TW200302541A - Heated vacuum support apparatus - Google Patents

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Jeff Bailey
Sam Kurita
Kris Veeck
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Description

200302541 ΚΊ B7 五、發明説明（1 ) [發明領域] 本發明大致關係於半導體設備及製程的領域。更明確 地說，本發明關係於處理時，用以支撐—晶圓或基板的設備 與方法。 [發明背景] 晶圓處理系統與方法已經大量用於半導體及積體電路 的製造中。一種特定類型之晶圓處理系統利用化學氣相沉 積（CVD)以沉積膜或層在一基板的表面上，以作爲在半導體 及積體電路製造中之一步驟。各種不同之CVD系統已經 被用於本技藝中。例如，諸膜可以使用低壓CVD(LPCVD) 系統、大氣壓CVD(APCVD)系統或不同類型之電漿加強 CVD(PECVD)系統加以沉積。一般而言，所有這些系統均利 用一沉積室，其中，某些噴射氣體化學品反應並沉積一材料 層在該基板的表面上。很多類型之材料可能被沉積以介電 質，例如氧化物及被摻雜之氧化物。 爲了系統的適當操作，更明確地說，爲了沉積一想要品 質及重覆性之膜，半導體晶圓或基板的支撐件係相當重要 的。基板典型藉由一晶圓支撐或吸盤而被支撐在沉積室內 。重要的是，其提供於處理時之晶圓的均勻加熱及冷卻。 於晶圓加熱時之不均勻可能造成一不均勻膜形成在晶圓的 表面上。雖然已經對吸盤設計完成改良，但先前技藝的真 空吸盤仍顯示有若干限制，例如有關單一件支撐吸盤及溫 度控制有關的問題。因此，有需要作進一步改良。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 一請先閱讀背面之注意事項真填寫本fo -裝· 經濟部智慧財產局8工消費合作社印製 -5- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 200302541 A7 B7 五、發明説明（2 ) [發明槪要] 本案提供一種真空晶圓支撐設備，其包含一支撐圓盤 及一或多數加熱器，連接至該支撐圓盤，用以提供在整個支 撐圓盤表面及晶圓表面的均勻溫度分佈。該一或多數加熱 器係可以個別控制。 於一實施例中，該等加熱器係安排在絕緣體中之同心 外及內加熱區中並可以個別控制。於另一實施例中，該外 加熱區更被分成一或多數加熱段，該等段係可個別控制。 於另一實施例中，該真空晶圓支撐設備可以更包含一 絕緣環，安排於該支撐圓盤與一冷卻器外殼之間，以熱分隔 開支擦圓盤與外殼。該絕緣環較佳係由石英作成。該石英 絕緣環降低來自支撐圓盤的輻射熱損失，因而，促成在整個 支撐圓盤之穩定及均勻的溫度分佈。該石英絕緣環藉由降 低圓盤的外徑及使用較便宜的最外部件材料，而降低了支 撐圓盤的成本。 本發明的其他目的及優點可以由以下詳細說明及參考 附圖而變得明顯易懂。 [本發明的詳細說明] 本發明供一用以在處理時，支撐一半導體晶圓或基板 的P又備與方法。更明確地說，本發明提供一加熱真空支撐 設備，其在基板的處理時，提升改良之溫度均句性。 參考第1至5圖，本發明之真空支撐設備1 〇將加以說 明。一般而言，真空支撐設備1C)包含一外殼12、一支撐 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) a4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁}
-6- 200302541 A7 B7 五、發明説明（3 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 盤或主體14,安排於該外殼12之中，用以在其上支撐一基 板16、及一或多數加熱器18,連接至該支撐圓盤14,用以 加熱該支撐圓盤1 4，以提供在整個基板1 6表面的均勻溫度 分佈。 外殼1 2可以由任何機械上堅固及化學及熱穩定的材 料作成。外殼1 2典型被溫度控制，以提供一設定參考溫度， 用以加熱及冷卻該基板並確保該真空支撐設備1 〇的元件 的適當操作環境。例如，外殼1 2較佳係爲一冷媒，例如由 第3圖所示之管線20所供給之水所冷卻。 支撐圓盤14包含一第一內部份22,用以其上支撐基板 16及一第二外部份2.4,連接至外殻12及支撐設備10的其 他元件。第一內部份22具有一平坦表面26,其具有一架構 .及尺寸適用以支撐基板1 6。明確地說，爲了支撐一圓形晶 圓，該第一內部份22的平坦表面26較佳具有一圓形架構 。例如，該支撐圓盤1 4的第一內部份2 2係被作成大小以 支撑2 0 0 m m及3 0 0 m m的晶圓。較佳地，該第一部份2 2的 平坦表面26係被界定以具有一相對於該第二外部份24的 凹槽2 8，其理由如下。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第二外部份2 4包含一平坦面3 0，其高度係使得當支撐 設備1 〇操作及使用時，基板1 6的頂面1 6實質與平坦面3 0 共平面。於第1圖所示之實施例中，第二外部份24係被提 供有一第一端32,其係接近第一內部份22的圓周，及一第 二端34,連接至外殼12及支撐設備10的其他元件。第一 端具有相同平坦面30。第二端34具有一平坦面36,其具 本纸張尺度適用中國國家標準~( CNS ) A4規格（210X 297公釐） ~ ~~ -7 - 200302541 A7 B7 五、發明説明（4 ) 有高度低於第一端面3 0，用以如下所述地收納一沉積環3 8 〇 支撐圓盤或主體1 4較佳係由機械上堅固及化學及熱 穩定之材料作成。支撐圓盤1 4係較佳由非金屬絕緣材料 作成，其抗腐蝕流體並且不會對所處理之基板產生任何污 染微粒。例如氮化鋁（A1N)之陶瓷係爲用於支撐圓盤的較 佳材料。氮化鋁（A1N)在高溫時係爲優良熱導體，並相較於 多數金屬材料具有很低之熱膨脹係數。A1N吸盤主體可以 提供優良吸盤及晶圓溫度均勻性，同時，允許使用如上述之 較便宜及低精確度的加熱元件。AliN吸盤主體對於用以定 期地淸潔沉積區的含氟氣體係具有較高之惰性。 支撐圓盤14較佳係與冷卻板46及外殼12分開，以提 供基板1 6以溫度均勻性並提升加熱器效率。於如第2圖 所示之實施例中，一絕緣環40係用以熱隔離開支撐圓盤1 4 與外殼1 2。明確地說，絕緣環40係安排在支撐圓盤1 4之 旁並被連接至外殼1 2。該絕緣環40可以被安排以相當接 近地接觸支撐圓盤1 4的圓周，或較佳係與支撐圓盤丨4的 圓周分開一由約Γ至約1.5”（約25至約38mm)的距離，用 以改良絕緣效果。 於絕緣環40上安排有一沉積環38,其係連接至冷卻板 4 6。較佳地，該沉積環3 8係分隔於絕緣環40 —氣隙，以最 小化熱接觸。較佳地，一或多數熱屏蔽42係安排於絕緣及 沉積環3 8及40之間，如同在第2及3圖所示。在組裝支 撐設備10之後，沉積環38具有一平坦面44,其係實質與第 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（^297公楚) "" 、 -8 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 200302541 A7 B7 五、發明説明（5 ) 二部份24的平坦面30共平面。或者，於該實施例中，吸盤 主體14的第二部份24具有第一及第二端32及34,如同第 1圖所示。該第一端34可以藉由任何適當機構以直接連 接至外殼1 2。在第二端3 4上，安排有沉積環3 8，其係連接 至板46及該第二部份24的第一端32 °較佳地，沉積環38 係與第二部份24的第二端34分隔，以最小化熱接觸。在 支撐設備10組裝後，沉積環38較佳具有一表面44,其係實 質與第二外部份24的第一端面30實質共平面。 絕緣環40可以由任何適當絕緣材料作成。較佳地，絕 緣環40係由石英作成。沉積環3 8可以由任何化學及熱穩 定絕緣材料，並較佳係由與圓盤主體1 4相同之材料作成， 例如氮化鋁（A1N)。絕緣及沉積環40及38降低來自支撐 圓盤14之輻射熱損失，因此，促成支撐基板16的第一部份 22的平坦表面26之穩定及均勻溫度分佈。絕緣及沉積環 40及3 8同時也藉由最小化對冷卻外殼及板1 2及46之熱 損失，而降低功率消耗。絕緣環40更藉由降低正切應力， 而改良支撐圓盤1 4的機械可靠性。石英絕緣環40藉由降 低圓盤14的外徑及使用最外件的較便宜材料，而降低陶瓷 支撐圓盤1 4的成本。 一或多數加熱器18係連接至支撐圓盤14,以提供在支 撐圓盤1 4之第〜部份22及支撐於其上之基板1 6間之穩 定及均勻溫度分佈。該一或多數加熱器1 8可以被加入支 撐圓盤1 4中，或佳被加入一與支撐圓盤丨4分開一氣隙的 絕緣主體4 8中。每一加熱器1 8均可如下所述地個別控制 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝*· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -9- 200302541 A7 __ B7 五、發明説明（6 ) 〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 加熱器1 8係由任意適當之加熱元件47所構成，例如 電阻線圈、管狀或厚膜，如第4圖所示。於一如第4圖所 示之實施例中，加熱元件47係安排於一絕緣主體48中，該 主體形成同心環形內及外加熱區50及52。於該內及外區 50及52中之加熱元件47可以個別控制。用以內藏加熱 元件47的絕緣主體48可以是任意之熱絕緣材料，例如石 英。例如電阻線之加熱元件47可以內藏於石英絕緣主體 48中，並呈多數同心環的配置。雖然，說明了 一特定配置的 加熱元件，但本發明並不限定於此。也可以於一或多數加 熱區中，使用其他配置之加熱元件。 較佳地，該內加熱區50係相當接近支撐圓盤14的第 一部份22。外加熱區52係相當接近支撐圓盤14的第二 外區2 4。然而，其他位置的加熱器1 8也有可能，因此，本發 明並不作此限制。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於一實施例中，外加熱區52係進一步被細分爲兩或兩 多加熱段，如同第5圖所示。於外加熱區52之加熱段中之 加熱元件47係個別加以控制，以減緩於處理環境中之非對 稱狀態。例如，在第5圖中，外加熱區5 2較佳係被分成四 個扇區54、56、58及60。於每一扇區54至60中之加熱 元件47係被個別地控制。於外加熱區52中之四個加熱段 及於內區5 0中之一加熱段提供了五個個別控制之加熱段 。例如Ein.0 therm及Wat low之本技藝中所用之傳統溫度 控制器可以用以個別地控制加熱區或段。每一個別溫度控 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 x 297公釐） -10- 200302541 A7 B7 五、發明説明（7 ) 制器對元件點火電路，提供三模式（比例、積分及微分）回 授。典型使用相角點火控制器或零交越固態電驛。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 加熱器1 8較佳係與外殼1 2隔離，以最小化至支撐圓 盤1 4以外之表面的熱損耗。非金屬絕緣體62及輻射屏蔽 42可以用以隔離開加熱器18與外殼丨2,如同第3圖所示 〇 於外及內區，或於多加熱段中之加熱器1 8係經由來自 安裝在支撐圓盤14中之熱電耦64之回授至連接至加熱器 的溫度控制器（未示出）加以個別地控制，如同第2圖所示 °多數加熱器或受熱段藉由提供晶圓非均勻性的個別補償， 而大大地改良了基板的溫度均勻性，該非均勻性係由於例 如局部氣體流、導通路徑的非對稱性或在基板中之支撐圓 盤接點的不一致性之外部因素所造成。多數受熱段降低了 晶圓內及晶圓間之溫度變異。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該支撐設備更包含如第2及3圖所示之扣環66及加 熱蓋74。基板夾持真空管路68係被用以提供真空，以在操 作中，如下所述地將基板1 6吸至支撐圓盤14。抬舉銷及機 構70及72係被提供，用以在操作中，如下所述地將基板16 由支撐圓盤14抬起。 於操作中，支撐設備1 〇係經由抬舉機構7 2，而上下移 動，以將支撐設備1 0定位在沉積室中。基板1 6係藉由抬 舉銷7 0而抬舉並放置在支撐圓盤1 4上，並經由真空而固 定於支撐圓盤1 4上。基板1 6較佳藉由在基板1 6及支撐 圓盤1 4間所建立比放置有支撐設備1 0的室內之真空條 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 - 200302541 kl _ B7_ 五、發明説明（8 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 件爲大之壓力差，而被黏著或吸附至第一部份22。即，當基 板16被吸附至支撐圓盤14時，於基板16及支撐圓盤14 間之壓力係低於在室內之壓力。爲了建立此壓力差，支撐 圓盤1 4係被提供有真空通道6 8，其係與一真空供給（未示 出）作流體相通。 當基板16被固定在支撐圓盤14時，基板16係實質與 包圍基板的圓周表面共平面。於兩加熱區或多數加熱段中 之加熱元件47係被個別控制，使得基板表面與其圓周表面 具有實質相同的溫度。 較佳地，本發明的晶圓支撐設備實質提升了在晶圓表 面上，於處理時之製程或反應氣體的均式流動，以促成在晶 圓表面上之良好品質膜的沉積。支撐件提供一整體晶圓圓 周表面，其係與晶圓表面實質共平面並被加熱至實質與晶 圓相同的溫度。因此，流動處理氣體在整個晶圓及支撐的 所有位置中，均經歷一高均勻流及熱環境。另外，在支撐圓 盤圓周旁的轉換沉積環平順地降低了表面溫度以接近室溫 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第6及7圖顯示以本發明之真空支撐設備所完成之溫 度分佈。如第6及7圖所示，可以在晶圓上以五加熱段控 制，來完成實質穩定及均勻之溫度分佈。該溫度係於 A P N e X t彳吴組室中所量得。具有石英絕緣環4 〇的真空支撐 設備10於晶圓表面上，如同第7圖所示，提供更佳之溫度 分佈。第8圖，顯示於處理時，由本發明之真空支撐設備所 承載的晶圓上之末摻雜矽玻璃（USG)的良好膜均勻性。— 才、紙張尺度適用中.國國家標準（CMS )八4規格*[_210χ 297公釐） ---- -12- 200302541 A7 ______ B7__ 五、發明説明（9 ) 8.8 % 1 σ之膜厚均勻性係以具有同心外及內加熱區控制的 真空支撐設備加以完成。一 1.6 % 1 σ的膜厚均勻性係以具 有五加熱段控制的真空支撐設備加以完成。 如上所述，在加熱中，具有改良均勻性的支撐設備係爲 本發明加以提供。本發明的特定實施例的前述說明係只作 例示及說明目的。它們並不用以限定本發明至所述之特定 形式，在上述教導下，可能完成很多修改、實施例及變化。 本發明的範圍係由隨附之申請專利範圍及其等效所界定。 [圖式簡單說明] 第1圖爲依據本發明之一實施例的支撐設備的部份剖 面圖。 第2圖爲依據本發明之另一實施例的支撐設備的剖面 圖。 第3圖爲依據本發明之一實施例之支撐設備的分解圖 〇 第4圖爲依據本發明之一實施例的兩加熱區的加熱器 的俯視圖。 第5圖爲依據本發明之另一實施例的五加熱區的加熱 器俯視圖。 第6圖爲一示意圖，顯示在爲本發明之支撐設備所承 載的晶圓上的實質均勻溫度分佈，該支撐設備具有五個加 熱段控制。 第7圖爲一示意圖；顯示在爲本發明之支撐設備所承 本紙張尺度適用中國家標準（CNS ) Α4規格（2Η)Χ 297公f ) ~ -13- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
I,裝I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 200302541 A7 B7 五、發明説明（10) 載的晶圓上的實質均勻溫度分佈，該支撐設備具有五個加 熱段控制及一石英絕緣環。 第8 A及8 B圖顯示由本發明之支撐設備所承載的晶 圓上之未摻雜矽玻璃（HSG)膜的膜均勻性，該支撐設備分別 具有兩加熱區控制及五加熱段控制。 主要元件對照表 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 10 真空支撐設備 12 外殼 14 支撐圓盤 16 基板 18 加熱器 20 管線 22 內部份 24 外部份 2 6 平坦表面 28 凹槽 30 平坦表面 32 第一端 34 /six —'丄山 弟一从而 36 平坦表面 38 沉積環 40 .絕緣環 42 熱屏蔽 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) L·.
裝I 、?! -14 - 200302541 A7 B7 五、發明説明（11) 經濟部智慧財產局员工消費合作社印製 44 平 坦 表 面 46 冷 卻 板 47 加 熱 元 件 48 絕 緣 體 5 0 內 加 埶 J \ \\ 區 52 外 加 熱 5 4 扇 丨品 56 扇 丨品▲ 5 8 扇 1¾ 60 扇 區 62 絕 緣 體 64 熱 電 親 66 扣 χ™. 68 真 空 管 路 70 抬 舉 銷 72 抬 舉 機 構 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29?公釐） -15-

Claims (1)

  1. 200302541 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8々、申請專利範圍 1 1. 一種真空支撐設備，包含： 一支撐圓盤，具有一表面；及 一或多數加熱器，稱合至該支撐圓盤，用以提供於支撐 圓盤的整個表面的均勻溫度分佈， 其中該一或多數加熱器係可個別地控制。 2. 如申請專利範圍第.1項所述之真空支撐設備，其中 該支撐圓盤係由氮化鋁所作成。 3·如申請專利範圍第1項所述之真空支撐設備，其中 該一或多數加熱器係由多數在一絕緣體中之一或多數加熱 區中之加熱元件所構成，該在一或多數加熱區中之加熱元 件係可個別地加以控制。 4·如申請專利範圍第3項所述之真空支撐設備，其中 該一或多數加熱器係由安排在該絕緣體中之同心外及內加 熱區中之加熱元件所構成，諸加熱元件係可個別地加以控 制。 5·如申請專利範圍第4項所述之真空支撐設備，其中 該在外加熱區中之加熱元件係被安排在一或多數加熱段中 並可個別地加以控制。 6·如申請專利範圍第5項所述之真空支撐設備，其中 該在外加熱區中之加熱元件係被安·排呈四個扇區。 7. 如申請專利範圍第3項所述之真空支撐設備，其中 該等加熱元件係由電阻線圈構成。 8. 如申請專利範圍第3項所述之真空支撐設備，其中 該同心內區具有由約1 80至220mm的內徑及該外區具有 本紙張尺度適用巾酬家標準（CNS ) A4聽^ ( 21GX297公楚) "一~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 線 -16 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 200302541 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 2 由約185至3 05mm的外徑。 9.如申請專利範·圍第3項所述之真空支撐設備，其中 該同心內區具有由約280至320mm的內徑及該外區具有 由約2 8 5至4 0 6 m m的外徑。 1 〇·如申請專利範圍第8項所述之真空支撐設備，其中 該支撐圓盤具有一圓周及.該真空吸盤更包含一絕緣件包圍 住該圓周，用以絕緣開該支撐圓盤與一包圍住該支撐亂盤 的外殼。 11·如申請專利範圍第10項所述之真空支撐設備，其 中該絕緣件係由石英作成。 1 2 ·如申請專利範圍第1項所述之真空支撐設備，其中 該一或多數加熱器係與該支撐圓盤分隔開一氣隙。 1 3 · —種支撐一晶圓的設備，包含： 一外殼； 一支撐圓盤，被安排在該外殼內； 一絕緣件，安排於該支撐圓盤與該外殻間，用以將支撐 圓盤與外殻分隔開；及 . 一或多數加熱器，連接至該支撐圓盤，其中該一或多數 加熱器可個別地控制；及 一真空系統，用以將晶圓固定至支撐圓盤 14·如申請專利範圍第13項所述之設備，其中該支撐 圓盤係由氮化鋁作成。 1 5 .如申請專利範圍第1 3項所述之設備，其中該絕緣 件係由石英作成。 本紙張尺度適用中國國家樵準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
    -17- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 200302541 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 3 1 6.如申請專利範圍第1 3項所述之設備，其中該一或 多數加熱器係由多數安排在一絕緣體中之一或多數加熱區 中之加熱元件構成，該等安排在一或多數加熱區中之加熱 元件係可個別地控制。 本紙張尺度適用中國國家榇準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
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