CN106663630B - 用于校准基座的设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明所述的实施方式一般涉及用于将基座耦接至处理腔室的杆组件。杆组件包括枢轴机构、第一弹性密封件、第二弹性密封件、壳体与运动组件，其中第一弹性密封件耦接至枢轴机构，第二弹性密封件耦接至板的第一侧上的板，该板具有耦接至第一弹性密封件的第二侧，壳体耦接至第二弹性密封件，运动组件经调整而在X轴与Y轴上移动壳体并将基座相对于处理腔室的X‑Y平面以角度地定位。

Description

用于校准基座的设备及方法
背景
领域
本发明公开的的实施方式一般涉及半导体处理，且更具体而言，涉及用于在热处理腔室中校准基座的方法与设备。
相关技术的描述
热处理腔室，如快速热处理(RTP)与外延腔室使用于半导体芯片制造中以产生、化学变化或蚀刻半导体基板上的表面结构。RTP与外延腔室通常使用阵列的高强度灯加热基板。灯在短时间周期中将基板加热至高达或超过约1000摄氏度的温度。当灯关掉电源时，基板可接着在短时间周期中于腔室中冷却。腔室通常由石英制成以抵抗高温与温度变化。腔室所经历的巨大温度范围导致显著热膨胀与热收缩。部件间宽松的误差一般需要用石英材料，其中热膨胀使得腔室部件的精确校准变得困难。
腔室内的基座、或基板支撑件的精密校准是困难的。基座通常所需的定位是将基座置于腔室X-Y平面的中心且具有与腔室X-Y平面平行的基座的基板接收表面。然而，因传统系统中的设计限制，基座不可靠地置放于所需位置与定向处，其可能产生多个处理问题。例如，在传统系统中，可经选择以将基座置于X-Y平面的中心，其可能使得基座设置于相对于腔室的X-Y平面没有平行(即倾斜)的平面中。基座倾斜在多个腔室中最不可能是相同的，其导致诸多腔室匹配问题，包括高温计误差、实际温度差、气流差、边界层效应、晶片滑动等。
因此，能够使热处理腔室中的基座更精确校准的设备与方法是有其需求的。
概述
本发明所述实施方式一般涉及用于在热处理腔室(如外延沉积腔室或快速热处理腔室等用于热处理基板的腔室)中校准基座的方法与设备。
在一个实施方式中，提供一种热处理腔室。热处理腔室包括基座、与基座耦接的杆以及与杆耦接的运动组件，运动组件包括侧向调整装置与倾斜调整机构，侧向调整装置与倾斜调整机构经调整而将基座的主要表面定位于平行于腔室X-Y平面的平面中并将杆沿着腔室的纵轴定位。
在另一个实施方式中，提供一种热处理腔室。该热处理腔室包括基座、与基座耦接的杆以及与杆耦接的运动组件，运动组件包括侧向调整装置与倾斜调整机构，侧向调整装置与倾斜调整机构经调整而将基座的主要表面定位于平行于腔室X-Y平面的平面中并将杆沿着腔室的纵轴定位，其中运动组件包括至少两个弹性密封件，且其中侧向调整装置包含X调整板与Y调整板，X调整板与Y调整板耦接至底部板的邻近侧，底部板邻近于至少两个弹性密封件中的一个而设置。
在另一个实施方式中，提供一种用于将基座耦接至处理腔室的杆组件。杆组件包括枢轴机构、垂直致动器、旋转致动器、第一弹性密封件、第二弹性密封件与运动组件，枢轴机构具有穿过枢轴机构而设置的杆，垂直致动器与杆耦接，旋转致动器设置于与杆耦接的壳体中，第一弹性密封件耦接于枢轴机构与垂直致动器的支架之间，第二弹性密封件耦接于支架与旋转致动器的底部板之间，运动组件经调整而将壳体于X轴、Y轴上移动并将基座相对于处理腔室的X-Y平面以角度定位。
附图简要说明
本公开内容的特征已简要概述于前，并在以下有更详尽的讨论，可以通过参考所附附图中绘示的本发明实施方式以作了解。然而，值得注意的是，所附附图只绘示了本公开内容的典型实施方式，而由于本公开内容可允许其他等效的实施方式，所附附图并不会视为本公开内容的范围的限制。
图1绘示热处理腔室的示意截面图。
图2是图1的处理腔室的部分的侧面截面图，显示运动组件的一个实施方式。
图3是图2的运动组件的调整部分的一个实施方式的分解等角视图。
图4A与图4B是显示基座的安装与校准过程的一个实施方式的示意截面图。
图5A至图5C是显示基座的安装与校准过程的另一个实施方式的示意截面图。
为便于理解，在可能的情况下，使用相同的数字编号代表附图中相同的元件。可以考虑，一个实施方式中公开的元件可有利地用于其它实施方式中而无需赘述。
具体描述
本发明公开的实施方式一般涉及用于在热处理腔室(如外延沉积腔室或快速热处理腔室等用于热处理基板的腔室)中校准基座的方法与设备。
图1根据一个实施方式绘示热处理腔室100的示意截面图。热处理腔室100可用作外延沉积腔室、快速热处理腔室或其他热处理腔室。处理腔室100可用于处理一或多个基板，包括于基板102的上表面上沉积材料、加热基板102、蚀刻基板102或以上的组合。处理腔室100一般包括用于加热(除了其他部件外)设置于处理腔室100内的基座106的阵列辐射加热灯104。基座106可以是如图所示的碟状基板支撑件，或可以是环状基板支撑件(未图示)，支撑件自基板的边缘支撑基板，其将基板102的背侧暴露以自辐射加热灯104加热。基座106可由碳化硅或以碳化硅涂层的石墨形成以吸收来自灯104的辐射能并将辐射能传导至基板102，从而加热基板102。
基座106位于上圆顶108与下圆顶110之间的处理腔室100内。上圆顶108与下圆顶110(以及设置于上圆顶108与下圆顶110间的底环112一起)一般界定处理腔室100的内部区域111。基板102可以被传送入处理腔室100中且穿过装载口(未图示)定位于基座106上，装载口于底环112中形成。处理气体入口114与气体出口116可设置于底环112中。
基座106包括耦接至运动组件120的轴或杆118。运动组件120包括一或多个致动器和/或调整装置以提供内部区域111内的杆118和/或基座106的移动和/或调整。例如，运动组件120可包括旋转致动器122，旋转致动器122将基座106绕处理腔室100的纵轴A旋转。纵轴A可包括处理腔室100的X-Y平面的中心。运动组件120可包括垂直致动器124以将基座106于Z方向上升起与下降。运动组件120可包括倾斜调整装置126，倾斜调整装置126用于调整内部区域111中的基座106的平面定向。运动组件120也可包括侧向调整装置128，侧向调整装置128用于调整内部区域111内的杆118和/或基座106侧对侧的定位。在下列中的一或两者是必要的实施方式中，侧向调整装置128用于调整X和/或Y方向上的杆118和/或基座106的定位，而倾斜调整装置126调整杆118和/或基座106的角度定向(α)。在一个实施方式中，运动组件120包括枢轴机构130。当下圆顶110由底环112牢固(rigidly)固定于处理腔室100时，枢轴机构130用于允许运动组件120将杆118和/或基座106至少于角度定向(α)上移动以减少下圆顶110上的应力。
基座106所示于上升的处理位置，但可由以上所述的运动组件120而垂直上升或下降。基座106可下降至传送位置(于处理位置之下)以允许升举销132接触下圆顶110。升举销132设置于基座106的孔中且当基座106下降时，升举销132将基板102自基座106举起。机械臂(未图示)可接着进入处理腔室100以啮合并将基板自处理腔室100通过装载口而移除。新基板102可由机械臂装载于升举销132上，以及基座106可接着被往上致动至处理位置以放置基板102，其装置侧150面向上。升举销132包括放大的头以允许升举销132悬挂于靠近处理位置中的基座106的开口中。在一个实施方式中，与下圆顶110耦接的支距(stand-off)134用来提供用于升举销132接触的平坦表面。支距提供平行于处理腔室100的X-Y平面的表面并可用于防止升举销132的结合，如果升举销132的端部允许接触下圆顶110的弯曲表面的话，升举销132的结合可能发生。支距134可由光学透明材料制成以允许能量自灯104穿过支距134而传递。
当基座106位于处理位置时，基座106将处理腔室100的内部空间分成在基座106之上的处理气体区域136与基座106之下的净化气体区域138。在处理期间，基座106由旋转致动器122而旋转以最小化处理腔室100内的热与处理气流空间变异的效应以及因此利于基板102的均匀处理。基座106由杆118支撑，杆118一般置中于基座106上且在基板传送期间利于基座106基板102在垂直方向上(Z方向)的移动，且在某些范例中，利于处理基板102。
一般来说，上圆顶108的中心窗部分与下圆顶110的底部由如石英的光学透明材料形成。上圆顶108的厚度与弯曲程度可经配置以提供较平坦的几何形状以用于处理腔室中均匀流的均匀性。
一或多个灯(如阵列辐射加热灯104)可以绕杆118的特定方法而邻近于下圆顶110以及在下圆顶110之下设置。辐射加热灯104可独立控制或以区域控制以当处理气体传送经过该区域上时控制基板102的各个区域的温度，从而利于材料于基板102的上表面上的沉积。虽然没有在此处详尽讨论，但沉积的材料可包括硅、掺杂的硅、锗、掺杂的锗、硅锗、掺杂的硅锗、砷化镓、氮化镓或氮化铝镓。
辐射加热灯104可包括辐射加热源(此处所示为灯泡141)且可经配置以加热基板102到约200摄氏度至约1600摄氏度的范围内的温度。各灯泡141可以与电源分配板(如印刷电路板(PCB)152)耦接，电源可以通过电源分配板而供应至各灯泡141。在一个实施方式中，辐射加热灯104定位于灯头145内，灯头145可在处理期间或处理之后冷却。
圆形屏蔽件146可选择性地设置于基座106附近并与腔室主体148的侧壁耦接。除了提供用于处理气体的预热区域之外，屏蔽件146防止或最小化热/光噪自灯104泄漏至基板102的装置侧150。屏蔽件146可由CVD SiC、以SiC涂层的烧结石墨、生长的SiC、不透明石英、涂层石英或任何适合抵抗处理与净化气体化学分解的相似材料制成。在一些实施方式中，屏蔽件146与设置于底环112上的衬垫163耦接。
经配置而在基座106底部测量温度的传感器提供基板温度。传感器可以是设置于灯头145中形成的端口中的高温计(未图示)。或者或甚者，一或多个传感器155(如高温计)可被导向以测量基板102的装置侧150的温度。反射器154可选择性地置放于上圆顶108外以反射红外光并将能量重新导向回基板102上，该红外光自基板102辐射离开。反射器154可使用固定环156而固定于上圆顶108。反射器154可以由如铝或不锈钢的金属制成。
自处理气体供应源172供应的处理气体通过底环112的侧壁中形成的处理气体入口114被引入处理气体区域136。处理气体入口114经配置而将处理气体导向于一般径向向内的方向上。在薄膜形成处理期间，基座106位于处理位置(其邻近于处理气体入口114且约在与处理气体入口114相同的高度)，因而允许处理气体一般地沿着跨基板102的上表面的流动路径173流动。处理气体通过气体出口116而离开处理气体区域136(沿着流动路径175)，气体出口116位于作为处理气体入口114的处理腔室100的相对侧上。可由耦接至气体出口116的真空泵180促成通过气体出口116的处理气体的移除。
自净化气体源162供应的净化气体通过底环112的侧壁中形成的净化气体入口164而引入净化气体区域138。净化气体入口164设置于处理气体入口114之下的高度。如果使用圆形屏蔽件146，则圆形屏蔽件146可设置于处理气体入口114与净化气体入口164之间。在任一情况中，净化气体入口164经配置而将净化气体导向于一般径向向内方向。如所需要的，净化气体入口164可经配置而将净化气体导向于向上方向。在薄膜形成处理期间，基座106位于使得净化气体一般沿着跨基座106的背侧的流动路径165流动的位置。净化气体(沿着流动路径166)离开净化气体区域138并通过气体出口116而自处理腔室排出，气体出口116位于作为净化气体入口164的处理腔室100的相对侧上。
图2是图1的处理腔室100的部分的侧面截面图，显示运动组件200的一个实施方式。运动组件200可用作图1的运动组件120。运动组件200包括枢轴机构130，枢轴机构130允许可移动部分205(可操作性地与杆118耦接)相对于下圆顶110至少以角度地移动。动力密封件206(可以是弹性o型环)可耦接于外壳体207与下圆顶110的内部部分208之间。可移动部分205包括旋转致动器122，旋转致动器122与设置于壳体212中的旋转阶部210耦接。在一些实施方式中，旋转阶部210由管214而与杆118可操作性地耦接。旋转阶部210可由磁性耦接部而与管214耦接。管214包括一内部尺寸，该内部尺寸经设置大小而容纳杆118的外直径。管214抓住并垂直支撑杆118。管214和/或杆118可包括紧固件或索引特征(indexingfeatures)(即平板(flat)、凹槽及类似物)，紧固件或索引特征利于管214与杆118之间的正啮合而基于旋转阶部210的旋转促成杆118的旋转。
可移动部分205也包括垂直致动器124，垂直致动器124可包括与杆118可操作性地耦接的旋转马达216。在一个实施方式中，垂直致动器124包括耦接至旋转马达216的螺丝起子218以及耦接至杆118的一或多个支架220。当使用管214时，支架220可与管214耦接。螺丝起子218的旋转将杆118(具有与其耦接的基座106(示于图1))在Z方向上升起或下降。第一弹性密封件222(如波纹管(bellows))可设置于垂直致动器124的基部224与一或多个支架220之间。
运动组件200也包括与可移动部分205的一或多个组件可操作性耦接的调整部分226。调整部分226包括侧向调整装置128与倾斜调整装置126。调整部分226也包括第二弹性密封件228，如波纹管。第二弹性密封件228经调整而独立于第一弹性密封件222移动，反之亦然。在一个实施方式中，第二弹性密封件228允许运动组件200内的全部部件共享相同环境作为处理腔室100的净化气体区域138，甚至是旋转阶部210。因此，减压的环境可包含于运动组件200中，而旋转阶部210在环境压力中。第二弹性密封件228的终端可在旋转阶部210的壳体212的底部板230处。
侧向调整装置128与倾斜调整装置126可包括手动调整设备，手动调整设备用于将杆118置中以及调整杆118与耦接至杆118的基座106的平坦度和/或倾斜度。在一些实施方式中，垂直致动器124包括自基部224垂直延伸的支架225。支架225可集成至垂直致动器124且可实质平行于杆118的纵轴。本发明所用的实质平行包括平行(如相对于纵轴A为0度)以及相对于纵轴A为+/-5度或更少的角度。倾斜调整装置126可通过在支架225上推或拉而在X和/或Y方向上侧向移动基部224，其可用于调整杆118的倾斜度和/或基座106的平坦度。倾斜调整装置126可以是致动器、螺丝或其他在支架225上推或拉的可调整紧固件。在一个实施方式中，侧向调整装置128可包括由紧固件234(如螺钉或螺丝)耦接至底部板230的X调整板232。底部板230可以实质正交于杆118和/或平行于基座106(示于图1)的表面的平面的角度而设置，而X调整板232可以实质正交于底部板230的平面和/或杆118的旋转轴的一角度而设置。本说明书所用的实质正交包括90度以及+/-5度或更少。
X调整板232包括调整特征236，调整特整236可以是接触旋转阶部210的壳体212的表面之一组螺丝。调整特征236可将壳体推和/或拉以使壳体212在X方向上位移。壳体212的位移用于将杆118相对于下圆顶110置中和/或将基座106相对于圆形屏蔽件146(示于图1)置中。虽然未于此图示中示出，但是Y调整板可耦接至底部板230且相似于X调整板232操作，除了用于提供Y方向上的位移。当杆118未与纵轴A校准时(其可能导致基座106倾斜)，倾斜调整装置126可用于校正基座106的倾斜。壳体212的位移可能受限于底部板230之下的运动组件200的部分，其允许第一弹性密封件222保持于轴上(即置中于杆118附近)。第二弹性密封件228(在X和/或Y方向上移动)适应(accommodate)组件中的任何横向位移，而第一弹性密封件222保持实质平行于纵轴A。因此，限制或没有第二弹性密封件228的膨胀与收缩，其减少第二弹性密封件228的疲乏(fatigue)并延长第二弹性密封件228的使用寿命。在一些实施方式中，第一弹性密封件222实质受限于沿着处理腔室100的纵轴A的移动，而第二弹性密封件228实质受限于处理腔室100的侧向移动(在X与Y方向上)。本说明书所用的移动上的实质受限包括无法移动以及5毫米内或更少的移动。
图3是图2的运动组件200的调整部分300的一个实施方式的分解等角视图。调整部分300包括X调整板232，X调整板232经调整而使用一或多个紧固件234耦接至底部板230。Y调整板305也可以相对于X调整板232实质正交的角度使用一或多个紧固件234耦接至底部板230。X调整板232与Y调整板305两者皆包括至少一个调整特征236，调整特征236接触壳体212的表面310。调整特征236可往壳体212旋转或转离壳体212以对壳体212与杆118(示于图2)作横向调整以将杆118置于处理腔室100(示于图1)的X-Y平面的中心。
在一个实施方式中，用于X调整板232与Y调整板305上的调整特征236可以是一组螺丝，该组螺丝抵着壳体212的表面310旋转并将壳体212自个别板232或305推离。在另一个实施方式中，调整特征236可啮合表面310使得调整特征236的旋转将壳体212拉往个别板232或305。
图4A与图4B是显示基座106的安装与校准过程400的一个实施方式的示意截面图。安装与校准过程400包括基座106的初始安装。基座106可插入于管214(示于图2)中并由磁性耦接的驱动组件耦接至壳体212内的旋转阶部210。如图4A所示，基座106偏离中心(即未对准于X-Y)。如图4B所示，于支架405中设置的调整特征236将壳体212于X方向上移动，其将杆118与基座106于X方向上移动，从而将杆118与基座106相对于圆形屏蔽件146实质置中。虽然未图示出，如需要的话，杆118与基座106可调整于Y方向上。
图5A至图5C是显示基座106的安装与校准过程500的另一个实施方式的示意截面图。安装与校准过程500包括相似于图4A的杆组件中的基座106的初始安装，除了杆118与基座106分别相对于纵轴A与X-Y平面倾斜，如图5A所示。
图5B显示由倾斜调整装置126提供的倾斜校正。倾斜调整装置126用于抵推支架405，支架405缓和基座106的倾斜。因此，基座106的主要表面505A、505B中的一或两者可平行于X-Y平面，其提供基板的均匀处理(相对于倾斜的基座)而减少除其他处理问题外的腔室匹配问题。
图5C显示侧向调整装置128提供的横向对准校正，其一般将基座106相对于圆形屏蔽件146置中。
倾斜调整装置126与侧向调整装置128的示范例提供处理腔室中基座106更精确的校准和/或定位。本发明公开的实施方式提供可同时于倾斜与置中校准的基座的定位。通过提供倾斜校准与置中校准的分别致动来完成定位。根据所述实施方式，提供校准控制中的四个自由度，如沿着X轴倾斜校正、沿着Y轴倾斜校正、沿着X轴平移以及沿着Y轴平移。倾斜校正可移动整个组件(即X与Y校准装置、Z运动校准与旋转装置)。所述实施方式提供的置中与倾斜校正减少除处理不均匀性外的腔室匹配问题。第二弹性密封件228可经调整而只有在X和/或Y方向上移动，而第一弹性密封件222主要在垂直(Z)方向上移动。此不同于通常使用单一波纹管组件(其可以是直接与另一个波纹管装置耦接及自另一个波纹管装置延伸的一波纹管装置)的传统基座组件使得整个组件经受倾斜及膨胀与收缩的多个循环。然而，第一弹性密封件222与分开的第二弹性密封件228通过减少第一弹性密封件222中的横向位移以及减少第二弹性密封件228的膨胀/收缩移动而限制密封件的疲乏。
因为当组装数个部件在一起以构成热处理腔室100时的多个误差而可能有固有的杆118和/或基座106的倾斜。枢轴机构130内的下圆顶110的内部部分208没有垂直参考。因此，倾斜调整装置126用于校正组装时所述部件误差可能产生的此倾斜。在一个实施方式中，在提供任何侧向校正之前，可通过使用倾斜调整装置126执行倾斜的校正。接着可使用侧向调整装置128执行将基座106相对于圆形屏蔽件146置中(纯X-Y)。虽然不是不可能，但是因为倾斜调整影响X-Y置中而X-Y置中不会影响倾斜，所以已知在倾斜调整前执行X-Y调整是困难的。
虽然前面所述涉及本发明的实施方式，但在不违背本发明的基本范围下，可设计其他与进一步的实施方式，而本发明的范围由随附权利要求书决定。

Claims (10)

1.一种热处理腔室，包括：
基座，所述基座定位于上圆顶与下圆顶之间，所述下圆顶包括枢轴机构；
杆，所述杆与所述基座耦接；及
运动组件，所述运动组件与所述杆耦接并在所述下圆顶外部，所述运动组件包含侧向调整装置与倾斜调整机构，所述侧向调整装置与所述倾斜调整机构经调整而将所述基座的主要表面定位于与所述腔室的X-Y平面平行的平面中以及将所述杆沿着所述腔室的纵轴定位，并且所述运动组件包括旋转阶部以旋转所述基座，其中所述枢轴机构提供所述运动组件相对于所述下圆顶的角度移动，
其中所述运动组件包括垂直致动器，所述垂直致动器具有基部与支架，所述基部设置于与所述纵轴实质正交的平面中，所述支架设置于与所述基部的平面实质正交的平面中，并且
其中所述倾斜调整机构在所述支架上推或拉以调整所述杆的角度定向。
2.如权利要求1所述的腔室，其中所述运动组件包括至少两个弹性密封件。
3.如权利要求2所述的腔室，其中所述至少两个弹性密封件中的一个实质上受限于X轴或Y轴中的运动。
4.如权利要求2所述的腔室，其中所述至少两个弹性密封件中的一个实质上受限于沿着所述腔室的所述纵轴的运动。
5.如权利要求2所述的腔室，其中所述侧向调整装置包括X调整板与Y调整板，所述X调整板与所述Y调整板耦接至邻近于所述至少两个弹性密封件中的一个而设置的底部板的邻近侧。
6.如权利要求5所述的腔室，其中所述X调整板与所述Y调整板中的各者包括一组螺丝，所述一组螺丝与壳体耦接，所述壳体与所述杆耦接。
7.如权利要求1所述的腔室，其中所述运动组件与所述下圆顶耦接。
8.如权利要求1所述的腔室，其中所述枢轴机构包括多个动力密封件，所述多个动力密封件耦接于外壳体与所述下圆顶的内部部分之间。
9.一种用于将基座耦接至处理腔室的杆组件，所述杆组件包括：
枢轴机构，所述枢轴机构耦接至所述处理腔室的下圆顶，所述枢轴机构具有设置通过所述枢轴机构的杆；
垂直致动器，所述垂直致动器与所述杆耦接；
旋转致动器，所述旋转致动器设置于壳体，所述壳体由管与所述杆耦接，所述管容纳杆的一部分；
第一弹性密封件，所述第一弹性密封件耦接于所述枢轴机构与耦接于所述杆的支架之间；
第二弹性密封件，所述第二弹性密封件耦接至所述支架与所述旋转致动器的底部板；及
运动组件，所述运动组件经调整而将所述壳体于X轴、Y轴上移动并将所述基座相对于所述处理腔室的X-Y平面以角度定位，
其中所述垂直致动器具有基部与支架，所述基部设置于与纵轴实质正交的平面中，所述支架设置于与所述基部的平面实质正交的平面中；
其中所述运动组件进一步包括侧向调整机构与倾斜调整机构，并且
其中所述倾斜调整机构在所述垂直致动器的所述支架上推或拉以调整所述杆的角度定向。
10.如权利要求9所述的杆组件，其中所述侧向调整装置包含X调整板与Y调整板，所述X调整板与所述Y调整板耦接至所述底部板的邻近侧，所述X调整板与所述Y调整板中的各者包括一组螺丝，所述一组螺丝与所述壳体耦接。
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