CN113994461A - 内嵌微波批量除气腔室 - Google Patents

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Abstract

本文提供用于基板处理腔室的方法和设备。在一些实施例中，基板处理腔室包括腔室主体，所述腔室主体具有侧壁，所述侧壁限定具有多边形形状的内部体积；设置在腔室主体的上部中的可选择性密封的细长开口以用于将一个或多个基板转移进入或离开腔室主体；设置在腔室主体的第一端处的漏斗，其中漏斗的尺寸沿着从腔室主体的外表面到内部体积的方向增大；以及设置在与漏斗相对的腔室主体的第二端处的泵端口。

Description

内嵌微波批量除气腔室
技术领域
本公开内容的实施例总体涉及基板处理系统，并且更具体地涉及在基板处理系统中使用的除气腔室。
背景技术
在半导体基板的处理中，例如在基板上执行沉积或其他处理之前，通常在处理之间对基板进行除气以从基板移除吸收的气体、水分等。如果所吸收的气态杂质在后续处理之前未被移除，则所吸收的气态杂质可能在处理期间不期望地放气，从而导致污染、质量降低等。发明人观察到典型的除气腔室一次处理单个基板。可提供多个除气腔室以增加产量。然而，这种解决方案是昂贵的并且留下庞大的占地面积。
因此，发明人提供一种用于从一个或多个基板移除水分的改进的处理腔室。
发明内容
本文提供了用于基板处理腔室的方法和设备。在一些实施例中，基板处理腔室包括：腔室主体，所述腔室主体具有侧壁，所述侧壁限定具有多边形形状的内部体积；设置在腔室主体的上部中的可选择性密封的细长开口，以用于将一个或多个基板转移进入或离开腔室主体；设置在腔室主体的第一端处的漏斗，其中漏斗的尺寸沿着从腔室主体的外表面到内部体积的方向增大；以及设置在与漏斗相对的腔室主体的第二端处的泵端口。
在一些实施例中，除气腔室包括：腔室主体，所述腔室主体包括具有规则多边形形状的内部体积，其中腔室主体包括可选择性密封的细长开口以用于将一个或多个基板转移进入或离开腔室主体；基板支撑件，所述基板支撑件设置在内部体积中并被配置成支撑一个或多个基板，其中基板支撑件至少可移动到与细长开口对准的升高位置以及降低位置；热源，所述热源被配置成在一个或多个基板被设置在基板支撑件上时加热所述一个或多个基板；在腔室主体中的多个开口，所述多个开口被配置成使气体流入内部体积；以及排气端口，所述排气端口设置在腔室主体中。
在一些实施例中，微波除气腔室包括：腔室主体，所述腔室主体包括具有规则多边形形状的内部体积，其中腔室主体包括用于将一个或多个基板转移进入腔室主体的第一可选择性密封的细长开口以及用于将一个或多个基板转移离开腔室主体的第二可选择性密封的细长开口；基板支撑件，所述基板支撑件设置在内部体积中并被配置成支撑多个基板；微波源，所述微波源在腔室主体的第一端处耦合至腔室主体；以及泵，所述泵在与第一端相对的腔室主体的第二端处耦合至腔室主体。
以下描述本公开内容的其他和进一步的实施例。
附图说明
可通过参考附图中所描绘的本公开内容的说明性实施例来理解以上简要概述并将在下文更详细讨论的本公开内容的实施例。然而，附图仅示出本公开内容的典型实施例，并且因此附图不应被认为是对范围的限制，因为本公开内容可允许其他等效实施例。
图1是根据本公开内容的至少一些实施例的基板处理腔室的示意性侧视图。
图2是图1的基板处理腔室的示意性俯视图。
图3是面向图1的基板处理腔室的第二端的局部等距视图。
图4是面向图1的腔室主体的第一端的局部等距视图。
图5是根据本公开内容的至少一些实施例的基板处理腔室的示意性侧视图。
为了便于理解，在可能的情况下使用相同的附图标记来标示附图中共有的相同要素。附图未按比例绘制，并且可能为了清楚起见而简化。一个实施例的要素和特征可有益地并入其他实施例中而无需进一步详述。
具体实施方式
本文提供了基板处理腔室的实施例。可有利地将基板处理腔室与多腔室处理工具对准放置以节省物理占地面积并增加产量。例如，可有利地将基板处理腔室放置在多腔室处理工具的负载锁定腔室的下方，使得工具的占地面积不会增加。适合与本公开内容的基板处理腔室一起使用的多腔室处理工具的示例为任何一种Applied
Figure BDA0003414869890000031
处理工具的产品线，其可从加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司商购。来自应用材料公司或其他制造商的其他处理腔室也可受益于本文公开的创新设备。
在一些实施例中，基板处理腔室被配置成支撑一个基板，并经由嵌入在基板支撑件中的电阻加热器对基板执行除气处理。在一些实施例中，基板处理腔室被配置成支撑一个或多个基板，以便有利地经由微波加热来对一个或多个基板执行批量除气处理。基板处理腔室包括可配置的气流和泵送布置，以适应各种类型的基板和各种批量大小的除气。例如，硅半导体基板、聚合物基板、环氧树脂基板或适合经由微波能量源移除水分的任何其他基板。本文所述的基板处理腔室可在大气压或低于大气压的压力(例如1×10-7帕斯卡)使用。
图1是根据本公开内容的至少一些实施例的基板处理腔室的示意性侧视图。基板处理腔室100包括：具有侧壁104的腔室主体102、盖112以及包围内部体积124的腔室底板114。在一些实施例中，侧壁104定义了具有多边形形状的内部体积。在一些实施例中，侧壁104定义具有规则多边形形状的内部体积。例如，如图1所示，侧壁104形成八边形形状。在一些实施例中，侧壁104定义圆形形状的内部体积124。侧壁104包括多个开口134以使气体流入内部体积124。在一些实施例中，多个开口134围绕腔室主体102对称地布置以有利地跨一个或多个基板的表面提供更均匀的气流。
腔室主体102包括上部106和下部108。盖112设置在上部106的上表面上。下部108包括基底板146，基底板146具有定义腔室底板114的表面。
可被选择性密封的第一细长开口110(例如，狭缝阀开口)设置在腔室主体102的上部106中，以用于转移一个或多个基板进入或离开腔室主体102。例如，第一细长开口110可促进在腔室主体与多腔室处理工具的工厂接口之间转移一个或多个基板。在一些实施例中，可被选择性密封的第二细长开口120(例如，第二狭缝阀开口)设置在腔室主体102的上部106中以用于转移一个或多个基板进入或离开腔室主体102。例如，第二细长开口120可促进在腔室主体102与多腔室处理工具的负载锁定腔室或其他腔室之间转移一个或多个基板。在一些实施例中，第一细长开口110与第二细长开口120相对地设置。
腔室主体102包括与第二端118相对的第一端116。微波源144在第一端116处耦合至腔室主体102。微波源144被配置成向内部体积124提供体积加热以对设置在内部体积124内的一个或多个基板除气。在一些实施例中，微波源是可变频率微波源，其中每个频率在短暂的时间期间内有效(active)。例如，在一些实施例中，短暂的时间期间是毫秒级的。在一些实施例中，微波源以在约5.0千兆赫兹(gigahertz)至约7.0千兆赫兹范围内的频率向腔室主体102提供微波能量。在一些实施例中，微波源提供具有在约5.85千兆赫兹至约6.65千兆赫兹范围内的微波频率的微波能量。在一些实施例中，微波能量来自宽C波段源。在一些实施例中，扫描速率在C波段中的4096个频率上为每个频率约0.25微秒。使用可变频率和快速扫描可防止驻波形成和电荷积累以及对旋转热负载的需求。使用可变频率还允许均匀的跨基板温度分布。
在一些实施例中，第一端116包括维修门122，维修门122可选择性地从腔室主体102的其余部分密封和移除。维修门122有利地可移除以允许对腔室主体102的内部体积124内的部件进行维修和安装。漏斗126从腔室主体102的外表面延伸到侧壁104中的一个侧壁104，以将内部体积124暴露于由微波源144提供的微波能量。在一些实施例中，漏斗126可在维修门122所限定的侧壁104中的一个侧壁104中。在一些实施例中，微波源144提供具有给定波长的微波，并且漏斗126设置为距设置在内部体积124中的基板支撑件136的最接近部分至少两倍给定波长，以在一个或多个基板设置在基板支撑件136上时对所述一个或多个基板提供更均匀的加热。
第二端118包括设置在腔室主体102的与漏斗126相对的泵端口132或排气端口。泵端口132流体地耦合至泵130。泵130可为适合于从内部体积124抽空除气后的材料的任何泵。在一些实施例中，泵适配器128设置在泵端口132与泵130之间以促进将各种不同的泵耦合至泵端口132。
在一些实施例中，如图5所示，基板支撑件502设置在腔室主体102的内部体积124中，并且被配置成支撑一个基板。基板支撑件502包括基座504，基座504耦合至轴506，轴506延伸通过基底板146中的开口(例如，中心开口306)。基座504包括电阻加热器504，电阻加热器504嵌入在基座504中并耦合至电源以加热设置在基座504上的基板。基板支撑件502耦合至第一致动器150，第一致动器150至少在转移位置与处理位置之间控制基座504的位置。
在一些实施例中，并且如图1所示，基板支撑件136被配置成支撑多个基板。例如，在一些实施例中，基板支撑件136包括多个支撑构件142，多个支撑构件142沿着基板支撑件的共同轴线以垂直间隔开的定向设置(例如，沿着垂直轴线对准)。尽管示出了三个支撑构件142，但基板支撑件136可包括任何数量的支撑构件142。在一些实施例中，多个支撑构件142耦合至基环138，基环138设置在多个支撑构件142下方。在一些实施例中，基板支撑件136包括与多个支撑构件142相对应的多个升降构件220(下文讨论)。多个升降构件220耦合至升降环140，升降环140设置在多个升降构件220下方。
在一些实施例中，基环138耦合至第一致动器150，第一致动器150至少在转移位置与处理位置之间控制多个支撑构件142的位置。在一些实施例中，升降环140耦合至第二致动器160，第二致动器160独立于多个支撑构件142的位置而控制多个升降构件220的位置。第一致动器150和第二致动器160可为任何合适的线性运动控制器，诸如线性驱动伺服致动器电机等。第一致动器150和第二致动器160可设置在腔室主体102的外部，并且穿过在腔室主体102的腔室底板114中的开口，所述开口由例如不锈钢波纹管等密封。
图2是基板处理腔室100的示意性俯视图。支撑构件142可配置为具有中央开口的环(如图2所示)或板，或一些其他平面的几何形状。将支撑构件142设置为环或板有利地提供了对基板的完全支撑，并且在某些应用中(诸如当基板设置在支撑构件142上时被加热时)可进一步帮助使翘曲的基板平坦化。
每个支撑构件142包括基本上平面的支撑表面以支撑具有给定尺寸的基板(例如，圆形基板的给定直径，矩形基板的给定长度和宽度等)。在一些实施例中，可在支撑表面上设置一个或多个支撑引导件以引导基板朝向支撑表面上的中心位置。
每个升降构件220包括一个或多个升降表面218。在一些实施例中，一个或多个升降表面218是向内延伸的指状物。在一些实施例中，每个支撑构件142包括沿着外围边缘的多个狭槽216以容纳一个或多个升降表面218。升降表面218是基本上平坦的表面以支撑相应的基板并且被配置成支撑如上文针对支撑表面讨论的具有给定尺寸的基板。在一些实施例中，可针对每个相应的支撑构件142提供多个升降构件220。例如，如图2所示，针对每个相应的支撑构件142提供一对升降构件220。在一些实施例中，针对每个相应的支撑构件142提供一对升降表面218。
多个升降构件220(和对应的升降表面218)可相对于支撑构件142在处理位置与转移位置之间移动，在处理位置中，升降表面218设置成与支撑构件142的支撑表面共面或在支撑构件142的支撑表面下方，在转移位置中，升降表面218设置在支撑表面上方。
在一些实施例中，在基环138中提供一个或多个开口212以促进将基环138耦合至第一致动器150。第一致动器150可包括致动器轴，所述致动器轴可延伸穿过腔室底板114中的开口并耦合至基环138。在一些实施例中，在升降环140中设置一个或多个开口214以促进将升降环140耦合至第二致动器160。第二致动器160可包括致动器轴，所述致动器轴可延伸穿过腔室底板114的开口并耦合至升降环140。
在一些实施例中，腔室主体102的上表面包括围绕侧壁104设置的O形环槽206。O形环槽206被配置成容纳O形环以提供盖112与腔室主体102之间的密封。在一些实施例中，O形环槽206可与侧壁104的形状相对应。例如，如图2所示，O形环槽206具有八边形形状。在一些实施例中，腔室主体102包括RF垫片槽208以容纳金属RF垫片。RF垫片槽208设置在侧壁104与O形环槽206之间。RF垫片槽208被配置成接收RF垫片以有利地减少或防止微波能量泄漏到设置在O形环槽206中的O形环并使所述O形环降解。在一些实施例中，腔室主体102在维修门122与腔室主体102的剩余部分之间的接口处包括O形环槽和RF垫片槽的类似设置。
在一些实施例中，气源202流体地耦合至腔室主体中的多个开口134以向内部体积124提供气流，以协助将不需要的材料(诸如水分)从内部体积124移除。在一些实施例中，气源202被配置成从多个侧面104向内部体积124提供气流。例如，气流路径204a-204c从邻近漏斗126的侧壁104延伸。在一些实施例中，气流路径204d-204e分别从具有第一细长开口110和第二细长开口120的侧壁104延伸。
图3是面向基板处理腔室100的第二端118的局部等距视图。在一些实施例中，网筛314设置在腔室主体102的内部体积与泵端口132之间。网筛314包括覆盖泵端口的多个开口318。多个开口318被配置成减少或消除通过泵端口132的微波泄漏。多个开口318可具有圆形形状、正多边形形状或任何其他合适的形状。在一些实施例中，多个开口318被尺寸设计为小于微波源的给定波长的四分之一。在一些实施例中，多个开口318被尺寸设计为约2.5mm至约5.0mm。
在一些实施例中，RF垫片槽304设置在腔室主体102的外部表面320中并且围绕第一细长开口110，以有利地减少或防止微波泄漏。在一些实施例中，RF垫片槽324设置在腔室主体102的外部表面322中并且围绕第二细长开口120。
腔室底板114包括一个或多个开口。在一些实施例中，腔室底板114包括中心开口306，中心开口306被配置成容纳基板支撑件，所述基板支撑件包括基座和嵌入式电阻加热器。在一些实施例中，板312设置在中心开口306上方并且耦合至腔室底板114。当基板支撑件136包括多个支撑构件142时，板312被配置成覆盖中心开口306，如图3所示。中心开口306连同板312允许腔室主体102与各种基板支撑件(例如，图5所示的基板支撑件502)一起使用。在一些实施例中，腔室底板114包括开口308以容纳第一致动器150。在一些实施例中，腔室底板114包括开口310以容纳第二致动器160。
在一些实施例中，温度传感器316设置在腔室主体的侧壁104中。在一些实施例中，温度传感器316设置在第一细长开口110与腔室底板114之间。在一些实施例中，温度传感器316设置在第二细长开口120与腔室底板114之间。在一些实施例中，温度传感器316是非接触式红外传感器。在一些实施例中，温度传感器316被配置成在当被设置在基板支撑件136上时测量最底部的基板的温度。在一些实施例中，温度传感器316耦合至PID控制器以控制输出到腔室主体102的微波能量，以将一个或多个基板保持在期望的温度范围内。
图4是根据本公开内容的至少一些实施例的面向腔室主体102的第一端116的局部等距视图。腔室主体102包括漏斗126以将内部体积124暴露于由微波源144提供的微波能量。在一些实施例中，漏斗126的尺寸沿着从腔室主体102的外表面到内部体积124的方向增大。在一些实施例中，漏斗126包括面向内部体积的表面404，面向内部体积的表面表面404布置成形成矩形横截面的漏斗开口412。在一些实施例中，面向内部体积的表面404中的一个或多个包括多个开口406以使气体流入内部体积124。在一些实施例中，多个开口406设置在相对的面向内部体积的表面404上。在一些实施例中，多个开口406是上文讨论的多个开口134的部分。例如，多个开口406可对应于气流路径204a。在一些实施例中，面向内部体积的表面404相对于漏斗的中心轴线以在约25度至约55度之间的角度倾斜。
在一些实施例中，邻近漏斗126的侧壁104包括多个开口410，多个开口410以一系列的行和列或任何其他合适的图案布置以使气体流入内部体积。在一些实施例中，多个开口410是上文讨论的多个开口134的部分。例如，多个开口410可对应于气流路径204b和气流路径204c。在一些实施例中，多个开口410设置在可移除的气体板414中，可移除的气体板414设置在侧壁104上的气体板切口408中。可移除的气体板414有利地允许根据每个除气处理的需求来定制多个开口410的尺寸和定位。
尽管前述内容针对本公开内容的实施例，但在不脱离本公开内容的基本范围的情况下，可设计本公开内容的其他和进一步的实施例。

Claims (20)

1.一种基板处理腔室，包括：
腔室主体，所述腔室主体具有侧壁，所述侧壁限定具有多边形形状的内部体积；
能选择性密封的细长开口，所述能选择性密封的细长开口设置在所述腔室主体的上部中以用于将一个或多个基板转移进入或离开所述腔室主体；
漏斗，所述漏斗设置在所述腔室主体的第一端处，其中所述漏斗的开口的尺寸沿着从所述腔室主体的外表面到所述内部体积的方向增大；以及
泵端口，所述泵端口设置在与所述漏斗相对的所述腔室主体的第二端处。
2.如权利要求1所述的基板处理腔室，其中所述漏斗的面向内部体积的表面布置成形成矩形横截面的漏斗开口。
3.如权利要求1所述的基板处理腔室，进一步包括：
穿过所述漏斗的表面的多个开口以使气体流入所述内部体积。
4.如权利要求1所述的基板处理腔室，进一步包括：
在所述侧壁中的多个开口以使气体流入所述内部体积。
5.如权利要求1至4中任一项所述的基板处理腔室，进一步包括：
RF垫片槽，所述RF垫片槽设置在所述腔室主体的外部表面中并且围绕所述能选择性密封的细长开口。
6.如权利要求1至4中任一项所述的基板处理腔室，进一步包括O形环槽和RF垫片槽，所述O形环槽设置在所述腔室主体的顶表面上并且围绕所述侧壁，所述RF垫片槽设置在所述侧壁与所述O形环槽之间。
7.如权利要求1至4中任一项所述的基板处理腔室，进一步包括：
在所述腔室主体的腔室底板上的开口，所述开口被配置成容纳基板支撑件。
8.如权利要求1至4中任一项所述的基板处理腔室，进一步包括：
第二能选择性密封的细长开口，所述第二能选择性密封的细长开口与所述能选择性密封的细长开口相对，以用于将一个或多个基板转移进入或离开所述腔室主体。
9.一种除气腔室，包括：
腔室主体，所述腔室主体包括具有多边形形状的内部体积，其中所述腔室主体包括能选择性密封的细长开口以用于转移一个或多个基板进入或离开所述腔室主体；
基板支撑件，所述基板支撑件设置在所述内部体积中并且被配置成支撑一个或多个基板，其中所述基板支撑件至少能移动到与所述细长开口对准的升高位置以及降低位置；
热源，所述热源被配置成在所述一个或多个基板被设置在所述基板支撑件上时加热所述一个或多个基板；
在所述腔室主体中的多个开口，所述多个开口被配置成使气体流入所述内部体积；以及
排气端口，所述排气端口设置在所述腔室主体中。
10.如权利要求9所述的除气腔室，其中所述基板支撑件被配置成支撑多个基板，并且所述热源是微波源。
11.如权利要求10所述的除气腔室，其中所述腔室主体包括漏斗，所述漏斗耦合至所述微波源并且与所述排气端口相对，其中所述漏斗的开口的尺寸沿着朝向所述内部体积的方向增大。
12.如权利要求11所述的除气腔室，其中所述漏斗具有矩形横截面形状。
13.如权利要求9至12中任一项所述的除气腔室，其中所述基板支撑件包括多个支撑构件，所述多个支撑构件被配置成在垂直间隔开的定向中支撑多个基板。
14.如权利要求9至12中任一项所述的除气腔室，进一步包括网筛，所述网筛设置在所述腔室主体与所述排气端口之间，其中所述网筛包括被配置成减少或消除通过所述排气端口的微波泄漏的多个开口。
15.如权利要求9至12中任一项所述的除气腔室，进一步包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述腔室主体的侧壁中、在所述细长开口与所述腔室主体的腔室底板之间。
16.如权利要求9至12中任一项所述的除气腔室，进一步包括气源，所述气源流体地耦合至所述多个开口。
17.如权利要求9至12中任一项所述的除气腔室，其中所述基板支撑件被配置成支撑一个基板，并且所述热源是嵌入在所述基板支撑件中的电阻加热器。
18.如权利要求9所述的除气腔室，其中所述除气腔室是微波除气腔室，所述微波除气腔室具有微波源，所述微波源在所述腔室主体的第一端处耦合至所述腔室主体。
19.如权利要求18所述的微波除气腔室，其中所述微波源以约5.0千兆赫兹至7.0千兆赫兹的频率范围向所述腔室主体提供微波。
20.如权利要求18至19中任一项所述的微波除气腔室，其中所述微波源提供具有给定波长的微波，并且其中所述腔室主体包括漏斗，所述漏斗具有设置在与所述基板支撑件的最接近部分相距所述给定波长的至少两倍处的开口。
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