TW201532183A - 具有遮罩邊緣的支撐環 - Google Patents

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Abstract

提供用於半導體處理的支撐環。支撐環包含一環形主體，該環形主體由內邊緣及外邊緣來界定。該內邊緣及該外邊緣同心的繞著中央軸。該環形主體進一步包含第一側、第二側、及突起環狀肩部，該突起環狀肩部在該內邊緣處由該環形主體的該第一側延伸。該支撐環也包含位於該第一側上的包覆，該包覆具有鄰接該突起環狀肩部的減低厚度區域之內區域。

Description

具有遮罩邊緣的支撐環
本發明之態樣一般相關於用以支撐基板的裝置及用於形成該裝置的方法。更特定地，本發明之實施例相關於支撐環以在熱處理腔室中支撐邊緣環。
在基板處理中，例如半導體晶圓，基板被放置於處理腔室中的一支撐上，同時在處理腔室中維持合適的處理條件。可使用快速熱處理(RTP)腔室以設置於基板下方的照射器加熱基板。例如，可快速加熱基板至升高的溫度，該升高的溫度在攝氏250度至攝氏1350度的溫度範圍內。在熱處理期間，可藉由支撐結構繞著基板的邊緣區域以支撐基板，例如邊緣環。可藉由另一支撐結構支撐邊緣環，例如支撐環。
邊緣環及支撐環由可承受眾多快速加熱及冷卻的週期之材料所組成。石英(例如，非結晶矽)為經常用於支撐環結構的材料。當在RTP腔室中由下方照射器加熱基板時，典型地欲阻隔照射器輻射免於進入RTP腔室中的基板上方空間。經常在基板上方空間中使用對基板放射出的輻射敏感的輻射感應器，例如高溫計(pyrometer)。防止照射器輻射進入基板 上方空間防止了輻射阻礙溫度感應器的效能。因為石英對光及紅外光能量為透明的，石英支撐環的上方表面經常以一材料包覆，例如矽，以對照射器輻射呈現不透明。
包覆矽的石英支撐環在反覆地加熱及冷卻後，開始在徑向上長出裂痕。裂痕可在僅僅幾個加熱週期後開始長出。裂痕最後使得包覆矽之石英支撐環無法使用，而頻繁的置換支撐環不是對成本有效益的。
因此，存在具有不透明包覆的改進石英支撐環的需求。
在一個實施例中，提供用於半導體處理的支撐環。支撐環包含環形主體，該環形主體帶有內邊緣及外邊緣，其中該內邊緣及該外邊緣同心的繞著中央軸。該環形主體進一步包含第一側、第二側、及突起環狀肩部，該突起環狀肩部在該內邊緣處由該環形主體的該第一側延伸。該支撐環也包含位於該第一側上的包覆，該包覆具有鄰接該突起環狀肩部的減低厚度區域之內區域。
在另一實施例中，提供用於半導體處理的支撐環。支撐環包含環形主體，該環形主體帶有內邊緣及外邊緣，其中該內邊緣及該外邊緣同心的繞著中央軸。該環形主體進一步包含第一側及第二側。該支撐環也包含位於該第一側上的包覆，該包覆具有外輻射阻隔區域之一致厚度及經配置以支撐邊緣環的內區域之減低厚度。
在另一實施例中，提供用於在沉積腔室中包覆環形 主體的方法。該方法包含將該環形主體提供至該沉積腔室，該環形主體具有內邊緣及外邊緣，及第一側及第二側，其中該內邊緣及該外邊緣同心的繞著中央軸，放置遮罩覆蓋於該內邊緣之該第一側處，其中介於該遮罩及該第一側之間的距離係小於約500微米，及於該第一側上形成包覆，其中該遮罩減低該第一側上於該遮罩下的該包覆之厚度。
100‧‧‧支撐環
110‧‧‧環形主體
112‧‧‧內邊緣
114‧‧‧外邊緣
116‧‧‧第一側
118‧‧‧第二側
120‧‧‧突起環狀肩部
130‧‧‧放置緣
140‧‧‧包覆
142‧‧‧減低厚度
144‧‧‧一致厚度
150‧‧‧基板
160‧‧‧邊緣環
170‧‧‧圓柱體
210‧‧‧遮罩
212‧‧‧支撐表面
214‧‧‧遮罩表面
216‧‧‧外表面
218‧‧‧一致厚度邊際
300‧‧‧支撐環
310‧‧‧漸狹長遮罩
312‧‧‧漸狹長遮罩支撐表面
313‧‧‧最小厚度遮罩表面
314‧‧‧漸狹長遮罩表面
316‧‧‧外表面
318‧‧‧外漸狹長邊際
320‧‧‧內漸狹長邊際
340‧‧‧漸狹長包覆
342‧‧‧漸狹長區域
344‧‧‧一致厚度
346‧‧‧最小厚度
於是上述本發明特徵的方式可以細節理解，可藉由參考實施例而具有本發明的更特定描述(簡短總結如上)，其中一些被圖示於所附圖式中。然而，注意所附圖式僅圖示本發明典型的實施例，因此不考慮限制其範圍，因為本發明可允許其他等效實施例。
第1圖為根據本發明的一個實施例之支撐環的剖面視圖。
第2A圖為用於產生本發明的一個實施例之環形主體及遮罩的剖面視圖。
第2B圖為根據本發明的一個實施例之具有包覆的支撐環的剖面視圖。
第3A圖為用於產生本發明的一個實施例之環形主 體及漸狹長遮罩的剖面視圖。
第3B圖為根據本發明的一個實施例之具有漸狹長包覆的支撐環的剖面視圖。
為了便於理解，盡可能使用相同元件符號，以標示圖式中常見的相同元件。思量一個實施例中所揭露的元件可 有利地利用於其他實施例，而無須特定敘述。
描述針對反覆加熱及冷卻具有改進持久性的支撐環，及用於製造該支撐環的方法。描述於此的支撐環針對藉由反覆加熱至介於約250攝氏度及約1350攝氏度之間的溫度及冷卻至大氣溫度而產生的熱應力下之破裂具有阻抗性。
第1圖為根據一個實施例之支撐環100的剖面視圖。支撐環100經配置以在熱處理腔室(未展示)中支撐邊緣環160。使用邊緣環160以支撐可在腔室內部處理的基板150。一般地，支撐環100被設置於腔室組件上，例如圓柱體170。
支撐環100包含環形主體110。環形主體110可由內邊緣112及外邊緣114來界定，其中內邊緣112及外邊緣114可同心的繞著環形主體110的中央軸。環形主體110進一步包含第一側116、第二側118及突起環狀肩部120，突起環狀肩部120在內邊緣112處由環形主體110的第一側116延伸。支撐環100也包含於第一側116上的包覆140，包覆140具有一致厚度144的外區域及鄰接突起環狀肩部120的減低厚度142之內區域。一致厚度144的外區域徑向地向外延伸超過減低厚度142之內區域。一致厚度144之外區域較減低厚度142之內區域厚。一致厚度144之外區域及減低厚度142之內區域可為環形。減低厚度142之內區域可經配置以支撐邊緣環160。支撐環100也可包含放置緣130以放置支撐環100於圓柱體170上。
環形主體110可由石英(例如，非結晶矽)、碳化矽、 氧化矽(例如，非晶質玻璃)、陶瓷或任何其他熱阻抗材料所組成。也可使用該等材料之組合。
包覆140可由矽組成，矽可具有任何便利的型態，例如多晶矽、單晶矽、微晶矽、奈米晶矽、非晶矽，諸如此類。一致厚度144的外區域可為外輻射阻隔區域。25微米或更多的矽包覆可呈現支撐環100的包覆表面，該包覆表面在一或更多個高溫計(未展示)之操作範圍中對輻射波長為不透明的，該等高溫計用於在處理腔室內部量測溫度。一或更多個高溫計可量測來自支撐環100上方的溫度，同時加熱源(未展示)可位於支撐環100下方。不透明意指：在高溫計操作範圍中由加熱源(例如，設置於支撐環100下方的照射器，未展示)穿過包覆140之輻射的平均強度較支撐環100表面上(例如，第二側118，面對加熱源)所接收的入射輻射小至少六個數量級。可用一厚度及其他特性設計包覆140，以確保由加熱源穿過包覆140之輻射較支撐環100所接收的入射輻射小至少十二個數量級。使用對高溫計敏感的波長不透明的包覆確保實質上沒有在波長範圍中直接來自加熱源的輻射到達一或更多個高溫計。
在一致厚度144的外區域中的包覆140厚度可介於25及75微米之間，例如介於約30微米及約60微米之間，例如50微米。在一些實施例中，在一致厚度的外區域中的包覆140厚度可介於約50及500微米之間，例如150微米。雖然在一致厚度144的外區域中的包覆140厚度實質為一致的，並不必要為恆常厚度。例如，一致厚度144的外區域之厚度 可沿著支撐環100的徑向維度變化。在一致厚度144的外區域中的包覆140厚度可厚至足以使得一致厚度的外區域實質上對由加熱源逕往支撐環100的第二側118的輻射能量之至少一些波長為不透明的。在減低厚度142的內區域中的包覆140之厚度可介於約1及約30微米之間，例如介於約5微米及約20微米之間，例如10微米。減低厚度142的內區域也可描述為最小厚度的內區域。
第2A圖展示可用於在環形主體110上形成包覆140的遮罩210的剖面視圖。第2B圖展示具有包覆140的支撐環100的剖面視圖，包覆140可經由使用遮罩210而形成。遮罩210可為環形且包含支撐表面212，可使用支撐表面212以在形成包覆140期間於突起環狀肩部120上支撐遮罩210。遮罩210也包含遮罩表面214，使用遮罩表面214以在形成包覆140期間減低在減低厚度142的內區域中的包覆140厚度。遮罩210也包含外表面216，外表面216在形成包覆140時在減低厚度142的內區域及一致厚度144的外區域之間產生一致厚度邊際218。
參照第1及2B圖，一致厚度邊際218可在一位置處形成，該位置可支撐邊緣環160之支撐表面的外邊緣。若邊緣環160也由輻射阻隔材料(例如碳化矽，可對一些波長或輻射光譜為不透明)組成，實質上所有在熱處理腔室中由支撐環100下所輻射的光及紅外光能量被阻隔，或被基板150、邊緣環160或一致厚度144的外區域吸收。
參照第1、2A及2B圖，在環形主體110上形成包 覆140的方法可包含將環形主體110提供至沉積腔室(未展示)，放置遮罩210覆蓋於內邊緣112處的第一側116，及在第一側116上形成包覆140。遮罩210減低在遮罩表面214下方的第一側116上之包覆140的厚度。遮罩表面214及第一側116之間的距離可介於約10微米及約500微米之間，例如約200微米。在一些實施例中，遮罩表面214及第一側116之間的距離可介於約1微米及約30微米之間，例如介於約5微米及約20微米之間，例如10微米。
第3A圖展示漸狹長遮罩310的剖面視圖，漸狹長遮罩310可用於在環形主體110上形成漸狹長包覆340。第3B圖展示具有漸狹長包覆340的支撐環300的剖面視圖，漸狹長包覆340可經由使用漸狹長遮罩310而形成。漸狹長遮罩310可為環形且包含漸狹長遮罩支撐表面312，漸狹長遮罩支撐表面312可在形成漸狹長包覆340期間在突起環狀肩部120上使用以支撐漸狹長遮罩310。漸狹長遮罩310漸狹長以隨著漸狹長包覆340接近內邊緣112而減低漸狹長包覆340的厚度。漸狹長遮罩310也包含漸狹長遮罩表面314，使用漸狹長遮罩表面314以在形成漸狹長包覆340期間在漸狹長區域342中減低漸狹長包覆340的厚度。漸狹長遮罩表面314可具有實質上相對於第一側116線性的斜率。漸狹長遮罩310也包含外表面316，外表面316在漸狹長包覆340形成時產生介於漸狹長區域342及一致厚度344的外區域之間的外漸狹長邊際318。因此，漸狹長區域342(亦即，沿著環形主體110的徑向維度之內區域)在外漸狹長邊際318處形成一致厚度 344的外區域的邊界。
一致厚度344的外區域中的漸狹長包覆340之厚度可具有介於25微米及300微米之間的厚度，例如60微米。在一些實施例中，一致厚度344的外區域中的漸狹長包覆340之厚度可具有介於200微米及500微米之間的厚度，例如400微米。
漸狹長遮罩310也可包含最小厚度遮罩表面313，可使用最小厚度遮罩表面313以在漸狹長包覆340形成時產生鄰接突起環狀肩部120的最小厚度346的區域。最小厚度遮罩表面313可實質上平行於環形主體110的第一側116而使漸狹長包覆340的厚度在最小厚度346的區域中實質上一致。雖然在最小厚度346的區域中的漸狹長包覆340的厚度實質為一致的，並不必要為恆常厚度。例如，在最小厚度346的區域中漸狹長包覆340的厚度可沿著支撐環300的徑向維度變化。漸狹長遮罩表面314與最小厚度遮罩表面313交會的點處在漸狹長包覆340形成後產生內漸狹長邊際320。內漸狹長邊際320介於漸狹長區域342及最小厚度346的區域之間(亦即，內區域)。因此，漸狹長包覆340於外漸狹長邊際318處由一致厚度344的區域漸狹長至內漸狹長邊際320處的減低或最小厚度，內漸狹長邊際320位於環形主體110的內區域中。漸狹長包覆340可具有實質上與介於內漸狹長邊際320及內邊緣112之間的最小厚度相等的內厚度。
內漸狹長邊際320可為起於環形主體110的內邊緣112的第一距離，其中該第一距離可為介於約0.1mm及約20 mm之間，例如介於約0.5mm及約15mm之間，例如約5mm。在最小厚度346的區域中之漸狹長包覆340的厚度可為介於約1微米及約30微米之間，例如介於約5微米及約20微米之間，例如10微米。外漸狹長邊際318可為起於環形主體110的內邊緣112的第二距離，其中該第二距離可介於約0.2mm及約25mm之間，例如介於約0.5mm及約20mm之間，例如約10mm。在一些實施例中，漸狹長遮罩310可沿著由中央軸之一徑向維度將漸狹長包覆340之厚度減低介於0.1mm及24mm之間的跨距，例如，介於0.5mm及5mm之間的跨距。
在內漸狹長邊際320處的漸狹長包覆340之厚度可介於約1微米及約30微米之間，例如介於約5微米及約20微米之間，例如10微米。在外漸狹長邊際318處的漸狹長包覆340之厚度可為介於約25微米及約75微米之間，例如介於約30微米及約60微米之間，例如50微米。在一些實施例中，在外漸狹長邊際318處的漸狹長包覆340之厚度可具有介於60微米及500微米之間的厚度，例如250微米。
參照第1、3A及3B圖，形成漸狹長包覆340的方法可包含將環形主體110提供至沉積腔室(未展示)，放置漸狹長遮罩310覆蓋於第一側116，及在第一側116上形成漸狹長包覆340。漸狹長遮罩310減低在漸狹長遮罩表面314及最小厚度遮罩表面313下方的第一側116上之漸狹長包覆340的厚度。漸狹長遮罩表面314及第一側116之間的距離可由第一值漸狹長至第二值，其中該第一值可為介於約300微米及 約500微米之間，例如400微米，且該第二值可為介於約10微米及約200微米之間，例如50微米。在一些實施例中，漸狹長遮罩表面314及第一側116之間的距離可由第一值漸狹長至第二值，其中該第一值可為介於約25微米及約75微米之間，例如50微米，且該第二值可為介於約1微米及約30微米之間，例如10微米。在一些實施例中，漸狹長遮罩表面314及第一側116之間的距離可為介於10微米及300微米之間，例如50微米。在一些實施例中，最小厚度遮罩表面313及第一側116之間的距離可為介於10微米及200微米之間，例如60微米。在一些實施例中，最小厚度遮罩表面313及第一側116之間的距離可為介於約1微米及約30微米之間，例如介於約5微米及約20微米之間，例如10微米。
可曝露第一側116於矽先質材料以形成包覆140或漸狹長包覆340。用於曝露第一側116於矽先質材料的處理可為CVD處理或PVD處理。在一個態樣中，可使用電漿處理，例如電漿濺噴處理或電漿CVD處理。在電漿CVD處理中，可提供矽沉積先質(如矽烷，例如三甲基矽烷或二矽烷)至包含環形主體110之處理腔室，該環形主體110帶有遮罩210或漸狹長遮罩310放置於其上。可用電漿形成氣體(例如氬或氦)提供矽沉積先質。在處理腔室中形成電容性或電感性電漿，且形成包覆140或漸狹長包覆340。
參照第1圖，觀察到：當石英支撐環(例如，環形主體110)被以實質一致厚度的矽層包覆於其上方表面上且反覆加熱至升高溫度(例如，至少攝氏900度的溫度)時，裂痕在僅 僅幾個週期後開始形成。裂痕最後使得支撐環無法使用。也觀察到：當相同支撐環具有靠近內邊緣112的減低厚度的區域(例如減低厚度142的內區域)之矽包覆且支撐環被反覆加熱至升高溫度時，實質上延遲或減低了裂痕之形成。
前述係本發明之實施例，但是可修改本發明之其他及進一步的實施例而不遠離其基本範圍，且其範圍由以下申請專利範圍所決定。
100‧‧‧支撐環
110‧‧‧環形主體
112‧‧‧內邊緣
114‧‧‧外邊緣
116‧‧‧第一側
118‧‧‧第二側
120‧‧‧突起環狀肩部
130‧‧‧放置緣
140‧‧‧包覆
142‧‧‧減低厚度
144‧‧‧一致厚度
150‧‧‧基板
160‧‧‧邊緣環
170‧‧‧圓柱體

Claims (20)

  1. 一種用於半導體處理的支撐環，包括：一環形主體，包括：一內邊緣及一外邊緣，其中該內邊緣及該外邊緣同心的繞著一中央軸；及一第一側及一第二側，一突起環狀肩部，該突起環狀肩部在該內邊緣處由該環形主體的該第一側延伸；及一包覆，該包覆位於該第一側上，該包覆具有鄰接該肩部的減低厚度之一內區域。
  2. 如請求項1所述之支撐環，其中減低厚度之該內區域為環形。
  3. 如請求項2所述之支撐環，其中該環形主體由石英組成。
  4. 如請求項3所述之支撐環，其中該包覆為多晶矽。
  5. 如請求項4所述之支撐環，其中該包覆具有一致厚度之一外區域徑向地向外延伸超過減低厚度之該內區域。
  6. 如請求項5所述之支撐環，其中該包覆在該外區域之厚度係介於約30微米及約60微米間，且該包覆在該內區域之厚度介於約1微米及約30微米間。
  7. 如請求項5所述之支撐環，進一步包括介於該外區域及該內區域之間的一漸狹長區域而形成一外漸狹長邊際及一內漸狹長邊際，該外漸狹長邊際介於該外區域及該漸狹長區域之間，該內漸狹長邊際介於該漸狹長區域及該內區域之間，其中該包覆由該外漸狹長邊際處的該一致厚度漸狹長為該內漸狹長邊際處的該減低厚度。
  8. 如請求項7所述之支撐環，其中該內漸狹長邊際為起於該內邊緣之一第一距離，且該外漸狹長邊際為起於該內邊緣之一第二距離，該第一距離為介於約0.1mm及約20mm之間，且該第二距離為介於約0.2mm及約25mm之間。
  9. 如請求項7所述之支撐環，其中在該漸狹長區域的該包覆的漸狹長厚度具有一實質線性的斜率。
  10. 如請求項9所述之支撐環，其中在該外區域的該包覆之厚度為介於約30微米及約60微米之間，且在該內區域的該包覆之厚度為介於約1微米及約30微米之間。
  11. 如請求項10所述之支撐環，其中該內漸狹長邊際為起於該內邊緣之一第一距離，且該外漸狹長邊際為起於該內邊緣之一第二距離，該第一距離為介於約0.1mm及約20mm之間，且該第二距離為介於約0.2mm及約25mm之間。
  12. 一種用於半導體處理的支撐環，包括：一環形主體，包括：一內邊緣及一外邊緣，其中該內邊緣及該外邊緣同心的繞著一中央軸；及一第一側及一第二側；及一包覆，該包覆位於該第一側上，該包覆具有一外輻射阻隔區域之一致厚度及經配置以支撐一邊緣環的一內區域之減低厚度。
  13. 如請求項12所述之支撐環，其中該內區域在一外漸狹長邊際處形成該外輻射阻隔區域的邊界，該包覆之厚度由該外漸狹長邊際處的該一致厚度徑向地向內漸狹長為位於該內區域中之一內漸狹長邊際處的一最小厚度，且該包覆具有與介於該內漸狹長邊際及該內邊緣之間的該最小厚度實質相等的一內厚度。
  14. 如請求項13所述之支撐環，其中該內漸狹長邊際為起於該內邊緣之一第一距離，且該外漸狹長邊際為起於該內邊緣之一第二距離，該第一距離為介於約0.1mm及約20mm之間，且該第二距離為介於約0.2mm及約25mm之間。
  15. 如請求項13所述之支撐環，其中該一致厚度為介於約30微米及約60微米之間，且該最小厚度為介於約1微米及約30 微米之間。
  16. 一種用於在一沉積腔室中包覆一環形主體的方法，包括以下步驟：將該環形主體提供至該沉積腔室，該環形主體具有一內邊緣及一外邊緣，及一第一側及一第二側，其中該內邊緣及該外邊緣同心的繞著一中央軸；放置一遮罩覆蓋於該內邊緣之該第一側處，其中介於該遮罩及該第一側之間的一距離係小於約500微米；及於該第一側上形成一包覆，其中該遮罩減低該第一側上於該遮罩下的該包覆之一厚度。
  17. 如請求項16所述之方法，其中該遮罩為環形。
  18. 如請求項17所述之方法，其中該遮罩隨著該包覆接近該內邊緣而漸狹長以減低該包覆之厚度。
  19. 如請求項18所述之方法，其中介於該遮罩及該第一側之間的該距離由一第一值漸狹長至一第二值，該第一值為介於約300微米及約500微米之間，且該第二值為介於約10微米及約200微米之間。
  20. 如請求項18所述之方法，其中該遮罩沿著由該中央軸之一徑向維度將該包覆之厚度減低了介於0.5mm及5mm之間 的一跨距。
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