TW459276B - Semiconductor processing system - Google Patents

Description

459276 A7 B7_____ 五、發明說明（） 發明領域： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係概括關於半導體處理系統，特別是關於具有 反應室與熱源組件的半導體處理系統。 發明背景： 半導體晶片的製造已將快速熱處理（rapid thermal processing, RTP)系統應用於建造、以化學方法改變以及蝕 刻半導體晶圓上的表面結構。此種快速熱處理系統包含半 導體製程反應室以及位於半導體製程反應室之上的燈頭 或熱源組件，即如美國專利第5,1 5 5,3 3 6號所揭露者。 半導體製程反應室可裝設接合棒（adapter plate)，用以 進行低壓製程。接合板包含下層石英窗、上層石英窗以及 被夾在下層與上層石英窗之間的強化零件。強化零件可由 不鏽鋼製成，且由兩個分隔的平板以及園繞環所組成，並 界定一個密閉的空間。複數個管子會焊接在平板中的孔洞 當中以形成光線通道。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 燈頭上可設置若干個紅外線燈。在處理過程當中，來 自紅外線燦的紅外線輻射會穿過上層窗..、光線通道以及下 層窗而照射在.製程反應室内的晶圓。晶圓即可以此方式被 加熱至所需的處理溫度。- 在處理當中，製程反應室内的壓力可為低氣壓的狀 態。將半導體製程反應室内的壓力降低，會導致下層窗的 下表面上產生負壓力。由平板與圍繞環所界定之密閉£間 的壓力，可被降低到低於製:程反應室内的壓力’以避免下 第2頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 45927 6 五、發明說明（ 看窗與下層板崩塌。為達此目 --+ ^ ^ 曰的，一}乂門通運係延伸穿過 圍繞壤且與一幫浦連接’並藉c政&丄τ 精以降低由平板與圍繞環所界 定之密閉空間内的壓力。 發明目的及概诚： 概括而.言，本發明係針對一種半導體處理系統。本發 明之一技術特徵係有關於一種製程反應室，其具有一窗及 -支座，且在處理過程中，s材可被放置在支座上。輕射 能量源组件係位於窗之一邊，而支座則在窗的另一邊。輻 射能量源组件可將輻射能量穿過窗而傳送至支座上的基 材。起射能量源組件可進行抽氣，以改變窗上的壓力差。 若製程反應室係在大氣壓力下進行處理，則輻射能量 源组件進行抽氣會增加窗上的壓力差。若製程反應室係在 低氣壓下進行處理，則輻射能量源组件進行柚氣會降低窗 上的壓力差*在一實施例中，半導體處理系統包含測定基 材上不同區域之溫度的感應器’並輸出代表其溫度的訊 號。一控制器可被程式化用於控制輻射能.量源的強度，以 回應來自於感應器的訊號’並藉以控制基材上不同區域的 溫度。 本發明之另一技術^特徵係有關於一種處理基材之設 備，其包含一反應室，且該反應室具有至少—壁以及緊密 接合於該壁的窗。含有複數個輻射能量源的熱源组件可放 射特定輻射強度的輻射至反應室當中之基材上的區域。熱 源組件係緊密接合衿窗，且:備有用於降低其内之壓力的抽 第3頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） {請先閲讀背面之注奢¥項再填窝本頁) 訂---------線， 經濟部智慧財產局貝工消費合作杜印製 A7 B7 459276 五、發明說明（） 氣裝置》處理基材之設備另可包含用於降低反應室之壓力 的抽氣裝置。 本發明之另一技術特徵係有關於一種用於處理基材 的快速熱處理系統，其包含具有窗的製程反應室以及由輻 射能量源與配置於窗邊之製程反應室外部的反射器所構 成的組件。由輻射能量源與反射器所構成的組件，可將輕 射能量傳遞通過窗而到達製程反應室内的基材上。由輻射 能量源與反射器所構成的组件可藉由真空幫浦進行抽 氣，並藉以降低其内的壓力。 此快速熱處理系統另可包含第二個真空幫浦，以便對 製程反應室進行抽氣。製程反應室的窗可為厚度約4公厘 的石英板。反射器可延伸進入一冷卻室，而冷卻劑即在冷 卻室中進行循環。反射器的内部係以流體相互通連。 本發明的優點之一係在於製程反應室可使用較薄的 窗’且不需要，使用接合板a 本發明的其它特徵與優點可透過以下的詳細說明、所 附圖式與申請專利範圍而清楚得知。 <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Λ 訂---------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 明 說 單 簡 式 圖 明第第 說 細 詳 以 加 而 式 圖 附 所 照 參 及 例 施 實 由 藉將 明： 發中 本其 之 中 圖 ., 1 圖第 视著 侧沿 的 係 統其 系 ， 理圖 處面 體剖 導的 半統 .， 之系得 明理取 發處而 本體-2 據導 2 根半線 為為直 圖圖 1 2 準 標 家 國 用 適 度 尺 張 紙 本 ί(210I規 A4 s) d 5927 6 a? _B7_ 五、發明說明（） 第3圖為第1圖所示之半導體處理系統的部分放大圖。 圖號斟照說明： 10 半導體處理..系統 14 晶圓握持設備 16 熱源组件 18 主體 20 窗 22 環形通道 24 磁性轉子 26 管狀支架 28 邊緣環 30 晶圓 32 号兹性定予 34 0形環 35 0形環 36 照射燈 38 電子插座 40 反射器 42 冷卻室 44 上層室壁 46 下層室壁 48 圓柱壁 5 0 入.Π . 52 出口 56 夾具 58 面溫計 59 下層壁 60 電源控制器 62 入口通道 64 出口通道 66 通道 67 真空幫浦 68 真空幫浦 69 通道 70 小通道 發明詳細說明： (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 以下將詳細說明一種半導體處理系統，其包含可柚氣 式燈頭或熱源组件以及半導體製程反應宣。在以下的說明 第5頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7

459276 五、發明說明（） 中’具體的細節有助於完全理解本發明。然而，凡熟習相 關技藝的人士應能察知’本發明可在省略某些具體細節的 情況下加以實施。在其它情況下’習知的元件未加以標 示’以避免對本發明造成不必要的混淆。 如第1圖與第2圖所示，半導體處理系統1〇包含半 導fta氣程反應鱼12、日日圓握.持（或支承）設備14以及燈頭 或熱源组件1 6，其中晶圓握持設備14係位於半導體製程 反應室之内，而熱源組件1 6則位於半導體製程反應室的 上方： 半導體製程反應室12包含主體is以及被支撐在主體 上方的窗20。窗倮以能狗讓紅外線穿壤的材料所製成，如 透明的熔矽石英。 主體18的材質為具有石英内襯墊（未圖示）的不鏽 鋼。環形通道22係形成主體之基座的_部分。 晶圓握持設備14包含位於通道22中的磁性轉子24、 石英管狀支架2 6 ’以及鍍有碳化發的石墨邊緣環2 8，其 中石英管狀支架26係位於磁性轉子之上或連接於磁性轉 子，而石墨邊緣環2 8則位於管狀支架的上方。在製程進 行當中，晶圓3 0係被支撐在邊緣環之上。 磁性定子32係位於通道22的外部，且以磁性感應的 方式驅使磁性轉子轉動，而磁性轉子的轉動會使晶座 (susceptor)轉動。 窗2 0係位於主禮18的上方邊緣。〇形環3 4位於窗 與主體之間，並可在界面上提供密閉的氣封。 第6頁 本紙張尺度適用尹國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公楚） -丨丨丨 -- - ----— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) * -1線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7

45927 6 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（） 熱源（燈頭）組件16係位於窗20的上方，而位於窗與 燈頭之間㈣科35 m原組件與窗較界處提供密 閉的氣封。燈頭包含複數個照射燈36，且照、射燈係由電子 插座38支撐。在一實施例中’照射燈“為紅外線輻射燈 管。照射燈係位於反射H 40的内部。反射器係以任何適 當的光反射材料所構成，如不鏽鋼。如第丨圖所示，反射 器的開口端係與窗2 0鄰接。 冷卻室42係分別由上層室壁44、下層室壁46以及圓 柱壁Μ所界定。洽卻劑（如水）會經由入口 5〇被導入反應 室中’並在出口 52被排出。特別參閱第2圖，流體會通 過各個反射器之間的空間’並將反射器加以冷卻。擒板W 係用於確保冷卻劑可在反應器當中適當的流通。 夾具56可將窗20、熱源組件16以及製程反應宣u 彼此緊密地扣夾在一起。， 一或.:多假高.溫計58係做為感應j，I配置在主體】8 的反射下層壁59，並用於偵測晶圓30之下表面的溫度。 每個高溫計皆與電源控制器60連接，而電源控制器可回 應測得之溫度，並控制輪入每一個紅外線照射燈3 6的你 源。如前述的控制系統可參考美國專利第5i755)5丨丨號所 揭露的技術内容，且與本發'明具有相同的專利權受讓人。 在此併入前述專利的完整揭露内容以做為參考。 製程反應室12的主體包含製程氣體入口通道62及氣 體出口通道64。使用當中’在經由氣體入〇通道62導入 製程氣體之前，製程反應室:内的壓力會被降低至低氣壓的 第7育 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) /t---------訂-------——線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 45927 6 A7 ____B7 _____^ 五、發明說明（） 狀態。製程反應室係藉由真空幫浦67及經過導管威通道 66而進行抽氣。通常，壓力會被降到1至1 60 torr。笨& 製程係在大氣壓力下進行，因此不需針對反應室造行抽 氣。 另一個真空幫浦68可用於降低熱源組件16内的麈 力。熱源組件内的壓力可經由導管或通道6 9進行抽氣而 降低，而通道6 9係延伸通過冷卻室4 2，並以流體而與其 中一個反射器4 0的内部空間相通。如第3圖所示，反射 器4 0 ,可經由小通道7 0並以流體與其它反射器的内部空間 相通，而小通道7 0係延伸穿過反射器壁。 在另一種情況下則不需要小通道70。此時，反射器的 内部空間係利用熱源組件中的閒置空間而以流體彼此相 通。 如上所述’在一般情_况下，窗20的材質為石英。石 英具有高壓縮強度，但抗張力較差；因此，若窗的厚度不 足，則窗上的壓力蕞會造成窗破裂或產生裂痕。 藉由提供可抽氣式燈頭组林，即可在低壓.製程當中顯 著地降低或消除窗20上的壓力差，因而可使用厚度非常 薄的窗。例如，可使用直徑12英吋且厚度只有4公厘的 窗。藉此，使用較厚之石英窗所引發的問題即可得到解 決，諸如光線分本不充足以及喪失空間解析度等缺陷。此 外，使用可抽氣式燈頭組件即不需要再利用以上所討論的 接合板；因此，可降低半導體處理系統的複雜度，並可減 少建造的成本。使用接合板:會減少傳送至反應室内基^ @ 第8頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --- (請光閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I5J1. --線· 459276 A7 ____B7 _五、發明說明（） 總輻射能量’並降低溫度躍升的速率，而本發明亦可排除 此問題。 舉例而言’燈頭内的壓力可被降低到約1 〇 t〇rr。在此 壓力下’將近所有的低壓快速熱處理製程，皆可在製程反 應室當中進行而不會使窗20破裂。對於在大氣壓力下或 在大氣壓力與10〖0^壓力之間進行處理而言，反應室中 較高的壓力適足以為窗提供額外的支撐。因此，當製程反 應室中的壓力大於燈頭組件當中的壓力時，窗會被適當地 支撐而不會破裂’因為壓力並不會超過窗的破裂張力。 窗上的壓力差不可超過100 torr，否則窗即有可能會 破裂。 儘管已針對特定的實施例加以說明並顯示於所附之 圖式中，此等實施例僅方便說明而並非用以限定本發明。 凡熟習此技藝之人士皆可對對本發明進行修改，因此本發 明並不限於相關說明與例示所述的特定結構與配置方 式。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 肓 9 ffp 3 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐）

Claims (1)

1. A8BSC8D8 4592 7 6 六、申請專利範圍 .1 . 一種半導體處理系統’該系統至少包含： 一製程反應室，其具有一窗及一支座，在處理過程 中，一基材係被放置在該支座上； 一輻射能量源组件’其位於該窗之一邊，而該支座 係位於該窗的另一邊，該輻射能量源組件可將輻射能量 穿過窗而傳送至該支座上的基材；以及 其中該輻射能量源组件可進行抽氣，以改變該窗上 的壓力差》 2.如申請專利範圍第1項所述之系統，其中上述之製程反 應宣在處理過程中係處於大氣壓力下，且該窗上的壓力 差係藉由針對該輻射能量源組件進行抽氣而增加。 3 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中上述之製程反 應室在處理過程中係處於低氣壓下，且該窗上的壓力差 係藉由針對該輻射能量源组件進行抽氣而降低。 ' 4,如申請專利範圍第1項所述之系統，，其更包含： 一或多個感應器’用以測定該基材上不同區域之溫 度’並輸出代表其溫度的'訊號；以及 一控制器，其可被程式化用於控制輻射能量的強 度’以回應來自於該感應器的訊號，並藉以控制該基材 上不同區域的溫度。 第10頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ''裝--- ----^訂--------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 459276 六、申請專利範圍 5. —種用於處理基材之設備，其至少包含： 一反應室，其具有至少一壁； 一窗，其緊密接合於該反應室之一壁； 一熱源組件，其包含複數個輻射能量源，並讦放射 特定輻射強度的輻射至該反應室當中之一基材上的1^ 域’且該熱源組件係緊密接合於該窗；以及 一抽氧裝置，用％降低該熱源组件内之壓九。 〇.如申請專利範圍第5項所述之設備’其更包含用於降低 該反應室之壓力的抽氣裝置。 7, 一種針對基材進行快速熱處理的系統，其至少包含_ 一反應室，其具有一窗； 一組件，其係由輻射能量源與配置於該窗邊之製私 反應室外部的反射器所構成，該級件可將輻射能量傳’ 通過該窗而到達該反應室内之一基材上；以及 一真空幫浦，用以針對該组件進行抽氣，以降低該 组件内的壓力。 S 如申請專利範圍第7項所述之系統，其更包含第二個真 S繁浦’以針對該反應室道行抽氣。 9.如申請專利範園第7項所述之系統，其中上述之窗為一 石英板。 第11頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公莩） ί請先閱讀背面Μ涑意事瑣存瑱寫本頁) /•m--------l·17---------1' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製