实际应用，灯头145可(或可不)接触下圆顶114。灯组件102与灯头145的进一步描述于下文中针对图2A与图2B进行讨论。

圆形遮蔽件167可视情况任选地设置在基板支撑件106周围且耦接至腔室主体101的侧壁。遮蔽件167除了提供处理气体预热区外，还防止或最小化从灯102至基板108的器件侧116的热/光噪声的泄漏。遮蔽件167可由CVD SiC、涂布有SiC的烧结石墨、生长的SiC、不透明石英、带涂层的石英或抗处理气体与净化气体的化学分解的任何类似的适合材料。

按照惯例，基板温度是由基板支撑件底部的高温测量(pyrometer measurements)推导出的，所述高温测量由高温计(图中未示)通过灯头145中的各口观察。此方法可能需要对特别是在低基板温度下反射的灯辐射所要做的校正，以及需要从基板支撑件温度推导出基板温度的技术。使用遮蔽件167与从基板支座106仅背侧加热基板108的结果是，可使用一个或多个光学式高温计(图中显示一个，118)进行基板上的温度测量/控制。先前描述的温度测量是可行的，因为光学式高温计118可仅感测来自热基板108的辐射，且直接抵达光学式高温计118的来自灯102的背景辐射极微小。

反射体122可视情况任选地放置在上圆顶128外侧，以将从基板108辐射出的红外光反射回到基板108上。可使用夹环130将反射体122固定至上圆顶128。反射体122可由诸如铝或不锈钢之类的金属制成。反射的效率可通过用高反射涂料(诸如用金)涂布反射体区域而得以改善。反射体122可具有一个或多个机械加工(machined)的通道126，所述通道126连接至冷却源(图中未示)。通道126连接到形成在反射体122侧边的通路(图中未示)。所述通路配置成携带诸如水之类的流体流，且可沿着反射体122的侧边以任何期望的图案水平地延伸，以冷却反射体122，所述图案覆盖反射体122的一部分或整个表面。

从处理气体供应源172所供应的处理气体通过处理气体入口174被导入处 理气体区域156中，所述处理气体入口174形成在基座环136的侧壁中。处理气体入口174配置成以大体上径向向内的方向引导处理气体。在膜形成工艺期间，基板支撑件106定位在处理位置，所述处理位置邻近处理气体入口174且在与处理气体入口174大约相同的高度，使得处理气体得以在基板108整个上表面沿着流动路径173向上和在周围流动。处理气体穿过气体出口178(沿着流动路径175)离开处理气体区域156，所述气体出口178位于处理腔室100的与处理气体入口174相对的一侧上。利用与气体出口178耦接的真空泵180可有助于通过所述气体出口178移除处理气体。因为处理气体入口174与气体出口178彼此对准且设置在大约相同的高度，所以相信这样平行的排列方式在与较平坦的上圆顶128(将于下文中详细讨论)结合时，将能实现在整个基板108上大体上平面、均匀的气流。可通过基板支撑件106旋转基板108而提供进一步的径向上的均匀度。

由净化气体源162供应的净化气体通过净化气体入口164被导入净化气体区域158中，所述净化气体入口164形成于基座环136的侧壁中。净化气体入口164设置在低于处理气体入口174的高度。若使用圆形遮蔽件167，则所述圆形遮蔽件167可设置在处理气体入口174与净化气体入口164之间。在任意一种情况中，净化气体入口164配置成以大体上径向向内的方向引导净化气体。如果需要，则可将净化气体入口164配置成以向上方向引导净化气体。在膜形成工艺期间，基板支撑件106被定位在一位置，以使得净化气体在基板支撑件106整个背侧104沿着流动路径165向下和在周围流动。不受任何特定理论所约束，相信净化气体的流动防止或实质上避免处理气体流进入净化气体区域158，或减少进入净化气体区域158(即基板支撑件106下方的区域)的处理气体的扩散。净化气体离开净化气体区域158(沿着流径166)且通过气体出口178从处理腔室排放，所述气体出口178位于处理腔室100的与净化气体入口164相对的一侧上)。

典型灯头组件

图2A与图2B是根据一个实施方式的包括一个或多个柔性支座224的一个或多个灯组件220的示意性说明图。图2A表示根据一个实施方式的带有灯头145与印刷电路板152的下圆顶114的剖面视图。如将在下文中所讨论，灯组件220的每一个灯组件可附接到柔性支座224，所述柔性支座224可根据所用 的下圆顶114的角度而具有不同高度。灯组件220、柔性支座224与灯头145是灯头组件的零件，横靠其它部件(诸如反射体，图中未示)。图2B表示根据一个实施方式的连接到一个或多个灯组件220的一个或多个柔性支座224。如先前所描述，下圆顶114可形成为大体上圆形、浅马丁尼玻璃杯(shallow martini glass)或漏斗的形状，且具有中央开口202。环绕中央轴杆(例如，图1A的中央轴杆132)的灯组件220以具体的、最佳的希望方式设置成邻近下圆顶114且位于所述下圆顶114下方，以独立地控制基板各区域的温度。

图2A描绘下圆顶114、PCB 152、与一个或多个灯组件220，在此显示为六个灯组件220。本领域技术人员将明白，为了明确起见，某些元件已从说明书中略去。PCB 152可以是任何标准的电路板，所述电路板设计成控制对一个或多个灯组件220的配电。所述PCB 152可进一步包含一个或多个连接槽212(在此显示为六个连接槽)，用于与所述一个或多个灯组件220连接。虽然在此将PCB 152描绘成平坦的，但可根据处理腔室的需求而改变所述PCB形状。在一个实施方式中，PCB板定位成平行于灯头145。

一个或多个灯组件220的每一个灯组件大体上包括灯泡222与灯座223。灯泡222可以是能够加热基板且将基板维持在具体温度的灯，诸如卤素灯、红外线灯和类似物，所述灯适于作为加热装置。灯组件220可连接一个或多个柔性支座224，参考图2B进行更详细描述。

虽然描述成包括灯泡222与灯座223，但一个或多个实施方式可并入辐射生成源，以取代灯泡222、灯座223或它们的组合。辐射生成源是能够生成辐射以加热基板的任何装置，诸如含白炽灯丝的灯泡、含辐射气体的灯泡、或固态辐射源(例如LED或激光二极管)。本领域技术人员将理解，在不偏离于在此描述的实施方式的情况下，有各种辐射生成源的组合，所述各种辐射生成源可结合灯泡222或灯座223使用，或者是取代灯泡222或灯座223而使用。

下圆顶114可包含半透明(translucent)材料，诸如石英，且可并入一个或多个以上参考下圆顶114描述的元素，诸如类似漏斗的形状。下圆顶可以是4至6mm之间厚。灯头145可定位在下圆顶114之下，且紧邻下圆顶114。在一个实施方式中，灯头145与下圆顶114相距大约1mm。

灯头145具有多个固定的灯头位置204，所述多个灯头位置204确保灯泡222的特定位置与取向。灯头145可具有多如400或更多的固定的灯头位置204。固定的灯头位置204可呈多同心圆取向。当孔洞从内径延伸至外径时，固定的 灯头位置204可增加深度。固定的灯头位置204可以是灯头145中的钻孔。一个实施方式中，灯座223被灯头145保持成固定取向且由灯头145冷却。

灯组件220与连接槽212图示为一组六个，此数目不希望作为对本专利的限制。为维持适当基板温度所需，每一组可有更多或更少个。进一步，重要的是要理解：这是三维结构的侧视图。就此而言，虽然部件显得定位成线形样式(linear fashion)，但任何位置或位置的组合皆是可行的。例如，在圆形PCB 152上，灯可在X轴与Y轴上以3cm的间隔定位，并像这样填充该圆。本领域技术人员将理解，此实施方式有许多的变化例。

图2B描绘根据一个实施方式的柔性支座224。在此所示的柔性支座224包含插座226与接触适配器228。柔性支座224于此处描绘成对于插座226有标准的插座，且对于接触适配器228有等同的接触适配器，因而建立灯/支座接口与支座/PCB接口。所述插座226可包括悬臂式多叶片接触器类型或不同类型的双端支撑多叶片接触型插座。但是，这种设计的选择不希望作为对本专利的限制。插座设计可以是多种现存设计或能够从电源传输电力至灯222的尚待创造的设计的其中一种。一个实施方式中，柔性支座诸如通过焊接而永久性附接至PCB 145。

柔性支座224可由导电与非导电部件两者构成，使得灯接收来自电源的电力。一个范例中，使用导电金属(诸如黄铜或铜)传输电力至灯222，且导电金属被非导电外罩围绕，所述非导电外罩诸如是由塑料、柔性玻璃、或陶瓷纤维或珠状物所制成的外罩。柔性支座224可具多种长度，所述多种长度适合用于向下圆顶114的适当辐射式传递。由于柔性支座224在长度上不同，故灯组件220可沿着下圆顶114维持相同的总体尺寸与形状。

再者，柔性支座224不必是直的。柔性支座224可采取曲线，使得灯轴不必平行处理腔室中心轴之轴。换言之，柔性支座224可容许灯轴采取希望的极角(polar angle)。此处描述的柔性支座224可由柔性材料构成，诸如具有弹性体的塑料。

此处描述的柔性支座224可提供互换性与取向上的益处。柔性支座224并入有弯曲结构或柔性材料时，可与具有固定的灯头位置204的灯头145连接，所述固定的灯头位置的取向不垂直于PCB 152。再者，柔性支座224设计成非自耗的。当灯组件220失效时，灯组件220可被单一尺寸的灯组件220替换，因而使灯组件220可在腔室中互换，而无关于灯组件220在PCB 152上或是在 灯头145中的位置。

柔性支座224提供固定的灯头位置204(形成在灯头145中)与连接槽212(形成在PCB 152中)之间的适当定位。灯头145可由导热材料构成，诸如铜或铝。在另一实施方式中，灯头145可以是铜的锥形段(conical section)或旋转环状物(annulus of revolution)，所述环状物具有内径与外径，所述内径使灯头145紧邻中央轴杆132，所述外径大约对齐下圆顶114的边缘。

一个或多个支撑结构可形成在PCB 152上，所述支撑结构诸如为间隔件214。所述间隔件214(如此范例中显示)可与PCB 152及灯组件220协同工作，以维持灯泡222的具体方向，诸如将灯组件220维持在垂直方向。再者，柔性支座224可具有与间隔件214相互作用的一个或多个结构，诸如唇部225。在此实施方式中，所述唇部225确保柔性支座完整插入且维持柔性支座224与灯泡222二者的方向。 

虽然前述内容涉及本发明的实施方式，但可不背离本发明的基本范围而设计本发明的其它和进一步的实施方式，且本发明的范围是由随后的申请专利范围所界定。

Claims (15)

1.一种热处理结构，包括：

配电构件，包含一个或多个接触点；

一个或多个支座，每个支座包含插座和适配器，其中所述适配器电连接所述

一个或多个接触点的至少一个接触点；

一个或多个辐射源基座，每个辐射源基座具有与所述插座电连接的支座接触适配器；以及

一个或多个辐射源，其中每个辐射源电连接所述一个或多个辐射源基座的一个辐射源基座。

2.如权利要求1所述的热处理结构，其中所述一个或多个辐射源每个包含至少一个辐射生成灯丝。

3.如权利要求1所述的热处理结构，其中所述支座包含柔性外罩。

4.如权利要求3所述的热处理结构，其中所述柔性外罩进一步包含唇部，所述唇部形成在所述配电构件接触适配器附近。

5.如权利要求1所述的热处理结构，其中所述支座经塑形以将所述辐射源引导至热处理结构中的相对应辐射源位置。

6.如权利要求1所述的热处理结构，其中所述辐射源基座或所述辐射源处于不平行于处理腔室中央轴的角度上。

7.一种支座，包含：

插座，配置成接收灯组件的灯座；

外罩，配置成将灯组件的灯泡定位成与处理腔室热连接，其中所述外罩包含塑料、柔性玻璃、陶瓷纤维或珠状物；

接触适配器，配置成电连接电源；以及

导电材料，电连接所述插座与所述接触适配器。

8.如权利要求7所述的支座，其中所述外罩由具有弹性体的塑料构成。

9.如权利要求7所述的支座，其中所述导电材料包含铜。

10.如权利要求7所述的支座，进一步包含唇部，所述唇部形成于所述外罩上。

11.一种用于加热基板的处理腔室，包含：

处理腔室；

基板支撑件，设置在所述处理腔室内以支撑基板：

下圆顶，设置在所述基板支撑件下方；

灯头，定位成接近所述下圆顶，所述灯头具有一个或多个固定的灯头位置，所述固定的灯头位置形成在所述灯头中；

灯组件，包含：

辐射生成源；以及

灯座，具有接触适配器，所述灯座配置成接纳所述辐射生成源；

一个或多个柔性支座，每个柔性支座具有插座，所述插座配置成接纳所述接触适配器；

配电构件，与所述柔性支座电连接；

上圆顶，设置成与所述下圆顶相对；以及

基座环，设置在所述上圆顶与所述下圆顶之间，所述上圆顶、所述基座环、与所述下圆顶大体上界定所述处理腔室的处理区域。

12.如权利要求11所述的处理腔室，其中所述柔性支座进一步包含柔性外罩。

13.如权利要求12所述的处理腔室，其中所述柔性外罩包含具有弹性体的塑料。

14.如权利要求12所述的处理腔室，进一步包含唇部，所述唇部形成在所述外罩上。

15.如权利要求11所述的处理腔室，其中所述柔性支座进一步包含接触适配器，以连接所述配电构件。