TWI678722B - 用於高產率ｅｐｉ腔室的熱屏蔽環 - Google Patents

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Abstract

於此描述用於磊晶腔室的熱屏蔽組件。該熱屏蔽組件具有熱屏蔽構件及預熱構件。設置熱屏蔽構件於預熱構件上。熱屏蔽構件具有切斷部分，該切斷部分曝露預熱構件的部分。預熱構件具有凹陷部分以接收熱屏蔽構件。

Description

用於高產率EPI腔室的熱屏蔽環
本揭示案的實施例一般相關於用於半導體處理的設備。更特定地，於此描述之實施例相關於用於磊晶腔室的加熱元件。
磊晶為半導體處理中常用的處理，以製造具有極端均勻電性屬性的高品質材料以用於半導體裝置。隨著半導體裝置長得更小及製造單元更大，針對跨過單一製造基板之均勻性的需求為極端的。
在典型的磊晶腔室中，處理氣體自腔室的一側流動至另一側(移除排放氣體處)跨過基板。基板典型地在處理期間旋轉以最小化非均勻性的效應，但持續的非均勻性仍可表現如徑向變化。
在高產率磊晶腔室中，處理容積典型地非常小而靠近承受器(放置基板於該承受器上)。設置石英窗部覆於處理容積以局限處理氣體至處理容積。圓頂可在邊緣處稍微彎曲，該圓頂於該等邊緣處與腔室側面交會。隨著圓頂朝著腔室側面彎曲，處理容積壓縮而使靠近基板邊緣之用於處理氣體的流動路徑非常小。結果，處理氣體以非常高的速度流動。
磊晶腔室通常包含環繞承受器的預熱環或環組件。預熱環組件典型地自承受器下方的加熱元件吸收熱，且重新輻射熱於預熱環組件上方靠近承受器邊緣。在氣體到達承受器之前，輻射的熱增加進入處理氣體的溫度至處理溫度，設置基板於承受器上。此確保氣體與基板表面的反應起始於基板邊緣處。
由於壓縮的處理容積及靠近腔室側面的高氣體流動率，折衷了覆於預熱環組件的氣體加熱。覆於預熱環組件的停留時間可不足以允許處理氣體得到足夠的熱，以促進在基板邊緣處的磊晶成長。因此，減低基板邊緣處的成長且衝擊到均勻性。
存在有針對預熱處理氣體的設備之需求，以在非常高流動率情況下磊晶。
於此描述用於磊晶腔室的熱屏蔽組件。該熱屏蔽組件具有熱屏蔽構件及預熱構件。設置熱屏蔽構件於預熱構件上。熱屏蔽構件具有切斷部分，該切斷部分曝露預熱構件的部分。預熱構件具有凹陷部分以接收熱屏蔽構件。
100‧‧‧處理腔室
101‧‧‧封閉
102‧‧‧熱來源
104‧‧‧基板支撐
108‧‧‧基板
110‧‧‧上方表面
114‧‧‧外殼
115‧‧‧光學元件
120‧‧‧外徑
121‧‧‧內徑
122‧‧‧上方表面
128‧‧‧圓頂
130‧‧‧蓋
132‧‧‧內徑
133‧‧‧外徑
134‧‧‧空隙
136‧‧‧側壁
145‧‧‧熱模組
160‧‧‧熱屏蔽組件
162‧‧‧來源
163‧‧‧襯墊
164‧‧‧沖洗氣體管道
167‧‧‧預熱構件
168‧‧‧熱屏蔽構件
172‧‧‧來源
174‧‧‧處理氣體入口
178‧‧‧處理氣體出口
180‧‧‧真空來源
200‧‧‧熱屏蔽組件
202‧‧‧熱屏蔽構件
204‧‧‧預熱構件
206‧‧‧內徑
208‧‧‧外徑
210‧‧‧外徑
212‧‧‧內徑
220‧‧‧空隙
222‧‧‧部分
302‧‧‧尺度指示器
304‧‧‧第一邊緣
306‧‧‧第二邊緣
308‧‧‧半徑
310‧‧‧角度
402‧‧‧凹陷部分
404‧‧‧輪緣部分
406‧‧‧空隙
408‧‧‧腔室襯墊
410‧‧‧凹陷
412‧‧‧內壁
414‧‧‧鎖定插銷
502‧‧‧厚度
504‧‧‧邊緣延伸
506‧‧‧上方表面
508‧‧‧上方表面
550‧‧‧熱屏蔽組件
552‧‧‧預熱構件
554‧‧‧減低接觸特徵
600‧‧‧熱屏蔽組件
602‧‧‧圓邊緣
604‧‧‧切面邊緣
606‧‧‧預熱構件
608‧‧‧熱屏蔽構件
610‧‧‧具角度的表面
612‧‧‧具角度的表面
第1圖為根據一個實施例的處理腔室之示意橫截面視圖。
第2圖為根據另一實施例的熱屏蔽組件之俯視視圖。
第3圖為第2圖的熱屏蔽組件之熱屏蔽構件的俯視視圖。
第4圖為第2圖的熱屏蔽組件之預熱構件的俯視視圖。
第5A圖為第2圖的熱屏蔽組件之橫截面視圖。
第5B圖為第2圖的熱屏蔽組件之另一橫截面視圖。
第5C圖為根據另一實施例的熱屏蔽組件之橫截面視圖。
第6圖為根據另一實施例的熱屏蔽組件之橫截面視圖。
為了便於理解，盡可能使用相同元件符號，以標示圖式中常見的相同元件。思量揭露於一個實施例中的元件可有利地使用於其他實施例，而無須特定敘述。
在此揭示案中，「頂部」、「底部」、「側面」、「上方」、「下方」、「上」、「下」、「向上」、「向下」、「水平」、「垂直」等用語並非意指絕對方向。取而代之地，該等用語意指相對於腔室的基本平面之方向，例如，平行於腔室之基板處理表面的平面。
第1圖為根據一個實施例的處理腔室100之示意橫截面視圖。腔室100之特徵為一封閉101，封閉101具有設置於封閉101中的基板支撐104。典型地設 置基板108於基板支撐104上以處理腔室100。處理氣體入口174(穿過處理腔室100的側壁136且穿過設置於處理腔室100中的襯墊163形成處理氣體入口174)提供通路以流動處理氣體進入封閉101。處理氣體自處理氣體的來源172流動穿過處理氣體入口174並跨過基板108的上方表面。在處理期間基板支撐104可旋轉基板以改良均勻性。設置處理氣體出口178於側壁136及襯墊163中(相對於處理氣體入口174)以允許處理氣體流動跨過基板108以離開腔室100。真空來源180自腔室100排空處理氣體。
設置圓頂128於基板支撐104上方且與基板支撐104一起界定出處理容積。蓋130維持圓頂128於其位置。
可提供熱至使用熱模組的處理，該熱模組可位於基板支撐104的上方或下方。在腔室100中，提供熱模組145於基板支撐104下方。熱模組145包括外殼114，設置複數個熱來源102於外殼114中。熱來源102可為任何燈具、LED及雷射的組合，且熱模組145可包含光學元件115(例如透鏡、光管及/或其他反射性及折射性元件)，可對光學元件115各自塑形以引導自個別熱來源102朝向基板支撐104發射的能量。來自熱模組145的熱加熱基板支撐104而藉由傳導(如果基板主要接觸基板支撐104)或藉由輻射(如果基板主要未接觸基板支撐104)轉換熱至基板。
熱屏蔽組件160環繞基板支撐104。熱屏蔽組件160為與基板支撐104同心的環狀結構。熱屏蔽組件160的外徑120較襯墊163的內徑121或腔室100的側壁136短。熱屏蔽組件160的上方表面122與基板支撐104的上方表面110實質同平面，以提供用於氣體流動穿過腔室100的均勻平坦表面。
熱屏蔽組件160包括預熱構件167及熱屏蔽構件168(下方將更詳細地進一步描述)。預熱構件167具有較基板支撐104的外徑133大的內徑132，外徑133與內徑132一起界定出預熱構件167及基板支撐104之間的空隙134。熱屏蔽構件168至少部分地覆蓋空隙134。
沖洗氣體的來源162可耦合至腔室100以防止處理氣體穿過空隙134侵入腔室100的下方部分。沖洗氣體可自來源162流動穿過沖洗氣體管道164以提供正向壓力氣體流動穿過空隙134至處理氣體出口178。
第2圖為根據另一實施例的熱屏蔽組件200之俯視視圖。可使用熱屏蔽組件200於腔室100如同或取代熱屏蔽組件160。熱屏蔽組件200包括預熱構件204及熱屏蔽構件202。熱屏蔽構件202為安置於預熱構件204上的環狀構件，且具有向內延伸以至少部分覆蓋空隙134的內徑206。因此，預熱構件204的內徑212較熱屏蔽構件的內徑206大。預熱構件204的外徑210也較熱屏蔽構件202的外徑208大。
第3圖為熱屏蔽構件202的示意俯視視圖。熱屏蔽構件202具有曝露預熱構件204的部分222之空隙220。曝露部分222提供更直接的針對氣體的熱曝露以自氣體入口174跨過預熱構件204流動至基板支撐104。熱屏蔽構件202的內徑206可為大於150mm以容納具有額定300mm直徑的基板。例如，針對300mm的基板，內徑206可自約151mm至約155mm。空隙220可具有尺度(如尺度指示器302所展示)，選擇該尺度以提供對進入氣體的熱曝露所需總量。針對第2圖之實施例，尺度302可自約50mm至約180mm。空隙220具有第一邊緣304及第二邊緣306。第一邊緣304及第二邊緣306一般平行於半徑308，半徑308對分由空隙220對向的角度310以促進均勻的層狀氣體流動。在其他實施例中，邊緣可具有任何所需方向性。例如，在一些實施例中，邊緣可為圓的。在其他實施例中，每一邊緣可平行於與個別邊緣交叉的半徑。
可包含一個或更多個形狀特徵於熱屏蔽構件202以防止在操作期間熱屏蔽構件202的移動，如下方進一步之描述。在第3圖之實施例中，圓化空隙220的各側面上的兩個外角如形狀特徵。形狀特徵的圓角在形狀上為圓形，但可加入任何所需形狀至該等角。在第3圖之實施例中，圓角具有約0.01mm及約1.5mm之間的半徑曲率，例如約0.1mm及約1.0mm之間，例如約0.3mm、0.4mm或0.5mm。
第4圖為第2圖的預熱構件204的示意俯視視圖。預熱構件204具有凹陷部分402，凹陷部分402形狀上與熱屏蔽構件202相似，使得熱屏蔽構件202安置於預熱構件204的凹陷部分402中。預熱構件204的輪緣部分404環繞凹陷部分402，及在設置熱屏蔽構件202於凹陷部分402中時環繞熱屏蔽構件202。
預熱構件204可具有空隙406。可沿著任何所需路徑自預熱構件204的外徑210至內徑212穿過預熱構件204來形成空隙406，例如直線沿著半徑或沿著可為所需的任何彎曲路徑。空隙406可在熱週期期間提供針對預熱構件204的應力釋放。空隙406也可提供鎖定機制以防止處理期間預熱構件204的移動。為了圖示可能的鎖定手段，示意地在第4圖中展示腔室襯墊408為陰影。腔室襯墊408具有凹陷410，在腔室襯墊408的內壁412中形成凹陷410。也展示鎖定插銷414為陰影。插入鎖定插銷414進入凹陷410且自凹陷410突出進入腔室內部。可接著放置預熱構件204使得鎖定插銷414延伸穿過空隙406。
第5A圖為第2圖中於標識為5A的線段處取得的熱屏蔽組件200之橫截面視圖。預熱構件204可具有邊緣延伸504，可使用邊緣延伸504以接合預熱構件204及另一腔室元件，例如腔室襯墊(未展示)。邊緣延伸504可提供針對熱屏蔽組件200的中央。熱屏蔽構件202在背景中可見。熱屏蔽構件202可具有約0.1mm 及約1.5mm之間的厚度，例如約0.6mm及約0.8mm之間，例如約0.7mm、0.75mm、0.78mm、或0.79mm。典型地基於針對熱屏蔽構件202所需熱屬性而選擇熱屏蔽構件202的厚度。預熱構件204具有約2.0mm及約10.0mm之間的厚度502，例如約3.0mm及約6.0mm之間，例如約5.0mm或約5.5mm。邊緣延伸504可延伸於預熱構件204之主體下方約0.5mm及約3.5mm之間，例如約1.0mm。熱屏蔽構件202可由任何能夠承受可能使用於處理腔室100中的處理條件的材料製成。示範的材料包含石英、藍寶石、矽、石墨、碳化矽、陶瓷、或其組合。熱屏蔽構件202也可具有由任何上述材料製成的塗覆。例如，熱屏蔽構件202可由碳化矽或塗覆石墨的碳化矽製成。預熱構件204也可由任何上述材料製成。例如，預熱構件204可由碳化矽或塗覆石墨的碳化矽製成。
第5B圖為第2圖中於標識為5B的線段處取得的熱屏蔽組件200之橫截面視圖。熱屏蔽構件202為可見，可見熱屏蔽構件202的內徑206向內延伸超過預熱構件204的內徑212。輪緣部分404也為可見。如第5B圖中所展示，輪緣部分404的上方表面506與熱屏蔽構件202的上方表面508實質同平面。在第5B圖的實施例中，展示熱屏蔽構件202為與預熱構件204實質連續接觸。
第5C圖為根據另一實施例的熱屏蔽組件550之橫截面視圖。熱屏蔽組件550之橫截面視圖係於與第5B圖之橫截面相似之位置處取得。熱屏蔽構件202與預熱構件552耦合，預熱構件552具有減低接觸特徵554以最小化熱屏蔽構件202及預熱構件552之間的直接接觸。熱屏蔽構件及預熱構件之間的減低接觸在一些實施例中可為有用的，以減低自預熱構件至熱屏蔽構件的熱傳導。減低接觸特徵554可採用在預熱構件552的上方表面中形成的脊部的形式，以接觸熱屏蔽構件的下方表面。交替地，可在熱屏蔽構件的下方表面中形成脊部。可在預熱構件、熱屏蔽構件或兩者中形成減低接觸特徵。
第6圖為根據另一實施例的熱屏蔽組件600之橫截面視圖。熱屏蔽組件600與熱屏蔽組件200相似，但不同於繪於第5B圖中的熱屏蔽組件200具有方邊緣，熱屏蔽組件600包含一些可選的結構特徵，例如圓邊緣602及切面邊緣604。熱屏蔽組件600包含預熱構件606及具有具角度的接觸表面之熱屏蔽構件608。預熱構件606包含具角度的表面610，且熱屏蔽構件608包含安置於具角度的表面610上的具角度的表面612。
前述係某些實施例，可修改其他及進一步的實施例而不遠離本揭示案的基本範圍。

Claims (19)

  1. 一種熱屏蔽組件，包括：一環狀熱屏蔽構件，該環狀熱屏蔽構件具有一空隙，該空隙對向該熱屏蔽構件的一角度，其中該空隙的邊緣平行於對分該角度之該熱屏蔽構件的一半徑；及一環狀預熱構件，該環狀預熱構件帶有一凹陷部分用以接收該熱屏蔽構件。
  2. 如請求項1所述之熱屏蔽構件，其中該空隙具有兩個圓外角。
  3. 如請求項1所述之熱屏蔽構件，其中該預熱構件的一內徑較該熱屏蔽構件的一內徑大。
  4. 如請求項2所述之熱屏蔽構件，其中該等圓外角為圓形。
  5. 如請求項1所述之熱屏蔽構件，其中該預熱構件具有一輪緣部分，該輪緣部分環繞該熱屏蔽構件。
  6. 如請求項5所述之熱屏蔽構件，其中該預熱構件或該熱屏蔽構件具有減低接觸特徵。
  7. 如請求項5所述之熱屏蔽構件，其中該預熱構件及該熱屏蔽構件皆具有具角度的接觸表面。
  8. 如請求項6所述之熱屏蔽構件，其中該等減低接觸特徵為脊部。
  9. 如請求項8所述之熱屏蔽構件，其中該預熱構件具有自該預熱構件的一外徑至該預熱構件的一內徑的一空隙。
  10. 一種預熱構件，包括：一環狀預熱構件，該環狀預熱構件具有一凹陷部分，該凹陷部分對向該環狀預熱構件的一角度，且該凹陷部分具有邊緣，該等邊緣平行於對分該角度之該環狀預熱構件的一半徑，其中該凹陷部分具有圓外角。
  11. 如請求項10所述之預熱構件，進一步包括一輪緣部分，該輪緣部分環繞該凹陷部分。
  12. 如請求項10所述之預熱構件，進一步包括自該預熱構件的一外徑至該預熱構件的一內徑的一空隙。
  13. 如請求項12所述之預熱構件，其中該空隙沿著該預熱構件的一徑向為直的。
  14. 如請求項10所述之預熱構件，其中該環狀預熱構件具有一邊緣延伸，該邊緣延伸於該環狀預熱構件的一主體下方延伸。
  15. 如請求項14所述之預熱構件，進一步包括減低接觸特徵，在該環狀預熱構件的一上方表面中形成該等減低接觸特徵。
  16. 如請求項15所述之預熱構件，其中該等減低接觸特徵為脊部。
  17. 如請求項14所述之預熱構件，其中該環狀預熱構件具有圓邊緣及一具角度的接觸表面。
  18. 一種熱屏蔽構件，包括：一環狀熱屏蔽構件，該環狀熱屏蔽構件具有一空隙，該空隙對向該環狀熱屏蔽構件的一角度，該空隙具有邊緣，該等邊緣平行於該環狀熱屏蔽構件的一半徑，該半徑對分由該空隙對向之該角度，其中該空隙具有圓角。
  19. 如請求項18所述之熱屏蔽構件，其中該環狀熱屏蔽構件具有一具角度的接觸表面。
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