CN106463400A - 利用顺应性材料的窗冷却 - Google Patents
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Abstract
此述的实施方式一般涉及用于处理基板的设备。该设备大体上包括处理腔室，该处理腔室包括灯壳体，该灯壳体含有多个灯，所述灯定位在邻近透光窗处。灯壳体内的灯提供辐射能至定位于基板支座上的基板。使用灯壳体内的冷却通道，有助于透光窗的温度控制。灯壳体使用顺应性导体热耦接透光窗。所述顺应性导体维持均一的传导长度，而无关透光窗与灯壳体的机械加工公差。均一的传导长度促进准确的温度控制。因为顺应性导体的长度是均一的而无关腔室部件的机械加工公差，所以对不同的处理腔室而言，传导长度相同。因此，多个处理腔室之间的温度控制是均一的，从而减少腔室与腔室间的差异。
Description
发明背景
发明领域
本公开内容的实施方式一般涉及用于加热基板(诸如半导体基板)的设备。
相关技术的描述
半导体基板经处理以用于各式各样的应用，所述应用包括集成装置与微装置的制造。一种处理基板的方法包括将材料(例如外延材料)沉积于基板表面上。所沉积的膜的质量取决于各种因素，包括诸如温度的处理条件。随着晶体管尺寸缩小，温度控制在形成高质量膜方面变得更为重要。以下为额外的方式或替代的方式：在基板上的沉积之后，沉积的材料可经热处理(例如退火)。沉积或热处理期间一致的温度控制造就处理与处理间的再现性。
然而，用于处理基板的每一处理腔室与其他腔室稍有差异，这特别是因每一腔室的个别部件的机械加工(machining)公差(tolerance)所致。因此，每一个别的腔室在热处理期间具有不同的特征(例如不同的冷却速率或腔室热点)，而造成基板在具不同性质的不同腔室(例如，腔室与腔室间的差异)中受处理。不同腔室上处理的基板之间的差异随着晶体管装置缩小而放大。因此，纵使所有的腔室上都使用相同的处理配方，但是第一腔室上处理的基板会具有异于其他腔室上处理的基板的性质。
因此，需要一种减少受处理的基板的腔室与腔室间差异的设备。
发明概述
此述的实施方式一般涉及用于处理基板的设备。该设备大体上包括处理腔室，该处理腔室包括灯壳体，该灯壳体含有多盏灯，所述灯定位在邻近透光窗处。灯壳体内的灯提供辐射能至定位于基板支座上的基板。使用灯壳体内的冷却通道，有助于透光窗的温度控制。灯壳体使用顺应性(compliant)导体热耦接透光窗。所述顺应性导体维持均一的传导长度，而无关透光窗与灯壳体的机械加工公差。均一的传导长度促进准确的温度控制。因为顺应性导体的长度是均一的而无关腔室部件的机械加工公差，所以对不同的处理腔室而言，传导长度相同。因此，多个处理腔室之间的温度控制是均一的，从而减少腔室与腔室间的差异。
一个实施方式中，一种处理腔室包括：腔室主体，包括透光窗与灯壳体，该灯壳体设置于邻近该透光窗处。该透光窗与该灯壳体之间具有间隙。一或多个冷却通道设置在该灯壳体内。多个顺应性导体设置在该灯壳体与该透光窗之间的该间隙中，且接触该灯壳体与该透光窗。所述顺应性导体中的至少一些顺应性导体上包括涂层，该涂层包括碳氟化合物、硅树脂(silicone)、或聚酰亚胺的一或多者。
另一实施方式中，一种处理腔室包括：腔室主体，包括透光窗以及灯壳体，该灯壳体设置于邻近该透光窗处。该透光窗与该灯壳体之间具有间隙。一或多个冷却通道设置在该灯壳体内。多个顺应性导体设置在该灯壳体与该透光窗之间的该间隙中，且接触该灯壳体与该透光窗。所述顺应性导体包括多孔硅树脂橡胶(silicone rubber)、纳米碳管、纳米碳晶须、或纳米碳纤维的一或多者。
另一实施方式中，一种处理腔室包含：腔室主体，包括透光窗以及灯壳体，该灯壳体设置于邻近该透光窗处。该透光窗与该灯壳体之间具有间隙。一或多个冷却通道设置在该灯壳体内。多个顺应性导体配置在该灯壳体与该透光窗之间的该间隙中，且接触该灯壳体与该透光窗。该多个顺应性导体粘结至该灯壳体、铜焊(braze)至该灯壳体、或生长于该灯壳体上。
附图简要说明
通过参考实施方式(一些实施方式说明于附图中)，可获得于上文中简要总结的本公开内容的更特定说明，而能详细了解本公开内容的上述特征。然而应注意附图仅说明本公开内容的典型实施方式，因而不应将所述附图视为限制本公开内容的的范围，因为本公开内容的可容许其他同等有效的实施方式。
图1是根据本公开内容的一个实施方式的处理腔室的示意截面视图。
图2是图1的放大部分视图，该视图说明顺应性导体。
图3是根据本公开内容的一个实施方式的灯壳体的部分截面示意视图。
图4A至图4D说明根据本公开内容的其他实施方式的顺应性导体。
为了助于了解，如可能则已使用同一元件符号指定各图共通的同一元件。应考虑一个实施方式的元件与特征可有利地并入其他实施方式而无需进一步记叙。
具体描述
此述的实施方式一般涉及用于处理基板的设备。该设备大体上包括处理腔室，该处理腔室包括灯壳体，该灯壳体含有多盏灯，所述灯定位在邻近透光窗处。灯壳体内的灯提供辐射能至定位于基板支座上的基板。使用灯壳体内的冷却通道，有助于透光窗的温度控制。灯壳体使用顺应性导体热耦接透光窗。所述顺应性导体将间隙阻力的相对重要性减至最小，从而也将通过下窗与灯壳体之间的区域的净热传输的间隙阻力的变异性减至最小。再者，所述顺应性导体的一些实施方式维持均一的传导长度，而无关透光窗与灯壳体的机械加工公差。均一的传导长度促进准确的温度控制。因为顺应性导体的长度是均一的而无关腔室部件的机械加工公差，所以对不同的处理腔室而言，传导长度相同。因此，多个处理腔室之间的温度控制是均一的，从而减少腔室与腔室间的差异。
图1是根据本公开内容的一个实施方式的处理腔室100的示意截面视图。处理腔室100可用于处理一或多个基板，包括沉积材料于基板的上表面上。该处理腔室100包括腔室主体101、上窗102，该上窗诸如为圆顶，由诸如不锈钢、铝、陶瓷(例如石英)、或涂布的金属或陶瓷的材料所形成。处理腔室100也包括下窗104，该下窗诸如为圆顶，由诸如石英的透光材料形成。下窗104耦接腔室主体101，或者为腔室主体101的一体成形的一部分。基板支座106适于在该基板支座106上支撑基板108，且于该处理腔室100内配置在上窗102与下窗104之间。基板支座106耦接支撑板109且在基板支座106与支撑板109之间形成间隙111。支撑板109由诸如石英的透光材料形成，以使来自灯142的辐射能冲射在基板支座106上并且将基板支座106加热至期望的处理温度。基板支座106由碳化硅或涂布有碳化硅的石墨所形成，以吸收来自灯142的辐射能且将该辐射能传送到基板108。
图中显示基板支座106处于升高的处理位置，但可由致动器112垂直致动至位于处理位置下方的装载位置，以使升举销110接触下窗104且将基板108从基板支座106抬升。机器人(图中未示)可随后通过开口114(诸如狭缝阀)进入处理腔室100以接合基板108且将基板108从处理腔室100移出。基板支座106也适于在处理期间由致动器112旋转，以助于均一地处理基板108。
当基板支座106位于处理位置时，该基板支座106将处理腔室100的内部空间划分成处理气体区域116与净化气体(purge gas)区域118。该处理气体区域116包括位于上窗102与基板支座106位于处理位置时该基板支座106的平面120之间的内部腔室空间。净化气体区域118包括位在下窗104与平面120之间的内部腔室空间。
由净化气体源122供应的净化气体通过净化气体入口124导入净化气体区域118，该净化气体入口124形成于腔室主体101的侧壁内。净化气体沿着流径126侧向流动遍及基板支座106的背表面，且从净化气体区域118通过净化气体出口128排放，该净化气体出口128位在与该净化气体入口124相对的该处理腔室100的侧面上。排气泵130耦接净化气体出口128，该排气泵130有助从净化气体区域118移除净化气体。
由处理气体供应源132供应的处理气体通过处理气体入口134导入处理气体区域116，该处理气体入口134形成于腔室主体101的侧壁内。处理气体沿着流径136侧向流动遍及基板108的上表面。该处理气体通过处理气体出口138离开处理气体区域116，该处理气体出口138位在与该处理气体入口134相对的该处理腔室100的侧面上。处理气体通过处理气体出口138的移除是借助于真空泵140，该真空泵140与该处理气体出口138耦接。
多盏灯142设置在邻近下窗104处且于该下窗104下方，以当处理气体通过基板108上方时加热该基板108，以助于将材料沉积至基板108上表面上。灯142定位在灯壳体150中，该灯壳体150是由例如铜、铝、或不锈钢形成。灯包括灯泡141，该灯泡141由视情况任选的反射器143所围绕。每一盏灯142耦接功率分配板147，功率通过该功率分配板147供应至每一盏灯142。所述灯142排列成多个环状群组，所述环状群组的半径绕着基板支座106的轴杆127增加。轴杆127由石英或另一透光材料形成。
灯壳体150的上表面定位成与下窗104间隔开的走向，以在该灯壳体150的上表面与下窗104之间形成间隙151。一个范例中，间隙151可以是约0.5毫米至约10毫米，或更大。一个范例中，间隙151是约6毫米。热能从下窗104经由顺应性导体154传送到灯壳体150，所述顺应性导体154定位在间隙151内。虽然图中显示十个顺应性导体154，但本案考虑可利用超过十个顺应性导体154。顺应性导体154助于将热从下窗104移除。从下窗104移除热使由于从下窗104到灯壳体150的热辐射、传导、与对流增加所造成的基板108的冷却速率有所增加。冷却通道149将热从灯壳体150移除，以助于灯壳体150与下窗104的冷却。
灯142适于将基板加热至预定温度，以助于处理气体热分解至基板108的表面上。一个范例中，沉积至基板上的材料可以是三族、四族、及/或五族材料，或者可以是包括三族、四族、及/或五族掺杂剂的材料。例如，沉积的材料可包括砷化镓、氮化镓、或氮化铝镓。所述灯可适于将该基板加热至范围在约300摄氏度至约1200摄氏度内的温度，诸如约300摄氏度至约950摄氏度。
尽管图1说明处理腔室的一个实施方式，但本案也考虑额外的实施方式。举例而言，另一实施方式中，考虑基板支座106可由透光材料(诸如石英)形成，以容许直接加热基板108。尚有另一实施方式中，考虑视情况任选的圆形屏蔽件139可设置在基板支座106周围且耦接腔室主体101的侧壁。另一实施方式中，处理气体供应源132可适于供应多种类型的处理气体，例如三族前驱物气体与五族前驱物气体。可通过相同的处理气体入口134或通过不同的处理气体入口134将多重处理气体导入腔室中。此外，也考虑净化气体入口124、处理气体入口134、或净化气体出口128、及/或处理气体出口138的尺寸、宽度、及/或数目可经调整以进一步助于基板108上材料均一的沉积。
另一实施方式中，基板支座106可以是环状环或边缘环，该环状环或边缘环具有穿过该环状环或边缘环的中央开口，且该基板支座106可适于支撑基板108的周边。在这样的实施方式中，基板支座106可由碳化硅、涂布有碳化硅的石墨、涂布有玻璃碳的石墨形成。另一实施方式中，基板支座可以是三个或更多个销支座，所述销支座提供极微的传导式冷却。另一实施方式中，顺应性导体154的每一者所具有的长度可为所述顺应性导体的平均长度的约+/-50％。另一实施方式中，顺应性导体154可塑形成螺旋形线圈。另一实施方式中，顺应性导体可包括位在该顺应性导体中的中空区域，以容纳或包封流体、蜡、或聚合物。另一实施方式中，所述顺应性导体可包括纳米碳管、纳米碳晶须、或纳米碳纤维的一或多者。
图2是图1的放大部分视图，该图说明顺应性导体154。图2所示的实施方式中，顺应性导体154具有“锯齿状(zig-zag)”或“蛇纹(serpentine)”的形状。顺应性导体154定位在下窗104的下表面104a与灯壳体150的上表面150a之间，并且接触下窗104的下表面104a与灯壳体150的上表面150a。灯壳体150由诸如不锈钢或铜的金属形成，且可通过使用现代机械加工技术(诸如计算机数值控制(CNC)机械加工)形成至相对精确的公差。因此，上表面150a相对地平坦。与此成对比，下窗104的下表面104a无法被生产得具有如灯壳体150般精确的公差，这是因为要对建构下窗104的材料施以机械加工有许多困难。一个范例中，下表面104a可具有多至1毫米的平整度相异度，从而造成间隙151的高度沿着下窗104的长度有所差异。间隙151高度的相异可影响下窗104与灯壳体150之间不同位置的热传，这主要是由于横跨间隙151的传导长度路径相异所致。
为了助于更均一的热传，顺应性导体154定位在下窗104与灯壳体150之间。顺应性导体实体接触下窗104的下表面104a与灯壳体150的上表面150a。顺应性导体154将热能经由通过固体的传导从下窗104传送到灯壳体150，而非使用流体传导、对流、或辐射；若不然，该流体传导、对流、或辐射会在缺乏顺应性导体154时发生。虽然甚至在顺应性导体154存在时仍可能发生一些对流或辐射热传，但相较于顺应性导体所帮助的传导热传，对流或辐射热传小了好几个数量级，且因此大体上可忽略。一个范例中，顺应性导体154由铜形成，且具有约40％的体积密度，且该间隙151是以氦气填充。在这样的范例中，顺应性导体154所致的热传比对流或辐射所致的热传大100倍。顺应性导体154的相对大的热传至少部分是由于顺应性导体154相较于间隙151中的气体有更高导热率所致。
顺应性导体154是由顺应性材料形成且遍及间隙151具实质上相同的传导长度，而无关下窗104的下表面104a的机械加工公差。顺应性导体154的“锯齿”或蛇纹形状使顺应性导体154得以扩张且收缩，以维持该顺应性导体154接触下窗104及灯壳体150。如图2所说明，图中所示的顺应性导体154的两者具有相同的总传导路径，然而图中显示顺应性导体154为不同的扩张状态，以接触下窗104与灯壳体150二者。由于顺应性导体154大体上固定地附接灯壳体150且扩张而接触下窗104，所以因下表面104a缺乏平整度而规定顺应性导体154有不同扩张状态。但是，无论顺应性导体154的扩张状态为何，顺应性导体154的传导路径长度维持恒定。因此，从下窗104到灯壳体150的热传遍及间隙151的所有位置皆为一致，而无关间隙151的尺寸差异。再者，传导路径在腔室与腔室间皆为一致，而与个别腔室的腔室部件的机械加工相异度无涉。所述顺应性导体将间隙阻力的相对重要性减至最小，从而也将通过下窗104与灯壳体150之间的区域的净热传输的间隙阻力的变异性减至最小。
顺应性导体154由具高导热率的材料形成，该材料包括金属，所述金属诸如不锈钢、镍、铜、铁、铬镍铁合金(inconel)、铝、或前述金属的组合。以额外方式或替代方式，所述顺应性导体154由陶瓷形成，所述陶瓷诸如氧化铝、氧化镁、氮化铝、氧化锆、氧化硅、与前述陶瓷的组合。顺应性导体154也视情况任选地包括涂层155，该涂层155至少位于邻近下窗104的下表面104a的一部分上。涂层155减少由于下窗104接触顺应性导体154所致的非期望刮伤或损伤。涂层155可包括玻璃碳、石墨、氮化硼、云母、碳氟化合物、硅树脂、或聚酰亚胺。本案考虑在某些实施方式中可省略涂层155。在这样的实施方式中，可施加润滑剂至下窗104或顺应性导体154，以减少下窗104的刮伤或损伤，该润滑剂诸如为石墨、六方氮化硼、或二硫化钼。
一个范例中，涂层155可设置于占总数约30％至约100％的顺应性导体154上。另一实施方式中，每一接触下窗104的顺应性导体154可包括位在所述顺应性导体154上的涂层155，该涂层155位在该顺应性导体154与下窗104的界面处。顺应性导体154大体上例如通过铜焊或焊接(welding)固定式附接灯壳体150，但也可粘结至该灯壳体或于该灯壳体上生长。包括陶瓷的顺应性导体154的粘结可通过使用粘结剂完成，该粘结剂包括硅酸钠、硅酸铵、磷酸铝、磷酸锌、或其他纳米分散悬浮液。
图3是根据本公开内容的一个实施方式的灯壳体150的部分截面示意视图。上表面150a包括形成于该上表面150a中的特征，诸如开口362。所述开口362容许来自灯142的辐射能通过上表面150a冲射在基板或基板支座上。开口362设置在每一盏灯142上方。在数列开口362之间，顺应性导体154耦接上表面150a。顺应性导体154定位成使得来自灯142的辐射能不被顺应性导体154阻挡。顺应性导体154排列成多个环状列，但本案也考虑额外的分布方式。此外，本案考虑间距与密度(每单位面积的顺应性导体154数)也可经调整以助于从下窗至灯壳体150有预定量的热传。一个范例中，顺应性导体154可覆盖约40％的上表面150a。另一范例中，顺应性导体可具有约2毫米至约3毫米的间距。
图4A至图4D说明根据本公开内容的其他实施方式的顺应性导体。图4A说明由丝绒形成的顺应性导体454a。该丝绒可包括上述讨论的金属或陶瓷材料的任何一者。该顺应性导体454a可视情况任选地包括在该顺应性导体454a上的涂层(为了明确起见并未于图中示出)，以用于减少下窗的刮伤，该涂层诸如针对图2所讨论的涂层155。顺应性导体454a可用分立的缀片(patch)或条带(strip)耦接灯壳体。
图4B说明顺应性导体454b。该顺应性导体454b是线网格(wire mesh)。该线网格可包括上述讨论的金属或陶瓷材料的任何一者。该顺应性导体454b可视情况任选地包括在该顺应性导体454b上的涂层(为了明确起见并未于图中示出)，以用于减少下窗的刮伤，该涂层诸如针对图2所讨论的涂层155。顺应性导体454b可用分立的缀片或条带耦接灯壳体。
图4C说明顺应性导体454c。该顺应性导体454c形成为螺旋形状，且可以是例如由上述讨论的金属所形成的弹簧。涂层155设置在该顺应性导体454c适以接触下窗的一端上。图4D说明具有“S”形状的顺应性导体454d。该顺应性导体454d也包括涂层155，该涂层155设置在该顺应性导体454c适以接触下窗的一端上。
图4A至图4D说明根据本公开内容的一些实施方式的顺应性导体，然而本案也考虑用于顺应性导体的额外形状。额外的形状也包括金属锁子甲(chainmail)或絮状物(batting)、发泡金属箔、折叠的金属箔叶片、以及相连的金属箔管。另一实施方式中，本案考虑顺应性导体可由任何足以耐受期望处理温度的材料形成，该期望处理温度诸如为约300摄氏度至约400摄氏度，或更高。另一实施方式中，涂层155可包括硅氧烷聚合物、聚酰亚胺、或聚四氟乙烯。
另一实施方式中，本案考虑顺应性导体(诸如顺应性导体454a与454b)可用一或多种流体或接近流体(near-fluid)浸渍或涂布，以助于增加热传，该接近流体诸如蜡、油脂、及/或顺应性聚合物。在此实施方式中，本案考虑顺应性导体的孔隙度与表面张力可助于将流体或接近流体限制于处理腔室的非期望区域中。顺应性聚合物的一个范例可包括硅树脂橡胶、多孔硅树脂橡胶、或填充的硅树脂。填充的硅树脂例如可包括导热材料的颗粒以增加热传。该导热材料诸如为金属薄片(flake)。另一实施方式中，所述颗粒可以是丝线、薄片、纤维、或其他形状。一个实施方式中，硅橡胶可具有约1.3W/m/K的导热率。
此述的实施方式的优点包括均一地冷却腔室部件而无关腔室部件的机械加工公差。因此，腔室与腔室间的温度控制更为均一，造成不同腔室中处理的基板有更均一的性质。
虽然前述内容涉及本公开内容的实施方式，但可不背离本发明的基本范围而设计本公开内容的其他与进一步的实施方式，所述实施方式范围由随附权利要求书范围界定。
Claims (15)
1.一种处理腔室，包括：
腔室主体，包括透光窗；
灯壳体，设置于邻近所述透光窗处，所述透光窗与所述灯壳体之间具有间隙，且一或多个冷却通道设置在所述灯壳体内；及
多个顺应性导体，设置在所述灯壳体与所述透光窗之间的所述间隙中，且接触所述灯壳体与所述透光窗，所述顺应性导体中的至少一些顺应性导体上包括涂层，所述涂层包括碳氟化合物、硅树脂、或聚酰亚胺的一或多者。
2.如权利要求1所述的处理腔室，其中所述顺应性导体的各者具有一长度，所述长度是所述顺应性导体的平均长度的+/-50％。
3.如权利要求1所述的处理腔室，其中所述涂层是碳氟化合物。
4.如权利要求1所述的处理腔室，其中所述涂层是硅树脂。
5.如权利要求1所述的处理腔室，其中所述涂层是聚酰亚胺。
6.如权利要求1所述的处理腔室，其中所述顺应性导体包括流体、腊、或聚合物，所述流体、腊、或聚合物包封于所述顺应性导体中。
7.如权利要求6所述的处理腔室，其中所述顺应性导体的各者具有一长度，所述长度是所述顺应性导体的平均长度的+/-50％。
8.如权利要求1所述的处理腔室，其中所述顺应性导体包括流体，所述流体包封于所述顺应性导体中。
9.如权利要求1所述的处理腔室，其中所述顺应性导体包括腊，所述腊包封于所述顺应性导体中。
10.如权利要求1所述的处理腔室，其中所述透光窗是圆顶。
11.一种处理腔室，包含：
腔室主体，包括透光窗；
灯壳体，设置于邻近所述透光窗处，所述透光窗与所述灯壳体之间具有间隙，且一或多个冷却通道设置在所述灯壳体内；及
多个顺应性导体，设置在所述灯壳体与所述透光窗之间的所述间隙中，且接触所述灯壳体与所述透光窗，所述顺应性导体包括多孔硅树脂橡胶、纳米碳管、纳米碳晶须、或纳米碳纤维的一或多者。
12.如权利要求11所述的处理腔室，其中所述透光窗是圆顶。
13.如权利要求11所述的处理腔室，其中所述顺应性导体的各者具有一长度，所述长度是所述顺应性导体的平均长度的+/-50％。
14.一种处理腔室，包含：
腔室主体，包括透光窗；
灯壳体，设置于邻近所述透光窗处，所述透光窗与所述灯壳体之间具有间隙，且一或多个冷却通道设置在所述灯壳体内；及
多个顺应性导体，设置在所述灯壳体与所述透光窗之间的所述间隙中，且接触所述灯壳体与所述透光窗，其中所述多个顺应性导体粘结至所述灯壳体、铜焊至所述灯壳体、或生长于所述灯壳体上。
15.如权利要求14所述的处理腔室，其中所述透光窗是圆顶。
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