TW535231B - Method and system for rotating a semiconductor wafer in processing chambers - Google Patents

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Zion Koren
Yorkman Ma
Rudy Santo Tomas Cardema
James Tsuneo Taoka
Lois Wride
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Mattson Thermal Products Inc
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535231 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（1· 發明背景 積體電路晶片通常形成在半導體晶圓上。在各種不同類 型之處理腔中，不同材料之各種不同之層建構在晶圓上。這 些處理腔可包括快速熱處理腔及化學氣相沈積處理腔。在一 化學氣相沈積處理腔中，一氣體或蒸氣注入處理腔中，其與 晶圓表面起反應。 一快速熱處理腔，其可用來做為一化學氣相沈積處理 腔，係指一可快速加熱物體之裝置，例如半導體晶圓。這些 裝置通常包含一用於固定一半導體晶圓之基板固定器，及一 用於加熱晶圓之能量源。在熱處理期間，半導體晶圓根據一 預〃又/皿度方式，在控制條件下加熱。在熱處理期間，為了監 測半體晶1]之溫度，熱處理腔通常年含縣制裝置，例 如同溫測I為’其在一選擇波長下偵測由半導體晶圓所放射 之輻射。藉由偵測由晶圓所放射之熱輻射，可相當準確地計 算晶圓之溫度。 口午夕半導體加熱程序需要將一晶圓加熱至高溫，使得當 一裝置設置在晶圓上時，各種不同之化學及物理反應得以進 行。在快速熱處理期間，其為其中一種處理程序，半導體晶 圓通常藉由一列光線加熱至一溫度，例如從約4〇〇它至約 1200°C，所需之時間通常是少於幾分鐘。在這些處理期間， 一主要目的為將晶圓儘可能地均句加熱。 為了儘可能地均勻加熱晶圓，該晶圓通常在熱處理腔之 中旋轉。旋轉晶®可促進在晶κ表面上有更良好之溫度均句 度’且促進加強晶圓與任何注入處理腔中之氣體間之接觸。 71-;---.IIΦ------------Ρ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一 535231 A7 --------_ ___ 五、發明説明（2·) J·----------- m" (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在過去，各種不同之機械系統用於在熱處理腔之中旋轉 晶圓。但不幸的是，這些機械系統具有一因為機械零件彼此 接觸而產生小粒子之傾向。這些粒子可進入處理腔之中而污 染正在進行之程序。即使是在處理腔之中最輕微之污染量， 也可能大大地影響晶圓或在晶圓上形成層之性質。 因此，目前具有一在熱處理腔之中用於旋轉晶圓之改善 方法及系統，例如快速熱處理腔及化學氣相沈積處理腔。特 別的是，具有一在熱處理腔之中用於旋轉晶圓之系統及方 法，其可有效地旋轉晶圓而無污染處理腔之風險。 發明概要 本發明係關於一種在熱處理腔之中用於處理半導體晶圓 之方法及系統。更特別的是，本發明係關於一種在處理期間 磁性地飄浮及旋轉半導體晶圓。 — ΦΙ. 例如’在一具體實例中，本發明之系統包含一熱處理腔， 其適合各納半導體晶圓。一加熱裝置，例如多個能量源，置 放在處理腔之外，用以加熱包含在處理腔中之半導體晶圓。 一可旋轉之基板固定器置放在熱處理腔中，且其係設置用來 支撐一處理過之晶圓。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據本發明，此系統更進一步包含一支撐基板固定器之 旋轉态。此旋轉器可具有一圓形形狀，且可部份地或全部地 由一具有可被磁力影響能力之材料所製成。至少一懸掛促動 斋，其可置放在處理腔之外及之上、之下，或相對於旋轉器 有一角度之位置，用於飄浮此旋轉器。為了旋轉此旋轉器， 此系統更進一步包含多個，例如至少3個旋轉促動器，其同 本紙張尺度通用T國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 535231 A7 B7 五、發明説明（3· ) ~ ^ 孝水置放在處理腔之外之旋轉器之上、側邊或之下之位置。此 懸掛促動器及旋轉促動器相對地分別具有產生一磁場之能 力，用於飄浮及旋轉旋轉器。 在一具體實例中，此旋轉促動器包含一 C型磁性組件， 其具有一對相對磁極，用於界定第一及第二旋轉表面。此C 型磁性組件置放在與一磁性線圈一起運作組合之位置，當一 電流通過該線圈時，可產生一磁場。此旋轉器可置放在第一 及第二旋轉表面之間。 此旋轉器可具有一光滑表面，或可包含多個分開之放射 狀牙。此牙可置放在第一及第二旋轉表面之間。在此具體實 例中，此旋轉促動器可產生一脈衝或可變之磁場，其作用在 此放射狀牙，以旋轉此旋轉器。 除了使用一旋轉促動器之外，其係經由使用一磁性組件 及一磁性線圈所產生一可變之磁場。在本發明另一具體實例 中，此旋轉促動器可以是一旋轉媒，其包含多個永久性磁 鐵。此碟可置放在當其旋轉時，其邊緣是位於鄰接旋轉器之 位置。此碟可使用例如一馬達來旋轉。永久性磁鐵可安裝在 此碟之周圍上，而磁極端係在放射狀之方向。在此種方式 中，當此碟旋轉時，永久性磁鐵在旋轉器中形成一磁場。此 形成之磁場在旋轉器與各個旋轉之永久性磁鐵之間產生一 吸引力。當磁鐵旋轉及遠離旋轉器所形成之磁場時，此吸引 力產生一力矩，其導致旋轉器旋轉。如有需要，一個或一個 以上之含有永久性磁鐵之碟可置放在與旋轉器鄰接之位置。 如上所述，本發明之系統包含至少一旋轉促動器。在一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公着)" -- ------------- (請先閱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 -9 - 535231 A7 B7 五、發明説明（4·) 具體實例中，此系統可包含多個旋轉促動器，例如從約3 個旋轉促動器至約12個或更多個旋轉促動器。這些旋轉促 動器可置放在旋轉器周圍任何希望之位置。 在本發明中所使用之懸掛促動器，在一具體實例中，可 包含由一線圈包圍之一 XJ型磁性組件。類似於旋轉促動器， 當一電流通過此線圈時，此磁性組件可產生一磁場。 訂 懸掛促動器之U型磁性組件可包含一第一懸掛表面及一 第二懸掛表面，其面向旋轉器。而此旋轉器可包含置放在第 一及第二懸掛表面之下之第一及第二環狀突起部份。當此懸 掛促動器產生一磁場時，此旋轉器可經由第一及第二環狀突 起部份與第一及第二懸掛表面之吸引力而飄浮。經由此設 置’因為同時存在著與懸掛促動器一起形成之環狀突起部份 及磁阻向中心力之關係，不只旋轉器飄浮，其同樣保持在放 射狀之對齊。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 在一具體實例中，此系統可包含位置偵測器，其位於與 旋轉备鄰接之位置。此位置偵測器可監測旋轉器與一水平面 相對之垂直位置。在一具體實例中，此系統可包含2個垂直 位置偵測器，其中之一做為參考偵測器。這些位置偵測器可 置放與一控制器聯結在一起，例如一微處理器。此控制器可 設置用於接收從位置偵測器測得之關於旋轉器位置之資 訊，且根據所接收之資訊，獨立調整包含在此系統中各個之 懸掛促動為’用於飄浮此旋轉器在一特定距離，且使此旋轉 為與水平面保持平行。除了獨立地控制，這些懸掛促動器也 可彼此配合相互控制。協調控制可以一多重-輸入_多重_輸出 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10- 535231 A7 B7 ? 五、發明説明（5·) 之控制方式而實現。 除了垂直之位置偵測器之外，此系統也可包含旋轉偵測 器。例如，一第一旋轉偵測器可用於監測旋轉器之速率，而 另一旋轉偵測器可用於歸位。可用在本發明中之旋轉偵測器 之實例包含Hall效應偵測器或雷射偵測器。 本發明之其他特徵及形貌將會在下文更詳細地討論。 圖式簡單說明 本發明一完整且有力之說明，包含最佳形式，針對—在 此技術中熟悉此普通技術之人，更特別在說明書規格其餘之 部份，其為所附之圖式之參考資料，其中·· 圖一係一根據本發明而製作用於處理半導體晶圓之_裝 置之一具體實例之截面圖； ^ 係一頭示在圖一中之裝置之一部份之截面圖； 係一在一熱處理腔中用於旋轉晶圓之一系統之一具 體實例之透視圖； 係—顯示在圖三中可用於系統中之一旋轉器之—且 體實例之透視圖； ^ 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 圖二 圖三 圖四 圖五 圖六 圖七 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 係-顯示在圖三中之系統之—部份之橫截面圖； 係了根據本發明而製作用於飄浮及旋轉晶圓之—系 統之另一具體實例之透視圖； 、 係-用於本發明之晶圓旋制財之—旋轉裳置之 另—具體實例之側面圖。 在說明書簡式巾重減狀參考 表 明相同或_之特徵顿件。 域本發 本紙張尺度適用中ΐ國家 *11- 535231
五、發明説明（6·) 之具[^詳細說明 -----------^^衣-- - 一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 對於一在此技術中熟悉此普通技術之人必須瞭解到該討 淪只是一具體實例之說明而已，並非為了限制本發明更寬廣 又形貌’此更寬廣之形貌具體實現在實例之構造中。 本發明通常係關於一種在一熱處理腔之中用於處理晶圓 义裝置及方法，例如一快速熱處理腔及/或一化學氣相沈積 處理腔。更特別的是，本發明係關於一種在熱處理腔之中用 於旋轉晶圓之系統及方法。 在熱處理系統中處理晶圓期間，旋轉晶圓通常是為了保 證均勻之溫度分佈及均勻地接觸流經處理腔之氣體。在過 去，各種不同之機械軸承用於旋轉晶圓。因為摩擦力，這些 軸承會有一產生污染物之傾向，其會進入熱處理腔且不利地 干擾在其中進行之處理。因此，本發明係關於一種在熱處理 腔之中用於旋轉晶圓之系統及方法，且其不會產生與機械軸 承相關類型之污染。特別的是，本發明係關於一種在熱處理 腔之中磁性地飄浮及旋轉晶圓。經由使用磁力，支撐一半導 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 體晶圓之一旋轉器可根據本發明而旋轉，且不會有任何機械 零件接觸到旋轉器。 除了消除由機械軸承所產生之粒子外，本發明之系統尚 有其他各種不同之優點。例如，本發明之旋轉系統以較低之 震動運作而提供較佳之性能，並且降低對腐蝕性化學物及從 處理氣體而來之沈積物之敏感度。因為此旋轉器可不接觸任 何其他零件而旋轉，本發明之系統具有一可長時間使用之使 用期限，且只需少量之維修保養。再者，不需要密封或使用
-12- 535231 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（7·) 潤滑劑。目為射主要崎都位在熱處難外，本發明之旋 轉系統不會干縣處_巾進狀_，目此麟其能夠更 容易地控制在處理腔中之周圍環境，例如在處理腔中保持直 空等。 圖一顯示一根據本發明之具體實例、用於加熱處理晶圓 而製作之裝置11，例如矽晶圓。此裝置包含通常適合接收 一晶圓14以進行各種不同程序之一熱處理腔12。此裝置u 係$又计成以非常快速之速率及在小心控制之條件下加熱晶 圓14 〇 熱處理腔12之牆壁可由各種不同材料所製成，包括金屬 及陶瓷。例如，處理腔12在一具體實例中，可由不鏽鋼所 製成。但是，當處理腔丨2是由一熱傳導材料所製成時，此 處理腔最好包含一冷卻系統。例如，處理腔12可包含一包 覆在處理腔周圍之冷卻導管(未圖示），或建構至此裝置中之 管道’其用於循環一冷卻流體，例如水，其在操作期間用於 冷卻處理腔。 如有需要，此裝置11也可包含一氣體注入口及一氣體出 口’用於注入及循環一氣體進入處理腔12中。例如一氣體， 如一惰性氣體，可經由一氣體注入口注入熱處理腔12中， 用於防止及抑制任何不利之化學反應在處理腔中發生。此惰 性氣體例如可以是氮氣。 在另一具體實例中，包含一氣相反應物之一氣體可注入 熱處理腔12中。此氣相反應物可設計與晶圓14反應，用於 沈積一薄膜或塗層在晶圓表面。此反應物可用在快速熱處理 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ297公釐） —1------------^— 訂 7"------^_wl * * “ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -13- 535231 A7 B7 五、發明説明（8·) — 程序、化學氣相沈積程序，或晶圓清潔程序中。 如圖所示’晶圓14係置放在熱處理腔12之中、一基板 固疋森24之上。在處理期間，基板固定器24旋轉晶圓14。 本發明係、制關於—種在熱處理腔之巾用於旋轉晶圓14之 改良系統，其將會在下文中更詳細地說明。 為了加熱晶圓14，本發明之系統包含一與熱處理腔12 聯結在-起之熱能量源。顯示在圖―中之具體實例，此能量 源包含多個加熱燈26，例如鎢_素燈，其置放在晶圓14 之下及之上。如有需要，加熱燈26可被一反射器或一組反 射斋包圍’用於小心地傳導由加熱燈所放射之熱能量至晶圓 14特定之位置上。除了置放在晶圓14之上及之下外，加熱 燈26可只置放在晶圓之上、之下及/或任何特定位置。 可用在根據本發明而製作之熱處理腔中之加熱燈之特定 類型，可視特殊情況而改變。顯示在圖一中之具體實例，加 熱燈26係為痩長線形之加熱燈，其置放在與晶圓平行之一 平面水平之方位。但是在其他具體貫例中，同樣可使用在較 短垂直方位所置放之加熱燈。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 使用加熱燈26做為一熱源，可提供各種不同之好處。例 如，與其他加熱裝置相比，如電熱組件或傳統之加熱爐，加 熱燈具有更快速之加熱及冷卻速率。加熱燈％使得:快速 熱處理系統可提供瞬間能量，其通常需要一非常短且良好_ 制之啟動期。從加熱燈26來之能量流同樣可在任何時間^ 然地終止。加熱燈26可設置一漸進式之功率控制器^ : ^ 可用於增加或降低由加熱燈所放射之熱能量。 /、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（21〇 X π?公釐） 535231
仁疋’除了使用如在_中所示之縫量源外，在另一具 =貝例中’晶ig可使用—感受器㈣⑶卿)來加熱。一感受 係為力口姐件，其置放在與晶圓鄰接之位置。在大多數 之應用中’此感1$係經由電阻而加熱。 發明説明（9·) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 為了在處理腔中進行熱處理期間監測晶目Η之溫度，包 含-個或-個以上之輪^貞測裝置28與處理腔聯結在— 起。輻射偵測裝置28，其可例如是高溫測量器，包含一光 纖或光導管3〇，其從各個補躺裝置Μ延伸雜至處理 腔。另外，取代光導管，高溫測量器可使用魏，用以接收 由晶圓所放射之輻射。 光導管30係设置用來接收由晶圓14在一特定波長所放 射之熱能量。所偵測到之輻射量傳導氧輻射偵測蓼置28， 其產生一可使用之伏特電壓訊號，用於測定晶圓之溫度。特 f的是，在知道藉由晶圓14在一特定波長所放射之熱輻射 量’物體溫度可部份地根據普朗克定律而計算。 在處理期間，光導管30必須只能偵測由晶圓ι4所放射 之熱輻射，且必須防止偵測由加熱燈26在一希望波長下所 放射之熱輻射。就這點而言，熱處理腔12可包含光譜過濾 器或窗戶32及34，其置放在加熱燈26及晶圓14之間。^ 譜過濾器32及34可設計成如有需要過濾掉由加熱燈％所 放射之熱赛射，其在輻射偵測裝置28運作之波長中。例嚎 在一具體實例中，窗戶32及34係由熔凝二氧化矽或石英所 製成。窗戶32及34同樣用來防止處理腔在使用期間被冷染。 輻射偵測裝置28置放與一控制器40聯結在一起。控制 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210'〆297公釐） ------------- r - (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁} 、1 -15- 535231 b_I_^- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
40可例如是一以微處理器為基礎之裝置或是其他可程式 化讀置其也可與加倾26之功輪讎22聯結在一 起=制器4〇可設置用來接收從輕射細裝置Μ測得之溫 度貝訊’且根據此資訊，自動地控制調整功率控制器U， 用以、，隹持日㈣Η之溫度在—希望範圍内。例如，控制器 可程式設計以-特定料及鎌適合―特定熱處理及/或化 學程序之特定溫度方式加熱晶圓。 一根據本發明而建造之磁性飄浮及旋轉系統之具體實 例，現在會根據圖一至圖五詳細地說明。如圖所示，為了旋 轉晶圓14，此晶圓支撐在基板固定器24上。此基板固定器 24則支撐在一可旋轉之旋轉器5〇上。如圖四所示，此旋轉 器50具有一圓環形狀。如圖一所示，在裝置之運作期間， 此旋轉器50磁性地飄浮及旋轉，而旋轉器則旋轉晶圓。 此旋轉裔係邵份地或全邵地由一可被一磁力影響能力之 材料所製成。例如，此旋轉器可由一金屬所製成，例如磁性 不鏽鋼。另外，此旋轉器可由一組合材料所製成。例如，一 石英旋轉器可嵌進一片或一片以上之金屬而使用。 既然此旋轉器置放在熱處理腔12中，此旋轉器也必須能 夠耐高溫而不會退化或腐蝕。但是，在特定之優點中，本發 明所使用之旋轉器可承受某些程度之熱膨脹。特別的是，本 發明之系統允許旋轉器承受熱膨脹，而仍保持飄浮及旋轉性 能。例如，顯示在圖一中之具體實例，此旋轉器可具有一高 達約0·08英吋之放射狀熱膨脹，特別在一相對於室溫(2〇〇c) 之300°C溫度中高達約〇·〇4英吋。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -16- J--------------—IT------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · 535231 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（11·) 為了防止腐蝕，根據程序條件，此旋轉器也可選擇性地 么覆抗磨損及/或抗腐蝕之材料層。例如，在一具體實例中， 此旋轉器係由不鏽鋼所製成，且塗有竣化矽。 如圖四所示，此旋轉器50包含多個間隔分開之牙52。 此牙52與一旋轉裝置相互作用，用以旋轉此旋轉器。但是， 必肩了 ~的是’沒有牙之旋轉器也可用在本發明之系統中。 如圖四所示，此旋轉器包含一對環狀突起部份或隆起脊 54及56。突起部份54及56幫助飄浮旋轉器及保持此旋轉 器在放射狀之對齊，其將會在下文更詳細地討論。 如特別在圖二及圖五中所示，此旋轉器也可包含一環狀 肋或腳58，其位在旋轉器之底部表面上。當此旋轉器未飄 浮或旋轉時，此環狀肋58可做為一降落接觸區域。此環狀 肋58也可用來幫助旋轉器散熱。如圖五所示，此環狀肋％ 可具有一圓形形狀，且可塗覆一抗磨損材料及/或可被磨 光，以避免當此肋靜置在一表面上時，任何粒子磨損旋轉 器。通常，此環狀肋可連續環繞旋轉器之圓周，或者可具有 斷續之接觸區域。如圖五所示，此環狀肋或腳58也可與一 位在旋轉器頂部之環狀肋平衡。在某些具體實例中，其可能 希望置放一相對環狀肋在旋轉器之頂部，用以平衡由旋轉促 動器74所放射之氣流，其將會在下文更詳細地說明。 為了在處理腔之中舉起及控制旋轉器之垂直位置，根據 本發明，此系統包含至少一懸掛促動器，60。顯示在圖三中 之具體實例，此系統包含3個懸掛促動器6〇、62及料，其 平均地間隔分開環繞旋轉器50之圓周。視特殊狀況而定需 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（21〇Χ297公釐） -17- ----------— • 零 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、ir IP— 535231 A7 B7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（I2·) 要更多或更少之懸掛促動器。再者，此懸掛促動器不需要平 均地間隔分開環繞旋轉器之圓周。例如，此懸掛促動器可具 有不同之大小尺寸(弧長度），以補償不平均之間隔。 此懸掛促動咨60、62及64置放在熱處理腔12外，但是 置放在鄰接及在旋轉# 50之上。如有需要，處理腔之牆壁， 其由一非磁性之材料例如石英，或非磁性之不鏽鋼所製成， 可相對地薄的置放在旋轉器上之懸掛促動器之位置。 如特別在圖五中所示，各個懸掛促動器包含一由一線圈 66所包圍之U型磁性組件68。此磁性組件68係做為一磁 極部份，而且可以是異極或同極。此U型磁性組件68包含 一第一端或表面70，其置放在旋轉器5〇之環狀突起部份54 上，及一第一端或表面72，其置放在與環狀突起部份56上 及對齊之位置。 為了飄浮旋轉器50，一電流通過此線圈66，其在此u 型磁性組件68之中產生一磁場。此磁性組件68之第一及第 一吻70及72與相對之環狀突起部份54及56形成磁性吸引 =。藉由控制由懸掛促動器60所產生之磁場，此旋轉器5〇 可飄洋一特定距離，且懸浮在處理腔中而不會接觸到任何鄰 接《，件。再者，環狀部份54及56與懸掛促動器60形成 四閉％之磁場流，且提供放射狀之磁阻向中心力。因此，此 大起邵份54及56與磁性組件之第一及第二端7〇及72 結合在一起，保持此旋轉器在一特定放射狀之位置。 為了防止過度加熱，各個懸掛促動器可裝置一流體冷卻 套’例如一水冷卻套。此套可容易地被插入處理腔12中， •一 , ^裝— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· --線·
-18- 535231 A7 B7 _ 五、發明說明（l3·) 用於冷卻騎促動器。但是，必須了解的是，此麟促動器 可由一具有对咼溫能力之磁性材料所製成。在此具體實例 中，可以不需要冷卻。 為了旋轉此旋轉器50,此系統更進一步包含一個或一個 以上之旋轉促動器。例如，如圖三所示，此系統包含6個旋 轉促動器74、76、78、80、82及84。此旋轉促動器係設置 用來在旋轉器被懸掛促動器飄浮之後，旋轉此旋轉器。 類似懸掛促動器，此旋轉促動器置放在熱處理腔12之 外。再者，在鄰接旋轉促動器處，此處理腔必須是由一非磁 性材料所製成，例如石英、不細及触㈣。祕旋轉器 义旋轉促動器之點之處理腔牆壁係可相對地薄，使得旋轉促 動器可不受干擾地以磁性旋轉此旋轉莽。 根據圖五，此旋轉促動器74包含一由一線圈秘包圍之 c型雜組件88。此c型雜組件88包含一第一端或表面 90及一相對之第二端或表面92。旋轉器50之牙52置放在 此磁性組件88之第一端90及第二端92之間。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (---;--------_裝 i — (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 線 為了旋轉此旋轉器50，一電流通過此線圈秘，其在此c 型磁性組件88之中產生一磁場，該磁場係做為一磁極部 份。在此具體實例中，藉由脈衝或改變經由線圈％之電流， y產生-脈衝或可變之磁場。此可變之電場用於吸引在旋轉 斋5〇上《相繼之牙52，其依序導致旋轉㉟旋轉。旋轉器之 速率可藉由控制通過此線圈％之電流頻率而加以控制。除 此《外，施用在旋轉器之力矩可藉由控制通過此線圈之幅度 或電〉見而加以控制。至少具有2個促動器，才能使得旋轉器 ^紙張尺度適用中國國家鮮（CNS)A4規格（21G x 297公爱)--—--- -19- 535231 A7 一 —--—___ 五、發明說明（14·) 〜 旋轉。一單一磁極可用於鎖住旋轉器之位置。 如上所述，此懸掛促動器置放在旋轉器上，而此旋轉 7---：--------^裝--- (請先閲讀背面之注杳3事項再填寫本頁) 動益置放在環繞旋轉器圓周之位置。使用此種排列方式，特 別之優點為，此系統在加熱期間，允許旋轉器某些程度之熱 膨脹。特別的是，旋轉器之熱膨歸此系統之中將不會產生 實體上之淨空問題。 曰 如圖五所7JT，此系統可更進一步包含至少一位置偵測 器，例如一位置偵測器94。此位置偵測器94可用於監測旋 轉# 50之垂直位置。例如，當此懸掛促動器運作時，此位 置偵測器94可用於測定旋轉器5〇被舉起或降低之量。再 者，此位置偵測器94也可監測此旋轉器相對於一水平面之 位置，以保證此旋轉器非搖晃而是平彳亍於此水平面旋轉。 除了如圖五所示使用一單一位置偵測器94之外，在其他 具眼只例中’可使用更多之位置偵測器。例如，如圖三所示， 此系統中各個懸掛促動器可包含一位置偵測器。如圖所示， 除了位置偵測器94之外，此系統包含一位置偵測器11〇及 一位置偵測器112。 可用在本發明之系統中之偵測器類型包含Hall效應偵測 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 备及/或雷射偵測器。在一具體實例中，各個位置彳貞測器可 包含2個不同之偵測器，以一垂直排列方式堆疊。在此種排 列中，此第一偵測器可做為一參考偵測器，以計算第二偵測 菇與旋轉器之間之距離。例如，由第二偵測器測量之空氣間 隔電感可與參考電感相比較，用於測定與旋轉器之間之距 離。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -20- 535231
裝i I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 除了偵測器在飄浮期間監測旋轉器之 ί進—步包含酬旋無之旋轉鱗之侧II。例如，如圖 2圖四所不’此系統可包含位在旋轉器下在不同半徑距離 r、之旋轉速率偵測杳95及—歸位偵測器97。旋轉速率 ，測器95藉由監測各個通過之牙，而可用於監測旋轉器之 旋轉速率及加速度。此系統可包含—個以上之速样測哭， 以改善準確度。㈣-扣，触侧^ π獨示旋轉器 之位置’以監測歸位位置。特別的是，歸位細器97可置 放在相同之放射狀位置，⑽為在旋無上之—指示標誌。 此指示標誌可以是例如一刻痕、一標牌、一小凹、一計數孔 或類似物品。麟位侧器可用於細在旋獅上之指示標 誌，用於以一特定位置將晶圓置放在處理腔中，及以一特定 位置將晶圓取出。同樣地，這些偵測器可以是HaU效應偵 測器、雷射偵測器或光偵測器。 -線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如圖一所示，在熱處理系統之運作期間，此旋轉器首先 藉由懸掛促動為從一降洛位置舉起。此旋轉器控制在一空置 位置，其中此旋轉器飄浮而不會接觸到處理腔之牆壁及其他 表面。旋轉器之降落及飄浮之間之距離可以是，例如在一約 0.015英吋至約〇·1英吋之範圍内。 在飄浮後’此旋轉促動器可用於旋轉此旋轉器。速率债 測器95也可包含在處理腔中，以監測當旋轉器旋轉時之加 速度及速率。 當一由旋轉器支撐之半導體晶圓處理至一期望之結果 後，旋轉器之旋轉被終止。接著，此旋轉器可從一空置位置 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -21 - 535231 A7 〜--------— B7 ____ 五、發明說明（16·) 降低至降洛位置。此懸掛促動器可用於缓慢地降低此旋轉 器，以防止在，轉器上或旋轉器靜置之表面上之表面損傷。 在-具體貫例中，晶圓旋轉之控制可完全地自動化。例 如，如圖所tf，此控制器4〇連接至功率控制器22。而此 功率控制器22可經由線路96與懸掛促動器聯結在一起，及 ，由線路98與旋轉促動器聯結在一起，用於控制通過促動 态之逢/此，其控制磁場之強度。如上所述，此功率控制器 22也可經由線路100而連接至加熱燈％。必須了解的是， 可使用一個以上之功率控制器。 、同樣如圖一所示，控制器4〇更進一步設置用來接收從溫 度债測裝置28及經由輸入線路1〇2從位置偵測器94、速率 偵測器95及歸位偵測器97之輸入。 以此種方式，控制器40可用於旋轉晶圓14，且同時使 用加熱燈26力口熱晶圓。在處理期間，此控制器可接收從位 置偵測器 '速率偵測器及歸位偵測器測得之資訊。這些偵測 态可提供持續之資訊至控制系統，以調整晶圓之位置，使其 保，與一水平面對齊及以一合適之速率旋轉。在控制器中之 =算規則可持續地更新各個懸掛促動器及旋轉促動器之磁 場，使得晶圓基本上在平行於一水平面及以希望之速率旋 轉。再者，此控制器可接收從溫度偵測裝置28測得之溫度 貝訊’然後其控制由加熱燈26所放射之光能量之量。但是， 必須了解的是，在另一具體實例中，控制器40可單獨地使 用，以自動化晶圓旋轉系統。 同樣地，此控制器可接收從位置偵測器94測得之資訊， 本紙張尺度適财 -9.7 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ·裝 :線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 535231 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、 A7 _______Β7 _ 發明說明（17·) 且相應地飄浮及旋轉晶圓。在旋轉期間，此位置偵測哭也可 指示控制器40，晶圓是否對齊一水平面旋轉。如果其測定 晶圓並未對齊，此控制器40可設置用來控制在各個懸掛促 動器60、62及64中之磁場，使得晶圓基本上平行此平面旋 轉。 因此，在處理腔中之熱處理期間，此控制器4〇可設置用 來飄浮及控制旋轉器之垂直高度，旋轉及調整旋轉器之旋轉 速率，且同樣地可將旋轉器歸位。 現在根據圖六，顯示一晶圓飄浮及旋轉系統之另一具體 ▲例。在此具體貫例中’ 一旋轉器150被一旋轉裝置174 包圍。此旋轉裝置174係由一具有產生一磁場能力之環狀組 件所表示，其導致旋轉器150旋轉。 為了飄浮此旋轉器150，此系統包含3個懸掛促動器 160、162 及 164。 在此具體實例中，懸掛促動器160、162及164不僅控制 旋器150之軸心位置，且同時控制旋轉器之放射狀位置。 例如，如圖所示，此旋轉器包含一圓錐狀表面152。懸掛促 動益160、162及164以餘角方式置放在鄰接圓錐狀表面 之位置。因此，在此動纟列中，懸掛促動器不僅在軸心方向， 同時在放射狀方向施用一力量至旋轉器。藉由控制在各個懸 掛促動器中之磁場強度，此旋轉器可飄浮及保持一特定之放 射狀位置。 如圖六所示，旋轉器150可包含多個之放射狀牙，類似 在圖三及圖四中所示之具體實例。此放射狀牙可用於幫助旋 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·裝 訂· 線 -23 - 535231 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（18·) 轉器旋轉及可用於監測旋轉器之位置。 根據圖七，顯示一磁性旋轉系統之另一具體實例。在此 具體實例中，此系統包含一置放在鄰接一旋轉器250位置之 旋轉裝置274。如上所述，懸掛促動器也可用在此系統之 中，其並未顯示在圖中。 如圖所示，此旋轉器250包含多個牙252，其位於旋轉 器之底部表面。此旋轉裝置274包含一磁碟276，其連接至 一馬達278。在碟276之周圍上置放多個北極_南極交替之永 久性磁鐵280 ’其磁極端以放射狀方向排列。此碟276置放 在處理腔外，且以垂直(如圖所示)或水平方位環繞旋轉器之 外徑。 在此種排列中，馬達278用於旋轉此碟276，此碟與牙 252互相作用而旋轉旋轉器25〇。特別的是，此旋轉之永久 性磁鐵在旋齡之巾產生—磁場。此產生之磁場導致在旋轉 器及各個旋轉之永久性磁鐵之間建立—則力。當磁鐵旋轉 及從在旋轉咨上引起之磁場移開時，此吸引力產生一力矩， 其導致此旋轉器旋轉。為了旋轉此旋獅，相信不需要牙 252。再者’必須了解的是，如有需要，可置放一個以上之 旋轉裝置274在環繞旋轉器25〇周圍之位置。 、本Μ這麟無修改錢化可㈣録此種技術中熟 悉晋通技蚊人所朗，而不鱗本發明之精神及範圍，其 尤其在申請專利範圍之附屬项中說明。，另外，必須了解的 是，各個不同具體實例切貌可部份地或整舰相互交換。 再者，那些在此難辦熟悉普職術之人會了解上述說明 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規;y (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
-24 - 535231 A7 _B7_ 五、發明說明（i9-) 只是以實例方式敘述，而非限制本發明更進一步說明申請專 利範圍之附屬項。 (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 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -25-

Claims (1)

  1. 535231 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 六、申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 1· 一種用於處理半導體晶圓之系統，其包含： 一適合容納半導體晶圓之熱處理腔； 一加熱裝置，其用於加熱包含在上述處理腔中之半導體 晶圓； 一置放在上述熱處理腔中之旋轉器，該旋轉器係設置用 來支撐一半導體晶圓，該旋轉器具有一圓形形狀，並且 由一具有可被一磁力影響能力之材料所組成；及 至少一旋轉促動器，其具有一第一旋轉表面及分開之一 第一相對旋轉表面，該旋轉器置放在上述第一及第二旋 轉表面之間，該旋轉促動器係設置用來產生一磁場，其 可使上述旋轉器旋轉，而不會接觸到該旋轉器。 2·根據申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該旋轉促 動器置放在上述熱處理腔外。 3·根據申請專利範圍第丨項所述之系統，其中，該旋轉促 動斋包含一具有一對相對磁極之c型磁性組件，其界定 上述第-及第二旋轉表面，該c型磁性組件與一電線圈 一起組合運作，當一電流通過該線圈時，可產生上 磁場。 4·根據申請專利範圍第！項所述之系統，其中，該旋轉哭 包含間隔分開之放射狀牙，該牙置放在上述第:二 相對旋轉表面之間。 5·根^料·_丨爾述m其巾，該 動器係設置用來產生-可變之磁場，其糊於上述 狀牙，以旋轉上述之旋轉器。 、 本紙張尺度適财國國家標準（CNS)A4規格⑽x挪公愛- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
    -26 - 厶 J 1 厶 J 1 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍 6.範圍第1項所述之系統，其中，該系統包 ϋ y 3個旋轉促動器。 7’ 利範圍第1項所述之系統，其中，該系統包 。至少6個旋轉促動器。 據中請專利範圍第丨項所述之系統 掛促動器，其置放在上述旋轉器上 ’、4置用來在旋獅間產生_磁場，且飄浮上述之 碇轉器。 9·=據巾請專利範_8賴述之系統，其中，該系統包 10 I ^ :3個騎促動器，以間隔分開環繞上述之旋轉器。 豕申凊專利範圍第8項所述之系統，其中，該懸掛促 動器包含-第-懸掛表面及U掛表面，其面向上 迟之旋轉态，该表面具有被磁化之能力，用於飄浮上述 之旋轉器。 U·根據申請專利範圍第10項所述之系統，其中，該旋轉器 包3第-及第二環狀笑起部份，該第一及第二環狀突起 部份相對地置放在上述第一及第二懸掛表面下。 12·根據申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該加熱裝 置包含多個之光能量源，其置放在上述處理腔外。 13·根據申請專利範圍第1項所述之系統，其更進一步包含： 一溫度偵測裝置，用於偵測包含在上述熱處理腔中之一 半導體晶圓之溫度；及 一與上述溫度偵測裝置聯結在一起之控制器，該控制器 接收從上述溫度偵測裝置測得之溫度資訊，且根據該資 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)
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    申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 '周正上述加熱裝置，用於控制上述半導體晶圓之 在一預設界限内。 又 14·根據申請專纖關8項所述之系統，其更進―步包含 鄰接於上述旋轉斋之_位置偵測器及速率偵測器，該位 置偵測杂用於監測上述旋轉器之垂直位置，而該速 測器則用於監測上述旋轉器之速率。 /、 15· 一種用於處理料體晶圓之系統，其包含： 一適合容納半導體晶圓之熱處理腔； -加熱裝置，其用於加熱包含在上述處理腔中之半導體 晶圓； 一 一置放在上述熱處理腔中之旋轉器，該旋轉器係、設置用 來支撐-半導體晶圓，該旋轉器异有一圓形形狀，並且 由一具有可被一磁力影響能力之材料所組成； 至少-騎促動器置放在上舰魅上，繩掛促動器 包含-第-懸掛表面及—第二懸掛表面，各個表面均面 向上叙旋轉器’郷掛促動器係設到來藉由上述第 一及第二懸掛表面而產生一磁場，用於飄浮上述旋 器；及 一旋轉裝置，當飄浮時，用於旋轉上述之旋轉器。 W根據申請專利範圍第15項所述之系統，其中，該系統包 έ至少3個懸掛促動器，以間隔分開環繞上述之旋轉器。 17·根據申請專利範圍第15項所述之系統，其中，該旋轉器 包含第一及第—環狀突起部份，該第一及第二環狀突起 部份相對地置放在第一及第二懸掛表面下。 :丨 ^ 本紙張尺度適用ϋ家標準（CNS)A4規格⑽X 297公ίΥ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
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    經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 535231 六、申請專利範圍 18. 專利範圍第15項所述之系統，其中，該加熱裝 置包含多個之光能量源。 19, f據申請專利範圍第15項所述之系統，其更進-步包含 上述旋轉器之-位置偵測器及-速率偵測器，該 測關於刺上述旋轉器之垂直位置，而該速率 偵測為則用於監測上述旋轉器之速率。 2〇.根據申請專利細第丨5項所述之系統，其中，該懸掛促 ，器包含-具有-對相對末端之U型雜组件，其界定 第-及第二騎表面，該u型磁性組件與一電線圈一起 運作組合，當一電流通過該線圈時，可產生一磁場。 21·根據巾請專利範圍第丨5項所述之系統，其中，該系統包 含至少2 _掛促動器，間隔分開環繞上述之旋轉 器，且該系統更進一步包含： 一位置偵測器，用於監測上述旋轉器在一相對於一水平 面之垂直位置；及 一與上述位置彳貞測器及懸掛促動器聯結在一起之控制 為，该控制森係设置用來接收從上述位置偵測器測得之 關於上述旋轉器位置之資詋，且根據上述資訊用^來二立 調整各個上述懸掛促動器，以飄浮上述旋轉器在一特定 距離’並且使上述旋轉為與水平面保持平行。 22.根據申請專利範圍第21項所述之系統，其中，該控制哭 更進一步設置用來控制上述旋轉裝置，以控制^^旋^ 器之旋轉。 23·根據申請專利範圍第15項所述之系統，其中，該旋轉裝 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21Q x 297公S) -29- (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 535231 C8 D8_ 六、申請專利範圍 置包含至少一旋轉促動器，其具有一第一旋轉表面及一 为開之第二相對旋轉表面，該旋轉器置放在上述第一及 第二旋轉表面之間，該旋轉促動器係設置用來產生一磁 場，其可使上述旋轉器旋轉，而不會接觸到該旋轉器。 24· —種用於處理半導體晶圓之系統，其包含·· 一適合容納半導體晶圓之熱處理腔； 加滅农置，其用於加熱包含在上述處理腔中之半導體 晶圓； 一置放在上述熱處理腔中之旋轉器，該旋轉器係設置用 來支撐一半導體晶圓，該旋轉器具有一圓形形狀 ，並且 由一具有可被一磁力影響能力之材料所組成，該旋轉器 包含間隔分開之放射狀牙；及 至少一旋轉促動器，其置放在與上述旋轉器鄰接之位 置，該旋轉促動器係設置用來產生一脈衝之磁場，其作 用在上述放射狀牙，以旋轉該旋轉器。 25. 根，申請專利範圍第24項所述之系統，其中，該旋轉促 動ί包含’性組件，其具有—對相對末端，用來界定 第-旋轉表面及-第二相對旋轉表面，該旋轉器之放 射狀牙置放在上述帛—及帛二旋轉表面之帛，該雜組 倾t線圈-起運作組合，當—電流通過該線圈時， 可產生上述之磁場。 26. 根據申請專利範圍第μ項所述之系統，其中，該系統包 含至少3個旋轉促動器。 27. 根據中請相顧第24項所述L其更進-步包含
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    申清專利範圍 至少-懸掛促動器，其置放在上述旋轉 心 動器係設置用來在旋轉期間，產峰—TO ，琢懸掛促 旋轉器。 1_轉上述之 28·根據申請專利範圍第27項所述之系統，其 含至少3個懸掛促動器，以間隔分開環纟/、、、忒系統包 29.根據申請專利範圍第27項所述之系旋轉器。 動器包含-第-懸掛表面及-第二懸掛表:，：:促 =轉器’該表面具有被磁化之能力，以飄;::之 3〇.根據申請專利範圍第29項所述之系統，其中 包含第-及第二環狀突起部份，該第—及第 部份相對地置放在上述第-及第.掛表面下。狀政 31.根據申請專利細第24項所述之系統，其中，該旋 動器置放在上述熱處理腔外。 幻·根據申請專利範圍第27項所述之系統，其中，該系統包 f至少2侧掛促動器，關隔分鴨繞上述之旋轉 备’且該系統更進一步包含·· 一位置偵’用於制上述旋轉器在—崎於一水平 面之垂直位置；及 一與上述位置偵測器及懸掛促動器聯結在一起之控制 备，該控制器係設置用於接收從上述位置偵哭 關於上述旋轉器位置之資訊，且根據上述資訊用σ來獨立 調整各個上述懸掛促動器，以飄浮上述旋轉器在一特定 距離，並且使上述旋轉器與水平面保持平行。 國家鮮（CNSU4規格⑽χ 297公愛)- -31- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
    53523l 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規袼（210 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 33· ~種用於處理半導體晶圓之系統，其包含： 一適合容納半導體晶圓之熱處理腔； 〜加熱裝置，其用於加熱包含在上述處理腔中之半導體 晶圓； —置放在上述熱處理腔中之旋轉器，該旋轉器係設置用 來支撐一半導體晶圓，以支撐上述之基板固定器，該旋 轉器具有一圓形形狀，並且由一具有可被一磁力影響能 力之材料所組成； 至少一旋轉促動器，其置放在與上述熱處理腔之旋轉器 鄰接之位置外，該旋轉促動器包含一旋轉組件，其與一 磁性線圈一起運作組合，當一電流通過該線圈時，可產 生一磁場，該磁場可旋轉上述之綠轉器； 至少一懸掛促動器，其置放在上述熱處理腔之旋轉器 上，忒懸掛促動器係設置用來在旋轉期間，可產生一磁 場’且飄浮上述之旋轉器；及 一與上述旋轉促動器及懸掛促動器聯結在一起之控制 器二該控繼健顏來㈣上述鱗促絲及懸掛促 動器，用以在選定時間内飄浮及旋轉上述之旋轉器。 34·根據申請專利範圍第33項所述之系統，射，該旋轉器 包含間隔分開之放躲和且麵她_縣置用來 產生-脈衝之磁場，其作用在上述放射 旋轉該 旋轉器。 35·根據申請專利範圍第34項所诚> 签 m 系故，其中，該旋轉促 動时界疋一弟1 疋轉表面及一第二旋轉表面，該旋轉器 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
    -32- 申請專利範圍 之放射狀牙置放在上述第 36.根據申請專利範圍第間。 人石丨q /、^遮< 系統，其中，該系統包 37 促動器，其置放在上述旋轉器上。 神請專利範圍第33項所述之系統，其中，該旋轉器 面圓雜表面，JU鳩掛贿器置放在祕上述表 ^位’用以飄浮上述旋轉器，錄持上述旋轉器在 一特疋放射狀且同樣是軸心之位置。 38.範圍第33項所述之系統，其中，該懸掛促 ^包含—第—懸掛表面及—第二懸掛表面，其面向上 紅旋轉器’該表面具有被磁化之能力， 旋轉器。 t κ H申請專利範圍第38項所述之系統，其中，該旋轉器 ^弟-及♦二環狀突_份，該第_及第二雜突起 邵份相對地置放在上述第—及第二懸掛表面下。 4〇.根據申請專利範圍第33項所逑之系統 ^少2 _掛促動器，以間隔分開環繞上述讀轉 為’且孩系統更進-步包含—位置铜器，用於監測上 述旋轉器在-崎於-料蚊齡位置，而該位置偵 測器與上述_器觀在—起，且該控鑛係設置用來 接收從上逑位置偵測器測得之資訊，且根據上述資訊用 於獨立控繼騎㈣H，_浮上频娜在一選定 距離，並且使上述旋轉器與水平面保持平行。
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