TWI699452B - 用於空間原子層沉積之加熱裝置及包含該加熱裝置的處理腔室 - Google Patents

用於空間原子層沉積之加熱裝置及包含該加熱裝置的處理腔室 Download PDF

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Abstract

揭露了用於加熱基板的加熱裝置，該加熱裝置具有一石墨主體及至少一個加熱構件，該至少一個加熱構件包括安置於該主體內的一連續材料區段。亦揭露併入加熱裝置的處理腔室。

Description

用於空間原子層沉積之加熱裝置及包含該加熱裝置的處理 腔室
本揭示案的實施例關於用於半導體處理的電阻式加熱器。具體而言，本揭示案的實施例針對用於原子層沉積批量處理腔室的石墨加熱器。
半導體裝置形成通常在包含多個腔室的基板處理系統或平台(其亦稱為群集工具)中進行。在某些實例中，多腔室處理平台或群集工具的目的是在經控制的環境中順序地在基板上執行二或更多個處理。在其他實例中，然而，多個腔室的處理平台僅可在基板上執行單一處理步驟。可採用額外腔室以最大化用以處理基板的速率。在後者的情況下，在基板上所執行的處理一般為批量處理，其中相對大數量的基板(例如25個或50個)係同時在給定的腔室中處理。批量處理對於太消耗時間而不能以經濟上可行的方式在個別基板上執行的處理而言(例如對於原子層沉積(ALD)處理及某些化學氣相沉積(CVD)處理而言)是特別有益的。
溫度均勻性在CVD或ALD處理中可為重要考量。電阻式加熱器在CVD及ALD系統的加熱系統中被廣泛地採用。即使僅攝式數度之數量級之跨晶圓之溫度均勻性上的輕微變化可不利地影響CVD或ALD處理。批量處理腔室的尺寸進一步增加加熱源的複雜度及需求。據此，在本領域中存在改良用於批量處理腔室之加熱器的需要。
本揭示案的一或更多個實施例針對包括一主體的裝置，該主體具有一頂面、底面及外緣。該主體包括石墨，且具有至少一個加熱構件，該至少一個加熱構件包括安置於其中的一連續材料區段。
本揭示案的額外實施例針對包括一氣體分佈組件、一接受器組件及一加熱裝置的處理腔室，該氣體分佈組件具有一前表面。該接受器組件具有一頂面及一底面，該頂面面向該氣體分佈組件的該前表面。該頂面在其中具有複數個凹口，其中各凹口被調整尺寸為在處理期間支撐一基板。該加熱裝置具有一主體，該主體包括石墨，該主體具有面向該接受器組件之該底面的一頂面。該加熱裝置包括該主體內的至少一個加熱構件。
本揭示案的進一步實施例針對包括一氣體分佈組件、一接受器組件及一加熱裝置的處理腔室。一氣體分佈組件，具有一前表面；該接受器組件具有一頂面及一底面，該頂面面向該氣體分佈組件的該前表面。該頂面在其中具有複數個凹口，其中各凹口被調整尺寸為在處理期間支撐一基板。該接受器組件連接至一支撐柱。該加熱裝置具有一主體，該主體實質上僅包括石墨，該主體具有面向該接受器組件之該底面的一頂面。該加熱裝置包括該主體內的至少一個加熱構件，該至少一個加熱構件連接至一100V至500V的電源。該加熱構件將該接受器組件有效加熱至一溫度，該溫度足以將定位於該接受器組件上的一基板加熱至大於約1100°C的一溫度。該加熱裝置包括一開口，該開口從該頂面到該底面穿過該主體，且該支撐柱穿過該主體中的該開口而不接觸該主體。
在描述本揭示案的若干示例性實施例之前，要瞭解的是，本揭示案不限於以下說明中所闡述之程序步驟之建構的細節。本揭示案能夠包括其他實施例及以各種方式實行或實現。亦要瞭解的是，可在本文中使用具有特定立體化學的結構式來說明本揭示案的複合體及配體。這些說明僅欲作為示例且不要建構為將所揭露的結構限制於任何特定的立體化學。反而，所繪示的結構欲包括具有所指示之化學式的所有如此複合體及配體。
如本文中所使用的「基板」指的是任何基板或形成於基板上的材料表面，薄膜處理在製造程序期間執行於該基板或材料表面上。例如，取決於應用，可於其上執行處理的基板表面包括例如為矽、氧化矽、應變矽、絕緣體上矽（SOI）、碳摻雜氧化矽、氮化矽、摻雜矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石及任何其他材料（例如金屬、氮化金屬、金屬合金及其他傳導性材料）的材料。基板（在不限制的情況下）包括半導體晶圓。基板可暴露於預處理程序以拋光、蝕刻、還原、氧化、羥基化、退火及/或烘烤基板表面。除了直接在基板本身的表面上進行薄膜處理以外，在本揭示案中，所揭露的任何薄膜處理步驟亦可執行於形成於基板上的下層上，如以下更詳細揭露的，且用語「基板表面」在上下文指示時欲包括此類下層。因此，例如，若薄膜/層或部分薄膜/層已沉積至基板表面上，則新沉積之薄膜/層的暴露表面變成基板表面。
依據一或更多個實施例，本方法使用原子層沉積（ALD）程序。在此類實施例中，基板表面依次或實質上依次暴露於母材（或反應氣體）。如本文中所使用的，在本說明書各處，「實質上依次」意指的是，母材暴露的大部分期間不與暴露於共試劑（co-reagent）重疊，儘管可能存在某些重疊。如此說明書及隨附請求項中所使用的，用語「母材」、「反應物」、「反應氣體」及類似物交替使用以指稱可與基板表面反應的任何氣態物種。
圖1圖示處理腔室100的橫截面，該處理腔室100具有頂部101、底部102及側103。處理腔室100包括氣體分佈組件120（亦稱為注射器或注射器組件）及接受器組件140。氣體分佈組件120為用於處理腔室中之任何類型的氣體供應裝置。氣體分佈組件120包括面向接受器組件140的前表面121。前表面121可具有任何數量或許多開口以朝接受器組件140供應氣體流。氣體分佈組件120亦包括外周邊邊緣124，該外周邊邊緣124在所示的實施例中是實質圓形的。
所使用之特定類型的氣體分佈組件120可取決於所使用的特定程序而變化。可同任何類型的處理系統使用本揭示案的實施例，在該處理系統處，接受器及氣體分佈組件之間的間隙被控制。儘管可採用各種類型的氣體分佈組件（例如淋浴噴頭），本揭示案的實施例對於具有複數個實質平行的氣體通道的空間性ALD氣體分佈組件特別有用。如此說明書及隨附請求項中所使用的，用語「實質平行」指的是，氣體通道的伸長軸以相同的大致方向延伸。在氣體通道的平行性上可存在些許的不完美。該複數個實質平行的氣體通道可包括至少一個第一反應氣體A通道、至少一個第二反應氣體B通道、至少一個沖洗氣體P通道及/或至少一個真空V通道。從第一反應氣體A通道（或多個）、第二反應氣體B通道（或多個）及沖洗氣體P通道（或多個）流動的氣體朝向晶圓的頂面。某些氣流跨晶圓表面水平移動且透過沖洗氣體P通道（或多個）移出處理區域。從氣體分佈組件的一端移動至另一端的基板將輪流暴露於處理氣體中的各者，在基板表面上形成層。
在某些實施例中，氣體分佈組件120為以單一注射器單元製造的剛性靜止主體。在一或更多個實施例中，氣體分佈組件120以複數個個別區段（例如注射器單元122）構成，如圖2中所示。可同所揭露之本揭示案的各種實施例使用單一件主體或多區段主體。
接受器組件140係位於氣體分佈組件120下。接受器組件140包括頂面141且在頂面141中包括至少一個凹口142。接受器組件140亦具有底面143及邊緣144。取決於被處理之基板60的形狀及尺寸，凹口142可為任何合適的形狀及尺寸。在圖1中所示的實施例中，凹口142具有扁平的底部，以支撐晶圓的底部；然而，凹口的底部可變化。在某些實施例中，凹口在凹口的外周邊邊緣周圍具有步階區域，該等步階區域經調整尺寸以支撐晶圓的外周邊邊緣。由該等步階所支撐之晶圓外周邊邊緣的量可例如取決於晶圓的厚度及已呈現於晶圓背側上之特徵的存在而變化。
在某些實施例中，如圖1中所示，接受器組件140之頂面141中的凹口142係經調整尺寸，以便被支撐於凹口142中的晶圓60具有與接受器140之頂面141實質共面的頂面61。如此說明書及隨附請求項中所使用的，用語「實質共面」指的是，晶圓的頂面及接受器組件的頂面係在±0.2mm內共面。在某些實施例中，頂面係在±0.15mm、±0.10mm或±0.05 mm內共面。
圖1的接受器組件140包括支撐柱160，其能夠升高、降低及旋轉接受器組件140。接受器組件在支撐柱160的中心內可包括加熱器105、或氣體線（未圖示）、或電性元件（未圖示）。支撐柱160可為增加或減少接受器組件140及氣體分佈組件120間的氣體、將接受器組件140移動進適當位置的主要手段。接受器組件140亦可包括微調致動器162，該微調致動器162可對接受器組件140作出微調整，以在接受器組件140及氣體分佈組件120之間產生預定間隙170。在某些實施例中，間隙170距離在0.1mm至約5.0mm的範圍中，或在約0.1mm至約3.0mm的範圍中，或在約0.1mm至約2.0mm的範圍內，或在約0.2mm至約1.8mm的範圍中，或在約0.3mm至約1.7mm的範圍中，或在約0.4mm至約1.6mm的範圍中，或在約0.5mm至約1.5mm的範圍中，或在約0.6mm至約1.4mm的範圍中，或在約0.7mm至約1.3mm的範圍中，或在約0.8mm至約1.2mm的範圍中，或在約0.9mm至約1.1mm的範圍中，或約1mm。
加熱器105可為接受器組件140的元件或單獨的元件。圖示於圖1中的加熱器105定位於接受器組件140的底面143下方一定距離D。來自加熱器105的能量影響接受器組件140，升高接受器組件140及接受器組件140上所支撐之基板60的溫度。加熱器105可為電阻式加熱器或複數個燈具。
加熱器105可連接至接受器組件140或支撐柱160或單獨的加熱器支架107且被該等元件支撐。加熱器支架107可較加熱器105為小或大。圖1將加熱器105及加熱器支架107圖示為橫截面圖，且本領域中具技藝者都瞭解的是，處理腔室100的任何或所有元件是三維的。例如，圖1的加熱器105在形狀上可為圓柱形的，具有中心開口108，以允許支撐柱160穿過。此佈置允許支撐柱160獨立於加熱器105移動接受器組件140。
在某些實施例中，反射器109定位於加熱器105以及處理腔室100的底部及/或側（未圖示）之間。反射器109可藉由減少來自加熱器105之衝擊處理腔室之輻射能的量，來幫助防止損害處理腔室。某些實施例的加熱器支架107亦為反射器。
圖式中所示的處理腔室100係迴轉料架式腔室，其中接受器組件140可握持複數個基板 60。如圖2中所示，氣體分佈組件120可包括複數個單獨的注射器單元122，各注射器單元122能夠在晶圓移動於注射器單元下時，在晶圓上沈積薄膜。兩個派形的注射單元122係圖示為位在接受器組件140的大約相反側上，且位於接受器組件140之上。僅為了說明用途而圖示此注射器單元122的數量。將瞭解的是，可包括更多或更少的注射器單元122。在某些實施例中，存在充足數量的派形注射器單元122以形成符合接受器組件140之形狀的形狀。在某些實施例中，在不影響其他注射器單元122中的任何者的情況下，個別派形注射器單元122中的各者可被獨立地移動、移除及/或替換。例如，可升起一個區段以容許自動機進出接受器組件140及氣體分佈組件120之間的區域以加載/卸載基板60。
具有多個氣體注射器的處理腔室可用以同時處理多個晶圓，以便晶圓經歷相同的處理流程。例如，如圖3中所示，處理腔室100具有四個注射器組件及四個基板60。在處理開始時，基板60可位於氣體分佈組件120之間。旋轉17接受器組件140 45°將使得氣體分佈組件120之間的基板60移動至一氣體分佈組件120以供進行薄膜沈積，如由氣體分佈組件120之下的虛線圓形所繪示。額外的45°旋轉會移動基板60而遠離氣體分佈組件120。在有空間ALD注射器的情況下，薄膜係在相對於注射器組件移動晶圓的期間沈積於晶圓上。在某些實施例中，接受器組件140以增量旋轉，該等增量防止基板60停止於氣體分佈組件120之下。基板60及氣體分佈組件120的數量可為相同的或不同的。在某些實施例中，被處理的晶圓數量係相同於氣體分佈組件的數量。在一或更多個實施例中，被處理的晶圓數量係氣體分佈組件之數量的整數倍或分數。例如，若存在四個氣體分佈組件，則存在4x個被處理的晶圓，其中x是大於或等於一的整數值。
圖3中所示的處理腔室100僅表示一個可能的配置，且不應被用作本揭示案之範圍的限制。於此，處理腔室100包括複數個氣體分佈組件120。在所示的實施例中，存在平均分隔於處理腔室100周圍的四個氣體分佈組件（亦稱為氣體分佈組件120）。所示的處理腔室100是八角形的；然而，本領域中具技藝的該等人將瞭解的是，這是一個可能的形狀，且不應被用作本揭示案的限制。所示的氣體分佈組件120為梯形的，但可為單一圓形元件，或以複數個派形區段構成，像是圖2中所示的。
圖3中所示的實施例包括加載鎖腔室180，或像是緩衝站的輔助腔室。此腔室180連接至處理腔室100一側，以例如允許基板（亦稱為基板60）從處理腔室100加載/卸載。晶圓機器手可定位於腔室180中以將基板移動至接受器上。
迴轉料架（例如接受器組件140）的旋轉可為連續的或不連續的。在連續處理下，晶圓係恆定地旋轉，以便它們輪流暴露於注射器中的各者。在不連續的處理下，晶圓可移動至注射器區域且停止，且接著移動至注射器之間的區域84且停止。例如，迴轉料架可旋轉，以便晶圓從注射器間的區域跨注射器移動（或停在注射器鄰近處），且移動至下個注射器間的區域上，在該處，迴轉料架可再次暫停。在注射器之間暫停的步驟可提供時間以供在各層沈積之間進行額外處理步驟（例如暴露於電漿）。
圖4圖示氣體分佈組件120的區段或部分，其可稱為注射器單元122。可個別或與其他注射器單元結合來使用注射器單元122。例如，如圖5中所示，圖4的四個注射器單元122結合為形成單一氣體分佈組件120。（為了明確未圖示分離四個注射器單元的線。）儘管圖4的注射器單元122除了沖洗氣體接口155及真空接口145以外具有第一反應氣體接口125及第二反應氣體接口135兩者，注射器單元122並不需要所有這些元件。
參照圖4及5兩者，依據一或更多個實施例的氣體分佈組件120可包括複數個區段（或注射器單元122），其中各區段是相同或不同的。氣體分佈組件120定位於處理腔室內，且在氣體分佈組件120的前表面121中包括複數個伸長的氣體接口125、135、145。該複數個伸長的氣體接口125、135、145、155朝相鄰氣體分佈組件120之外周邊邊緣124的區域從相鄰內周邊邊緣123的區域延伸。所示的該複數個氣體接口包括第一反應氣體接口125、第二反應氣體接口135、真空接口145及沖洗氣體接口155，該真空接口145圍繞第一反應氣體接口及第二反應氣體接口中的各者。
參照圖4或5中所示的實施例，儘管聲明的是，接口從至少內周邊區域的周圍延伸至至少外周邊區域的周圍，然而，接口可較僅徑向更多地從內到外區域延伸。在真空接口145圍繞反應氣體接口125及反應氣體接口135時，接口可正切地延伸。在圖4及5中所示的實施例中，楔形反應氣體接口125、135在所有邊緣（包括內周邊區域及外周邊區域附近）上被真空接口145圍繞。
參照圖4，在基板沿路徑127移動時，基板表面各部分暴露於各種反應氣體。為了依循路徑127，基板將暴露於（或「看見」）沖洗氣體接口155、真空接口145、第一反應氣體接口125、真空接口145、沖洗氣體接口155、真空接口145、第二反應氣體接口135及真空接口145。因此，於圖4中所示之路徑127的末端處，基板已暴露於來自第一反應氣體接口125及第二反應氣體接口135的氣體流以形成層。所示的注射器單元122造成四分之一的圓形，但可更大或更小。圖5中所示的氣體分佈組件120可被視為是串聯連接之圖4之四個注射器單元122的組合。
圖4的注射器單元122圖示分離反應氣體的氣體幕150。用語「氣體幕」用以描述分離反應氣體以免混合之氣體流或真空的任何組合。圖4中所示的氣體幕150包括第一反應氣體接口125旁邊之真空接口145的部分、中間的沖洗氣體接口155及第二反應氣體接口135旁邊之真空接口145的部分。此氣體流及真空的組合可用以防止或最小化第一反應氣體及第二反應氣體的氣相反應。
參照圖5，來自氣體分佈組件120之氣體流及真空的組合將分離形成進複數個處理區域250。處理區域大致定義於個別反應氣體接口125、135周圍，其中氣體幕150在250之間。圖5中所示的實施例以八個單獨的處理區域250構成，其中八個單獨的氣體幕150在該等處理區域250之間。處理腔室可具有至少兩個處理區域。在某些實施例中，存在至少三、四、五、六、七、八、九、10、11或12個處理區域。
在處理期間，基板可在任何給定時間暴露於多於一個處理區域250。然而，將會有氣體幕分離兩個暴露於不同處理區域的部分。例如，若基板前緣進入包括第二反應氣體接口135的處理區域，基板的中間部分將在氣體幕150下方，且基板後緣將在包括第一反應氣體接口125的處理區域中。
工廠介面280（其可例如為加載鎖腔室）圖示為連接至處理腔室100。基板60圖示為重疊於氣體分佈組件120上以提供參考框架。基板60可通常座落於要保持於氣體分佈組件120（亦稱為氣體分佈板）之前表面121附近的接受器組件上。基板60係透過工廠介面280加載進處理腔室100至基板支架或接受器組件上（參照圖3）。基板60可圖示為定位於處理區域內，因為基板位於第一反應氣體接口125附近且在兩個氣體幕150a、150b之間。沿路徑127旋轉基板60將在處理腔室100周圍逆時針移動基板。因此，基板60將透過八個處理區域250h（包括之間的所有處理區域）暴露於第一處理區域250a。對於處理腔室周圍的各循環，藉由使用所示的氣體分佈組件，基板60將暴露於四個第一反應氣體及第二反應氣體的ALD循環。
批次處理器中的傳統ALD序列（像是圖5的序列）分別維持化學物質A及B從空間上分離的注射器流動，其中泵/沖洗區段在該等注射器之間。傳統的ALD序列具有開始及結束圖樣，其可造成所沈積之薄膜的非均勻性。發明人已驚訝地發現到，空間ALD批次處理腔室中所執行之基於時間的ALD程序對薄膜提供更高的均勻性。暴露於氣體A（不反應氣體）、氣體B（不反應氣體）的基本程序會是在注射器下方掃掠基板，以分別以化學物質A及B使表面飽和，以避免使開始及結束圖樣形成於薄膜中。發明人已驚訝地發現到，基於時間的方法在目標薄膜厚度是薄的（例如小於20個ALD循環）時候尤其有益，其中開始及結束圖樣在內晶圓均勻性效能上具有顯著衝擊。發明人亦已發現的是，用以產生SiCN、SiCO及SiCON薄膜的反應程序（如本文中所述的）不能以時域程序完成。用以沖洗處理腔室的時間量使得材料從基板表面剝離。剝離並不同所述的空間ALD程序發生，因為在氣體幕下方的時間是短的。
據此，本揭示案的實施例針對包括具有複數個處理區域250a-250h之處理腔室100的處理方法，其中各處理區域藉由氣體幕150從相鄰區域分離。例如，圖5中所示的處理腔室。處理腔室內之氣體幕及處理區域的數量可為任何合適數量，取決於氣體流的佈置。圖5中所示的實施例具有八個氣體幕150及八個處理區域250a-250h。氣體幕的數量大致等於或大於處理區域的數量。例如，若區域250a沒有反應氣體流，而是僅充當加載區域，則處理腔室會具有七個處理區域及八個氣體幕。
複數個基板60定位於基板支架（例如圖1及2中所示的接受器組件140）上。該複數個基板60於處理區域周圍旋轉以供進行處理。一般而言，氣體幕150始終參與（氣體流動且真空開啟）處理，包括沒有反應氣體流進腔室的時期。
第一反應氣體A流進處理區域250中的一或更多者，同時惰性氣體流進任何沒有第一反應氣體A流進的處理區域250。例如，若第一反應氣體透過處理區域250h流進處理區域250b，則惰性氣體會流進處理區域250a。惰性氣體可流過第一反應氣體接口125或第二反應氣體接口接口135。
處理區域內的惰性氣體流可為恆定的或變化的。在某些實施例中，反應氣體與惰性氣體共同流動。惰性氣體將充當載體及稀釋劑。因為反應氣體相對於載體氣體的量是小的，共同流動可藉由減少相鄰區域間之壓力上的差異，使得在處理區域之間平衡氣壓更容易。
一般的加熱器105可能不允許基板的溫度足夠高以供進行有效率的反應。例如，燈具可使用許多能量及時間來加熱接受器組件，以加熱所支撐的晶圓。本揭示案的一或更多個實施例有利地允許相較於傳統加熱器將晶圓加熱至更高溫度。某些實施例有利地提供一加熱器，該加熱器防止或最小化微粒汙染。一或更多個實施例有利地提供處理腔室，該等處理腔室最小化石墨加熱器的氧化或反應。
本揭示案的一或更多個實施例將電阻式石墨加熱器用作替代於傳統的鋁、不銹鋼或例如為英高鎳合金之材料之加熱器或燈具的加熱源。某些實施例的電阻式石墨加熱器針對具有變化溫度需求的處理提供適當的熱，該等處理包括低溫（例如約75°C的晶圓溫度；約100°C的電阻式加熱器溫度）、中溫（例如約450°C的晶圓溫度；約550-600°C的電阻式加熱器溫度）及高溫處理（例如約550°C至大於700°C的晶圓溫度；約720°C至大於900°C的電阻式加熱器溫度）。在某些實施例中，石墨加熱器具有塗層或絕緣體以防止微粒汙染。封閉的腔室環境可填以惰性氣體或屏障，以防止或最小化石墨在處理期間在任何時候氧化或與其他氣體反應。某些實施例包括溫度量測裝置、電流及/或電壓量測裝置。
圖6圖示依據本揭示案的一或更多個實施例的加熱裝置200的實施例。圖7圖示加熱裝置200的剖視圖。加熱裝置200可用於任何加熱用途，且在某些實施例中被調整尺寸以供同批量處理腔室使用。加熱裝置200包括主體201，該主體201具有頂面202、底面203及外緣204。在同批量處理腔室使用時，加熱裝置200的頂面202定位於接受器組件140附近且定位離接受器組件140一定距離D，如圖1中所示。加熱裝置200亦可充當基板支架或接受器組件。例如，圖1中所示的接受器組件140可為加熱裝置200。
加熱裝置200用以距接受器組件140而定位的距離D可在處理期間變化或固定。在某些實施例中，在使用期間，加熱裝置200定位於約30 mm至約140 mm之範圍中或約50 mm至約120 mm之範圍中的距離D。
再次參照圖6及7，加熱裝置200的主體201被圖示為具有開口208，該開口208從主體201的頂面202延伸至底面203。開口208可允許加熱裝置定位於一元件周圍而不接觸該元件。例如，圖1圖示接受器組件140之支撐軸160周圍的加熱裝置。在加熱裝置及軸之間可存在空間，以防止可能對加熱裝置或軸造成損害的接觸。在某些實施例中，加熱裝置200連接至支撐軸160且以支撐軸160旋轉。
由於形成電連接的困難、處理期間的微粒形成及氧化反應性，將石墨用作一加熱裝置呈現了用於批量處理腔室中的挑戰。本揭示案的一或更多個實施例有利地將石墨加熱裝置併入批量處理腔室。依據某些實施例，加熱裝置200的主體201以石墨製造。在某些實施例中，主體201實質上僅包括石墨，意指主體201的成分在原子的基礎上為大於約95%的碳。在某些實施例中，主體的成分在原子的基礎上為大於約96%、97%、98%、99%、99.5%或99.9%的碳。
參照圖7，安置在加熱裝置200的頂面202下方的是加熱構件210。在所示的實施例中，加熱構件包括加熱中心區域或區的第一電阻式加熱構件211及加熱外區域或區的第二電阻式加熱構件212。如此所使用地，「中心」等等指的是加熱裝置之質量中心附近的區域，使得圖7中所示之實施例的中心區域在開口208周圍。如此所使用地，用語「外」等等指的是元件外緣附近的區域。
某些實施例的電阻式加熱器是安置於主體201之凹口206內的連續材料區段（其可為平面、圓形或其他形狀）。在某些實施例中，電阻式加熱器包括金屬線的纏繞主體。儘管所示的實施例具有形成兩個區的兩個電阻式加熱器，本領域中具技藝者將瞭解的是，可存在任何數量的區或個別的加熱構件。在某些實施例中，存在形成三個區的三個電阻式加熱器。在某些實施例中，存在形成四個區的四個電阻式加熱器。圖7圖示一或更多個實施例之加熱裝置的一半。本領域中具技藝者將看見的是，若加熱裝置以匹配的半部形成，則會存在形成具有兩個內區及兩個外區之四個區的四個電阻式加熱器，該等內區相較於該等外區以不同半徑分隔自加熱裝置的中心。在各種實施例中，存在1、2、3、4、5、6、7、8、9或更多個徑向區。在各種實施例中，存在1、2、3、4、5、6、7、8、9或更多個旋轉區，意指該等區距質量中心大約相同的距離且以一個圓的不同角度定位。
在某些實施例中，存在多於一個電阻式加熱器層。例如，可存在兩個、三個或四個經堆疊的電阻式加熱器，在各電阻式加熱器之間具有或不具空間。
所有或任何電阻式加熱構件可製造自本領域中已知的任何合適材料。在某些實施例中，電阻式加熱構件（或多個）具有類似於主體201之熱膨脹係數的熱膨脹係數。用於電阻式加熱構件之合適材料的實例包括熱解石墨。電阻式加熱構件可例如藉由CVD或ALD沉積安置於主體的凹口內。
加熱裝置200的主體201可能夠抵擋大於或等於約1050°C、1100°C、1150°C或1200°C的溫度。某些實施例的加熱裝置足以將接受器組件140及定位於接受器組件140之頂面141上的基板60加熱至大於或等於約650°C、675°C、700°C、720°C、725°C、750°C、775°C或800°C的溫度。
主體201可塗以熱解塗層（一種可抵擋與CVD及ALD處理相關聯的高溫及腐蝕材料的材料）。合適的實例包括（但不限於）熱解石墨、熱解氮化硼、石墨粉、具有矽酸鹽玻璃黏合劑的石墨粉。在某些實施例中，電阻式加熱器塗以具有水基之矽酸鹽玻璃黏合劑的石墨粉，且接著以升高的溫度在爐中被固化。在一或更多個實施例中，熱解材料（例如熱解氮化硼）跨主體的頂面202而安置。在某些實施例中，熱解材料跨加熱裝置的外表面而安置，包括頂面、底面及外緣。
參照圖8，加熱裝置200連接至合適的電源220。在某些實施例中，加熱裝置200透過電力線路222連接至480V的電源220。在某些實施例中，電源具有約100 V至約500 V之範圍中的電力。為了防止發弧，某些實施例可包括電力線路222及/或其他元件（包括但不限於加熱裝置200的主體201）周圍的絕緣件223。圖8圖示電力線路222周圍的絕緣件223及加熱器具200周圍的絕緣件224。在某些實施例中，電力線路222被維持距其他連接件一定距離以防止發弧。
絕緣件可用以防止加熱裝置200實質上加熱其他腔室元件（例如支撐柱160）。如此所使用的，「實質上加熱」指的是元件的壽命不被縮短大於20%。合適的絕緣件包括（但不限於）石英、陶瓷、氧化鋁纖維、氧化鋁矽纖維、陶瓷纖維及藍寶石。在某些實施例中，絕緣件具有加熱器具200之主體201之熱膨脹係數之20%（相對）內的熱膨脹係數。
各電阻式加熱構件211、212具有延伸透過主體201的相對應電力線路執行213（參照圖7），以向電阻式加熱構件提供各別的電源。個別電力線路中的各者可被獨立控制。當然，可提供一或更多個接地線路（未圖示），該等接地線路亦執行透過主體201，以完成各個電阻式加熱構件的電路。
參照圖6，某些實施例的加熱裝置200包括一或更多個開口227、228。圖示於圖6之右側上的開口227可用以允許複數個（在此情況下是三個）升降銷穿過加熱裝置200。參照圖8，升降銷組件178定位於加熱裝置200下方，使得銷179（僅圖示一個）可延伸透過加熱裝置200中的開口227以到達接受器組件140。升降銷組件可定位於加熱裝置200下方，以便不干擾接受器組件140的加熱。
在圖6中，開口228較開口227為大，以允許更大的元件穿過。例如，開口228可被提供為允許電力連接件（未圖示）穿過加熱裝置200。開口227、228被調整尺寸為允許元件（例如升降銷或電力連接件）穿過而不接觸主體201。
某些實施例包括至少一個溫度量測裝置。溫度量測裝置可連接至加熱裝置200、加熱構件211、212或遠離加熱裝置。參照圖7，溫度量測裝置214連接至加熱構件212，且本領域中具技藝者將瞭解的是，可存在連接至任何或所有加熱構件的額外溫度量測裝置214。在某些實施例中，溫度量測裝置包括電壓計或電流計中的一或更多者，以分別量測個別加熱構件211、212的電壓或電流量。
在某些實施例中，溫度量測裝置215（參照圖6）與加熱裝置200的主體201接觸，以直接量測加熱裝置200主體201的溫度。溫度量測裝置的合適實例包括（但不限於）熱阻器及熱電耦。
在某些實施例中，溫度量測裝置216（參照圖8）定位為遠離加熱裝置200。例如，光學高溫計可定位為量測加熱裝置200主體201或接受器組件140或基板60的溫度。
為了防止或最小化形成不想要的微粒，某些實施例包括惰性氣體以籠罩加熱裝置200周圍。參照圖1，沖洗氣體注射器106定位為朝加熱裝置200引導惰性氣體流。在不被理論束縛的情況下，相信的是，惰性氣體的籠罩可防止石墨主體可能形成微粒的反應。使用惰性氣體籠罩亦可幫助防止氧氣（若存在的話）與石墨主體201反應。
在某些實施例中，加熱裝置200周圍的絕緣體224（參照圖8）最小化與石墨主體201進行之反應的潛在性。某些實施例的絕緣體224為石英，且在允許電連接的主體201周圍形成外殼。石英絕緣體的存在在加熱效率上具有最小或可忽略的效應，因為石英透明於來自加熱裝置200的輻射熱。若加熱裝置200太靠近接受器組件，則傳導性加熱的效應可為顯著的。如將由具技藝的工匠所輕易瞭解的，若升降銷179或其他元件需要穿過主體201中的開口227、228，則在外殼中將存在經適當調整尺寸及定位的開口。在某些實施例中，主體201中的開口227被調整尺寸及定位，使得升降銷179距加熱器裝置主體201具有約5 mm至約15 mm之範圍中的空隙。
在某些實施例中，反射器109（參照圖8）定位於加熱裝置200的底面203及處理腔室100的底部102之間。反射器109在防止來自加熱裝置200的輻射熱影響處理腔室時可為有用的。反射器109亦可幫助朝接受器組件重新引導輻射能以增加效率。合適的反射器包括（但不限於）鋁、銀、不銹鋼、鍍鎳不銹鋼、塗氧化矽的不銹鋼、鍍銀或金的鋁、鍍銀或金的不銹鋼、具有高反射性或高放射率的材料及塗在不銹鋼上的高反射性及放射率的材料。反射器109可定位為距加熱裝置200及腔室100的底部102任何合適的距離。在某些實施例中，反射器109以距加熱裝置200約10 mm至約40 mm之範圍中的距離定位。
控制系統295（繪示於圖7中）可用以控制加熱裝置200。控制系統295可為用於CVD系統或ALD系統之控制系統的一部分，且電連接至加熱裝置200。加熱裝置200及控制系統295一起形成加熱系統。對於控制系統295的實體實施而言許多可能性是可用的，且該等可能性已知於本領域中具技藝者。控制系統295的任何合適的實施方式可被使用，且提供詳細的控制系統295在閱讀本揭示案之後對於本領域中具通常技藝者而言應為常規任務。
依據一個實施例，控制系統295包括使用者輸入/輸出（I/O）系統296、溫度輸入件297及反饋控制電路298。使用者I/O系統296提供一使用者介面，該使用者介面允許使用者選擇接收器或基板的目標溫度或電阻式加熱器的目標電壓或電流量。
溫度輸入件297可電連接至溫度量測裝置，以即時獲取目前的溫度。溫度輸入件297接著將此目前溫度傳遞至反饋控制電路298。以本領域中那些方式的方式，反饋控制電路298將目前溫度及目標溫度接受為輸入，且產生加熱功率控制輸出。加熱功率控制輸出的目的是控制供應至電阻式加熱器的功率，使得如溫度量測裝置由所量測的溫度儘可能緊密地追蹤目標溫度。反饋控制電路298可設計為採用本領域中已知的任何合適的反饋控制方法。
本領域中具技藝者將理解的是，用於控制加熱裝置的控制系統可包括複數個溫度量測裝置或感測器。各溫度感測器可量測單一區域或區的溫度。溫度感測器可包括熱電偶、高溫計或其他合適的溫度感測裝置。亦可使用不同類型溫度感測器的組合。
儘管已參照特定實施例來描述本文中的揭示案，要瞭解的是，這些實施例僅說明本揭示案實施例的原理及應用。對於本領域中具技藝者而言將是清楚的是，可在不脫離本揭示案之精神及範圍的情況下對本揭示案的方法、裝置及系統作出各種更改及變化。例如，檯子之主體的外區域可不僅被分割成四個區，且亦可被分割成大於一個的任何數量的區。在某些實施例中，會提供這些區中的各者其各別的加熱功率比率。並且，電阻式加熱器區可彼此重疊。各種加熱構件可在頂面、底面上或嵌入於檯子的主體中。可藉由利用多個溫度量測裝置（例如熱電耦、高溫計等等）來提供區域性溫度量測。因此，意欲的是，本揭示案包括隨附請求項及它們等效物之範圍內的更改及變化。
17‧‧‧旋轉60‧‧‧基板61‧‧‧頂面84‧‧‧區域100‧‧‧處理腔室101‧‧‧頂部102‧‧‧底部103‧‧‧側105‧‧‧加熱器106‧‧‧沖洗氣體注射器107‧‧‧加熱器支架108‧‧‧中心開口109‧‧‧反射器120‧‧‧氣體分佈組件121‧‧‧前表面122‧‧‧注射器單元123‧‧‧內周邊邊緣124‧‧‧外周邊邊緣125‧‧‧第一反應氣體接口127‧‧‧路徑135‧‧‧第二反應氣體接口140‧‧‧接受器組件141‧‧‧頂面142‧‧‧凹口143‧‧‧底面144‧‧‧邊緣145‧‧‧真空接口150‧‧‧氣體幕155‧‧‧沖洗氣體接口160‧‧‧支撐柱162‧‧‧微調致動器170‧‧‧間隙178‧‧‧升降銷組件179‧‧‧升降銷180‧‧‧加載鎖腔室200‧‧‧加熱裝置201‧‧‧主體202‧‧‧頂面203‧‧‧底面204‧‧‧外緣206‧‧‧底面208‧‧‧開口210‧‧‧加熱構件211‧‧‧第一電阻式加熱構件212‧‧‧第二電阻式加熱構件213‧‧‧電力線路執行214‧‧‧溫度量測裝置215‧‧‧溫度量測裝置216‧‧‧溫度量測裝置220‧‧‧電源222‧‧‧電力線路223‧‧‧絕緣件224‧‧‧絕緣件227‧‧‧開口228‧‧‧開口250‧‧‧處理區域250a‧‧‧處理區域250b‧‧‧處理區域250c‧‧‧處理區域250d‧‧‧處理區域250e‧‧‧處理區域250f‧‧‧處理區域250g‧‧‧處理區域250h‧‧‧處理區域280‧‧‧工廠介面295‧‧‧控制系統296‧‧‧使用者輸入/輸出（I/O）系統297‧‧‧溫度輸入件298‧‧‧反饋控制電路D‧‧‧距離
可藉由參照實施例（其中之某些係繪示於隨附的繪圖中）來擁有本揭示案的更特定描述，使得可使用詳細的方式來瞭解（以上所簡要概述的）以上所載之本揭示案特徵。然而，要注意的是，隨附的繪圖僅繪示此揭露的一般實施例且因此並不視為其範圍的限制，因為本揭示案可容許其他等效的實施例。
圖1圖示依據本揭示案之一或更多個實施例之批次處理腔室的橫截面圖；
圖2圖示依據本揭示案之一或更多個實施例之批次處理腔室的部分透視圖；
圖3圖示依據本揭示案之一或更多個實施例之批次處理腔室的示意圖；
圖4圖示依據本揭示案一或更多個實施例之用於批次處理腔室中之楔形氣體分佈組件之一部分的示意圖；
圖5圖示依據本揭示案之一或更多個實施例之批次處理腔室的示意圖；
圖6圖示依據本揭示案之一或更多個實施例之加熱裝置的透視圖；
圖7圖示依據本揭示案之一或更多個實施例之加熱裝置的部分橫截面示意圖；及
圖8圖示依據本揭示案之一或更多個實施例之處理腔室的部分示意圖。
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國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
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200:加熱裝置
201:主體
204:外緣
206:底面
208:開口
210:加熱構件
211:第一電阻式加熱構件
212:第二電阻式加熱構件
213:電力線路執行
214:溫度量測裝置
227:開口
228:開口
295:控制系統
296:使用者輸入/輸出(I/O)系統
297:溫度輸入件
298:反饋控制電路

Claims (19)

  1. 一種用於空間原子層沉積的加熱裝置，包括：一主體，該主體具有一頂面、一底面及外緣，該主體包括石墨及一開口，該開口從該頂面到該底面穿過該主體；及至少一個加熱構件，該至少一個加熱構件包括安置於該主體中的一連續材料區段。
  2. 如請求項1所述之加熱裝置，其中該主體可抵擋超過至少約1150℃的溫度。
  3. 如請求項1所述之加熱裝置，更包括該主體上的一熱解塗層。
  4. 如請求項1所述之加熱裝置，其中該加熱構件包括熱解石墨。
  5. 如請求項1所述之加熱裝置，更包括一溫度量測裝置。
  6. 如請求項5所述之加熱裝置，其中該溫度量測裝置連接至該至少一個加熱構件，且包括一電壓計或一電流計中的一或更多者。
  7. 如請求項5所述之加熱裝置，其中該溫度量測裝置與主體接觸，且包括一熱阻器及一熱電耦中的一或更多者。
  8. 如請求項1所述之加熱裝置，其中存在二或更多個加熱構件，該二或更多個加熱構件從該主體的一中心徑向向外地佈置於區中。
  9. 如請求項1所述之加熱裝置，其中該主體實質上僅包括石墨。
  10. 一種處理腔室，包括：一氣體分佈組件，具有一前表面；一接受器組件，具有一頂面及一底面，該頂面面向該氣體分佈組件的該前表面，該頂面在其中具有複數個凹口，各凹口調整尺寸為在處理期間支撐一基板；及一加熱裝置，具有一主體，該主體包括石墨，該主體具有面向該接受器組件之該底面的一頂面及一底面，該主體包括一開口，該開口從該主體的該頂面到該主體的該底面穿過該主體，及該加熱裝置包括該主體內的至少一個加熱構件。
  11. 如請求項10所述之處理腔室，其中該加熱裝置將該接受器組件有效加熱至一溫度，該溫度足以將定位於該接受器組件上的一基板加熱至大於約700℃的一溫度。
  12. 如請求項10所述之處理腔室，其中該加熱裝置連接至約100V至約500V之範圍中的一電源。
  13. 如請求項12所述之處理腔室，更包括該電源及相鄰元件之間的絕緣件。
  14. 如請求項10所述之處理腔室，其中該接受器組件由一支撐柱支撐，且該支撐柱穿過該主體中的該開口而不接觸該主體。
  15. 如請求項10所述之處理腔室，更包括一溫度量測裝置，該溫度量測裝置連接至該至少一個加熱構件，該溫度量測裝置包括一電壓計或一電流計中的一或更多者。
  16. 如請求項10所述之處理腔室，更包括一溫度量測裝置，該溫度量測裝置包括一高溫計，該高溫計定位為決定該接受器組件之該頂面上的一基板溫度。
  17. 如請求項10所述之處理腔室，更包括一沖洗氣體注射器，該沖洗氣體注射器定位為朝該加熱裝置引導一惰性氣體流。
  18. 如請求項10所述之處理腔室，更包括一反射器，該反射器定位於該主體的該底面及該處理腔室的一壁之間。
  19. 一種處理腔室，包括：一氣體分佈組件，具有一前表面； 一接受器組件，具有一頂面及一底面，該頂面面向該氣體分佈組件的該前表面，該頂面在其中具有複數個凹口，各凹口被調尺寸為在處理期間支撐一基板，該接受器組件連接至一支撐柱；及一加熱裝置，具有一主體，該主體實質上僅包括石墨，該主體具有面向該接受器組件之該底面的一頂面及一底面，該加熱裝置包括該主體內的至少一個加熱構件，該至少一個加熱構件連接至一100V至500V的電源，該加熱構件將該接受器組件有效加熱至一溫度，該溫度足以將定位於該接受器組件上的一基板加熱至大於約1100℃的一溫度，該加熱裝置包括一開口，該開口從該主體的該頂面到該主體的該底面穿過該主體，且該支撐柱穿過該主體中的該開口而不接觸該主體。
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