518907 A7 B7 五、發明説明（彳） 發明背景 1. 發明領域 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明的實施例相關於用來處理半、導體基板的設備及 方法。更明確地說’本發明的實施例相關於用來電阻加熱 熱處理系統的設備及方法。 2. 相關技術的敘述 在半導JI基板上製造積體電路（1C )可能涉及若干處 理步驟，其就範圍，本筹，或目的而言廣泛地不同，但是 其可能共同具有均在升高的溫度被執行的事實。可能涉及 加熱步驟的1C製造技術的例子包括磊晶，介電及導電層 的薄膜沈積’離子植入，退火，接面形成，及類似者。熱 處理可能在具有輻射熱源例如燈，感應加熱的RF源，或 被電阻加熱的熱源例如相鄰於基板支座的加熱器塊或接受 器的處理容室中被執行。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 熱處理容室可k電阻加熱。此型的熱處理器可能包含 連接於一電源的加熱元(件。當電壓施加於加熱元件時，元 件對電流流動的阻抗導致功率的散逸，其對處理容室提供 熱流。 電阻加熱處理容室的傳統方法利用一加熱元件，其包 ^塗覆有碳化矽層的石墨核心。碳化矽被用來密封石墨核 心，因爲石墨可能含有雜質。可能爲金屬雑質的這些雜質 的存在對於1C製造而言是不想要有的，因爲其可能以某 種方式達到正被處理的半導體基板上而千擾裝置性能。碳 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) -4 - 518907 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（2 ) 化矽塗覆層提供一保護層，其容許包今具有雜質及污染物 的石墨核心的加熱器被插入反應容室內。 傳統加熱元件造成多種不同的問題。一問題爲核心與 塗覆材料.可能具有不同的熱膨脹係數，並且由於石墨核心 以與碳化矽不同的速率膨脹的結果，加熱器可能在加熱元 件改變溫度時撓曲或是形狀產生畸變。 第二問題可能會由於構成加_元件的二材料的厚度差 異而發生。在某:些系統中，碳化矽塗覆層可能只有大約 0.004英吋厚。再次地，由於二材料之間熱膨脹係數的差 異，碳化矽塗覆層可能在加熱元件的加熱及冷卻時破裂， 因而使處理容室的內部及正被處理的基板暴露於石墨中的 雜質。來自石墨的雜質可能經由碳化矽塗覆層的裂縫而擴 散至電阻加熱元件的外部而至反應容室內造成污染。 如果在反應容室中有氧環境，則此問題更爲加遽，而 如果光抗蝕劑正從基板被剝除或是如果熱氧化製程正在快 速熱處理（RTP )容室中實施，便會是此有氧環境的情 況。另外，氧可能經由將容室與外部環境隔離的密封件而 滲入容室內。氧可能擴散通過於碳化矽塗覆層的裂縫而與 石墨核心反應。石墨與氧反應而形成一氧化碳及二氧化碳 氣體（此過程被稱爲「成灰（ashing )」：並且加熱元件 的內部核心可能快速地被侵蝕。因爲加熱器的電阻在成灰 發生的位置處顯著地增加，所以導致一熱點（hot spot )。此爲非常具有侵略性的反應，並且加熱元件的內 部核心可能在短至1 〇秒鐘內被消耗。 — (请先聞讀背面之注意事項存填寫本買〕 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -5- 518907 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（3 ) 傳統電阻加熱元件所遭遇的第三問題爲核心材料的強 度通常不特別大。此就石墨而言是事實。由於核心材料例 如石墨的相對機械弱性，加熱元件的截面經常加大以補償 其強度上的缺乏。但是，大的尺寸可能呈現其他的問題。 大的加熱器也可能同時具有較大的熱質量，其可能使溫度 對功率改變的響應較差。延遲的溫度改變可能導致差的溫 度可重複性。另一後果可能是由於在容室達成想要的處理· 溫度時所遭遇的延遲所造成的每單位時間可被處理的基板 數目（物料通過量）的減小。 傳統加熱設計已經藉著如圖1所示的將加熱元件裝在 一圍封物內來應付這些問題中的某一些問題。圖1中以 100槪括標示的電阻加熱器包含在含有一上方屏蔽106及 一下方屏蔽1〇8的圍封物內的四個加熱元件101，102, 103，及104 (其可能爲捲入及捲出圖式的平面的相同痕 跡（trace )的一部份）。加熱元件的每一個具有石墨核 心11 0及碳化矽塗覆層1 1 2。圍封物包含石墨部份11 4及 碳化矽塗覆層1 1 6。加熱元件可以支座11 8附著於圍封 物。在此例子中，加熱元件及圍封物部份的厚度爲大約 0.25英吋，並且碳化矽塗覆層的厚度爲大約0.004英吋。 惰性氣體例如氮，氨，獲氬可流動通過空間1 22。 再次地，用來將加熱元件圍封在由塗覆有S iC的石墨 構成的外殻內的原因爲加熱元件的SiC塗覆層易於由於二 材料的不同的熱膨脹係數（CTE )而破裂。如果塗覆層破 裂，則石墨核心易於受創而成灰：，特別是如果加熱元件暴 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Ψ. 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29?公釐） -6 - 518907 A7 B7___ 五、發明説明（4 ) 露於氧化環境。石墨的成灰可能導致加熱器的立即「燒 毀」及喪失，以及雜質的釋放至容室內。藉著將加熱元件 圍封在一外殼（或屏蔽）內，可將惰性氣體沖至環繞元件 的空間內來將這些雜質沖洗至容室的外部。惰性氣體也作 用來防止反應容室中的任何氧接近石墨核心。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如此，傳統加熱器可被視爲具有三個部件：（1 )包 含塗覆有碳化矽的石墨的加熱元件，（2 )包含塗覆有碳 化矽的石墨的圍封外殼，以及（3 )被用來沖洗加熱元件 外部但是在外殻內部的空閫的惰性氣體a上方屏蔽1 06及 下方屏蔽108也作用來藉著分佈來自個別元件的熱流而提 供較均勻的加熱環境。雖然屏蔽很成功地擴散來自元件的 熱而形成較均勻的輸出，但是其也增，加加熱器的'熱質量， 因而使加熱器對功率的改變的響應較差^傳統加熱器的屏 蔽的使用也可能導致龐大笨重的硬體。在接受器上方及下 方分別含有傳統加熱器202及204以及側加熱器206的處 理容室的例子顯示在圖2中而以200槪括標亓。此圖顯示 在使用傳統、電阻加熱器的處理容害內，大量的空間被佔 據。 、 所想要的是除了其他方面之外還提供小型的較低質量 的組態，對氧環境的抵抗力，較低的污染或退化可能性， 以及在熱膨脹及收縮期間較曷於預期的形狀改變的用於半 導體處理的電阻加熱的設備及方法。 發明槪說 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 518907 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（5 ) 本發明的方面包含一種電阻加熱器’其包含可被部份 埋設或全部埋設在一未摻雜陶瓷材料矩陣中的一摻雜陶瓷 加熱元件。在一實施例中，陶瓷可爲碳化矽，並且摻雜劑 可爲氮。有利點可藉著使用具有相同的熱膨脹係數的材料 於加熱元件及環繞這些加熱元件的矩陣材料而實現。如 此，當電功率施加於電阻加熱器時，部件（元件及矩陣） 的每一個一致地膨脹及收縮。加熱時板件的膨脹可被預 測，因而容許相關於其他硬體例如基板支撐銷或晶圓升降 銷有緊密的公差。在一實施例中，加熱器爲一單片板件， 其小型，純淨且不污染，與氧化或侵蝕性氣體或材料不起 反應，強度大，堅固，並且熱質量低，因而容許其對功率 輸入變化快速地響應。此電阻加熱器可被用於用來製造積 體電路的許多反應器及處理容室，例如用於磊晶膜及化學 汽相沈積（CVD )膜的沈積的反應器及處理容室，以及實 施快速熱處理的反應器及處理容室。 圖式簡要敘述 本發明的這些及其他特徵及有利點對於熟習此項技術 者而言從以下連同圖式的詳細敘述會很明顯。 圖1爲包含塗覆有碳化矽的石墨加熱元件及屏蔽部件 的傳統的三部件電阻加熱器的剖面圖。 圖2爲具有頂部及底部的傳統電阻加熱器的熱處理容 室的剖面圖。 圖3 A至3 E顯示用來製造根據本發明的一實施例的 本紙張尺度適用中準（CNS )八4祕（2lQx297公董)一- -- r Γ W - (請先閲讀背面之洼意事項再填寫本頁) -8 - 518907 A 7 B7 五、發明説明（6 ) 加熱器的處理流程的例子。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖3F至3H顯示用來製造根據本發明的一實施例的加 熱器的處理流程的第二例子。 圖31至3 0顯示用來製造根據本發明的一實施例的加 熱器的處理流程的第三例子。 圖4爲根據本發明的另一實施例的加熱器的截面。 圖5爲根據本發明的一實施例的單片加熱器板件的平 面圖。 圖6爲包含單片加熱器板件及基板升降/支撐銷的處 理容室的剖面圖。 圖7簡化地示意顯示基板支撐銷孔在加熱器痕跡 (trace)的設計上所具有的影響。 圖8簡化地示意顯示單片加熱板件相關於基板升降/ 支撐銷膨脹的方式。 圖9爲具有根據本發明的實施例的單片板件加熱器的 處理容室的例子的側視剖面圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖1 0爲經由含有二頂部板件加熱器的水平平面的雙 基板處理容室的平面圖。 圖11爲經由含有二底部板件加熱器的水平平面的雙 基板處理容室的平面圖。 元件對照表 100 電阻加熱器 ----- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -9- 518907 A7 B7 五、發明説明（7 101 102 103 104 106 108 110 112 114 116 118 120 122 124 200 202 204 206 301 302 304 306 308 310 加熱元件 加熱元件 加熱元件 加熱元件 上方屏蔽 下方屏蔽 石墨核心 碳化政塗覆層 石墨部份 碳化政塗覆層 支座 厚度 空間 加熱器 處理容室 加熱器 加熱器 側加熱器 薄材 加熱元件 區域 支撐塊件 未摻雜SiC層 未摻雜陶瓷層 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ，未摻雜陶瓷層 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10- 518907 A7 B7 五、發明説明（8 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 312 複 合 層 3 14 第 二 未 摻雜 Si C 316 厚 度 320 摻 雜 陶 瓷層 322 未 摻 雜 陶瓷 層 324 域 326 加 熱 痕 跡元 件 328 未 摻 雜 陶瓷 層 330 摻 雜 多 晶矽 層 332 常 態 電 阻陶 瓷 層 334 掩 罩 層 336 圖 型 掩 罩 338 圖 型 掩 罩 340 圖 型 掩 罩 342 加 熱 元 件 344 常 態 電 阻陶 瓷 層 402 端 子 面部部部部部部 表端端端端端端 (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（210X297公釐） -11 - 518907 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明説明（9 ) 5 14 600 602 604 606 608 610 612. 614 616 618 710 720 730 740 750 760 804 806 808 820 900 902 904 卵形孔 處理容室 接受器 加熱器板件 升降銷支撐板件 軸 開口 半導體基板 升降/支撐銷 孔 軸線 開口 元件 徑向 加熱元件部份 矩陣 不規則處 位置 銷孔 位置 銷 容室 頂部加熱器 底部加熱器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -12- 518907 A 7 B7 五、發明説明（1 10 ; 906 側（周邊）加熱器 908 上方側加熱器 910 下方側加熱器 912 接受器 914 基板支座 916 基板支撐板件，基板升降板件 918 容室壁 920 測量基板溫度的系統 922 饋電穿通件 924 氣體供應通口 926 導管 928 位置 930 表面 940 位置 950 直立位置 960 通口 1010 加熱器 1012 側加熱器 1110 加熱器 實施例的詳細敘述 - ' > (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 本發明的方面提供用來處舉半導體基板的設備及方 法。以下的敘述·是用來使熟習此項技術者可實施及利用本 發明。特定應用的敘述只是用來做爲例子。對較佳實施例 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13* 518907 A7 B7 五、發明説明（Ή) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 的各種不同的修正對於熟習此項技術者而言是很明顯的， 並且此處所界定的上位槪念原理在不離開本發明的精神及 範圍下可應用於其他的實施例及應用。因此，本發明不受 限於所述或所示的實施例，而應與和此處所揭示的原理及 特徵一致的最寬廣範圍一致。 在某些方面，碳化矽的性質極爲想要被用於電阻加熱 器的加熱元件。碳化矽在機械上非常·堅固，並且就當被設 置在半導體處理容室內時不產生污染而言很純淨。金屬不 易擴散通過碳化矽膜。金屬的擴散通過碳化矽甚至是在升 高的溫度也非常慢。其他的陶戔也可能具有想要的性質。 在其他方面，碳化矽不是魚於電阻加熱元件的理想材 料。碳化矽具有高電阻，因此必須有於非常低的電流量的 非常高的電壓來驅動。由於其硬度，碳化fe7也非常難以被 切削。爲製造任何有用形狀的加熱器可能需要用鑽石切割 工具。因此，使用碳化矽於商業加熱元件可能不實際。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明的實施例藉著提供由摻雜陶瓷製造的加熱器元 件（加熱器痕跡（trace ))而克服傳統的塗覆有碳化矽 的石墨加熱器的_題，以及由「純淨」的碳化矽製造加熱 器的難題。此種摻雜陶瓷的一例爲摻雜有氮的碳化矽。在 本發明的一實施例中·，加熱’痕跡是由可從 Performance Matenals，Inc.獲得的氮摻雜碳化矽材料材料製成。此材 料被稱-爲低電·，阻係數性能 SiCTM ( Low Resistivity Performance SiC™) ° 也有其他可被用來降低陶瓷的電阻係數的元素。這些 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -14- 518907 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 1 〜 B7五、發明説明（12 ) 元素包括锆，鈦，及/或硼，並且其可被單獨使用或與氮 組合使用。另外的元素可被使用’只要其於高溫穩定，摻 雜的陶瓷於高溫穩定，摻雜劑不會從低電阻係數區域擴散 至相鄰的高電阻係數層內，以及只要摻雜劑不會產生可能 ^ 從摻雜陶瓷釋氣的揮發性化合物。另外的陶瓷可包括氧化 鋁，氮化硼，及氮化矽。用於低電阻係數材料的另外摻雜 劑爲As (砷），Sb (銻）。及P (磷）。 摻雜材料可爲摻雜矽。在此情況中，摻雜劑也可包含 B (硼），As，Sb，N (氮），及P。這些材料可使用化學 汽相沈積（CVD )技術而被沈積在可能爲碳化矽的陶瓷 上。已知CVD碳化矽可黏著於摻雜矽的膜，因爲磊晶矽 膜常規地生長在塗覆有SiC的接受器（susceptor )上。 摻雜碳化矽可使用CVD方法來製造。CVD生長材料 與燒結形式相比所提供的有利點在於藉著CVD方法生長 的材料具有較佳的整體性且傾向於爲非多孔狀。燒結材料 (藉著將材料的細微粒子壓在一起以形成一部份來製造） 可被使用，但是並不同等地合宜，因爲被用來塗覆粒子的 黏結劑中具有會成爲製品的一部份的雜質。另外，與 CVD生長者相比，燒結製品傾向於較爲多孔狀以及較不 均質。 未摻雜碳化矽並非用於電阻加熱器的合宜材料，因爲 其不易於被切削且其電阻高。但是，申請人已經發現摻雜 碳化矽可被用於電阻加熱器來達成想要的性質。摻雜碳{匕 矽的一例爲氮摻雜碳化矽。以例如氮來摻雜碳化矽的結果 f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁，> Ψ. -訂'
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X297公釐） -15- 518907 A7 B7 五、發明説明（13) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 爲材料的電阻可相對於未摻雜或「純」材料降低4至5個 數量級。在所舉出的實施例中，摻雜.陶瓷的電阻係數可比 未摻雜陶瓷的電阻係數低大約2至5個數量級。當然，可 採用一種以上的摻雜元素，並且每一元素並非必然要針對 相同的目的。例如，在某些實施例中，第一元素可被用來 降低電阻係數，而第二元素被加入來增進可切削加工性。 摻雜位準的例子可爲以重量計從大約150至大約2000ppm (每百萬份），其在一實施例中爲大約1400ppm。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 摻雜陶瓷可提供寬廣範圍的想要的電阻加熱器性質。 例如，增大導電係數容許摻雜材料與未摻雜材料相比以較 合理的電壓/電流設計被驅動。在舉出的實施例中，例如 爲氮摻雜SiC的摻雜陶瓷可被用來產生具有比未摻雜SiC 低但是比石墨高的電阻係數的加熱器痕跡。包含低電阻係 數材料例如石墨的加熱痕跡可能必須被製造成具有顯著的 長度來提供足夠的電阻以被合理地驅動（其中「被合理地 驅動」除其他方面之外還表示避免需要有低電壓高安培數 的電源）。或者，石墨元件可形成爲薄狀以增加電阻，但 是典型上由於強度的考量，對於部件可形成爲多薄有限 制。摻雜碳化矽的使用使得在實務上可以用合理的電壓及 電流設計來操作，以及在某些應用中改變加熱器痕跡的長 度。 以摻雜碳化矽成爲加熱元件材料的另一有利點爲摻雜 碳化矽可藉著已知的放電切削（EDM )的技術而容易地被 切削。此切削技術爲一材料平板可以用具有有繞一滾子而 本紙張尺度適用中關家標準（CNS ) A4規格（21GX297公釐） " -16- 518907 A7 ____B7 五、發明説明（14 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 至機器的外部的一送絲器的頭部的裝置被切割。滾子不斷 地將金屬絲進給至機器外部。平板接地，並且電位施加於 金屬絲。當金屬絲被拉通過平板時，材料基板上被蒸發。 切割可細至0·001英吋。可藉著EDM來實施的另一類型 的切割爲直進切削（p 1 u n g e c u 11 i n g )，其中電位施加於一 石墨心軸，而其被推動通過材料來鑽孔。如同 EDM切 割，可在準確尺寸穩定性之下於材料切削出高度精確的 孔。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 有數種可提供合理地不昂貴且非常精確的切削的使用 EDM技術的方式。EDM切削加工的有利點可包括對先前 製造的部件可容易地重新加工的能力。在根據所舉出的實 施例使用摻雜碳化矽來製造電阻加熱器元件時，在加熱器 已經製成之後修改加熱器的不同部份的加熱特性相當容 易。例如，如果在加熱器的一部份需要較大的功率，則 E D Μ技術可被用來移除慘雜S i C的一小部份，產生具有 較小截面及較高電阻的區域，並且因此容許較大的功率從 加熱器的該區域被遞送。相較之下，在S i C層已經施加於 石墨之後，塗覆有SiC的石墨部份不易於順應此種修正。 傳統的EDM技術不被使用來切削純碳化矽，因爲此 材料具有高介電常數（高電阻係數），使得從金屬絲至正 被切削的部份沒有任何導電路徑，並且金屬絲無法蒸發純 碳化矽。摻雜碳化矽爲用於電阻加熱器的良好材料，不只 是因爲其相對於純碳化矽有較低的電阻係數，並且也因爲 其可使用EDM技術來切削加工，而純碳化矽可能必須藉 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) ' -17- 518907 A7 B7 五、發明説明（15) 著鑽石尖端的工具來切削加工。 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 傳統石墨元件的截面尺寸是在寬度是從大約〇.2至 0 · 5英吋而高度是從大約〇. 5至1.0英吋的範圍。這些尺 寸是由電性質以及機械強度決定。石墨的電阻係數是在相 當低的大約0.00076與0.001歐姆之間。爲從具有使電源 有合理的電壓及安培數特性的足夠電阻的石墨來製造加熱 器，加熱器可能非常長或具有非常小的截面。但是，截面 的尺寸會由於機械強度而受某些限制。典型上加熱器必須 從端部至端部長至足以提供充分的電阻，以使驅動電壓合 乎實際。於30伏特操作的RTP應用中的加熱器可能吸引 例如1 2 0安培的電流。此必須有特殊的電源，並且無法從 傳統的AC (交流）牆壁,出口直接獲得。但是，爲達成想 要的溫度均勻性，加熱元件可能互相非常靠近地被堆疊。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 雖然摻雜碳化矽的電阻係數比未摻雜碳化矽低4至5 個數量級，但是其電阻係數仍然比石墨高。此爲一有利 點，因爲其容許使用被製造成使得加熱元件的截面扁平的 加熱元件，如圖3及4所示。根據本發明的所舉出的實施 例的摻雜碳化矽加熱元件（痕跡）的尺寸是在高度是從大 約0 · 1至大約0 · 3英吋而寬度爲大約0 · 5英吋的範圍內。 摻雜陶瓷相對於石墨的電性質的差異容許有較小型的加熱 設計，並且加熱痕跡的走向因而導致較佳的溫度均勻性。 多種不同的處理流程可被用來製造根據本發明的實施 例的加熱器。三種程序例子分別顯示在圖3A至3E，圖 3F至3H，及圖31至3〇中。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -18- 518907 A7 B7 五、發明説明（16) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖3 A至3E顯示可被用來製造根據本發明的實施例 的加熱板件的處理流程的例子。加熱元件可從摻雜碳化矽 (下文稱爲「摻雜SiC」）的原料薄材301藉著從薄材 301直進切削區域304而被切削加工。直進切削步驟從薄 材的區域3 0 4移除材料，如圖3 B所示。此步驟產生截面 可能出現成爲加熱元件302的加熱痕跡的隔離元件。直進 切削步驟可在摻雜SiC的原料薄材附著於在此實施例中爲 石墨的一支撐塊件306之下實施。可瞭解加熱元件302可 能包含一連續的加熱.痕跡，使得圖3 B中所示的元件的每 一個爲相同痕跡的一部份，或是可有數個痕跡，使得任何 一特別的加熱元件302不必然爲與其相鄰者相同的電路的 一部份。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在此製造過程的例子的下一步驟中，一未摻雜SiC層 (具有其常態的電阻）可藉著將石墨支撐塊件306放置在 可沈積膜的處理容室（例如化學汽相沈積（CVD )容室） 中而沈積在元件上。在沈積完成之後，未摻雜的常態電阻 的SiC層3 0 8顯示在圖3C中。此時，可藉著切削去除或 藉著將結構放置在於升高的溫度的氧氣氛中以成灰去除石 墨來移除石墨支撐塊件306。在任一情況中，存留的是複 合層3 1 2。形成複合層3 1 2的具有部份埋設於其內的加熱 元件302的未摻雜陶瓷層308 (在圖3D中以310標示） 的厚度在此實施例中爲大約0.5英吋。 石墨支撐塊件從圖3 D中的結構被移除之後的製造過 程的階段具有所得的複合層3 1 2，其包含具有加熱元件 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -19- 518907 A7 ______B7____ 五、發明説明（17 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 3 02部份地套置在內部的未摻雜SiC的板件。因爲摻雜 S i C加熱元件材料中的摻雜劑的濃度非常低，所以所得的 複合層3 1 2包含一實心單片板件，其就機械上而言作用成 爲其基本上如同單一材料。因此，甚至是在此階段’此板 件也非常強固，並且熱膨脹期間的行爲良好。 已經被處理至此階段的加熱板件的例子顯示在圖4 中，其中板件正以相對於其被製造的方式顛倒的方向被使 用。應注意加熱元件302的暴露表面在此實施例中不與表 面4 04齊平，因爲加熱痕跡只是部份地埋設於層308中。 電連接可形成在痕跡與在端子404處的電源之間。 參考圖3D，複合層312的底側可在石墨支撐塊件306 已經被移除之後被塗覆以第二未摻雜SiC層314。在此實 施例中，加熱元件302此時被完全包圍在未摻雜SiC矩陣 (藉著層308及314 )中。雖然某些實施例可能不使用第 二未摻雜SiC層314，但是板件可由於有增加的厚度（在 圖3E中由316表示）而在機械上更強固。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 用來製造單片加熱器板件的第二處理流程例子顯示在 圖3F至3H中。在圖3F中，低電阻摻雜陶瓷（其可爲 SiC)層3 20沈積在常態（高）電阻的未摻雜陶瓷（其再 次地可爲SiC )板件3 22上。然後，低電阻摻雜陶瓷層 3 20使用例如以上所討論的EDM技術被切削加工，以藉 著移除圖3G中在區域324處的材料而形成加熱痕跡元件 3 2 6。如果想要完全包圍加熱元件，則一常態電阻未摻雜 陶瓷（例如S1C )層328可被沈積在結構上，如圖311所 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） " 一 -20- 518907 A7 ____ B7 五、發明説明（18 ) 示0 (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 用來製造單片加熱器板件的第三處理流程例子顯示在 圖31至30中。在圖31中，一摻雜多晶石夕（polysilicon) 層3 3 0沈積在一常態電阻陶瓷（例如SiC )層3 3 2上。其 次，掩罩層3 34沈積在多晶矽層330的頂部上（圖3J )， 並且被定圖型而形成圖型掩罩3 3 6 (圖3K)。在一實施 例中，掩罩材料可爲二氧化矽，並且除沈積之外，二氧化 矽可藉著氧與多晶矽的熱反應而形成。應瞭解可使用其他 的掩罩材料，例如氮化矽。 然後，圖型掩罩3 3 6藉著蝕刻去除暴露區域而被轉移 至掩罩層334以形成圖型掩罩338(圖3L)，並且此圖型 隨後被轉移至摻雜多晶矽層3 3 0而形成圖型掩罩340 (圖 3M )。如此，在光抗鈾劑及多晶矽掩罩被剝除之後，包 含元件342的加熱痕跡形成（圖3N )。如果想要完全包 圍，則一常態電阻陶瓷（例如SiC )層344可沈積在加熱 元件342上，使得加熱元件被層3 32及344完全包圍。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 使摻雜陶瓷加熱元件套置在相同（或相容）的陶瓷的 未摻雜態樣的矩陣內有額外的有利點。此處「相容」指的 是具有例如大致相同的CTE，硬度，或強度的陶瓷材料。 圍繞摻雜陶瓷加熱痕跡的未摻雜陶瓷材料的矩陣將痕跡的 各種不同的部份固化成爲固定的形狀。再次地，雖然圖 3 A至3 0中的加熱元件於截面被顯示成爲不連續的矩形， 但是痕跡本身可爲穿入及穿出圖式的平面的由導電材料構 成的連續片條。痕跡可形成爲多種不同的形狀，並且在某 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210'乂297公釐^ ' " -21 - 518907 A7 B7 五、發明説明（19 ) (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 些實施例中可能甚至不位在單一平面中。在某些實施例 中’當從上方觀看時，痕跡的形狀可能爲圓形線圈，正方 形螺旋，蜿曲蛇形，或任何提供想要的加熱性質的各種不 同的形狀。 此種形狀之一顯示在圖5的平面圖中，其中三個個別 的加熱痕跡被定位在卓一*平面中。每一片條的端部可電連 接於電源。外部痕跡具有互相相鄰定位的兩端部5 02及 5 04。從端部502開始，痕跡順時針繞外周邊形成圓形。 在完成周邊之後，其轉回且逆時針繞具有較小半徑的相鄰 環圈成圓形，終止於端部5 0 4。從端部5 0 8開始，中間痕 跡順時針繞於一半徑處的環圏成圓形，在一較短半徑處轉 回且逆時針形成環圏，並且在一更小的半徑處再次轉回且 順時針形成環圈，終止於端部506。如此，中間加熱元件 包含一串同心環圏，其方向在繞圓形的每一轉向下交替。 內部痕跡藉著橫越圓形區域來回地線性彎折而充塡平面的 中心圓形區域，從在圓形區域的一側的端部5 1 0延伸至在 圓形區域的另一側的端部5 1 2。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 多個痕跡的使用容許加熱器被建構成具有不同的溫度 區域，其根據痕跡如何連接於電源而變化。例如，端部 5 02及504可連接於第一電源，端部506及508可連接於 第二電源，並且端部5 10及5 1 2可附著於第三電源。屆 時，此加熱器的例子可具有三個獨立起動的區域。 多區域加熱器的使用解決某些半導體處理容室的設計 中向來遭遇的問題。由於容室的側壁吸收熱的事實，因此 紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -22- 518907 A7 ____________ B7 五、發明説明（20 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 熱在處理期間可能在基板的邊緣處喪失。此熱喪失可藉著 在本發明的所舉出的實施例中設置一周邊邊緣加熱器而被 補償。在使用多個痕跡的某些實施例中，較高的功率被提 供至外部加熱器區域。 _ 當功率施加於加熱元件時，在傳統加熱器中可能難以 排齊痕跡的端部，因爲構成加熱器的材料由於溫度增加而 膨脹。在某些實施例中，想要保持端部處於固定的分開距 離處以及保持互相之間的走向，因爲其可能在對加熱器的 膨脹不補償的固定組態中連接於電源。例如，線圏形狀的 加熱器具有在熱膨脹時捲開的傾向，其中端部相對於彼此 移動，如同盤捲的錶的發條在被釋放時捲開。加熱器及其 元件的一部份可能相對於其他部份升高，轉向，翹曲，或 以其他方式畸變。將加熱器元件埋設在具有實質上相同的 熱膨脹係數的材料的矩陣內藉著將元件端部固定於一位置 而減小此影響。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在熱膨脹或收縮時可預期地改變形狀的單片加熱器板 件具有容許較緊密的尺寸公差的額外益處。如果板件被安 裝在緊湊區域中及/或極爲靠近其他易碎的硬體的處理容 室中，則上述益處可能很重要。例如，半導體處理容室可 能使用通過接受器，加熱器板件，或加熱器塊件的升降銷 來在基板裝載/卸載過程期間升高及降低半導體基板。圖 6爲顯示此情況的簡化示意圖。以6 0 0槪括標示的處理容 室包含安裝在加熱器板件604的上方且平行於其的接受器 602，而加熱器板件604又安裝在升降銷支撐板件606的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -23- 518907 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
五、發明説明（21 ) 上方。升降銷支撐板件藉著軸608而上升及下降。半導體 基板6 1 2藉著自動臂（未顯示）而經由開口 6丨〇被引入處 理容室及從處理容室移去。軸60 8被升高，直到升降/支 撐銷6 14與要被處理的半導體基板接觸，從下方升高基 板，並且將基板支撐在自動臂上方，使得自動臂可撤回。 然後，軸可下降以容許基板6 1 2靜置在接受器602上或相 鄰於接受器6 0 2被靜置以進行處理。根據本發明的實施 例，加熱器板件604也可被使用成爲接受器，因而不須有 兩件分開的硬體來支撐及加熱基板。在此方案的一實施例 中，接受器602可從反應器移去，並且升降/支撐銷614 可將基板定位在加熱器板件604上或相鄰於加熱器板件 604以進行處理。此有利點可由圖3C的加熱器及本發明 的其他實施例達成。 升降/支撐銷614通過加熱器604及接受器602而與 基板6 1 2接觸。想要使支撐銷自由地移動通過加熱器的孔 6 1 6。當電力施加於板件時，以及當構成板件的材料在加 熱時產生熱膨脹時，加熱器板件可相對於容室中的其他硬 體部份移動。升降/支撐銷6 1 4可由例如石英或碳化矽的 材料製成，因爲這些材料與典型的半導體處理程序相容， 但是典型的支擦柱的小尺寸可能會使升降銷易碎。可瞭解 如果加熱器板件的一部份膨脹抵靠支撐銷’或是以其他方 式改變銷對板件的孔的對準，則會有不想要有的情況發 生，亦即會限制銷的移動通過孔，造成來自銷及加熱器板 件的粒子被釋放至容室內。如果板件膨脹成使得板件的孑L (請先閲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（210X297公釐） -24- 518907 A7 B7 五、發明説明（22 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 不與銷位置重合，則銷可能甚至被剪切。在某些情況中， 支撐銷與孔的邊緣之間的間隙可能爲0.05英吋’因而板 件的相當小的偏移也可能造成問題。 加熱器板件內的加熱元件可能採取迴旋狀路徑通過板 件，使得基板支撐孔的配置設計變得複雜。一例子顯示在 圖7中。參考圖7，開口 710位在否則會是元件7 2 0的路 徑的位置處，使得元件必須沿著徑向730移位。注意顯示 在7 40處的加熱元件的部份也受影響，其中取決於加熱元 件的形狀，此部份可能爲相同的元件或不同的元件。由於 傳統加熱器的加熱元件與相鄰材料的不類似的性質例如二 材料的熱膨脹係數的失配所造成的在例如以760標示的不 規則處承受的增加的應力位準，傳統加熱器可能遭受分 層，破裂，或其他型式的實體傷害之苦。當元件120與矩 陣750的材料具有實質上相同的熱膨脹係數時，這些問題 被克服，此爲本發明的SiC及氮摻雜SiC的實施例的情 況。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在本發明的所舉出的實施例中，加熱元件可被包圍或 ί里設在類似材料內而形成實心的單片板件。此提供熱性及 機械上的有利點。就熱性而言，板件在膨脹及收縮時的移 重力較可預期，因而對於處理容室內的部件的實體及尺寸關 ί系容許較有效率及高級的設計。單片加熱板件的增進的移 _可預期性可在以下與基板支撐銷有關的例子中看.見。 加熱板件可被定位於處理容室的中心，例如沿著圖8 +的軸線6 1 8。當功率施加於加熱元件且板件進行熱膨脹 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -25- 518907 A7 B7 五、發明説明（23 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 時，板件的材料可預期地於徑向向外移動離開定位的中心 軸線。本發明的實施例包含用來供支撐銷通過的於板件的 卵形孔5 1 4。此孔爲卵形以容許加熱時板件的材料的可預 期的徑向向外的膨脹。 參考圖8，當加熱器冷時，銷802可在卵形銷孔806 中的位置804處。當功率施加於加熱器且板件從軸線6 1 8 徑向向外膨脹時，銷可能相對於孔806從位置804處移位 至位置808處。銷孔的形狀成爲容許此膨脹。因爲加熱元 件及矩陣材料具有實質上相同的熱膨脹係數，所以板件的 此移動非常易於預期。因此，板件支撐銷孔與支撐銷本身 之間的關係可被設計成爲具有較緊密的公差，因而容許有 較小型的設計以及較可靠的性能。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 單片加熱器板件另外還有與熱性質有關的有利點。如 圖1所示的傳統加熱器的溫度輪廓不均勻，具有相鄰於元 件的熱點以及元件之間的冷區域。應記得在圖1的傳統例 子中使用的上方屏蔽106及108的原因之一是幫助將熱擴 散成爲較均勻的輪廓。相較之下，矩陣材料與元件3 0 2密 切接觸而較易於容許來自元件的熱擴散/傳導至元件之間 的區域內。例如，使用碳化矽的熱傳導係數，熱模擬結果 顯示元件處於大約1 1 5 0 °C的板件在通過任何兩個相鄰的 元件之間的矩陣材料時只會有大約3 °C的溫度降。因此， 本發明的實施例可被用來提供具有增進的溫度均勻性的單 片板件。 單片加熱器板件的另一有利點是與其熱性質的動力學 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公菱） -26- 518907 A7 B7 五、發明説明（24 ) 有關。圖1所示的傳統加熱器「龐大」不只是由於其石墨 加熱元件的於截面的大尺寸（以達成適當的機械強度，因 爲石墨爲強度弱的材料），並且也因爲組裝成環繞加熱元 件的額外屏蔽（1 0 6 / 1 0 8 )。因此，一外殼被用來擴散從 加熱元件發出的熱以及封閉用來使沖洗氣體繞元件流動的 空間。與傳統例子中的單是外殼的厚度（圖1中以1 20標 示）相比，本發明的單片板件的例子只具有大約〇. 1 5至 大約0.3英吋·（圖3E中以316標示）的總厚度。傳統加 熱器1 24的整體高度可能爲例如大約1 · 5英吋。因此，單 片板件加熱器可被用來提供較小型的設計，小至傳統設計 的尺寸的1 /1 0。在某些實施例中，如上所述，根據本發明 的實施例的加熱器也可不須有分開的接受器。 與傳統加熱器相比的單片板件加熱器的減小的質量對 於加熱器達到及保持處理溫度的速率有關連。加熱器的質 量越小，溫度上升期間要被加熱的材料越少，因此加熱器 越快達到處理溫度。各種不同的半導體處理工具是在快速 達到處理溫度以及保持該溫度的目的之下被設計，甚至是 在半導體基板正被裝載及卸載的同時。處於室溫的基板如 果是在容室處於或接近處理溫度之下被載入容室內，則其 會從處理容室移去熱。但是，對於某些應用可能想要將容 室的溫度盡可能地保持固定。 另一方面，可設計一種處理容室來保持固定的溫度， 使得當基板循環出入容室時，容室不會承受大的熱變動。 具有低熱質量的加熱器在此方面可能是有利的，因爲其快 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) L·. ·· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -27- 518907 A7 _____B7___ 五、發明説明（25 ) 速地加熱並且也可快速地冷卻。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 另一方面，有要求快速的溫度改變的應用。例如，將 基板在比隨後執行的沈積的溫度高5 0 °C的溫度烘焙可能 很有利。在此例子中，溫度可能被降低5 0 °C以在烘焙之 後實施沈積，其中烘焙與沈積.製程步驟是在相同的容室內 實施。另外，當必須進入容室來維修時，快速冷卻的能力 是想要的。 具有緩慢的響應的處理容室對於某些應用可能會將物 料通過率從例如每小時大約40個基板減少至每小時大約 1 5個基板。當然，此物料通過量數目取決於製程的本 質，基板的尺寸，正被製造的積體電路的技術，以及許多 其他的因數。具有根據本發明的實施例的單片加熱器板件 的處理容室可形成爲響應此種溫度改變（加熱以及冷卻） 的需求，其部份係由於單片板件加熱器相對於傳統加熱器 的減小的熱質量。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
單片板件加熱器的另一有利點是與路由個別加熱元件 的能力有關，其可能包含分開的加熱區域，使得痕跡的端 部可被定位來將容室中的饋電穿通件（electrical feedthrough )的數目減至最少。再次的，此成爲可能是因 爲單片加熱板件的小型本質，以及在加熱器內設計有效率 的加熱痕跡路徑的能力。 · I 圖9顯示含有根據本發明的實施例的單片板件加熱器 的半導體處理容室的例子。此容室以900槪括標示。容室 包含頂部加熱器902，底部加熱器904，以及側（周邊） 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公羡） -28- 518907 A7 B7 五、發明説明（26 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 加熱器906。這些加熱器可具有多個區域，例如上方側加 熱器90 8及下方側加熱器910。具有根據本發明的實施例 的單片加熱器的容室的小型本質可藉著比較圖9與圖12 來暸解。 容室900另外包含接受器912，基板支座914，基板 支撐板件9 1 6，及容室壁9 1 8。容室可包含用來測量基板 溫度的系統920，例如光學高溫計。饋電穿通件顯示在 922處，在此情況中連接於上方側加熱器908。反應氣體 可在氣體供應通口 924處被噴射，以流經導管926，並且 從位置928開始在基板上流動。基板（未顯示）會被放置 在表面930上的接受器的頂部上。氣體可經由通口 960被 排出。電源系統連接於饋電穿通件（其中之一顯示在922 處），以驅動頂部，底部，及側加熱器的各種不同的部 份。控制系統可連接於電源系統，氣體供應通口 924 ’排 氣通口 960，溫度測量系統 920，以及基板升降板件 916 0 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 可處理二基板的容室的例子的平面圖顯示在圖1〇 & 1 1中。圖10顯示通過圖9中的容室槪略位置940的水平 截面，但是可瞭解圖9係顯示單一基板容室。圖1 1中的 加熱器代表在圖9中由950所槪略顯示的直立位置處所$ 的水平截面。圖1 0及1 1顯示在單片板件加熱器中加熱痕 跡所可能具有的許多不同可能的組態及圖型。在舉出的胃 施例中，圖1 0中的加熱器1 0 1 0的圖型可被用於頂部加熱 器，而圖1 1中的加熱器1 1 1 0的圖型可被用於底部加熱 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -29 - 518907 A7 B7 ----·· 1 1 ------------— 五、發明説明（27 ) 器。二圖均以截面顯示由1 〇 1 2標示的側加熱器。 雖然已經參考所舉出的實施例來敘述本發明，但是對 施精 實的 的圍 述範 所利 於專 限請 受申 不的 明隨效 發附等 本在及 顯含正 明包修 很蓋的 ^111 口 涵他 而欲其 者意種 術是各 技的的 項反內 此相圍 習而範 熟，及 於例神 物 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -30-