TW201732077A - 用於最小化跨基板的溫度分布的具有凹槽的平板基座 - Google Patents

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Abstract

在一個實施例中，提供一種基座，包含：一第一主要表面，該第一主要表面相對於一第二主要表面；及複數個接觸結構，該等接觸結構設置於該第一主要表面上，該等接觸結構之每一者至少部分地被複數個徑向定向的凹槽之其中一者或更多者及一環狀凹槽環繞，其中該複數個接觸結構之每一者包含一基板接觸表面，該等基板接觸表面之每一者介於以0.1毫米之一距離分開的兩個平行平面之間，且該等基板接觸表面界定一基板接收表面。

Description

用於最小化跨基板的溫度分布的具有凹槽的平板基座
本揭示案之實施例大體而言相關於用於在處理腔室中支撐基板的基座。更特定地，基座具有平坦的基板接收表面，該表面上形成凹槽圖案，可使用於針對半導體製造處理的沉積或蝕刻腔室中。
在基板上電子裝置的製造中，基板(例如，半導體基板)經受許多熱處理。熱處理典型地在專用處理腔室中執行，在該腔室中沉積或移除材料。該等處理包含磊晶沉積、化學氣相沉積(CVD)、電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、蝕刻、退火、諸如此類。
在處理腔室中，基板通常支撐於基座上，且在一些沉積處理中，加熱基座的底部表面以升高基板溫度。傳統的基座具有基板接收表面，該基板接收表面通常為非平面或平坦，使得基板的大面積可不與基板接收表面接觸，而導致其間的空隙。基板及基座之間的空隙及/或非接觸導致基板及基座的底部表面之間大的溫度差異。進一步地，影響到跨基板表面的溫度分布，導因於基板及基座之間的空隙及/或非接觸。該等溫度差異造成控制基板上沉積方面的挑戰。
因此，具有針對改良基座的需求，以最小化基座及支撐於上的基板之間的溫度差異。
在一個實施例中，提供一種基座，包含：一第一主要表面，該第一主要表面相對於一第二主要表面；及複數個接觸結構，該等接觸結構設置於該第一主要表面上，該等接觸結構之每一者至少部分地被複數個徑向定向的凹槽之其中一者或更多者及一環狀凹槽環繞，其中該複數個接觸結構之每一者包含一基板接觸表面，該等基板接觸表面之每一者介於以0.1毫米之一距離分開的兩個平行平面之間，且該等基板接觸表面界定一基板接收表面。
在另一實施例中，提供一種基座，包含：一第一主要表面，該第一主要表面相對於一第二主要表面；及複數個接觸結構，該等接觸結構設置於該第一主要表面上，該等接觸結構之每一者至少部分地被複數個徑向定向的凹槽之其中一者或更多者及一環狀凹槽環繞，其中該複數個接觸結構之每一者包含界定基板接收表面的一基板接觸表面，且該等基板接觸表面之每一者設置於一平面中，該平面在約0.1毫米內跨該基板接收表面。
在另一實施例中，提供一種基座，包含：一第一主要表面，該第一主要表面相對於一第二主要表面；及複數個接觸結構，該等接觸結構設置於該第一主要表面上，該等接觸結構之每一者至少部分地被複數個徑向定向的凹槽之其中一者或更多者及一環狀凹槽環繞，其中該複數個接觸結構之每一者包含界定基板接收表面的一基板接觸表面，且該等基板接觸表面之每一者相互共平面，且該等徑向定向的凹槽包含一第一凹槽及一第二凹槽，該第一凹槽具有一第一徑向長度，該第二凹槽具有小於剩餘的該等徑向定向的凹槽的第二徑向長度。
在另一實施例中，提供一種基座，包含：一第一主要表面，該第一主要表面相對於一第二主要表面；及複數個接觸表面，該等接觸表面設置於該第一主要表面上，該等接觸表面之至少一部分被一環狀凹槽分開及交替，該等環狀凹槽沿著該第一主要表面的一半徑具有一寬度及一深度，其中該複數個接觸表面之每一者界定一基板接收表面，且該等基板接觸表面之每一者在約0.1毫米內相互共平面跨該基板接收表面。
本揭示案之實施例相關於用於處理期間支撐基板的基座之設備及方法。基座包含主要表面，該主要表面實質為平面或平坦的且包含凹槽圖案，該凹槽圖案經配置以最小化基板及基座之間的溫度差異，該溫度差異可減低跨基板表面的溫度增量。跨基板表面的減低的溫度增量改良了沉積均勻性而可改良良率。
可修改多種處理腔室以併入此處描述之實施例。在一個實施例中，大氣化學氣相沉積(CVD)腔室併入此處描述之實施例。CVD腔室的一個範例為可自Santa Clara, California的Applied Materials公司取得的用於大氣CVD系統的磊晶(EPI) CENTURA® 系統。CENTURA® 系統為全自動半導體製造系統，採用單一晶圓、多腔室、模組設計，而容納寬廣多樣的晶圓尺寸。除了CVD腔室外，多腔室可包含預先清理腔室、晶圓定向器腔室、冷卻腔室、及獨立操作的裝載鎖腔室。此處呈現的CVD腔室示意地以一個實施例來展示於第1圖中，且不意圖限制所有可能的實施例。根據此處描述的實施例，可預見使用其他大氣或近似大氣CVD腔室，包含來自其他製造商的腔室。
第1圖為根據一個實施例之處理腔室100的部分橫截面視圖。處理腔室100包含腔室主體102、支撐系統104、及腔室控制器106。腔室主體102包含上方部分112及下方部分114。上方部分112包含腔室主體102內介於天花板116及基板125的上方表面之間的一面積。下方部分114包含腔室主體102內介於圓頂130及基板125的底部之間的一面積。沉積處理一般發生在上方部分112內的基板125的上方表面上。
上方襯墊118設置於上方部分112內且使用以防止腔室構件上所不欲的沉積。放置上方襯墊118相鄰於上方部分112內的環123。處理腔室100包含複數個熱來源(例如燈具135)適用以提供熱能至放置於處理腔室100內的構件。例如，燈具135可適用以提供熱能至基板125及環123。圓頂130及天花板116可由光學透明材料形成(例如，石英)以便於熱輻射於其間之通路。
腔室主體102亦包含在腔室主體102中形成的入口120及排放埠122。入口120可適用以提供處理氣體150進入腔室主體102的上方部分112，同時排放埠122可適用以自上方部分112排放處理氣體150進入排放系統160。以此方式，處理氣體150可流動而平行於基板125的上方表面。在一個實施例中，藉由燈具135之便，處理氣體150至基板125上的熱分解形成基板125上的磊晶層。
放置基板支撐組件132於腔室主體102的下方部分114中。基板支撐組件132包含圖示為在處理位置中支撐基板125及環123的基座131。基板支撐組件132包含複數個支撐臂121及複數個升降銷133。升降銷133藉由支撐臂134可垂直致動，且在一個實施例中，經適用以接觸基座131的底部以自處理位置(如所展示)升高基板125至基板傳輸位置。基板傳輸位置為可插入機械手裝置(例如，機械手臂或末端效應器)經過可密封開口138且存取基座131(或基板支撐組件132的其他部分)的位置。基板支撐組件132的構件可由以下材料製造：碳纖維、石英、碳化矽、塗覆碳化矽的石墨、或其他合適材料。基板支撐組件132可包含或耦合至軸件組件136，以允許支撐臂121的移動與升降銷133的移動分開。在一個實施例中，軸件組件適用以繞著該軸件組件的縱軸旋轉。在一些實施例中，基板支撐組件132包含基座組件137，基座組件137包含基座131及環123(或其他如下方描述之支撐傳輸機制)，以及支撐臂134的部分、支撐臂121及/或升降銷133。在一些實施例中，每一支撐臂121包含球126，經配置以在鑽孔裝埋的凹槽127(在基座131中形成)中接收球126。
可設置環123相鄰於耦合至腔室主體102的下方襯墊140。可繞著腔室主體102的內容積設置環123且在基板125位於處理位置時圍繞基板125。環123及基座131可由熱穩定材料形成，例如碳纖維、碳化矽、石英、或塗覆碳化矽的石墨。環123與基座131的組合可分開上方部分112的處理容積。當放置基板125相鄰於環123時，環123可提供引導的氣體流動經過上方部分112。
支撐系統104包含使用以執行及監視預先決定處理(例如，處理腔室100中磊晶薄膜的成長及基板支撐組件132的致動)的構件。在一個實施例中，支撐系統104包含以下一者或更多者：氣體面板、氣體分配管道、功率供應、及處理控制設施。腔室控制器106耦合至支撐系統104且經適用以控制處理腔室100及支撐系統104。在一個實施例中，腔室控制器106包含中央處理單元(CPU)、記憶體及支援電路。可執行駐於腔室控制器106中的設施以控制處理腔室100的操作。處理腔室100適用以執行處理腔室100中的一個或更多個薄膜形成或沉積處理。例如，可在處理腔室100內執行碳化矽磊晶成長處理。思量可於處理腔室100內執行其他處理。
第2圖為基座200之一個實施例的透視視圖。可使用基座200如同第1圖之處理腔室中的基座131。基座200包含由複數個接觸結構210及複數個凹槽所界定的基板接收表面205。每一接觸結構210包含基板接觸表面215且每一基板接觸表面215一般跨基板接收表面205與每一其他基板接觸表面215共平面。例如，基板接觸表面215可包含約0.1毫米(根據幾何維度及容忍度(GD&T)特性)的跨基板接收表面205(例如，約300毫米)平坦規格。平坦容忍度(例如，約0.1毫米)參考界定出整體參考表面必須安置的一區的兩個平行平面(平行於基板接觸表面215)。GD&T規格需要基板接觸表面215跨基板接收表面205的表面面積處於0.1毫米內。
複數個凹槽包含徑向定向的凹槽220及環狀凹槽225以分開複數個接觸結構210之每一者。環狀凹槽225可一般在徑向方向上為同心的。徑向定向的凹槽220可包含不同的徑向長度。徑向定向的凹槽220及環狀凹槽225可跨基板接收表面205交叉。
第3圖為如同第1圖之處理腔室中可使用的基座131的基座300之另一實施例的頂部平面視圖。基座300包含下方描述的凹槽圖案的一個實施例。基座300可包含具有不同長度而如同重複群組的凹槽302的徑向定向的凹槽220。重複群組的凹槽302的邊界為第一凹槽305，第一凹槽305具有重複群組的凹槽302中大於徑向定向的凹槽220的其他徑向凹槽的徑向長度。緊鄰第一凹槽305的是第二凹槽310，第二凹槽310具有重複群組的凹槽302中小於徑向定向的凹槽220的其他徑向凹槽的徑向長度。緊鄰第二凹槽310的是第三凹槽315，第三凹槽315具有大於第二凹槽310但小於第一凹槽305的徑向長度之徑向長度。在第3圖中順時針移動，重複群組的凹槽302包含被第三凹槽315分開的其他第二凹槽310。第三凹槽315之其中一者為中央凹槽320，中央凹槽320在重複群組的凹槽302內將第一凹槽305及第二凹槽310對分。可在基板接收表面205上以60度區間設置重複群組的凹槽302。基座300亦包含開口325以接收升降銷133(展示於第1圖)。基座300亦包含周邊環狀表面330，在一些實施例中，可為基板接收表面205的部分。然而，在其他實施例中，基板接收表面205位於由複數個徑向定向的凹槽220的遠端335所界定的面積內。周邊環狀表面330可與複數個接觸結構210的每一基板接觸表面215共平面。
第4圖為第3圖的基座300的中央面積400之放大視圖。中央面積400包含環狀凹槽225，環狀凹槽225與第一凹槽305的至少一近端交界。在此實施例中，徑向朝環狀凹槽225內設置的中央環狀凹槽405為一完整的環，未與徑向定向的凹槽220交界。
第5A及5B圖分別為沿著第3圖之線5A-5A及5B-5B的基座300之橫截面視圖。在此視圖中，在基板接收表面205上展示相對的第二凹槽310。基座300包含第一主要表面500及相對於第一主要表面500的第二主要表面505。第一主要表面500包括徑向定向的凹槽220、環狀凹槽225及基板接觸表面215以及周邊環狀表面330。在一些實施例中，第一主要表面500及第二主要表面505可於約0.1毫米(GD&T特性)內平行。於第二凹槽310的近端512及遠端335之間所界定的長度510可為約12毫米至約17毫米，例如約15毫米。在第5A及5B圖中，展示包含基板接收表面205的凹部表面520。凹部表面520可具有約302毫米至約308毫米的長度525。在一些實施例中，基座300可具有約3.5毫米至約3.9毫米的厚度515。基座300可由可塗覆陶瓷材料(例如，碳化矽)的石墨製成。
第6圖為第5A圖的基座300之放大部分橫截面。環狀凹槽225的幾何形狀在此視圖中更清楚地展示，包含約0.6毫米至約0.8毫米的深度600。環狀凹槽225包含約0.65毫米至約1.0毫米的最大寬度605。相鄰環狀凹槽225之間的節距610可為約6毫米至約7毫米。在一些實施例中，環狀凹槽225之每一者可包含約28度至約35度的角度α。
第7圖為第3圖的基座300之放大部分平面視圖。在一些實施例中，徑向定向的凹槽220可包含約0.9毫米至約1.1毫米的寬度700。徑向定向的凹槽220的遠端335可包含彎曲末端705。在一些實施例中，可於徑向定向的凹槽220之間提供約7度至約8.5度的角度710。在一些實施例中，徑向定向的凹槽220可包括半圓通道715(例如，橫截面中的半圓)，使得半圓通道715的深度約為寬度700的一半。根據此實施例，徑向定向的凹槽220的形狀因而與環狀凹槽225(在第6圖中展示)不同。例如，可使用「球」類型端銑刀形成徑向定向的凹槽220，且可使用平坦末端的端銑刀「外擴」形成環狀凹槽225以提供角度α(在第6圖中展示)。
第8圖為第5A圖的基座300之放大部分橫截面視圖。可以在距周邊環狀表面330的第一深度800處提供凹部表面520，且可以在距周邊環狀表面330的第二深度805處提供徑向定向的凹槽220。第一深度800可為約0.9毫米至約1.05毫米。第二深度805可為約0.8毫米至約0.9毫米。可以在距周邊環狀表面330的第三深度810形成環狀凹槽225。第三深度810可為約0.9毫米至約1.05毫米。
第9圖為可使用如同此處描述之基座200的基座900之部分的示意橫截面視圖。基座900包含由環狀凹槽225分開及交替的複數個接觸結構210。複數個接觸結構210之每一者具有集體界定基板接收表面205的基板接觸表面215。在基板接觸表面215上展示基板125。在一個實施例中，設計基座900使得基板125的周邊邊緣905與基板接觸表面215的外部分接觸。
在一些實施例中，基座900的設計參數包含基板接觸表面215的徑向寬度910、環狀凹槽225的深度915、環狀凹槽225的徑向寬度920。經由物理模型來測試設計參數的許多不同變化，且獲得相較於基座900的溫度之關於基板溫度的資料。更特定地，在上方表面925處的溫度之徑向分布與在基座900的下方表面930處的溫度之徑向分布比較。
測試設計參數的許多不同組合，且包含在基板125的上方表面925處的溫度徑向分布中最小化震盪的一個目的。發現到一些設計參數在基板125的溫度徑向分布上具有微小至無影響。然而，基板接觸表面215的徑向寬度910的建議資料可為低於約1.2毫米，例如約0.85毫米至約1毫米，或更低。資料亦指示環狀凹槽225的深度915可為約0.12毫米至約0.5毫米，例如約0.14毫米至約0.47毫米。資料亦指示環狀凹槽225的徑向寬度920可為約0.3毫米至約1.2毫米，例如約0.4毫米至約1.1毫米。
此處描述的基座200、基座300及基座900的實施例改良基板125的上方表面925處的徑向溫度分布之均勻性。使用傳統基座的跨基板半徑溫度增量可高至約攝氏6度。然而，根據此處揭露的實施例，基座200及基座900可減低溫度增量，使得在上方表面925處的跨基板半徑溫度增量處於或低於攝氏0.2度。此外，使用傳統基座，來自基板的上方表面925及基座的底部表面的溫度增量可為攝氏30至40度。根據此處揭露的實施例，來自基板的上方表面925及基座900的下方表面930，或基座200或300的對應表面之溫度增量可在約攝氏2度內，例如攝氏約1至約1.5度。這些溫度增量減低的其中一者或兩者導致跨基板表面更均勻的沉積，且可提供處理期間更精確的基板溫度控制。基座200、基座300及基座900所描述的實施例亦可減低或消除基板125邊緣處的溫度非均勻性(發生於使用基板邊緣安置於壁架上的傳統基座)。減低在基板邊緣處的溫度非均勻性導致沉積均勻性的增加。
前述係本揭示案之實施例，可修改本揭示案之其他及進一步的實施例而不遠離其基本範圍，且該範圍由隨後的申請專利範圍所決定。
100‧‧‧處理腔室
102‧‧‧腔室主體
104‧‧‧支撐系統
106‧‧‧腔室控制器
112‧‧‧上方部分
114‧‧‧下方部分
116‧‧‧天花板
118‧‧‧上方襯墊
120‧‧‧入口
121‧‧‧支撐臂
122‧‧‧排放埠
123‧‧‧環
125‧‧‧基板
126‧‧‧球
127‧‧‧鑽孔裝埋的凹槽
130‧‧‧圓頂
131‧‧‧基座
132‧‧‧基板支撐組件
133‧‧‧升降銷
134‧‧‧支撐臂
135‧‧‧燈具
136‧‧‧軸件組件
137‧‧‧基座組件
138‧‧‧可密封開口
140‧‧‧下方襯墊
150‧‧‧處理氣體
160‧‧‧排放系統
200‧‧‧基座
205‧‧‧基板接收表面
210‧‧‧接觸結構
215‧‧‧基板接觸表面
220‧‧‧徑向定向的凹槽
225‧‧‧環狀凹槽
300‧‧‧凹槽
305‧‧‧第一凹槽
310‧‧‧第二凹槽
315‧‧‧第三凹槽
320‧‧‧中央凹槽
325‧‧‧開口
330‧‧‧周邊環狀表面
335‧‧‧遠端
400‧‧‧中央面積
405‧‧‧中央環狀凹槽
500‧‧‧第一主要表面
505‧‧‧第二主要表面
510‧‧‧長度
512‧‧‧近端
515‧‧‧厚度
520‧‧‧凹部表面
525‧‧‧長度
600‧‧‧深度
605‧‧‧最大寬度
610‧‧‧節距
700‧‧‧寬度
705‧‧‧半徑
710‧‧‧角度
715‧‧‧半圓通道
800‧‧‧第一深度
805‧‧‧第二深度
810‧‧‧第三深度
900‧‧‧基座
905‧‧‧周邊邊緣
910‧‧‧徑向寬度
915‧‧‧深度
920‧‧‧徑向寬度
925‧‧‧上方表面
930‧‧‧下方表面
於是可以詳細理解本揭示案上述特徵中的方式，可藉由參考實施例而具有本揭示案的更特定描述(簡短總結如上)，其中一些圖示於所附圖式中。然而，注意所附圖式僅圖示本揭示案典型的實施例，因此不考慮限制其範圍，因為本揭示案可允許其他等效實施例。
第1圖為處理腔室的部分橫截面視圖。
第2圖為可使用於第1圖之處理腔室的基座之一個實施例的透視視圖。
第3圖為第2圖的基座之頂部平面視圖，展示凹槽圖案的一個實施例。
第4圖為第3圖的基座的中央面積之放大視圖。
第5A及5B圖分別為沿著第3圖之線5A-5A及5B-5B的基座之橫截面視圖。
第6圖為第5A圖的基座之放大部分橫截面。
第7圖為第3圖的基座之放大部分平面視圖。
第8圖為第5A圖的基座之放大部分橫截面視圖。
第9圖為可使用如同基座的基座之部分的示意橫截面視圖。
為了便於理解，儘可能使用相同元件符號，以標示圖式中常見的相同元件。思量一個實施例中的元件及特徵可有利地併入其他實施例中，而無須進一步敘述。
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200‧‧‧基座
205‧‧‧基板接收表面
210‧‧‧接觸結構
215‧‧‧基板接觸表面
220‧‧‧徑向定向的凹槽
225‧‧‧環狀凹槽

Claims (20)

  1. 一種基座，包括： 一第一主要表面，該第一主要表面相對於一第二主要表面；及複數個接觸結構，該等接觸結構設置於該第一主要表面上，該等接觸結構之每一者至少部分地被複數個徑向定向的凹槽之其中一者或更多者及一環狀凹槽環繞，其中該複數個接觸結構之每一者包含一基板接觸表面，該等基板接觸表面之每一者介於以0.1毫米之一距離分開的兩個平行平面之間，且該等基板接觸表面界定一基板接收表面。
  2. 如請求項1所述之基座，其中該基板接收表面位於該等徑向定向的凹槽的一遠端內。
  3. 如請求項1所述之基座，其中該複數個徑向定向的凹槽包含複數個第一凹槽，該等第一凹槽之每一者具有一第一徑向長度，該第一徑向長度小於剩餘的該複數個徑向定向的凹槽的一徑向長度。
  4. 如請求項3所述之基座，其中該複數個徑向定向的凹槽包含一第二凹槽，且該第一凹槽相鄰於該第二凹槽且位於該第二凹槽的兩側上。
  5. 如請求項3所述之基座，其中該複數個徑向定向的凹槽包含一第三凹槽，該第三凹槽具有大於該第一徑向長度的一第二徑向長度。
  6. 如請求項1所述之基座，其中該複數個徑向定向的凹槽包括跨該基板接收表面重複多次的一群組的凹槽。
  7. 如請求項6所述之基座，其中該群組的凹槽包含一第一凹槽，該第一凹槽具有一第一徑向長度，該第一徑向長度小於剩餘的該等徑向定向的凹槽的一徑向長度。
  8. 如請求項7所述之基座，其中一第二凹槽相鄰於該第一凹槽且位於該第一凹槽的兩側上。
  9. 如請求項7所述之基座，其中該等徑向定向的凹槽包含一第二凹槽，該第二凹槽具有大於該第二徑向長度的一第二徑向長度。
  10. 一種基座，包括： 一第一主要表面，該第一主要表面相對於一第二主要表面；及複數個接觸結構，該等接觸結構設置於該第一主要表面上，該等接觸結構之每一者至少部分地被複數個徑向定向的凹槽之其中一者或更多者及一環狀凹槽環繞，其中該複數個接觸結構之每一者包含一基板接觸表面，該等基板接觸表面之每一者與每一其他基板接觸表面共平面，該複數個基板接觸表面界定一基板接收表面，且該複數個徑向定向的凹槽包含一第一凹槽及一第二凹槽，該第一凹槽具有一第一徑向長度，該第二凹槽具有小於剩餘的該等徑向定向的凹槽的第二徑向長度。
  11. 如請求項10所述之基座，其中該第二凹槽相鄰於該第一凹槽且位於該第一凹槽的兩側上。
  12. 如請求項10所述之基座，其中該等徑向定向的凹槽包含一第三凹槽，該第三凹槽具有小於該第一徑向長度但大於該第二徑向長度的一第三徑向長度。
  13. 如請求項10所述之基座，其中該等徑向定向的凹槽包含一第三凹槽，該第三凹槽具有小於該第一徑向長度但大於該第二徑向長度的一第三徑向長度。
  14. 如請求項10所述之基座，其中該等第一凹槽及該等第二凹槽在該基板接收表面上重複多次。
  15. 一種基座，包括： 一第一主要表面，該第一主要表面相對於一第二主要表面；及複數個接觸表面，該等接觸表面設置於該第一主要表面上，該等接觸表面之至少一部分被一環狀凹槽分開及交替，該等環狀凹槽沿著該第一主要表面的一半徑具有一寬度及一深度，其中該複數個接觸表面之每一者界定一基板接收表面，且該等基板接觸表面之每一者在約0.1毫米內相互共平面跨該基板接收表面。
  16. 如請求項15所述之基座，進一步包括： 複數個徑向定向的凹槽，該等徑向定向的凹槽與該等環狀凹槽交界。
  17. 如請求項16所述之基座，其中該複數個徑向定向的凹槽包含一第一凹槽，該第一凹槽具有小於剩餘的該等徑向定向的凹槽的一第一徑向長度。
  18. 如請求項17所述之基座，其中一第二凹槽相鄰於該第一凹槽且位於該第一凹槽的兩側上。
  19. 如請求項18所述之基座，其中該等徑向定向的凹槽包含一第三凹槽，該第三凹槽具有大於該第一徑向長度的一第三徑向長度。
  20. 如請求項18所述之基座，其中該等第一凹槽及該等第二凹槽在該基板接收表面上重複多次。
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