CN107974668B - 基座组件及处理室 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基座组件及处理室。本文所描述的是气体分配组件及由数个扇形(pie‑shaped)区段制成的基座组件，该数个扇形区段可以被个别地整平、移动或变换。本文还描述的是包含气体分配组件、基座组件及感测器的处理室，并具有反馈电路来调整该基座和该气体分配组件之间的缝隙。本文还描述的是使用该等气体分配组件、基座组件及处理室的方法。

Description

基座组件及处理室
本申请是申请日为2014年2月20日、申请号为201480008685.2、名称为“用于旋转料架原子层沉积的装置以及方法”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明的实施例大体而言是关于用于原子层沉积的装置及方法。特定言之，本发明的实施例是针对用于旋转料架原子层沉积的装置及方法，该旋转料架原子层沉积使用包含数个可独立控制的扇形(pie-shaped)区段的喷头组件及/或基座组件。
背景技术
目前，线性空间原子层沉积(ALD)的单晶圆反应器具有单件的、以石墨为基础的基座来携带晶圆。此设计有利于在固定喷头下的往复式单块基座用于多层埃级(angstromlevel)的沉积。每个循环晶圆必须加速/减速，这会影响额外时间和产量。同时，由于静止的注射器必须覆盖整个晶圆区域，故基座必须比晶圆直径的三倍更长。这将腔室体积和抽气量增加为九倍。每次晶圆需要进行交换时，腔室需要重新稳定压力、温度及流量，从而花费大量的额外时间。因此，目前的线性腔室没有足够大的产量。
线性腔室在真空内具有线性马达和机械导轨，而且元件变得更加昂贵，并且对真空相容性需要较长的提前期。为更好的产量，基座必须更快速地往复移动，使得需要将晶圆真空夹持于基座。这增加了移动和系统设计的复杂性。
典型地，需要将晶圆和喷头之间的缝隙控制到小于约1mm，以利最佳的ALD性能。但因为基座是如此的长，所以无法严格地控制基座的平整度，而且因为基座被固定在四个点，所以基座会不均匀地扩展。目前腔室设计中的缝隙约为1.2mm。没有有效的、用于控制晶圆和喷头之间的缝隙的缝隙控制。垫片被用来控制缝隙，这使得此举为试错法(trail anderror)。同时，基座被支撑在线性致动器上的四个地方，这使得整合困难而且膨胀不均匀。
因此，在现有技术中需要有能够在空间原子层沉积的过程中保持严格控制的缝隙的方法和装置。
发明内容
本发明的实施例是针对包含数个扇形区段的气体分配组件。该数个扇形区段围绕中心轴径向设置并包括数个径向通道。该等径向通道中的每者所具有的形状符合该等扇形区段的形状。
在一些实施例中，该等扇形区段中的至少一者进一步包含至少三个整平单元。在一或更多个实施例中，该三个整平单元中的每一者是独立为运动支架和音圈中的一者。
一些实施例进一步包含可移动的先导扇形区段。在一或更多个实施例中，该可移动的先导扇形区段为可移动的，以允许基板被放在该气体分配组件下方。
在一些实施例中，该数个扇形区段与该可移动的先导扇形区段组合而形成大致圆形的形状。在一或更多个实施例中，该可移动的先导扇形区段为有效区段、虚设区段、加热区段及等离子体处理区段中的一或更多者。在一些实施例中，该可移动的先导扇形区段为可被具有不同效用的扇形区段取代的虚设区段。
在一些实施例中，该数个扇形区段中的每一者可独立地移动离开该气体分配组件。
本发明的附加实施例是针对基座组件，该基座组件包含可转动中心支座以及数个扇形区段。该数个扇形区段围绕该可转动中心支座径向设置。每个扇形区段的至少一部分与该可转动中心支座接触。
在一些实施例中，该可转动中心支座包含石英底座，而且该数个扇形区段中的每一者由该石英底座支撑。在一或更多个实施例中，该石英底座包含固体圆盘，该固体圆盘支撑全部的该数个扇形区段中的每一者。在一些实施例中，该石英底座包含数个辐条(spoke)，该数个辐条延伸自中心轴而形成装有辐条的框架，而且该等扇形区段中的每一者安置(rest on)于至少一辐条上。在一或更多个实施例中，该石英底座包含数个气体通道，该数个气体通道与数个孔流体连通，以允许气体流经该等气体通道而离开该等通道并施加压力于该等扇形区段。
在一些实施例中，该等扇形区段中的每一者通过至少两个连接点连接至该中心支座。在一或更多个实施例中，该等扇形区段中的每一者为石英。在一些实施例中，全部的该等扇形区段被石英气体轴承环支撑于外周缘。
一些实施例进一步包含升降器，以在垂直方向上移动整个基座组件。
本发明进一步的实施例是针对处理室，该处理室包含气体分配组件、基座组件、感测器、数个气体轴承垫以及反馈电路。该气体分配组件可以是任何描述的气体分配组件。该基座组件可以是任何描述的基座组件。该感测器被定位来测定该气体分配组件和该基座组件之间的距离。该反馈电路被连接至该感测器和数个气体轴承垫，该数个气体轴承垫用以将全部的或一部分的该基座组件移动至更靠近及进一步远离该气体分配组件。
在一些实施例中，该等气体轴承垫位于该基座组件上方和下方，以独立移动该等扇形区段中的每一者。在一或更多个实施例中，该等气体轴承垫被连接至独立的升降致动器，以将该气体轴承垫移动至更靠近及进一步远离该气体分配组件。在一些实施例中，该等气体轴承垫位于该基座组件的外周缘。
在一些实施例中，该等气体轴承垫的位置移往该基座组件的该中心轴并邻近该等扇形区段的内缘。在一或更多个实施例中，该基座组件的该等扇形区段并非被支撑在外周缘。一些实施例进一步包含邻近该等气体轴承垫的加热器，以使该等扇形区段被独立地倾斜而相对于该内缘升高或降低该等扇形区段的该外周缘。
附图说明
为获得并详细了解上述发明的特征，可参照图示于附图中的实施例而对以上简单概述的发明作更特定的描述。然而，应注意的是，附图说明的只是本发明的典型实施例，因而不应将附图说明视为是对本发明范围作限制，因本发明可认可其他同样有效的实施例。
图1图示依据本发明的一或更多个实施例的气体分配组件的部分顶部透视图；
图2图示图1的气体分配组件的部分底部透视图；
图3图示依据本发明的一或更多个实施例的基座组件；
图4图示依据本发明的一或更多个实施例的基座组件；
图5图示依据本发明的一或更多个实施例的基座组件；
图6图示依据本发明的一或更多个实施例的基座组件的部分视图；
图7图示依据本发明的一或更多个实施例的基座组件的部分视图；
图8图示依据本发明的一或更多个实施例的处理室的剖面；
图9图示依据本发明的一或更多个实施例的处理室的剖面；
图10图示依据本发明的一或更多个实施例的处理室的剖面；
图11A图示依据本发明的一或更多个实施例的处理室的剖面；
图11B图示依据本发明的一或更多个实施例的处理室的剖面；
图12图示依据本发明的一或更多个实施例的处理室的剖面；以及
图13图示依据本发明的一或更多个实施例的处理室的剖面。
为了便于理解，已在可能处使用相同的元件符号来表示对于图式为相同的元件。构思的是，可以将一个实施例的元件和特征有益地并入其他的实施例中而无需进一步详述。
具体实施方式
本发明的实施例是针对制作空间性ALD腔室的装置及方法，该空间性ALD腔室以在基座上连续处理多个晶圆来提供高的晶圆产量，并最小化缝隙以取得最佳的ALD性能和最少的前体消耗。“圆盘型(pie-style)”多件喷头和基座使得旋转料架ALD腔室能够容易地扩展成用于更大的晶圆尺寸。如本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“圆盘型”意指通常可以被分成多个件的圆形形状。
本发明的一些实施例是针对多件的“圆盘型”喷头注射器设计，并具有径向通道，用于固定的滞留时间。这使得注射器为了平整度而被严格控制，而且容易整合、扩展及可维修。
一或更多个实施例具有有效的各个扇形注射器，该等扇形注射器可以被运动支架机械式地整平在三个点上，并固定在基准结构上，以形成基准平面。扇形注射器可以具有净化孔，用于使气体轴承浮在基座的顶部上，或是具有安装在上面的气体轴承垫。
在一些实施例中，每个扇形注射器皆具有用于在三个点整平的机械、气动或电机制。例如，在每个注射器的三个点处，机械的使用运动支架，气动的使用气体轴承，而电的使用音圈致动器。
在一些实施例中，一个扇形注射器可被制成非有效的或虚设的，并为了晶圆传送而被升起，以允许基座在垂直方向上为静止的。这可以通过节省时间、增加产量、使基座的寿命更长以及降低腔室设计的复杂性来获益。
在一或更多个实施例中，大的环状单件或多件“圆盘型”基座携带多个晶圆，该等晶圆被真空相容的旋转马达旋转，该旋转马达与小的升降致动器整合，用于缝隙控制的。
在一些实施例中，多件基座具有在石英板或辐条或环上的“圆盘型”基座件。这使得基座在平整度和制造方面可被容易地控制。石英具有多种用途，作为扇形基座的支撑底座、作为加热线圈/灯具的窗口以维持效能、以及作为浮动扇形基座的气体轴承。
在一些实施例中，在喷头的顶部上有感测器，以提供有效的缝隙控制，用于获得最佳的工艺参数。在一或更多个实施例中，气体轴承支撑并浮动基座和喷头注射器，而得到更佳的平整度控制，以获得最佳的、与喷头注射器的缝隙控制。
在一些实施例中，单件或多件的基座被三个气体轴承垫上的陶瓷环支撑在外径上，气体轴承垫被支撑在独立的升降致动器上，用于缝隙控制。三个致动器在对喷头注射器平面整平基座平面上提供有效的控制。整合的(诸)旋转马达和(诸)升降器与三个轴承垫致动器同步，用于维持平面性。
在一或更多个实施例中，三个气体轴承垫在内径附近支撑和浮起单件基座。基座被旋转，并被整合的旋转马达和升降致动器升降，用于缝隙控制。旋转马达和升降器可以被安装在喷头的顶部或腔室的底部上。
在一些实施例中，石英窗的整个顶表面具有用于浮动单件或多件基座的气体轴承能力，该基座被耦接到旋转马达的石英扭矩轴从中心驱动。石英窗将由两个板制成，底板将具有用于气体的辊轧通道(milled channel)，而顶板若被机械加工到平可用以覆盖凹槽。该两个板可以用高温胶黏合或可以被熔合在一起。石英气体轴承台可以不旋转，但可以被升降致动用于控制与扇形注射器的缝隙。
在一或更多个实施例中，石英气体轴承只在基座的外径上。所以，基座的外缘在气体轴承环上浮动，而单件或多件扇形基座的中心被机械整平和固定在扭矩轴上，该扭矩轴驱动所有的基座件。这给出了低的旋转质量，并需要小的扭矩马达。可能需要使扇形喷头只在外径和内径表面上浮在基座的顶部上。
在一些实施例中，升降致动器可以被安装在喷头的顶部上或腔室的底部上。安装在顶部的致动可以具有比安装在底部更佳的缝隙管理的益处，因为基准可以被从喷头顶部转移，而安装在底部可能无法与喷头平面有直接的关联。
在一或更多个实施例中，晶圆的传送可以通过几种方法完成。在一种方法中，所有的扇型喷头(包括虚设的)是静止的，但整个基座组件被上升和下降用于晶圆传送和缝隙控制。这意味着每次完成晶圆传送时，再次检查缝隙，并用来自激光感测器的反馈进行校正。在另一种方法中，虚设的扇形喷头被升起用于晶圆传送，然后将虚设的扇形喷头回落到与静止的扇形喷头相同的平面。然而，在Z方向上基座组件在工艺和传送过程中皆是静止的。这允许缝隙在整个工艺和传送步骤中被维持住。
在一些实施例中，虚设的喷头空间可以是用于清洗晶圆和等离子体的双目的性的。
因此，图1图示依据本发明的一或更多个实施例的气体分配组件100的俯视图。图2图示图1的气体分配组件100的一部分的仰视图。术语“气体分配组件”、“喷头”、“喷头组件”及类似者可互换使用。
参照图1和图2，气体分配组件包含：数个围绕中心轴104径向设置的扇形区段102。如图1所图示，中心轴104可以是假想的点或轴，该数个扇形区段102被围绕该假想的点或轴配置。在一些实施例中，该等区段是分开的元件，该等分开的元件可以被组装形成完整的、通常为圆形的气体分配组件，而且不是被气体通道或一些其他假想的或假设的边界分割成区段的单一元件。
有效扇形区段102包括数个径向通道106。图示的每个径向通道106具有符合扇形区段102形状的形状。意思是，径向通道106的形状使得通过径向通道106下方的晶圆的每个点将具有大约相同的、在通道下方的滞留时间。例如，在扇形区段102下方围绕中心轴104转动的晶圆的内缘将以不同于同一晶圆的外缘的线性速度前进。径向通道106在外缘具有比在内缘更大的宽度，所以对晶圆的内缘和外缘来说，尽管线性速度上有此差异，但在通道下方花费的时间量将大约是相同的。换言之，径向通道106可以具有在相对尺寸上类似于扇形区段102形状的扇形。每个通道的实际尺寸可以与相邻的通道不同，如图2所图示。这可以允许某些气体对比其他气体有较长的曝露时间。
如本说明书和所附权利要求书中使用的，“有效(active)”扇形区段102为其中可以完成晶圆处理者。有效扇形区段102可以包括径向通道106或喷头型配置，或是任何其他的处理配置。「虚设(dummy)」区段为其中没有进行处理者。例如，固体扇形区段可被用来作为“虚设”区段。“虚设”区段在结构上可以与有效区段相同，只是没有被用来处理晶圆。每个扇形区段可以独立地为有效区段或虚设区段。
气体分配组件100可以包括一或更多个气体歧管108。图示的气体歧管108由导管110连接到个别的扇形区段102。气体歧管108可以与处理气源(例如气体钢瓶、壳体气体管线或前体安瓿)流体连通。处理气体从处理气源流入气体歧管108，在气体歧管108该处理气体被引导到有效扇形区段102。虽然图式中仅图示出单一个气体歧管108，但将了解的是，可以将一个以上的气体歧管108与每个通过导管连接到有效扇形区段的歧管合并。此外，图示的单一歧管108壳体可设以同时分配一种以上的气体到有效扇形区段102。例如，气体歧管108可以与第一反应气体、第二反应气体、净化气体及真空源流体连通。这些气体和真空中的每一者可以被独立地引导到一或更多个扇形区段。
一些实施例的气体分配组件100具有至少一个扇形区段102，其中气体通道106属于ABABA的配置。意思是，气体通道依序包含第一反应气体通道、第二反应气体通道、第一反应气体通道、第二反应气体通道及第一反应气体通道。在任一方向上通过此区段的表面的晶圆将具有两个层沉积在上面。可以在A和B通道之间包括附加的气体通道，该附加的气体通道包括净化气体通道和真空通道，以隔离气流并最少化前体的气相反应。在一些实施例中，至少一个扇形区段102被设置成ABA的配置。各个区段102可以具有相同的配置或不同的配置，以在晶圆旋转通过整个旋转料架时允许纯的膜或混合的膜的沉积。
图式中图示的实施例包括可移动的先导扇形区段103。可移动的先导扇形区段103可以是可移动的，以允许基板(或晶圆)被放置在气体分配组件100下方。从图式可以看出，可移动的先导扇形区段103比其余的扇形区段102略高。可移动的先导扇形区段103可以是与其他的扇形区段102相同的有效区段或虚设区段。
一些实施例的可移动先导扇形区段103可以被置换成不同的区段。例如，在一个工艺中，可移动的先导扇形区段103最初可以是没有处理能力的虚设区段。在第一工艺之后，可移动的先导扇形区段103可以被升举，以允许晶圆被放置在气体分配组件100下方，然后被有效扇形区段置换。因此，可移动的先导扇形区段可以是任何类型的区段(例如有效的或虚设的)。在一些实施例中，可移动的先导扇形区段103为有效区段、虚设区段、加热区段及等离子体处理区段中的一或更多者。在一些实施例中，可移动的先导扇形区段103是可以被具有不同目的的扇形区段(例如有效区段)置换的虚设区段。在一些实施例中，数个扇形区段102、103中的每一者可被独立地自气体分配组件100移除及/或被独立地置换。个别的扇形注射器或扇形区段中的任一者可以被制成无效的或虚设的，而且可以为了晶圆传送而被升举，以允许基座在垂直方向上为静止的。
在一些实施例中，气体分配组件100的整体形状(包括所有扇形区段的组合)形成了大致圆形的形状。如本说明书和所附权利要求书中使用的，术语“大致圆形的”意指气体分配组件的整体形状通常为圆形的，但并未隐含任何特定的精确或准确度。
个别的扇形区段102和可移动的先导扇形区段103中的每一者可以独立于其他的扇形区段102、103进行整平。在图式中所图示的实施例中，至少一个扇形区段102包括至少三个整平单元112。通过合并至少三个整平单元112，各个扇形区段102、103可被整平成平行于基座或晶圆的平面，而不需要整平单个大的气体分配组件100。整平单元112的数量可以改变。在一些实施例中，有三个整平单元112。此举可以是有用的，因为定义一个平面需要三个点。然而，也可以包括另外的整平单元112。在一些实施例中，该等扇形区段中的一或更多者包括4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多个整平单元112。
整平单元112可以分布于各个扇形区段102、103周围。图示于图1和图2的扇形区段102、103在大致为三角形的区段的每个角落具有单个整平单元112。这允许独立地整平扇形区段102、103的内缘和外缘，以允许中央部分的高度被固定，而且外缘的高度被固定并形成一个角度，使得扇形区段102、103的前面114平行于相关的表面。
整平单元112可以独立为任何适当的整平单元。在一些实施例中，整平单元112包含运动支架。在一些实施例中，整平单元包含音圈。在一或更多个实施例中，三个整平单元112中的每个皆独立为运动支架和音圈中的一者。个别的扇形注射器可以被运动支架机械式地整平在三个点上并固定在基准结构上，以形成基准平面。每个整平单元112可以独立为机械的、气动的或电的机制，用以在三个点整平扇形区段。例如，在每个注射器的三个点上具有运动支架的机械机制、具有气体轴承的气动机制以及具有音圈致动器的电机制。
基座组件200被用来在处理过程中支撑一或更多个晶圆。图3图示单件基座组件200，单件基座组件200包括可转动中心支座220和数个延伸自中心支座222的辐条222。虽然图示出三个辐条222，但将了解的是，可以采用更多或更少的辐条。辐条的长度和厚度可以视若干因素而改变，该等因素包括但不限于基座201的直径及基座201的重量。图3中图示的基座组件200包括支撑基座201的底座203。底座203接着被数个辐条222支撑。底座203可以由任何适当的材料制成，该材料包括但不限于石英和陶瓷。
图3中图示的单件基座可以特别有用于图1和图2中图示的多件气体分配组件100。假设基座201足够平坦，则数个扇形区段102、103可以被整平，使得每个扇形区段平行于基座201。
基座201可以在基座201的顶表面中包括至少一个凹槽(未图示)。可以订制该凹槽的尺寸，以通过完全与晶圆的背表面接触或通过支撑晶圆的外周缘来支撑晶圆。订制一些实施例的凹槽尺寸，以确保晶圆的顶表面大致上与基座201的顶表面共面。
图4图示具有数个扇形区段202的基座组件200，数个扇形区段202被径向设置在可转动中心支座220的周围。每个扇形区段202的至少一部分与可转动中心支座220接触，使得中心支座220可被用于旋转整个基座组件200，包括每个个别的扇形区段202。在一些实施例中，该等区段是分开的元件，该等分开的元件可以被组装形成完整的、通常是圆形的基座组件，而不是由一些假想的或假设的边界分成区段的单一元件。
在图4图示的实施例中，可转动中心支座220包括单一石英底座203，单一石英底座203包含固体圆盘的材料。数个扇形区段202中的每个是由石英底座203所支撑，而且石英底座是由数个延伸自中心支座220的辐条222所支撑。
数个扇形区段202中的每个包括数个整平单元212。此举允许每个扇形区段202被相对于气体分配组件单独整平，使得在基座组件200的旋转过程中，各个扇形区段202及任何被固持在扇形区段202上的晶圆与气体分配组件保持均一的距离。
图5图示基座组件200的另一个实施例，其中底座包含数个辐条222，数个辐条222从中心轴延伸而形成装有辐条的框架。每个扇形区段202安置于装有辐条的框架的辐条222上，使得每个区段202的边缘被直接支撑在辐条222上方。这种配置减少了底座的总重量，因为所需要的材料的宽度足以支撑区段202的边缘，而不需要在边缘之间附加材料。各个扇形区段202包括数个整平单元212，从而允许每个扇形区段202被独立地整平。
图6图示基座组件200的另一个实施例，基座组件200包含数个连接到中心轴220的扇形区段202。每个扇形区段202的内缘230被至少一个整平单元212连接到中心轴220。整平单元212提供扇形区段202和中心轴220之间的固定点，还允许每个区段的内缘被整平。在一些实施例中，扇形区段202被至少两个整平单元212连接到中心轴220，如图式中所示。每个扇形区段202的外缘231未实体连接到任何元件。因此，在每个扇形区段202的内缘230上具有至少两个整平单元212有助于防止各个区段202由于中心轴220旋转所产生的扭矩而扭转。
每个扇形区段202的外缘231乘坐在气体轴承环240上(或上方)。气体轴承环240包括数个气体通道242，数个气体通道242与数个孔244及气源(未图示)流体连通。气体从气源流到气体轴承环240、流过气体通道242并从数个孔244流出，以施加压力于扇形区段202的底侧233，为区段202的外缘231提供支撑。可以调整流过气体通道242和从孔244流出的气体压力，以使区段202的外缘231向上或向下移动，从而改变区段202的倾斜并允许该等区段被整平。
气体轴承环240可以是单个连续件或数个单独的区段。在单个件时，通过气体轴承的气流在整个环各处将是大约相同的。然而，当使用多个区段时，各个区段可以允许更精确地控制基座组件相对于气体分配组件的平行度。
各个扇形区段202可以由任何适当的材料制成。由于大部分的区段202是由气垫和在中心轴的连接所支撑，使用重量轻但坚固的材料可能是有用的。在一些实施例中，各个扇形区段202包含石英。通过有效地使用石英制作基座组件200，可以将加热灯具或光学元件定位在基座下方，以利用石英的透明度。
气体轴承环240可以由任何适当的材料制成。在一些实施例中，气体轴承环240包含石英。当气体轴承环240是石英时，可以将加热灯具及其他的光学元件定位在环240的下方而不会减损有效性。
气体轴承环240的大小和位置可以改变。气体轴承环240可以从中心轴220的边缘延伸到超过基座扇形区段202的外周缘231的点。在一些实施例中，气体轴承环240被定位在中心轴220边缘的2cm内。
气体轴承环240可以具有任何适当的大小并包括任意数量的气体通道242。图7图示包含气体轴承环240的替代实施例。此处，各个扇形区段202被至少一个整平单元212连接到中心轴220，并且剩余部分的区段被气体轴承环240支撑。此实施例中的气体轴承环240明显大于图6的气体轴承环240，而且包括许多更多的气体通道242。气体通道242达成与图6的气体通道相同的目的，该目的是提供扇形区段202的支撑与整平。
气体轴承环240也可位于紧靠中心轴220。图9图示这种类型的实施例。紧靠基座组件200的中心轴220的气体轴承环240使扇形区段202枢转，从而迫使外缘231向上或向下，以使扇形区段202平行于气体分配组件100。
参照图8，本发明另外的实施例是针对包含气体分配组件100和基座组件200的处理室300。一些实施例的处理室300属于旋转料架类型的配置，其中多个晶圆被基座组件200支撑，并在气体分配组件100下方旋转。
定位感测器320，以测定气体分配组件100与基座组件200之间的距离。感测器可以是任何适当的感测器，包括但不限于能够量测距离的激光感测器。
气体分配组件100和晶圆的顶表面之间的距离可以被调整，并且可以对来自气体分配组件的气流效率产生影响。假使该距离过大，则气流会在碰到晶圆表面之前向外扩散，导致原子层沉积反应的效率较低。假使该距离过小，则气流可能无法流过整个表面到达气体分配组件的真空口。在一些实施例中，晶圆表面和气体分配组件之间的缝隙是在约0.5mm至约2.0mm的范围中，或在约0.7mm至约1.5mm的范围中，或在约0.9mm至约1.1mm的范围中，或约1.0mm。
基座组件200可以是如上参照图3至图7所描述的单件或多件基座组件。将气体轴承垫240定位于基座组件下方，位在基座组件200的外周缘231。还将气体轴承垫245定位于基座组件上方，位在基座组件的外周缘231。气体轴承垫340、345可被结合用于整平基座组件。
反馈电路321被连接到感测器320和数个气体轴承垫240、245。反馈电路321传送来自感测器320的距离量测值，并提供指令给气体轴承垫340、345，以将全部的或部分的基座组件200移动到更靠近及/或进一步远离气体分配组件100。
如图8所图示，基座组件200可以包括升降器310，以在垂直方向上移动整个基座组件200。升降器310可被连接到基座组件200的中心轴220。当定位基座组件时，中心轴220被升降到适当的位置，并且调整基座的外周缘，以使基座平行于气体分配组件。
在一些实施例中，气体轴承垫240被连接到独立的升降致动器330，以将气体轴承垫240移动到更靠近和进一步远离气体分配组件100及/或基座组件200。替代的或附加地，改变气体轴承垫240中的气体压力，升降致动器330可以升高或降低气体轴承垫240，以影响基座组件相对于气体分配组件的平行度。
加热器340或加热组件可被定位在基座组件200下方及/或邻近气体轴承垫240。加热器可以位于处理室内任何适当的位置，该位置包括但不限于基座组件200下方及/或基座组件200与气体分配组件100相对的侧。加热器340提供足够的热到处理室，以使晶圆的温度上升到可用于工艺的温度。适当的加热组件包括但不限于电阻加热器及辐射加热器(例如数个灯具)，该辐射加热器将辐射能导往基座组件的底表面。
加热器340还可以被用来影响基座组件200相对于气体分配组件100的平行度。升高基座组件200的一部分扇形区段202的温度可以使组件枢转，从而升高或降低基座组件的外周缘。此外，加热器可被用来改变离开气体轴承垫240、245的气体的温度，从而影响撞击基座组件200的气体的压力。
在图8图示的实施例中，气体轴承垫240、245被定位于基座组件200和扇形区段202的外周缘231。图9图示处理室300的替代实施例，其中气体轴承垫240、245的位置移往基座组件200的中心轴220并邻近扇形区段202的内缘230。在一些实施例中，如图9所图示，扇形区段202的外周缘231未被支撑。
图10图示处理室300的另一个实施例，其中基座组件下方的气体轴承垫240大约从扇形区段202被连接到中心轴220的点延伸到区段202的外周缘231。此与图7图示的实施例类似。另外，气体轴承垫245被定位在基座组件和气体分配组件之间。此气体轴承垫可以是局部的垫，意味着存有缝隙，以允许来自气体分配组件的气体从中通过而接触基座组件上的晶圆。上方的气体轴承垫还可以是大致透明的，像是石英，以允许光学量测及光从中通过。
参照图11A和图11B，用以旋转基座组件200及/或升高/降低基座组件200的机构可以被定位在数个位置。图11A图示位于基座组件200和气体分配组件100上方的旋转器/致动器机构。该机构可以延伸通过气体分配组件100的中央区域到达基座组件。在图11B中，旋转器/致动器机构被定位在基座组件200下方。
图12图示依据一些实施例的处理室300，其中晶圆被装载或卸载。在本实施例中，将基座组件200向下移动远离气体分配组件100，以提供足够的空间供机器人技术400递送晶圆60，或从基座组件200拾取晶圆60。当向下移动该基座组件时，致动器330、升降器310、加热器340及气体轴承垫240中的每一者可以被独立地移动或群组地移动。一旦晶圆60被放入其中一个扇形区段202的凹槽中，则该基座组件可以旋转，以允许放入下一个晶圆，或是可以被往气体分配组件100移动。完成装载/卸载工艺之后，基座组件200被向上移往气体分配组件100。在这样做时，升降器310、致动器330、加热器340及气体轴承垫240全部被独立地或群组地升起。然后使用气体轴承垫240或本文描述的其他调整机构调整基座区段的平行性。
图13图示其中晶圆被装载或卸载的另一种处理室300。此处，基座组件200和气体分配组件100保持在大致上相同的位置，而且只有可移动先导扇形区段103被移动。图13图示已经被上升到装载/卸载位置之后的可移动区段103。一旦一或多个晶圆已被装载/卸载，则将可移动区段103降回原位，并如本文所述进行平行性调整。
用于本发明的实施例的基板可以是任何适当的基板。在详细的实施例中，基板是刚性的、分离的、通常为平面的基板。如本说明书和所附权利要求书中所使用的，当指称基板时，术语“分离的(discrete)”意指基板具有固定的尺寸。具体实施例的基板是半导体晶圆，例如直径200mm、300mm或450mm的硅晶圆。
如本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“反应气体”、“反应前体”、“第一前体”、“第二前体”及类似者是指能够与基板表面或基板表面上的层反应的气体和气态物种。
在一些实施例中，可以在等离子体增强原子层沉积(PEALD)工艺的过程中形成一或更多个层。在一些工艺中，使用等离子体提供足够的能量来促进物种进入激发状态，在激发状态中表面反应变得顺利和可能。将等离子体引入工艺可以是连续的或脉冲的。在一些实施例中，前体(或反应气体)和等离子体的连续脉冲被用来处理一个层。在一些实施例中，可以在本地(即处理区域内)或远端(例如处理区域之外)将试剂离子化。在一些实施例中，远端离子化可以发生在沉积室的上游，使得离子或其他高能或发光的物种不与沉积膜直接接触。在一些PEALD工艺中，等离子体是在处理室的外部产生的，例如通过远端等离子体产生器系统。等离子体可以经由本领域技术人员已知的任何适当的等离子体产生工艺或技术产生。例如，等离子体可以通过微波(MW)频率产生器或射频(RF)产生器中的一或更多者产生。等离子体的频率可以视所使用的特定反应物种进行调整。适当的频率包括但不限于2MHz、13.56MHz、40MHz、60MHz及100MHz。虽然在本文所揭示的沉积工艺过程中可以使用等离子体，但应当注意的是，等离子体可以不是必须的。事实上，其他的实施例是关于在非常温和的条件下未使用等离子体的沉积工艺。
依据一或更多个实施例，基板是在所述腔室中进行处理之前及/或之后接受处理的。这种处理可以在同一腔室中或在一或更多个单独的处理室中进行。在一些实施例中，将基板从第一腔室移到独立的第二腔室，以进行进一步的处理，并且任一个腔室或两个腔室皆符合所描述的实施例。可以将基板从第一腔室直接移到单独的处理室，或者可以将基板从第一腔室移到一或更多个移送室，然后移到所需的单独处理室。因此，处理装置可以包含与传送站连通的多个腔室。可以将这种类型的装置称为“群集工具”或“群集系统”及类似者。
一般来说，群集工具是包含多个腔室的模块化系统，该多个腔室进行各种功能，包括基板中心查找和定向、除气、退火、沉积及/或蚀刻。依据一或更多个实施例，群集工具至少包括第一腔室和中央移送室。中央移送室可以容纳机器人，该机器人可以在处理室和负载锁定腔室之间运送基板。该移送室通常保持在真空条件，并提供用于从一个腔室运送基板到另一个及/或到负载锁定腔室的中间阶段，该负载锁定腔室位在群集工具的前端。两种可适用于本发明的众所周知群集工具是
Figure BDA0001514856160000151
和
Figure BDA0001514856160000152
两者皆可向美国加州圣克拉拉的应用材料公司(Applied Materials,Inc.,of Santa Clara,Calif.)取得。一个这样的阶段性真空基板处理装置的细节揭示于Tepman等人在1993年2月16日获授权、标题为“阶段性真空晶圆处理装置及方法(Staged-Vacuum Wafer Processing Apparatus andMethod)”的美国专利第5,186,718号中。然而，可以为了进行本文所描述的工艺的特定步骤的目的而改变腔室的确切配置及组合。可以使用的其他处理室包括但不限于循环层沉积(CLD)、原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、蚀刻、预清洗、化学清洗、诸如RTP的热处理、等离子体氮化、除气、定向、羟化及其他的基板工艺。通过在群集工具上的腔室中进行工艺可以避免基板的表面被大气中的杂质污染，并且在沉积随后的膜之前没有被氧化。
依据一或更多个实施例，基板是连续处于真空或“负载锁定”的条件下，而且当被从一个腔室移到下一个腔室时未曝露于环境空气。因此，传送室处于真空，而且在真空压力下被“抽空(pumped down)”。惰性气体可以存在于处理室或传送室中。在一些实施例中，惰性气体被用来作为净化气体，以在基板的表面上形成硅层之后去除一些或全部的反应物。依据一或更多个实施例，净化气体是在沉积室的出口注射，以防止反应物从沉积室移动到传送室及/或另外的处理室。因此，惰性气体的流动在腔室的出口处形成了帘幕。
在处理过程中，可以将基板加热或冷却。这样的加热或冷却可以通过任何适当的手段来实现，该手段包括但不限于改变基板支座的温度以及使加热或冷却气体流到基板表面。在一些实施例中，基板支座包括可被控制来传导性地改变基板温度的加热器/冷却器。在一或更多个实施例中，将所采用的气体(不是反应气体就是惰性气体)加热或冷却，以局部改变基板温度。在一些实施例中，将加热器/冷却器定位在腔室内邻近基板表面，以对流式地改变基板温度。
在处理过程中基板也可以是静止的或转动的。转动的基板可以被连续地转动或在分开的步骤中被转动。例如，基板可以在整个工艺中围绕自身的中心轴转动，或是基板可以在曝露于不同的反应或净化气体之间被少量地转动。在处理过程中转动基板(无论是连续地或在步骤中)可以通过最小化例如气流几何形状中的局部变异的影响而有助于产生更均匀的沉积或蚀刻。
虽然已经参照特定的实施例来描述本文中的发明，但应了解的是，这些实施例只是说明本发明的原理和应用。对于本技术领域普通技术人员而言，将显而易见的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明的方法和装置作出各种修改和变化。因此，意图使本发明包括在所附权利要求书及其等同物的范围内的修改和变化。

Claims (12)

1.一种基座组件，包括：
石英底座，所述石英底座具有多个环形气体通道，所述环形气体通道与多个孔流体连通，使得气体能够流过所述环形气体通道并且穿过所述石英底座的顶部流出所述孔；
可转动中心支座，所述可转动中心支座包括多个辐条，所述多个辐条自中心轴延伸而形成装有辐条的框架，所述多个辐条支撑所述石英底座；以及
多个扇形区段，所述多个扇形区段围绕所述可转动中心支座而径向设置，其中每一个扇形区段的至少一部分接触所述可转动中心支座并且所述多个扇形区段中的每一个由所述石英底座支撑，
其中所述石英底座从所述中心轴的边缘延伸到所述扇形区段的外周缘，并且流过所述气体通道并流出所述孔的气体是可调整的从而向所述多个扇形区段施加压力并整平所述多个扇形区段。
2.如权利要求1所述的基座组件，其中所述扇形区段中的每一个通过至少两个连接点连接至所述中心支座。
3.一种处理室，包括：
气体分配组件；
如权利要求1所述的基座组件；
感测器，所述感测器被定位来测定所述气体分配组件与所述基座组件之间的距离；
多个气体轴承垫；以及
反馈电路，所述反馈电路连接所述感测器与多个气体轴承垫，所述多个气体轴承垫用以将所述基座组件的全部或一部分移动更靠近及进一步远离所述气体分配组件。
4.如权利要求3所述的处理室，其中所述基座组件的所述扇形区段中的每一个通过至少两个连接点连接至所述中心支座。
5.如权利要求3所述的处理室，其中所述气体轴承垫被定位在所述基座组件上方和下方以独立地移动所述扇形区段中的每一个。
6.如权利要求3所述的处理室，其中所述气体轴承垫被定位成以下中的一者或多者：定位在所述基座组件的外周缘处或朝向所述基座组件的所述中心轴并邻近所述扇形区段的内缘而定位。
7.一种基座组件，包括：
可转动中心支座，所述可转动中心支座包括中心轴和石英底座，所述石英底座包括多个气体通道，所述多个气体通道与多个孔流体连通，所述多个气体通道从所述石英底座的内周缘延伸到所述石英底座的外周缘；以及
多个石英扇形区段，所述多个石英扇形区段围绕所述可转动中心支座而径向设置，其中每一个石英扇形区段的至少一部分接触所述可转动中心支座并且所述多个石英扇形区段中的每一个从所述中心轴到所述扇形区段的所述外周缘由所述石英底座支撑，
其中所述多个孔允许气体流过所述气体通道而离开所述气体通道并且向所述扇形区段施加压力并且整平所述多个扇形区段。
8.如权利要求7所述的基座组件，其中所述扇形区段中的每一个通过至少两个连接点连接至所述中心支座。
9.一种处理室，包括：
气体分配组件；
如权利要求7所述的基座组件；
感测器，所述感测器被定位来测定所述气体分配组件与所述基座组件之间的距离；
多个气体轴承垫；以及
反馈电路，所述反馈电路连接所述感测器与多个气体轴承垫，所述多个气体轴承垫用以将所述基座组件的全部或一部分移动更靠近及进一步远离所述气体分配组件。
10.如权利要求9所述的处理室，其中所述基座组件的所述扇形区段中的每一个通过至少两个连接点连接至所述中心支座。
11.如权利要求9所述的处理室，其中所述气体轴承垫被定位在所述基座组件上方和下方以独立地移动所述扇形区段中的每一个。
12.如权利要求9所述的处理室，其中所述气体轴承垫被定位成以下中的一者或多者：定位在所述基座组件的外周缘处或朝向所述基座组件的所述中心轴并邻近所述扇形区段的内缘而定位。
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