TWI484561B - 加熱器組件及運用此加熱器組件的晶圓處理裝置 - Google Patents

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Description

加熱器組件及運用此加熱器組件的晶圓處理裝置
本發明是有關於一種晶圓處理裝置(wafer processing apparatus)，且特別是有關於一種適用於晶圓處理裝置的加熱器組件(heater assembly)。
在半導體製造(semiconductor fabrication)過程中，對於晶圓(wafer)的溫度進行調控(諸如加熱晶圓或者是維持晶圓的溫度)是極為重要的，因為這樣才能夠讓沉積(deposition)[或稱為材料增生(growth of material)]以及選擇性移除(selective removal)[或稱為已沉積/增生材料的修飾(modification)]變得能夠控制。實務上，通常會使用位於腔室(chamber)內的加熱器組件來達成上述目的。
舉例來說，可先以腔室內的加熱器組件來固定住晶圓，並且將晶圓加熱至一個預定溫度(predetermined temperature)。接著，可將晶圓維持在預定溫度，於是便能夠經由諸如有機金屬化學氣相沉積(metal organic chemical vapor deposition,MOCVD)、電漿加強型化學氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)、高密度電漿化學氣相沉積(high density plasma chemical vapor deposition,HDP-CVD)、膨脹式熱電漿化學氣相沉積(expanding thermal plasma chemical vapor deposition,ETP-CVD)、熱電漿化學氣相沉積(thermal plasma chemical vapor deposition,TPCVD)等化學氣相沉積(chemical vapor deposition,CVD)製程來以所需沉積參數(desired deposition parameter)將材料沉積於晶圓上。
值得注意的是，傳統加熱器組件的加熱器通常是直接暴露在腔室中，並且腔室中所提供或者是所產生的某些物質(matter)對加熱器來說可能會是有害的。舉例來說，加熱器可能會因為電漿侵襲(plasma attacks)或者是在清洗製程(cleaning process)中所使用的化學物質(chemical)而受損。據此，亟需提出能夠保護加熱器免於受損的技術，以提高加熱器的使用壽命。
為了解決上述問題，本發明提供了一種加熱器組件以及運用此加熱器組件的一種晶圓處理裝置，其中加熱器可受到保護層的保護而免於遭受到機械傷害(mechanical damage)。
本發明的一個實施例提供了以一體式(integrally)與單件式(monolithically)構成，並且適用於一個晶圓處理裝置的一種加熱器組件，其包括一個基板(substrate)、至少一個加熱器(heater)、一個反射片(reflector)以及一個保護層(protective layer)。基板具有一個上表面、環繞上表面的一個側表面以及形成於上表面上並且具有一個預定圖案(predetermined pattern)的至少一個溝槽(trench)。再者，加熱器包括容納於溝槽內的一個加熱元件(heater element)以及分別連接於加熱元件的兩端，並且延伸至基板外的二個電極(electrode)。另外，反射片覆蓋溝槽的一個底面，而保護層則覆蓋上表面、側表面以及溝槽。
本發明的另一個實施例提供了一種晶圓處理裝置，其包括一個腔室(chamber)、一個轉盤(spindle)以及上述的加熱器組件，其中轉盤包括一個承載器(carrier)以及一個轉軸(shaft)。承載器配置於腔室內，並且具有一個第一側以及相對於第一側的一個第二側。再者，轉軸穿過腔室的一個壁體(wall)，並且其位於腔室內的一端連接於第一側。另外，以一體式與單件式構成的加熱器組件可固定在第二側上，以當成基板朝向第二側的一個底面，並且二個電極經由轉盤電性連接於位於腔室外的一個電源供應器(power supply)。
根據本發明的一個實施例，基板是以一道陶瓷燒結(ceramic sintering)製程或者是一道化學氣相沉積(chemical vapor deposition,CVD)製程所製作而成，並且溝槽是利用對基板的上表面進行機械加工(machining)所製作而成。
根據本發明的一個實施例，當加熱器的加熱溫度低於1000℃時，基板的材質可為氮化鋁(AlN)或者是氧化鋁(Al2 O3 )，而當加熱器的加熱溫度高於1000℃時，基板的材質則可為碳化矽(SiC)、氮化硼(boron nitride,BN)或者是熱解氮化硼(pyrolytic boron nitride,PBN)。
根據本發明的一個實施例，加熱器的材質為石墨(graphite)、鎢(W)、碳化矽(SiC)或者是鉬(Mo)。
根據本發明的一個實施例，這些電極分別連接於加熱元件的兩端。
根據本發明的一個實施例，這些電極穿過基板的底面。
根據本發明的一個實施例，反射片是由金屬基材(metal-based material)上的氮化硼或者是熱解氮化硼所製作而成。
根據本發明的一個實施例，保護層更覆蓋於溝槽的側表面。
根據本發明的一個實施例，保護層是以一道薄膜塗佈製程(thin film coating process)所製作而成，並且能夠承受加熱器的溫度。
根據本發明的一個實施例，基板與保護層的材質相同。
根據本發明的一個實施例，保護層的外表面為平坦表面(flat surfaces)。
根據本發明的一個實施例，保護層的厚度大於或等於0.1 mm並且小於或等於2 mm。
相較於傳統加熱器組件，本發明的加熱器會被保護層覆蓋住，因此加熱器可受到保護層的保護而免於遭受到電漿以及化學物質的侵襲。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉多個實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
現在將參照本發明的所附實施例作出詳細說明。這些實施例的範例揭露於隨附圖式中。雖然本發明將會伴隨這些特定實施例進行描述，但是應體認到本發明並不限於這些實施例。事實上，這裡所指的是涵蓋了可將如所附申請專利範圍所定義的本發明的精神與範圍包括在內的更動、修改與等效置換。在以下的描述中，所提出的數個特定的詳細說明是為了要提供本發明一個全面性的了解。本發明在缺少某些或全部的這些特定細節的情況下仍可據以實施。在其他的例子中，將不會對常見的製程操作進行詳細描述，以避免混淆本發明。
圖1A繪示出根據本發明一個實施例的一種晶圓處理裝置的示意圖，圖1B繪示出圖1A中所繪示的加熱器組件的分解圖，並且圖2A至2D繪示出根據本發明不同實施例設計在基板上的加熱器的不同佈局(layout)的示意圖。請參考圖1所示，用以調節晶圓20溫度的晶圓處理裝置10(例如加熱晶圓20或者是維持晶圓20的溫度)包括一個腔室100、一個轉盤200以及一個加熱器組件300。轉盤200的一個承載器210配置於腔室100內。再者，轉盤200的一個轉軸220從腔室100的外部穿過腔室100的一個壁體110而連接於承載器210的一個底部。另外，加熱器組件300可經由諸如螺絲(screw)、夾具(clamp)等扣具(fastener)(未繪示)固定在承載器210的一個頂部。
加熱器組件300以一體式與單件式構成，並且包括一個基板310、至少一個加熱器320、一個反射片330以及一個保護層340。基板310具有一個上表面312、一個底面314、一個側表面316以及一個溝槽318。底面314相對於上表面312，並且會在加熱器組件300固定於承載器210上時朝向承載器210的頂部。側表面316環繞並且連接於上表面312與底面314之間。溝槽318以一個預定圖案形成於上表面312上。於此實施例中，基板310可以一道陶瓷燒結製程或者是一道化學氣相沉積製程所製作而成，並且溝槽318可以是利用對上表面312進行機械加工所製作而成。
另外，加熱器320包括一個加熱元件322以及二個電極324。加熱元件322，其例如是一條導線(wire)，容納於溝槽318，並且經由溝槽318而得到良好的支撐，以形成具有預定圖案的一道電流(electrical flow)。電極324分別連接於加熱元件322的兩端，並且可進一步穿過底面314而延伸至基板310外。於此實施例中，電極324可經由穿過轉盤200的導線400電性連接於位於腔室100外部的一個電源供應器(未繪示)，因此能夠經由加熱元件322均勻地對晶圓200進行加熱。值得注意的是，若加熱器320的加熱溫度低於1000℃時，則基板310的材質建議選用氮化鋁、氧化鋁或者是碳化矽。相對而言，若加熱器320的加熱溫度高於1000℃時，則基板310的材質建議選用碳化矽、氮化硼或者是熱解氮化硼。除此之外，加熱器320可以諸如石墨、鎢、碳化矽或者是鉬等金屬或者是非金屬基材所製作而成，並且可加工成所需要的外型、橫截面以及電阻率(resistivity)。
值得注意的是，加熱元件322在基板310上所設計的佈局示意圖的俯視圖可呈現出蜿蜒狀(serpentine geometry)，並且兩個電極324可如圖2A中所繪示的位於基板310的相對兩側或者是如圖2B中所繪示的位於基板310的同一側，亦可呈現出螺旋狀(spiral geometry)，並且兩個電極324可如圖2C中所繪示的位於基板310的相對兩側或者是如圖2D中所繪示的位於基板310的同一側，或者是呈現出任何其他適當的佈局。另外，於此實施例中只有一個溝槽318與一個加熱器320，用以提供單一加熱區域。但是，於其他未繪示的實施例中則可以有至少兩個溝槽318與至少兩個加熱器320，用以提供多個加熱區域。此外，於其他未繪示的實施例中，兩個電極可連接於加熱元件的兩端之間，因而只有介於兩個電極之間的這部分加熱元件能夠用來對晶圓進行加熱。
另外，反射片330覆蓋溝槽318的一個底面(但是最好是一併覆蓋溝槽318的底面與側表面)，並且可由能夠承受較高溫度的金屬基材上的氮化硼或者是熱解氮化硼所製作而成。如此一來，加熱器320所產生的熱量便能夠朝向既定的方向反射(例如向上)以進行更有效的運用，而不是朝向非既定的方向傳遞(例如向下或者是側向)而造成浪費。
此外，保護層340可以一道薄膜塗佈製程(例如一道化學氣相沉積製程)所製作而成，以便以大於或者是等於0.1mm並且小於或者是等於2mm的厚度覆蓋住上表面312、側表面316、溝槽318、加熱元件322以及反射片330，並且其材質應能夠承受加熱器320的溫度。於此實施例中，保護層340的外表面(包括上表面342以及側表面344)可為平坦表面，以便形成均勻的加熱表面分布。另外，保護層340能夠以與基板310的材質相似或者是相同的材質所製作而成，以使其具有與基板310相似或者是相同的熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion,CTE)以及熱傳導性(thermal conductivity)。
相較於直接暴露於腔室中的傳統式加熱器，本發明的加熱元件322會被基板310與保護層340包圍住，因此能夠使加熱元件322無須承受機械傷害(諸如電漿侵襲)或者是在清洗製程中所使用的化學物質。
雖然本發明的特定實施例已揭露如上，但是任何所屬技術領域中具有通常知識者應該能體認出等效於上述實施例的其他實施例。據此，本發明應被認定為不會受限於特定已揭露出來的實施例，而其保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10．．．晶圓處理裝置
20．．．晶圓
100．．．腔室
110．．．壁體
200．．．轉盤
210．．．承載器
220．．．轉軸
300．．．加熱器組件
310．．．基板
312、342．．．上表面
314．．．底面
316、344．．．側表面
318．．．溝槽
320．．．加熱器
322．．．加熱元件
324．．．電極
330．．．反射片
340．．．保護層
400．．．導線
圖1A繪示出根據本發明一個實施例的一種晶圓處理裝置的示意圖。
圖1B繪示出圖1A中所繪示的加熱器組件的分解圖。
圖2A至2D繪示出根據本發明不同實施例設計在基板上的加熱器的不同佈局的示意圖。
10．．．晶圓處理裝置
20．．．晶圓
100．．．腔室
110．．．壁體
200．．．轉盤
210．．．承載器
220．．．轉軸
300．．．加熱器組件
310．．．基板
312、342．．．上表面
314．．．底面
316、344．．．側表面
318．．．溝槽
320．．．加熱器
322．．．加熱元件
324．．．電極
330．．．反射片
340．．．保護層
400．．．導線

Claims (24)

  1. 一種加熱器組件，其以一體式與單件式構成，並且適用於一晶圓處理裝置，其中該加熱器組件包括：一基板，具有一上表面、環繞該上表面的一側表面以及形成於該上表面上並且具有一預定圖案的至少一溝槽；至少一加熱器，包括：一加熱元件，容納於該溝槽內；以及二電極，分別連接於該加熱元件，並且延伸至該基板外；一反射片，一併覆蓋該溝槽的一底面以及一側表面，並且承載該加熱元件；以及一保護層，覆蓋該上表面、該側表面以及該溝槽。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的加熱器組件，其中該基板是以一陶瓷燒結製程或者是一化學氣相沉積製程所製作而成，並且該溝槽是利用對該基板的該上表面進行機械加工所製作而成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的加熱器組件，其中當該加熱器的一加熱溫度低於1000℃時，該基板的材質為氮化鋁或者是氧化鋁，並且當該加熱器的該加熱溫度高於1000℃時，該基板的材質為碳化矽、氮化硼或者是熱解氮化硼。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的加熱器組件，其中該加熱器的材質為石墨、鎢、碳化矽或者是鉬。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的加熱器組件，其中該些電極分別連接於該加熱元件的兩端。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的加熱器組件，其中該些電極穿過該基板相對於該上表面的一底面。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的加熱器組件，其中該反射片是由金屬基材上的氮化硼或者是熱解氮化硼所製作而成。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的加熱器組件，其中該保護層更覆蓋於該溝槽的側表面。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的加熱器組件，其中該保護層是以一薄膜塗佈製程所製作而成，並且適於承受該加熱器的溫度。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的加熱器組件，其中該基板與該保護層的材質相同。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的加熱器組件，其中該保護層的外表面為平坦表面。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的加熱器組件，其中該保護層的厚度大於或等於0.1mm並且小於或等於2mm。
  13. 一種晶圓處理裝置，包括：一腔室；一轉盤，包括：一承載器，配置於該腔室內，並且具有一第一側以及相對於該第一側的一第二側；以及一轉軸，穿過該腔室的一壁體，其中該轉軸位於該腔室內的一端連接於該第一側；一加熱器組件，其以一體式與單件式構成，適於固定在該第二側上，並且包括： 一基板，具有朝向該第二側的一底面、相對於該底面的一上表面、環繞該上表面與該底面的一側表面以及形成於該上表面上並且具有一預定圖案的至少一溝槽；至少一加熱器，包括：一加熱元件，容納於該溝槽內；以及二電極，分別連接於該加熱元件，延伸至該基板外，並且經由該轉盤電性連接於位於該腔室外的一電源供應器；一反射片，一併覆蓋該溝槽的一底面以及一側表面，並且承載該加熱元件；以及一保護層，覆蓋該上表面、該側表面以及該溝槽。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的晶圓處理裝置，其中該基板是以一陶瓷燒結製程或者是一化學氣相沉積製程所製作而成，並且該溝槽是利用對該基板的該上表面進行機械加工所製作而成。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的晶圓處理裝置，其中當該加熱器的一加熱溫度低於1000℃時，該基板的材質為氮化鋁或者是氧化鋁，並且當該加熱器的該加熱溫度高於1000℃時，該基板的材質為碳化矽、氮化硼或者是熱解氮化硼。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的晶圓處理裝置，其中該加熱器的材質為石墨、鎢、碳化矽或者是鉬。
  17. 如申請專利範圍第13項所述的晶圓處理裝置，其中該些電極分別連接於該加熱元件的兩端。
  18. 如申請專利範圍第13項所述的晶圓處理裝置，其中該些電極穿過 該基板的該底面。
  19. 如申請專利範圍第13項所述的晶圓處理裝置，其中該反射片是由金屬基材上的氮化硼或者是熱解氮化硼所製作而成。
  20. 如申請專利範圍第13項所述的晶圓處理裝置，其中該保護層更覆蓋於該溝槽的側表面。
  21. 如申請專利範圍第13項所述的晶圓處理裝置，其中該保護層是以一薄膜塗佈製程所製作而成，並且適於承受該加熱器的溫度。
  22. 如申請專利範圍第13項所述的晶圓處理裝置，其中該基板與該保護層的材質相同。
  23. 如申請專利範圍第13項所述的晶圓處理裝置，其中該保護層的外表面為平坦表面。
  24. 如申請專利範圍第13項所述的晶圓處理裝置，其中該保護層的厚度大於或等於0.1mm並且小於或等於2mm。
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