TW202405228A - 用於製程溫度控制之主動控制預熱環 - Google Patents

用於製程溫度控制之主動控制預熱環 Download PDF

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Abstract

描述了一種用於加熱氣體的設備。該設備係在沉積腔室（諸如磊晶沉積腔室）中定位的預熱環及加熱器組件。該預熱環具有被配置為使用一或多個加熱器加熱的第一部分。該一或多個加熱器穿過在預熱環下面的處理體積的側壁設置並且被配置為加熱該預熱環，使得在該預熱環上方流動的氣體亦在基板上方流動之前被加熱。該一或多個加熱器可包括在該預熱環的第一部分的遠端處設置的兩個加熱器。一或多個溫度感測器亦被配置為量測預熱環的溫度。

Description

用於製程溫度控制之主動控制預熱環
本揭示的實施例大體而言係關於處理基板的方法。更特定言之，本文所述的實施例係關於在半導體處理腔室內加熱預熱環及前驅物的方法。
處理半導體基板用於各種各樣的應用，包括製造整合裝置及微裝置。一種基板處理方法包括在處理腔室中的基板的上表面上沉積材料，諸如介電材料或導電材料。例如，磊晶係在基板表面上生長薄、超純層（一般具有矽或鍺）的沉積製程。材料可藉由與支撐件上定位的基板表面平行地流動處理氣體並且熱分解處理氣體以將來自處理氣體的材料沉積到基板表面上來在橫向流動腔室中沉積。
在磊晶沉積期間，處理氣體在基板及基座的頂表面上方流動。處理氣體溫度用於在基板上形成膜或層。在處理期間在基板的前端與後端之間的處理氣體的溫度變化。處理氣體的不均勻性導致沿著基板長度的不均勻沉積。不均勻沉積係經由基板的旋轉來解決的，但仍損失了大量前驅物氣體並且在基板邊緣處的生長速率仍與基板中心中的生長速率不同。
由此，需要對處理腔室內的處理氣體的改進的溫度控制。
在一個實施例中，一種被配置為在半導體處理期間使用的處理腔室包括：腔室主體，包含在腔室主體的第一側面上的複數個氣體入口及在腔室主體與第一側面相對的第二側面上的一或多個排放出口；基板支撐件，在腔室主體的處理體積內設置；以及預熱環組件，在複數個氣體入口與基板支撐件之間設置。該預熱環組件包括：預熱環；一或多個加熱器，鄰近預熱環設置；以及一或多個溫度感測器，鄰近預熱環設置。
在另一實施例中，一種被配置為在半導體處理腔室內使用的預熱環組件包括：預熱環，包含第一預熱環區段及第二預熱環區段；一或多個溫度感測器，耦接到第一預熱環區段；以及兩個或更多個預熱器，耦接到第一預熱環區段並且被配置為加熱第一預熱環區段。兩個或更多個加熱器包括：加熱器殼體；反射器，在加熱器殼體內設置並且形成前加熱器體積；以及加熱元件，在前加熱器體積內設置。
一種被配置為在半導體處理腔室內加熱預熱環的加熱器插入件包括加熱器殼體，包含：透射部分；不透明部分，耦接到該透射部分的遠端；以及加熱器基底，耦接到透射部分的遠端，與該透射部分相對，使得不透明部分與加熱器基底的接觸表面相交並且接觸表面具有設置於其中的一或多個溝槽；反射器，在加熱器殼體內設置並且形成前加熱器體積及後加熱器體積；以及加熱元件，在前加熱器體積內並且在加熱器殼體的透射部分內設置。
本揭示涉及用於在半導體處理腔室內加熱預熱環的加熱設備。本文描述的加熱設備及預熱環具體地涉及在沉積腔室（諸如磊晶沉積腔室）內使用。加熱器被配置為向沉積腔室內的預熱環提供額外溫度控制並且由此實現朝向鄰近氣體注入處理體積中的基板的前緣的增加的氣體/前驅物活化。
感測器（諸如高溫計或其他溫度感測器）可安裝在預熱環或加熱器本身中的一者上或內以量測預熱環或加熱器的溫度。量測預熱環或加熱器的溫度實現對待即時監測的預熱環的溫度控制，並且實現調節加熱器電力以調節基板上的磊晶生長速率。由於可調節施加到預熱環內的一或多個加熱器的電力，監測預熱環的溫度進一步實現更多可重複製程結果。
已經發現，前驅物及處理氣體與基板表面反應以形成高於所決定溫度的膜並且反應速率隨著前驅物或處理氣體的溫度增加而增加。前驅物及處理氣體經常隨著前驅物及/或處理氣體經過基板而加熱。由此，較高溫度的基板經常產生較高生長速率並且由此較高的基板處理量。然而，材料組成及在基板上形成的結構有時限制在導致對基板的損壞或翹曲之前施加到基板的最大溫度。基板的溫度係處理特性的主要因素，該等處理特性諸如前驅物選擇、處理量、生長速率、及生長均勻性。使用預熱環有助於在前驅物/處理氣體在基板上方流動之前增加前驅物/處理氣體的溫度。預熱環進一步由具有較少溫度限制的材料形成並且由此可加熱到與基板或基板支撐件相比較高的溫度。將預熱環預熱到較高溫度在前驅物/處理氣體經過基板之前增加前驅物/處理氣體的溫度及由此增加其反應速率。
此外，發明者已經發現，在不主動加熱預熱環的情況下，預熱環的溫度經常小於基板或其上定位基板的基板支撐件的溫度約50℃至約100℃。亦已經發現，預熱環的溫度的穩定經常花費與基板支撐件的溫度穩定相比較長的時間。在預熱環內或直接鄰近預熱環使用一或多個加熱器實現對預熱環的溫度的改進控制，使得預熱環的溫度能夠獨立於基板或基板支撐件及處理腔室內的其他部件的溫度控制。溫度可進一步快速並且以較大重複性穩定以實現可重複的熱化學氣相沉積(CVD)製程。
第1圖係處理腔室100的示意性橫截面側視圖，諸如沉積腔室，諸如磊晶沉積腔室。處理腔室100用於在基板（諸如基板102）上生長磊晶膜。處理腔室100跨基板102的頂表面150產生前驅物的交叉流。
處理腔室100包括上部主體156、在上部主體156之下設置的下部主體148、在上部主體156與下部主體148之間設置的流動模組112。上部主體156、流動模組112、及下部主體148形成腔室主體。在腔室主體內設置了基板支撐組件106、上部透射窗108、下部透射窗110、複數個上部燈141、及複數個下部燈143。如圖所示，控制器120與處理腔室100通訊並且用於控制製程，諸如本文描述的彼等。基板支撐件106在上部透射窗108與下部透射窗110之間設置。複數個上部燈141在上部透射窗108與蓋154之間設置。蓋154包括其中設置的複數個感測器153，用於量測處理腔室100內的溫度。複數個下部燈143在下部透射窗110與底板152之間設置。複數個下部燈143形成下部燈組件145。
處理體積136在上部透射窗108與下部透射窗110之間形成。上部透射窗108可具有圓頂形狀並且可稱為上部圓頂。上部透射窗108具有上部圓頂部分（在其中上部圓頂部分不係圓頂形狀的實施例中有時稱為中心窗部分）、及支撐環。支撐環耦接到上部圓頂部分的外邊緣並且在上部主體156與流動模組112之間設置。下部透射窗110亦可係圓頂形狀，使得下部透射窗110具有下部圓頂部分，在其中下部圓頂部分不係圓頂形狀的實施例中有時稱為中心窗部分，其中在下部圓頂部分的中心中的中心開口用於待穿過其中設置的基板支撐件106的軸件118。下部透射窗110的下部圓頂部分連接到下部圓頂部分的外邊緣處的支撐環。支撐環在下部主體148與流動模組112之間設置。
處理體積136具有其中設置的基板支撐件106。基板支撐件106包括其上設置基板102的頂表面。基板支撐件106附接到軸件118。軸件連接到運動組件121。運動組件121包括提供在處理體積136內的軸件118及/或基板支撐件106的移動及/或調節的一或多個致動器及/或調節裝置。運動組件121包括旋轉致動器122，該旋轉致動器繞著處理腔室100的縱軸A旋轉軸件118及/或基板支撐件106。運動組件121進一步包括垂直致動器124以在z方向上升高及降低基板支撐件106。運動組件包括用於調節基板支撐件106的平面定向的傾斜調節裝置126及用於在處理體積136內並排調節軸件118及基板支撐件106的位置的橫向調節裝置128。
基板支撐件106可包括其中設置的升舉銷孔107。升舉銷孔107的大小經調整為容納升舉銷132，用於在執行沉積製程之前或之後從基板支撐件106升高基板102。當基板支撐件106從處理位置降低到傳遞位置時升舉銷132可擱置在升舉銷終止件134上。
流動模組112包括複數個處理氣體入口114、複數個淨化氣體入口164、及一或多個排放氣體出口116。複數個處理氣體入口114及複數個淨化氣體入口164在流動模組112與一或多個排放氣體出口116相對的側面上設置。一或多個流動引導件146在複數個處理氣體入口114及一或多個排放氣體出口116之下設置。流動引導件146在淨化氣體入口164之上設置。襯墊163在流動模組112的內表面上設置並且保護流動模組112不受在沉積製程期間使用的反應性氣體的影響。處理氣體入口114及淨化氣體入口164經定位為與在處理體積136內設置的基板102的頂表面150平行地流動氣體。處理氣體入口114流體連接到處理氣體源151。淨化氣體入口164流體連接到淨化氣體源162。一或多個排放氣體出口116流體連接到排放泵157。處理氣體源151及淨化氣體源162的每一者可被配置為將一或多種前驅物或處理氣體供應到處理體積136中。
一或多個加熱器168鄰近處理腔室100內的預熱環166設置。預熱環166係被配置為在基板102的外邊緣周圍設置的環，使得預熱環166可重疊基板支撐件106的最外部分並且擱置在圍繞基板102的基板支撐件106上。預熱環166可由一或多個零件形成。預熱環166具有與跨基板102及基板支撐件106的頂表面150的氣體流動方向平行的頂表面。
一或多個加熱器168在預熱環166下面設置，使得一或多個加熱器168正接觸預熱環166並且穿過流動模組112及襯墊163的壁形成。一或多個加熱器168在預熱環166與下部透射窗110之間設置。一或多個預熱環168可在加熱區塊內設置，諸如第2A圖的加熱器區塊250，該加熱區塊在預熱環166的部分下方延伸。一或多個預熱環166可擱置在加熱區塊250的頂部上。一或多個加熱器168從流動模組112及襯墊163向內延伸到處理體積136中。
第2A圖係穿過第一平面2A-2A的處理腔室的示意性橫截面平面視圖。第一平面2A-2A經過加熱器168及基板支撐件106，但在預熱環166下面。如第2A圖所示，加熱器168穿過注入組件206及流動模組112內的開口設置，使得加熱器插入件218穿過注入組件206及流動模組112設置。注入組件206係水平氣體流動注入器，使得氣體被配置為在基板102的頂表面150上方注入。複數個處理氣體入口114穿過注入組件206設置並且被配置為提供在基板支撐件106上方水平地分配的氣體流量。一或多個溫度感測器212、214亦穿過注入組件206設置並且被配置為量測加熱器168穿過其延伸的預熱環166及/或加熱區塊250的溫度。
注入組件206在流動模組112的第一側面上設置並且可連續地形成或可與流動模組112分離。包括穿過其設置的排放氣體出口116的排放組件208在流動模組112的相對側面上跨過注入組件206。基板傳遞開口210進一步穿過流動模組112的壁設置。基板傳遞開口210的大小經調整為使基板能夠穿過其中。基板傳遞開口210係在注入組件206與排放組件208之間。
處理氣體入口114包括穿過襯墊163及/或注入組件206設置的成角度部分216。在第2A圖的實施例中，成角度部分216係垂直部分並且與基板102的頂表面150相比正交地延伸。在一些實施例中，處理氣體入口114可使用在流動模組112內設置的一或多個加熱元件加熱。然而，限制正穿過處理氣體入口114流動的處理氣體的溫度以減少在處理氣體入口114本身內的無意沉積及膜形成。由此，使用預熱環166實現氣體及/或前驅物的溫度在離開處理氣體入口114並在基板102及基座106上方流動之間增加。
加熱器插入件218包括加熱器殼體222及加熱器基底224。加熱器殼體222耦接到加熱器基底224。加熱器基底224耦接到注入組件206及流動模組112的外表面。加熱器基底224用於將加熱器插入件218固定到注入組件206及/或流動模組112的外側並且將加熱器插入件218固持就位。加熱器基底224從加熱器插入件218的外表面向外延伸，使得加熱器基底224在加熱器殼體222的遠端周圍形成凸緣。
加熱元件226在加熱器殼體222的與加熱器基底224相對的遠端處設置。加熱元件226在加熱器殼體222的一部分內設置，在該部分中加熱器殼體222係透明的，諸如光學透明。加熱元件226被配置為加熱加熱器區塊250及預熱環166中的一者或兩者。加熱元件226電氣耦接到電源及控制器120。電源可係交流或直流電源。
加熱元件226在加熱區塊250內設置。加熱區域250可係部分環，諸如加熱區塊250具有弧形形狀，並且在預熱環166的一部分及氣體從注入組件206到基板支撐件106的流動下面設置。加熱區塊250可在兩個加熱元件226之間設置，使得來自兩個加熱元件226的熱量沿著加熱區塊250分散以實現沿著加熱區塊250的長度的均勻加熱。加熱區塊250可係碳化矽材料。加熱區塊250的材料具有大於約100 W/(m•K)的導熱性，諸如大於約110 W/(m•K)，諸如大於約120 W/(m•K)，諸如大於約150 W/(m•K)。加熱區塊250可連接預熱環166的下側，使得預熱環166擱置在加熱區塊250上。
在第2A圖的實施例中，存在兩個加熱器168。兩個加熱器168的每一者在注入組件206的相對側面上設置，使得第一加熱器168在注入組件206的第一遠端上設置並且第二加熱器168在注入組件206的第二遠端上設置。第一加熱器168及第二加熱器168進一步在加熱區塊250的相對端部上設置。在一些實施例中，額外加熱器168可在第一加熱器168與第二加熱器168之間設置。
溫度感測器212、214亦穿過注入組件206及流動模組112設置。溫度感測器212、214穿過襯墊163延伸並且延伸到加熱區塊250及/或預熱環166中的一者中。第一溫度感測器212穿過注入組件206及加熱區塊250的中心部分設置。第二溫度感測器214鄰近加熱器168中的一者設置，使得第二溫度感測器214量測在加熱區塊250/預熱環166的遠端附近的溫度，而第一溫度感測器212量測在加熱區塊250/預熱環166的中心附近的溫度。溫度感測器212、214可係高溫計或熱電偶中的一者或組合。
第2B圖係穿過第二平面2B-2B的處理腔室100的示意性橫截面平面視圖。第二平面2B-2B穿過流動模組112，但在預熱環166及基板支撐件106及基板102之上設置。如第2B圖所示，將預熱環166分離為第一預熱環部分205及第二預熱環部分207。第一預熱環部分205鄰近加熱器168及加熱區塊250設置，使得加熱區塊250接觸第一預熱環部分205的底部。第二預熱環部分207鄰近第一預熱環部分205設置並且完成預熱環166。第二預熱環部分207在從襯墊163向內延伸的一或多個流動引導件146的頂部上設置。第二預熱環部分207形成環的主要部分並且在鄰近排放氣體出口116的基板支撐件的後緣周圍延伸。第一預熱環部分205外接基板102及基板支撐件106的圓周的第一部分。第二預熱環部分207外接基板102及基板支撐件106的圓周的第二部分。
第一預熱環部分205及第二預熱環部分207形成兩個不同弧形。第一預熱環部分205及第二預熱環部分207的每一者進一步具有第一端部及第二端部。第一預熱環部分205具有小於約180度的在第一遠端與第二遠端之間的第一弧度θ，諸如小於約160度，諸如小於約150度，諸如小於約145度，諸如小於約120度，諸如小於約100度。第二預熱環部分207具有大於約180度的在第一遠端與第二遠端之間的第二弧度，諸如大於約200度，諸如大於約210度，諸如大於約220度，諸如大於約250度，諸如大於約260度。第一預熱環部分205及第二預熱環部分207的弧形的每一者以基板支撐件106的中心軸C為中心。
第一預熱環部分205及第二預熱環部分207的分離使第一預熱環部分205及第二預熱環部分207能夠由不同材料形成。第一預熱環部分205及第二預熱環部分207的分離進一步使第一預熱環部分205的溫度能夠藉由減少分配到第二預熱環部分207的熱量來較佳地控制，因為在第一預熱環部分205與第二預熱環部分207之間產生熱間隙。熱間隙藉由僅第一預熱環部分205及第二預熱環部分207的分離、在第一預熱環部分205與第二預熱環部分207之間的間隙/空間、或在第一預熱環部分205與第二預熱環部分207之間設置的絕緣體來形成。
氣體入口表面202鄰近預熱環166的第一預熱環部分205設置，使得來自處理氣體入口114的氣體在藉由襯墊163的一部分重新導引之前向上導引。在一些實施例中，氣體入口表面202可面向基板支撐件106，使得氣體入口表面202與基板102的頂表面150垂直。
第3圖係第1圖的處理腔室100的預熱環組件的示意性部分橫截面圖。預熱環組件包括預熱環166及一或多個加熱器168。預熱環166被配置為接觸一或多個加熱器168及/或加熱區塊250。當基板支撐件106處於處理位置時，預熱環166可進一步擱置在基板支撐件106的頂部上。
第4A圖係第1圖的處理腔室100內的加熱器168的示意性部分橫截面圖。加熱器168穿過流動模組112及襯墊163兩者設置。加熱器168延伸到處理體積136中。加熱器168中的每一者進一步包括加熱器殼體222、加熱器插入件主體402、加熱器基底224、及加熱元件226。加熱器殼體222至少部分地在加熱器插入件主體402的內側設置，使得加熱器插入件主體402在加熱元件226周圍的加熱器插入件主體402的一部分周圍設置。
加熱器插入件主體402在處理體積136內設置，使得加熱器插入件主體402不延伸經過襯墊163或流動模組112中的至少一者。加熱器插入件主體402可係加熱區塊250的一部分，使得加熱器插入件主體402係加熱區塊250的圍繞加熱器殼體222中的一者的一部分。加熱器插入件主體402可替代地為圓柱形主體，該圓柱形主體圍繞其中設置加熱元件226的加熱器殼體222的端部。加熱器插入件主體402由高度導電材料形成，諸如碳化矽材料。碳化矽材料具有減少的與處理體積內的氣體的相互作用，同時仍具有高導熱性。加熱器插入件主體402的材料具有大於約100 W/(m•K)的導熱性，諸如大於約110 W/(m•K)，諸如大於約120 W/(m•K)，諸如大於約150 W/(m•K)。
加熱器插入件主體402可與襯墊163熱隔離，使得一或多個分離器411在加熱器插入件主體402與襯墊163之間設置。一或多個分離器411形成間隙408，該間隙可用作熱間隙408。一或多個分離器411係熱隔離器，使得一或多個分離器411係陶瓷或介電材料。
密封溝槽420在襯墊163內的加熱器殼體222的一部分周圍設置。密封溝槽420係從開口向外延伸的溝槽，加熱器殼體222穿過該開口在襯墊163內延伸。密封溝槽420被配置為接收密封環，使得密封溝槽420使得密封環（諸如其中設置的O形環）能夠減少或防止來自處理體積136的氣體延伸經過襯墊163並且穿過流動模組112朝向外側體積。
反射器410在加熱器殼體222內設置並且形成前加熱器體積435及後加熱器體積434。前加熱器體積435包括其中設置的加熱元件226。前加熱器體積435藉由反射器410與後加熱器體積434隔離，使得反射器410使前加熱器體積435與後加熱器體積434分離。後加熱器體積434用絕緣體、惰性氣體、空氣填充，或保持在真空下以減少穿過加熱器168的熱傳遞。
反射器410可係熱隔離器，諸如反射器410具有小於約50 W/(m•K)的導熱性，諸如小於約10 W/(m•K)，諸如小於約10 W/(m•K)，諸如小於約5 W/(m•K)，諸如小於約1 W/(m•K)，諸如小於約0.5 W/(m•K)，諸如小於約0.1 W/(m•K)。反射器410進一步被配置為反射在紅外波形範圍內超過90%的輻射能，諸如約700 nm至約1 mm的波長。反射器410可係陶瓷或介電材料。在一些實施例中，反射器410用反射塗層塗佈以反射藉由處理腔室100內的一或多個燈或從加熱元件226發射的輻射。塗層可係金屬塗層，諸如鋁塗層或銀塗層。在一些實施例中，反射器410係反射的石英材料。
加熱器殼體222包括透射部分414及不透明部分416。透射部分414在加熱元件周圍並且在加熱器插入件主體402內設置。透射部分414係光學透明的，使得在紅外波長範圍（諸如約700 nm至約1 mm的波長）內大於約90%的輻射能經過透射部分414。在一些實施例中，在紅外波長範圍中大於約95%的輻射能經過透射部分414，諸如大於約98%的輻射能。透射部分414由光學透明材料形成，諸如透明的石英材料或玻璃。
不透明部分416係加熱器殼體222的不在加熱元件226周圍設置的第二部分。不透明部分416在反射器410與透射部分414相對的側面上設置。不透明部分416穿過流動模組112延伸。不透明部分416具有與透射部分414相比較低的光透明度，諸如在紅外波長範圍（諸如約700 nm至約1 mm的波長）內小於約50%的輻射能經過透射部分414。在一些實施例中，在紅外波長範圍內小於約30%的輻射能經過透射部分，諸如小於約20%，諸如小於約10%，諸如小於約5%，諸如小於約2%。
邊界418在不透明部分416與透射部分414之間設置。邊界418在反射器410周圍設置，使得反射器加熱器殼體222從不透明部分416轉變到反射器410處的透射部分414。不透明部分416及透射部分414在邊界418處結合、融合、焊接、或銅焊。從透射部分414轉變到不透明部分416增加了藉由加熱元件226發射的輻射能的比例，該輻射能穿過透射部分414朝向第一預熱環部分205導引。
形成石英材料的整個加熱器殼體222實現透射部分414與不透明部分416的較佳結合，使得加熱器殼體222係單件的。將單件用於加熱器殼體222防止處理氣體洩漏到前加熱器體積435或後加熱器體積434中的一者中並且簡化加熱器168的安裝。
第4A圖的加熱元件226係輻射熱源，諸如燈404。燈404的燈泡在前加熱器體積435內側設置。燈404可類似於上部燈141或下部燈143中的一者。燈404可替代地係較小燈，使得燈404的燈泡具有小於約25 mm的直徑，諸如小於約20 mm。燈404具有約500 W至約3000 W的電力輸出，諸如約500 W至約1000 W，或諸如約1000 W至約1500 W。電力藉由一或多個電線412供應到燈404。一或多個電線412連接到電源及/或控制器120。一或多個電線412穿過反射器410設置並且連接到燈404。燈404的基底亦連接到反射器410，使得燈404的燈泡遠離反射器410朝向處理體積136導引。
加熱器基底224包括加熱器殼體基底428、壓縮蓋432、及在加熱器殼體基底428與壓縮蓋432之間設置的壓縮墊圈430。加熱器基底428由與加熱器殼體222的不透明部分416類似的材料形成。在一些實施例中，加熱器基底428亦結合、融合、焊接、或銅焊到不透明部分416。在其他實施例中，加熱器基底428係單個均勻且單件的不透明部分416。不透明部分416的外壁431與加熱器基底428的接觸表面427相交，使得不透明部分416的外壁431係垂直的並且與加熱器基底428的接觸表面427正交。接觸表面427與流動模組112的外表面齊平並且接觸流動模組112的外表面。
一或多個溝槽425在接觸表面427內設置。一或多個溝槽425係在不透明部分416周圍設置的環形溝槽。一或多個溝槽的大小經調整為接收密封熱屏蔽件422及密封環426。密封熱屏蔽件422係絕緣體，由於密封環426在高溫下失效，該絕緣體減少從不透明部分416的外壁431到密封環426的熱傳遞。密封熱屏蔽件422可係陶瓷或介電材料並且可在與密封環426相同或分離的溝槽中。密封環426相對於不透明部分416的外壁431從密封熱屏蔽件422向外徑向地設置。
壓縮蓋432在加熱器基底224的外表面上相對於加熱器殼體222設置。壓縮蓋432可係金屬材料，諸如鋁或鋼。壓縮蓋432可具有向其施加的壓力並且可耦接到流動模組112，使得壓縮蓋432的一部分接觸流動模組112並且一或多個螺釘或螺栓（未圖示）用於抵靠流動模組112的外表面擰緊壓縮蓋432。使用壓縮墊圈430將來自壓縮蓋432的壓力分配到加熱器基底428。壓縮墊圈430係金屬或聚合物材料。在一些實施例中，壓縮墊圈430係與壓縮蓋432相同的材料。
第4B圖係在第1圖的處理腔室內的另一加熱器168的示意性部分橫截面圖。第4B圖的加熱器168與第4A圖的加熱器168類似，但第4B圖的加熱器168具有電阻加熱元件450作為加熱元件226。電阻加熱元件450在前加熱器體積435內設置。電阻加熱元件450與在第4A圖的實施例中利用的燈404相比更為緊湊。
電阻加熱元件450以約1000 W至約3000 W（或諸如約500 W至約1000 W，或諸如約1000 W至約1500 W）的速率發射電力。電阻加熱元件450具有大於約2 ohm (Ω)的電阻，諸如約2 Ω至約100 Ω。
隨著電阻加熱元件450接觸並且傳遞到反射器410中，加熱元件450的電阻率減小。在經過反射器410之後加熱元件450的低電阻部分係加熱器電力連接器452。加熱器電力連接器452經過後加熱器體積434。加熱器電力連接器452電氣耦接到電源及/或控制器120。
第4C圖係在第1圖的處理腔室100內的加熱器168的示意性部分橫截面圖。第4C圖的加熱器168類似於第4A圖的加熱器168，但第4C圖的加熱器168亦用作預熱環166的第一預熱環部分205。由此，在第4C圖的實施例中，預熱環166可省略或適於利用加熱器168及對應的加熱器區塊250替代第一預熱環部分205。
隨著氣體或前驅物進入處理體積並且在氣體或前驅物經過基板或基板支撐件上方之前，本文描述的加熱器及預熱環組件實現氣體或前驅物的更準確、快速、及可重複加熱。藉由在氣體或前驅物經過基板之前將氣體或前驅物加熱到較高溫度，在基板上的沉積通常在基板的整個寬度上增加，並且增加的沉積在基板的前緣處特別高。
儘管上述內容涉及本揭示的實施例，本揭示的其他及進一步實施例可在不脫離其基本範疇的情況下設計，並且其範疇由以下申請專利範圍決定。
100:處理腔室 102:基板 106:基板支撐組件 107:升舉銷孔 108:上部透射窗 110:下部透射窗 112:流動模組 114:處理氣體入口 116:排放氣體出口 118:軸件 120:控制器 121:運動組件 122:旋轉致動器 124:垂直致動器 126:傾斜調節裝置 128:橫向調節裝置 132:升舉銷 134:升舉銷終止件 136:處理體積 141:上部燈 143:下部燈 145:下部燈組件 146:流動引導件 148:下部主體 150:頂表面 151:處理氣體源 152:底板 153:感測器 154:蓋 156:上部主體 157:排放泵 162:淨化氣體源 163:襯墊 164:淨化氣體入口 166:預熱環 168:加熱器 202:氣體入口表面 205:第一預熱環部分 206:注入組件 207:第二預熱環部分 208:排放組件 210:基板傳遞開口 212:溫度感測器 214:溫度感測器 216:成角度部分 218:加熱器插入件 222:加熱器殼體 224:加熱器基底 226:加熱元件 250:加熱區塊 402:加熱器插入件主體 404:燈 408:間隙 410:反射器 411:分離器 412:電線 414:透射部分 416:不透明部分 418:邊界 420:密封溝槽 422:密封熱屏蔽件 425:溝槽 426:密封環 427:接觸表面 428:加熱器基底 430:壓縮墊圈 431:外壁 432:壓縮蓋 434:後加熱器體積 435:前加熱器體積 450:電阻加熱元件 452:加熱器電力連接器 2A-2A:第一平面 2B-2B:第二平面 A:縱軸 C:中心軸
為了能夠詳細理解本揭示的上述特徵所用方式，可參考實施例進行對上文簡要概述的本揭示的更特定描述，一些實施例在附圖中示出。然而，將注意，附圖僅示出示例性實施例，並且由此不被認為限制其範疇，且可允許其他等同有效的實施例。
第1圖係根據本揭示的實施例的處理腔室的示意性橫截面側視圖。
第2A圖係根據本揭示的實施例的處理腔室的穿過第一平面的示意性橫截面平面視圖。
第2B圖係根據本揭示的實施例的處理腔室的穿過第二平面的示意性橫截面平面視圖。
第3圖係根據本揭示的實施例的第1圖的處理腔室的預熱環組件的示意性部分橫截面圖。
第4A圖係根據本揭示的一個實施例的第1圖的處理腔室內的加熱器的示意性部分橫截面圖。
第4B圖係根據本揭示的另一實施例的第1圖的處理腔室內的加熱器的示意性部分橫截面圖。
第4C圖係根據本揭示的又一實施例的第1圖的處理腔室內的加熱器的示意性部分橫截面圖。
為了便於理解，相同元件符號在可能的情況下已經用於標識圖中共有的相同元件。可以預期，一個實施例的元件及特徵可有利地併入其他實施例中，而無需進一步敘述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:處理腔室
102:基板
106:基板支撐組件
107:升舉銷孔
108:上部透射窗
110:下部透射窗
112:流動模組
114:處理氣體入口
116:排放氣體出口
118:軸件
120:控制器
121:運動組件
122:旋轉致動器
124:垂直致動器
126:傾斜調節裝置
128:橫向調節裝置
132:升舉銷
134:升舉銷終止件
136:處理體積
141:上部燈
143:下部燈
145:下部燈組件
146:流動引導件
148:下部主體
150:頂表面
151:處理氣體源
152:底板
153:感測器
154:蓋
156:上部主體
157:排放泵
162:淨化氣體源
163:襯墊
164:淨化氣體入口
166:預熱環
168:加熱器

Claims (20)

  1. 一種處理腔室，被配置為在半導體處理期間使用，包括： 一腔室主體，包含在該腔室主體的一第一側面上的複數個氣體入口及在該腔室主體的與該第一側面相對的一第二側面上的一或多個排放出口； 一基板支撐件，在該腔室主體的一處理體積內設置；以及 一預熱環組件，在該複數個氣體入口與該基板支撐件之間設置並且包括： 一預熱環； 一或多個加熱器，鄰近該預熱環設置；以及 一或多個溫度感測器，鄰近該預熱環設置。
  2. 如請求項1所述之處理腔室，其中該預熱環外接該基板支撐件並且進一步包括： 一第一預熱環部分，形成鄰近該一或多個加熱器及該一或多個溫度感測器的一第一部分環並且外接該基板支撐件的一第一部分；以及 一第二預熱環部分，形成一第二部分環並且外接與該第一部分不同的該基板支撐件的一第二部分。
  3. 如請求項1所述之處理腔室，其中該一或多個加熱器耦接到該預熱環的一下側面並且該預熱環擱置在該一或多個加熱器的頂部上。
  4. 如請求項3所述之處理腔室，其中該等加熱器進一步包括： 一加熱器插入件主體； 一加熱器殼體，至少部分地在該加熱器插入件主體內設置； 一反射器，在該加熱器殼體內設置並且形成一前加熱器體積；以及 一加熱元件，在該加熱器殼體的該前加熱器體積內設置。
  5. 如請求項4所述之處理腔室，其中該加熱元件係一燈或一電阻加熱元件中的一者。
  6. 如請求項4所述之處理腔室，其中一加熱器基底耦接到該腔室主體的一外表面並且耦接到該加熱器殼體。
  7. 如請求項1所述之處理腔室，進一步包括： 第一複數個燈，在一第一窗之上設置；以及 第二複數個燈，在一第二窗之下設置。
  8. 一種預熱環組件，被配置為在一半導體處理腔室內使用，包括： 一預熱環，包含一第一預熱環區段及一第二預熱環區段； 一或多個溫度感測器，耦接到該第一預熱環區段；以及 兩個或更多個加熱器，耦接到該第一預熱環區段並且被配置為加熱該第一預熱環區段並且包括： 一加熱器殼體； 一反射器，在該加熱器殼體內設置並且形成一前加熱器體積； 一加熱元件，在該前加熱器體積內設置。
  9. 如請求項8所述之預熱環組件，其中該第一預熱環區段由一碳化矽材料形成。
  10. 如請求項8所述之預熱環組件，其中該兩個或更多個加熱器至少部分地在一加熱器插入件主體內設置並且該第一預熱環區段在該加熱器插入件主體的頂部上設置。
  11. 如請求項10所述之預熱環組件，其中該加熱器插入件主體由一碳化矽材料形成。
  12. 如請求項8所述之預熱環組件，其中該加熱器殼體由一石英材料形成。
  13. 如請求項12所述之預熱環組件，其中該加熱器殼體進一步包括： 一透射部分，在該加熱元件周圍設置；以及 一不透明部分，耦接到該透射部分的一遠端。
  14. 如請求項8所述之預熱環組件，其中一或多個溫度感測器在該第一預熱環區段內設置。
  15. 一種加熱器插入件，被配置為在一半導體處理腔室內加熱一預熱環，包括： 一加熱器殼體，包括： 一透射部分； 一不透明部分，耦接到該透射部分的一遠端；以及 一加熱器基底，耦接到該透射部分的一遠端，與該透射部分相對，使得該不透明部分與該加熱器基底的一接觸表面相交並且該接觸表面具有在該接觸表面中設置的一或多個溝槽； 一反射器，在該加熱器殼體內設置並且形成一前加熱器體積及一後加熱器體積；以及 一加熱元件，在該前加熱器體積內並且在該加熱器殼體的該透射部分內設置。
  16. 如請求項15所述之加熱器插入件，其中該加熱元件係一燈或一電阻加熱元件中的一者。
  17. 如請求項16所述之加熱器插入件，其中該加熱元件具有約500 W至約3000 W的一電力輸出。
  18. 如請求項15所述之加熱器插入件，其中該透射部分係具有大於約90%的一透明度的一透射石英，並且該不透明部分係具有小於約50%的一透明度的一不透明石英。
  19. 如請求項15所述之加熱器插入件，其中該一或多個溝槽被配置為固持一熱屏蔽環及一密封環。
  20. 如請求項15所述之加熱器插入件，其中一壓縮墊圈及一壓縮蓋耦接到該加熱器基底，使得該壓縮墊圈在該壓縮蓋與該加熱器基底之間設置。
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