TW416112B - Rapid thermal processing (RTP) system with gas driven rotating substrate - Google Patents

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--------------i ^-----訂---------線 V (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 416112 A7 --------- B7 五、發明說明（2.) 體做旋轉’或者另外來自相同晶圓面上如軸心的燈源庫光 源的干擾’使得最後撞擊晶圓的光源不再均勻。 相關應用 在晶圓處理程序中’以快速熱處理原理為基礎的反應 裝置，其中一端的整個橫截面經常是打開的。構造被建立 的原因是因為各種不同的晶圓夾、護環和氣體分配板，其 尺寸明顯比晶圓大而且可能比晶圓更厚，同時也必須被放 入反應腔中，當處理程序改變或例如不同尺寸大小的晶圓 被使用時，必須容易和快速地更換。當反應腔設計時，這 些辅助的裝置同時被考慮在内。核定給本發明申請人的美 國專利US5,580,830已納於參考文獻中，其說明了氣體流 的重要性和使用一個在門孔來調節氣體流和控制處理腔中 的不純物。 使用寬光譜範圍的高溫計來測量晶圓溫度的重要性已 在申請人的美國專利US5,628,564中說明，且已納於參考 文獻。 在一個傳統的快速熱處理系統中，加熱的晶圓通常置 於數個石英針上，該等將晶圓準確地固定於與此系統的反 射鏡壁平行的位置上β先前的技術系統通常是將一個均勻 的矽晶圓’置於一個儀器的晶座上。核定給本發明申請人 共同未定的專利申請08/537,409，其已納於參考文獻中， 並說明了晶座板和晶圓隔離的重要性。 快速熱處理第三和第四族半導體並不如快速熱處理石夕 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -6 - f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} ί 裝i -----訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

五、發明說明（3.) 成力其巾個理由為在其表面有相對較高的蒸氣壓，例 如在坤化鎵（GaAs)例子中的坤（As)。在表面區域的神 被消耗而使材料的品質受損。蚊給本發财請人共同未 定的專利中請⑽細，265，其已納於參考文獻中，提供— 個方法與裝置以克服此問題。 以脈衝式光源局邵加熱晶圓的方式提升一個輕微塗 覆、相對低溫的晶圓之放射率已在核定給本發明申請人共 同未定的專利申請08/632,364中說明。 可旋轉物體的快速熱處理之方法、裝置、系統在由Lerch 等所著’於1997年10月Π曰申請之專利申請案〇8/953,590 中說明’其已核定給本發明申請人，已納於參考文獻中。 本發明之總結 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明的目的是要用氣體撞擊在物體或在固定物體的 旋轉基板’來旋轉快速熱處理系統中的處理物體β利用相 同或另一種氣體流當作氣體軸承’來支撐物體或基板，同 時物體或基板被氣流旋轉。辅助氣體噴嘴可用來加速甚或 減速物體或基板的旋轉。氣體流可以是惰性，或者可能包 含與處理物體反應的化學物質，或可能是氣體反應或分解 產生薄層在裸露的處理物體表面上。 圖示簡單說明 圖一 顯示先前技術的快速熱處理系統。 圖二 顯示先前技術的固定晶圓110的旋轉底板。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 416112 a； 416112_b7_ 五、發明說明（4.) 圖三 顯示本發明之裝置圖。 圖四 顯示適合本發明之具體說明。 圖五 顯示旋轉基板。 圖六 顯示固定底板的輪廓圖，會形成流動氣體的壓 力支撐晶圓與固定晶圓於中心點。 圖七 顯示一個固定晶圓的基板，利用定位元件強迫 基板繞基軸旋轉。 圖八 顯示一個支撐旋轉晶圓的底板之平面圖。 圖九 顯示一個底板正視圖，具有刻痕切口以允許機 械手臂將晶圓送入並放置。 圖十 顯示機械手臂攜帶晶圓進入腔體，並固定晶圓 於底板上。 圖十一 顯示機械手臂可降低晶圓至底板表面以下。 圖十二 顯示機械手臂可撤離，氣流會讓晶圓漂浮在底 板表面之上，並且繞基軸旋轉。 圖十三a 顯示本發明所建標準裝置輪廓之平面圖。 圖十三b 顯示本發明所建標準裝置輪廓之正視圖。 圖十四 顯示圖十三a〜b之氣體軸承X的平面放大圖。 圖十五 顯示圖十三a〜b之軸心及軸承佈置在Y範圍 的正視圖。 圖十六 為圖十四中氣體軸承的平面放大圖° 圖十七 為圖十六中沿線A〜A’的橫截面。 圖十八a 顯示使旋轉基板位於中央的可供選擇軸承之正 視圖。 X 297公釐） Γ--I I I i f 1--I I. --------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 416112

五、發明說明（5.) 圖十八b 圖十九a 圖十九b 顯$使旋轉基板位於巾央的可供賴軸承之平 面圖。 顯不可供選狀具赌明，減細承支擇基 板，並確定旋轉基板繞基軸旋轉。 顯示圖十九a中氣體軸承之正視圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明之詳細敘述 圖-顯示先前技術的快速熱處理系統。半導體晶圓11( 或其他處理物體以石英快速熱處理腔體12〇中之石英針16< (僅標其-）支搏“護壤伽用來縮小來自晶圓u〇 g 璩輻射的邊緣效屬*終板❹的密封住腔體Ώ2(Β，門18〇欠 許晶圓110進入，並且當門關閉，處理氣體125引進腔靡 時，可將腔體完全密封β兩個輻射源庫130與140於晶圓 110的兩邊。電腦175或其他習知之控制方法被用來控带 加熱燈130與140，並控制氣流控制器185、鬥18〇與溫肩 測量系統’此處標明為南溫計165。氣流可以是不會與晶 圓反應的惰性氣體，或如氧氣或氮氣的反應氣體，該等脅 與半導體晶圓的物質反應在半導體晶圓上形成薄層，或者 氣流可以是反應氣體’會在處理物體的熱表面上反應且形 成薄層，但不會消耗物體表面上的任何物質。當氣流反應 形成薄層在表面上，此過程稱作快速加熱化學氣相沈賴 (RT-CVD)。電流可被通過大氣壓下的快速熱處理系絲 來產生離予’利用高能離予撞擊表面’可在表面反應或在 表面上給予額外能量。 私紙張尺度適用1f1國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -9 - I 裝i ------訂·--------線 I {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 416112 五、發明說明（6.) 圖二顯示先前技術中固定晶圓110的旋轉底板210。 旋轉底板2H)係以軸心220來轉動。在W. Mammel所著的 美國專血為似；/-590中>，氣體是引進於晶圓11〇與旋轉底板 210間的空間，藉以固定離開底板的晶圓並降低由晶圓110 至底板210的熱轉移。氣流快速地由軸心220向外流出， 圖三顯示本發明之裝置圖。快速熱處理系統之固定底 板310有氣流通道320攜帶流動氣體340以一角度碰撞晶 圓110，播使晶圓運轉，碰撞於晶圓110之力可使晶圓110 繞底板310旋轉。然後晶圓可繞著基麵330旋轉。流動氣 體340也支撐固定於备板3im綠晶,風4^ 圖四顯示本發明較合適之具體說明，固定底板310支 持旋轉基板410，且旋轉基板410以石英針160支撐晶圓 110。氣流340撞擊旋轉基板410，導致旋轉基板410圍繞 基軸330旋轉。在此，氣流340也支持固定於底板310上 的旋轉基板410。 圖五顯示一個旋轉基板410，此處旋轉基板410利用 固定於底板310的針510強迫繞基軸330旋轉，且針510 與旋轉基板410上之延遲裝置520接合。 圖六顯示固定底板310的輪廓，該設計是當晶圓11〇 繞基軸330旋轉時，氣流壓力會支撐晶圓11〇並將其固定 於中心點。圖六顯示在底板310之凹陷部分610係呈托盤 狀。 圖七顯示一個固定晶圓的基板，利用定位元件710強 私紙張尺度適用中國國家標翠（CNS)A4規格（210 X 297公f ) -10- <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^i -----訂·---I ----線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

A7 _ B7____ (7.) 迫基板繞基軸330旋轉。 圖八顯示一個支撐旋轉晶圓的底板810之平面圖。底 柢包含有氣流通通82〇#在底板810表面830處有一底板810 之出口角度，垂直底板810中心840至氣流通道820的半 徑。當晶圓以氣流支撐於底板810的表面830上，氣流會 供給晶圓110 (未顯示）一個角向量。 圖九顯示底板810之正視圖，具有刻痕910切口以允 許機械手臂將晶圓（稍後顯示）在底板810表面830上送 入並放置。 圖十〜·"f~二顯示本發明所採用之方法。機械手臂1〇1〇 攜帶晶圓110進入腔體，並固定晶圓110於底板上如圖十 所示。圖十一顯示機械手臂可降低晶圓U0至底板810表 面830以下。圖十二顯示機械手臂可撤離，氣流會讓晶圓 110漂浮於底板表面830之上，且晶圓圍繞基軸330旋轉。 旋轉是用正切方向速度的氣流驅動。光線1210與1220顯 示會由上到下撞擊在晶面上。底板310最適合以石英製造， 使得光線通過石英並均勻照射在晶圓上。其他材質如藍寶 石可讓快速熱處理系統中的幅射源通過，同樣可用於底板 上的材質。 圖十三a〜b顯示所建標準裝置輪廓之平面圖與正视 圖’已成功地用於ast shs . 3〇αο.姑殊熟處mf的晶 圓旋轉。氣體軸承1340支撐基板1310並對基板ΠΙΟ給予 一個正切方向的向量。氣體軸承具有角度的氣流足以維持 基板之旋轉速度’但是將預定之邊緣速度加速爲每$鐘100 I —111 ^ · — II — II ^ 11111---線 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 ^張尺度適財國國家標準（CNS)A4規格（210 : ) A7 416112 發明說明（8.) 呎並不夠Λ除此之外，因摩擦力低，所以當氣體軸承流體 仍在時，將正切流體關掉，在單獨的實驗中，基板慢下來 仍需要一分鐘◎固定晶圓110的基板131〇有一個扇型邊 1305。輔助氣體1320與1330可任選在扇型邊上的撞擊氣 體來加速與減速基板。當輔助氣體132〇與1330使用時， 基板可在三秒内加速至預定速度或停止。基板13丨〇利用石 英軸1350與石英或藍寶石球型軸承1360強迫繞基軸旋轉 (稍後顯示）。 圖十四顯示一個圖十三a氣體軸承X之放大圖。 圖十五顯示一個圖十三b之軸心1350在Y範圍的正 視圖，軸心1350接觸石英軸承1360中旋轉的基板1310 , 旋轉的石英軸承在圓圈1510中固定於底板上。 圖十六顯示圖十三a與圖十四中氣體軸承的放大圖， 具有細溝1610，可使氣體向外流出。 圖十七顯示圖十六中沿線A〜A’的氣體軸承與氣體噴 嘴的橫截面。 圖十八a與圖十八b顯示使旋轉基板位於中央的可供 選擇軸承之正視與平面圖。軸心1350接觸旋轉基板410 周園用套筒1810緊密接合。流入軸心1350與套筒1810 之氣體1820的氣壓可使軸心1350在套筒1810中自由旋 轉。在套筒1810與基板410間流出的氣體1820可支撐基 板。 圖十九a與圖十九b顯示一個概念，氣體軸承1910 撐基板，並確定旋轉基板繞基軸旋轉。圖十九b顯示一 表纸張尺度適用中國國家標準（CNS〕A4規格（210 X 297公釐） -12 - ,. 裝i -----訂---------線 ί請先閱讀背面之ii意事項再填寫本 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 間 支 個 416112 A7

五、發明說明（9.) 氣體袖承1910的正視圖，表示了—個風1流通道1920，由 兩個氣流通道1930與1940分離成兩個分離氣體軸承表面 1950與1960。軸承表面1950支撑基板’同時軸承表面I960 支持基板邊緣至基板中心。滑嘴1970的設計是為了放大基 板。在快速熱處理系統中處理的半導體晶圓可增加直徑至 毫米。彈簧（未顯示）可任意地用來拉開滑嘴1970，當沒 有氣體流動至旋轉基板時，使其離開基板410。 以上以認證之美國專利與專利應用，與所列之參考文 獻已包括在本參考文獻中β -------------裝 i -II 訂-----I r 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 適 度 |尺 張 j紙 本 格一規 4 A S) N (C 準 標 家 一公 |;97 3

Claims (1)

1. Α8 Β8 C8 D8 41β1ΐ2 六、申請專利範圍 toiiggoi t J 一種物體在快速熱處理系統中快速熱處理（RTp)之裝 置，包含有：一個底板，底板至少有一個氣流通道，可 供氣流揸擊在快速熱處理系統中的旋轉基板上，且氣流 可用來旋轉底板上的基板。 2-根據申請專利範園第1項所述之裝置，其中氣流會支撑 基板。 3.根據申請專利範圍第2項所述之裝置，其中基板即是所 處理的物體。 4根據申請專利範圍第3項所述之裝置，其中所處理的物 體為半導體晶圓。 5·根據申請專利範圍第4項所述之裝置，其中半導體晶圓 是梦晶圓。 6.根據申請專利範圍第1項所述之裝置，其中以氣流的| 力分布強迫基板繞基轴旋轉。 7‘根據申請專利範圍第6項所述之裝置，其中氣流會支榜 基板。 8. 根據申請專利範圍第7項所述之裝置，其中底板允許支 據基板的針進入，讓基板放置於底板上，底板也可讓支 撐針離開由底板支撐之基板。 9. 根據申請專利範圍第1項所述之裝置，其中基板支撐所 處理的物體。 10. 根據申請專利範圍第9項所述之裝置’其中所處理的物 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -ί — J — !·裝·！ —訂-----I---線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α8 Β8 C8 D8 41β1ΐ2 六、申請專利範圍 toiiggoi t J 一種物體在快速熱處理系統中快速熱處理（RTp)之裝 置，包含有：一個底板，底板至少有一個氣流通道，可 供氣流揸擊在快速熱處理系統中的旋轉基板上，且氣流 可用來旋轉底板上的基板。 2-根據申請專利範園第1項所述之裝置，其中氣流會支撑 基板。 3.根據申請專利範圍第2項所述之裝置，其中基板即是所 處理的物體。 4根據申請專利範圍第3項所述之裝置，其中所處理的物 體為半導體晶圓。 5·根據申請專利範圍第4項所述之裝置，其中半導體晶圓 是梦晶圓。 6.根據申請專利範圍第1項所述之裝置，其中以氣流的| 力分布強迫基板繞基轴旋轉。 7‘根據申請專利範圍第6項所述之裝置，其中氣流會支榜 基板。 8. 根據申請專利範圍第7項所述之裝置，其中底板允許支 據基板的針進入，讓基板放置於底板上，底板也可讓支 撐針離開由底板支撐之基板。 9. 根據申請專利範圍第1項所述之裝置，其中基板支撐所 處理的物體。 10. 根據申請專利範圍第9項所述之裝置’其中所處理的物 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -ί — J — !·裝·！ —訂-----I---線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8B8C8S 416112 六、申請專利範圍 體為半導體晶圓》 η·根據申請專利範圍第10項所述之裝置’其中所處理的物 體是矽晶圓。 12·根據申請專利範圍第9項所述之裝置’其中氣流會支樓 基板。 13.根據申請專利範圍第Π項所述之裝置，其中所處理的物 體為半導體晶圓。 14·根據申請專利範圍第9項所述之裝置，其中利用針與延 遲裝置強迫基板繞基軸旋轉。 15·根據申請專利範固第9項所述之裝置，其中利用底板上 固定的定位元件強迫基板繞基軸旋轉。 16. 根據申請專利範園第9項所述之裝置，其中利用軸心與 輪承強迫基板繞基軸旋轉。 17, 根據申請專利範園第16項所述之裝置’其中軸承裝置是 屬於氣壓軸承。 根據申請專利範圍第1項所述之裝置，其中底板實際上 是透明的’可使快速熱處理系統的輻射源通過。 19_ 一種物體在快速熱處理系統中快速熱處理（RTp)之方 法’包含：一氣流經由至少一成形於快速熱處理系統底 板之氣流通道會揸擊在旋轉基板上，以引發底板上的基 板轉動。 2〇.根據申請專利範圍第19項所述之方法，進一步包含氣流 撞擊基板步驟期間以氣流支撐基板的步驟^ 21-根據申請專利範圍第2〇項所述)之方法，其中基板為半導 本紙張尺度適用中^5^^(CNS)A4規·‘挪公心 --------------11 — ----I I 訂 I 1 I —--- {靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -15 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 Π8 夂、申請專利範圍 體晶圓。 22. 根據申請專利範圍第21項所述之方法’其中半導體晶圓 是矽晶圓。 23. 根據申請專利範圍第丨9項所述之方法’其中進一步包含 在氣流引發旋轉的撞擊步驟之後’有一氣流撞擊基板的 步騾來停止基板旋轉。 24. 根據申請專利範園第19項所述之方法’其中以氣流的壓 力分布強迫基板繞基軸旋轉。 25. 根據申請專利範圍第24項所述之方法，其中氣流會支撐 基板。 26. 根據申請專利範圍第乃項所述之方法，其中底板是固定 於快速熱處理系統中，有氣流通道可供引入氣流來支撐 與旋轉基板。 27. 根據申請專利範圍第26項所述之方法’其中底板允許支 撐基板的針進入’讓基板放置於底板上’底板也可讓支 撐針離開基板。 28. 根據申請專利範圍第19項所述之方法’其中基板為半導 體晶圓。 29. 根據申請專利範園第及項所述之方法，進一步包含氣流 撞擊基板步驟期間以氣流支撐基板的步驟。 30. 根據申請專利範圍第28項所述之方法，其中利用針與延 遲裝置強迫基板繞基軸旋轉。 31. 根據申請專利範圍第28項所述之方法’其中利用固定的 定位元件強迫基板繞基軸旋轉。 I----— — — — ----------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) i紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

   、申請專利範圍 32_根據申請專利範固第28項所述之方法，其中利用柏心與 軸承強迫基板繞基軸旋轉。 33‘根據申請專利範圍f 32項所述之方法，其中轴承裝置是 屬於氣體軸承。 34. —種具有氣體驅動旋轉基板之快速熱處理系統，一物體 之快速熱處理系統包含： 一個照射物體的輻射源，快速熱處理腔體至少有一部分 腔體透明壁可讓熱輻射源通過； 一個底板’底板至少有一個氣流通道，可供氣流撞擊在 快速熱處理系統中的旋轉基板上，用於旋轉基板的氣流 與底板有關； 提供氣流與快速熱處理腔體所需氣體的供給方式； 及控制輻射源與氣體供給的方法。 ----- ---------裝-------—訂---- -----線 (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Μ氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】0 x 297公爱） -17 -