CN107924813B - 用于空间原子层沉积的加热源 - Google Patents

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Abstract

公开一种用于加热衬底的加热装置，所述加热装置具有石墨主体和至少一个加热元件，所述至少一个加热元件包括设置在所述主体内的连续材料区段。也公开了包括所述加热装置的处理腔室。

Description

用于空间原子层沉积的加热源
技术领域
本公开的实施例涉及用于半导体处理的电阻式加热器。具体而言，本公开的实施例针对用于原子层沉积批处理腔室的石墨加热器。
背景技术
半导体装置形成通常在包含多个腔室的衬底处理系统或平台(其亦称为集群工具)中进行。在一些实例中，多腔室处理平台或集群工具的目的是在受控的环境中顺序地在衬底上执行二个或多个处理。然而，在其他实例中，多个腔室的处理平台仅可在衬底上执行单一处理步骤。可采用额外腔室以使处理衬底的速率最大化。在后者的情况下，在衬底上所执行的处理一般为批处理，其中相对大数量的衬底(例如25个或50个)同时在给定的腔室中处理。批处理对于太消耗时间而不能以经济上可行的方式在个别衬底上执行的处理而言(诸如对于原子层沉积(ALD)处理及某些化学气相沉积(CVD)处理而言)是特别有益的。
温度均匀性在CVD或ALD处理中可以是重要考虑。电阻式加热器在CVD及ALD系统的加热系统中被广泛地采用。即使跨晶片的温度均匀性上仅摄氏度数的数量级的轻微变化也可不利地影响CVD或ALD处理。批处理腔室的尺寸进一步增加加热源的复杂度及要求。因此，在本领域中存在用于批处理腔室的改进的加热器的需要。
发明内容
本公开的一个或多个实施例针对包括主体的装置，该主体具有顶面、底面及外缘。该主体包括石墨，并且具有至少一个加热元件，该至少一个加热元件包括设置于其中的连续材料部分。
本公开的附加实施例针对包括气体分布组件、基座组件及加热装置的处理腔室，该气体分布组件具有前表面。该基座组件具有顶面及底面，该顶面面向该气体分布组件的前表面。该顶面在其中具有多个凹槽，其中各凹槽被调整尺寸为在处理期间支撑衬底。该加热装置具有主体，该主体包括石墨，该主体具有面向基座组件的的底面的顶面。该加热装置包括该主体内的至少一个加热元件。
本公开的进一步实施例针对包括气体分布组件、基座组件及加热装置的处理腔室。气体分布组件具有前表面；该基座组件具有顶面及底面，顶面面向气体分布组件的前表面。顶面在其中具有多个凹槽，其中各凹槽被调整尺寸为在处理期间支撑衬底。该基座组件连接至支撑柱。加热装置具有主体，该主体基本上仅包括石墨，该主体具有面向该基座组件的的底面的顶面。加热装置包括主体内的至少一个加热元件，该至少一个加热元件连接至100V至500V的电源。该加热元件将该基座组件有效加热至一温度，该温度足以将定位于该基座组件上的衬底加热至大于约1100℃的温度。该加热装置包括开口，该开口从顶面到底面穿过主体，且支撑柱穿过主体中的开口而不接触主体。
附图说明
可通过参考实施例(其中的一些在附中示出)来拥有本公开的更具体的描述，使得可使用详细的方式来了解(上文简要概述的)上文所述的本公开的特征。然而，要注意的是，附图仅示出本公开的典型实施例且因此并不视为其范围的限制，因为本公开可允许其他等效的实施例。
图1示出根据本公开的一个或多个实施例的批处理腔室的横截面图；
图2示出根据本公开的一个或多个实施例的批处理腔室的部分透视图；
图3示出根据本公开的一个或多个实施例的批处理腔室的示意图；
图4示出根据本公开的一个或多个实施例的用于批处理腔室中的楔形气体分布组件的部分的示意图；
图5示出根据本公开的一个或多个实施例的批处理腔室的示意图；
图6示出根据本公开的一个或多个实施例的加热装置的透视图；
图7示出根据本公开的一个或多个实施例的加热装置的部分横截面示意图；并且
图8示出根据本公开的一个或多个实施例的处理腔室的部分示意图。
具体实施方式
在描述本公开的若干示例性实施例之前，应理解，本公开不限于以下说明中所阐述的构造细节或处理步骤。本公开能够包括其他实施例并且能够以各种方式实践或执行。也应理解，可在本文中使用具有特定立体化学的结构式来说明本公开的复合体及配体。这些解说旨在仅作为示例且不被解释为将所公开的结构限制于任何特定的立体化学。相反，所示出的结构旨在包括具有所指示的化学式的所有这样的复合体及配体。
如本文中所使用的“衬底”指的是任何衬底或形成于衬底上的材料表面，薄膜处理在制造工艺期间在该衬底或材料表面上执行。例如，取决于应用，可在其上执行处理的衬底表面包括例如为硅、氧化硅、应变硅、绝缘体上硅(SOI)、碳掺杂氧化硅、氮化硅、掺杂硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石及任何其他材料(例如金属、氮化金属、金属合金及其他传导性材料)的材料。衬底包括半导体晶片但不限于此。衬底可暴露于预处理过程以抛光、蚀刻、还原、氧化、羟基化、退火和/或烘烤衬底表面。除了直接在衬底本身的表面上进行薄膜处理以外，在本公开中，所公开的任何薄膜处理步骤也可以在形成于衬底上的下层上执行，如以下更详细公开的，且术语“衬底表面”在上下文指示时旨在包括此类下层。因此，例如，若薄膜/层或部分薄膜/层已沉积至衬底表面上，那么新沉积的薄膜/层的暴露表面变成衬底表面。
根据一个或多个实施例，本方法使用原子层沉积(ALD)工艺。在此类实施例中，衬底表面依次或基本上依次暴露于先驱物(或反应气体)。如本说明书中贯穿使用的，“基本上依次”意味着，先驱物暴露的历时的大部分不与暴露于共试剂(co-reagent)重叠，尽管可能存在某些重叠。如在此说明书及所附权利要求书中所使用的，术语“先驱物”、“反应物”、“反应气体”等可互换地使用以指代可与衬底表面反应的任何气态物种。
图1示出处理腔室100的横截面，该处理腔室100具有顶部101、底部102及侧部103。处理腔室100包括气体分布组件120(也被称为注射器或注射器组件)及基座组件140。气体分布组件120是用于处理腔室中的任何类型的气体供应装置。气体分布组件120包括面向基座组件140的前表面121。前表面121可具有任何数量或多种开口以朝基座组件140递送气体流。气体分布组件120还包括外围边缘124，该外围边缘124在所示的实施例中基本上是圆形的。
所使用的特定类型的气体分布组件120可依据所使用的特定处理而变化。可以与任何类型的处理系统使用本公开的实施例，在该处理系统中，基座及气体分布组件之间的间隙被控制。尽管可以采用各种类型的气体分布组件(例如喷头)，本公开的实施例对于具有多个基本平行的气体通道的空间ALD气体分布组件特别有用。如在本说明书及所附权利要求书中所使用的，术语“基本平行”指的是，气体信道的伸长轴以相同的大致方向延伸。在气体通道的平行性上可存在些许的不完美。多个基本平行的气体通道可包括至少一个第一反应气体A通道、至少一个第二反应气体B通道、至少一个冲洗气体P通道及/或至少一个真空V通道。从第一反应气体A通道(或多个)、第二反应气体B通道(或多个)及冲洗气体P通道(或多个)流动的气体朝向晶片的顶面。一些气流跨晶片表面水平移动且通过冲洗气体P通道(或多个)移出处理区域。从气体分布组件的一端移动至另一端的衬底将轮流暴露于处理气体中的每一个，在衬底表面上形成层。
在一些实施例中，气体分布组件120是由单一注射器单元制成的刚性静止主体。在一个或多个实施例中，气体分布组件120以多个个体区段(例如注射器单元122)构成，如图2中所示。可以与所描述的本公开的各种实施例使用单一件主体或多区段主体。
基座组件140位于气体分布组件120下。基座组件140包括顶面141且在顶面141中包括至少一个凹槽142。基座组件140还具有底面143及边缘144。取决于被处理的衬底60的形状及尺寸，凹槽142可以是任何合适的形状及尺寸。在图1中所示的实施例中，凹槽142具有扁平的底部，以支撑晶片的底部；然而，凹槽的底部可以变化。在一些实施例中，凹槽在凹槽的外围边缘周围具有台阶区域，该台阶区域经调整尺寸以支撑晶片的外围边缘。由台阶所支撑的晶片外围边缘的量可以取决于例如晶片的厚度和已呈现在晶片背侧上的特征的存在而变化。
在一些实施例中，如图1中所示，基座组件140的顶面141中的凹槽142经调整尺寸，使得被支撑于凹槽142中的晶片60具有与基座140的顶面141基本共面的顶面61。如在本说明书及所附权利要求书中所使用的，术语“基本共面”指的是，晶片的顶面及基座组件的顶面在±0.2mm内共面。在一些实施例中，顶面在±0.15mm、±0.10mm或±0.05mm内共面。
图1的基座组件140包括支撑柱160，其能够升高、降低及旋转基座组件140。基座组件在支撑柱160的中心内可包括加热器105、或气体线(未示出)、或电部件(未示出)。支撑柱160可以是增加或减少基座组件140与气体分布组件120之间的间隙、将基座组件140移动进适当位置的主要手段。基座组件140也可包括微调致动器162，该微调致动器162可对基座组件140作出微调整，以在基座组件140及气体分布组件120之间创建预定间隙170。在一些实施例中，间隙170距离在约0.1mm至约5.0mm的范围内，或在约0.1mm至约3.0mm的范围内，或在约0.1mm至约2.0mm的范围内，或在约0.2mm至约1.8mm的范围内，或在约0.3mm至约1.7mm的范围内，或在约0.4mm至约1.6mm的范围内，或在约0.5mm至约1.5mm的范围内，或在约0.6mm至约1.4mm的范围内，或在约0.7mm至约1.3mm的范围内，或在约0.8mm至约1.2mm的范围内，或在约0.9mm至约1.1mm的范围内，或约1mm。
加热器105可以是基座组件140的部件或单独的部件。图1中示出的加热器105定位于基座组件140的底面143下方一定距离D。来自加热器105的能量影响基座组件140，升高基座组件140及基座组件140上所支撑的衬底60的温度。加热器105可以是电阻式加热器或多个灯具。
加热器105可连接至基座组件140或支撑柱160或单独的加热器支架107且被这些组件支撑。加热器支架107可以比加热器105更小或更大。图1将加热器105及加热器支架107以横截面图示出，且本领域中的技术人员将理解，处理腔室100的任何或所有组件是三维的。例如，图1的加热器105在形状上可为圆柱形的，具有中心开口108，以允许支撑柱160穿过。此布置允许支撑柱160独立于加热器105移动基座组件140。
在一些实施例中，反射器109定位于加热器105以及处理腔室100的底部和/或侧部(未示出)之间。反射器109可以通过减少来自加热器105的冲击处理腔室的辐射能的量，来帮助防止对处理腔室的损害。一些实施例的加热器支架107也是反射器。
图中所示的处理腔室100是圆盘传送带式腔室，其中基座组件140可容纳多个衬底60。如图2中所示，气体分布组件120可包括多个单独的注射器单元122，每个注射器单元122能够在晶片在注射器单元下移动时，在晶片上沉积薄膜。两个饼形的注射单元122被示为在基座组件140上方置于大致相反侧上。仅为了说明的目的而示出此注射器单元122的数量。将理解的是，可包括更多或更少的注射器单元122。在一些实施例中，存在足够数量的饼形注射器单元122以形成符合基座组件140的形状的形状。在一些实施例中，在不影响其他注射器单元122中的任何一个的情况下，各个饼形注射器单元122中的每一个可被独立地移动、移除及/或替换。例如，可升起一个区段以允许机器手接入基座组件140及气体分布组件120之间的区域以加载/卸除衬底60。
具有多个气体注射器的处理腔室可被用于同时处理多个晶片，使得晶片经历相同的处理流程。例如，如图3中所示，处理腔室100具有四个气体注射器组件及四个衬底60。在处理开始时，衬底60可位于气体分布组件120之间。将17基座组件140旋转45°将使得气体分布组件120之间的衬底60移动至气体分布组件120以进行薄膜沉积，如由气体分布组件120之下的虚线圆形所示。额外的45°旋转会移动衬底60而远离气体分布组件120。在有空间ALD注射器的情况下，薄膜在晶片相对于注射器组件移动的期间沉积于晶片上。在一些实施例中，基座组件140以增量旋转，该增量防止衬底60停止于气体分布组件120之下。衬底60及气体分布组件120的数量可以是相同的或不同的。在一些实施例中，被处理的晶片数量与气体分布组件的数量相同。在一个或多个实施例中，被处理的晶片的数量是气体分布组件的数量的整数倍或分数。例如，如果有四个气体分布组件，那么有4x个被处理的晶片，其中x是大于或等于一的整数值。
图3中示出的处理腔室100仅表示一个可能的配置，且不应被用作本公开的范围的限制。在此，处理腔室100包括复数个气体分布组件120。在所示的实施例中，存在在处理腔室100周围均匀间隔的四个气体分布组件(也被称为气体分布组件120)。所示的处理腔室100是八角形的；然而，本领域中的技术人员将理解，这是一个可能的形状，且不应被用作本公开的范围的限制。所示的气体分布组件120为梯形的，但可以是单一圆形部件，或由多个饼形区段构成，如图2中所示的。
图3中所示的实施例包括加载锁腔室180，或像是缓冲站的辅助腔室。此腔室180连接至处理腔室100的一侧，以允许例如衬底(亦称为衬底60)从处理腔室100加载/卸除。晶片机器手可定位于腔室180中以将衬底移动至基座上。
圆盘传送带(例如基座组件140)的旋转可为连续的或不连续的。在连续处理下，晶片恒定地旋转，使得它们轮流暴露于每个注射器。在不连续的处理下，晶片可以移动至注射器区域然后停止，随后移动至注射器之间的区域84然后停止。例如，圆盘传送带可旋转，使得晶片从注射器间的区域跨注射器移动(或停在注射器邻近处)，然后移动至下个注射器间的区域上，在该处，圆盘传送带可再次暂停。在注射器之间暂停可以为在各层沉积之间的额外处理步骤(例如暴露于等离子体)提供时间。
图4示出可被称为注射器单元122的气体分布组件120的区段或部分。注射器单元122可以单独地被使用或与其他注射器单元结合来使用。例如，如图5中所示，图4的四个注射器单元122结合为形成单一气体分布组件120。(为了清楚起见，未示出分离四个注射器单元的线。)尽管图4的注射器单元122除了冲洗气体端口155和真空端口145以外具有第一反应气体端口125和第二反应气体端口135两者，注射器单元122并不需要所有这些部件。
参考图4和图5两者，依据一个或多个实施例的气体分布组件120可包括多个区段(或注射器单元122)，其中各区段是相同或不同的。气体分布组件120位于处理腔室内，并且在气体分布组件120的前表面121中包括多个伸长的气体端口125、135、145。多个伸长的气体端口125、135、145、155从相邻内围边缘123的区域朝相邻气体分布组件120的外围边缘124的区域延伸。所示的多个气体端口包括第一反应气体端口125、第二反应气体端口135、真空端口145及冲洗气体端口155，该真空端口145围绕第一反应气体端口及第二反应气体端口中的每一个。
参考图4或5中所示的实施例，当声明的是端口从至少内围区域的周围延伸至至少外围区域的周围时，然而，端口可以比仅从内向外区域延伸更多。在真空端口145围绕反应气体端口125和反应气体端口135时，端口可正切地延伸。在图4和图5中所示的实施例中，楔形反应气体端口125、135在所有边缘(包括内围区域及外围区域附近)上被真空端口145围绕。
参考图4，当衬底沿路径127移动时，衬底表面每个部分暴露于各种反应气体。为了依循路径127，衬底将暴露于(或“看见”)冲洗气体端口155、真空端口145、第一反应气体端口125、真空端口145、冲洗气体端口155、真空端口145、第二反应气体端口135及真空端口145。因此，在图4中示出的路径127的末端处，衬底已经被暴露于来自第一反应气体端口125及第二反应气体端口135的气体流以形成层。所示的注射器单元122形成四分之一的圆形，但可更大或更小。图5中示出的气体分布组件120可被视为是串联连接的图4的四个注射器单元122的组合。
图4的注射器单元122示出分离反应气体的气体幕150。术语“气体幕”用来描述分离反应气体以免混合的气体流或真空的任何组合。图4中示出的气体幕150包括第一反应气体端口125旁边的真空端口145的部分、中间的冲洗气体端口155及第二反应气体端口135旁边的真空端口145的部分。此气体流及真空的组合可以被用来防止第一反应气体及第二反应气体的气相反应或使其最小化。
参考图5，来自气体分布组件120的气体流和真空的组合在多个处理区域250中形成分离。处理区域大致定义在个体反应气体端口125、135周围，其中气体幕150在250之间。图5中所示的实施例由八个单独的处理区域250构成，其中八个单独的气体幕150在该等处理区域250之间。处理腔室可具有至少两个处理区域。在一些实施例中，存在至少3、4、5、6、7、8、9、10、11或12个处理区域。
在处理期间，衬底可在任何给定时间暴露于多于一个处理区域250。然而，将会有气体幕分离两个暴露于不同处理区域的部分。例如，若衬底前缘进入包括第二反应气体端口135的处理区域，衬底的中间部分将在气体幕150下方，且衬底后缘将在包括第一反应气体端口125的处理区域中。
工厂接口280(其可以是例如加载锁腔室)被示为连接至处理腔室100。衬底60图标为叠加在气体分布组件120上以提供基准框架。衬底60可通常座落于要保持于气体分布组件120(也被称为气体分布板)的前表面121附近的基座组件上。衬底60通过工厂接口280被加载进处理腔室100至衬底支架或基座组件上(参考图3)。衬底60可示出为定位于处理区域内，因为衬底位于第一反应气体端口125附近且在两个气体幕150a、150b之间。沿路径127旋转衬底60将围绕处理腔室100逆时针移动衬底。因此，衬底60将通过第八处理区域250h(包括之间的所有处理区域)暴露于第一处理区域250a。对于围绕处理腔室的每个循环，通过使用所示的气体分布组件，衬底60将暴露于第一反应气体及第二反应气体的四个ALD循环。
批处理器中的传统ALD序列(像是图5的序列)分别维持化学物质A及B从空间上分离的注射器流动，其中泵/冲洗区段在该等注射器之间。传统的ALD序列具有开始及结束图案，其可造成所沉积的薄膜的非均匀性。发明人已惊讶地发现到，空间ALD批处理腔室中所执行的基于时间的ALD工艺对薄膜提供更高的均匀性。暴露于气体A(不反应气体)、气体B(不反应气体)的基本过程会是在注射器下方扫掠衬底，以分别以化学物质A及B使表面饱和，以避免使开始及结束图案在薄膜中形成。发明人已惊讶地发现到，基于时间的方法在目标薄膜厚度是薄的(例如小于20个ALD循环)时候尤其有益，目标薄膜厚度薄时，开始及结束图案在内晶片均匀性效能上具有显著冲击。发明人也已发现的是，用来产生SiCN、SiCO及SiCON薄膜的反应过程(如本文中所述的)不能以时域处理完成。用来冲洗处理腔室的时间量使得材料从衬底表面剥离。所描述的空间ALD处理下，不发生剥离，因为在气体幕下方的时间是短的。
因此，本公开的实施例针对包括具有多个处理区域250a-250h的处理腔室100的处理方法，其中各处理区域通过气体幕150从相邻区域分离。例如，图5中所示的处理腔室。处理腔室内的气体幕及处理区域的数量可以是任何合适数量，取决于气体流的布置。图5中所示的实施例具有八个气体幕150及八个处理区域250a-250h。气体幕的数量大致等于或大于处理区域的数量。例如，如果区域250a没有反应气体流，而是仅充当加载区域，那么处理腔室会具有七个处理区域及八个气体幕。
多个衬底60定位于衬底支架(例如图1和图2中所示的基座组件140)上。该多个衬底60围绕处理区域旋转以供进行处理。一般而言，气体幕150始终参与(气体流动且真空开启)处理，包括没有反应气体流进腔室的时间段。
第一反应气体A流进处理区域250中的一个或多个，同时惰性气体流进任何没有第一反应气体A流进的处理区域250。例如，如果第一反应气体通过处理区域250h流进处理区域250b，那么惰性气体会流进处理区域250a。惰性气体可流过第一反应气体端口125或第二反应气体端口135。
处理区域内的惰性气体流可为恒定的或变化的。在一些实施例中，反应气体与惰性气体共同流动。惰性气体将充当载体及稀释剂。因为反应气体相对于载体气体的量是小的，共同流动可通过减少相邻区域间的压力上的差异，使得在处理区域之间平衡气压更容易。
一般的加热器105可能不允许衬底的温度足够高以供进行有效率的反应。例如，灯具可使用许多能量及时间来加热基座组件，以加热所支撑的晶片。本公开的一个或多个实施例有利地允许相较于传统加热器将晶片加热至更高温度。某些实施例有利地提供加热器，该加热器防止微粒污染或使其最小化。一个或多个实施例有利地提供处理腔室，这些处理腔室使石墨加热器的氧化或反应最小化。
本公开的一个或多个实施例将电阻式石墨加热器用作替代于传统的铝、不锈钢或例如为英高镍合金的材料的加热器或灯具的加热源。一些实施例的电阻式石墨加热器针对具有变化温度需求的处理提供适当的热，这些处理包括低温(例如约75℃的晶片温度；约100℃的电阻式加热器温度)、中温(例如约450℃的晶片温度；约550-600℃的电阻式加热器温度)及高温处理(例如约550℃至大于700℃的晶片温度；约720℃至大于900℃的电阻式加热器温度)。在一些实施例中，石墨加热器具有涂层或绝缘体以防止微粒污染。封闭的腔室环境可填以惰性气体或屏障，以防止石墨在处理期间在任何时候氧化或与其他气体反应或使其最小化。一些实施例包括温度量测装置、电流及/或电压量测装置。
图6示出根据本公开的一个或多个实施例的加热装置200的实施例。图7示出加热装置200的剖视图。加热装置200可用于任何加热用途，且在一些实施例中被调整尺寸用来与批处理腔室使用。加热装置200包括主体201，该主体201具有顶面202、底面203及外缘204。在与批处理腔室使用时，加热装置200的顶面202定位于基座组件140附近且定位离基座组件140有一定距离D，如图1中所示。加热装置200也可充当衬底支架或基座组件。例如，图1中所示的基座组件140可以是加热装置200。
相对于基座组件140而定位加热装置200的距离D在处理期间可以变化或固定。在一些实施例中，在使用期间，加热装置200定位于约30mm至约140mm的范围内或约50mm至约120mm的范围内的距离D。
再次参考图6和图7，加热装置200的主体201被示出为具有开口208，该开口208从主体201的顶面202延伸至底面203。开口208可允许加热装置定位于组件周围而不接触该组件。例如，图1示出基座组件140的支撑轴160周围的加热装置。在加热装置及轴之间可存在空间，以防止可能对加热装置或轴造成损害的接触。在一些实施例中，加热装置200连接至支撑轴160且与支撑轴160一同旋转。
由于形成电连接的困难、处理期间的微粒形成及氧化反应性，将石墨用作加热装置呈现了用于批处理腔室中的挑战。本公开的一个或多个实施例有利地将石墨加热装置并入批处理腔室。根据一些实施例，加热装置200的主体201以石墨制造。在一些实施例中，主体201基本上仅包括石墨，意指主体201的成分在原子的基础上为大于约95％的碳。在一些实施例中，主体的成分在原子的基础上为大于约96％、97％、98％、99％、99.5％或99.9％的碳。
参考图7，设置在加热装置200的顶面202下方的是加热元件210。在所示的实施例中，加热元件包括加热中心区域或区的第一电阻式加热元件211和加热外区域或区的第二电阻式加热元件212。如此所使用的，“中心”等等指的是加热装置的质量中心附近的区域，使得图7中所示的实施例的中心区域在开口208周围。如此所使用的，术语“外”等等指的是组件外缘附近的区域。
一些实施例的电阻式加热器是设置在主体201的凹槽206内的连续材料区段(其可为平面、圆形或其他形状)。在某些实施例中，电阻式加热器包括金属线的缠绕主体。尽管所示的实施例具有形成两个区的两个电阻式加热器，本领域中的技术人员将理解，可存在任何数量的区或个体的加热元件。在一些实施例中，存在形成三个区的三个电阻式加热器。在一些实施例中，存在形成四个区的四个电阻式加热器。图7示出一个或多个实施例的加热装置的一半。本领域中的技术人员将了解，如果加热装置以匹配的半部分形成，则会存在形成具有两个内区及两个外区的四个区的四个电阻式加热器，该内区相较于该外区以不同半径自加热装置的中心分离。在各种实施例中，存在1、2、3、4、5、6、7、8、9或更多个径向区。在各种实施例中，存在1、2、3、4、5、6、7、8、9或更多个旋转区，意味着该区距质量中心大约相同的距离且以一个圆的不同角度定位。
在一些实施例中，存在多于一个电阻式加热器层。例如，可存在两个、三个或四个经层叠的电阻式加热器，在各电阻式加热器之间具有或不具空间。
所有或任何电阻式加热元件可由本领域中已知的任何合适材料制成。在一些实施例中，电阻式加热元件(或多个)具有类似于主体201的热膨胀系数的热膨胀系数。用于电阻式加热元件的合适材料的实例包括热解石墨。电阻式加热元件可通过例如CVD或ALD沉积安置于主体的凹槽内。
加热装置200的主体201可能能够抵挡大于或等于约1050℃、1100℃、1150℃或1200℃的温度。一些实施例的加热装置足以将基座组件140及定位于基座组件140的顶面141上的衬底60加热至大于或等于约650℃、675℃、700℃、720℃、725℃、750℃、775℃或800℃的温度。
主体201可以由热解涂层(一种可抵挡与CVD及ALD处理相关联的高温及腐蚀材料的材料)涂覆。合适的示例包括(但不限于)热解石墨、热解氮化硼、石墨粉、具有硅酸盐玻璃黏合剂的石墨粉。在一些实施例中，电阻式加热器以具有水基的硅酸盐玻璃黏合剂的石墨粉涂覆，且接着以升高的温度在炉中被固化。在一个或多个实施例中，热解材料(例如热解氮化硼)跨主体的顶面202而被设置。在一些实施例中，热解材料跨加热装置的外表面而被设置，包括顶面、底面及外缘。
参考图8，加热装置200连接至合适的电源220。在一些实施例中，加热装置200通过电力线路222连接至480V的电源220。在一些实施例中，电源具有约100V至约500V的范围中的电力。为了防止形成电弧，一些实施例可包括电力线路222及/或其他组件(包括但不限于加热装置200的主体201)周围的绝缘件223。图8示出电力线路222周围的绝缘件223及加热器具200周围的绝缘件224。在一些实施例中，电力线路222被维持距其他连接件一定距离以防止形成电弧。
绝缘件可被用来防止加热装置200实质上对其他腔室组件(例如支撑柱160)进行加热。如在这方面所使用的，“实质上加热”指的是组件的寿命不被缩短大于20％。合适的绝缘件包括(但不限于)石英、陶瓷、氧化铝纤维、氧化铝硅纤维、陶瓷纤维及蓝宝石。在一些实施例中，绝缘件具有加热装置200的主体201的热膨胀系数的20％(相对)内的热膨胀系数。
每个电阻式加热元件211、212具有穿过主体201延伸的相对应电力线路走线213(参考图7)，以向电阻式加热元件提供相应的电源。个体电力线路中的每一个可被独立控制。当然，可提供一个或多个接地线路(未示出)，该接地线路也穿过主体201走线，以完成各个电阻式加热元件的电路。
参考图6，一些实施例的加热装置200包括一个或多个开口227、228。在图6的右侧上示出的开口227可用以允许多个(在此情况下是三个)升降销穿过加热装置200。参考图8，升降销组件178定位于加热装置200下方，使得销179(仅示出一个)可通过加热装置200中的开口227延伸以到达基座组件140。升降销组件可定位于加热装置200下方，使得不干扰基座组件140的加热。
在图6中，开口228比开口227大，以允许更大的组件穿过。例如，开口228可被提供为允许电力连接件(未示出)穿过加热装置200。开口227、228被调整尺寸为允许组件(例如升降销或电力连接件)穿过而不接触主体201。
一些实施例包括至少一个温度测量设备。温度测量设备可连接至加热装置200、加热元件211、212或远离加热装置。参考图7，温度测量设备214连接至加热元件212，且本领域中的技术人员将理解，可存在连接至任何或所有加热元件的额外温度测量设备214。在一些实施例中，温度测量设备包括电压计或电流计中的一个或多个，以分别测量各个加热元件211、212的电压或电流量。
在一些实施例中，温度测量设备215(见图6)与加热装置200的主体201接触，以直接测量加热装置200主体201的温度。温度测量设备的合适示例包括(但不限于)热敏电阻器及热电耦。
在一些实施例中，温度测量设备216(见图8)定位为远离加热装置200。例如，光学高温计可定位为测量加热装置200主体201或基座组件140或衬底60的温度。
为了防止形成不想要的微粒或使其最小化，一些实施例包括惰性气体以笼罩加热装置200周围。参考图1，冲洗气体注射器106定位为朝加热装置200引导惰性气体流。在不被理论束缚的情况下，相信的是，惰性气体的笼罩可防止石墨主体可能形成微粒的反应。使用惰性气体笼罩也可帮助防止氧气(如果存在的话)与石墨主体201反应。
在一些实施例中，加热装置200周围的绝缘体224(参考图8)使与石墨主体201进行的反应的潜在性最小化。一些实施例的绝缘体224为石英，且在允许电连接的主体201周围形成外壳。石英绝缘体的存在在加热效率上具有最小或可忽略的效应，因为石英透明于来自加热装置200的辐射热。如果加热装置200太靠近基座组件，那么传导性加热的效应可以是显著的。如将由本领域的技术人员所易于了解的，如果升降销179或其他组件需要穿过主体201中的开口227、228，那么在外壳中将存在经适当调整尺寸及定位的开口。在一些实施例中，主体201中的开口227被调整尺寸及定位，使得升降销179距加热器装置主体201具有约5mm至约15mm的范围中的空隙。
在一些实施例中，反射器109(见图8)定位于加热装置200的底面203及处理腔室100的底部102之间。反射器109在防止来自加热装置200的辐射热影响处理腔室时可以是有用的。反射器109也可帮助朝基座组件重新引导辐射能以增加效率。合适的反射器包括(但不限于)铝、银、不锈钢、镀镍不锈钢、涂氧化硅的不锈钢、镀银或金的铝、镀银或金的不锈钢、具有高反射性或高放射率的材料及涂在不锈钢上的高反射性及放射率的材料。反射器109可定位为距加热装置200及腔室100的底部102任何合适的距离。在一些实施例中，反射器109以距加热装置200约10mm至约40mm的范围内的距离定位。
控制系统295(在图7中描述)可用以控制加热装置200。控制系统295可以是用于CVD系统或ALD系统的控制系统的一部分，且电连接至加热装置200。加热装置200与控制系统295一起形成加热系统。对于控制系统295的实体实现而言许多可能性是可用的，且该可能性对于本领域中的技术人员是已知的。控制系统295的任何合适的实施方式可被使用，且提供详细的控制系统295在阅读本公开之后对于本领域中的普通技术人员而言应该是常规任务。
根据一个实施例，控制系统295包括用户输入/输出(I/O)系统296、温度输入297及反馈控制电路298。用户I/O系统296提供用户接口，该用户接口允许用户选择基座或衬底的目标温度或电阻式加热器的目标电压或电流量。
温度输入297可电连接至温度测量设备，以实时获取当前的温度。温度输入297接着将此当前温度传递至反馈控制电路298。以本领域的技术人员熟悉的方式，反馈控制电路298将当前温度及目标温度接收为输入，且产生加热功率控制输出。加热功率控制输出的目的是控制供应至电阻式加热器的功率，使得如温度测量设备所测量的温度尽可能紧密地追踪目标温度。反馈控制电路298可设计为采用本领域中已知的任何合适的反馈控制方法。
本领域中的技术人员将理解，用于控制加热装置的控制系统可包括多个温度测量设备或传感器。各温度传感器可量测单一区域或区的温度。温度传感器可包括热电偶、高温计或其他合适的温度感测装置。也可使用不同类型温度传感器的组合。
尽管本公开已参考特定实施例来描述，应理解，这些实施例仅说明本公开的原理及应用。对于本领域中的技术人员而言将显而易见的是，可在不脱离本公开的精神及范围的情况下对本公开的方法、装置及系统作出各种更改及变化。例如，台子的主体的外区域可不仅被分割成四个区，且也可被分割成大于一个的任何数量的区。在某些实施例中，会提供给这些区中的每个相应的加热功率比率。并且，电阻式加热器区可彼此重叠。各种加热元件可在顶面、底面上或嵌入于台子的主体中。可以通过利用多个温度测量设备(例如热电耦、高温计等等)来提供区域性温度测量。因此，旨在本公开包括所附权利要求书及它们的等效物的范围内的更改及变化。

Claims (18)

1.一种加热装置，包括：
主体，具有顶面、底面及外缘，所述主体包括石墨；以及
至少三个加热元件，所述至少三个加热元件设置在所述主体内并布置成在至少三个径向区中围绕所述加热装置的中心，每个径向区以不同半径与所述加热装置的所述中心分隔开，所述加热元件各自包括由热解石墨组成的连续材料区段。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述主体可以抵挡超过至少1150℃的温度。
3.如权利要求1所述的装置，还包括所述主体上的热解涂层。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述主体还包括开口，所述开口从所述顶面到所述底面穿过所述主体。
5.如权利要求1所述的装置，还包括温度测量设备。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述温度测量设备连接至所述至少三个加热元件并且包括电压表或电流表中的一个或多个。
7.如权利要求5所述的装置，其中所述温度测量设备与所述主体接触并且包括热敏电阻和热电耦中的一个或多个。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述主体基本上仅包括石墨。
9.一种处理腔室，包括：
气体分布组件，具有前表面；
基座组件，具有顶面及底面，所述顶面面向所述气体分布组件的所述前表面，所述顶面在其中具有多个凹槽，各凹槽调整尺寸为在处理期间支撑衬底；以及
加热装置，具有主体，所述主体只包括石墨，所述主体具有面向所述基座组件的所述底面的顶面，所述加热装置包括所述主体内的至少三个加热元件，所述至少三个加热元件由热解石墨组成并布置成在至少三个径向区和至少三个不同的旋转区中围绕所述加热装置的中心，每个径向区以不同半径与所述加热装置的所述中心分隔开，且每个旋转区以不同角度围绕所述加热装置的所述中心。
10.如权利要求9所述的处理腔室，其中所述加热装置将所述基座组件有效加热至一温度，所述温度足以将定位于所述基座组件上的衬底加热至大于700℃的温度。
11.如权利要求9所述的处理腔室，其中所述加热装置连接至100V至500V的范围内的的电源。
12.如权利要求11所述的处理腔室，还包括所述电源和相邻组件之间的绝缘件。
13.如权利要求9所述的处理腔室，其中所述基座组件由支撑柱支撑，且所述加热装置的所述主体还包括开口，所述开口从所述顶面到所述底面穿过所述主体，且所述支撑柱穿过所述主体中的所述开口而不接触所述主体。
14.如权利要求9所述的处理腔室，还包括温度测量设备，所述温度测量设备连接至所述至少三个加热元件，所述温度测量设备包括电压表或电流表中的一个或多个。
15.如权利要求9所述的处理腔室，还包括温度测量设备，所述温度测量设备包括高温计，所述高温计定位为确定所述基座组件的所述顶面上的衬底温度。
16.如权利要求9所述的处理腔室，还包括冲洗气体注射器，所述冲洗气体注射器定位为朝所述加热装置引导惰性气体流。
17.如权利要求9所述的处理腔室，还包括反射器，所述反射器定位于所述加热装置的所述底面和所述处理腔室的壁之间。
18.一种处理腔室，包括：
气体分布组件，具有前表面；
基座组件，具有顶面和底面，所述顶面面向所述气体分布组件的所述前表面，所述顶面在其中具有多个凹槽，各凹槽调整尺寸为在处理期间支撑衬底，所述基座组件连接至支撑柱；以及加热装置，具有主体，所述主体基本上仅包括石墨，所述主体具有面向所述基座组件的所述底面的顶面，所述加热装置包括所述主体内的至少三个热解石墨加热元件，所述至少三个加热元件连接至100V至500V的电源并布置成在至少三个径向区和至少三个不同的旋转区中围绕所述加热装置的中心，每个径向区以不同半径与所述加热装置的所述中心分隔开，且每个旋转区以不同角度围绕所述加热装置的所述中心，所述加热元件将所述基座组件有效加热至足以将定位于所述基座组件上的衬底加热至大于1100℃的温度，所述加热装置包括开口，所述开口从所述顶面至所述底面穿过所述主体，并且所述支撑柱穿过所述主体中的所述开口而不接触所述主体。
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