TWI802617B - 基板處理設備以及處理基板及製造經處理工件的方法 - Google Patents

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Abstract

一種基板處理設備(10)包括一基座(19)，其具有一處理側表面(190)；一基板支撐件(14)，其配置在該處理側表面(190)上且設計成在其周邊處承載一基板(17)，該周邊，更具體地，由該周邊所界定之平面，係與該處理側表面(190)間隔開，其中該基板處理設備(10)進一步包括一輻射感測器(21)，其適合於測量電磁輻射且配置在該基座(19)的後側表面(191)側上；一輻射通道(22、23、24、25、26)，其配置在該輻射感測器(21)與該基板支撐件(14)的該周邊之間，更具體地，在該輻射感測器(21)與由該周邊所界定的該平面之間，其中該輻射通道(22、23、24、25、26)至少部分對電磁輻射係可穿透的。

Description

基板處理設備以及處理基板及製造經處理工件的方法
本發明係有關於一種基板處理設備。本發明進一步係有關於一種在這樣的基板處理設備中處理基板及製造經處理工件的方法。
在本發明之意義上的處理包括作用在基板上的任何化學、物理或機械效應。再者，處理亦單獨包括溫度調節或包括與化學、物理或機械作用相結合之溫度調節。這樣的調節應該被理解為包括將基板加熱至期望溫度，將基板保持在期望溫度，並且例如當處理本身傾向於使基板過熱時，冷卻基板以保持在期望處理溫度。
在本發明之意義上的基板係在處理設備中待處理之組件、部件或工件。基板包括但不限於具有矩形方形或圓形形狀之平板形部件。在一個較佳實施例中，本發明實質上提及像晶圓之平面圓形基板。這樣的晶圓之材料可以是玻璃、半導體、陶瓷或能夠承受所述處理溫度之任何其他物質。
真空處理系統/設備/腔室至少包括在低於環境大氣壓之壓力下被處理的基板用之外殼及用於處理所述基板之手段。
夾盤或夾具係適於在處理期間固定基板之基板保持器或支撐件。這種夾持可以特別藉由靜電力(靜電夾盤(ESC))、機械手段、真空或上述手段之組合來實現。夾盤可能具有其他設施，例如，溫度控制組件(冷卻、加熱)及感測器(基板方向、溫度、翹曲等)。
CVD或化學氣相沉積係一種化學製程，在加熱的基板上沉積層。將一種或多種揮發性前驅材料供給至處理系統，在那裡它們在基板表面上反應及/或分解，以產生期望的沉積物。CVD的變型包括：低壓CVD(LPCVD)-在低於大氣壓的CVD製程。超高真空CVD(UHVCVD)係通常低於10-6Pa/10-7Pa的CVD製程。電漿方法包括微波電漿輔助CVD(MPCVD)、電漿增強CVD(PECVD)。這些CVD製程利用電漿來提高前驅物的化學反應速率。
物理氣相沉積(PVD)係用於描述藉由蒸發形式的材料之凝結在基板表面上(例如，在半導體晶圓上)沉積薄膜的各種方法中之任何一種的通用術語。相較於CVD，塗佈方法涉及純物理製程，例如，高溫真空蒸發或電漿濺鍍轟擊。PVD的變型包括陰極電弧沉積、電子束物理氣相沉積、蒸發沉積、濺鍍沉積(亦即，通常侷限在位於靶材表面上之磁隧道中的輝光電漿放電)。
不管是CVD、LPCVD、電漿增強CVD(PECVD) 或PVD(物理氣相沉積)，術語層、塗層、沉積物及膜在本揭露中可互換地用於在真空處理設備中所沉積的膜。
基板處理設備及在基板處理設備中處理基板或製造經處理工件的方法係眾所周知的。亦已知存在多種參數，例如，壓力、溫度、處理時間等，其影響經處理產品(亦即，經處理基板或工件)的品質。然而，在現實生活中，特別是即時地控制這樣的參數可能是相當具有挑戰性的。因此，一直需要以更可靠且精確的方式來控制這些參數，以便例如，藉由提供改進的基板處理設備及/或處理基板的改進方法來提高經處理產品的品質。特別是對於從一側處理基板而從與所述一側相對的一側加熱基板之設備，在其處理期間中很難偵測基板的實際狀況。這尤其是因在其處理期間對基板之有限接近所造成的。
因此，本發明之目的係提供一種基板處理設備，其在設計上係簡單的且可以在其處理期間偵測基板的實際狀況。
這可藉由依據本發明之基板處理設備來實現的。該基板處理設備包括：一基座，其具有一延展且實質平坦的處理側表面；一基板支撐件，其配置在該處理側表面上且設計成在其周邊處承載一基板，該周邊與該處理側表面間隔開，其中該基板處理設備進一步包括：至少一個輻射感測器，其適合於測量電磁輻射且配 置在與該處理側表面相對之該基座的後側表面之一側；至少一個輻射通道，其配置在該至少一個輻射感測器與該基板支撐件的周邊之間，其中該輻射通道至少部分對電磁輻射係可穿透的。
更具體地，該基板支撐件的周邊限定一平面，並且該平面與該處理側表面間隔開。再者，以更具體的方式，該至少一個輻射通道配置在至少一個輻射感測器與由該基板支撐件的周邊所限定之該平面之間。
該輻射感測器可以偵測與在基板處理期間待塗佈之基板的狀況相關聯之電磁輻射。例如，可以測定面向該基座之基板的溫度。在這種情況下，該輻射感測器可以是光學溫度感測器。這樣的溫度測定特別令人感興趣的，因為它可以用於例如觸發基板處理製程，例如，開始實施物理氣相沉積製程。藉由根據一個預定較佳基板溫度(例如，800℃)開始沉積靶材，可以產生更均勻的沉積層，導致更高品質的經處理之基板。再者，溫度測定可用於控制基板的逐步加熱，特別是在沉積超過一層及/或不同材料層時係有用的。或者，由該輻射感測器所偵測之輻射可以與輻射源(例如，電漿點火)的發射相關聯(輻射源設置在待塗佈之基板的與該基座相對之一側，特別是在基板與面向加熱元件之一側相對的一側)，以測定待塗佈之基板上的塗層之厚度。塗層越厚，塗層吸收的發射輻射越多，而該輻射感測器可偵測到的輻射越少。該輻射偵測器在該基座的後側表面側上之配置亦可以表示該感測器配置成與該後側表面間隔開。該 感測器亦可以相對於該基座成橫向配置，因此亦可以配置在該基座的前側表面側上，但是具有橫向偏移。在這種情況下，該輻射通道會更長且不會沿直線延伸。該輻射通道的彎曲或多彎曲延伸亦是可能的。可以具有超過一個輻射偵測器及超過一個對應的輻射通道。例如，可以有兩個、三個、四個、五個、六個或更多個偵測器及對應的通道，借助於它們，可以同時或一個接一個地偵測處理期間之基板的實際狀況。可以組合數個輻射通道與一個輻射偵測器，其中將一束輻射通道集中在該輻射偵測器所分配之特定位置處。該等輻射通道及/或該等輻射偵測器可以均勻地分佈在該基座的前側表面上，或者它們可以配置在特定區域中，例如，沿著該基板支撐件的周邊之投影，更具體地，沿著由該周邊所界定之該平面的投影配置在該基座的前側表面上，或者沿著該基板支撐件的周邊之中線的投影，更具體地，沿著由該周邊所界定之該平面的中線之投影配置在該基座的前側表面上。
如該項技藝所已知，字詞「偵測器」可以用作字詞「感測器」的同義詞。
在一個實施例中，該輻射通道包括在該基座中之一通道，其從該處理側表面延伸至該後側表面；以及至少一個輻射導體。這種設計增加處理期間之基板與該輻射感測器之間的距離，從而防止該感測器受到處理條件(亦即，熱或塗層材料)的負面影響。
在一個實施例中，一加熱元件配置在該基座 上在該基板支撐件的周邊(更具體地，由該周邊所界定之該平面)與該處理側表面之間，其中該加熱元件包括一通路，使電磁輻射從該基板支撐件的周邊(更具體地，從由該周邊所界定之該平面)通向該處理側表面。利用該加熱元件，可以在處理期間保持待處理之基板的預定最佳處理溫度。期望基板溫度在100至1,200攝氏溫度的範圍內，較佳地，在750至1,000攝氏溫度的範圍內。藉由該輻射感測器(例如，光學溫度感測器)的現場溫度偵測可以用於控制該加熱元件的溫度，因而控制待處理之基板的溫度。在該加熱元件中之該通路防止由該加熱元件所發射之電磁輻射負面地干擾該輻射感測器的測量。或者，可以使用在基板處理設備中之溫控大氣來控制基板的溫度。
在一個實施例中，一熱反射表面配置在該處理側表面上，其中該熱反射表面包括一通路，其允許電磁輻射從該基板支撐件的周邊(更具體地，從由該周邊所界定之該平面)穿過該熱反射表面。該熱反射表面防止熱量經由該基座消散，從而降低在該基座上的熱負荷，因而減少加熱源(例如，該加熱元)所需的能量消耗。
在一個實施例中，一處理材料源配置在該基座的相對側上距該基板支撐件的周邊(更具體地，由該周邊所界定之該平面)一段距離處。該處理材料源可以是PVD、CVD或活化氣體源中之任一者(例如，用於清潔、後處理、表面改質或蝕刻)，例如，靶材或蒸發坩堝。
在一個實施例中，提供一外殼，該外殼至少 圍繞該基座及該基板支撐件，並且在另一個實施例中，該外殼額外地圍繞該處理材料源。該外殼較佳地係一密封或可密封隔室，因此能夠在該外殼內產生真空。
在一個實施例中，一輻射導體配置在該後側表面上或在該熱反射表面上。該輻射導體在距該基板支撐件的周邊(更具體地，由該周邊所界定之該平面)一段距離處的配置，以防止例如一些塗層材料對該輻射導體造成負面影響。該輻射導體對大範圍的電磁輻射係可穿透的，例如，波長為1奈米至幾厘米的電磁輻射，亦即，X射線至微波。或者，該輻射導體可以阻止至少一個範圍的電磁輻射穿過該輻射導體。因此，僅使具有一個特定波長範圍的電磁輻射穿過該輻射導體。例如，波長為500奈米至100微米的電磁輻射。或者，該輻射導體被設計成只有一個特定波長可以穿過該輻射導體，例如，900奈米的波長。該輻射導體可以是玻璃或光纖。建議將該輻射通道的觀察口(亦即，該等通路的開口或該輻射導體的直徑)保持成較小。因此，減少該輻射感測器可偵測之直接和間接(例如，反射)的電磁輻射量，從而增加偵測的靈敏度。為了減少來自該加熱元件之可以進入該輻射導體的輻射量，該輻射導體的入口表面，其處理期間面向基板，可以配置在該加熱元件與該基板支撐件的周邊之間，更具體地，在該加熱元件與由該周邊所界定的該平面之間。為了保護該細長輻射導體(亦即，該光纖)，可以在該光纖與該基板支撐件的周邊之間，更具體地，在該光纖與由該周邊所界定的該平面之間配置一額 外輻射導體。該額外輻射導體可以是配置在該輻射導體頂端上的板子及覆蓋該光纖的入口表面及/或部分側表面的套管。該套管可以完全由可讓電磁輻射穿透的材料製成，或者可以僅在覆蓋該入口表面的部分中包括電磁輻射可穿透的材料。在實質上套管僅包圍輻射導體的側部之情況下，具有反射特性的內表面及/或外表面的套管係較佳的。反射外壁保護該輻射導體免受不需要的輻射(例如，源自該加熱元件的散射輻射或輻射)之影響。反射內壁防止經由該輻射導體的側表面進入的輻射之損失，從而增加溫度測定的效率。因此，該套管可以由金屬製成，可以包括金屬或可以包括反射塗層。
在一個實施例中，一第一輻射導體配置在該基座的通路內或在該基座及該熱反射表面的通路內或在該基座、該熱反射表面及該加熱元件的通路內。該輻射導體越接近該基板支撐件的周邊(更具體地，由該周邊所界定之平面)，即越接近在操作期間待處理的基板，能夠進入該輻射導體的散射輻射量越小。因此，改善由該輻射偵測器所偵測之輻射的品質。
在一個實施例中，一額外輻射導體配置在該反射表面上，至少覆蓋該反射表面的通路。該額外輻射導體保護下面的輻射導體。該額外輻射導體較小，因此不貴。如果該額外輻射導體被污染或塗有處理材料或由於機械或熱負荷而被破壞，則它可以容易地更換且不會花費與下面的輻射導體一樣多的成本。
在一個實施例中，該第一輻射導體被一套管 橫向圍繞。該額外輻射導體配置在該套管的正面側上且在距該第一輻射導體的正面側一段距離處。一方面，該套管保護該第一輻射導體不受輻射的影響。另一方面，該套管保護該第一輻射導體不受熱能(亦即，溫度)的影響。
在一個實施例中，一密封材料配置在該輻射導體與該基座之間。由於不同的熱膨脹係數，該輻射導體及該基座具有不同的熱膨脹，當它們彼此直接接觸時，不同的熱膨脹會導致機械應力。一密封材料(例如，陶瓷膠)減少機械應力。因此，防止該輻射導體破裂。
在一個實施例中，該密封材料配置在該輻射導體與該套管之間及/或該套管與該基座之間。
在一個實施例中，冷卻通道配置在該基座中。該等冷卻通道防止熱量經由該基座朝向該基座的後側表面側消散，從而保護例如該輻射感測器不受熱負荷的影響。同時，使該基座的熱膨脹減小，這導致該基座的幾何偏差更小，因此例如安裝在該基座上之該基板支撐件的周邊之幾何偏差更小。從而，增加過程的準確性及可重複性。
在一個實施例中，該輻射通道藉由配置在該輻射通道內的冷卻管線來主動冷卻。在該輻射導體係光纖的情況下，該等冷卻管線可以與該光纖結合並構成一個可以被共同引入該基座、該熱反射表面及/或該加熱元件的通路中之單元。或者，該輻射導體可以僅僅藉由與該基座接觸來進行被動冷卻。例如，橫向圍繞輻射導體 的套管可以藉由該冷卻的基座來進行間接冷卻。該基座可以包括配置在該基座的通路周圍的區域中之冷卻通道。
在一個實施例中，該基板處理設備包括一基座，其具有一延展且實質平坦的處理側表面；一基板支撐件，其配置在該處理側表面上且具有一設計成承載一基板之周邊；以及一加熱元件，其配置在該基座上且位於該基板支撐件的周邊與該基座的處理側表面之間，更具體地，在由該周邊所界定之一平面與該基座的處理側表面之間。該加熱元件包括一通路，使電磁輻射從該基板支撐件的周邊(更具體地，由該周邊所界定之該平面)通向該處理側表面，亦即，從由該基板支撐件所承載之基板通向該處理側表面。該基板處理設備進一步包括至少一個輻射感測器，其適合於測量電磁輻射；以及至少一個輻射通道，其配置在該至少一個輻射感測器與該基板支撐件的周邊(更具體地，由該周邊所界定之該平面)之間，亦即，在該至少一個輻射感測器與由該基板支撐件所承載的基板之間。該輻射通道至少部分對電磁輻射係可穿透的。
優選地，該設備包括一處理材料源(可以是PVD、CVD或活化氣體源中之任一者)，其配置在距該基板支撐件的周邊(更具體地，距由該周邊所界定之該平面)一段距離處且與該基座相對。該處理材料源配置成使得該基板支撐件的周邊(更具體地，由該周邊所界定之該平面)夾在該加熱元件與該處理材料源之間。這表示該處理 材料源配置成與該加熱元件相對且遠離該加熱元件，使得由該基板支撐件承載之基板從基板之面向該加熱元件的一側來進行加熱且從其面向該處理材料源的一側來進行處理。
在該設備的另一個實施例中，具有一輻射通道，該輻射通道包括一在該基座中的通路，其從該處理側表面延伸至該後側表面；以及至少一個輻射導體，該至少一個輻射導體中之一者完全配置在該基座中的該通路內。該一個輻射導體可以與該通路的兩端齊平或與該通路的兩端中之一者齊平，特別是與該通路之屬於該基座的處理側表面之一端齊平。
在該設備的又另一個實施例中，具有一輻射通道，該輻射通道包括一在該基座中的通路，其從該處理側表面延伸至該後側表面；以及至少一個輻射導體，該至少一個輻射導體中之一個、數個或全部配置成使得它們沒有從該通路之屬於該處理側表面的一端突出。
該一個、數個或全部輻射導體較佳地配置成使得它們只沿著該通路的一部分延伸。該一個、數個或全部輻射導體特別以相對於該通路之屬於該處理側表面的一端留有一些間隙(亦即，保持與該處理側表面有一定距離)之方式來配置。這樣的間隙使該基座中之該通路能作為一個孔徑。在這樣的實施例中，特別是如果不存在透鏡，則較佳的是，該基座中之該通路的直徑不大於該一個、數個或全部輻射導體的直徑(特別是最接近該通路之屬於該處理側表面的一端之該輻射導體的直徑)之120%。 孔徑效應不僅可以藉由使該基座中之該通路的剖面積與該輻射導體的剖面積彼此適合來調整，而且可以藉由改變該輻射導體至該基座的處理側表面之距離(因而，改變該間隙的尺寸)來調整。
假如該輻射通道進一步包括一通路在該基座的處理側表面上之一熱反射表面中，則該熱反射表面中之該通路亦有助於或甚至完全支配孔徑效應。可以相應地應用前述教示。
在一個實施例中，該輻射通道包括至少一個聚焦透鏡。這樣的透鏡可以配置在該基座的通路內、在該熱反射表面的通路內、在該加熱元件的通路內、在該基座的通路與該加熱元件的通路之間、在該熱反射表面的通路與該加熱元件的通路之間及/或在該加熱元件的通路與該基板支撐件的周邊(更具體地，由該周邊所界定之該平面)之間。亦可以設計該等輻射通道中之一個以上的輻射通道，以便立即構成一透鏡。
因為該透鏡包括兩個折射表面，具體地，那些折射表面中之至少一者係凹面或凸面，所以該透鏡可以聚焦輻射。因此，它通常可以用於改善該輻射通道的設置，特別是改善該輻射通道內之該(等)輻射導體的配置。例如，可以通過透鏡的使用增加一輻射導體至該基板支撐件的周邊(更具體地，由該周邊所界定之該平面)的距離。當例如在該基座的通路中配置一輻射導體時，該輻射導體至該基座的處理側表面及因而至該加熱元件及該基板支撐件的周邊(更具體地，由該周邊所界定之該 平面)的距離可以藉由在該輻射導體頂部使用一透鏡來增加，而不會損失任何輻射強度，因為該透鏡正在聚焦輻射。
在一個較佳實施例中，至少一個透鏡配置在該基座的通路內。在另一個較佳實施例中，該透鏡配置在一第一輻射導體與一額外輻射導體之間，該額外輻射導體保護該透鏡。在又另一個較佳實施例中，該透鏡、該第一輻射導體及該額外輻射導體配置在基座中的該通路內，該額外輻射導體較佳地配置成與該基座的處理側表面齊平。
在一個實施例中，該輻射感測器的接收角係最大45°，特別是最大30°，並且進一步特別是最大15°。最小接收角實質上僅受所需的感測器信號及其信號雜訊比的限制。該接收角主要由該輻射通道的設置來界定，並且可以受到例如該基座的通路之直徑、該熱反射表面的通路之直徑、該加熱元件的通路之直徑、該基座、該熱反射表面、該加熱元件及/或該基板支撐件的周邊(更具體地，由該周邊所界定之該平面)之間的距離、該等輻射導體的數量及位置、一個以上的透鏡之存在、數量及位置、該等輻射導體及/或該等透鏡之間的間隙之存在、尺寸及位置......的調整所影響。
在一個實施例中，該輻射通道包括至少一個波長轉換器。當因為該輻射導體不能適當地傳導所述輻射，由基板所發射的輻射很難被該輻射感測器偵測到時，波長轉換器係特別有益的。
波長轉換器的實施對於一種包括一防止至少一個範圍的電磁輻射通過之輻射導體及/或一設計成使得只有一個特定波長可以通過之輻射導體的設備，亦是有益的。
波長轉換器應該配置在該基板支撐件的周邊(更具體地，由該周邊所界定之該平面)與該輻射導體之間，使得到達該輻射導體之發射的輻射必須先通過波長轉換器。波長轉換器可以包括兩個部件，一個部件吸收由基板發射的輻射，而另一個部件朝著該輻射導體發射輻射。或者，波長轉換器由一個部件構成，其包括一塗層，例如，矽塗層或氧化鋁塗層。
在一實施例中，該加熱元件係一輻射加熱器，特別是一碳加熱器及/或一燈管加熱器。該輻射加熱器亦可以是一區域加熱器，其包括例如2、3、4、5、6或更多個溫度區域，可以特別地藉由超過一個輻射偵測器測定基板的超過一個區域之溫度來個別控制，特別地，每個基板區域對應於一個溫度區域。
一加熱元件具有比待加熱基板的直徑共大約20至50mm之直徑(例如，對於200mm基板為240mm，對於300mm基板為340mm，或者對於矩形基板具有相似的關係)，可以包括一用於電磁輻射通過之通路，其直徑為約5至30mm，較佳地為8至20mm，特別是10至15mm。
該設備之上述實施例的特徵可以以任何組合方式來使用，除非彼此矛盾。
一種在依據本發明之基板處理設備中處理基 板並製造經處理工件之方法包括下列步驟：-提供依據本發明之基板處理設備；-放置一基板在該基板支撐件的周邊上；-塗佈該基板；以及-以該輻射感測器偵測電磁輻射。
在一個實施例中，該方法額外地包括下列步驟：-在該基板支撐件的周邊(更具體地，由該周邊所界定的該平面)與該處理側表面之間提供一加熱元件，其中該加熱元件包括一通路；-在該基座的相對側上距該基板支撐件的周邊(更具體地，由該周邊所界定之該平面)一段距離處，提供一處理材料源；-提供一外殼，其至少圍繞該基座、該基板支撐件、該加熱元件及該處理材料源；-對該外殼施加真空；以及-根據由該輻射感測器所偵測之電磁輻射，提供電功率至該加熱元件，以便加熱該基板。
該方法之上述實施例的特徵可以以任何組合方式來使用，除非彼此矛盾。
10‧‧‧基板處理設備
11‧‧‧處理材料源
12‧‧‧處理空間
13‧‧‧屏蔽件
14‧‧‧基板支撐件
15‧‧‧加熱元件
15'‧‧‧加熱元件
16‧‧‧支柱
16'‧‧‧支柱
17‧‧‧基板
18‧‧‧熱反射表面
19‧‧‧基座
190‧‧‧處理側表面
191‧‧‧後側表面
20‧‧‧冷卻通道
21‧‧‧輻射感測器
22‧‧‧輻射導體
23‧‧‧基座的通路
24‧‧‧熱反射表面/基座之反射處理側表面的通路
25‧‧‧加熱元件的通路
26‧‧‧輻射導體
27‧‧‧密封材料
28‧‧‧套管
30‧‧‧透鏡
下面參考圖式來更詳細地描述本發明的實施例。這些僅用於說明之目的，而不應該被解讀為限制。
第1圖係依據本發明之基板處理設備的第一實施例之剖面圖； 第2圖係依據本發明之基板處理設備的第二實施例之剖面圖；第3圖係依據本發明之加熱元件；第4圖係依據本發明之基板處理設備的第三實施例之剖面圖；以及第5圖係依據本發明之基板處理設備的第四實施例之剖面圖。
基板處理設備10包括配置在真空處理室中之基座19。所述腔室或外殼已在第1圖中被省略，並且可以如該項技藝所已知來設計，其包括用於產生真空、去除廢氣、電氣佈線之必要手段及用於基板的裝載/卸載設施。在所述基座19上配置加熱元件15，其較佳地以平行於基座19的表面方式安裝在支柱16上，支柱16在基座19與所述加熱元件15之間提供間隙。基本上加熱元件可以選自習知技藝的加熱元件，例如，電阻加熱器，特別是輻射加熱器，或者特別較佳的碳或碳化矽加熱器裝置。在也是平行於所述基座19及加熱元件15的平面中，可以配置基板17，較佳地在基板與靶材之間具有5厘米至8厘米之間的距離。所述基板17較佳地藉由基板支撐件14來保持，基板支撐件14可以設計為環形支承區域或者在基板的圓周處之選擇性支撐件。
在基座19的後側表面191側配置具有輻射導體22之輻射感測器21。輻射感測器例如可以是高溫計。例如藉由選擇用於感測器之一個小的或者換句話說窄的 波長窗口，可以對輻射感測器21所偵測之信號進行過濾，以允許主要測量由基板發射的輻射並且不收集太多的周圍信息，例如，來自加熱器或穿過基板的輻射，例如，電漿輻射。輻射通道22、23、24、25、26配置在輻射感測器21與基板支撐件14的周邊之間，更具體地，配置在輻射感測器21與由該周邊所界定的平面之間。輻射通道較佳地設置在基座19的中心。輻射導體22及額外輻射導體26係輻射通道的一部分。輻射通道至少部分對電磁輻射係可穿透的。基座中的通路23、熱反射表面18中的通路24及加熱元件15中的通路25係空的。因此，電磁輻射可以不受阻礙地通過這些通路。輻射導體22及/或額外輻射導體26亦是完全可穿透的，或者可以吸收部分輻射。在第1圖中，輻射導體22及額外輻射導體26係光學玻璃板。在第1圖的實施例中，輻射導體22配置在基座19的後側表面191上，而額外輻射導體26配置在熱反射表面18上。或者，輻射導體22可以配置在與後側表面191相距一段距離處且安裝在被安裝至後側表面191的套管28中。
在處理期間，將基板放置在基板支撐件14上並藉由其自身重量來保持。因此，緊固手段沒有施加機械應力。在平行於基座19之另外的平面中，安裝加熱元件15及靶材11。基板支撐件14及加熱元件15配置在基座的前側表面190上。在處理期間，在基板17與靶材11之間可獲得處理空間12。處理空間將在濺鍍期間呈現電漿。可以從側面在接近靶材邊緣附近注入工作氣 體(反應性或惰性)。PVD濺鍍製程在該項技藝中係已知的，因此這裡不再詳細描述。材料從靶材11被電漿濺出且沉積在基板17上。可以預見屏蔽件13以保護基板支撐件14不被靶材料覆蓋。在維護間隔期間可以容易地更換這樣的屏蔽件13。如第1圖所示，屏蔽件以這樣的方式來解讀：沉積在基板17上的層覆蓋面向靶材11的整個表面。
加熱元件15(較佳地，含碳加熱器，特別是碳加熱器)係輻射型加熱元件。在本發明的一個實施例中，碳加熱元件連接至能夠輸送3kW至10kW電功率的電源。考慮到有效的熱量管理，反射鏡或反射手段18(較佳地在光譜的紅外線部分具有良好的反射特性)直接配置在面向加熱元件15的基座19上(如第1圖所示，在遠離基板17的一側)。輻射實質上被設陷在兩個反射表面之間且在其間反射，直到它被基板吸收(或損失)為止。
較佳地，藉由在金屬塊中所預見之朝向後側表面191的通道20中之流體來冷卻基座19。或者，冷卻通道可以位於基座的中心或朝向處理側表面190。較佳地，反射鏡18及基板支撐件14因而使用基座19作為散熱座。
熱反射鏡18可以製造成鎳塗層或安裝在基座19上的可更換薄鎳板。其它具有良好反射率(特別是在光譜的紅外線部分)的高反射材料亦是有用的。
空腔的配對物或第二反射鏡係靶材11。基本上，相同於反射鏡18的反射率要求係有效的，但是待沉 積的層當然決定了材料的選擇。適用材料的實例係Al、Ti、Ag、Ta及其合金。
由於加熱元件15的效率，基板支撐件14必須由能夠承受高溫的材料製成。鈦係選擇的材料，或者可以使用高應力鋼。
本發明的基板處理設備10並非侷限用於PVD應用中之濺鍍靶材11。它可以使用於CVD或PECVD應用中，其中配置噴灑頭或另一個頂部處理氣體入口，以代替靶材11。可以理解，需要藉由噴灑頭或氣體入口以等效的方式滿足「熱腔」品質的限制及要求。可以使用像拋光鋼、Ni、Al的材料。
第2圖顯示依據本發明之基板處理設備10的另一實施例。第2圖的實施例相當於第1圖的實施例。只有輻射感測器21及輻射導體22的設計和配置係不同的。輻射導體22至少部分配置在基座19、熱反射表面18及加熱元件15的通路中。輻射導體22係光學玻璃纖維。在輻射導體22與額外輻射導體26之間具有間隙。輻射導體22由套管28橫向圍繞。在所示實施例中，套管28完全包圍輻射導體22且尤其配置在基座19的通路23、熱反射表面18的通路24及加熱元件15的通路25內。
然而，套管28亦可以僅包圍輻射導體22的一部分並留下例如輻射導體22之指向由基板支撐件15的周邊所界定之平面的方向之端部。套管28亦可以僅配置在基座19的通路23、熱反射表面18的通路24中， 但不在加熱元件15的通路25內。套管28較佳地由具有反射性質的材料製成，例如，金屬，並且保護輻射導體22免受機械及熱負荷。額外輻射導體26配置在套管28的尖端區域中。密封材料27分別配置在基座19與輻射導體22之間及在套管28與基座19之間，以減少因基座19或套管28及輻射導體26的熱負荷及不同熱膨脹係數所引起之輻射導體26上的應力。套管28延伸穿過基座19、反射表面18及加熱元件15且在加熱元件15上方。在基板支撐件14的周邊(更具體地，由所述周邊界定之平面)與套管28的尖端及額外輻射導體26的正面之間應始終存在自由空間。所述周邊(更具體地，由所述周邊界定之平面)與額外輻射導體26之間的距離越小，分別進入套管28及輻射導體22的散射輻射越少，並且在處理期間基板17上之特定區域的輻射偵測越精確。
第3圖係加熱元件15'的一個實施例之上視圖。支柱16'等同於第1圖中之支柱16。此實施例包括雙螺旋結構，其中電連接器位於外側，而通路25位於雙螺旋的中心。加熱元件可以從碳纖維板上切割下來或者在各別的模具中壓製而成。碳纖維或碳纖維複合材料本身係已知的且可在市場上獲得。可以最佳化加熱元件的形狀(繞組的寬度及厚度)，以得到均勻的加熱效果。在一個實施例中，已選擇2.5mm的厚度，這是重量、材料穩定性及總電阻的折衷。在剖面中，個別繞組的矩形形狀優於方形或圓形。
根據加熱元件的直徑及厚度，所得到的結構 可以是自撐式的。如果在操作期間發生彎曲，則可以藉由陶瓷支架來穩定結構。
第3圖顯示基板17相對於加熱元件15的對準。較佳的是，將電連接配置在被有效加熱的基板區域之外，因為連接器將不會呈現出與加熱元件本身相同的工作溫度。因此，可以避免尤其是在基板的邊緣區域中之溫度不均勻性。結果，加熱元件的尺寸實質上是基板的尺寸加上用於連接器的延伸部分。
熱調節裝置及電磁輻射偵測裝置對於非反射靶材11及/或高吸收基板17當然亦有實用。例如SiC基板不需要具有兩個反射表面的熱腔。然而，在這種情況下，反射鏡18在加熱元件後面的配置仍然可提高加熱效率。
上面所描述的本發明可用於不同尺寸的圓形、矩形或方形基板。它可以較佳地使用在設計成用於處理4"、6"、8"(200mm)或12"(300mm)晶圓直徑的基板處理系統中。由於加熱元件的性質，其可以容易地應用中間尺寸。
所描述的溫度調節裝置，由於其直接的輻射加熱原理，因而具有低的熱慣性。它可以有利地用於藉由逐步改變電功率來快速或逐步地加熱基板。同樣的優點適用於降溫情況。
第4圖顯示依據本發明的基板處理設備10之另一實施例。第4圖的實施例相當於第1及2圖的實施例，但有多種不同的觀點。例如，第4圖的實施例僅 包括一個輻射導體22，其配置在基座19的通路23內，使得在輻射導體22與基座19的處理側表面190之間具有間隙d3。輻射導體22具有直徑d2約為基座19中之通路23的直徑d1之85%至90%。基座19的通路23作為一個孔徑。此功能由代表光程及因而代表輻射偵測器21的接收角之虛線來表示。加熱元件15的通路25設計成足夠大，以便不會進一步限定接收角。雖然在此實施例中沒有顯示熱反射表面，但是熱反射表面可以很好地與所示實施例相容。在沒有額外的熱反射表面之情況下，基座具有至少部分是熱反射的處理側表面係有益的。處理材料源11可以是例如靶材或噴灑頭。輻射導體22可以被套管包圍。密封材料可以配置在基座19的通路23與輻射導體22之間或者在基座19的通路23與套管之間。基座19的通路23亦可以包括超過一個輻射導體。基座19可以被冷卻，但不必一定要被冷卻。輻射偵測器21可以配置在後側表面191上與基座19齊平，然而，輻射偵測器21可以配置在距基座一段距離處，例如，具有另一個輻射導體及/或一個密封材料作為間隔物。輻射偵測器21亦可以配置在基座19的周圍之其它地方，例如，緊鄰基座19。
第5圖顯示依據本發明之基板處理設備10的另一個實施例。第5圖的實施例相當於第1、2及4圖的實施例，但有多種不同的觀點。在此實施例中，接收角係特別由加熱元件15中之通路25的小直徑及夾在第一輻射導體22與額外輻射導體26之間的透鏡30來界 定，所有三個皆配置在基座19的通路23內。亦可以藉由透鏡30或額外透鏡(未顯示)來取代額外輻射導體26，從而放棄額外輻射導體26。密封材料27配置在基座19的通路23內，使得它圍繞輻射導體22的底部且使輻射感測器21被大氣壓力包圍，其中設備的其餘部分被比大氣壓力低的壓力包圍。雖然在此實施例中沒有顯示熱反射表面，但是熱反射表面可以很好地與所示實施例相配合。在沒有額外的熱反射表面之情況下，基座具有至少部分是熱反射的處理側表面係有益的。處理材料源11可以是例如靶材或噴灑頭。輻射導體22可以被套管包圍。密封材料可以配置在基座19的通路23與輻射導體22之間或者在基座19的通路23與套管之間。基座19的通路23亦可以包括一個以上的另外輻射導體。基座19可以被冷卻，但不必一定要被冷卻。輻射偵測器21可以配置成在後側表面191上與基座19齊平，然而，輻射偵測器21可以配置在距基座一段距離處，例如，具有另一個輻射導體及/或一個密封材料作為間隔物。輻射偵測器21亦可以配置在基座19的周圍之其它地方，例如，緊鄰基座19。
10‧‧‧基板處理設備
11‧‧‧處理材料源
12‧‧‧處理空間
13‧‧‧屏蔽件
14‧‧‧基板支撐件
15‧‧‧加熱元件
16‧‧‧支柱
17‧‧‧基板
18‧‧‧熱反射表面
19‧‧‧基座
20‧‧‧冷卻通道
21‧‧‧輻射感測器
22‧‧‧輻射導體
23‧‧‧基座的通路
24‧‧‧熱反射表面/基座之反射處理側表面的通路
25‧‧‧加熱元件的通路
26‧‧‧輻射導體
190‧‧‧處理側表面
191‧‧‧後側表面

Claims (18)

  1. 一種基板處理設備(10)，其包括：一基座(19)，其具有一延展且實質平坦的處理側表面(190)；一基板支撐件(14)，其配置在該處理側表面(190)上且設計成在其周邊處承載一基板(17)，該周邊界定一與該處理側表面(190)間隔開的平面；一加熱元件(15)，其配置在該基座(19)上且位於由該基板支撐件(14)的該周邊所界定之該平面與該處理側表面(190)之間，該加熱元件(15)包括一通路(25)，以允許電磁輻射從由該基板支撐件(14)的該周邊所界定之該平面通向該處理側表面(190)；至少一個輻射感測器(21)，其適合於測量電磁輻射；至少一個輻射通道，其配置在該至少一個輻射感測器(21)與由該基板支撐件(14)的該周邊所界定的該平面之間，其中該至少一個輻射通道至少部分對電磁輻射係可穿透的，且其中一處理材料源(11)配置在該基座(19)的相對側上距由該基板支撐件(14)的該周邊所界定之該平面一段距離處。
  2. 如請求項1之基板處理設備(10)，其中該輻射通道包括在該基座(19)中的一通路(23)及至少一個輻射導體，該通路(23)從該處理側表面(190)延伸至後側表面(191)。
  3. 如請求項1或2的基板處理設備(10)，其中一熱反射表面(18)配置在該處理側表面(190)上，其中該熱反射表面(18)包括一通路(24)，以允許電磁輻射從由該基板支撐件(14)的該周邊所界定之該平面穿過該熱反射表面(18)。
  4. 如請求項3的基板處理設備(10)，其中一第一輻射導體(22)配置在該後側表面(191)上。
  5. 如請求項3的基板處理設備(10)，其中一第一輻射導體(22)配置在該基座(19)的該通路(23)內或在該基座(19)及該熱反射表面(18)的該等通路(23、24)內或在該基座(19)、該熱反射表面(18)及該加熱元件(15)的該等通路(23、24、25)內。
  6. 如請求項5之基板處理設備(10)，其中該第一輻射導體(22)相對於該基座(19)的該處理側表面(190)沒有從該基座(19)中的該通路(23)突出。
  7. 如請求項6之基板處理設備(10)，其中該第一輻射導體(22)離該處理側表面(190)有一間隙。
  8. 如請求項4的基板處理設備(10)，其中一額外輻射導體(26)配置在由該基板支撐件(14)的該周邊所界定之該平面與該第一輻射導體(22)之間。
  9. 如請求項8的基板處理設備(10)，其中該額外輻射導體(26)配置在該熱反射表面(18)的一表面上且至少覆蓋該熱反射表面(18)的該通路(24)。
  10. 如請求項8之基板處理設備(10)，其中該第一輻射導體(22)在側面上被一套管(28)圍繞。
  11. 如請求項2的基板處理設備(10)，其中一密封材料(27)配置在一第一輻射導體(22)與該基座(19)之間。
  12. 如請求項10之基板處理設備(10)，其中一密封材料(27)配置在該第一輻射導體(22)與該套管(28)之間及/或在該套管(28)與該基座(19)之間。
  13. 如請求項1或2的基板處理設備(10)，其中至少一個輻射通道形成作為一透鏡或包括一透鏡(30)。
  14. 如請求項13的基板處理設備(10)，其中該透鏡配置在由該基板支撐件(14)的該周邊所界定之該平面與一第一輻射導體(22)之間。
  15. 如請求項14之基板處理設備(10)，其中該透鏡(30)配置在該第一輻射導體(22)與一額外輻射導體(26)之間。
  16. 如請求項1或2的基板處理設備(10)，其中該輻射偵測器(21)包括最大45°的接收角。
  17. 如請求項1或2的基板處理設備(10)，其中冷卻通道(20)配置在該基座(19)中。
  18. 一種在基板處理設備中處理基板並製造經處理工件之方法，其包括下列步驟：提供如請求項1至17中任一項的基板處理設備(10)；放置一基板(7)在該基板支撐件(14)的該周邊上；塗佈該基板(7)；以及以該輻射感測器(21)偵測電磁輻射。
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