TWI646214B - 在化學氣相沉積反應器中的基座的設計 - Google Patents

在化學氣相沉積反應器中的基座的設計 Download PDF

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Abstract

於此所述的實施例大體關於一種用以沉積材料於基板上的設備。設備包含基板支撐組件。基板支撐組件包含基座和設置在基座上的基板支撐環。基板支撐環具有第一表面和第二表面，第一表面用以接收基板，第二表面相對第一表面。第二表面包含至少三個突出且每一突出具有尖端，尖端與基座接觸。基板支撐環係由具有低熱傳導率的材料所製成，且將基板支撐環和基座間的接觸區域最小化，以將從基座至基板邊緣之不需要的熱傳導最小化。

Description

在化學氣相沉積反應器中的基座的設計
於此所述的實施例大體關於半導體製造，且尤指一種用以沉積材料於基板上之設備。
積體電路通常係藉由連續沉積導體層、半導體層或絕緣層而形成於基板上，特別是矽晶圓上。半導體元件在尺寸上的持續減少係取決於(舉例來說)在沉積處理期間之基板的溫度之更精確的控制。通常地，基板於沉積處理期間係設置於經加熱的基座上。基板可能因為具有非常不同的熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion,CTE)之材料的塗層，或因為固有的抗張應力而彎曲。彎曲的基板(通常具有凹面形狀)因為基板的一部分與經加熱的基座接觸，同時其餘部分不與經加熱的基座接觸而被不均勻地加熱。
因此，需要一種具有改良的基板溫度均勻度之處理設備。
於此所述的實施例大體關於一種用以沉積材料於基板上的設備。設備包含基座和設置在基座 上的基板支撐環。基板支撐環具有第一表面和第二表面，第一表面用以接收基板，第二表面相對第一表面。第二表面包含至少三個突出且每一突出具有尖端，尖端與基座接觸。
在一個實施例中，揭露一種設備。設備包含基座和基板支撐環，基板支撐環係設置於基座的表面上。基板支撐環包含第一表面和第二表面，第一表面用以接收基板，第二表面相對第一表面。第二表面包含至少三個突出，每一突出具有尖端，且每一尖端係與基座接觸。
在另一個實施例中，揭露一種設備。設備包含腔室本體和基板支撐組件，基板支撐組件係設置於腔室本體中。基板支撐組件包含基座和基板支撐環，基板支撐環係設置於基座的表面上。基板支撐環包含第一表面和第二表面，第一表面用以接收基板，第二表面相對第一表面。第二表面包含至少三個突出，每一突出具有尖端，且每一尖端係與基座接觸。
在另一個實施例中，揭露一種設備。設備包含基座及至少三個凹陷，基座具有表面，至少三個凹陷係形成於基座的表面中。基板支撐組件進一步包含基板支撐環，基板支撐環設置於基座的表面上。基板支撐環包含第一表面和第二表面，第一表面用以接收基板，第二表面相對第一表面。第二表面包含至 少三個突出，每一突出具有尖端，且每一尖端係設置於至少三個凹陷之對應的凹陷中。
100‧‧‧設備
101‧‧‧腔室本體
102‧‧‧加熱燈
103‧‧‧基座
104‧‧‧基板支撐組件
105‧‧‧舉升銷
107‧‧‧基板支撐環
108‧‧‧基板
111‧‧‧背側
114‧‧‧下方圓底
116‧‧‧上表面
118‧‧‧光學高溫計
122‧‧‧反射器
126‧‧‧加工通道
128‧‧‧上方圓頂
130‧‧‧夾持環
132‧‧‧軸
136‧‧‧底環
156‧‧‧處理區域
158‧‧‧清潔區域
162‧‧‧清潔氣體源
163‧‧‧襯墊組件
164‧‧‧清潔氣體入口
165‧‧‧流動路徑
166‧‧‧流動路徑
167‧‧‧屏蔽件
172‧‧‧處理氣體供應源
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
201‧‧‧第一表面
202‧‧‧突出
203‧‧‧第二表面
204‧‧‧尖端
206‧‧‧彎曲表面
207‧‧‧頂表面
208‧‧‧外側部分
210‧‧‧內側部分
212‧‧‧凹陷
303‧‧‧基座
304‧‧‧溝槽
307‧‧‧頂表面
308‧‧‧外側部分
310‧‧‧內側部分
312‧‧‧凹陷
H1‧‧‧高度
H2‧‧‧高度
H3‧‧‧距離
為使本揭露書之上述所載之特徵可被詳細地理解，可參照實施例(一些實施例係繪示於附隨的圖式中)而獲得本揭露書的更特定的說明(於上文部分所簡單摘要者)。然而，應注意附隨的圖式僅繪示此揭露書的通常實施例，且因此不被視為限制本揭露書之範圍，因為本揭露書可採用其他等效的實施例。
第1圖為依據於此所述之一個實施例的用以沉積材料於基板上之設備的剖視圖。
第2A-2C圖繪示依據於此所述之實施例的基板支撐組件。
第3A-3B圖繪示依據於此所述之實施例的基板支撐組件。
為幫助理解，已盡可能使用相同的元件符號以指定共用於圖式的相同元件。應考量一個實施例的元件和特徵可被有利地併入其他實施例中而無須進一步載明。
於此所述的實施例大體關於一種用以沉積材料於基板上的設備。設備包含基板支撐組件。基板支撐組件包含基座和設置在基座上的基板支撐 環。基板支撐環具有第一表面和第二表面，第一表面用以接收基板，第二表面相對第一表面。第二表面包含至少三個突出且每一突出具有尖端，尖端與基座接觸。
第1圖為依據一個實施例的用以沉積材料於基板108上之設備100的剖視圖。設備100可為熱CVD腔室，具有如第1圖中所示之設置於基板108之下方的加熱燈102之陣列。然而，設備100不限於第1圖中所示的構造。在一些實施例中，基板108可由被鑲嵌在基座中的加熱元件而加熱，基座係支撐基板，且處理氣體可經由設置在基板108之上方的噴淋頭而被引入。在一些實施例中，輻射加熱燈之陣列可被設置於基板108的上方。
如第1圖中所示，設備100包含腔室本體101、設置在腔室本體101中之上方圓頂128和下方圓底114及設置在上方圓頂128和下方圓底114間的底環136。大體而言，上方圓頂128和下方圓底114係由光學透明的材料(諸如石英)所形成。基板支撐組件104係設置於腔室本體101中，位於上方圓頂128和下方圓底114間。基板108(未依比例)可經由裝載埠(圖未示)而被送入設備100並放置於基板支撐組件104上。基板支撐組件104包含基座103和基板支撐環107，基板支撐環107設置於基座103上。 基板支撐組件104可藉由軸132所支撐。基板108可被設置於基板支撐環107上。
基板支撐組件104係顯示於升高的處理位置，但可藉由致動器(圖未示)而被垂直地往返至在處理位置下方之裝載位置，以允許舉升銷105通過基座103中之孔而接觸下方圓底104，並將基板108從基板支撐環107升起。在一些實施例中，舉升銷105並未接觸下方圓底104。反之，舉升銷105可接觸設置在下方圓底114之上方的支撐件(圖未示)。機械手臂(圖未示)可接著進入設備100以嚙合基板108，並將基板108通過裝載埠而從設備處移除。
基板支撐組件104(當位於處理位置時)將腔室本體101的內部容積分割成處理區域156及清潔區域158，處理區域係位於基板108之上方，清潔區域158係位於基座103之下方。基座103和基板支撐環107可在操作期間藉由軸132而旋轉，以最小化在腔室本體101內之熱效應和處理氣體流動空間異常，並因此幫助基板108的均勻處理。基板支撐組件104係詳細說明於下。
一或多個加熱燈(諸如加熱燈102之陣列)可以繞著中央軸132之特定方式而被設置成鄰近於下方圓底114並位於下方圓底114之下，以當處理氣體通過基板108之上方時，獨立地控制在基板108 之不同區域處的溫度，藉此幫助將材料沉積於基板108之上表面上。
環形屏蔽件167可被選擇性地繞著基板支撐組件104而配置。環形屏蔽件167可被耦接至襯墊組件163，襯墊組件163係耦接至底環136。屏蔽件167防止或最小化來自燈102之熱/光干擾洩漏至基板108的上表面116，同時提供用於處理氣體的預熱區。屏蔽件167可由SiC、塗佈有SiC之燒結石墨、生長的SiC、不透明石英、塗佈的石英或任何可抵抗處理和清潔氣體所致的化學分解之類似的、合適的材料。在一些實施例中，環形屏蔽件167可為預熱環，預熱環被用以在處理氣體抵達基板108前，加熱從處理氣體入口174流入的處理氣體。
反射器122可被選擇性地放置於上方圓頂128之上方，以將從基板108輻射出的紅外光反射回到基板108上。反射器122可使用夾持環130固定至上方圓頂128。反射器122可由金屬(諸如鋁或不銹鋼)所製成。反射的效率可藉由以高反射塗層(諸如金)塗佈反射器區域而改善。反射器122可具有一或多個加工通道126，加工通道126連接至冷卻源(圖未示)。光學高溫計118可被設置於反射器122上而用於溫度測量/控制。
從處理氣體供應源172所供應之處理氣體可藉由形成在底環136中之處理氣體入口174而 引入至處理區域156中。處理氣體入口174以大體徑向向內的方向導引處理氣體。在膜生成處理期間，基板支撐組件104可位於處理位置中，處理位置鄰近並位於約與處理氣體入口174同高處，允許處理氣體以層流方式沿著流動路徑173流動越過基板108之上表面116。處理氣體通過氣體出口178而離開處理區域156(沿著流動路徑175)，氣體出口178位於設備100之相對於處理氣體入口174之側上。通過氣體出口178而移除處理氣體可藉由耦接至氣體出口178之真空泵180幫加速。
清潔氣體可由清潔氣體源162通過形成自底環136中之選擇性的清潔氣體入口164(或通過處理氣體入口174)而被供應至清潔區域158。清潔氣體入口164係設置於處理氣體入口174之下方。清潔氣體入口164以大體徑向向內之方向而導引清潔氣體。在膜生成處理期間，基板支撐組件104可位於使得清潔氣體以層流方式沿著流動路徑165流動越過基座103之背側111的位置處。清潔氣體離開清潔區域158(沿著流動路徑166)並經由氣體出口178而排出處理腔室。
第2A-2C圖繪示依據於此所述之實施例的基板支撐組件。第2A圖為依據於此所述之實施例的基板支撐組件104之爆炸圖。基板支撐組件104包含基板支撐環107和基座103。基板支撐環107包 含第一表面201和第二表面203，第二表面203相對第一表面201。基板108於操作期間係設置於基板支撐環107之第一表面201上，且更特別地，基板108之邊緣與基板支撐環107接觸。第二表面203包含至少三個突出202且每一突出202具有尖端204。尖端204可設置於基座103上。基座103可由碳化矽或塗佈有碳化矽之石墨所製成，使得基座103可吸收來自設置在下方之燈102的輻射能量並加熱基板108。尖端204可被弄尖，使得在基板支撐環107和基座103間的接觸區域可為非常小的。此外，基板支撐環107可由具有低熱傳導率之材料(諸如石英)所製成。因此，因為基板支撐環107和經加熱的基座103間之小的接觸區域之故，基板108之不需要的邊緣加熱係最小化。
彎曲表面206(諸如弧形物)可被形成於鄰近的尖端204間。由於彎曲表面206並未包含任何的尖銳角度，彎曲表面206並未具有任何的應力集中區域。此設計幫助維持基板支撐環107在升高的溫度時之結構完整性。因此，最大數量的突出202可取決於彎曲表面206的彎曲度。太多的突出202可能導致在突出間的具尖銳角度的表面。在一個實施例中，存在有至少三個突出。因為基板108之邊緣連續地與基板支撐環107之第一表面201接觸(此防止處理氣體 流動越過基板108之背側)，在基板108上之背側沉積係最小化。
基座103包含面對基板支撐環107之頂表面207。頂表面207可包含外側部分208及內側部分210。基板支撐環107可被設置於外側部分208上。至少三個凹陷212(諸如孔或溝槽)可被形成於外側部分208中，以控制基板支撐環107相對於基座103的定位。當基板支撐環107被放置於基座103上時，每一尖端204可被放置於設置在基座103之外側部分208中的對應凹陷212中。當基座103於操作期間藉由軸132(顯示於第1圖中)而旋轉時，基板支撐環107相對於基座103可能係靜止的。內側部分210可為彎曲表面(如第2A及2B圖中所示)，或可為實質平坦表面(如第2C圖中所示)。
第2B圖為依據於此所述之實施例的支撐基板108之基板支撐組件104的剖面側視圖。如第2B圖中所示，基座103具有彎曲的內側部分210。當基板108朝內側部分210彎曲時，彎曲的內側部分210確保基板108不會接觸經加熱的基座103。在此構造中，基板支撐環107的高度「H1」可為相對地小，諸如約3mm至約10mm間。
第2C圖為依據於此所述之另一實施例的支撐基板108之基板支撐組件104的剖面側視圖。如第2C圖中所示，基座103具有平坦的內側部分 210。因此，基板支撐環107的高度「H2」可大於高度「H1」，且高度「H2」可在約4mm至約10mm間，以避免彎曲的基板108接觸經加熱的基座103。
第3A-3B圖繪示依據於此所述之實施例的基板支撐組件104。第3A圖為依據於此所述之實施例的基板支撐組件104之爆炸圖。基板支撐組件104包含基板支撐環107和基座303。基座303包含面對基板支撐環107之頂表面307。頂表面307可包含外側部分308及內側部分310。溝槽304可形成於外側部分308中且至少三個凹陷312係形成於溝槽304中，以控制基板支撐環107相對於基座303的定位。當基板支撐環107被放置於溝槽304中時，每一尖端204可被放置於設置在溝槽304中的對應凹陷312中。溝槽的寬度可寬於基板支撐環107之第一表面201，使得基板支撐環107的一部分可位於基座303之頂表面307之下方。
第3B圖為依據於此所述之實施例的基板支撐環107和基座303之剖視圖。如第3B圖中所示，基板支撐環107係設置於在基座303之外側部分308中所形成的溝槽304中。在此構造中，第二表面203(顯示於第3A圖中)係設置於溝槽304的內側並位於外側部分308之下方。因此，彎曲表面206(諸如複數個弧形物)係設置於溝槽304中且位於外側部分308之下方。由於具有弧形物設置在外側部分308 之下方，越過基板108之上表面116(顯示於第1圖中)之處理氣體的層流係未被干擾。在第一表面201和外側部分308間的距離「H3」可為約0.1mm及約0.5mm間。
於此所述之基板支撐組件包含基座和設置於基座上之基板支撐環。基板支撐環可具有至少三個突出，且每一突出具有尖端。基板支撐環之尖端可與基座接觸，且基板支撐環和基座間之小的接觸區域最小化設置在基板支撐環上之基板的邊緣之不需要的加熱。
雖然前面部分係涉及本揭露書之實施例，其他和進一步的實施例可經設計而不背離本揭露書的基本範圍，且本揭露書的範圍係由以下的申請專利範圍所決定。

Claims (15)

  1. 一種設備，包括：一基座；及一基板支撐環，設置在該基座之一表面上，該基板支撐環具有一第一表面和一第二表面，該第一表面用以接收一基板，該第二表面相對該第一表面，該第二表面具有至少三個突出，每一突出具有一尖端，且每一尖端與該基座接觸，該第二表面包含一形成於相鄰尖端間之弧形物，每一弧形物朝該第一表面延伸且與該第一表面分隔。
  2. 如請求項1所述之設備，其中該基座之該表面具有一內側部分及一外側部分，且該基板支撐環係設置於該基座之該表面的該外側部分上。
  3. 如請求項2所述之設備，進一步包括至少三個凹陷，該至少三個凹陷係形成於該基座之該表面的該外側部分中，其中該基板支撐環之每一尖端係放置於一對應的凹陷中。
  4. 如請求項3所述之設備，進一步包括一溝槽，該溝槽設置於該基座之該表面的該外側部分中，其中該至少三個凹陷係形成於該溝槽中。
  5. 如請求項2所述之設備，其中該內側部分係平坦的，且該基板支撐環具有約4mm及約10mm間的一高度。
  6. 如請求項2所述之設備，其中該內側部分係彎曲的，且該基板支撐環具有約3mm及約10mm間的一高度。
  7. 一種設備，包括：一腔室本體；及一基板支撐組件，設置於該腔室本體中，該基板支撐組件包括：一基座；和一基板支撐環，設置於該基座的一表面上，該基板支撐環具有一第一表面和一第二表面，該第一表面用以接收一基板，該第二表面相對該第一表面，該第二表面具有至少三個突出，每一突出具有一尖端，且每一尖端係與該基座接觸，該第二表面包含一形成於相鄰尖端間之弧形物，每一弧形物朝該第一表面延伸且與該第一表面分隔。
  8. 如請求項7所述之設備，其中該基座之該表面具有一內側部分及一外側部分，且該基板支撐環係設置於該基座之該表面的該外側部分上。
  9. 如請求項8所述之設備，進一步包括至少三個凹陷，該至少三個凹陷係形成於該基座之該表面的該外側部分中，其中該基板支撐環之每一尖端係放置於一對應的凹陷中。
  10. 如請求項9所述之設備，進一步包括一 溝槽，該溝槽設置於該基座之該表面的該外側部分中，其中該至少三個凹陷係形成於該溝槽中。
  11. 如請求項8所述之設備，其中該內側部分係平坦的，且該基板支撐環具有約4mm及約10mm間的一高度。
  12. 如請求項8所述之設備，其中該內側部分係彎曲的，且該基板支撐環具有約3mm及約10mm間的一高度。
  13. 如請求項7所述之設備，其中該基板支撐環包括石英。
  14. 一種設備，包括：一基座，包含一表面，該基座具有至少三個凹陷，該至少三個凹陷形成於該基座的該表面中；及一基板支撐環，設置於該基座的該表面上，該基板支撐環具有一第一表面和一第二表面，該第一表面用以接收一基板，該第二表面相對該第一表面，該第二表面具有至少三個突出，每一突出具有一尖端，且每一尖端係設置於該至少三個凹陷之一對應的凹陷中，該第二表面包含一形成於相鄰尖端間之弧形物，每一弧形物朝該第一表面延伸且與該第一表面分隔。
  15. 如請求項14所述之設備，進一步包括一溝槽，該溝槽設置於該基座之該表面中，其中該 至少三個凹陷係形成於該溝槽中。
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