TWI722978B - 用於原子層沉積之加熱燈 - Google Patents

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Abstract

本發明描述用於在基座組件上處理複數個半導體晶圓而使整個基座組件上溫度均勻一致的設備及方法。在區域中配置並控制複數個線形燈以提供均勻加熱作用。

Description

用於原子層沉積之加熱燈
本發明實施例大體上有關用於在處理期間控制基板溫度的設備及方法。特別是，本發明實施例是關於納入線形燈藉以均勻控制大型基座組件之溫度，從而控制複數個基板之溫度的設備和方法。
介電膜及金屬膜(例如，SiN、SiCN、TiN)的原子層沉積製程需要很高的晶圓溫度(通常大於或等於約500℃)。使用電阻式加熱器無法達到此等製程溫度。使用石墨加熱器來達到高溫則所費不貲。此外，電阻式加熱器及石墨加熱器可能對所處理的膜造成污染。電阻式加熱器及石墨加熱器的安裝與更換作業可能相當複雜、困難且昂貴。
可採用輻射方式加熱晶圓的燈能夠以低成本達到高溫。相較於電阻式加熱器及石墨加熱器而言，燈容易安裝和更換。使用燈式加熱法升高晶圓溫度的速度比電阻式加熱法或石墨加熱方式法要快速許多。然而，在使用大型基座組件的處理腔室中，燈的加熱作用並不均勻。這會導致在整個基座組件上產生溫度梯度，從而導致膜沉積不均勻。
因此，在所屬技術領域中需要能夠控制大型基座組件上之晶圓溫度的方法和設備。
本發明的一個或更多個實施例是關於包含氣體分配組件及基座組件的處理腔室。該基座組件位於該氣體分配組件下方且具有碟狀造形，該碟狀造形包含頂表面及底表面，且該頂表面與該底表面界定出厚度。該基座組件的頂表面包含至少一凹槽表面以用於支撐晶圓。驅動軸支撐該基座組件以旋轉該基座組件。複數個線形燈配置在該基座組件下方。該複數個線形燈分成複數個區域。控制器連接至該複數個線形燈以用於獨立供電給該等線形燈區域的每一個區域。
在某些實施例中，該基座組件的尺寸經塑造以用於支撐至少三個晶圓。
在一個或更多個實施例中，該基座組件具有約0.75公尺至約2公尺之範圍內的直徑。
在某些實施例中，該等線形燈繞著該驅動軸呈同心圓狀配置。在一個或更多個實施例中，其中，該等線形燈中之每個燈的長度實質相同。
在某些實施例中，該複數個線形燈彼此實質平行並與該基座組件的直徑成垂直地伸展。在一個或更多個實施例中，該複數個線形燈具有至少兩種不同長度。
某些實施例進一步包括至少兩個U形燈，且該至少兩個U形燈配置在該驅動軸周圍。在一個或更多個實施例中，該至少兩個U形燈配置在該驅動軸周圍而以該驅動軸為 準具有雙重對稱性。在某些實施例中，該兩個U形燈之每個U形燈的彎曲部位鄰近該驅動軸。在某些實施例中，該至少兩個U形燈界定出第一區域。
在一個或更多個實施例中，該等線形燈分成至少二個區域。在某些實施例中，該等線形燈分成第二區域、第三區域及第四區域，每個區域配置成逐漸遠離該驅動軸且位在該驅動軸的相反側上。在一個或更多個實施例中，該第二區域包括兩個具有第一長度的線形燈，該等線形燈與該基座組件的直徑成垂直地伸展，且該等線形燈沿該直徑與該驅動軸相隔第一距離，使得該第二區域位在該第一區域的相反側，該第三區域包括至少一個具有第二長度的線形燈，且該第二長度比該第一長度短，該第三區域配置成沿該直徑與該驅動軸相隔第二距離，且該第二距離大於該第一距離，使得該第三區域位在該第二區域的相反側，及第四區域包括至少一個具有該第二長度的燈及/或至少一個具有第三長度的燈，且該第三長度比該第二長度短，該第四區域配置成沿該直徑與該驅動軸相隔第三距離，且該第三距離大於該第二距離，使得該第四區域位在該第三區域的相反側。
在某些實施例中，該等線形燈中的每個線形燈在該燈的至少一末端處具有電極，該電極向下彎曲而遠離該基座組件的該底表面。
在一個或更多個實施例中，該等線形燈包含沿著該燈之下部分的反射表面，藉以反射來自該燈的光而使光射向該基座組件的底部。
本發明的附加實施例是關於包含氣體分配組件及基座組件的處理腔室。該基座組件位於該氣體分配組件下方且具有碟狀造形，該碟狀造形包含頂表面及底表面，且該頂表面與該底表面界定出厚度。該頂表面包含至少一個凹槽表面以用於支撐晶圓。驅動軸支撐該基座組件以旋轉該基座組件。複數個線形燈配置在該基座組件下方。該複數個線形燈分成至少兩個區域，且該複數個線形燈彼此互呈平行地伸展並與該基座組件的直徑成垂直。至少兩個U形燈配置在該驅動軸周圍而以該驅動軸為準具有雙重對稱性。控制器連接至該複數個線形燈以獨立供電給該等線形燈區域的每一個區域。
在某些實施例中，該至少兩個U形燈界定出第一區域。在一個或更多個實施例中，該等線形燈分成第二區域、第三區域及第四區域，每個區域配置成逐漸遠離該驅動軸且位在該驅動軸的相反側上。在某些實施例中，該第二區域包括兩個具有第一長度的線形燈，該等線形燈與該基座組件的直徑成垂直地伸展，且該等線形燈沿該直徑與該驅動軸相隔第一距離，使得該第二區域位在該第一區域的相反側，該第三區域包括至少一個具有第二長度的線形燈，且該第二長度比該第一長度短，該第三區域配置成沿該直徑與該驅動軸相隔第二距離，且該第二距離大於該第一距離，使得該第三區域位在該第二區域的相反側，及第四區域包括至少一個具有該第二長度的燈及/或至少一個具有第三長度的燈，且該第三長度比該第二長度短，該第四區域配置成沿該直徑與該驅動 軸相隔第三距離，且該第三距離大於該第二距離，使得該第四區域位在該第三區域的相反側。
1‧‧‧第一區域
2‧‧‧第二區域
3‧‧‧第三區域
4‧‧‧第四區域
17‧‧‧旋轉步驟
30‧‧‧氣體分配組件/注入器組件
60‧‧‧晶圓
61‧‧‧頂表面
84‧‧‧區域
100‧‧‧處理腔室
120‧‧‧分配組件
121‧‧‧前表面
122‧‧‧獨立部件
124‧‧‧外邊緣
140‧‧‧基座組件
141‧‧‧頂表面
142‧‧‧凹槽
143‧‧‧底表面
144‧‧‧邊緣
160‧‧‧驅動軸/支座桿
162‧‧‧微調致動器
170‧‧‧縫隙
180‧‧‧鎖定腔室
210‧‧‧燈
211‧‧‧末端
212‧‧‧直徑
214‧‧‧彎曲
215‧‧‧U形燈
216‧‧‧區段
217‧‧‧末端
219‧‧‧反射表面
222‧‧‧中央區域
240‧‧‧控制器
為求詳細瞭解並達成本發明的上述特徵，可參考附圖所示的數個本發明實施例更具體地說明以上簡要闡述的本發明。然而應注意的是，該等附圖僅示出本發明的代表性實施例，故該等附圖不應視為本發明範圍的限制，就本發明而言，尚容許做出其他等效實施例。
第1圖圖示根據本發明一個或更多個實施例之處理腔室的部分剖面圖；及第2圖圖示根據本發明一個或更多個實施例之氣體分配組件的局部視圖；第3圖圖示根據本發明一個或更多個實施例之燈組件的剖面圖；第4圖圖示根據本發明一個或更多個實施例之燈組件的透視圖；第5圖圖示根據本發明一個或更多個實施例之燈組件的剖面圖；第6圖圖示根據本發明一個或更多個實施例之燈組件的剖面圖；第7圖圖示根據本發明一個或更多個實施例之燈組件的剖面圖；第8圖圖示根據本發明一個或更多個實施例之單個燈的剖面圖； 第9圖圖示根據本發明一個或更多個實施例之燈組件的剖面圖；及第10圖是根據本發明一個或更多個實施例圖示基座組件之溫度與從該基座組件中心起算之徑向距離的關係圖。
為幫助理解，盡可能地使用相同元件符號來代表該等圖式中共同的相同元件。無需多做說明，便能思及到一實施例中的元件及特徵可有利地併入其他實施例中。
本發明是有關用於藉由獨特的前驅物注入設計建立出強度足以在高旋轉速度下固定住晶圓之微差壓力(differential pressure)的設備和方法。當用於本案說明書及所附請求項中時，「晶圓(wafer)」、「基板(substrate)」及諸如此類術語可互換使用。在某些實施例中，該晶圓是剛性的不連續基板。
第1圖圖示處理腔室100的剖面圖，該處理腔室100包含氣體分配組件120(亦稱為注入器或注入組件)及基座組件140。氣體分配組件120是可用於處理腔室中之任意類型的氣體輸送裝置。氣體分配組件120包含前表面121，該前表面121面向基座組件140。前表面121可具有任意數目或種類的開孔以用於輸送氣流流向基座組件140。氣體分配組件120亦包含外邊緣124，在所示實施例中，該外邊緣呈實質圓形。
可根據欲使用的特定製程而改變所使用之氣體分配組件120的具體類型。本發明實施例能與可控制基座與氣體 分配組件間之縫隙的任一型處理系統併用。儘管可採用各種不同類型的氣體分配組件(例如，噴頭)，但本發明實施例對於具有複數個實質平行氣體通道的空間原子層沉積(spatial ALD)氣體分配組件可能特別有用。當用於本案說明書及所附請求項中時，「實質平行(substantially parallel)」一詞意指該等氣體通道的長軸在相同的大方向上伸展。該等氣體通道的平行度可能有些許不完美。該複數個實質平行的氣體通道可包含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、至少一個淨化氣體P通道及/或至少一個真空V通道。將來自該(等)第一反應氣體A通道、第二反應氣體B通道及淨化氣體P通道的氣體導向晶圓的頂表面。一部份的氣流會水平移動而通過晶圓的整個表面並經由該(等)淨化氣體P通道離開處理區。從該氣體分配組件的一端移動到另一端的基板將會依序地暴露在每一個處理氣體下，從而在該基板表面上形成膜層。
在某些實施例中，氣體分配組件120是由單個注入器單元所構成的剛性固定主體。在一個或更多個實施例中，氣體分配組件120是由複數個獨立部件(sector)122所組成。具有單一個主體或多部件式主體的氣體分配組件可與所述的本發明各種實施例併用。
基座組件140配置在氣體分配組件120下方。基座組件140包含邊緣144、頂表面141及底表面143，頂表面141與底表面143界定出厚度。頂表面141可包含至少一個凹槽142，凹槽142的尺寸經塑造成可支撐基板以進行處理。凹槽 142可根據欲處理之晶圓60的尺寸和形狀而為任何適當的形狀和尺寸。在第1圖的實施例中，凹槽142具有平坦底部以支撐晶圓的底部，但應明白，該凹槽的底部可以加以變化。在某些實施例中，該凹槽具有環繞著凹槽外周邊緣的階梯區，該等階梯區的尺寸塑造成可支撐晶圓的外周邊緣。可根據例如該晶圓的厚度及在該晶圓背側上是否已有特徵存在來改變該等階梯支撐晶圓外周邊緣的量。
在某些實施例中，如第1圖中所示者，基座組件140之頂表面141中之凹槽142的尺寸經過塑造，使得支撐在凹槽142中之晶圓60的頂表面61與基座140的頂表面141實質共平面。當用於本案說明書及後附請求項中時，「實質共平面(substantially coplanar)」一詞意指該晶圓的頂表面與該基座的頂表面為共平面且誤差範圍在±0.2毫米以內。在某些實施例中，該等頂表面為共平面且誤差範圍在±0.15毫米、±0.10毫米或±0.05毫米以內。
第1圖的基座組件140包含驅動軸160，該驅動軸160能夠升高、降下及旋轉該基座組件140。該基座組件可在支座桿160的中心內部含有加熱器、氣體管線或電子元件。支座桿160可為用來增加或減少該基座組件140與氣體分配組件120間之縫隙的主要工具。基座組件140亦可包含微調致動器162，該微調致動器162可對基座組件140進行微調以在基座組件140與氣體分配組件120之間建立期望的縫隙170。
在某些實施例中，縫隙170的距離在約0.1毫米(mm) 至約5.0毫米的範圍內，或在約0.1毫米至約3.0毫米的範圍內，或在約0.1毫米至約2.0毫米的範圍內，或在約0.2毫米至約1.8毫米的範圍內，或在約0.3毫米至約1.7毫米的範圍內，或在約0.4毫米至約1.6毫米的範圍內，或在約0.5毫米至約1.5毫米的範圍內，或在約0.6毫米至約1.4毫米的範圍內，或在約0.7毫米至約1.3毫米的範圍內，或在約0.8毫米至約1.2毫米的範圍內，或在約0.9毫米至約1.1毫米的範圍內，或約1毫米。
該等圖式中所示的處理腔室100是旋轉型腔室，在該腔室中，基座組件140可固定複數個晶圓60。如第2圖所示，氣體分配組件120可包含複數個獨立注入器單元122，若將晶圓移到注入器單元下方，每個注入器單元122能夠在晶圓上沉積膜層。圖中示出四個大致呈派形的注入器單元122配置在靠近基座組件140的相反側上且位於基座組件140的上方。圖中所示之注入器單元122的數目僅作為示範說明之用。應明白腔室中可包含更多或更少的注入器單元122。在某些實施例中，具有足夠數目的派形注入器單元122以形成與基座組件140之形狀相似的造形。在某些實施例中，可單獨移動、卸除及/或更換每一個單獨的派形注入器單元122而不會影響任一個其他注入器單元122。例如，可升高其中一個區段而容許機器人進出基座組件140與氣體分配組件120之間的區域以裝載/卸載晶圓60。
同樣地，儘管圖中未示出，但基座組件140可由複數個獨立部件或單元所組成。該複數個單元可大致呈派形並 可拼湊在一起而形成具有頂表面和底表面的基座組件。
基座組件140的尺寸可根據具體的處理腔室及欲處理之晶圓的尺寸而改變。在某些實施例中，該基座組件的尺寸塑造成可支撐至少三個晶圓。在一個或更多個實施例中，該基座組件的尺寸塑造成可支撐至少3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、12個、13個、14個、15個、16個或更多個晶圓。該等晶圓可為任何尺寸的晶圓，包括但不限於150毫米、200毫米、300毫米及450毫米的晶圓。基座組件的直徑亦可改變。在某些實施例中，該基座組件具有範圍約0.75公尺至約2公尺，或範圍約1公尺至約1.75公尺的直徑，或範圍約1.25公尺至約1.75公尺或約1.5公尺的直徑。
具有多個氣體注入器的處理腔室可用於同時處理多個晶圓，而使該等晶圓經歷相同的製程流程。舉例言之，如第2圖中所示，處理腔室100具有四個氣體注入器單元122及四個晶圓60。四個注入器單元122的圖式僅為代表範例，選用該圖式是為了更容易觀看及說明該製程。所屬技術領域中熟悉該項技藝者將明白該氣體分配組件可以是單一個元件且可與基座組件具有大致相同的尺寸及/或形狀。開始進行處理時，該等晶圓60可配置在該等注入器122單元之間。使基座組件140旋轉(步驟17)45°將會使位在注入器單元122之間的各個晶圓60朝向注入器單元122移動以進行膜沉積，如位在注入器組件122下方的虛線圓圈所示者。再額外旋轉45°以將該等晶圓移離該等注入器組件30。在晶圓相對於該注入 器組件而移動的期間，使用空間ALD注入器在晶圓上沉積膜。在某些實施例中，使基座組件140的轉速增加以避免晶圓60停在該等注入器單元122下方。晶圓60及注入器單元122的數目可相同或不同。在某些實施例中，欲處理之晶圓的數目與氣體分配組件的數目相同。在某些實施例中，欲處理之晶圓的數目占氣體分配組件之數目的一部份，或欲處理之晶圓的數目是氣體分配組件之數目的整數倍。例如，若有四個氣體分配組件，則可具有4x個欲處理晶圓，其中x是大於或等於1的整數。
第2圖中所示的處理腔室100僅為其中一種可行結構的代表例且不應用來限制本發明範圍。此處，處理腔室100包括複數個氣體分配組件120。在所示實施例中，有四個氣體分配組件30沿著該處理腔室100等距地間隔配置。所示的處理腔室100為八角形，然而，所述技術領域中熟悉該項技藝者將瞭解到，這是其中一種可行的形狀且不應用於限制本發明範圍。所示的氣體分配組件120呈梯形，但所述技術領域中熟悉該項技藝者將瞭解到，該氣體分配組件可唯單一個圓形元件或由複數個具有弧形內周邊緣及/或弧形外周邊緣的派形部分所組成。
第2圖中所示得實施例包含裝載鎖定腔室180或類似緩衝站的輔助腔室。此腔室180與該處理腔室100的一側連接，以允許例如在該腔室100中裝載/卸載基板60。晶圓機器人可配置在腔室180內以用於移動基板。
該旋轉台(例如，基座140)的旋轉動作可連續或不連 續。在進行連續處理時，該等晶圓持續旋轉，以使該等晶圓依序暴露在每個注入器下。在不連續的處理過程中，可使該等晶圓移動至該注入器區域並停住，且隨後移動到介於該等注入器之間的區域84並停住。例如，該旋轉台可旋轉，以使該等晶圓從注入器之間的區域移動通過該注入器(或停在該注入器旁邊)且前往下一個介於注入器之間的區域並在該處再次停頓。在該等注入器之間停頓可提供時間以用來進行各層沉積之間的附加處理步驟(例如，暴露於電漿)。
回到第1圖，處理腔室100包含複數個燈210，該等燈210配置在基座組件140下方。由於基座組件140可移動而接近或遠離氣體分配組件120，故可改變基座組件140與該複數個燈210之間的距離。在某些實施例中，當該基座組件位於裝載位置時(即，移動而遠離該氣體分配組件)及當該基座組件位於靠近該基座組件處的處理位置時，該複數個210與基座組件140之間的距離皆保持實質相同。在某些實施例中，該等燈210位於固定位置，且該基座組件在裝載位置與處理位置之間移動會造成該等燈與該基座組件之間的距離產生變化。
該複數個燈210是間隔排列且分區的線形燈。當用於本案說明書及後附請求項中，「線形燈(linear lamp)」一詞意指該燈預期應為直線但在直線度上有著可接受的些微偏差。例如，「線形燈」在直線度上的偏差可能小於約10%、5%、2%或1%。該等燈及處理腔室連接至控制器240，控制器240可獨立控制該基座組件、氣體分配組件、燈及/或多個燈 所組成的區域。
第3圖圖示基座組件140的實施例，該基座組件140具有複數個燈210，且該等燈210彼此隔開且呈實質平行。如第4圖所示，該等燈在靠近該處理腔室邊緣的兩端處具有末端211，該等末端211亦稱為電極。當用於本案說明書及後附請求項時，「實質平行(substantially parallel)」一詞意指該等燈處於合理的平行程度。該等燈的平行度可有些微的偏差但仍然落在「實質平行」的範圍內。例如，實質平行的燈是在沿著該等燈的全長下，該等燈之間的距離變化不會超過10%、5%、2%或1%。
每個燈210彼此平行且與該基座組件的直徑成垂直地伸展。該直徑212並非實質的線，僅是用來代表直徑。所屬技術領域中熟悉該項技藝者將可明白，是以離該基座組件中心逐漸遞增的距離來間隔排列該等燈，且驅動軸160位於該基座組件的中心處。
該等燈之間的間隔可改變或可實質相同。在某些實施例中，該等燈的間隔在約15毫米至約75毫米的範圍內，或在約20毫米至約70毫米的範圍內，或在約25毫米至約65毫米的範圍內，或在約30毫米至約60毫米的範圍內，或在約35毫米至約55毫米的範圍內，或在約40毫米至約50毫米的範圍內。
第3圖中的每個燈210具有不同長度。該等燈從靠近該基座組件之外周長邊緣的區域開始延伸並跨越該直徑212而延伸到靠近另一側外周長邊緣的區域。當沿著該直徑但 以逐漸遠離(further from)該驅動軸的方式配置該等燈時，該周長邊緣區域之間的距離會遞減。這導致位於該驅動軸之其中一側上的每個燈具有不同長度。位在該驅動軸另一側上之該等燈的長度可呈鏡像般或同樣具有不同長度。這可能導致需要大量可能用到的燈尺寸。
來自該等燈的輻射加熱該基座，從而加熱位在該基座上的晶圓。該等晶圓可達到高於約500℃的處理溫度。該等燈絲會達到高出許多的溫度，通常高於約1800℃。當基座組件旋轉時，方位溫度(當基座組件靜止時的溫度)的變異會與周遭區域混合而產生徑向溫度分佈。藉由控制區域中的燈，而非集體控制整個燈群，可調整該徑向溫度分佈並使該徑向溫度分佈更均勻一致。
參閱第4圖，某些實施例將該等燈分成數種離散長度(discrete length)。例如，可能有兩種、三種、四種、五種、六種或更多種離散燈長度可用來加熱該基座組件。第4圖的實施例具有三種不同的燈長度。這表示只需要訂購三種不同零件編號便可集全更換用的燈管。
第4圖中所示的該等210具有末端211，該等211末端靠近該處理腔室中的冷區(相對於該處理腔室的中心而言)。相較於使該等末端位在較熱區域中而言，此配置方式允許保持該等電子設備的電性連接且發生過熱的可能性較小。
中央區域222不具有燈210。然而，在某些實施例中，可能希望在此中央區域222中包含一個或更多個燈。參閱第5圖，至少兩個U形燈215配置在該中央區域222中。 這些燈具有彎曲區段或直線區段216及末端217。該彎曲區段可設置在靠近驅動軸160處，使得末端217可位在該處理腔室的外側較冷區處。然而，在某些實施例中，該U形燈216的方向可反轉，使得該等末端217靠近驅動軸160且該彎曲區段216靠近該基座組件的外邊緣。
第5圖中所示的U形燈215沿著直徑212配置在與該驅動軸160相距同等距離之處。此處，該燈之彎曲區段216的中心點與該直徑212的中心點齊平(even with)。然而，可能具有超過兩個的U形燈且配置方式可加以變化。在某些實施例中，如第6圖所示，驅動軸160周圍配置有四個U形燈。燈210的配置方式是使該等燈210以驅動軸160為準而具有雙重對稱性。對於第5圖中所示的實施例而言亦是如此。
第6圖圖示本發明的四區式實施例。在此實施例中，該至少兩個U形燈215界定出第一區域1。該等線形燈210分成第二區域2、第三區域3及第四區域4。每個區域配製成逐漸遠離該驅動軸160且位在該驅動軸160的相反側上。在所示實施例中，第二區域2包括兩個具有第一長度的線形燈210。有兩個第二區域2，並在驅動軸160的左側及右側上每側各有一個第二區域2。該兩個第二區域2與該直徑212的中心相隔第一距離。第三區域2包括至少三個具有第二長度的線形燈210，且第二長度比第一長度短。該第三區域配置成與該直徑212的中心相隔第二距離，且該第二距離大於該第一距離。該兩個第三區域3各自位在驅動軸160的相反側上且位在該第一區域及該第二區域的相反側上。更遠的區 域4包含至少一個具有第二長度的燈210及至少一個具有第三長度的燈210，且第三長度比第二長度短。第四區域4配置成沿著直徑212與該驅動軸160相隔第三距離，且該第三距離大於該第一距離，使得第四區域4位在遠離該驅動軸160及該第二區域的該第三區域之相反側上。可使用任何合適的測量裝置測量該基座組件之晶圓區域內的溫度，合適的測量裝置可包括，但不限於，熱電偶及高溫計。對於~500℃的平均晶圓溫度而言，整個晶圓的溫度不均勻性小於約20℃是可接受的。若晶圓處理溫度降低時，整個晶圓上可接受的溫度不均勻性亦可能隨之下降(即，需要更嚴格的溫度控制)。第10圖是根據本發明一個或更多個實施例圖示在整個基座組件上的基座/晶圓表面溫度圖。此圖圖示該表面溫度與從該基座組件中心起算之距離的關係。此區域包含該驅動軸及該基座組件的外側部分。該等標記位置標示出在整個晶圓上(而不是整個基座組件)的最高溫與最低溫之點。這些點的溫差是溫度不均勻性的衡量值，在此圖中約為16℃。
第7圖圖示另一個實施例，在該實施例中，每個線形燈210具有相同長度。此處，每一組燈210是配置在與該直徑212相距不同距離處且相對於直徑212形成鏡像。儘管圖中顯示這些燈呈鏡像，但明白該等燈也可完全交錯排列(staggered)。該圖的右側可為左側的鏡像，使得該等燈佈滿整個基座組件140。每個燈210的燈引線不再配置在該腔室的較冷部分處。因此，期望有不同的結構可用於該等電極。第8圖圖示此一結構。此處，該等線形燈210在燈的其中一端或 兩端上具有電極211，且該等電極211向下彎曲(214)而遠離該基座組件的底表面。此方式允許使該等電極211遠離該基座組件最熱的部分而使熱損害減至最小並延長燈的壽命。
在某些實施例中，燈210包含沿著該燈之下部分的反射表面219。反射表面219可反射來自該燈的光而使光射向該基座組件的底表面。此外，反射表面219可藉由減少撞擊在該等電極上之輻射能的量而有助於防止電極211過熱。合適的反射表面包括，但不限於，銀、金、Al2O3、SiO2及上述材料之組合。
第9圖圖示本發明的另一個實施例，在該實施例中，該等線形燈210繞著該驅動軸160而呈同心圓狀配置。在此實施例中有三個同心圓，該三個同心圓可構成第一區域1、第二區域2及第三區域3。在某些實施例中，每個線形燈210實質相同長度，使得任一個燈皆可配置在沿著該等圓的任一處。當用於本案說明書及後附請求項時，「實質相同長度(substantially the same length)」一詞意指該等燈的長度落在欲置於固定燈座中之燈所要求的正常公差範圍內，而與該等電極有足夠的電性接觸。在某些實施例中，該等燈具有如第8圖所示般的彎曲末端，藉著使電極遠離該基座組件的底表面來防止該等電極過熱。
與本發明實施例併用的基板可為任何合適的基板。在詳細實施例中，該基板是剛性、不連續、大致平坦的基板。若用於本案說明書及後附請求項時，當「不連續(discrete)」一詞是關於基板時，「不連續」意指該基板具有固定尺寸。具 體實施例的基板是半導體晶圓，例如直徑為200毫米或300毫米或450毫米的矽晶圓。
當用於本案說明書及後附請求項中時，「反應氣體(reactive gas)」、「反應前驅物(reactive precursor)」、「第一前驅物」、「第二前驅物」及諸如此類用語是指能夠與基板表面或基板表面上之膜層發生反應的氣體及氣態物種。
在某些實施例中，在電漿增強原子層沉積(PEALD)製程期間可形成一個或更多個層。在某些製程中，使用電漿提供充足能量以促使物種進入激發態，在激發態下，表面反應變得有利且可能發生。引導電漿進入該製程中的動作可以是連續或脈衝調節的。在某些實施例中，使用依序脈衝的前驅物(或反應氣體)及電漿以處理膜層。在某些實施例中，可在當地(即，在處理區內)或遠端(即，在處理區以外之處)使該等試劑離子化。在某些實施例中，遠端離子化作用可發生在沉積腔室的上游，使得離子或其他能量性物種或發光物種不直接接觸沉積中的膜。在某些PEALD製程中，是在該處理腔室外部(例如，利用遠端電漿生成系統)生成該電漿。可藉由任何適當的電漿生成製程或所屬技術領域中熟悉該項技藝者已知的技術來生成電漿。例如，可利用一個或更多個微波(MW)頻率產生器或射頻(RF)產生器生成電漿。可根據欲使用的特定反應物種來調整該電漿的頻率。合適的頻率包括，但不限於，2MHz、13.56MHz、40MHz、60MHz及100MHz。儘管本文中揭示在沉積製程期間可使用電漿，但需注意的是，也可能不需要電漿。的確，其他實施例涉及在極溫和條件下且無 需使用電漿的沉積製程。
根據一個或更多個實施例，該基板在形成該層之前及/或之後接受處理。此處理可在同一個腔室或在一個或更多個不同的處理腔室中進行。在某些實施例中，從第一腔室中移出該基板並送入不同的第二腔室以進行進一步處理。可從該第一腔室中直接移出基板並送至該不同的處理腔室，或可從該第一腔室中移出該基板並送至一個或更多個移送室，且隨後將該基板移送至所欲的不同處理腔室。因此，該處理設備可能包括與移送站相連接的多個腔室。此種類型的設備可稱為「叢集工具」或「叢集系統」及諸如此類者。
一般而言，叢集工具是一種包含多個腔室的模組系統，該等腔室可進行各種功能，包括尋找基板的中心與定向、除氣、退火、沉積及/或蝕刻。根據一個或更多個實施例中，叢集工具包括至少一個第一腔室及一中央移送室。該中央移送室可容納機器人，該機器人可在處理腔室之間、在裝載鎖定腔室之間及在處理腔室與裝載鎖定腔室之間運送基板。該移送室通常保持處在真空狀態下並提供中間階段(intermediate stage)以用於將基板從一腔室運送至另一個腔室及/或運送至位於該叢集工具前段處之裝載鎖定腔室。兩種經調適而可用於本發明的習知叢集工具為Centura®及Endura®，兩種工具皆可購自位在美國加州聖塔克拉拉市的應用材料公司。由Tepman等人發明、於1993年2月16日獲准專利且發明名稱為「階段式真空晶圓處理設備及方法(Staged-Vacuum Wafer Processing Apparatus and Method)」的 美國專利第5,186,718號中揭示一此類型的階段式真空基板處理設備之細節。然而，可針對執行文中所述製程特定步驟的目的來改變腔室的確切配置及組合。其他可用的處理腔室包括，但不限於，循環層沉積(ALD)、原子層沉積(ALD)、化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、蝕刻、預清潔、化學清潔、熱處理(例如RTP)、電漿氮化、除氣、定向、羥化作用及其他基板製程。藉著在叢集工具上的腔室中進行製程，可避免大氣中的雜質污染基板表面且在沉積後續膜之前不會發生氧化作用。
根據一個或更多個實施例，基板持續處在真空或「裝載鎖定(load lock)」的狀態下，並且當基板從一腔室移送到下個腔室時，基板不會暴露在周遭空氣中。因此，該等移送室處於真空及在真空壓力下「進行抽吸(pumped down)」。該等處理腔室或移送室中可存在惰性氣體。在某些實施例中，在基板表面上形成矽層之後使用惰性氣體作為淨化氣體以去除一部份或所有的反應物。根據一個或更多個實施例，在沉積腔室的出口處注入淨化氣體以防止反應物從該沉積腔室移動至該移送室及/或附加處理腔室。因此，惰性氣體的氣流在該腔室的出口處形成簾幕。
在處理期間，基板亦可靜止或旋轉。旋轉中的基板可持續旋轉或不連續的階段性(discreet steps)旋轉。例如，基板可在整個製程期間都在旋轉，或可在該基板暴露於不同反應氣體或淨化氣體之間小轉一下。在處理期間(連續或階段性)旋轉基板可使例如氣流幾何形狀之局部變異性的效應減至最 小而有助於產生更均勻的沉積或蝕刻作用。
儘管文中已參照數個特定實施例來說明本發明，但應明白，此等實施例僅用來說明本發明的原理與應用。所屬技術領域中熟悉該項技藝者將瞭解到可對本發明的方法及設備做出各種修飾及變化而不偏離本發明的精神與範圍。因此，本發明包括落入後附請求項之範圍內的諸多修飾及變化態樣及其等效物。
1‧‧‧第一區域
2‧‧‧第二區域
3‧‧‧第三區域
4‧‧‧第四區域
212‧‧‧直徑
215‧‧‧U形燈

Claims (16)

  1. 一種處理腔室，包括：一氣體分配組件；一基座組件，該基座組件位於該氣體分配組件下方，該基座組件具有一碟狀造形，該碟狀造形包含一頂表面及一底表面，且該頂表面與該底表面界定出一厚度，該頂表面包含至少一凹槽表面以支撐一晶圓；一驅動軸，該驅動軸支撐該基座組件，藉以旋轉該基座組件；複數個線形燈，該複數個線形燈配置在該基座組件下方，且該複數個線形燈分成複數個區域；及一控制器，該控制器連接至該複數個線形燈，藉以獨立供電給該等線形燈區域的每一個區域，其中該等線形燈中的每個線形燈在該燈的至少一末端處具有一電極，該電極向下彎曲而遠離該基座組件的該底表面。
  2. 如請求項1所述之處理腔室，其中該基座組件的尺寸經塑造以用於支撐至少三個晶圓。
  3. 如請求項1所述之處理腔室，其中該基座組件具有約0.75公尺至約2公尺之範圍內的一直徑。
  4. 如請求項1所述之處理腔室，其中該複數個線形燈彼此實質平行並與該基座組件的一直徑成垂直地伸展。
  5. 如請求項4所述之處理腔室，進一步包括至少兩個U形燈，且該至少兩個U形燈配置在該驅動軸周圍。
  6. 如請求項5所述之處理腔室，其中該至少兩個U形燈配置在該驅動軸周圍而以該驅動軸為準具有雙重對稱性。
  7. 如請求項6所述之處理腔室，其中該兩個U形燈之每個燈的一彎曲部位鄰近該驅動軸。
  8. 如請求項6所述之處理腔室，其中該至少兩個U形燈界定一第一區域。
  9. 如請求項8所述之處理腔室，其中該等線形燈分成至少二個區域。
  10. 如請求項9所述之處理腔室，其中該等線形燈分成一第二區域、一第三區域及一第四區域，每個區域配置成逐漸遠離該驅動軸且位在該驅動軸的相反側上。
  11. 如請求項10所述之處理腔室，其中該第二區域包括兩個具有一第一長度的線形燈，該等線形燈與該基座組件的一直徑成垂直地伸展，且該等線形燈沿著該直徑與該驅動軸相隔一第一距離，使得該第二區域位在該第一區域的相反側，該 第三區域包括至少一個具有一第二長度的線形燈，且該第二長度比該第一長度短，該第三區域配置成沿該直徑與該驅動軸相隔一第二距離，且該第二距離大於該第一距離，使得該第三區域位在該第二區域的相反側，及第四區域包括至少一個具有該第二長度的燈及/或至少一個具有一第三長度的燈，且該第三長度比該第二長度短，該第四區域配置成沿該直徑與該驅動軸相隔一第三距離，且該第三距離大於該第二距離，使得該第四區域位在該第三區域的相反側。
  12. 一種處理腔室，包括：一氣體分配組件；一基座組件，該基座組件位於該氣體分配組件下方，該基座組件具有一碟狀造形，該碟狀造形包含一頂表面及一底表面，且該頂表面與該底表面界定出一厚度，該頂表面包含至少一凹槽表面以支撐一晶圓；一驅動軸，該驅動軸支撐該基座組件，藉以旋轉該基座組件；複數個線形燈，該複數個線形燈配置在該基座組件下方，且該複數個線形燈分成至少兩個區域，該複數個線形燈彼此互呈平行地伸展並與該基座組件的一直徑成垂直；至少兩個U形燈，該至少兩個U形燈配置在該驅動軸周圍而以該驅動軸為準具有雙重對稱性；及一控制器，該控制器連接至該複數個線形燈，藉以獨立供電給該等線形燈區域的每一個區域， 其中該等線形燈中的每個線形燈在該燈的至少一末端處具有一電極，該電極向下彎曲而遠離該基座組件的該底表面。
  13. 如請求項12所述之處理腔室，其中該至少兩個U形燈界定一第一區域。
  14. 如請求項13所述之處理腔室，其中該等線形燈分成一第二區域、一第三區域及一第四區域，每個區域配置成逐漸遠離該驅動軸且位在該驅動軸的相反側上。
  15. 如請求項14所述之處理腔室，其中該第二區域包括兩個具有一第一長度的線形燈，該等線形燈與該基座組件的一直徑成垂直地伸展，且該等線形燈沿著該直徑與該驅動軸相隔一第一距離，使得該第二區域位在該第一區域的相反側，該第三區域包括至少一個具有一第二長度的線形燈，且該第二長度比該第一長度短，該第三區域配置成沿該直徑與該驅動軸相隔一第二距離，且該第二距離大於該第一距離，使得該第三區域位在該第二區域的相反側，及第四區域包括至少一個具有該第二長度的燈及/或至少一個具有一第三長度的燈，且該第三長度比該第二長度短，該第四區域配置成沿該直徑與該驅動軸相隔一第三距離，且該第三距離大於該第二距離，使得該第四區域位在該第三區域的相反側。
  16. 一種處理腔室，包括： 一氣體分配組件；一基座組件，該基座組件位於該氣體分配組件下方，該基座組件具有一碟狀造形，該碟狀造形包含一頂表面及一底表面，且該頂表面與該底表面界定出一厚度，該頂表面包含至少一凹槽表面以支撐一晶圓；一驅動軸，該驅動軸支撐該基座組件，藉以旋轉該基座組件；至少兩個U形燈，該至少兩個U形燈配置在該驅動軸周圍而以該驅動軸為準具有雙重對稱性，該至少兩個U形燈界定出一第一區域；複數個線形燈，該複數個線形燈配置在該基座組件下方，且該複數個線形燈分成至少兩個區域，該複數個線形燈彼此互呈平行地伸展並與該基座組件的一直徑垂直，該複數個線形燈分成一第二區域、一第三區域及一第四區域，每個區域位置是逐漸遠離該驅動軸且位在該驅動軸的相反側上；及一控制器，該控制器連接至該複數個線形燈，藉以獨立地供電給該等線形燈區域的每一個區域；其中該第二區域包括兩個具有一第一長度的線形燈，該等線形燈與該基座組件之一直徑成垂直地伸展，且該等線形燈沿著該直徑與該驅動軸相隔一第一距離，使得該第二區域位在該第一區域的相反側，該第三區域包括至少一個具有一第二長度的線形燈，且該第二長度比該第一長度短，該第三區域配置成沿該直徑與該驅動軸相隔一第二距離，且該第二 距離大於該第一距離，使得該第三區域位在該第二區域的相反側，及第四區域包括至少一個具有該第二長度的燈及/或至少一個具有一第三長度的燈，且該第三長度比該第二長度短，該第四區域配置成沿該直徑與該驅動軸相隔一第三距離，且該第三距離大於該第二距離，使得該第四區域位在該第三區域的相反側。
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