CN105830207B - 具有屏蔽边缘的支撑环 - Google Patents

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Abstract

提供用于半导体处理的支撑环。支撑环包含环形主体，该环形主体由内边缘及外边缘来界定。该内边缘及该外边缘同心的绕着中央轴。该环形主体进一步包含第一侧、第二侧、及突起环状肩部，该突起环状肩部在该内边缘处由该环形主体的该第一侧延伸。该支撑环也包含位于该第一侧上的包覆层，该包覆层具有邻接该突起环状肩部的减低厚度区域的内区域。

Description

具有屏蔽边缘的支撑环
领域
本发明的态样一般涉及用以支撑基板的装置及用于形成该装置的方法。更特定地，本发明的实施方式涉及支撑环以在热处理腔室中支撑边缘环。
背景
在基板处理中，例如半导体晶片，基板被放置于处理腔室中的的支撑件上，同时在处理腔室中维持合适的处理条件。可使用快速热处理(RTP)腔室以设置于基板下方的照射器加热基板。例如，可快速加热基板至升高的温度，该升高的温度在250摄氏度至1350摄氏度的温度范围内。在热处理期间，可由支撑结构绕着基板的边缘区域以支撑基板，例如边缘环。可由另一支撑结构支撑边缘环，例如支撑环。
边缘环及支撑环由可承受众多快速加热及冷却的周期的材料所组成。石英(例如，非结晶硅)为经常用于支撑环结构的材料。当在RTP腔室中由下方照射器加热基板时，典型地欲阻隔照射器辐射免于进入RTP腔室中的基板上方空间。经常在基板上方空间中使用对基板放射出的辐射敏感的辐射传感器，例如高温计(pyrometer)。防止照射器辐射进入基板上方空间防止了辐射阻碍温度传感器的效能。因为石英对光及红外光能量为透明的，石英支撑环的上方表面经常以一材料包覆，例如硅，以对照射器辐射呈现不透明。
包覆硅的石英支撑环在反复地加热及冷却后，开始在径向上长出裂痕。裂痕可在仅仅几个加热周期后开始长出。裂痕最后使得包覆硅的石英支撑环无法使用，而频繁的置换支撑环不是对成本有效益的。
因此，存在具有不透明包覆层的改进石英支撑环的需求。
概述
在一个实施方式中，提供用于半导体处理的支撑环。支撑环包含环形主体，该环形主体带有内边缘及外边缘，其中该内边缘及该外边缘同心的绕着中央轴。该环形主体进一步包含第一侧、第二侧、及突起环状肩部，该突起环状肩部在该内边缘处由该环形主体的该第一侧延伸。该支撑环也包含位于该第一侧上的包覆层，该包覆层具有邻接该突起环状肩部的减低厚度区域的内区域。
在另一实施方式中，提供用于半导体处理的支撑环。支撑环包含环形主体，该环形主体带有内边缘及外边缘，其中该内边缘及该外边缘同心的绕着中央轴。该环形主体进一步包含第一侧及第二侧。该支撑环也包含位于该第一侧上的包覆层，该包覆层具有外辐射阻隔区域的一致厚度及经配置以支撑边缘环的内区域的减低厚度。
在另一实施方式中，提供用于在沉积腔室中包覆环形主体的方法。该方法包含将该环形主体提供至该沉积腔室，该环形主体具有内边缘及外边缘，及第一侧及第二侧，其中该内边缘及该外边缘同心的绕着中央轴，放置掩模覆盖于该内边缘的该第一侧处，其中介于该掩模及该第一侧之间的距离小于约500微米，及于该第一侧上形成包覆层，其中该掩模减低该第一侧上于该掩模下的该包覆层的厚度。
附图简要说明
于是上述本发明特征的方式可以细节理解，可通过参考实施方式而具有本发明的更特定描述(简短总结如上)，其中一些被图示于所附附图中。然而，注意所附附图仅图示本发明典型的实施方式，因此不考虑限制其范围，因为本发明可允许其他等效实施方式。
图1为根据本发明的一个实施方式的支撑环的截面视图。
图2A为用于产生本发明的一个实施方式的环形主体及掩模的截面视图。
图2B为根据本发明的一个实施方式的具有包覆层的支撑环的截面视图。
图3A为用于产生本发明的一个实施方式的环形主体及渐狭长掩模的截面视图。
图3B为根据本发明的一个实施方式的具有渐狭长包覆层的支撑环的截面视图。
为了便于理解，尽可能使用相同元件符号，以标示附图中常见的相同元件。思量一个实施方式中所公开的元件可有利地利用于其他实施方式，而无须特定叙述。
具体描述
描述针对反复加热及冷却具有改进持久性的支撑环，及用于制造该支撑环的方法。描述于此的支撑环针对通过反复加热至介于约250摄氏度及约1350摄氏度之间的温度及冷却至大气温度而产生的热应力下的破裂具有阻抗性。
图1为根据一个实施方式的支撑环100的截面视图。支撑环100经配置以在热处理腔室(未展示)中支撑边缘环160。使用边缘环160以支撑可在腔室内部处理的基板150。一般地，支撑环100被设置于腔室部件上，例如圆柱体170。
支撑环100包含环形主体110。环形主体110可由内边缘112及外边缘114来界定，其中内边缘112及外边缘114可同心的绕着环形主体110的中央轴。环形主体110进一步包含第一侧116、第二侧118及突起环状肩部120，所述突起环状肩部120在内边缘112处由环形主体110的第一侧116延伸。支撑环100也包含于第一侧116上的包覆层140，包覆层140具有一致厚度144的外区域及邻接突起环状肩部120的减低厚度142的内区域。一致厚度144的外区域径向地向外延伸超过减低厚度142的内区域。一致厚度144的外区域较减低厚度142的内区域厚。一致厚度144的外区域及减低厚度142的内区域可为环形。减低厚度142的内区域可经配置以支撑边缘环160。支撑环100也可包含放置缘130以放置支撑环100于圆柱体170上。
环形主体110可由石英(例如，非结晶硅)、碳化硅、氧化硅(例如，非晶玻璃)、陶瓷或任何其他热阻抗材料所组成。也可使用所述材料的组合。
包覆层140可由硅组成，硅可具有任何便利的型态，例如多晶硅、单晶硅、微晶硅、纳米晶硅、非晶硅，诸如此类。一致厚度144的外区域可为外辐射阻隔区域。25微米或更多的硅包覆层可呈现支撑环100的包覆表面，该包覆表面在一或更多个高温计(未展示)的操作范围中对辐射波长为不透明的，所述高温计用于在处理腔室内部测量温度。一或更多个高温计可测量来自支撑环100上方的温度，同时加热源(未展示)可位于支撑环100下方。不透明意指：在高温计操作范围中由加热源(例如，设置于支撑环100下方的照射器，未展示)穿过包覆层140的辐射的平均强度较支撑环100表面上(例如，第二侧118，面对加热源)所接收的入射辐射小至少六个数量级。可用一厚度及其他特性设计包覆层140，以确保由加热源穿过包覆层140的辐射较支撑环100所接收的入射辐射小至少十二个数量级。使用对高温计敏感的波长不透明的包覆层确保实质上没有在波长范围中直接来自加热源的辐射到达一或更多个高温计。
在一致厚度144的外区域中的包覆层140厚度可介于25及75微米之间，例如介于约30微米及约60微米之间，例如50微米。在一些实施方式中，在一致厚度的外区域中的包覆层140厚度可介于约50及500微米之间，例如150微米。虽然在一致厚度144的外区域中的包覆层140厚度实质为一致的，并不必要为恒常厚度。例如，一致厚度144的外区域的厚度可沿着支撑环100的径向维度变化。在一致厚度144的外区域中的包覆层140厚度可厚至足以使得一致厚度的外区域实质上对由加热源径往支撑环100的第二侧118的辐射能量的至少一些波长为不透明的。在减低厚度142的内区域中的包覆层140的厚度可介于约1及约30微米之间，例如介于约5微米及约20微米之间，例如10微米。减低厚度142的内区域也可描述为最小厚度的内区域。
图2A展示可用于在环形主体110上形成包覆层140的掩模210的截面视图。图2B展示具有包覆层140的支撑环100的截面视图，包覆层140可经由使用掩模210而形成。掩模210可为环形且包含支撑表面212，可使用支撑表面212以在形成包覆层140期间于突起环状肩部120上支撑掩模210。掩模210也包含掩模表面214，使用掩模表面214以在形成包覆层140期间减低在减低厚度142的内区域中的包覆层140厚度。掩模210也包含外表面216，外表面216在形成包覆层140时在减低厚度142的内区域及一致厚度144的外区域之间产生一致厚度边际218。
参照图1及图2B，一致厚度边际218可在一位置处形成，该位置可支撑边缘环160的支撑表面的外边缘。若边缘环160也由辐射阻隔材料(例如碳化硅，可对一些波长或辐射光谱为不透明)组成，实质上所有在热处理腔室中由支撑环100下所辐射的光及红外光能量被阻隔，或被基板150、边缘环160或一致厚度144的外区域吸收。
参照图1、图2A及图2B，在环形主体110上形成包覆层140的方法可包含将环形主体110提供至沉积腔室(未展示)，放置掩模210覆盖于内边缘112处的第一侧116，及在第一侧116上形成包覆层140。掩模210减低在掩模表面214下方的第一侧116上的包覆层140的厚度。掩模表面214及第一侧116之间的距离可介于约10微米及约500微米之间，例如约200微米。在一些实施方式中，掩模表面214及第一侧116之间的距离可介于约1微米及约30微米之间，例如介于约5微米及约20微米之间，例如10微米。
图3A展示渐狭长掩模310的截面视图，渐狭长掩模310可用于在环形主体110上形成渐狭长包覆层340。图3B展示具有渐狭长包覆层340的支撑环300的截面视图，渐狭长包覆层340可经由使用渐狭长掩模310而形成。渐狭长掩模310可为环形且包含渐狭长掩模支撑表面312，渐狭长掩模支撑表面312可在形成渐狭长包覆层340期间在突起环状肩部120上使用以支撑渐狭长掩模310。渐狭长掩模310渐狭长以随着渐狭长包覆层340接近内边缘112而减低渐狭长包覆层340的厚度。渐狭长掩模310也包含渐狭长掩模表面314，使用渐狭长掩模表面314以在形成渐狭长包覆层340期间在渐狭长区域342中减低渐狭长包覆层340的厚度。渐狭长掩模表面314可具有实质上相对于第一侧116线性的斜率。渐狭长掩模310也包含外表面316，外表面316在渐狭长包覆层340形成时产生介于渐狭长区域342及一致厚度344的外区域之间的外渐狭长边际318。因此，渐狭长区域342(即，沿着环形主体110的径向维度的内区域)在外渐狭长边际318处形成一致厚度344的外区域的边界。
一致厚度344的外区域中的渐狭长包覆层340的厚度可具有介于25微米及200微米之间的厚度，例如60微米。在一些实施方式中，一致厚度344的外区域中的渐狭长包覆层340的厚度可具有介于200微米及500微米之间的厚度，例如400微米。
渐狭长掩模310也可包含最小厚度掩模表面313，可使用最小厚度掩模表面313以在渐狭长包覆层340形成时产生邻接突起环状肩部120的最小厚度346的区域。最小厚度掩模表面313可实质上平行于环形主体110的第一侧116而使渐狭长包覆层340的厚度在最小厚度346的区域中实质上一致。虽然在最小厚度346的区域中的渐狭长包覆层340的厚度实质为一致的，并不必要为恒常厚度。例如，在最小厚度346的区域中渐狭长包覆层340的厚度可沿着支撑环300的径向维度变化。渐狭长掩模表面314与最小厚度掩模表面313交会的点处在渐狭长包覆层340形成后产生内渐狭长边际320。内渐狭长边际320介于渐狭长区域342及最小厚度346的区域之间(即，内区域)。因此，渐狭长包覆层340于外渐狭长边际318处由一致厚度344的区域渐狭长至内渐狭长边际320处的减低或最小厚度，内渐狭长边际320位于环形主体110的内区域中。渐狭长包覆层340可具有实质上与介于内渐狭长边际320及内边缘112之间的最小厚度相等的内厚度。
内渐狭长边际320可为起于环形主体110的内边缘112的第一距离，其中该第一距离可为介于约0.1mm及约20mm之间，例如介于约0.5mm及约15mm之间，例如约5mm。在最小厚度346的区域中的渐狭长包覆层340的厚度可为介于约1微米及约30微米之间，例如介于约5微米及约20微米之间，例如10微米。外渐狭长边际318可为起于环形主体110的内边缘112的第二距离，其中该第二距离可介于约0.2mm及约25mm之间，例如介于约0.5mm及约20mm之间，例如约10mm。在一些实施方式中，渐狭长掩模310可沿着由中央轴的一径向维度将渐狭长包覆层340的厚度减低介于0.1mm及24mm之间的跨距，例如，介于0.5mm及5mm之间的跨距。
在内渐狭长边际320处的渐狭长包覆层340的厚度可介于约1微米及约30微米之间，例如介于约5微米及约20微米之间，例如10微米。在外渐狭长边际318处的渐狭长包覆层340的厚度可为介于约25微米及约75微米之间，例如介于约30微米及约60微米之间，例如50微米。在一些实施方式中，在外渐狭长边际318处的渐狭长包覆层340的厚度可具有介于60微米及500微米之间的厚度，例如250微米。
参照图1、图3A及图3B，形成渐狭长包覆层340的方法可包含将环形主体110提供至沉积腔室(未展示)，放置渐狭长掩模310覆盖于第一侧116，及在第一侧116上形成渐狭长包覆层340。渐狭长掩模310减低在渐狭长掩模表面314及最小厚度掩模表面313下方的第一侧116上的渐狭长包覆层340的厚度。渐狭长掩模表面314及第一侧116之间的距离可由第一值渐狭长至第二值，其中该第一值可为介于约300微米及约500微米之间，例如400微米，且该第二值可为介于约10微米及约200微米之间，例如50微米。在一些实施方式中，渐狭长掩模表面314及第一侧116之间的距离可由第一值渐狭长至第二值，其中该第一值可为介于约25微米及约75微米之间，例如50微米，且该第二值可为介于约1微米及约30微米之间，例如10微米。在一些实施方式中，渐狭长掩模表面314及第一侧116之间的距离可为介于10微米及300微米之间，例如50微米。在一些实施方式中，最小厚度掩模表面313及第一侧116之间的距离可为介于10微米及200微米之间，例如60微米。在一些实施方式中，最小厚度掩模表面313及第一侧116之间的距离可为介于约1微米及约30微米之间，例如介于约5微米及约20微米之间，例如10微米。
可暴露第一侧116于硅前驱物材料以形成包覆层140或渐狭长包覆层340。用于暴露第一侧116于硅前驱物材料的处理可为CVD处理或PVD处理。在一个态样中，可使用等离子体处理，例如等离子体溅喷处理或等离子体CVD处理。在等离子体CVD处理中，可提供硅沉积前驱物(如硅烷，例如三甲基硅烷或二硅烷)至包含环形主体110的处理腔室，该环形主体110带有掩模210或渐狭长掩模310放置于其上。可用等离子体形成气体(例如氩或氦)提供硅沉积前驱物。在处理腔室中形成电容性或电感性等离子体，且形成包覆层140或渐狭长包覆层340。
参照图1，观察到：当石英支撑环(例如，环形主体110)被以实质一致厚度的硅层包覆于其上方表面上且反复加热至升高温度(例如，至少900摄氏度的温度)时，裂痕在仅仅几个周期后开始形成。裂痕最后使得支撑环无法使用。也观察到：当相同支撑环具有靠近内边缘112的减低厚度的区域(例如减低厚度142的内区域)的硅包覆层且支撑环被反复加热至升高温度时，实质上延迟或减低了裂痕的形成。
前述涉及本发明的实施方式，但是可修改本发明的其他及进一步的实施方式而不远离其基本范围，且其范围由随附权利要求书所决定。

Claims (20)

1.一种用于半导体处理的支撑环，包括：
环形主体，包括：
内边缘及外边缘，其中所述内边缘及所述外边缘同心的绕着中央轴；
及
第一侧及第二侧，
突起环状肩部，所述突起环状肩部在所述内边缘处由所述环形主体的所述第一侧延伸；及
包覆层，所述包覆层位于所述第一侧上，所述包覆层具有邻接所述肩部的减低厚度的内区域。
2.如权利要求1所述的支撑环，其中减低厚度的所述内区域为环形。
3.如权利要求2所述的支撑环，其中所述环形主体包含石英。
4.如权利要求3所述的支撑环，其中所述包覆层为多晶硅。
5.如权利要求4所述的支撑环，其中所述包覆层具有一致厚度的外区域径向地向外延伸超过减低厚度的所述内区域。
6.如权利要求5所述的支撑环，其中所述包覆层在所述外区域的厚度介于30微米及60微米间，且所述包覆层在所述内区域的厚度介于1微米及30微米间。
7.如权利要求5所述的支撑环，进一步包括介于所述外区域及所述内区域之间的渐狭长区域而形成外渐狭长边际及内渐狭长边际，所述外渐狭长边际介于所述外区域及所述渐狭长区域之间，所述内渐狭长边际介于所述渐狭长区域及所述内区域之间，其中所述包覆层由所述外渐狭长边际处的所述一致厚度渐狭长为所述内渐狭长边际处的所述减低厚度。
8.如权利要求7所述的支撑环，其中所述内渐狭长边际为起于所述内边缘的第一距离，且所述外渐狭长边际为起于所述内边缘的第二距离，所述第一距离为介于0.1mm及20mm之间，且所述第二距离为介于0.2mm及25mm之间。
9.如权利要求7所述的支撑环，其中在所述外区域的所述包覆层的厚度为介于30微米及60微米之间，且在所述内区域的所述包覆层的厚度为介于1微米及30微米之间。
10.如权利要求9所述的支撑环，其中所述内渐狭长边际为起于所述内边缘的第一距离，且所述外渐狭长边际为起于所述内边缘的第二距离，所述第一距离为介于0.1mm及20mm之间，且所述第二距离为介于0.2mm及25mm之间。
11.一种用于半导体处理的支撑环，包括：
环形主体，包括：
内边缘及外边缘，其中所述内边缘及所述外边缘同心的绕着中央轴；
及
第一侧及第二侧；及
包覆层，所述包覆层位于所述第一侧上，所述包覆层具有外辐射阻隔区域的一致厚度及经配置以支撑边缘环的内区域的减低厚度。
12.如权利要求11所述的支撑环，其中所述内区域在外渐狭长边际处形成所述外辐射阻隔区域的边界，所述包覆层的厚度由所述外渐狭长边际处的所述一致厚度径向地向内渐狭长为位于所述内区域中的内渐狭长边际处的最小厚度，且所述包覆层具有与介于所述内渐狭长边际及所述内边缘之间的所述最小厚度相等的内厚度。
13.如权利要求11所述的支撑环，其中减低厚度的所述内区域为环形。
14.如权利要求11所述的支撑环，其中所述环形主体包含石英。
15.如权利要求11所述的支撑环，其中所述包覆层为多晶硅。
16.如权利要求11所述的支撑环，其中一致厚度的外辐射阻隔区域径向地向外延伸超过减低厚度的所述内区域。
17.如权利要求11所述的支撑环，进一步包括突起环状肩部，所述突起环状肩部在所述内边缘处由所述环形主体的所述第一侧延伸，其中所述包覆层从所述外边缘延伸至所述突起环状肩部。
18.一种用于在沉积腔室中包覆环形主体的方法，包括以下步骤：
将所述环形主体提供至所述沉积腔室，所述环形主体具有内边缘及外边缘，及第一侧及第二侧，其中所述内边缘及所述外边缘同心的绕着中央轴；
放置掩模覆盖于所述内边缘的所述第一侧之上，其中介于所述掩模及所述第一侧之间的距离小于500微米；及
于所述第一侧上形成包覆层，其中所述掩模减低所述第一侧上于所述掩模下的所述包覆层的厚度。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述掩模随着所述包覆层接近所述内边缘而渐狭长以减低所述包覆层的厚度。
20.如权利要求19所述的方法，其中介于所述掩模及所述第一侧之间的所述距离由第一值渐狭长至第二值，所述第一值为介于300微米及500微米之间，且所述第二值为介于10微米及200微米之间。
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