TW202146829A - 半導體處理系統以及加熱半導體基材的方法 - Google Patents

半導體處理系統以及加熱半導體基材的方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種線性加熱燈配置，其允許在半導體處理期間局部控制基材中之溫度不均勻性。一種反應器包括基材夾持具，其經定位在線性加熱燈的頂部陣列與底部陣列之間。該等庫中的至少一燈包括燈絲，其沿著燈長度具有變化密度及功率輸出。具體地，該等庫中的至少一燈包括燈絲，相對燈的周緣部分，燈絲在燈的中心部分內具有較高燈絲纏繞密度。在一些實施例中，至少一燈係中心燈，其跨由燈加熱之基材的中心部分延伸。此外，相較於燈的周緣部分處，該等庫中的至少一燈在燈的中心部分內具有較高功率輸出。

Description

具有非均勻熱輸出之燈絲燈的半導體處理腔室
本揭露大致上係關於半導體處理設備，包括用於加熱半導體基材的器具。更具體地，本文之實施例係關於半導體處理設備，其具有加熱燈以用於提供不均勻的熱輸出至半導體基材。
在半導體處理中，各種製程（包括沉積、蝕刻、及遮罩）均涉及基材加熱。例如，化學氣相沉積(CVD)係一種用於在基材（諸如矽基材）上形成材料薄膜的製程。在CVD製程中，將欲沉積材料之氣體分子供應至基材，以藉由化學反應而在基材上形成該材料的薄膜。此類薄膜可係多晶、非晶、或磊晶。一般而言，CVD製程係在升高溫度下實施以加速化學反應及生成高品質膜。一些製程（諸如磊晶矽沉積）係在極高溫度（例如＞450℃、＜1220℃）下實施。
在CVD製程期間，一或多個基材係放置在半導體處理反應室內的基材支撐上。例如，基材可係基材且基材支撐可係基座。基材且常還有支撐兩者係經加熱達所欲溫度。在一般基材處理步驟中，反應物氣體通過經加熱基材上方，導致基材上之所欲材料薄層的化學氣相沉積(CVD)。若沉積層具有與下伏矽基材相同的晶體結構，則將其稱為磊晶層。有時亦將此稱為單晶層，因為其僅具有一個晶體結構。透過後續製程將這些層製作成積體電路，依據基材大小及電路複雜度製造數十至數百萬個積體裝置。
當形成半導體裝置時，重要的是在基材上方使材料以均勻厚度沉積並使材料具有均勻性質。例如，在超大型與極大型積體電路（VLSI及ULSI）技術中，基材係劃分成在其上具有積體電路的個別晶片。若CVD製程步驟產生具有不均勻性的沉積層，則基材上之不同區域處或個別晶片上的裝置或者形成於基材之不同區域中的晶片可能會具有不一致的操作特性或可能會完全失效。
為了沉積均勻的層，已利用用於加熱半導體基材之複雜系統，該等系統具有跨基材提供均勻溫度的目標。在不受理論限制的情況下，咸信均勻的溫度跨基材提供均勻的沉積結果。另一方面，咸信其他熱處理期間之跨基材的溫度不均勻性或不穩定性不利地影響所得結構的均勻性。溫度控制亦可係關鍵的其他製程包括氧化、氮化、摻雜物擴散、濺鍍沉積、光微影、乾蝕刻、電漿製程、及高溫退火等等。
可使用電阻加熱、感應加熱、或輻射加熱來加熱基材。在這些之中，輻射加熱係最有效率的技術，且因此對某些類型的CVD係有利的方法。輻射加熱涉及在稱為反應器（或反應室）之基材在其等內進行處理的高溫爐內定位紅外燈。不幸地，由於局部源的使用及相關的聚焦與干涉效應，輻射能具有產生不均勻溫度分布（包括「熱點」）的傾向。
欲緩解這些效應，反應器內的紅外燈係經定位以促成在反應室內的不同位置中控制溫度梯度。例如，在一些組態中，紅外燈的設計係線性的，並以一對交叉陣列進行配置。得自交叉陣列組態的網格藉由調整經輸送至任何特定燈或燈群組的功率來促成對基材之溫度均勻性的控制；然而，由於一般所欲的係高溫及高度的溫度均質性，適當地組態燈陣列以提供此類均勻性可能有困難。
在致力於跨基材提供甚至更均勻的溫度分布的過程中，已在燈後方安裝反射器以間接地照射基材。反射器或光壩在關注的局部區域中屏蔽一部分的燈以在室的各處得出更平衡的溫度曲線。這些反射器通常以基底金屬製成，且常經金屬電鍍以增加其反射性。然而，平面狀的反射表面仍傾向於在經加熱的基材上感生熱點。此外，雖然反射器可改善溫度曲線，但從組裝觀點及從能源效率觀點看來，將反射器整合至生產設備中係困難的。導因於待解決的各種生產及設計參數，一旦經組態，修改反射器以提供不同的溫度曲線可係具挑戰性且耗時的。
因此，對用於在處理期間跨半導體基材達成均勻溫度的簡單系統持續存在需求。
本文之一些態樣係關於一種半導體處理系統，其包含：一反應室，該反應室包含：一基材夾持具，其經組態以支撐一半導體基材；及一線性加熱燈頂部陣列，其中該線性加熱燈頂部陣列中之至少一燈經組態以提供一功率輸出，該功率輸出跨該至少一燈的一長度變化，且其中相對於該至少一燈的周緣部分內之該功率輸出，該功率輸出在一中心部分內較高。在一些實施例中，該半導體處理系統包含一線性加熱燈底部陣列，其下伏於該基材夾持具。在一些實施例中，該中心部分的一長度係30 mm。在一些實施例中，該中心部分的該功率輸出對該等周緣部分的該功率輸出之一比率係介於5與200之間。在一些實施例中，其中該中心部分的該功率輸出係2000 W。在一些實施例中，該線性加熱燈頂部陣列的各燈實質上平行於該加熱燈頂部陣列的所有其他燈延伸。在一些實施例中，該線性加熱燈頂部陣列中之至少一燈包含該頂部陣列的一中心燈。在一些實施例中，該線性加熱燈頂部陣列包含十一個燈。在一些實施例中，該至少一燈係從該頂部陣列的一邊緣算起的第六個燈。在一些實施例中，其中該反應室更包含一拋物線反射器。
本文之一些態樣係關於一種半導體處理系統，其包含：一反應室，該反應室包含：一基材夾持具，其經組態以支撐一半導體基材；及一線性加熱燈頂部陣列，其中該線性加熱燈頂部陣列中之至少一燈包含一燈絲，該燈絲具有跨該至少一燈的一長度變化之一密度，且其中相對於該至少一燈的周緣部分內之該密度，該密度在一中心部分內較高。在一些實施例中，該至少一燈的該燈絲包含在該中心部分中之一纏繞部分及在該等周緣部分中之一實質上線性部分。在一些實施例中，該半導體處理系統包含一線性加熱燈底部陣列，其中該基材夾持具係位於該線性加熱燈底部陣列與該線性加熱燈頂部陣列之間。在一些實施例中，該中心部分的一長度係介於15 mm與30 mm之間。在一些實施例中，該中心部分中之該燈絲的該密度對該等周緣部分中之該燈絲的該密度之一比率係介於5與200之間。在一些實施例中，該線性加熱燈頂部陣列的各燈實質上平行於該加熱燈頂部陣列的所有其他燈延伸。在一些實施例中，該線性加熱燈頂部陣列中之該至少一燈包含該頂部陣列的一中心燈。在一些實施例中，該線性加熱燈頂部陣列包含十一個燈。在一些實施例中，該至少一燈係從該頂部陣列的一邊緣算起的第六個燈。
本文之一些態樣係關於一種加熱一半導體基材之方法，該方法包含：將該基材放置在一基材夾持具上，該基材夾持具經組態以支撐該半導體基材；及以一線性加熱燈頂部陣列加熱該基材，該線性加熱燈頂部陣列上覆於該半導體基材，其中該線性加熱燈頂部陣列中之至少一燈包含一燈絲，該燈絲具有跨該至少一燈的一長度變化之一纏繞密度，且其中相對於該至少一燈之周緣部分內的該密度，該纏繞密度在一中心部分內較高。在一些實施例中，該方法包含以一線性加熱燈底部陣列加熱該基材，同時以該線性加熱燈頂部陣列加熱該基材，且其中該基材夾持具係位於該線性加熱燈底部陣列與該線性加熱燈頂部陣列之間。在一些實施例中，該中心部分的該纏繞密度對該等周緣部分的該纏繞密度之一比率係介於5與200之間。在一些實施例中，該中心部分的一長度係30 mm。在一些實施例中，該線性加熱燈頂部陣列的各燈實質上平行於該加熱燈頂部陣列的所有其他燈延伸。在一些實施例中，該線性加熱燈頂部陣列中之該至少一燈包含該頂部陣列的一中心燈。在一些實施例中，該線性加熱燈頂部陣列包含十一個燈。
一些態樣係關於一種加熱一半導體基材之方法，該方法包含：將該基材放置在一基材夾持具上，該基材夾持具經組態以支撐該半導體基材；以一線性加熱燈頂部陣列加熱該基材，該線性加熱燈頂部陣列上覆於該半導體基材，其中該線性加熱燈頂部陣列中之至少一燈包含一功率輸出，該功率輸出跨該至少一燈的一長度變化，且其中相對於該至少一燈之周緣部分內的該功率輸出，該功率輸出在一中心部分內較高。在一些實施例中，該方法包含以一線性加熱燈底部陣列加熱該基材，同時以該線性加熱燈頂部陣列加熱該基材，且其中該基材夾持具係位於該線性加熱燈底部陣列與該線性加熱燈頂部陣列之間。在一些實施例中，該中心部分的該功率輸出對該等周緣部分的該功率輸出之一比率係介於5與200之間。在一些實施例中，該中心部分的一長度係30 mm。在一些實施例中，該中心部分的該功率輸出係2000 W。在一些實施例中，該線性加熱燈頂部陣列的各燈實質上平行於該加熱燈頂部陣列的所有其他燈延伸。在一些實施例中，該線性加熱燈頂部陣列中之該至少一燈包含該頂部陣列的一中心燈。在一些實施例中，該線性加熱燈頂部陣列包含十一個燈。
半導體處理中所用的反應器（包括CVD反應器）一般利用繞著反應室定位的輻射加熱燈以達成基材中所欲的高溫。不幸地，如本文所討論，由於使用局部輻射能源，輻射能具有產生不均勻溫度分布（包括「熱點」及「冷點」）的傾向。基材及基材夾持具之外部邊緣附近之增加的表面積亦導致對流式熱散失，導致進一步的溫度不均勻性。還有其他的溫度不均勻性可由至支撐基材的多腳架之熱散失或由在基材底下使用掃氣而導致的熱散失所引發。有利地，本文之一些實施例可解決由半導體基材之中心部分中的「冷點」所引發的溫度不均勻性。溫度不均勻性導致基材中之非所欲的處理不均勻性（諸如跨基材之沉積膜的厚度變動及沉積層的電氣性質變動）。
已提出許多系統以對基材提供均勻加熱。例如，欲促進基材在處理期間的均勻溫度，一些反應器在可分開控制的加熱區中包括分群組的燈，允許供應不同功率位準至各個別區。在一些情況下，可分開控制部分或完全跨基材延伸的不同燈，以提供不同量的熱能至基材。非所欲地，此類系統可能會過度複雜及/或可能無法對基材加熱提供所欲的控制。
本文揭示之一些實施例包括具有中心部分且亦具有周緣部分的燈，該中心部分經組態以提供高位準的熱能至基材，該等周緣部分係在該中心部分的任一側上，提供低位準的熱能至基材。較佳地，燈跨欲以燈加熱之基材的整個寬度延伸。在一些實施例中，中心部分具有約5.0 mm至約30.0 mm（包括約7.5 mm至約15.0 mm）的半徑，並可提供約1000 W至約2000 W的熱輸出。在一些實施例中，中央部分242中的功率輸出密度可係約60W/mm至約125 W/mm，而周緣部分的功率輸出係約0 W/mm至約10 W/mm。在一些實施例中，中心部分中之較高熱輸出係由中心部分相對於周緣部分之較高的燈絲纏繞密度所提供。例如，中心部分可具有經纏繞燈絲，而周緣部分具有未經纏繞的線性燈絲。在一些其他實施例中，中心部分及周緣部分兩者中的燈絲係經纏繞，且中心部分具有高於周緣部分的纏繞密度。
有利地，藉由提供在中心部分中具有較高熱輸出的燈來提供解決中心部分中之冷點的簡單機構，而不需要對反應室進行重大再造。反而，熱輸出所欲的增加量及中心部分的大小可經客製化為欲由燈加熱之基材中之中心冷點的預期大小。此外，此客製化可藉由更換燈的簡單改造而在反應室中達成。此可避免例如再造附屬特徵（諸如用於輻射熱之反射器）的需求，其等之重新組態可係困難且耗時的。
現將參考圖式，其中通篇的相似數字係指相似零件。
圖1A至圖1D顯示可用於CVD處理之反應器10，且在其中可實行一些本實施例。如可在圖1A中所見，反應器10包括水平流類型的反應室12，其由對熱能通透的材料（諸如石英）形成。氣體在箭頭40（入口）及箭頭42（出口）所指示的方向上以大致上水平流流入及流出室12。
反應器10係顯示為具有加熱燈14的配置，其係以室12上方的頂部陣列36及該室下方的底部陣列38設置。替代地，僅可提供一個此類庫（例如，反應器12可僅包括頂部陣列36）。陣列36及38係支撐於室12外側以透過室壁提供熱能至室12（較佳地在室壁無可察覺吸收的情況下）。反應器10包括基材支撐結構20，其包含半導體基材16可支托於其上的基材夾持具1。可提供多腳架22以支撐夾持具1。多腳架22可以通透材料製成。該材料亦可係非金屬以降低污染風險。多腳架22可安裝至軸24，該軸向下延伸穿過依附於室12之下部壁的管26。在基材處理期間，軸24、多腳架22、及夾持具1係經組態以繞夾持具1的垂直中心軸齊一旋轉。
雖然本揭露並未受限於任何具體理論，在反應器10的一些組態中，咸信非所欲的溫度不均勻性係由從基材夾持具1及/或支撐結構20至可包含石英的多腳架22及/或軸24之輻射熱散失所引發。雖然石英具有相對低的導熱係數，且雖然反應器零件的許多者亦由石英形成，且甚至當利用下伏點燈來提供熱至基材中心區域時，咸信導因於極高溫沉積期間所用的高處理溫度，在透過支撐結構20至多腳架22及/或軸24的熱散失中依然有顯著差別。例如，在一些實施例中，用於此類極高溫沉積的處理溫度範圍可從約1000℃至1200℃。在一些實施例中，如本文中所揭示，具有較高纏繞密度之燈絲的中心部分之寬度可大略地對應於多腳架22的寬度。
圖1B至圖1D進一步繪示反應器10之基材夾持具1的實例。夾持具1可具有大致上圓形形狀，並包括經組態以接收基材16的凹穴3。在基材處理期間，基材夾持具1可從環繞反應室12的輻射加熱燈14（圖1A）吸收熱。基材夾持具1亦可散失熱至周圍環境（例如，至一般並非完美反射的室壁）。此熱的一些者可從夾持具1再輻射，而其餘者可藉由對流及傳導而散失。參照圖1D，夾持具1從其上表面3及上表面5、側表面6、及底表面7散失熱，且基材16從其上表面9及其邊緣8散失熱。箭頭HT 示意地繪示在上表面3、5、及9處散失的熱。類似地，箭頭HS 及HB 分別示意地繪示在側表面6及底表面7處散失的熱。在夾持具/基材組合的大多數之中，熱散失HT 及HB 一般係以跨組合表面之來自燈14的均勻熱輸入抵消。然而，在接收較少直接輻射之夾持具/基材組合的外部徑向邊緣處有額外的熱散失HS 。此外，局部溫度不均勻性亦可由至多腳架22的傳導式熱散失或由基材16底下透過基材夾持具1中的孔引入掃氣之對流式熱散失所引發。
在不局部控制輸出至加熱燈14之功率的情況下，這些溫度不均勻性可係不足補償或過度補償。因此，燈可導致經處理基材中之一些程度的處理不均勻性，其可使基材的一些部分不可用。例如，在基材16之外部徑向邊緣8附近的區域通常稱為「排除區(exclusion zone)」，因為此區域無法用以製造令人滿意的晶片。
再一次參照圖1A，例示性反應器10包括中心溫度感測器或熱耦28，其在基材夾持具1的近接處延伸穿過軸24及多腳架22。亦可在可環繞基材夾持具1及基材16的滑環或溫度補償環32內納入額外的周緣熱耦30。熱耦28、30可連接至溫度控制器（未圖示），其可回應於熱耦28、30的讀數而選擇性地設定各種加熱元件14的功率。
已提出使用燈的各種加熱方案以跨基材提供均勻溫度。現將進一步討論這些加熱方案的一些者。
現參照圖2A及圖2B，其等進一步繪示加熱燈14的配置之一實例。該配置包括長燈14，該等燈的跨度係至少基材夾持具1的直徑。如圖式所示，頂部陣列36中的燈14可配置為彼此平行並垂直於底部陣列38中的燈14。雖然圖1A顯示頂部陣列36所具有的燈14經定向為平行於流過室12之氣體的方向，且底部陣列38所具有的燈14經定向為垂直於氣體流的方向，將瞭解這些定向可顛倒。也就是說，頂部陣列36可垂直於流過室12之氣體的方向，且底部陣列38可平行於流過室12之氣體的方向。替代地，在一些實施例中，兩庫36、38可以相同方向定向。同樣地，燈14不需配置為共線；取而代之地，該等燈可彼此側向或垂直地偏移。額外地，燈不需配置為彼此平行；反而，該等燈可設置為彼此歪斜，取決於具體應用的要求。
雖然以均勻圖案設置燈14，基材中仍可發生溫度不均勻性。非所欲地，長燈14的配置可使局部溫度控制變得困難，因為必須調整至整個燈14的功率以便解決局部不均勻性。
現參照圖3A及圖3B，其等繪示燈的替代提出配置。頂部陣列36及底部陣列38可包括線性加熱燈54、56，其等各自短於實質上圓形之基材夾持具1的直徑。燈54、56亦可短於凹穴3的直徑。燈56可例如大約基材夾持具1之直徑的一半；燈54可大約燈56之長度的一半。如圖式中所繪示，各陣列36、38中之燈54、56可以實質上平行列的重複圖案配置。頂部陣列36的燈54、56可經定位，以便實質上垂直於底部陣列38的燈54、56。頂部陣列36中的燈54、56可從經安裝於反應器10中之頂板或框架（未圖示）自該頂板或框架懸吊或附接至該頂板或框架。類似地，底部陣列中的燈54、56可附接至經安裝於反應器10中的底板或框架（未圖示）。更甚者，較短的燈可允許對較小部分的基材進行入射功率控制，允許在較小區域上方調整溫度而不影響毗連區域的溫度。然而，較短的燈可引致額外的安裝、製造、及控制複雜度，使得加熱燈之較簡單的配置在某些實施例中可係所欲。
現參照圖4，在其中繪示由頂部燈陣列36及底部燈陣列38所形成之加熱燈網格。在所繪示之配置中，在大致上介於頂部燈陣列36與底部燈陣列38之間的位置中將基材設置於反應室12內。須注意，在一些室中，頂部陣列及底部陣列可以不同方式構成。例如，底部陣列38大致上可容納點燈、旋轉軸24、及氣體供應管。因此，底部陣列的中心區域可不接納從一側穿過至另一側的全線性燈。反之，在此一組態中，頂部陣列將不具有此類阻礙，並可輕易地容納及實施從一側穿過至另一側的全線性燈。將理解，可利用較少或較多的燈及/或可使用加熱裝置以增強由燈所提供的熱。例如，在一些實施例中，底部燈陣列38可包含形成加熱區23（未圖示）的額外線性燈及/或形成加熱區24（未圖示）的一或多個點燈，以從基材底側將熱引導至基材的中心部分。
持續參照圖4，在網格的一個配置中，燈係線性，且十一個燈組成頂部陣列及底部陣列之各者。須注意，亦可使用其他數目的燈。頂部燈陣列36較佳地大致上垂直於底部燈陣列38延伸。通常，燈36、38可接收不同的功率位準以導致可改變跨基材之溫度梯度的終端效應及其他現象。不同的功率位準導致若干區。在所繪示之配置中，頂部陣列中提供六個區（亦即，區1至區11），且底部陣列中提供九個區（亦即，區12至區22）。在一些實施例中，將額外的燈加至底部燈陣列38以提供區23。這些區可接收不同功率位準，使得跨基材之溫度梯度實質上跨基材表面的所有部分可係均勻的。可個別地控制或以所繪示的群組或區控制燈36、38。各區可基於來自溫度感測器（例如圖1A的熱耦28、30）的回饋而與溫度控制模組相關聯。
現參照圖5A至圖5B，其等繪示燈230。所繪示的燈230大致上包含兩個連接器232、234，其等經設置在管236的相對端處。示意地顯示於圖5A至圖5B的燈絲238延伸穿過管236，且係電氣連接至末端連接器232、234之各者。因此，當跨末端連接器232、234連接功率源時，燈絲238接收電流並發出熱能。
燈230可具有不同尺寸，取決於所欲的應用及大小。例如，燈可包含在管236的相對端處之連接器232、234之間延伸的長度。在一些實施例中，燈的長度可係約420 mm。在一些實施例中，燈的長度可係約100 mm至約1200 mm。例如，在一些實施例中，燈的長度可係約100 mm、約120 mm、約140 mm、約160 mm、約180 mm、約200 mm、約220 mm、約240 mm、約260 mm、約280 mm、約300 mm、約320 mm、約340 mm、約360 mm、約380 mm、約400 mm、約420 mm、約440 mm、約460 mm、約480 mm、約500 mm、約520 mm、約540 mm、約560 mm、約580 mm、約600 mm、約620 mm、約640 mm、約660 mm、約680 mm、約700 mm、約720 mm、約740 mm、約760 mm、約780 mm、約800 mm、約820 mm、約840 mm、約860 mm、約880 mm、約900 mm、約920 mm、約940 mm、約960 mm、約980 mm、約1000 mm、約1020 mm、約1040 mm、約1060 mm、約1080 mm、約1100 mm、約1120 mm、約1140 mm、約1160 mm、約1180 mm、約1200 mm、或介於前述值的任何者之間。
即使有局部溫度控制機構、點燈、及/或旋轉基座技術的進展，仍可留有跨基材表面達成均勻熱分布的問題。例如，在一些情況下，基材頂部表面的中心部分可在跨基材的溫度剖面中具有下降。非所欲地，基於區的加熱方案並不足以解決此溫度下降。參照圖6，即使使用區加熱，已發現跨基材表面的沉積厚度在基材中心處（亦即，在沿著曲線之x軸的0處）下降。例如，可在沉積矽（例如磊晶矽）時發生下降。
有利地，根據一些實施例的燈構造可緩解或消除基材中心處之厚度剖面中的此下降。雖然在一些情況下可使用反射器修改以在基材中心上引導並聚焦熱能以增加中心處的溫度，這些變化需要顯著改變反應器及燈的設計，且在實施上可非所欲地耗時。然而，本文所述之一些實施例可以基材加熱系統的簡單輕度修改來緩解或消除基材中心處的溫度下沉，致能跨基材之更均勻的沉積厚度。例如，可在不變更線性燈陣列的配置及反應器中通常使用的燈之外殼及形式因子的情況下實施本文所述之實施例。在一些實施例中，根據一些實施例之燈構造可減少中心溫度下沉，增強半導體處理系統中之溫度均勻性。
在一些實施例中，根據一些實施例之燈構造可減少、緩解、或消除基材表面上之中心部分處的溫度曲線中之下降或降低。在一些實施例中，中心部分可包含位置與基材同心之表面的實質上圓形部分。在一些實施例中，實質上圓形部分可包含約7.5 mm至約15.0 mm的半徑。在一些實施例中，實質上圓形部分可包含約5.0 mm至約30.0 mm的半徑。在一些實施例中，實質上圓形部分可包含約5 mm、約7.5 mm、約10 mm、約12.5 mm、約15 mm、約17.5 mm、約20 mm、約22.5 mm、約25 mm、約27.5 mm、約30 mm、約32.5 mm、約35 mm、約37.5 mm、約40 mm、約42.5 mm、約45 mm、約47.5 mm、約50 mm、或介於前述值的任何者之間的半徑。
參照圖7A及圖7B，在其中繪示根據各種實施例之實例燈構造。在一些實施例中，燈230包含不同的周緣部分240及中心部分242。在一些實施例中，相較於周緣部分，中心部分包含相對較高密度的傳導纏繞燈絲，使得相對於周緣，熱輸出在燈的中心處較高。在一些實施例（諸如圖7A所繪示的實施例）中，周緣部分240可包含從末端連接器232、234延伸至中心部分的筆直線材。在那些實施例中，線材在附接點或在周緣部分240中的線材與中心部分242中的傳導燈絲之間的接面處可包含與燈絲的線性接觸。
取決於燈的功率額定值及分布，圖7A的構造可在周緣部分240中的線性燈絲與中心部分242中的纏繞或捲繞燈絲之間得出不合適的高溫度梯度。例如，導因於燈絲、線材、或燈外殼的焙烤、熔融、或起泡，過度的梯度可危害線材、燈絲、或燈的機械整體性。因此，在其他實施例（諸如圖7B所繪示者）中，周緣部分240及中心部分242兩者可包含傳導纏繞燈絲。然而，中心部分242中之傳導燈絲的纏繞密度可相對高於周緣部分240中之傳導燈絲的纏繞密度。
在圖7A或圖7B之構造的任一者中，燈的中心部分242可包含約15 mm至約30 mm的長度，其可對應於欲使用燈加熱之基材上的冷點。在一些實施例中，燈的中心部分242可包含約15 mm的長度。在一些實施例中，燈的中心部分242可包含約30 mm的長度。在一些實施例中，燈的中心部分242可包含約5 mm、約5.5 mm、約6 mm、約6.5 mm、約7 mm、約7.5 mm、約8 mm、約8.5 mm、約9 mm、約9.5 mm、約10 mm、約10.5 mm、約11 mm、約11.5 mm、約12 mm、約12.5 mm、約13 mm、約13.5 mm、約14 mm、約14.5 mm、約15 mm、約15.5 mm、約16 mm、約16.5 mm、約17 mm、約17.5 mm、約18 mm、約18.5 mm、約19 mm、約19.5 mm、約20 mm、約20.5 mm、約21 mm、約21.5 mm、約22 mm、約22.5 mm、約23 mm、約23.5 mm、約24 mm、約24.5 mm、約25 mm、約25.5 mm、約26 mm、約26.5 mm、約27 mm、約27.5 mm、約28 mm、約28.5 mm、約29 mm、約29.5 mm、約30 mm、約30.5 mm、約31 mm、約31.5 mm、約32 mm、約32.5 mm、約33 mm、約33.5 mm、約34 mm、約34.5 mm、約35 mm、約35.5 mm、約36 mm、約36.5 mm、約37 mm、約37.5 mm、約38 mm、約38.5 mm、約39 mm、約39.5 mm、約40 mm、約40.5 mm、約41 mm、約41.5 mm、約42 mm、約42.5 mm、約43 mm、約43.5 mm、約44 mm、約44.5 mm、約45 mm、約45.5 mm、約46 mm、約46.5 mm、約47 mm、約47.5 mm、約48 mm、約48.5 mm、約49 mm、約49.5 mm、約50 mm、或介於前述值的任何者之間的長度。在一些實施例中，中心部分的長度及其中較高密度的燈絲纏繞可經組態以匹配基材中心部分的直徑。在一些實施例中，較小長度的中心部分242將提供比較大長度的中心部分242更具靶向性的熱輸送。
使高密度燈絲纏繞定位於燈230的中心部分242處且線材或較低密度的燈絲纏繞位於周緣部分240中可導致燈的功率輸出集中在中心部分中。在一些實施例中，對額定值4200 W的燈而言，中心部分可包含約1000 W至約2000 W的功率輸出。例如，具有包含30 mm長度之中心部分242的燈在中心部分處可包含約1000 W的功率輸出。在另一實例中，具有包含15 mm長度之中心部分242的燈在中心部分中可包含約2000 W的功率輸出。在一些實施例中，中心部分處的功率輸出可係約1000 W、約1025 W、約1050 W、約1075 W、約1100 W、約1125 W、約1150 W、約1175 W、約1200 W、約1225 W、約1250 W、約1275 W、約1300 W、約1325 W、約1350 W、約1375 W、約1400 W、約1425 W、約1450 W、約1475 W、約1500 W、約1525 W、約1550 W、約1575 W、約1600 W、約1625 W、約1650 W、約1675 W、約1700 W、約1725 W、約1750 W、約1775 W、約1800 W、約1825 W、約1850 W、約1875 W、約1900 W、約1925 W、約1950 W、約1975 W、約2000 W、或介於前述值的任何者之間。在所屬技術領域中具有通常知識者將理解，中心部分242處的功率輸出可依據燈238的功率額定值而變化。
由於相對於燈230的總長度，中心部分242係小長度，中心部分242的功率輸出密度可相對高於周緣部分240中的功率輸出密度。在一些實施例中，中心部分242中的功率輸出密度可係約60W/mm至約125 W/mm。例如，中心部分242中的功率輸出密度可係約60 W/mm、約62.5 W/mm、約65 W/mm、約67.5 W/mm、約70 W/mm、約72.5 W/mm、約75 W/mm、約77.5 W/mm、約80 W/mm、約82.5 W/mm、約85 W/mm、約87.5 W/mm、約90 W/mm、約92.5 W/mm、約95 W/mm、約97.5 W/mm、約100 W/mm、約102.5 W/mm、約105 W/mm、約107.5 W/mm、約110 W/mm、約112.5 W/mm、約115 W/mm、約117.5 W/mm、約120 W/mm、約122.5 W/mm、約125 W/mm、或介於前述值的任何者之間。
周緣部分240中的功率輸出密度可相對較低。在一些實施例中，周緣部分240中的功率輸出密度可係約0 W/mm至約10 W/mm。例如，周緣部分240中的功率輸出密度可係約0.00 W/mm、約0.25 W/mm、約0.5 W/mm、約0.75 W/mm、約1 W/mm、約1.25 W/mm、約1.5 W/mm、約1.75 W/mm、約2 W/mm、約2.25 W/mm、約2.5 W/mm、約2.75 W/mm、約3 W/mm、約3.25 W/mm、約3.5 W/mm、約3.75 W/mm、約4 W/mm、約4.25 W/mm、約4.5 W/mm、約4.75 W/mm、約5 W/mm、約5.25 W/mm、約5.5 W/mm、約5.75 W/mm、約6 W/mm、約6.25 W/mm、約6.5 W/mm、約6.75 W/mm、約7 W/mm、約7.25 W/mm、約7.5 W/mm、約7.75 W/mm、約8 W/mm、約8.25 W/mm、約8.5 W/mm、約8.75 W/mm、約9 W/mm、約9.25 W/mm、約9.5 W/mm、約9.75 W/mm、約10 W/mm、或介於前述值的任何者之間。
在一些實施例中，中心部分242中的功率輸出與周緣部分240中的功率輸出之間的比率範圍可從約5至約200。例如，在一些實施例中，中心部分242中的功率輸出與周緣部分240中的功率輸出之間的比率可係約5、約10、約15、約20、約25、約30、約35、約40、約45、約50、約55、約60、約65、約70、約75、約80、約85、約90、約95、約100、約105、約110、約115、約120、約125、約130、約135、約140、約145、約150、約155、約160、約165、約170、約175、約180、約185、約190、約195、約200、或介於前述值的任何者之間。
在一些實施例中，中心部分242中的燈絲纏繞密度與周緣部分240中的燈絲纏繞密度之間的比率範圍可從約5至約200。例如，在一些實施例中，中心部分242中的燈絲纏繞密度與周緣部分240中的燈絲纏繞密度之間的比率可係約5、約10、約15、約20、約25、約30、約35、約40、約45、約50、約55、約60、約65、約70、約75、約80、約85、約90、約95、約100、約105、約110、約115、約120、約125、約130、約135、約140、約145、約150、約155、約160、約165、約170、約175、約180、約185、約190、約195、約200、或介於前述值的任何者之間。
在一些實施例中，圖7A及圖7B的燈構造可用以作為交叉陣列的一或多個燈，包括圖4所繪示之實例燈陣列的一或多個燈。例如，在一些實施例中，根據圖7A或圖7B的燈構造可取代位於圖4之頂部燈陣列36之區6中的燈。在一些實施例中，僅可取代位於頂部陣列之區6中的燈。此一燈組態係繪示於圖8。頂部燈陣列36的燈之其餘者可彼此類似（例如，可跨那些燈的長度具有恆定的燈絲纏繞密度）。然而，如所屬技術領域中具有通常知識者將理解的，圖7A及/或圖7B的燈構造可用以取代頂部燈陣列36的燈之任何一或多者或圖4之底部燈陣列38的燈之一或多者。此外，將理解，圖7A或圖7B的燈構造亦可用在替代燈組態中，包括非線性陣列、經縮短或分段的燈陣列、或上文所討論之其他組態的任何者。此外，可將燈構造作為附加或額外的燈加至本文所述之陣列的任何者（亦即，在不移除任何傳統燈的情況下）。例如，可在圖4所繪示的燈之任何者的相鄰處、上方、或下方添加燈構造以在基材的特定位置處提供額外的局部熱控制。
圖8的燈組態可緩解或消除位在半導體基材之中心處的溫度曲線下降。位在區6中的燈之中心部分的高功率輸出可導致位於圖8之頂部燈陣列與底部燈陣列之間的半導體基材之溫度曲線中的下降之減少、緩解、或消除。例如，再次參照圖6，已發現使用根據各種實施例的燈有利地在所沉積的矽膜厚度中提供經聚焦的增加連同在基材所欲的中心部分中之局部增加，如頂部所繪示的曲線所示（曲線在零點處延伸得較高）。頂部曲線顯示使用具有高纏繞密度中心部分之根據本文所述之實施例的燈構造之沉積，而底部曲線顯示使用具有跨燈分布之習知纏繞的燈構造之沉積。如所示，根據本文所述之實施例的燈構造有效地增加半導體基材中心處的沉積厚度，同時亦減小厚度中之中心下降的量值。
在先前的描述中，已描述各種實施例。然而，將係顯而易見的是，可在不偏離本發明之較廣義精神及範疇的情況下對其作出各種修改及變化。因此，本說明書及圖示係欲視為說明性而非限制意義。
實際上，將理解，本揭露之系統及方法各自具有若干創新態樣，其等之中沒有任何單一者單獨對本文所揭示之所欲屬性負責或為該等屬性所必需。上文所述之各種特徵及製程可獨立於彼此使用或者可以各種方式組合。所有可行的組合及子組合係意欲落在本揭露之範疇內。
此外，雖然本文中揭示的燈可有利地避免用於引導由燈所發出的熱之反射器的複雜重新設計，將理解該等燈依然與此類反射器相容。因此，在一些實施例中，處理系統可包括在燈的中心部分中具有相對高熱輸出及纏繞密度的燈，連同經設計以優先將輻射熱從處理系統的燈朝基材中心區域引導的反射器。例如，反射器可經彎曲以將輻射熱朝基材中心區域聚焦。
本說明書在分開實施例的背景下所描述的某些特徵亦可在單一實施例中組合實施。反之，在單一實施例之背景下描述的各種特徵亦可分開在多個實施例中或以任何合適的子組合實施。此外，雖然上文可將特徵描述為作用於某些組合中且甚至初始即如此主張，來自所主張之組合的一或多個特徵可在一些情況下自該組合去除，且所主張的組合可導向子組合或子組合之變體。沒有任何單一特徵或一組特徵係每一個實施例所必需或不可或缺的。
將理解，除非另有具體陳述或在上下文中依所用而有其他認知，本文所用的條件語言（諸如，舉例而言，「可(can/could/might/may)」、「例如(e.g.)」、及類似者）通常係意欲傳達某些實施例包括而其他實施例不包括某些特徵、元件、及/或步驟。因此，此類條件語言通常不意欲暗指該等特徵、元件、及/或步驟以任何方式為一或多個實施例所必需，或者一或多個實施例在有無作者輸入或提示的情況下必然包括用於決策的邏輯，無論這些特徵、元件、及/或步驟是否包括在內或欲在任何具體實施例中執行。用語「包含(comprising)」、「包括(including)」、「具有(having)」及類似者係同義詞，且係以開放式方式包含地使用，且並未排除額外的元件、特徵、行為、操作等等。同樣地，用語「或(or)」係以其包含意義（而非以其排除意義）使用，使得當例如用以連接元件列表時，用語「或(or)」意指列表中之元件的一者、一些者、或全部。此外，除非另有指定，本申請案及附加申請專利範圍中所用之冠詞「一(a/an)」及「該(the)」係欲解釋為意指「一或多者(one or more)」或「至少一者(at least one)」。類似地，雖然操作在圖式中可以特定順序描繪，須認知到此類操作不需以所示之特定順序或以循序順序執行或者執行所有經繪示操作以達成所欲結果。進一步地，圖式可以流程圖形式示意性地描繪一或多個實例製程。然而，可將未描繪的其他操作併入示意性繪示的實例方法及製程中。例如，可在所繪示操作的任何者之前、之後、同時、或之間執行一或多個額外操作。此外，操作可在其他實施例中重新配置或重新排序。在某些情況下，多工及並行處理可係有利的。此外，上文所述之實施例中的各種系統組件的分離不應瞭解為在所有實施例中均需要此類分離，且應瞭解，所述程式組件及系統通常可共同整合在單一軟體產品中或封裝成多個軟體產品。此外，其他實施例屬於下列申請專利範圍之範疇。在一些情況下，申請專利範圍中所述之動作可以不同順序執行而仍達成所欲結果。
因此，申請專利範圍並非意欲限制本文所述之實施例，而係欲符合與本揭露、本文所揭示之原理及特徵一致的最廣義範疇。
1:基材夾持具/夾持具 3:凹穴/上表面 5:上表面 6:側表面 7:底表面 8:邊緣 9:上表面 10:反應器 12:反應室/室 14:加熱燈/燈/長燈 16:半導體基材/基材 20:支撐結構 22:多腳架 24:軸/旋轉軸 26:管 28:中心溫度感測器/熱耦 30:周緣熱耦/熱耦 32:滑環或溫度補償環 36:頂部陣列/庫/陣列/燈 38:底部陣列/庫/陣列/燈 40:箭頭（入口） 42:箭頭（出口） 54:線性加熱燈/燈 56:線性加熱燈/燈 230:燈 232:連接器 234:連接器 236:管 238:燈絲 240:周緣部分 242:中心部分 區1~23:區 HT 、HS 、HB :箭頭
圖1A係習知反應室連同加熱燈之頂部陣列及底部陣列的截面圖，該室具有支撐於其中之基材夾持具上的基材。 圖1B係習知基材夾持具的俯視平面圖。 圖1C係沿著圖1B的線1C-1C取得之圖1B之基材夾持具的部分截面圖。 圖1D係圖1B及圖1C之基材夾持具的部分截面度，顯示為具有夾持於其上的基材。 圖2A及圖2B係示意俯視平面圖（圖2A）及示意仰視平面圖（圖2B），其等顯示反應器的頂部陣列（圖2A）及底部陣列（圖2B）中之燈的習知配置。 圖3A及圖3B係示意俯視平面圖（圖3A）及示意仰視平面圖（圖3B），其等顯示反應器的頂部陣列（圖3A）及底部陣列（圖3B）中之燈的替代配置。 圖4係處理系統環境之一部分的示意俯視平面圖，繪示經設置在一例示性基材的上方及下方之輻射加熱燈陣列。 圖5A係單一線性輻射加熱燈的俯視平面圖。 圖5B係圖5A之線性燈的側視圖。 圖6繪示沉積厚度曲線，相對於中心比較跨基材表面之沉積膜厚度。 圖7A係根據本文所揭示之一些實施例之一實例單一線性輻射加熱燈的俯視平面圖。 圖7B係根據本文所揭示之一些實施例的單一線性輻射加熱燈之另一實例的俯視平面圖。 圖8係根據本文所揭示之一些實施例之處理系統環境之一部分的示意俯視平面圖，繪示經設置在一實例基材的上方及下方之輻射加熱燈陣列。
230:燈
232:連接器
234:連接器
236:管
238:燈絲
240:周緣部分
242:中心部分

Claims (34)

  1. 一種半導體處理系統，其包含： 一反應室，其包含： 一基材夾持具，其經組態以支撐一半導體基材；及 一線性加熱燈頂部陣列，其中該線性加熱燈頂部陣列中之至少一燈經組態以提供一功率輸出，該功率輸出跨該至少一燈的一長度變化，且 其中相對於該至少一燈的周緣部分內之該功率輸出，該功率輸出在一中心部分內較高。
  2. 如請求項1所述之半導體處理系統，其更包含一線性加熱燈底部陣列，該線性加熱燈底部陣列下伏於該基材夾持具。
  3. 如請求項1所述之半導體處理系統，其中該中心部分的一長度係30 mm。
  4. 如請求項1所述之半導體處理系統，其中該中心部分的該功率輸出對該等周緣部分的該功率輸出之一比率係介於5:1與200：1之間。
  5. 如請求項1所述之半導體處理系統，其中該中心部分的該功率輸出係約2000 W。
  6. 如請求項1所述之半導體處理系統，其中該線性加熱燈頂部陣列的各燈實質上平行於該加熱燈頂部陣列的所有其他燈延伸。
  7. 如請求項1所述之半導體處理系統，其中該線性加熱燈頂部陣列中之該至少一燈包含該頂部陣列之一中心燈。
  8. 如請求項1所述之半導體處理系統，其中該線性加熱燈頂部陣列包含十一個燈。
  9. 如請求項1所述之半導體處理系統，其中該至少一燈係從該頂部陣列的一邊緣算起的第六個燈。
  10. 如請求項1所述之半導體處理系統，其中該反應室更包含一拋物線反射器。
  11. 一種半導體處理系統，其包含： 一反應室，其包含： 一基材夾持具，其經組態以支撐一半導體基材；及 一線性加熱燈頂部陣列，其中該線性加熱燈頂部陣列中之至少一燈包含一燈絲，該燈絲具有跨該至少一燈的一長度變化之一密度，且 其中相對於該至少一燈的周緣部分內之該密度，該密度在一中心部分內較高。
  12. 如請求項11所述之半導體處理系統，其中該至少一燈的該燈絲包含在該中心部分中之一纏繞部分及在該等周緣部分中之一實質上線性部分。
  13. 如請求項11所述之半導體處理系統，其更包含一線性加熱燈底部陣列，其中該基材夾持具係位於該線性加熱燈底部陣列與該線性加熱燈頂部陣列之間。
  14. 如請求項11所述之半導體處理系統，其中該中心部分的一長度係介於15 mm與30 mm之間。
  15. 如請求項11所述之半導體處理系統，其中該中心部分中之該燈絲的該密度對該等周緣部分中之該燈絲的該密度之一比率係介於5:1與200：1之間。
  16. 如請求項11所述之半導體處理系統，其中該線性加熱燈頂部陣列的各燈實質上平行於該加熱燈頂部陣列的所有其他燈延伸。
  17. 如請求項11所述之半導體處理系統，其中該線性加熱燈頂部陣列中之該至少一燈包含該頂部陣列之一中心燈。
  18. 如請求項11所述之半導體處理系統，其中該線性加熱燈頂部陣列包含十一個燈。
  19. 如請求項11所述之半導體處理系統，其中該至少一燈係從該線性加熱燈頂部陣列的一邊緣算起的第六個燈。
  20. 一種加熱一半導體基材之方法，該方法包含： 將該基材放置在一基材夾持具上，該基材夾持具經組態以支撐該半導體基材；及 以一線性加熱燈頂部陣列加熱該基材，該線性加熱燈頂部陣列上覆於該半導體基材， 其中該線性加熱燈頂部陣列中之至少一燈包含一燈絲，該燈絲具有跨該至少一燈的一長度變化之一纏繞密度，且 其中相對於該至少一燈的周緣部分內之該密度，該纏繞密度在一中心部分內較高。
  21. 如請求項20所述之方法，其更包含以一線性加熱燈底部陣列加熱該基材，同時以該線性加熱燈頂部陣列加熱該基材，且其中該基材夾持具係位於該線性加熱燈底部陣列與該線性加熱燈頂部陣列之間。
  22. 如請求項20所述之方法，其中該中心部分的該纏繞密度對該等周緣部分的該纏繞密度之一比率係介於5:1與200：1之間。
  23. 如請求項20所述之方法，其中該中心部分的一長度係30 mm。
  24. 如請求項20所述之方法，其中該線性加熱燈頂部陣列的各燈實質上平行於該加熱燈頂部陣列的所有其他燈延伸。
  25. 如請求項20所述之方法，其中該線性加熱燈頂部陣列中之該至少一燈包含該頂部陣列之一中心燈。
  26. 如請求項20所述之方法，其中該線性加熱燈頂部陣列包含十一個燈。
  27. 一種加熱一半導體基材之方法，該方法包含： 將該基材放置在一基材夾持具上，該基材夾持具經組態以支撐該半導體基材； 以一線性加熱燈頂部陣列加熱該基材，該線性加熱燈頂部陣列上覆於該半導體基材， 其中該線性加熱燈頂部陣列中之至少一燈包含一功率輸出，該功率輸出跨該至少一燈的一長度變化，且 其中相對於該至少一燈的周緣部分內之該功率輸出，該功率輸出在一中心部分內較高。
  28. 如請求項27所述之方法，其更包含以一線性加熱燈底部陣列加熱該基材，同時以該線性加熱燈頂部陣列加熱該基材，且其中該基材夾持具係位於該線性加熱燈底部陣列與該線性加熱燈頂部陣列之間。
  29. 如請求項27所述之方法，其中該中心部分的該功率輸出對該等周緣部分的該功率輸出之一比率係介於5:1與200：1之間。
  30. 如請求項27所述之方法，其中該中心部分的一長度係30 mm。
  31. 如請求項27所述之方法，其中該中心部分的該功率輸出係約2000 W。
  32. 如請求項27所述之方法，其中該線性加熱燈頂部陣列的各燈實質上平行於該加熱燈頂部陣列的所有其他燈延伸。
  33. 如請求項27所述之方法，其中該線性加熱燈頂部陣列中之該至少一燈包含該頂部陣列之一中心燈。
  34. 如請求項27所述之方法，其中該線性加熱燈頂部陣列包含十一個燈。
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