TWI525731B - 用於基材處理系統中的窗組件 - Google Patents
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Description
本發明的實施例大體上關於基材處理系統，詳言之，關於在基材處理系統中使用的窗組件。
窗可配置在基材製程腔室的壁中，以使來自光源的輻射能進入製程腔室的處理空間。一些應用中，可在設以在低壓(例如低於大氣壓)下磊晶沉積的系統中利用窗。不幸的是，發明人已發現習知的窗(諸如平坦、單片的石英或類似物)在大壓力差存在於處理空間內部與外部之間(例如，製程腔室的大氣壓力之外側與製程腔室內的低壓之間)時會表現不佳。發明人已進一步發現習知的窗可能是一個由處理空間損失熱量的因子，並且無法提供任何手段以調和(tune)窗溫度或進入處理空間之輻射能的方向及/或強度。
因此，發明人已提供一種改善的窗組件。
在此提供於基材處理系統中使用的設備。一些實施例中，設備可包括一種在一基材處理系統中使用的窗組件，其包含：一第一窗，其對光能至少部份透明；一第二窗，其對光能透明，並且實質上平行該第一窗；以及一分隔件，其配置於鄰近該第一窗與該第二窗的周邊邊緣處，並且在該第一窗與該第二窗之間界定一密封間隙，其中該分隔件具有一入口與出口，以使氣體流動通過該密封間隙。一些實施例中，一個或多個支撐構件配置在該密封間隙中，每一支撐構件延伸於該第一窗與該第二窗之間，以在該第一窗與該第二窗之間維持一實質上均勻的間隙距離。一些實施例中，複數個光調整構件配置在該間隙中，以調整通過該光調整構件的光能的一個或多個性質。其他與進一步的本發明實施例於下文中描述。
在此提供在基材處理系統中使用的窗組件。本發明之窗組件可有利地獨立於窗組件所配置的製程腔室之處理空間溫度而提供溫度的控制與可調和力(tunability)。進一步言之，本發明之窗組件可有利地提供通過窗組件進入處理空間的輻射能之方向及/或強度的控制與可調和力。
此述的本發明之窗組件可設在適於執行磊晶矽沉積製程的任何適合的半導體製程腔室中，該等腔室諸如RP EPI反應器，可購自美國加州Santa Clara的應用材料公司。示範性製程腔室於下文中針對第1圖一併描述，其描繪半導體基材製程腔室100的概略性截面視圖，該腔室適合用於執行例如低壓磊晶沉積製程。第1圖中所描述的磊晶沉積製程腔室僅為說明性質，而在此揭露的窗組件亦可用在其他製程腔室中。
作為說明，製程腔室100包括腔室主體110、支援系統130及控制器140，該腔室主體具有一蓋106，該蓋具有窗組件105配置於其中。腔室主體100大體上包括上部102、下部104、與包殼120。上部102配置在下部104上，並且包括蓋106、夾箝環108、襯墊116、基底板112、一個或多個上部燈136及一個或多個下部燈138、與上部高溫計156。
蓋106包括窗組件105。大體而言，窗組件105可包括第一窗107與第二窗109(該二者實質上平行)以及分隔件111，該分隔件配置在該第一窗107與第二窗109之間。分隔件111可配置在於鄰近第一窗與第二窗的周邊邊緣處，並且可在第一窗與第二窗之間界定一密封間隙113。一些實施例中，分隔件可具有對應第一窗與第二窗的幾何形狀。例如，一些實施例中，第一窗與第二窗可為圓形，而分隔件111可為環形。
第一窗包括面向大氣的表面，而第二窗包括面向內部空間的表面，其面向腔室主體110的內部空間。在一些實施例中，夾箝115可配置於第一窗107與第二窗109的周邊邊緣周圍，用於壓住第一窗107與第二窗109使之抵靠分隔件111，而形成密封間隙113。窗組件的實施例在下文中進一步詳細地描述於第2圖至第5圖中。
下部104耦接製程氣體引入通口114與排放通口118，並且包括基底板組件121、下部圓頂132、基材支撐件124、預熱環122、基材舉升組件160、基材支撐組件164、一個或多個上部燈152與一個或多個下部燈154、以及下部高溫計158。雖然「環」一詞用於描述某些製程腔室部件，諸如預熱環122，然而應考量到這些部件的形狀不需為環形，且可包括任何形狀，其包括(但不限於)矩形、多邊形、卵形、及類似形狀。
處理期間，基材125配置在基材支撐件124上。燈136、138、152與154是紅外線(IR)輻射源(即熱源)並且在操作上，該等燈在橫跨基材125上生成預先決定的溫度分佈。蓋106、夾箝環116、與下部圓頂132由石英形成；然而，其他對IR透明且製程相容的材料亦可用於形成該等部件。
第2A圖至第2C圖描繪根據本發明一些實施例的窗組件200。窗組件200可用做為針對第1圖在上文中論及的窗組件105。窗組件200包括第一窗202、第二窗204、與分隔件206。第一窗202與第二窗204維持實質上平行，透過分隔件206呈間隔開的關係。分隔件206可配置在鄰近第一窗202與第二窗204的周邊邊緣處，並且與第一窗202及第二窗204一起界定在第一窗202與第二窗204之間的密封間隙208。
第一窗202(在第2B圖中以截面視圖說明)可至少對例如來自製程腔室100的燈136、138的光能部份透明。第一窗202可包含石英或另一類似的光學上透明之材料。在第一窗202包含石英的實施例中，石英的不透光度範圍可在從約50%到約90%之間。進一步言之，第一窗202可在厚度上變化，例如以在第一窗202的面向大氣的表面203與面向密封間隙的表面205之間的一大氣壓力差之範圍下提供充分的結構穩定性。以替代方式或結合方式，能變化第一窗202的厚度以調整第一窗202的透明度。一些實施例中，第一窗202的厚度可為約4到約12mm。
第二窗204(在第2B圖中以截面視圖說明)可至少對例如來自製程腔室100的燈136、138、152、或156的光能部份透明。第二窗204可包含石英或另一類似的光學上透明之材料。在第二窗204包含石英的實施例中，石英的不透光度範圍可在約0%到約50%之間。進一步言之，第二窗204可在厚度上變化，例如以在第二窗204的面向內部空間的表面207與面向密封間隙的表面209之間的一大氣壓力差之範圍下提供充分的結構穩定性。以替代方式或結合方式，能變化第二窗204的厚度以調整第二窗204的透明度。一些實施例中，第二窗204的厚度可為約2到約6mm。
第一窗202與第二窗204可具有相同或不同厚度。一些實施例中，第一窗202可比第二窗204厚，例如以根據壓力條件(諸如製程腔室100的大氣及內部空間之間的壓力差)維持窗組件結構穩定性。一些實施例中，第
二窗204可比第一窗202薄，例如以提供良好的第二窗204之面向內部空間的表面207之溫度控制。面向內部空間的表面207的溫度可由數種參數調整，諸如第二窗204之厚度及/或流過密封間隙208的氣體之流率及/或組成(於下文中更詳細論述)。在一些實施例中，第一窗202對第二窗204的厚度比範圍是從約1：1到約4：1。
分隔件206可配置在鄰近第一窗202與第二窗204的周邊邊緣處，並且在第一窗202與第二窗204之間界定密封間隙208。分隔件206可具有入口201與出口210(配置在分隔件206中，如第2C圖所說明)，用於使氣體流過密封間隙208。氣體可為實質上不沉積在窗組件上且不與窗組件材料反應的任何適合的氣體。例如，該氣體可包括惰氣(諸如氮(N2))、稀有氣體(例如氦(He)、氬(Ar)、或類似物)、或前述者之組合。該氣體在進入密封間隙208前可受例如加熱器或冷卻器(圖中未示)溫度控制，以助於控制窗組件200的溫度。進一步言之，窗組件200的溫度可透過通過密封間隙208的流率及/或密封間隙208中所維持的壓力層級而控制。例如，密封間隙208中的較高壓力層級可助於更大量的熱傳到第一窗202與第二窗204的表面及/或吸收較大部份進入密封間隙208的光。
分隔件206可包含任何與窗組件其他部件不反應的適合材料，諸如石英、聚四氟乙烯(PTFE)、具O環之不鏽鋼、或類似物。在一些實施例中，諸如於第4圖中所
說明，第一窗402、第二窗404與分隔件406可由相同材料製造(諸如石英)並且可形成連續結構(例如該等部件可黏結在一起，或者，部份或完全由單一材料製造)。
回到第2A圖至第2C圖，窗組件200的溫度(或在密封間隙208內近似者)可透過感測器(諸如熱偶)所測量，該感測器經定位以感測窗組件200(或其部件)的溫度或溫度相關的度量(metric)。例如，在一些實施例中，熱偶218可配置在密封間隙208中。熱偶218包括溫度測量針211。熱偶218可配置在管212中，該管例如沿著第一窗202的面向密封間隙的表面205延伸通過分隔件206並且進入窗組件200的密封間隙208。管212可黏結至第一窗202的面向密封間隙的表面205，以防止管212移動。管212的內部可維持在與密封間隙208不同的壓力下，諸如大氣壓。管212可由例如透明澄澈的石英或類似物之材料形成，其對通過窗組件200的光能透明，使得管不會衝擊通過窗的光能或提供基材上的熱陰影(thermal shadow)。熱偶218的溫度測量針211可配置在管212的第一端213，其配置於密封間隙208內。一些實施例中，第一端213可配置在鄰近窗組件200之中心處。
一些實施例中，不透明的區段214可大體上配置在光源與測量針211的位置(或管212的第一端213)之間，以遮蔽熱偶218的溫度測量針211隔絕於從第一窗202
上方進入窗組件200的光能(及/或在一些實施例中，隔絕從第二窗204上方進入窗組件200的光能)。例如，不透明的區段214可配置在第一窗202中或第一窗202上，在管212中或管212上，或在一些其他的適當位置。一些實施例中，不透明的區段214可配置在第一窗202中(如第2A圖至第2C圖所示)。不透明區段可為不透明石英或任何對進入密封間隙208的光不透明的適合材料。
一些實施例中，窗組件200可包括一個或多個配置在密封間隙208中的支撐構件216。每一支撐構件216可耦接第一窗202與第二窗204之二者或任一者，並且可在第一窗202及第二窗204的面向密封間隙的表面205、209之間延伸，以維持面向密封件係的表面205、209之間實質上均勻的間隙距離。每一支撐構件216可包含例如澄澈透明的石英或類似物之材料，其對通過窗組件200的光能透明，以盡量減少每一支撐構件216具有的、對通過窗組件及例如沖射於基材上的能量的熱衝擊。配置在密封間隙208中的支撐構件216數目可變化(第2A圖中顯示八個支撐構件，但這僅是說明性質)，其基於：第一窗202的面向大氣的表面203與第二窗204的面向內部空間的表面207之間的壓力差、第一窗202與第二窗204之二者或任一者的厚度及/或尺寸、或類似者。
一些實施例中，不透明區段214可為支撐構件(類似支撐構件216)的一部分，其延伸於管212的第一端213
周圍並且通過密封間隙208到第二窗204的面向密封間隙的表面209。類似於支撐構件216，該支撐構件可提供第一窗202與第二窗204之間的密封間隙208結構性的支撐。視情況任選，支撐構件與不透明區段214可為分開的部件，在此情況中，支撐構件可由透明或不透明材料製造。
窗組件300的替代性實施例說明於第3A圖至第3C圖中。窗組件300與窗組件200不同之處為一個或多個支撐構件216由複數個光調整構件302置換(然而，可視情況設置一些支撐構件216)。複數個光調整構件302配置在密封間隙208中，此處每一構件延伸於第一窗202與第二窗204的面向密封間隙的表面205、209之間。光調整構件322可另外提供結構性支撐，以維持面向密封件係的表面205、209之間實質上均勻的間隙距離。
光調整構件302不耦接任一窗202、204，並且自由移動於間隙內。但是，一旦組裝好窗組件300，來自相鄰光調整構件302、第一窗202與第二窗204、以及分隔件206的干擾可能實質上防止光調整構件302移動。藉由不將光調整構件302耦接窗組件300的其他部件，窗組件可更易組裝或拆解，且可如期望般使用具有不同光透射特性的光調整構件302有彈性地重新裝設(如下文所述)。
每一光調整構件302可為管形(例如圓柱形管)，其具有垂直第一窗202與第二窗204的中心軸，並且在管的
兩端具有開口。每一光調整構件302的壁301之厚度304範圍可在從約1mm至約6mm。每一光調整構件302的壁厚度反比於通過壁的光能之量。進一步言之，每一構件的內徑303範圍可從約6mm至約24mm。每一光調整構件的厚度與內徑可變化以控制光通過每一構件的準直與擴散程度。每一光調整構件302可包含澄澈透明或不透明的石英。在使用不透明石英的實施例中，不透明度範圍可從約0%至100%。
複數個光調整構件302可包括具有變化的光透射特性的光調整構件。例如，光調整構件302可具有不同的壁厚度、內徑、組成、不透明度、或類似者(相較於複數個中的其他光調整構件302)，以修裁通過窗組件300的光能之性質。例如，光調整構件302的變化的光穿透特性可用於修裁光通過窗組件300進入複數個具有不同能量透射特性的區塊的準直度及/或擴散度。可以替代形式或結合形式將具有不同光透射特性的光調整構件302隨機分佈於整個密封間隙208或於特定區塊中，以使通過窗組件的光能的分佈隨機化。使用光調整構件302以創造區塊有利地防止區塊之間尖銳的輪廓線(delination)，因而使例如在窗下方所配置的基材上於區塊式區域之間得以有具有更平滑的熱梯度轉換。
一些實施例中(例如在單側加熱的實施例中)，窗組件可作用為反射器。例如，第5圖描繪剖面視圖的窗組件500，其可用在單側加熱實施例(例如，當光能是由配置
在基材125下方的燈152、154提供時)的製程腔室100中。窗組件500可包括任何根據窗組件200、300所描述的部件，諸如熱偶218、一個或多個支撐構件216、及/或複數個光調整構件302。第5圖中，這些部件已略去，其僅為明確起見。
窗組件500包括反射塗層502，其配置在第一窗202的面向密封間隙的表面上。反射塗層502可包含任何適合的製程相容反射材料，諸如金(Au)、鎳(Ni)、銀(Ag)、反射石英、或類似物之至少一者。操作上，光能進入窗組件500穿過第二窗204，通過密封間隙208，而從反射塗層502反射，反向穿過密封間隙208並且朝基材125穿過第二窗204而出。在密封間隙208中包括複數個光調整構件302的實施例中，該等光調整構件可在構件的不透明度及/或尺寸上變化，以修裁光能進入密封間隙208及由反射塗層502反射的準直度及/或擴散度。
回到第1圖，基材支撐組件164大體上包括支撐托架134，其具有複數個耦接基材支撐件124的支撐銷166。一些實施例中，基材支撐組件164可設以提供基材旋轉。基材舉升組件160包含基材舉升桿126及複數個舉升銷模組161，該模組選擇性地安置在基材舉升桿126的個別墊127上。一個實施例中，舉升銷模組161包含視情況任選的舉升銷128之上部，其以可移動式配置成穿過基材支撐件124中的第一開口162。操作上，基材舉升桿126移動而接合舉升銷128。當接合時，舉升銷
128可抬升基材125於基材支撐件124上方或降下基材125到基材支撐件124上。
支援系統130包括用於執行與監視製程腔室100中預先決定的製程(例如生長磊晶矽膜)的部件。此類部件大體上包括製程腔室100的各種次系統(例如氣體板、氣體分配導管、真空與排放次系統及類似者)與裝置(例如電源供應器、製程控制設備、與類似者)。這些部件對於此技術領域中具通常知識者而言為已知，而為了明確起見從圖式中省略。
控制器140大體上包含中央處理單元(CPU)142、記憶體144、與支援電路146，並且直接(如第1圖所示)或者透過與製程腔室及/或支援系統相關連的電腦(或控制器)耦接及控制製程腔室100與支援系統130。
因此，在此提供在基材處理系統中使用的窗組件之實施例。本發明之窗組件有利地獨立於窗組件所配置的製程腔室之處理空間的溫度而提供溫度的控制與可調和力(tunability)。進一步言之，本發明之窗組件可有利地提供通過窗組件進入處理空間的輻射能之方向及/或強度的控制與可調和力。
前述者是導向本發明的實施例，本發明其他與進一步之實施例可在不背離其基本範疇的情況下設計。
100‧‧‧製程腔室
102‧‧‧上部
104‧‧‧下部
105‧‧‧窗組件
106‧‧‧蓋
107‧‧‧第一窗
108‧‧‧夾箝環
109‧‧‧第二窗
110‧‧‧腔室主體
111‧‧‧分隔件
112‧‧‧基底板
113‧‧‧密封間隙
114‧‧‧製程氣體引入通口
115‧‧‧夾箝
116‧‧‧襯墊
118‧‧‧排放通口
120‧‧‧包殼
121‧‧‧基底板組件
122‧‧‧預熱環
124‧‧‧基材支撐件
125‧‧‧基材
126‧‧‧基材舉升桿
127‧‧‧墊
128‧‧‧舉升銷
130‧‧‧支援系統
132‧‧‧下部圓頂
134‧‧‧支撐托架
136‧‧‧上部燈
138‧‧‧燈
140‧‧‧控制器
142‧‧‧中央處理單元
144‧‧‧記憶體
146‧‧‧支援電路
152‧‧‧上部燈
154‧‧‧下部燈
156‧‧‧上部高溫計
158‧‧‧下部高溫計
160‧‧‧基材舉升組件
161‧‧‧舉升銷模組
162‧‧‧第一開口
164‧‧‧基材支撐組件
166‧‧‧支撐銷
200‧‧‧窗組件
201‧‧‧入口
202‧‧‧第一窗
203‧‧‧面向大氣的表面
204‧‧‧第二窗
205‧‧‧面向密封間隙的表面
206‧‧‧分隔件
207‧‧‧面向內部空間的表面
208‧‧‧密封間隙
209‧‧‧面向密封間隙的表面
210‧‧‧出口
211‧‧‧溫度測量針
212‧‧‧管
213‧‧‧第一端
214‧‧‧不透明區段
216‧‧‧支撐構件
300‧‧‧窗組件
301‧‧‧壁
302‧‧‧光調整構件
303‧‧‧內徑
402‧‧‧第一窗
404‧‧‧第二窗
406‧‧‧分隔件
500‧‧‧窗組件
502‧‧‧反射塗層
參考某些繪示於附圖的本發明說明性實施例，可瞭解之前簡要總括及詳細論述的本發明之實施例。但應注意，附圖只繪示本發明的典型實施例，因本發明允許其他同等有效的實施例，故不視為其範圍限制。
第1圖描繪根據本發明一些實施例的基材處理系統的概略側視圖。
第2A圖至第2C圖描繪根據本發明一些實施例的窗組件之頂部與側截面視圖。
第3A圖至第3C圖描繪根據本發明一些實施例的窗組件之頂部與側截面視圖。
第4圖描繪根據本發明一些實施例的窗組件之側截面視圖。
第5圖描繪根據本發明一些實施例的窗組件之側截面視圖。
為有助瞭解，如可能則使用單一元件符號以指定共通於該等圖式之同一元件。該等圖式並未按比例繪製，並且可能為了清楚起見而簡化。應考量到一實施例中的元件及特徵可有利地結合其他實施例而無需附加描述。
100‧‧‧製程腔室
102‧‧‧上部
104‧‧‧下部
105‧‧‧窗組件
106‧‧‧蓋
107‧‧‧第一窗
108‧‧‧夾箝環
109‧‧‧第二窗
110‧‧‧腔室主體
111‧‧‧分隔件
112‧‧‧基底板
113‧‧‧密封間隙
114‧‧‧製程氣體引入通口
115‧‧‧夾箝
116‧‧‧襯墊
118‧‧‧排放通口
120‧‧‧包殼
121‧‧‧基底板組件
122‧‧‧預熱環
124‧‧‧基材支撐件
125‧‧‧基材
126‧‧‧基材舉升桿
127‧‧‧墊
128‧‧‧舉升銷
130‧‧‧支援系統
132‧‧‧下部圓頂
134‧‧‧支撐托架
136‧‧‧上部燈
138‧‧‧燈
140‧‧‧控制器
142‧‧‧中央處理單元
144‧‧‧記憶體
146‧‧‧支援電路
152‧‧‧上部燈
154‧‧‧下部燈
156‧‧‧上部高溫計
158‧‧‧下部高溫計
160‧‧‧基材舉升組件
161‧‧‧舉升銷模組
162‧‧‧第一開口
164‧‧‧基材支撐組件
166‧‧‧支撐銷
Claims (17)
- 一種在一基材處理系統中使用的窗組件，其包含：一第一窗，其對光能至少部份透明；一第二窗，其對光能透明，並且實質上平行該第一窗；一分隔件，其配置於鄰近該第一窗與該第二窗的周邊邊緣處，並且在該第一窗與該第二窗之間界定一密封間隙，其中該分隔件具有一入口與出口，以使氣體流動通過該密封間隙；以及複數個光調整構件，其配置在該間隙中，以調整通過該光調整構件的光能的一個或多個性質。
- 如申請專利範圍第1項所述之窗組件，其進一步包含：一個或多個支撐構件，其配置在該密封間隙中並且耦接該第一窗或該第二窗之至少一者，每一支撐構件延伸於該第一窗與該第二窗之間，以在該第一窗與該第二窗之間維持一實質上均勻的間隙距離。
- 如申請專利範圍第1項所述之窗組件，其中每一光調整構件進一步包含：一圓柱狀管，其具有垂直該第一窗與第二窗的一中心軸，並且在該圓柱狀管的兩端具有開口。
- 如申請專利範圍第3項所述之窗組件，其中每一圓柱狀管的一壁的厚度範圍從約1mm至約6mm。
- 如申請專利範圍第3項所述之窗組件，其中每一圓柱狀管的一壁的厚度與通過該壁的光能的量成反比。
- 如申請專利範圍第3項所述之窗組件，其中每一光調整構件包含石英。
- 如申請專利範圍第6項所述之窗組件，其中每一光調整構件中的該石英的不透明度範圍從約0%至約100%。
- 如申請專利範圍第1項所述之窗組件，其進一步包含：一管，對通過該窗組件的光能透明，並且沿著該第一窗的一面向間隙的表面延伸通過該分隔件且進入該窗組件的該間隙；一不透明石英區段，其配置在該第一窗中並且在該管的一面向間隙端上方；以及一熱偶，其配置在該管中並且具有位在該管的該面向間隙端處的一溫度測量針。
- 如申請專利範圍第1項所述之窗組件，其中該第一窗 的第一厚度對該第二窗的第二厚度的比範圍從約1：1至約4：1。
- 如申請專利範圍第1項所述之窗組件，其中該第一窗、該第二窗、與該分隔件包含石英。
- 如申請專利範圍第1項所述之窗組件，其中該第一窗與該第二窗包含石英，而該分隔件包含聚四氟乙烯(PTFE)。
- 一種基材處理系統，其包含：一製程腔室，其具有配置在該製程腔室的一內部空間中的一基材支撐件；一光源，將光能導引朝向該基材支撐件；以及如申請專利範圍第1項至第11項任一項所述之窗組件，其配置在該製程腔室內，其中該窗組件的該第一窗具有一面向大氣的表面，而該窗組件的該第二窗具有一面向內部空間的表面。
- 如申請專利範圍第12項所述之系統，其中該窗組件配置在該基材支撐件上方且介於該基材支撐件與該光源之間。
- 如申請專利範圍第13項所述之系統，其中該第一窗 具有一第一厚度，該第一厚度大於該第二窗的一第二厚度。
- 如申請專利範圍第12項所述之系統，其中該窗組件配置在該基材支撐件上方，而該光源配置在該基材支撐件下方。
- 如申請專利範圍第15項所述之系統，其進一步包含：一反射塗層，其配置在該第一窗的一面向間隙的表面上，其中來自該光源的光能進入該窗組件穿過該第二層，且其中該光能由該反射塗層朝該基材支撐件反射。
- 如申請專利範圍第16項所述之系統，其中該反射塗層包含金(Au)、鎳(Ni)、銀(Ag)、或反射石英之至少一者。
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