TWI643266B - 磊晶底環 - Google Patents

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TWI643266B
TWI643266B TW106135971A TW106135971A TWI643266B TW I643266 B TWI643266 B TW I643266B TW 106135971 A TW106135971 A TW 106135971A TW 106135971 A TW106135971 A TW 106135971A TW I643266 B TWI643266 B TW I643266B
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保羅 布里哈特
蘇拉吉特 庫瑪
安中 常
沙堤西 古波若
梅莫特圖格魯爾 薩米爾
大衛Ｋ 卡爾森
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應用材料股份有限公司
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Abstract

本文所述的具體實施例是與用於基板處理室的底環組件有關。在一具體實施例中，該底環組件包括一環形主體、一上環件與一下環件，該環形主體的大小係設以容置在該基板處理室的一內圓周內，該環形主體包括一負載口以使基板通過、一氣體入口、以及一氣體出口，其中該氣體入口與該氣體出口係設置在該環形主體的相對端部處，該上環件係配置以設於該環形主體的一上表面上，該下環件係配置以設於該環形主體的一下表面上，其中該上環件、該下環件與該環形主體一旦組裝，即通常呈同心或共軸。

Description

磊晶底環
本發明的具體實施例一般是與在一基板處理室中所使用的一底環組件有關。
半導體基板係針對各種應用而加以處理，包括積體元件和微型元件的製造。一種處理基板的方法包括在基板的一上表面上沉積一材料，例如一介電材料或一傳導性材料。舉例而言，磊晶即為一種沉積處理，磊晶係於基板表面上成長一超純薄層，通常是矽或鍺。材料也可於一側流式腔室中進行沉積，藉由使一處理氣體平行於置放在一支座上的基板而流動、以及熱分解該處理氣體而從氣體中沉積一材料於基板表面上。
對於使用精確氣體流量與準確溫度控制之組合的磊晶成長中的薄膜品質而言，腔室設計是極重要的。流量控制、腔室體積、以及腔室加熱都仰賴一底環的設計，其中底環一般係設置在一上圓頂與一下圓頂(定義了一基板的處理空間)之間，並且支配處理套件和注入/排氣蓋體的佈局，續而影響磊晶沉積的均勻性。傳統的磊晶腔室非常高，導致在上、下 圓頂與基板之間存在一大距離。這會導致高度不均勻的流動、紊流、渦流、以及整體上為大型的腔室體積。腔室體積限制了系統以瞬態沉積-蝕刻切換模式運作的能力，並且需要長久的腔室穩定化時間，這會因基板上截面積的突然變化而限制了處理均勻性，對流動均勻性產生負面影響、誘發紊流、並且影響基板上沉積氣體濃度的整體均勻性。
由於流動特性係直接影響基板上的薄膜性能，因此需要一種可於整個處理室中提供平衡與均勻流場之沉積設備。
本文所述之具體實施例概與一基板處理室中所用之底環組件有關。在一具體實施例中，底環組件包括一環形主體，環形主體大小係設以容置在該基板處理室的一內圓周內，該環形主體包括一負載口以供該基板通過、一氣體入口、及一氣體出口，其中該氣體入口與該氣體出口係設置在該環形主體的相對端部處；該底環組件包括配置以設置在該環形主體的一上表面之一上環件，以及配置以設置在該環形主體的一下表面之一下環件，其中該上環件、該下環件與該環形主體一旦組裝即概呈同心或同軸。
在另一具體實施例中，揭露了一種基板處理室之處理套件。該處理套件包括一環形主體，環形主體大小係設以容置在該基板處理室的一內圓周內，該環形主體包括一負載口以供該基板通過、一氣體入口、及一氣體出口，其中該氣體入口與該氣體出口係設置在該環形主體的相對端部處；該 處理套件包括配置以設置在該環形主體的一上表面之一上環件，以及配置以設置在該環形主體的一下表面之一下環件，其中該上環件、該下環件與該環形主體一旦組裝即概呈同心或同軸。
100‧‧‧處理室
102‧‧‧輻射加熱燈
103‧‧‧負載口
104‧‧‧背側
105‧‧‧升舉銷
106‧‧‧基板支座
107‧‧‧基板支座
108‧‧‧基板
110‧‧‧第一側部
114‧‧‧下圓頂
116‧‧‧元件側
118‧‧‧高溫計
122‧‧‧反射器
126‧‧‧通道
128‧‧‧上圓頂
130‧‧‧夾鉗環
132‧‧‧中央軸桿
134‧‧‧上下方向
136‧‧‧底環
141‧‧‧燈泡
145‧‧‧燈座
149‧‧‧通道
156‧‧‧氣體處理區
158‧‧‧淨化氣體區
162‧‧‧淨化氣體來源
163‧‧‧襯套組件
164‧‧‧淨化氣體入口
165‧‧‧流動路徑
166‧‧‧流動路徑
167‧‧‧屏蔽部
172‧‧‧處理氣體供應來源
173‧‧‧流動路徑
174‧‧‧處理氣體入口
175‧‧‧流動路徑
178‧‧‧氣體出口
180‧‧‧真空泵
182‧‧‧O形環
184‧‧‧O形環
190‧‧‧基板支座
192a、192c、192e‧‧‧支撐臂
192b、192d、192f‧‧‧虛擬支撐臂
194‧‧‧中央軸桿
196‧‧‧角部
200‧‧‧上圓頂
202‧‧‧中央窗部部分
204‧‧‧周邊凸緣
205‧‧‧外周邊表面
206‧‧‧支撐介面
210‧‧‧外側表面
212‧‧‧內側表面
213‧‧‧轉換部分
300‧‧‧氣體入口機構
302‧‧‧主體
304‧‧‧第一入口通道
305‧‧‧第一入口
306‧‧‧第二入口通道
307‧‧‧第一方向
308‧‧‧第二入口
309‧‧‧第二方向
310‧‧‧外通道
330‧‧‧注入插件襯套組件
331a‧‧‧第一組氣體通道
331b‧‧‧第二組氣體通道
372‧‧‧處理氣體供應來源
400‧‧‧夾鉗環
402‧‧‧鎖固插槽
404‧‧‧冷卻導管
406‧‧‧斜面
408‧‧‧入口
410‧‧‧出口
412‧‧‧氣體入口
414‧‧‧入口氣室
416‧‧‧下表面
418‧‧‧分佈氣室
420‧‧‧入口氣室
422‧‧‧入口歧管
424‧‧‧出口歧管
426‧‧‧出口氣室
428‧‧‧收集氣室
430‧‧‧氣體出口
504‧‧‧固定燈座位置
512‧‧‧連接槽
514‧‧‧間隔墊
520‧‧‧燈組件
522‧‧‧燈泡
523‧‧‧燈主體
524‧‧‧間隙器
525‧‧‧端緣
526‧‧‧插槽
528‧‧‧接觸接頭
545‧‧‧燈座
552‧‧‧印刷電路板
600‧‧‧襯套組件
602‧‧‧氣體入口
604‧‧‧氣體出口
606‧‧‧負載口
608‧‧‧上襯套
610‧‧‧下襯套
612‧‧‧排氣襯套
614‧‧‧注入器襯套
616‧‧‧特徵
700‧‧‧下圓頂
702‧‧‧中央開口
704‧‧‧周邊凸緣
706‧‧‧底部
708‧‧‧中央開口
713‧‧‧轉換部分
726‧‧‧外周邊表面
803‧‧‧負載口
810‧‧‧上環件
812‧‧‧下環件
814‧‧‧上表面
816‧‧‧下表面
817‧‧‧內圓周
818‧‧‧上溝槽
820‧‧‧下溝槽
822‧‧‧上冷卻劑通道
824‧‧‧下冷卻劑通道
825‧‧‧外部部分
826‧‧‧頂部內壁
827‧‧‧內部部分
828‧‧‧上環溝槽
829‧‧‧外部部分
830‧‧‧底部內壁
831‧‧‧內部部分
832‧‧‧下環溝槽
836‧‧‧底環
874‧‧‧處理氣體入口
878‧‧‧氣體出口
為使本發明之上述記載特徵能被詳細理解，在此係參照具體實施例而提出本發明之更具體說明(簡要記載如上文)，其中部分具體實施例係說明於如附圖式中。然而，要注意的是，如附圖式係僅說明本發明的一般具體實施例，因而不應被視為對本發明範疇之限制，因為本發明也允許有其他的等效具體實施例。
第1A圖是根據本發明一具體實施例之一背側加熱處理室的示意剖面圖。
第1B圖說明沿著第1A圖中線1B-1B所示之處理室的示意側視圖。
第1C圖說明一基板支座的立體圖，該基板支座具有三個支撐臂與三個虛擬臂設計。
第2A圖說明根據本發明一具體實施例之一上圓頂的剖面圖。
第2B圖說明第2A圖中所示之上圓頂的上視圖。
第2C圖為說明內圓角半徑之一接合接點的放大圖。
第3A圖說明根據本發明一具體實施例之氣體入口機構的部分立體剖面圖，該氣體入口機構係可用於第1A圖之處理室中。
第3B圖說明第一入口通道的次要入口，該次要入口係配置為與該第一入口通道的一垂直通道間呈一角度(α)。
第3C圖說明一第一入口通道與一第二入口通道係與一處理氣體供應來源流體連通。
第4A圖說明根據本發明一具體實施例之夾鉗環的立體圖，該夾鉗環係可用以取代第1A圖中的夾鉗環。
第4B圖說明在一下表面中的開口，所述開口係與成形貫穿該夾鉗環之一分配增壓室連通。
第5A圖與第5B圖示意說明了根據一具體實施例之一或多個夾鉗組件，其包括一或多個彈性間隙器。
第6圖說明了根據本發明一具體實施例之襯套組件的立體圖，其可用以取代第1圖之襯套組件。
第7A圖與第7B圖例示說明了根據本發明一具體實施例之下圓頂，其可用以取代第1A圖之下圓頂。
第7C圖為說明內圓角半徑之一結合接點的放大圖。
第8A圖說明一例示底環的立體剖面圖，該底環係可用以取代第1A圖與第1B圖之底環。
第8B圖為從另一角度所視之第8A圖的底環立體圖，其繪示了根據本發明一具體實施例之上環件與下環件。
第8C圖為第8B圖之底環的放大部分剖面圖，其繪示了分別形成於底環的上表面與下表面中的一上溝槽與一下溝槽，用以容置該上環件與該下環件。
為了幫助理解，係已盡可能使用相同的元件符號來表示各圖式中相同的元件。應知在一具體實施例中的元件與 特徵係可有利地組合於其他具體實施例中，而不需另外載述。
基於說明之目的，在下述說明中係提出了各種具體細節以提供對本發明之一通盤理解。在某些例子中，係以方塊圖(而非細部)形式來繪示習知結構與裝置，以避免混淆本發明。這些具體實施例係經充分詳細說明，以使熟習該領域技術之人能實施本發明，並應理解也可使用其他的具體實施例，且可進行邏輯上、機構上、電氣上及其他的變化，其皆不脫離本發明之範疇。
第1A圖說明了根據本發明一具體實施例之背側加熱處理室100的示意剖面圖。第1B圖說明了沿著第1A圖中線1B-1B所示之處理室100的示意側視圖。注意襯套組件163和圓形屏蔽部167係已省略以求清晰。處理室100係用以處理一或多個基板，包括在一基板108的上表面上沉積一材料。在其他組件中，處理室100包括輻射加熱燈102之陣列，以加熱配置在該處理室100內之基板支座106的背側104。在某些具體實施例中，輻射加熱燈之陣列係配置在上圓頂128上方。基板支座106係如圖所示之一碟形基板支座106，或可為不具有中央開口之一環形基板支座107(如第1B圖所示)，其可從基板的邊緣支撐基板，以增進基板對燈102的熱輻射的暴露。
例示基板支座
在某些具體實施例中，基板支座106係一多臂式設計，如第1C圖所示。在第1C圖所示的具體實施例中，基板 支座190具有三個支撐臂192a、192c與192e以及三個虛擬臂192b、192d與192f，每一個支撐臂和虛擬臂皆沿著延伸貫穿中央軸桿194之軸「G」向外延伸並且彼此呈角度地分隔。可知也可有較多或較少的支撐臂或虛擬臂。沿著支撐臂的長度方向的每一個虛擬臂192b、192d與192f的角部196係為有更佳的光學特性而經倒角(chamfered)。各支撐臂和虛擬臂192a-192f係與軸「G」之間呈介於約5°至15°之一角度「A」。在一實例中，角度「A」約為10°。支撐臂192a、192c與192e的端部係向上彎以侷限該基板，以避免基板側向移動。
虛擬臂部192b、192d和192f一般並不接觸或支撐該基板；而是，虛擬臂部係經設計以為來自燈102的熱量提供一較佳的熱傳平衡或更為均勻的熱分佈，藉以於處理期間增進基板的準確溫度控制。在處理期間，基板支座190吸收了來自用以加熱基板支座及/或基板的燈的熱能。所吸收的熱係從基板支座190輻射散出。由基板支座190(特別是支撐臂192a、192c與192e)所輻射散出的輻射散出熱係由基板支座190及/或基板所吸收。因為支撐臂192a、192c與192e至基板支座190或基板之相對靠近的位置，熱會輕易地輻射至基板支座190，而在支撐臂192a、192c、192e的鄰近處產生升高溫度的區域。然而，虛擬臂192b、192d、192f的使用係增進了從支撐臂192a、192c與192e對基板支座190及/或基板之一更為均勻的熱輻射，且因此減少了熱斑(hot spots)的發生。舉例而言，虛擬臂192b、192d和192f的使用可產生基板支座之均勻輻射，而非三個在支撐臂192a、192c與192e鄰近 處的局部熱斑。
返參第1A圖，基板支座106係位於一上圓頂128與一下圓頂114之間的處理室100內。上圓頂128、下圓頂114和配置在上圓頂128與下圓頂114之間的底環136係一般定義了處理室100的一內部區域。基板108(非實際尺寸)會經由一負載口103而被帶入處理室100中並放置在基板支座106上，其中負載口103在第1A圖中被基板支座106擋住，但可見於第1B圖。
基板支座106係繪示為在一升高之處理位置，但可由一起動器(未示)垂直傳送至在處理位置下方的一負載位置，以使升舉銷105接觸下圓頂114，穿過基板支座106和中央軸桿132中的孔洞，並使基板108從基板支座106升起。一機器手臂(未示)係接著經由負載口103進入處理室100以接合及自處理室100移除基板。基板支座106接著被起動上升至處理位置以將基板108放置在基板支座106的前側110上，其中基板108的元件側116係面向上。
基板支座106在位於處理位置時係將處理室100的內部體積分為在基板上方之一處理氣體區156以及在基板支座106下方之一淨化氣體區158。在處理期間，基板支座106係由一中央軸桿132加以旋轉，以使處理室100內的熱效應與處理氣體流動的空間不規則性達到最小，並因而增進基板108的均勻處理。基板支座106係由中央軸桿132予以支撐，在負載與卸載期間(且在某些實例中，在基板108的處理期間)，中央軸桿132係使基板108在一上下方向134中移動。 基板支座106係由碳化矽或塗有碳化矽的石墨所形成，以吸收來自燈102的輻射能並將輻射能傳導至基板108。
一般而言，上圓頂128的中央窗部部分和下圓頂114的底部是由透光材料所形成，例如石英。正如下文中將針對第2A圖更詳細說明者，為了處理室中更均勻的流動均勻度，上圓頂128的厚度和曲率程度係根據本發明而配置以提供一更平坦的幾何形狀。
在下圓頂114的鄰近處與下方，可於中央軸桿132周圍以一指定、最佳所需方式來配置一或多個燈(例如燈102之陣列)，以於處理氣體通過時獨立控制基板108的各區域處之溫度，藉以增進材料沉積於基板108的上表面上。雖未於本文中討論，然所沉積的材料可包括砷化鎵、氮化鎵、或氮化鋁鎵。
燈102係配置以包括燈泡141，且係配置以加熱基板108達介於約攝氏200度至約攝氏1600的範圍內之一溫度。各燈102係耦接至一電力分配板(未示)，電力係透過電力分配板而供應至各個燈102。燈102係置於一燈座145內，其係於處理期間或處理之後藉由例如一冷卻流體而加以冷卻，其中該冷卻流體係被注入位於燈102之間的通道149。燈座145係傳導地及輻射地冷卻下圓頂114，這有部分是由於燈座145是在下圓頂114的靠近鄰近處。燈座145也可冷卻燈壁和燈的周圍的反射器(未示)的壁部。或者是，藉由業界所習知的對流方式來冷卻下圓頂114。根據應用方式，燈座145係與下圓頂114接觸或不接觸。燈座145的其他說明係於 下文中以第5A圖和第5B圖來加以說明。
一圓形屏蔽部167係視情況地配置在基板支座106周圍，且由一襯套組件163所包圍。屏蔽部167可防止或最小化從燈102對基板108的元件側116之熱/光雜訊洩漏，同時可提供處理氣體之一預熱區域。屏蔽部167係由化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition,CVD)之碳化矽(SiC)、塗有SiC之燒結石墨、成長之SiC、不透明石英、含塗層石英、或是可抵抗處理與淨化氣體所產生之化學分解的任何類似的合適材料所製成。
襯套組件163之大小係設以套疊於底環136的內圓周內或被底環136的內圓周圍繞。襯套組件163係自處理器100的金屬壁中遮蔽了處理空間(亦即處理氣體區156與淨化氣體區域158)。金屬壁會與前驅物反應，並導致處理空間中之污染。雖然襯套組件163是繪示一單一主體，但襯套組件163也可包含一或多個襯套，如下文中將參照第3A圖至第3C圖與第6圖所說明者。
由於從基板支座106背側加熱基板108的結果，即可使用光學高溫計118進行基板支座上之溫度量測/控制。光學高溫計118的溫度量測也可於具有一未知發射率的基板元件側116上進行，因為以此方式來加熱基板前側110係與發射率無關。因此，光學高溫計118僅可自熱基板108偵測輻射(其係從基板支座106所傳導)，其中來自燈102而直接到達光學高溫計118的背景輻射係達到最低。
反射器122係視情況而置於上圓頂128外，以將輻 射離開108的紅外光反射回到基板108上。反射器122係利用一夾鉗環130而固定至上圓頂128。夾鉗環130的詳細說明係以第4A圖與第4B圖進一步說明如下。反射器122可由金屬製成，例如鋁或不鏽鋼。藉由對反射器區域塗佈一高反射塗層(例如金)，即可增進反射效率。反射器122可具有連接至一冷卻來源(未示)的一或多個加工通道126。通道126連接至形成於反射器122的一側部上之一通道(未示)。該通道係配置以傳載一流體(例如水)的流動，且係沿著反射器122的側部而以任何所需圖樣水平運行，其中所述任何所需圖樣係覆蓋反射器122的一部分或整個表面，以冷卻反射器122。
由一處理氣體供應來源172所供應的處理氣體係透過形成於底環136側壁中的一處理氣體入口174而注入至處理氣體區156。處理氣體入口174係配置以將處理氣體引導於一大致徑向向內方向。在薄膜成形製程中，基板支座106係位於處理位置，該處理位置係與處理氣體入口174相鄰且位於大約相同高度，使得處理氣體可沿著流動路徑173而以層流形式在基板108的整個上表面上向上呈圓形流動。處理氣體經由位於處理室100之與處理氣體入口174相對的側部上之一氣體出口178離開處理氣體區156(沿著流動路徑175)。藉由與氣體出口178耦接之真空泵180係可增進處理氣體經由氣體出口178之移除。由於處理氣體入口174和氣體出口178是彼此對準的且大致配置在相同高度處，相信這種平行配置在與一更平坦的上圓頂128結合時(將於下文詳細說明)， 將於基板108上產生大致更平坦、均勻的氣體流動。基板108透過基板支座106的旋轉係提供進一步的徑向均勻度。
傾斜注入之例示氣體入口
在某些具體實施例中，處理氣體供應來源172係配置以供應多種處理氣體，例如一第III族前驅物氣體與一第V族前驅物氣體。多種處理氣體係透過相同的處理氣體入口174、或透過個別的氣體入口而注入至處理室100中。在需要個別氣體入口的情況中，可採用一替代方式來增進處理室中處理氣體的混合。第3A圖說明了根據本發明一具體實施例之氣體入口機構300的部分立體剖面圖，該氣體入口機構300係可使用於第1A圖與第1B圖的處理室中，以對處理空間(例如處理氣體區156與淨化氣體區158)提供一或多種流體，例如處理氣體或氣體的電漿。氣體入口機構300係可作為一注入器襯套，例如第6圖之襯套組件600的注入器襯套614，且可停置於與一處理氣體供應來源372(例如第1A圖之處理氣體供應來源172)流體連通之一注入插件襯套組件330上或由該注入插件襯套組件330所支撐。從第3C圖更可見，該注入插件襯套組件330係包括一第一組氣體通道331a與一第二組氣體通道331b，第一組氣體通道331a與第二組氣體通道331b係配置為以一受控制方式來輸送不同的處理氣體。
一般而言，氣體入口機構300係設置在處理氣體將被注入至處理室的位置處。氣體入口機構300包括一主體302，該主體302具有一第一入口通道304與一第二入口通道306。第一入口通道304和第二入口通道306係與一或多個處 理氣體供應來源372流體連通。主體302一般係圍繞處理室100的內圓周的一部分。主體302包括一圓柱內徑，該圓柱內徑之大小係與一上襯套與一排氣襯套(例如，第6圖的上襯套608與排氣襯套612)的切口相配。因此，主體302係可移除地結合於襯套組件的排氣襯套與上襯套。以下將以第6圖說明襯套組件的其他細節。
第一入口通道304具有與一第一氣體通道332的縱向軸實質正交之一縱向軸，其中該第一氣體通道332係形成於注入插件襯套組件330內。一第一處理氣體係從處理氣體供應來源372流經第一組氣體通道331a而至第一入口通道304中，該第一入口通道304係與一第一入口305流體連通。第一入口305是配置以提供第一處理氣體至處理室中，例如第1A圖所示之處理氣體區156。氣體入口機構300具有一或多個第一入口305，例如約3至20個第一入口305，各連接至個別的第一入口通道和對處理氣體供應來源372之氣體通道。預期可有更多或更少的第一入口305。
第一處理氣體係一特定處理氣體、或數種處理氣體的混合物。或者是，一或多個第一入口305係根據應用而提供不同於至少一個其他第一入口之一或多種處理氣體。在一個具體實施中，各第一入口305係配置為與一水平平面「P」之間呈一角度「θ」，該水平平面係大致平行於一基板108的一縱向方向，因此第一處理氣體在離開第一入口305之後係以一角度沿著一第一方向307流動，如圖所示。在一實例中，第一入口305的縱向方向與水平平面「P」之間的角度「θ」 小於約45°，例如約5°至約30°，例如約15°。在第3B圖所示實例中，第一入口305係配置為其與第一入口通道304之間的角度(α)為約25°至約85°，例如約45°至約75°。
第二入口通道306在設計上係與第一入口通道304在氣體入口的數量與待注入的處理氣體等方面實質相似。舉例而言，第二入口通道306係與一或多個處理氣體供應來源372流體連通。一第二處理氣體(其可為數種處理氣體的混合物)係從處理氣體供應來源372流經第二組氣體通道331b而至第二入口通道306中，其中該第二入口通道306係與一第二入口308流體連通。或者是，一或多個第二入口308係提供不同於至少一另一第二入口不同之一或多種處理氣體。第二入口308係配置以提供第二處理氣體至第二處理室中，例如，如第1A圖所示之處理氣體區156。特別是，每一個第二入口308係配置以在離開第二入口308之後以不同於第一方向307(見第3B圖)的一第二方向309提供該第二處理氣體。第二方向309一般係平行於水平平面「P」，該水平平面「P」係平行於基板的一縱軸方向。
類似地，氣體入口機構300係具有一或多個第二入口308，例如約3至20個第二入口，每一個第二入口係連接至個別的第二入口通道與對處理氣體供應來源372之氣體通道。預期可有更多、或較少的第二入口308。
可知在各第一與第二入口305、308處的流量、處理氣體組成等都可被獨立控制。舉例而言，在某些實例中，部分的第一入口305在處理期間會是閒置的或脈衝式的，已達 到與第二入口308所提供的一第二處理氣體之一所需流動互動。在某些情況中，當第一與第二入口通道304、306僅包括一單一次要入口，則該次要入口係基於上述類似理由而為脈衝式的。
第一入口通道304的第一入口305與第二入口通道306的第二入口308係配置為沿著處理室的內圓周垂直偏離於彼此。或者是，第一入口通道304的第一入口305以及第二入口通道306的第二入口308係配置為與彼此垂直對準。在任一情況中，第一與第二入口305、308係排列為使得來自第一入口305之第一處理氣體可與第二入口308之第二處理氣體適當混合。相信第一與第二處理氣體的混合也會因為第一入口305的角度設計而得到提升。第一入口通道304的第一入口305係位於第二入口通道306的第二入口308的更靠近近側。然而，在某些具體實施例中，有利的是提供第一與第二入口305、308間之一適當距離以避免第一處理氣體與第二處理氣體在離開入口之後就立即過早混合在一起。
氣體入口機構300的主體302具有一減低之高度，以符合上圓頂的接近平坦之型態，如以下關於第2A圖之說明。在一具體實施例中，主體302的整體高度係介於約2mm至約30mm之間，例如約6mm至約20mm，例如約10mm。在主體302之面對處理氣體區156的側部上的高度「H1」約為2mm至約30mm，例如約5mm至約20mm。由於主體302的高度減少，第一入口通道304的高度係因而減少以維持強度。在一實例中，第一入口通道304的高度「H2」係約1mm 至約25mm，例如約6mm至約15mm。降低外通道310將導致較淺的注入角度。
返參第1A圖，淨化氣體是由一淨化氣體來源162供應至淨化氣體區158，經由形成於底環136的側壁中之一非必要之淨化氣體入口164(或經由處理氣體入口174)。淨化氣體入口164係配置在比處理氣體入口174下方的高度處。若有使用圓形屏蔽部167或一預熱環(未示)，則該圓形屏蔽部或該預熱環係配置在處理氣體入口174和淨化氣體入口164之間。在任一情況中，淨化氣體入口164係配置為以一大致徑向向內的方向引導淨化氣體。在薄膜成形處理期間，基板支座106係位於一位置而使得淨化氣體以層流方式向下且沿著流動路徑165在基板支座106的整個背側104上流動。不受任何特定理論所限，相信淨化氣體的流動係可避免或實質上免除處理氣體流動進入淨化氣體區158，或可減少處理氣體擴散進入淨化氣體區158(亦即在基板支座106下方的區域)。淨化氣體離開淨化氣體區158(沿著流動路徑166)，並且透過氣體出口178(其係位於處理室100之與淨化氣體入口164相對的側部上)排出處理室。
同樣地，在淨化處理期間，基板支座106係位於一升高位置以使淨化氣體於基板支座106的背側104上側向流動。具該領域通常技藝之人應知，處理氣體入口、淨化氣體入口以及氣體出口係僅為說明目的，因為氣體入口或出口的位置、大小或數量等係可經調整以進一步增進在基板108上之材料均勻沉積。
如果需要的話，淨化氣體入口164係配置以將淨化氣體引導於一向上方向中，以將處理氣體限制在處理氣體區156中。
例示夾鉗環
第4A圖為根據本發明一具體實施例之可用於替代第1A圖之夾鉗環130的一夾鉗環400的立體圖。夾鉗環400係相對設置在一底環(例如第1A-1B圖與第8A-8C圖的底環)上方，並且藉由設置在夾鉗環400周圍的鎖固插槽402而鎖固至處理室100。鎖固件(未示)係配置穿過鎖固插槽402並至處理室100的側壁中的凹槽內，以將夾鉗環400鎖固至處理室100。
夾鉗環400係設有冷卻特徵，例如冷卻導管404。冷卻導管404係使一冷卻流體(例如水)循環通過夾鉗環400以及在夾鉗環400周圍。冷卻流體係透過一入口408而被注入至冷卻導管404，並且循環通過導管404以透過一出口410湧出。冷卻導管404係由一斜面406所連接，而使冷卻流體可從其中一個導管404流到另一導管404。
在第4A圖的具體實施例中，一導管404係設置在夾鉗環400的一內部部分周圍，而一第二導管404係設置於夾鉗環400的一外部部分周圍。冷卻流體係被注入至設在夾鉗環400的內部部分周圍之導管404，因為夾鉗環400的內部部分係暴露至最多的熱、最接近處理室100的處理條件。冷卻流體可最有效率地吸收來自夾鉗環400的內部部分的熱，因為冷卻流體是在一相對低溫下注入。當冷卻流體到達配置 在夾鉗環400外部部分周圍的導管404時，冷卻流體之溫度係已上升，但冷卻流體仍可調節夾鉗環400的外部部分(比內部部分加熱為少)的溫度。在此方式中，冷卻流體係以逆流形式流經夾鉗環400。
第4A圖的夾鉗環400也具有用以冷卻上圓頂128的氣體流動特徵。冷卻氣體之入口歧管422係施用冷卻氣體至處理室100的上圓頂128。一氣體入口412係與一入口氣室414連通，該入口氣室414係使氣體沿著入口氣室414分佈。一下表面416中的開口(未繪示出開口)係與一分佈氣室418連通，該分佈氣室418係形成為貫穿如第4B圖所示之夾鉗環400。
第4B圖為根據另一具體實施例之處理室的上蓋部分的剖面圖。上蓋部分包括夾鉗環400。氣體係流入分佈氣室418中以及流入在上圓頂128周邊近側處的一入口氣室420中。氣體沿著上圓頂128的一上表面流動而調節上圓頂128的溫度。
再次參閱第4A圖，氣體流入一出口歧管424中，該出口歧管424具有與一收集氣室428和一氣體出口430連通的一出口氣室426。調節上圓頂128的熱狀態可避免熱應力超過容限值，且可減少在上圓頂128的下表面上之沉積。減少在上圓頂128之沉積係可在處理期間使通過上圓頂128而至反射器122並返回通過上圓頂128的能量流保持在額定程度、使基板108中溫度異常和不均勻性達最低。
例示燈座組件
第5A圖與第5B圖為根據本發明之一具體實施例、可用以替代第1A圖的燈座145之一或多個燈組件520的示意圖。燈組件520包括一或多個彈性間隙器524。第5A圖說明根據一具體實施例之下圓頂114的剖面圖，其具有一燈座545與一印刷電路板552。如下文將說明者，每一個燈組件520係可安裝至一彈性間隙器524，該彈性間隙器524係根據所使用之下圓頂114的角度而具有一不同高度。燈組件520、彈性間隙器524以及燈座545係燈座組件的部件，在沿側上則有其他構件，例如反射器(未示)。第5B圖說明了該一或多個彈性間隙器524係連接至根據一具體實施例之該一或多個燈組件520。在下文中將以第7A圖至第7B圖加以說明，下圓頂114係可形成為具有具有一中央開口702之大致呈圓形、淺馬丁尼酒杯、或漏斗的形狀。燈組件520係以一指定、最佳所需方式於中央軸桿(例如第1A圖的中央軸桿132)周圍配置在鄰近於下圓頂114處或在其下方，以獨立控制基板各區域處之溫度。
第5A圖說明了下圓頂114、印刷電路板(PCB)552以及一或多個燈組件520，在此係繪示有六個燈組件520。熟習該領域技術之人將可清楚知道某些元件係已排除於說明以外，以求清晰。PCB 552可為任何標準電路板，其係設計以控制對該一或多個燈組件520之電力分配。PCB 552可進一步包括一或多個連接槽512(在此係繪示有六個連接槽)，以連接於該一或多個燈組件520。雖然在此所述之PCB 552是平坦的，但也可根據處理室的需求來形塑PCB。在一具體實施例 中，PCB板是置放為與燈座545平行。
各該一或多個燈組件520一般係包括一燈泡522與一燈主體523。燈泡522可為一可加熱基板及使基板維持在一指定溫度的燈，例如鹵素燈、紅外線燈等，其可作為加熱裝置。燈組件520可連接於一或多個彈性間隙器524，參照第5B圖將進一步說明。
下圓頂114可由一半透明材料(例如石英)所組成，且可包含本說明書中關於下圓頂所述的一或多個元件。下圓頂可介於4至6mm厚。燈座545可位於下圓頂114下方及靠近下圓頂114近側處。在一具體實施例中，燈座545係大致離下圓頂114約1mm。
燈座545具有複數個固定燈座位置504，這些位置確保燈泡522的一特定位置與方向。燈座545可具有多達400個或更多的固定燈座位置504。固定的燈座位置504可在一多重同心圓方向中。固定的燈座位置504可隨著孔洞自內徑延伸至外徑而增加深度。固定的燈座位置504可為燈座545中的鏜孔(bored hole)。在一具體實施例中，燈主體523係由一燈座545固持在一固定方向中，且由燈座545予以冷卻。
燈組件520和連接槽512係繪示為一組有六個，此數量並不用於限制。可為維持適當基板溫度所需而有更多或較少的燈組件與連接槽。此外，重要的是要了解這是一個三維結構的側視圖。因此，雖然構件係顯現為置放成一線性形式，但是任何位置或位置的組合也是可行的。舉例而言，在一圓形PCB 552上，燈以在X與Y軸兩軸上以3cm之間隔 置放，因而填滿該圓。熟習該領域技術之人士將理解到此一具體實施例會有多個變化例。
第5B圖描述根據一具體實施例之彈性間隙器524。此處所示之彈性間隙器524包括一插槽526與一接觸接頭528。在本文中彈性間隙器524是描述為在插槽526處具有一標準mill-max插槽，且在接觸接頭528處具有一相當的接觸接頭，因而產生了燈/間隙器介面及間隙器/PCB介面。然而。此設計選擇並非用於限制。插槽設計可為數多種現有設計、或是還沒有產生的設計的其中一種，其可將一電力來源之電力傳送至燈522。在一具體實施例中，彈性間隙器係永久地安裝至PCB 545，例如藉由焊接方式。
彈性間隙器524可由傳導性與非傳導性構件兩者所組成，使得燈可從電力來源接收電力。在一實例中，係使用傳導性材料(例如黃銅或銅)對燈522傳送電力，且傳導性材料係由一非傳導性外殼所包圍，例如由塑膠、彈性玻璃或陶瓷纖維或珠粒所製成之傳導性材料。彈性間隙器524可具有各種長度，只要適合對下圓頂114進行適當輻射傳送即可。由於彈性間隙器524可改變長度，因此燈組件524係可沿著下圓頂114保持相同的一般大小與形狀。
此外，彈性間隙器524不需要是筆直的。彈性間隙器524可採用曲率，因此燈軸不需要與處理室中心軸平行。用另一方式說明，彈性間隙器524可使燈軸利用一所需極角。本文所述之彈性間隙器524可由一彈性材料所組成，例如具有一彈性體之塑膠。
本文所述之彈性間隙器524在互換性與方向上皆能提供益處。彈性間隙器524在還含有彎曲結構或彈性材料時係連接於一燈座545，其具有未取向為垂直於PCB 552之燈座位置504。此外，彈性間隙器524係設計為非消耗性。當燈組件520故障時，可以單一尺寸的燈組件來替換燈組件520，因而可於處理室中使燈組件520互換，而與在PCB 552上或在燈座545中的燈組件520的位置無關。
彈性間隙器524提供固定燈座位置504(形成於燈座545中)與連接槽512(形成於PCB 552中)之間的適當定位。燈座545可由一熱傳導材料所組成，例如銅。在另一具體實施例中，燈座545可為一銅質錐部或一旋轉環形，其具有使燈座545位於靠近中央軸桿132的近側之一內徑，及大致與下圓頂114的邊緣共線之一外徑。
形成在PCB 552上方的可為一或多個支撐結構，例如一間隔墊514。如此一實例所示，間隔墊514可與PCB 552和燈組件520結合作用，以保持燈泡522的一特定方向，例如將燈組件520維持在一垂直方向。此外，彈性間隙器524可具有與間隙器514互相作用的一或多個結構，例如一端緣525。在此具體實施例中，端緣525可確保彈性間隙器的完全插入，並保持彈性間隙器524和燈泡522兩者的方向。
例示襯套組件
第6圖說明根據本發明之一具體實施例的一襯套組件的立體圖，該襯套組件可用於替代第1A圖的襯套組件163。襯套組件600係配置以一處理室(例如第1A圖與第1B 圖之處理室)內對一處理區加襯。襯套組件600一般提供一氣體入口602、一氣體出口604、及一負載口606。襯套組件600可與第8A圖至第8C圖之底環結合作用，使得氣體入口602、氣體出口604及負載口606的位置一般可分別與在實質上相同高度上的處理氣體入口874、氣體出口878及負載口803相符。相同程度的氣體進流/出流可產生對處理室之較短流動路徑，產生高傳導排出與注入。因此，層流氣體流動與轉換即可更受控制。
襯套組件600可套疊在配置於處理室中的一底環內(例如第1A-1B圖與第8A-8C圖所示之底環)或由底環所圍繞。襯套組件600係形成為一整合件，或可包括組裝在一起的多個部件。在一實例中，襯套組件600包括多個部件(或襯套)，這些部件係呈模組化且可被個別地或整體替換，以因模組化設計而提供額外的彈性並節省成本。襯套組件600的模組化設計係提供了能夠輕易維護性及提高之功能性(亦即，改變不同的注入器，如第3A圖中所示之次要入口305)。在一具體實施例中，襯套組件167包括垂直堆疊之至少一上襯套608與一下襯套610。排氣襯套612係可與部分的上襯套608組合以增進位置穩定性。
上襯套608與排氣襯套612可經裁切以容置一注入器襯套614。注入器襯套614一般係與第3A圖的主體302相應，且包括一氣體入口機構，例如上文中關於第3A-3C圖所述之氣體入口機構。上襯套608、下襯套610、排氣襯套612、以及注入器襯套614係各包括一大致圓柱形外徑，其大小係 設以套疊於底環(未示)內。襯套608、610、612、614係各由底環藉由重力及/或互鎖裝置(未示，例如形成於部分的襯套608、610、612中或上之突出部與匹配凹槽)所支撐。上襯套608與下襯套610的內部表面603係暴露於處理空間(例如處理氣體區156與淨化氣體區158)。
在一具體實施例中，上襯套608係設有一凹下之特徵616，以於上襯套608上產生淨化能力，藉此避免在襯套組件上不想要的沉積，同時控制襯套組件的溫度。
例示上圓頂
第2A圖與第2B圖為根據本發明一具體實施例、可用於替代第1A圖之上圓頂128的上圓頂200的示意圖。第2A圖說明了上圓頂200的一剖面圖。如第2B圖所示，上圓頂200具有一實質圓形形狀，且具有一稍微凸出的外側表面210與一稍微凹進的內側表面212(第2A圖)。如在下文中將更詳細說明者，凸出的外側表面210係充分彎曲，以抵抗在基板處理期間相對於處理室中降低之內部壓力之外部大氣壓力的壓縮力，同時外側表面210也夠平坦以促進處理氣體的有序流動與反應物材料的均勻沉積。上圓頂200通常包括使熱輻射通過之一中央窗部部分202、以及用於支撐中央窗部部分202之一周邊凸緣204。中央窗部部分202係繪示為具有一大致圓形的周邊。周邊凸緣204係沿著一支撐介面206在中央窗部部分202的圓周周圍接合中央窗部部分202。在一具體實施例中，周邊凸緣204係由配置在周邊凸緣與側壁之間的一O形環(在第1A圖中係標示為184)予以密封在處理室 的側壁內，以提供密封以避免處理室內的處理氣體逸散至大氣環境中。雖然未在本文中詳細說明，但可知下圓頂係利用一O形環(在第1A圖中係標示為182)而類似地被支撐於處理室的側壁內。可使用較少或更多數量的O形環182、184。
周邊凸緣204可製為不透明或由透明石英形成。上圓頂200的中央窗部部分係由例如透明石英之材料所形成，其對於燈之直接輻射係一般呈透光性而無顯著吸收。或者是，中央窗部部分202係由一種具有窄帶濾波能力的材料所形成。然而，從加熱基板和基板支座再輻射的部分熱輻射係進入中央窗部部分202中，會由中央窗部部分202明顯吸收。這些再輻射係於中央窗部部分202內產生熱，產生熱膨脹力。製為不透明以保護O形環免於直接對熱輻射暴露之周邊凸緣204係保持比中央窗部部分202相對較冷，藉此使中央窗部部分202向外彎曲超過初始溫度彎曲。中央窗部部分202係製為薄的且具有充分撓性以容許彎曲，而周邊凸緣204是厚的且具有充分剛性以限制該中央窗部部分202。因此，在中央窗部部分202內的熱膨脹係表示為熱補償之彎曲。中央窗部部分202的熱補償彎曲係隨處理室溫度增加而增加。
周邊凸緣204和中央窗部部分202係由一焊接接合點「B」而鎖固在其相對端部處。周邊凸緣204係建構為沿著維度轉換部分213具有一圓角半徑「r」，該圓角半徑「r」係由從中央窗部部分202的薄度至周邊凸緣204的塊體之平滑且逐漸的變化所定義。第2C圖繪示接合之接合點「B」的放大圖，其說明了周邊凸緣204的圓角半徑。圓角半徑係一連 續彎曲之凹部，其可被視為三段曲線，包括周邊凸緣204的內側底部、轉換部分213的主要主體、以及與中央窗部部分202匹配的部分。因此，在這三段曲線中並非皆為同一半徑。圓角半徑一般係藉由決定圓角半徑的表面輪廓、然後在數學上確定對此輪廓之最佳匹配球體而進行測量。此一最佳匹配球體的半徑即圓角半徑。
圓角半徑消除了在周邊凸緣204與中央窗部部分202會合之接合點的介面處之尖銳角部。尖銳角部的的消除也使得能夠在設備的接合點上沉積塗層，這些塗層係比具尖銳角部的接合點之塗層更為均勻且更厚。圓角半徑係經選擇以提供周邊凸緣204之一增加徑向厚度，以與中央窗部部分202的逐漸變化量與「接近平坦」之曲率一起提供較佳流動(將於下文中說明)，導致減少之紊流與較佳的均勻性。更重要的，具有圓角半徑之接合點也繪降低或消除在接合點處的剪力。在各種具體實施例中，周邊凸緣的圓角半徑「r」係介於約0.1吋至約5吋之間，例如介於約0.5吋至約2吋之間。在一實例中，圓角半徑「r」係約為1吋。
具有較大圓角半徑的周邊凸緣204在處裡熱與大氣應力上是理想的。如前述說明，在基板的處理期間，上圓頂200會因處理室內降低之內部壓力與作用於上圓頂之外部大氣壓力之間的大壓力差而有高張應力負載。高張應力會使上圓頂變形。然而，已經觀察到若對周邊凸緣204(第2A圖)的側部向內施加一側向壓力「P」，則在處理期間上圓頂200的張應力會大幅減少。施加於周邊凸緣204上的側向壓力會 迫使中央窗部部分202向外彎曲，並且因而補償圓頂變形。在本文中，側向壓力「P」是指施加在周邊凸緣204的外周邊表面205上的一已知大小的負載力(單位為磅/每平方吋(psi))。在一具體實施例中，側向壓力「P」約為200psi或以上。在另一具體實施例中，側向壓力「P」係介於約45psi至約150psi之間。在一實例中，側向壓力「P」係約為80psi至約120psi。
也已經觀察到在對周邊凸緣204施以一側向應力時，周邊凸緣204的張應力可從沒有側向應力「P」時的1300psi至2000psi減少至低於1000psi。結合前述較大的圓角半徑「r」，當對周邊凸緣204施加大約為80psi之一側向應力「P」時，即可大幅降低周邊凸緣204的張應力。若側向應力「P」增加至約150psi，則可進一步降低張應力。
中央窗部部分202的厚度與外彎係經選擇以確保可處理熱補償彎曲。在第2A圖的具體實施例中，中央窗部部分202的內彎係繪示為球形，其由具有沿軸「A」之一中心「C」及一較大曲率半徑「R」之球體的截面所形成。中央窗部部分202可具有約為1122mm加或減300mm之曲率半徑「R」，以提供足夠的彎曲，以在介於室溫及約1200℃或更高之處理溫度之間的基板溫度下抵抗介於0與1大氣壓之間的壓力差。可知曲率半徑的範圍係僅作為例示說明之用，因為其可根據上圓頂角度(θ)、直徑與厚度、周邊凸緣厚度或寬度、以及作用在上圓頂200的表面210、212上之壓力差等而變化。在各個實例中，曲率半徑「R」係介於約900mm至約2500 mm之間。
參閱第2A圖，在一具體實施例中，上圓頂200係建構為使中央窗部部分202相對於一水平平面「E」傾斜一角度(θ)。水平平面「E」係大致平行於一基板(未示，例如第1A圖中的基板108)的一縱向軸。在各種具體實施例中，中央窗部部分202與水平平面「E」之間的角度(θ)一般係小於22°。在一具體實施例中，角度(θ)係介於約6°至約21°之間，例如約8°至約16°之間。在一實例中，角度(θ)係約為10°。傾斜約10°之中央窗部部分202係提供了比傳統上圓頂(通常具有約22°或更大之一角度(θ))更為平坦的一上圓頂。相較於傳統的上圓頂，角度(θ)的度數減少將導致上圓頂200下移約0.05吋至0.8吋，例如約0.3吋。
上圓頂200係具有介於約200mm至約500mm之一總外徑，例如約240mm至約330mm，例如約295mm。中央窗部部分202具有之一厚度「T1」係介於約2mm至約10mm，例如約3mm至約6mm。在一實例中，中央窗部部分202係約4mm厚。中央窗部部分202具有之一外徑「D1」為約130mm至約250mm，例如約160mm至約210mm。在一實例中，中央窗部部分202之直徑約為190mm。周邊凸緣204具有之一厚度「T2」係介於約25mm至約125mm之間，例如約45mm至約90mm。在一實例中，周邊凸緣204係約70mm厚。周邊凸緣204具有之一寬度「W1」係介於約5mm至約90mm，例如約12mm至約60mm，其可隨半徑而變化。在一實例中，周邊凸緣204係約30mm寬。若處理室中未使用襯套組件， 則周邊凸緣204的寬度會增加約50mm至約60mm，而中央窗部部分202的寬度會減少相同的量。在這樣的情況中，周邊凸緣204的厚度與圓頂角度(θ)會因而減少，且熟習該領域技術之人係可根據本說明書來計算其減少量。
若使用下圓頂角度，則周邊凸緣204會變得更朝向中央窗部部分202。然而，中央窗部部分202直徑之限制因子為，反射器(例如第1圖的反射器122)必須能夠將光反射回基板加上預熱環(若有使用的話)的區域。因此，有利的是，將周邊凸緣204稍微移向內側、同時能提供直徑介於約130mm至約300mm之中央窗部部分202。
上圓頂200的「接近平坦」型態在與底環(例如第8A圖的底環836)及一更平坦的下圓頂(例如第7A圖與第7B圖的下圓頂700)結合時係形成一淺球形之幾何形狀，其已被證明在抵抗處理室內外壓力差時是有效的，特別是在進行一減低之壓力或低壓應用時(例如一磊晶沉積處理)。此外，已經觀察到上圓頂200的「接近平坦」型態在有側向壓力施加至周邊凸緣204時，會導致在位於周邊凸緣204與中央窗部部分202之間焊接接合點「B」區域中有較低的剪應力。雖然可藉由使用一較厚窗部部分來解決因壓力差所致之中央窗部部分202的應力作用，但厚窗部部分會提供過多的熱質量，其會導致能穩態處理之時間延後。因此，整體的處理量會降低。同時，具有厚窗部部分的上圓頂會在處理期間呈現不良的彈性，並在周邊凸緣204處產生高剪應力，而中央窗部部分202係徑向地包含於周邊凸緣204中。此外，厚 窗部部分會需要花費較長時間來散熱，這會影響基板的穩定化。由於球形幾何形狀係可有效率地固有地處理降低之壓力，上圓頂200係可使用比傳統導管所用者(在基板上方有突然變大的截面積變化)更薄的石英壁。
上圓頂200的中央窗部部分202的厚度係選擇為上述範圍，以確保可處理在周邊凸緣204和中央窗部部分202(第2C圖)之間的介面處所發展的剪應力。較薄的石英壁(亦即中央窗部部分202)是一種更有效率的熱傳媒介，因此石英係吸收較少能量。因此上圓頂可保持相對較冷。較薄壁之圓頂也更快達到溫度穩定化，並可更快地回應對流冷卻，這是因為較少的能量被儲存且對外部表面之傳導路徑較短。因此，上圓頂200的溫度可更緊密地保持在一所需要之設定點，以在整個中央窗部部分202上有較佳之熱均勻性。此外，雖然中央窗部部分202係徑向傳導至周邊凸緣204，但一較薄的圓頂壁會產生在基板上方之一增進的溫度均勻性。有利的是不會過度加熱周邊凸緣204，進而可保護配置在周邊凸緣204周圍的O形環。同樣有利的是不會在徑向方向中過度冷卻中央窗部部分202，因為這樣會產生不想要的溫度梯度變化，此不想要的溫度梯度變化將反射至正受處理的基板表面上，並使薄膜均勻性變差。
下列表1提供了上圓頂200的非限制性細節，這些細節係僅提供作為根據本發明具體實施例之一例示實例。
藉由將上圓頂200變平坦，即可大幅增進處理室的輻射熱傳特性，同時有較低的寄生損失、及對溫度感測器之較低雜訊，這是因為高溫計係可被放置為盡可能靠近基板表面。改良的上圓頂與下圓頂(如下文將以第7A圖至第7C圖進行說明)也產生一減少之整體處理室體積，這可改進氣體轉換次數並減少泵送與排氣次數，導致較少的循環次數與提升之基板處理量。此外，上圓頂的「接近平坦」形態係可避免或明顯地最小化在處理室的上處理區中之氣體流動紊流或循環，這是因為其避免了與先前設計在基板上方有截面積突然變化(會對流動均勻性有不利影響)有關的問題。呈接近平坦且具有增加之凸緣半徑也有助於整個處理室截面積上之固定的排氣壓力均勻性，而在基板上方產生高度均勻的流場。
例示下圓頂
第7A圖與第7B圖為根據本發明一具體實施例、可用於替代第1A圖之下圓頂114的一下圓頂700的示意圖。第7A圖說明了下圓頂700的剖面圖，第7B圖說明下圓頂700的上視圖。如第7A圖所示，下圓頂700係形成為具有一中央開口708之概呈圓形、淺馬丁尼酒杯或漏斗的形狀。下圓頂700係沿一中心軸「C」(第7B圖)呈徑向對稱。如先前所 述，中央開口708係於一基板的負載及卸載期間提供了貫穿其間之一軸桿(例如第1圖的中央軸桿132)之自由移動。下圓頂700一般包括一柄部702、一周邊凸緣704、以及徑向延伸以連接柄部702與周邊凸緣704之一底部706。周邊凸緣704係配置以圍繞底部706的圓周。或者是，根據處理室設計而定，周邊凸緣704係至少部分圍繞底部706。在與一上圓頂和一底環(例如第1圖的上圓頂128和底環136)結合時，周邊凸緣704和底部706一般係定義了處理室的內部體積。
如以下將說明，底部706係製為薄的且具有充分撓性以於處理期間容許彎曲，而周邊凸緣704是厚的且具有充分剛性以限制該底部706。周邊凸緣704係製為不透明，以保護O形環(在第1圖中係標示為182)免於直接暴露於熱輻射。或者是，周邊凸緣704係由透明的石英所形成。下圓頂700的底部706係由對於燈之直接輻射一般呈透光性而無顯著吸收之材料所形成。
周邊凸緣704和底部706係由一焊接接合點「B」而鎖固在其相對端部處。周邊凸緣704係建構為沿著維度轉換部分713具有一圓角半徑「r」，該圓角半徑「r」係由從底部706的薄度至周邊凸緣704的塊體之平滑且逐漸的變化所定義。第7C圖繪示接合之接合點「B」的放大圖，其說明了周邊凸緣704的圓角半徑。圓角半徑係一連續彎曲之凹部，其可被視為三段曲線，包括周邊凸緣704的頂部、轉換部分713的主要主體、以及與底部706匹配的部分。因此，在這三段曲線中並非皆為同一半徑。圓角半徑一般係藉由決定圓角半 徑的表面輪廓、然後在數學上確定對此輪廓之最佳匹配球體而進行測量。此一最佳匹配球體的半徑即圓角半徑。
圓角半徑消除了在周邊凸緣704與底部706會合之接合點的介面處之尖銳角部。尖銳角部的消除也使得能夠在設備的接合點上沉積塗層，這些塗層係比具尖銳角部的接合點之塗層更為均勻且更厚。由於燈會被放置的更靠近基板，圓角半徑係經選擇以提供周邊凸緣704之一增加徑向厚度，以與底部706的逐漸變化量與「接近平坦」之曲率一起(將於下文中說明)提供對基板之一均勻輻射熱傳。更重要的，具有圓角半徑之接合點也繪降低或消除在接合點處的剪力。在各種具體實施例中，周邊凸緣704的圓角半徑「r」係介於約0.1吋至約5吋之間，例如介於約0.5吋至約2吋之間。在一實例中，圓角半徑「r」係約為1吋。
具有較大圓角半徑的周邊凸緣704在處理熱與大氣應力上是理想的。在基板的處理期間，下圓頂700會因處理室內降低之內部壓力與作用於下圓頂之外部大氣壓力之間的大壓力差而有高張應力負載。高張應力會使下圓頂變形。然而，已經觀察到若對周邊凸緣704(見第7A圖)的側部向內施加一側向壓力「P」，則在處理期間下圓頂700的張應力會大幅減少。施加於周邊凸緣704上的側向壓力會迫使底部706外彎，並且因而補償圓頂變形。在本文中，側向壓力「P」是指施加在周邊凸緣704的外周邊表面726上的一已知大小的負載力(單位為磅/每平方吋(psi))。在一具體實施例中，側向壓力「P」約為280psi或以上。在另一具體實施例中， 側向壓力「P」係介於約60psi至約250psi之間。在一實例中，側向壓力「P」約為80psi。
已經觀察到在對周邊凸緣704施以一側向應力時，周邊凸緣704的張應力可從沒有側向應力「P」時的1300psi至2000psi減少至低於1000psi。結合前述較大的圓角半徑「r」，當對周邊凸緣704施加大約為80psi之一側向應力「P」時，即可大幅降低周邊凸緣704的張應力。
參閱第7A圖，在一具體實施例中，下圓頂700係建構為使底部706相對於一水平平面「A」傾斜一角度(θ)。水平平面「A」係大致平行於一基板(未示，例如第1A圖中的基板108)的一縱向軸。在各種具體實施例中，底部706與水平平面「A」之間的角度(θ)一般係小於22°。在一具體實施例中，角度(θ)係介於約6°至約21°之間，例如約8°至約16°之間。在另一具體實施例中，角度(θ)係介於約6°至約12°之間。在一實例中，角度(θ)係約為10°。傾斜約10°之底部706係提供了比傳統下圓頂(通常具有約22°或更大之一角度(θ))更為平坦的一下圓頂700。相較於傳統的下圓頂，角度(θ)的度數的減少將導致下圓頂700上移約0.3吋至1吋，例如約0.6吋。
下圓頂700的底部706的厚度係經選擇，以確保可處理在周邊凸緣704和底部706(第7C圖)之間的介面處所發展的剪應力。在本發明的各個具體實施例中，底部706具有之一厚度「T2」係介於約2mm至約16mm的範圍內，例如介於約3.5mm至約10mm。在一實例中，底部706具有約 為6mm之一厚度。底部706具有之一外徑「D2」係約300mm至約600mm，例如約440mm。周邊凸緣704具有之一厚度「T2」係介於約20mm至約50mm之間，例如約30mm；周邊凸緣704具有之一寬度「W2」係介於約10mm至約90mm，例如約50mm至約75mm，其可隨半徑而變化。在一實例中，下圓頂700具有之一總外徑係介於約500mm至約800mm，例如約600mm。中央開口708具有介於約300mm至約500mm之一外徑，例如約400mm。在另一具體實施例中，中央開口708具有之一外徑係約10mm至約100mm，例如約20mm至約50mm，例如約35mm。可知下圓頂的大小、角度(θ)與厚度皆可根據處理室設計及作用於下圓頂700的側部上之壓力差而加以變化。
下圓頂700的「接近平坦」型態在與底環(例如第8A圖的底環836)及一較平坦的上圓頂(例如第2A圖與第2B圖的上圓頂200)結合時係形成一淺球形之幾何形狀，其已被證明在抵抗處理室內外壓力差時是有效的，特別是在進行一減低之壓力或低壓應用時(例如一磊晶沉積處理)。此外，已經觀察到下圓頂700的「接近平坦」型態在有側向壓力施加至周邊凸緣704時，會導致在位於周邊凸緣704與底部706之間焊接接合點「B」區域中有較低的剪應力。雖然可藉由使用一較厚的圓頂壁(亦即底部706)來解決因壓力差所致之底部706的應力作用，但厚的圓頂壁會提供過多的熱質量，其會導致能穩態處理之時間延後。因此，整體的處理量會降低。同時，厚的圓頂壁會在處理期間呈現不良的彈性， 並在周邊凸緣704處產生高剪應力，而底部706係徑向地包含於周邊凸緣704中。此外，厚圓頂壁會需要花費較長時間來散熱，這會影響基板的穩定化。由於球形幾何形狀係可有效率地固有地處理降低之壓力，下圓頂700係可使用比傳統導管所用者(在基板上方有突然變大的截面積變化)更薄的圓頂壁。
下列表2提供了下圓頂700的非限制性細節，這些細節係僅提供作為根據本發明具體實施例之一例示實例。
藉由將下圓頂700與上述之上圓頂200變平坦，可減少處理室的處理體積，續而減少泵送與排氣次數。因此，基板處理量係可提升。改良的下圓頂也提供了對基座與基板之一固定、均勻的輻射熱傳，這是因為輻射加熱燈可被放置地盡可能靠近基板背側，即可於基座的背側上(若使用的是平板狀之基板支座(第1A圖)的話)、或基板的背側上(若使用的是環形的基板支座(第1B圖)的話)產生較佳的傳送、更潔淨的區域均勻性，藉此減少寄生損失，這是因為輻射加熱燈可配置為與置有基板之基座盡可能平行。如有需要，在 可沿著流動路徑於石英圓頂之間導入高阻抗接觸，以減緩串擾。
例示底環
第8A圖繪示了可用以替代第1A圖與第1B圖之底環136的一例示底環的立體剖面圖。底環836係由鋁或任何適當材料(如不鏽鋼)所形成。底環836一般係包括一負載口803、一處理氣體入口874、以及一氣體出口878，且係以類似於如第1A圖與第1B圖所示之負載口103、處理氣體入口174與氣體出口178的方式作用。底環836包括一環形主體，其大小係容置於第1圖的處理室的內圓周內。環形主體具有一大致長橢圓形形狀，具有在該負載口803上之一長邊以及分別在處理氣體入口874和氣體出口878上之短邊。負載口803、處理氣體入口874與氣體出口878係相對於彼此呈約90°之偏斜。在一實例中，負載口803係位於處理氣體入口874與氣體出口878之間、底環836的一側上，其中處理氣體入口874與氣體出口878係配置在底環836的相對端部處。在各個具體實施例中，負載口803、處理氣體入口874與氣體出口878係彼此對齊且設置在實質相同高度處，即如第1A圖與第1B圖中的負載口103、處理氣體入口174與氣體出口178。
底環836的內圓周817係配置以容置一襯套組件，例如第1A圖的襯套組件163或上述關於第6圖所說明之襯套組件600。底環836的負載口803、處理氣體入口874、以及氣體出口878係配置以與襯套組件(第6圖)及氣體入口機 構(第3A圖至第3C圖)結合作業，以提供一或多種處理/淨化氣體至處理空間中。
雖未繪示出，但鎖固件係可配置穿過形成於底環836的上表面814上之鎖固插槽(未示)而至一夾鉗環(例如第1A圖的夾鉗環130或第4A圖的夾鉗環400)的凹槽(未示)中，以將上圓頂128的周邊凸緣鎖固在底環836與夾鉗環之間。
在一具體實施例中，負載口803具有之一高度「H4」係介於約0.5吋至約2吋，例如約1.5吋。底環136具有之一高度「H3」約為2吋至約6吋，例如約4吋。底環836的高度係設計為可使底環836的整體高度比傳統的底環高度短少約0.5吋至約1吋。因此，基板與光學高溫計(未示，例如第1A圖的高溫計118)之間的距離也可減少。結果是，光學高溫計的讀取解析度可被大幅增進。在一實例中，基板和光學高溫計之間的距離約為250mm。藉由減少基板和高溫計之間、以及上與下圓頂的距離，即可大幅增進處理室的輻射熱傳特性，同時有較低的寄生損失、及對溫度感測器之較低雜訊，以及更多的熱傳和從輻射加熱燈到基板、以及從上反射器到基板的中心對邊緣的提升之均勻性。底環836之較小高度與上述關於第2A-2B圖所說明之上圓頂的「接近平坦」形態也能夠在低於500℃之較低溫度下有一穩健且精確的測溫性。處理氣體入口874與氣體出口878的形態係允許一同中心的處理套件(例如襯套組件)，其大幅增進襯套能力以含有光洩漏，使得測溫性在低於500℃的溫度下更為精確。
由於底環836係由熱傳導性材料所形成，且係因下圓頂之接近平坦形態而更靠近輻射加熱燈，底環836會包括形成於其中的一或多個冷卻劑通道，一冷卻流體(例如水)係流經該一或多個冷卻劑通道以冷卻底環。冷卻劑通道係設置在底環836的圓周周圍、一O形環(例如第1A圖之O形環182、184)近側區域中。第8B圖為從另一角度所示之第8A圖的底環836之立體圖，其繪示了根據本發明一具體實施例之一上環件810與一下環件812。上環件810與下環件812係配置以分別設於底環836的上表面814與下表面816上。上環件810與下環件812具有環形形狀，且在與底環836組裝時係一般為同心或共軸。
第8C圖是第8B圖的底環836之一放大之部分剖面圖，該圖繪示了分別形成於底環836的上表面814與下表面816(第8B圖)中的上溝槽818與下溝槽820以容置上環件810與下環件812。為易於理解，底環836係示意地繪示為兩個分離部件。上與下溝槽818、820係形成為與底環836的內圓周817相鄰。上環件810係形成為大致呈一「H」字型，使得當其停置在上溝槽818內時，在上環件810與上溝槽818之間係可定義一環形的流體流動路徑，該流體流動路徑係形成底環836之一上冷卻劑通道822。同樣地，下環件812係形成為大致呈一「H」字型，使得當其停置在下溝槽820內時，在下環件812與下溝槽820之間係可定義一環形的流體流動路徑，該流體流動路徑係形成底環836之一下冷卻劑通道824。上環件810、下環件812、以及底環836係焊接在一起 而形成一整合主體。上與下環件810、812係形成為任何所需形狀，只要冷卻流體可循環通過上與下環件810、812和底環836之間所定義的個別環形流體流動路徑以進行底環836的適當冷卻即可。
在一具體實施例中，底環836係包括一頂部內壁826，頂部內壁826係從底環836的上表面814向上延伸。頂部內壁826係配置於底環836的一內圓周817周圍，使得頂部內壁826的一外部部分825與上環件810的一內部部分827在上溝槽818近側定義一上環溝槽828，以供放置一O形環(未示，例如第1A圖的O形環182、184)。同樣地，底環836亦包括一底部內壁830，底部內壁830係從底環836的下表面816向下延伸。底部內壁830係配置於底環836的一內圓周817周圍，使得底部內壁830的一外部部分829和下環件812的一內部部分831在下溝槽820的近側定義出一下環溝槽832，以供放置一O形環(未示，例如第1A圖的O形環182、184)。
在處理期間，冷卻流體係從一冷卻來源(未示)注入至設置在底環836的內圓周817周圍的上與下冷卻劑通道822、824，因為底環836的內圓周817係暴露於最多的熱，最接近處理室100的處理條件。因為冷卻流體係固定地注入，因此冷卻流體可最有效率地吸收了來自底環836的內圓周817的熱。冷卻流體是以逆流方式流經上與下冷卻劑通道822、824，以助於使底環836與O形環維持在一相對低的溫度。
前文內容係針對本發明之具體實施例，然也可在不脫本發明之基本範疇下得到本發明的其他與進一步的具體實施例，本發明之範疇係由如附申請專利範圍所決定。

Claims (20)

  1. 一種用於一基板處理室的環組件，包括：一環形主體，具有一上表面與一下表面，該下表面相對於該上表面，該環形主體包括：一基板負載口；一氣體入口，設置在該環形主體的一側壁；及一氣體出口，其中該氣體入口與該氣體出口係設置在該環形主體的相對端部處；一上環件設置在該上表面，該上環件與該環形主體的該上表面定義出在該上環件與該環形主體的該上表面之間的一第一流體通道；以及一下環件設置在該下表面，該下環件與該環形主體的該下表面定義出在該下環件與該環形主體的該下表面之間的一第二流體通道，其中該環形主體、該上環件與該下環件為同心的。
  2. 如請求項1所述之環組件，更包括：一頂部壁，該頂部壁從該環形主體的該上表面向上延伸，該頂部壁設置於該環形主體的一圓周周圍，其中該頂部壁的一外部部分與該上環件的一內部部分定義了一上溝槽；以及一底部壁，該底部壁從該環形主體的該下表面向下延伸，該底部壁設置於該環形主體的該圓周周圍，其中該底部 壁的一外部部分與該下環件的一內部部分定義了一下溝槽。
  3. 如請求項2所述之環組件，其中該上溝槽與該下溝槽的大小經設計以分別容置一O形環。
  4. 如請求項1所述之環組件，其中該環形主體係由含鋁材料所形成。
  5. 如請求項1所述之環組件，其中該環形主體係由不鏽鋼所形成。
  6. 如請求項1所述之環組件，其中該上環件與該下環件的每一者具有一大致為「H」字型的截面。
  7. 如請求項1所述之環組件，其中該基板負載口係相對於該氣體入口與該氣體出口呈約90°之偏斜。
  8. 一種用於一基板處理室之底環組件，包括：一環形主體，以容置在該基板處理室的一內圓周內，該環形主體具有：一基板負載口；一氣體入口，設置在該環形主體的一側壁；一氣體出口，其中該氣體入口與該氣體出口係設置在該環形主體的相對端部處； 一第一溝槽，形成在該環形主體的一上表面；及一第二溝槽，形成在該環形主體的一下表面；一第一環件設置在該環形主體的該第一溝槽內，該第一環件與該第一溝槽定義了在該第一環件與該第一溝槽之間的一第一環形通道；以及一第二環件設置在該環形主體的該第二溝槽內，該第二環件與該第二溝槽定義了在該第二環件與該第二溝槽之間的一第二環形通道。
  9. 如請求項8所述之底環組件，其中該環形主體更包括：一第一壁，該第一壁從該環形主體的該上表面向上延伸，其中該第一壁係設置於該環形主體的一內圓周周圍，且該第一壁的一外部部分與該第一環件的一內部部定義了一第一環溝槽；及一第二壁，該第二壁從該環形主體的該下表面向下延伸，其中該第二壁係設置於該環形主體的該內圓周周圍，且該第二壁的一外部部分與該第二環件的一內部部分定義了一第二環溝槽。
  10. 如請求項8所述之底環組件，其中該第一溝槽與該第二溝槽的每一者的大小經設計以分別容置一O形環。
  11. 如請求項8所述之底環組件，其中該環形主體係由鋁或不鏽鋼所形成。
  12. 如請求項8所述之底環組件，其中該環形主體係由塗佈一材料層的鋼所形成。
  13. 如請求項8所述之底環組件，其中該基板負載口、該氣體入口、及該氣體出口係與一平面相交。
  14. 如請求項8所述之底環組件，其中該基板負載口係相對於該氣體入口與該氣體出口呈約90°之偏斜。
  15. 如請求項8所述之底環組件，其中該第一環件與該第二環件具有一大致為「H」字型的截面。
  16. 一種用於處理一基板的處理室，包括：一基板支座，設置在該處理室內，該基板支座具有一基板支座表面；一下圓頂，設置在相對於該基板支座的下方；一上圓頂，設置在相對於該基板支座的上方，該上圓頂與該下圓頂相對；及一環組件，設置在該上圓頂與該下圓頂之間，該環組件包括：一環形主體，該環形主體具有設置於該環形主體的一側壁的一氣體入口，形成在該環組件的一上表面的一第一溝槽，以及形成在該環組件的一下表面的一第二溝槽； 一第一環件設置在該環形主體的該第一溝槽內，該第一環件與該第一溝槽定義了在該第一環件與該第一溝槽之間的一第一環形通道；以及一第二環件設置在該環形主體的該第二溝槽內，該第二環件與該第二溝槽定義了在該第二環件與該第二溝槽之間的一第二環形通道。
  17. 如請求項16所述之處理室，其中該環組件更包括：一第一壁，該第一壁從該環形主體的該上表面向上延伸，該第一壁係設置於該環形主體的一內圓周周圍，且該第一壁的一外部部分與該第一環件的一內部部定義了一第一環溝槽；及一第二壁，該第二壁從該環形主體的該下表面向下延伸，該第二壁係設置於該環形主體的該內圓周周圍，且該第二壁的一外部部分與該第二環件的一內部部分定義了一第二環溝槽。
  18. 如請求項16所述之處理室，其中該環形主體係由鋁或不鏽鋼所形成。
  19. 如請求項16所述之處理室，其中該上圓頂包括：一中央窗部部分；及一周邊凸緣，該周邊凸緣在該中央窗部部分的一圓周處接合該中央窗部部分，其中在該中央窗部部分的一內側表面 上的穿過該中央窗部部分與該周邊凸緣的一交會處的一切線，係相對於該周邊凸緣的一平坦上表面成約6°至約21°的一角度。
  20. 如請求項16所述之處理室，其中該下圓頂包括：一中央開口；一周邊凸緣；及一底部，向外徑向延伸以連接該周邊凸緣與該中央開口，其中在該底部的一外側表面上的穿過該底部與該下圓頂的該周邊凸緣的一交會處的一切線，係相對於該下圓頂的該周邊凸緣的一平坦下表面成約6°至約21°的一角度。
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