TW201448106A - 用於改良晶圓溫度均勻性和製程可重複性的基座支撐軸 - Google Patents

用於改良晶圓溫度均勻性和製程可重複性的基座支撐軸 Download PDF

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Abstract

本發明之實施例大體係關於基座支撐軸及含有該等基座支撐軸之處理腔室。基座支撐軸支撐該基座支撐軸上之基座，該基座又在處理期間支撐基板。基座支撐軸藉由為導向基座及/或基板之高溫計聚焦束提供一致路徑來降低基座及/或基板之溫度量測的變化，即使在旋轉基座支撐軸時。基座支撐軸亦具有增加處理腔室之溫度斜升及斜降速率之相對較低熱質量。

Description

用於改良晶圓溫度均勻性和製程可重複性的基座支撐軸
本發明之實施例大體係關於處理腔室中之支撐基板。
在處理期間，基板定位於處理腔室內之基座上。基座由可繞中心軸旋轉之基座支撐軸支撐。基座支撐軸包括自該基座支撐軸延伸之多個臂(通常為三個至六個臂)，該等臂支撐該基座。在於處理期間旋轉基座支撐軸時，自基座支撐軸延伸之臂中斷高溫計束，該高溫計束用於量測基座或基板之溫度。即使臂可由通常係光學透明的石英形成，但臂吸收至少一些量的光，且因此，石英係不完全光學透明的。由臂吸收之此光的量影響由高溫計束傳送至基座之光的量，且因此，影響藉由高溫計之溫度量測的精確性。在基座支撐軸旋轉時，存在當臂在高溫計束路徑內之時期，以及當臂毗鄰高溫計束路徑之時期。因此，來自高溫計束到達基座之光的量隨基座支撐件旋轉而變化，導致不精確溫度量測之時期。
因此，需要允許更精確溫度量測之設備。
本發明之實施例大體係關於基座支撐軸及含有該等基座支撐軸之處理腔室。基座支撐軸支撐該基座支撐軸上之基座，該基座又在處理期間支撐基板。基座支撐軸藉由為導向基座及/或基板之高溫計聚焦束提供一致路徑來降低基座及/或基板之溫度量測的變化，即使在旋轉基座支撐軸時。基座支撐軸亦具有相對較低熱質量，該熱質量增加處理腔室之溫度斜升及斜降速率。
在一個實施例中，一種用於處理腔室之基座支撐軸包含圓筒形支撐軸及耦接支撐軸之支撐主體。該支撐主體包含輪轂、自輪轂延伸之複數個錐形基底、自錐形基底中之一些錐形基底延伸之至少三個支撐臂，以及自錐形基底中之一些錐形基底延伸之至少三個假臂。
在另一實施例中，一種用於處理腔室之光學透明基座支撐軸包含圓筒形支撐軸及耦接支撐軸之支撐主體。該支撐主體包含錐體輪轂、自輪轂延伸之複數個錐形基底、自錐形基底中之一些錐形基底延伸之至少三個支撐臂、彼此等間距間隔之至少三個支撐臂，以及自錐形基底中之一些錐形基底延伸之至少三個假臂，該至少三個假臂彼此等間距間隔。
100‧‧‧處理腔室
102‧‧‧腔室主體
104‧‧‧支撐系統
106‧‧‧控制器
112‧‧‧上部
114‧‧‧下部
116‧‧‧上圓頂
120‧‧‧第一氣室/第二氣室
123‧‧‧預熱環
125‧‧‧基板
126‧‧‧基座
127‧‧‧基座支撐軸
129‧‧‧致動器
130‧‧‧下圓頂
131‧‧‧護罩
132‧‧‧基板支撐組件
133‧‧‧升舉銷
135‧‧‧燈
136‧‧‧高溫計
137‧‧‧支撐銷
138‧‧‧聚焦束
140‧‧‧下襯墊
142‧‧‧升舉銷觸點
150‧‧‧處理氣體
160‧‧‧軸
260‧‧‧軸
262‧‧‧輪轂
264‧‧‧支撐主體
270‧‧‧支撐臂
272‧‧‧假臂
274‧‧‧錐形基底
278‧‧‧連接表面
280‧‧‧開口
281‧‧‧遠端
282‧‧‧開口
283‧‧‧肘管
383‧‧‧頂端
384‧‧‧側壁
385‧‧‧厚度
386‧‧‧寬度
387‧‧‧高度或厚度
為了可以詳細理解本發明之上述特徵結構的方式，可參照實施例對簡要概述於上之本發明進行更加詳細的描述，該等實施例中之一些實施例圖示於隨附圖式中。然而應 注意的是，隨附圖式僅圖示本發明之典型實施例且因此隨附圖式不被視為限制本發明之範疇，因為本發明可許可其他等效實施例。
第1圖圖示根據本發明之實施例之處理腔室之橫剖面視圖。
第2圖圖示根據本發明之實施例之基座支撐軸之透視圖。
第3圖圖示根據本發明之一個實施例之支撐主體之部分剖視圖。
第4A-4E圖圖示根據本發明之實施例之支撐臂之剖視圖。
為了促進理解，已在可能的情況下使用相同的元件符號指示諸圖所共用之相同元件。可以預期，在一個實施例中揭示之元件可有利地用於其他實施例中而無需贅述。
本發明之實施例大體係關於基座支撐軸及含有該等基座支撐軸之處理腔室。基座支撐軸支撐在該基座支撐軸上之基座，該基座又在處理期間支撐基板。基座支撐軸藉由為導向基座及/或基板之高溫計聚焦束提供一致路徑來降低基座及/或基板之溫度量測的變化，即使在旋轉基座支撐軸時。基座支撐軸亦具有相對較低熱質量，該熱質量增加處理腔室之溫度斜升及斜降速率。
可在可購自加利福尼亞州聖克拉拉市之Applied Materials,Inc.之Applied CENTURA® RP EPI腔室中實踐本文 所揭示之實施例。可以預期，可購自其他製造商之其他腔室亦可受益於本文所揭示之實施例。
第1圖係根據本發明之實施例之處理腔室100之橫剖面視圖。處理腔室100包括腔室主體102、支撐系統104及控制器106。腔室主體102包括上部112及下部114。上部112包括在腔室主體102內之於上圓頂116與基板125之間的區域。下部114包括在腔室主體102內之於下圓頂130與基板125之底部之間的區域。沉積製程通常發生在上部112內之基板125之上表面上。
處理腔室100包括複數個熱源(諸如，燈135)，該等熱源經調適以提供熱能至定位於處理腔室100內之部件。舉例而言，燈135可經調適以提供熱能至基板125、基座126及/或預熱環123。下圓頂130可由光學透明材料(諸如，石英)形成，以促進熱輻射通過該下圓頂130。在一個實施例中，可以預期，燈135可經定位以提供穿過上圓頂116以及下圓頂130之熱能。
腔室主體102包括形成在該腔室主體102中之複數個氣室120。舉例而言，第一氣室120可經調適以提供穿過該第一氣室120進入腔室主體102之上部112的處理氣體150，而第二氣室120可經調適以自上部112排放處理氣體150。以此方式，處理氣體150可以平行於基板125之上表面方式流動。藉由燈135促進處理氣體150至基板125上以在基板125上形成磊晶層之熱分解。
基板支撐組件132經定位於腔室主體102之下部114 中。圖示了在處理位置中支撐基板125之基板支撐件132。基板支撐組件132包括由光學透明材料形成之基座支撐軸127，及由基座支撐軸127支撐之基座126。基座支撐軸127之軸160定位於護罩131內，升舉銷觸點142耦接至該護罩131。基座支撐軸127係可旋轉的。護罩131通常固定於一位置中，且因此，護罩131在處理期間不旋轉。
升舉銷133經設置穿過形成在基座支撐軸127中之開口280(在第2圖中圖示)。升舉銷133係可垂直致動的且升舉銷133經調適以接觸基板125之下側以將基板125自處理位置(如圖所示)升舉至基板移除位置。基座支撐軸127係由石英製造，而基座126由碳化矽或塗佈有碳化矽之石墨製造。
基座支撐軸127可旋轉以促進基板125在處理期間之旋轉。基座支撐軸127之旋轉係由耦接至基座支撐軸127之致動器129促進。支撐銷137將基座支撐軸127耦接至基座126。在第1圖之實施例中，間隔開120度之三個支撐銷137(圖示其中兩個)用於將基座支撐軸127耦接至基座126。
高溫計136經調適以量測基座126及/或基板125之溫度。高溫計之聚焦束138經導向穿過下圓頂130且穿過基座支撐軸127。高溫計136量測基座126之溫度(例如，在基座126由碳化矽形成之情況下)或基板125之溫度(例如，在基座126由石英形成之情況下或在不存在基座且以另一方式(諸如，藉由環)支撐基板125之情況下)。應注意，升舉銷觸點142通常經定位毗鄰聚焦束138，且不旋轉，且因 此，升舉銷觸點142在處理期間不干擾高溫計聚焦束138。
預熱環123可移除地設置在耦接至腔室主體102之下襯墊140上。預熱環123圍繞腔室主體102之內部體積設置，且預熱環123在基板125處於處理位置中時限定基板125。在處理期間，預熱環123由燈135加熱。在處理氣體穿過毗鄰預熱環123之氣室120進入腔室主體102時，預熱環123促進處理氣體之預熱。
支撐系統104包括用於執行且監測預定製程(諸如，在處理腔室100中之磊晶膜的生長)之部件。支撐系統104包括氣體板、氣體分配導管、真空及排放子系統、電源及製程控制儀器中之一或更多者。控制器106經耦接至支撐系統104且控制器106經調適以控制處理腔室100及支撐系統104。控制器106包括中央處理單元(CPU)、記憶體及支援電路。可執行常駐於控制器106中之指令以控制處理腔室100之操作。處理腔室100經調適以在該處理腔室100中執行一或多個薄膜形成或沉積製程。舉例而言，可在處理腔室100內執行碳化矽磊晶生長製程。可以預期，可在處理腔室100內執行其他製程。
第2圖圖示基座支撐軸127之透視圖。基座支撐軸127包括軸260，軸260具有圓筒形狀且耦接至支撐主體264。軸260可經螺栓式連接、螺紋式連接或以另一方式連接至支撐主體264。支撐主體264包括例如具有錐體形狀之輪轂262，以及自該輪轂262延伸之複數個錐形基底274。至少三個支撐臂270自錐形基底274中之一些錐形基底延伸，且至 少三個假臂272自錐形基底274中之一些錐形基底延伸。錐形基底274促進支撐臂270及假臂272至輪轂262之連接。
支撐臂270包括毗鄰連接表面278之穿過該等支撐臂270之開口280，該連接表面278連接至錐形基底274中之一者。該開口允許升舉銷通過該開口。支撐臂270之遠端281亦包括在該遠端281中用於接受銷137(在第1圖中圖示)之開口282。開口280及282通常平行於彼此，且開口280及282亦通常平行於軸260。每一支撐臂270包括用於定向開口282以接受銷137(在第1圖中圖示)之肘管283。在一實施例中，肘管283形成鈍角。支撐臂270繞輪轂262以均勻間距間隔開。在第2圖中所圖示之實施例中，支撐臂270彼此間隔約120度。
支撐主體264亦包括複數個假臂272。每一假臂耦接至錐形基底274且每一假臂自該錐形基底274直線延伸。假臂272彼此等間距(例如，約120度)間隔。在第2圖所圖示之實施例中，假臂272位於與支撐臂270中之每一者相距約60度處且繞輪轂262與支撐臂270中之每一者相間。假臂272通常不接觸或以其他方式支撐基座。假臂促進在處理期間對基板之精確溫度控制。
在處理期間，基座支撐軸127吸收來自燈之用於加熱基座及/或基板之熱能。被吸收之熱量自基座支撐軸127輻射。由基座支撐軸127(尤其係支撐臂270)輻射之所輻射熱量被基座及/或基板吸收。由於支撐臂270至基座或基板之相對接近位置，熱量容易輻射至基座或支撐軸，導致毗鄰支撐 臂270之上升溫度區域。然而，利用假臂272促進自基座支撐軸270至基座及/或基板之更均勻熱輻射，且因此，降低熱點之發生。舉例而言，利用假臂272導致基座之均勻輻射，而非毗鄰支撐臂270之三個局部熱點。
另外，不存在如在一些先前方法中所使用之毗鄰基座之支撐環增加橫跨基板之熱均勻性。基座支撐軸127不包括耦接基座支撐軸之終端之環圈，因此改良熱均勻性。利用此類環可導致毗鄰環(例如，基座之周邊附近)之上升的溫度梯度。此外，在自支撐臂270與假臂272之間不存在材料降低基座支撐軸127之質量。降低之質量因此促進基座支撐軸127之旋轉，且降低之質量亦降低自基座支撐軸127至基座之非所要熱輻射的量(例如，由於熱質量之降低)。基座支撐軸127之降低之質量亦協助達成基板上之更快溫度斜升及冷卻。更快溫度斜升及冷卻促進產量及生產力增加。
第2圖圖示一個實施例；然而，亦預期額外實施例。在另一實施例中，可以預期，可由統一片材(諸如，石英)而非個別成分形成輪轂262、支撐臂272及假臂272。在另一實施例中，可以預期，可增加支撐臂270之數目。舉例而言，可利用約四個或六個支撐臂270。在另一實施例中，可以預期，假臂272之數目可增加或減少，且可包括零。在另一實施例中，假臂272可包括肘管及垂直導向的遠端以促進與支撐臂270之進一步對稱，且因此，提供對基板及基座之甚至更均勻加熱。應注意，包括在假臂272上之肘管之實施例，或包括額外假臂272或支撐臂270之實施例可非所要地導致 增加的熱質量。在另一實施例中，輪轂262可為半球形或由平面截切之球形之部分。
第3圖圖示根據本發明之一個實施例之支撐主體264的部分剖視圖。輪轂262包括具有第一厚度之頂端383。頂端383經調適以與軸(諸如，在第1圖中圖示之軸160)耦接。輪轂262另外包括側壁384，該側壁384具有小於頂端383之厚度之厚度385。相對降低之厚度385降低支撐主體264之熱質量，從而促進在處理期間之更均勻加熱。側壁384允許高溫計聚焦束138(在第1圖中圖示)通過該側壁384。在基座支撐軸127於處理期間旋轉時，高溫計聚焦束138通過側壁384。儘管側壁384經設置在高溫計聚焦束之路徑內，但即使在支撐軸127旋轉時，該路徑亦保持恆定。因此，通過支撐軸127到達基座之高溫計聚焦束的量係一致的。因此，可經由支撐軸127之360度旋轉精確決定使用高溫計聚焦束138之溫度量測。在一個實例中，輪轂262可具有約60公釐或更大之半徑，以促進高溫計聚焦束通過該輪轂262。在此實施例中，高溫計聚焦束通過具有實質上恆定厚度之側壁384。
相反，先前已知之基座支撐件具有中斷高溫計聚焦束之臂。因此，在基座支撐件旋轉時，束將經歷具有不同傳輸路徑之區域(例如，穿過基座支撐臂，或毗鄰基座支撐臂)。先前方法之不同路徑導致不精確溫度量測之時期，因為精確校準供穿過不同介質之傳輸使用之高溫計是困難的。相反，基座支撐軸127促進高溫計聚焦束傳輸之一致路徑，且因此，增加了使用高溫計聚焦束138之溫度量測之精確性。
支撐主體264亦包括自輪轂262延伸之複數個錐形基底274。隨著錐形基底274之寬度386減小(例如，隨著錐形基底274自輪轂262向外延伸)，錐形基底之高度或厚度387增加。錐形基底之厚度387之增加補償可歸因於減小寬度386之錐形基底之降低的結構強度。另外，維持類似慣性彎矩。在一個實例中，厚度385係約3公釐至約5公釐，諸如約3.5公釐。厚度387可在約3公釐至約12公釐之範圍內。可以預期，可根據需要調整厚度387及385。
第4A-4E圖圖示根據本發明之實施例之支撐臂之剖視圖。第4A圖圖示支撐臂270之橫剖面視圖。橫截面係六邊形的。支撐臂270之相對尺寸最大化支撐臂270之慣性矩，同時最小化支撐臂270之面積(及因此最小化質量)。在一個實例中，基底B可為約8公釐，而高度H可為約9.5公釐。應注意，支撐臂270之連接表面278具有矩形橫剖面，以促進支撐臂270至錐形基底之耦接。
第4B-4E圖圖示根據其他實施例之支撐臂之額外剖視圖。第4B圖圖示支撐臂270B之剖視圖。支撐臂270B具有矩形橫剖面。第4C圖圖示支撐臂270C之剖視圖。支撐臂270C具有菱形橫剖面。第4D圖圖示支撐臂270D之剖視圖。支撐臂270D具有六邊形橫剖面，該橫剖面具有不同於在第4A圖中圖示之橫剖面之相對尺寸。第4E圖圖示支撐臂270E之剖視圖。支撐臂270E具有圓形橫剖面。進一步預期具有其他形狀(包括多邊形截面)之支撐臂。
本發明之優點通常包括在處理期間對基座及基板之 更精確溫度量測，尤其在使用旋轉基座支撐軸時。本發明之基座支撐軸促進在基座支撐軸旋轉時之一致高溫計束傳輸。因此，降低了歸因於高溫計束之傳輸路徑之改變的溫度量測變化。此外，所揭示基座支撐件之降低的質量改良基板溫度均勻性且改良製程溫度斜升及斜降時間。
儘管上文針對本發明之實施例，但可在不脫離本發明之基本範疇的情況下設計本發明之其他實施例與進一步實施例，且本發明之範疇係由以下申請專利範圍決定。
127‧‧‧基座支撐軸
260‧‧‧軸
262‧‧‧輪轂
264‧‧‧支撐主體
270‧‧‧支撐臂
272‧‧‧假臂
274‧‧‧錐形基底
278‧‧‧連接表面
280‧‧‧開口
281‧‧‧遠端
282‧‧‧開口
283‧‧‧肘管

Claims (15)

  1. 一種用於一處理腔室之基座支撐軸，該基座支撐軸包含：一圓筒形支撐軸；及一支撐主體，該支撐主體耦接該支撐軸，該支撐主體包含：一輪轂；複數個錐形基底，該等錐形基底自該輪轂延伸；至少三個支撐臂，該等支撐臂自該等錐形基底中之一些錐形基底延伸；及至少三個假臂，該等假臂自該等錐形基底中之一些錐形基底延伸。
  2. 如請求項1所述之基座支撐軸，其中該等支撐臂彼此等間距間隔。
  3. 如請求項1所述之基座支撐軸，其中該等錐形基底中之每一者之一厚度隨該等錐形基底中之每一者之一寬度減小而增加。
  4. 如請求項1所述之基座支撐軸，其中該等支撐臂中之每一者包括一肘管。
  5. 如請求項1所述之基座支撐軸，其中該等支撐臂中之每一者包括穿過該等支撐臂用於接受一升舉銷之一開口。
  6. 如請求項1所述之基座支撐軸，其中該等支撐臂中之每一者具有一六邊形橫剖面。
  7. 如請求項1所述之基座支撐軸，其中該等支撐臂中之每一者具有一矩形橫剖面。
  8. 如請求項1所述之基座支撐軸，其中該等支撐臂中之每一者具有一圓橫剖面。
  9. 如請求項1所述之基座支撐軸，其中該輪轂係錐體形狀的。
  10. 如請求項1所述之基座支撐軸，其中該至少三個支撐臂包括在該至少三個支撐臂之一遠端中用於接受該至少三個支撐臂中之一銷之開口。
  11. 如請求項1所述之基座支撐軸，其中該至少三個支撐臂係四個支撐臂。
  12. 如請求項1所述之基座支撐軸，其中該基座支撐軸由一光學透明材料形成。
  13. 如請求項1所述之基座支撐軸，其中該光學透明材料包 含石英。
  14. 一種用於一處理腔室之光學透明基座支撐軸，該光學透明基座支撐軸包含：一圓筒形支撐軸；及一支撐主體，該支撐主體耦接該支撐軸，該支撐主體包含：一錐體輪轂；複數個錐形基底，該等錐形基底自該輪轂延伸；至少三個支撐臂，該等支撐臂自該等錐形基底中之一些錐形基底延伸，該至少三個支撐臂彼此等間距間隔；及至少三個假臂，該等假臂自該等錐形基底中之一些錐形基底延伸，該至少三個假臂彼此等間距間隔。
  15. 如請求項14所述之光學透明基座支撐軸，其中該光學透明材料包含石英。
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