TWM640751U

TWM640751U - 用於半導體處理的燈及具有該燈的磊晶處理設備

Info

Publication number: TWM640751U
Application number: TW111205250U
Authority: TW
Inventors: 燿宏楊; 聖塔紐拉吉菲卡吉爾; 寇胥克拉奧; 文森喬瑟夫柯奇霍夫; 薩吉爾卡迪瓦拉; 慕尼拉馬於丁; 丹尼爾周
Original assignee: 美商應用材料股份有限公司
Priority date: 2022-04-15
Filing date: 2022-05-20
Publication date: 2023-05-11
Also published as: TW202343615A; TWM649189U

Abstract

歸因於航運/運輸的嚴酷條件，先前技術的J形鉤的長度和長度比使部件過早失效，並且亦導致磊晶處理設備內的失效。因此，燈所經歷的任何振動或擾動皆可能導致燈絲從掛鉤上脫落。此外，缺乏對燈的結構支撐會加劇由蒸發的鎢的再沉積引起的下垂效應，從而導致燈過早失效。為了克服這樣的缺點，本文描述了一種改進的燈及具有該燈的磊晶處理設備。在一個實例中，該燈包括燈泡、燈絲，及複數個燈絲支撐件，該複數個燈絲支撐件與該燈絲以間隔開的關係安置，該等燈絲支撐件的每一者具有掛鉤支撐件及掛鉤。該掛鉤包括連接器，該連接器經配置以將掛鉤固定至掛鉤支撐件；第一垂直部分，該第一垂直部分從連接器朝向至燈絲延伸；及圓形部分，從第一垂直部分的遠離連接器的一端部延伸，並且經配置以纏繞燈絲。第二垂直部分從圓形部分的遠離第一垂直部分的一端部延伸，並且該第二垂直部分的長度在第一垂直部分的長度的60%與100%之間。該燈提供了足夠的支撐以防止在航運/運輸過程中形成缺陷，從而減少過早的失效，同時對燈有效加熱基板及基座的能力的影響最小。

Description

用於半導體處理的燈及具有該燈的磊晶處理設備

本案之實施例通常係關於在諸如矽晶圓的基板上的薄膜的熱處理。特定言之，本案之實施例係關於用於支撐燈中的燈絲的設備，該燈用以為該熱處理產生輻射。

在固態積體電路製造中，通常在磊晶處理腔室中執行磊晶處理。安置在磊晶處理設備中的基座上的基板通常藉由位於基板之上及/或之下的燈加熱。基座通常由位於基座之下的燈加熱。可為石英的上圓頂及下圓頂將處理腔室圍封。升舉臂及基座臂移動以便彼此分離，從而將基板與基座分離，且以便定位經處理的基板，該經處理的基板待由機器人從處理腔室移除且由待在處理腔室之內處理的基板替代。

燈保持基板及基座的溫度。在燈燒壞的情況下，處理腔室停止生產並且一或多個燈得以更換。歸因於更換故障燈所需的停機時間，該等燈失效給製造商帶來沉重的成本。為了避免燈的過早失效，可經受住運輸/交付過程而不產生缺陷的燈係較佳的。例如，當燈的燈絲從一或多個燈絲支撐件上脫落時，可能發生過早失效。

第2圖圖示可用於如上文所述的處理腔室中的磊晶處理的傳統的燈200。燈200包括燈泡112、燈絲120、複數個燈絲支撐件103、接地線125、第一玻璃支撐件130，及第二玻璃支撐件132。燈絲120通常由退火的鎢或其他適當材料製成。燈絲120通常經配置為線圈彈簧及其類似者，具有複數個單獨的線圈107。第一及第二玻璃支撐件130、132經配置以在燈200之內支撐燈絲120、燈絲支撐件103，及接地線125。複數個燈絲支撐件103經配置以與燈絲120間隔開的關係安置在燈泡112之內。燈絲120進一步包括第一燈絲引線122及第二燈絲引線124。第一燈絲引線122經配置以從電勢源(未圖示)作為燈絲120的陰極進入燈泡112，而第二燈絲引線124經配置以作為燈絲120的陽極接觸接地線125。接地線125經配置以從燈泡112引出並且連接至電接地(未圖示)。

在用於磊晶處理的燈200的典型操作中，電流經施加於燈絲120，使得燈絲120輻射光和熱。在一些實施例中，燈絲120由鎢或其他適當導體製成。鎢絲在高達約3400攝氏度的溫度下輻射紅外線輻射。應理解，可在不背離本案之範疇的情況下使用其他金屬。燈泡112填充有鹵素氣體。亦可在燈泡112中使用其他氣體。當來自電勢源的電勢施加在第一燈絲引線122與第二燈絲引線124之間時，燈絲120中的鎢得以激發並蒸發。經蒸發的鎢與鹵素氣體反應並結合以產生鹵鎢分子。鹵鎢分子將隨後朝向燈泡112遷移。隨著鹵鎢分子遠離燈絲移動，溫度降低，使得燈泡112將鹵鎢分子推回燈絲120並切斷鎢和鹵素之間的鍵。經蒸發的鎢隨後重新沉積在燈絲120上。然而，當經蒸發的鎢重新沉積至燈絲120上時，鎢不必重新沉積在該鎢自燈絲120蒸發的相同區域中。在鹵素燈重複循環之後，隨著鎢重新沉積在燈絲120的下部，燈絲120將趨於開始下垂，最終導致個別的線圈107彼此接觸，導致短路，或者燈絲120斷裂，從而導致燈200的故障。

參看第3圖，圖示了燈絲支撐件103。燈絲支撐件103的每一者進一步包括掛鉤支撐件140及掛鉤150。掛鉤150進一步包括連接器152、第一垂直部分154、圓形部分156及第二垂直部分158。連接器152經配置以將掛鉤150耦接至掛鉤支撐件140。連接器152通常為繞掛鉤支撐件140纏繞一或多次的線材，以將掛鉤150固定至掛鉤支撐件140。連接器152可經焊接或以其他方式緊固以進一步將掛鉤150固定至掛鉤支撐件140。掛鉤150的第一垂直部分154經配置以從掛鉤150的連接器152朝向燈絲120延伸。掛鉤150的圓形部分156從第一垂直部分154的遠離連接器152的一端部延伸。圓形部分156進一步經配置以纏繞燈絲120以將燈絲支撐在燈泡112內。第二垂直部分158經配置以從圓形部分156的遠離第一垂直部分154的一端部延伸。

通常，先前技術的燈200的特徵在於為J形鉤(J-hook)的掛鉤150。在一個實施例中，第二垂直部分158的長度L2小於第一垂直部分154的長度L1的60%。特定地，第二垂直部分158在第一垂直部分154的長度的45%與55%之間。在一個實施例中，第一垂直部分154的長度L1在0.24吋與0.26吋之間，而第二垂直部分158的長度L2在0.123吋與0.127吋之間。歸因於航運/運輸的嚴酷條件，先前技術的J形鉤的長度和長度比使部件過早失效，並且亦導致磊晶處理設備100內的失效。因此，燈200所經歷的任何振動或擾動皆可能導致燈絲120從掛鉤150上脫落。此外，缺乏對燈200的結構支撐會加劇由蒸發的鎢的再沉積引起的下垂效應，從而導致燈過早失效。

因此，本領域需要一種燈絲支撐件，其為燈絲提供足夠的支撐，而不會降低燈在所需應用中的效能。

本案之實施例通常係關於在諸如矽晶圓的基板上的薄膜的熱處理。特定地，本案之實施例係關於改良的燈及具有該燈的磊晶處理設備。

在一個實施例中，揭示了一種燈。燈包含燈泡、燈絲及與燈絲以間隔開的關係安置的複數個燈絲支撐件。複數個燈絲支撐件包括至少第一燈絲支撐件及第二燈絲支撐件。燈絲支撐件的每一者進一步包括掛鉤支撐件及掛鉤。掛鉤包括連接器、第一垂直部分、圓形部分及第二垂直部分。連接器經配置以將掛鉤固定至掛鉤支撐件。第一垂直部分從連接器朝向燈絲延伸。圓形部分從第一垂直部分的遠離連接器的一端部延伸，並且經配置以纏繞燈絲。第二垂直部分從圓形部分的遠離第一垂直部分的一端部延伸。第一燈絲支撐件的第二垂直部分的長度在第一燈絲支撐件的第一垂直部分的長度的60%與100%之間。第一燈絲支撐件的第一垂直部分比第二燈絲支撐件的第一垂直部分長。

在另一個實例例中，揭示了一種磊晶處理設備。該設備包括處理腔室、在該處理腔室之內的基座，及複數個燈。基座經配置以支撐基板。處理腔室係藉由上圓頂及下圓頂界定。複數個燈位於上圓頂之上且位於下圓頂之下。燈包括燈泡、燈絲及與燈絲以間隔開的關係安置的複數個燈絲支撐件。複數個燈絲支撐件包括至少第一燈絲支撐件及第二燈絲支撐件。燈絲支撐件的每一者進一步包含掛鉤支撐件及掛鉤。掛鉤包含連接器、第一垂直部分、圓形部分及第二垂直部分。連接器經配置以將掛鉤固定至掛鉤支撐件。第一垂直部分從連接器朝向燈絲延伸。圓形部分從第一垂直部分的遠離連接器的一端延伸，並且經配置以纏繞燈絲。第二垂直部分從圓形部分的遠離第一垂直部分的一端部延伸。第一燈絲支撐件的第二垂直部分的長度在第一燈絲支撐件的第一垂直部分的長度的60%與100%之間。第一燈絲支撐件的第一垂直部分比第二燈絲支撐件的第一垂直部分長。

100:磊晶處理設備

101:升舉臂

102:基板

103:燈絲支撐件

104:基座

105:基座臂

106:燈

107:線圈

108:上圓頂

109:下圓頂

112:燈泡

113:處理腔室

120:燈絲

122:第一燈絲引線

124:第二燈絲引線

125:接地線

130:第一玻璃支撐件

132:第二玻璃支撐件

150:掛鉤

152:連接器

154:第一垂直部分

156:圓形部分

158:第二垂直部分

403:燈絲支撐件

403A:第一燈絲支撐件

403B:第二燈絲支撐件

403C:第三燈絲支撐件

440:掛鉤支撐件

440A:第一掛鉤支撐件

440B:第二掛鉤支撐件

440C:第三掛鉤支撐件

442:邊緣

450:掛鉤

450A:第一掛鉤

450B:第二掛鉤

450C:第三掛鉤

452:連接器

452A:連接器

452B:連接器

452C:連接器

454:第一垂直部分

454A:第一垂直部分

454B:第一垂直部分

454C:第一垂直部分

456:圓形部分

456A:圓形部分

456B:圓形部分

456C:圓形部分

458:第二垂直部分

458A:第二垂直部分

458B:第二垂直部分

458C:第二垂直部分

459:端部

460:線

610:感測器

615:曲線

620:區域

630:區域

640:區域

650:區域

L1:長度

L2:長度

L3:長度

L4:長度

以能夠詳細理解本案之上述特徵的方式，可經由參考實施例獲得簡要概述於上文的本案之更特定描述，該等實施例之一些實施例圖示於附圖中。然而，應將注意，附圖僅圖示示例性實施例並且因此不被視為限制本案之範疇，並且可允許其他同等有效的實施例。

第1圖圖示磊晶系統的橫截面。

第2圖圖示一種用於磊晶處理的傳統燈。

第3圖圖示用於支撐燈絲的傳統燈絲支撐件。

第4圖圖示根據本案之實施例的用於磊晶處理的燈。

第5圖圖示根據本案之實施例的用於支撐燈絲的燈絲支撐件。

第6圖圖示根據本案之實施例的光強度圖。

為了促進理解，在可能的情況下，已使用相同的元件符號來指示諸圖共用的相同元件。可以預期，一個實例例的元件及特徵可有利地併入其他實施例，而無需進一步敘述。

本案之實施例通常係關於在基板上的薄膜的熱處理。特定言之，本案之實施例係關於用於支撐燈中的燈絲的設備，該燈用以為該熱處理產生輻射。

第1圖圖示可用於磊晶處理的磊晶處理設備100。磊晶處理設備100包括改良的燈106。安置在磊晶處理設備100中的基板102通常藉由位於基板102之上及/或之下的燈106加熱。基座104通常由位於基座104之下的燈106加熱。可為石英的上圓頂108及下圓頂109將處理腔室113圍封。升舉臂101及基座臂105移動以便彼此分離，從而將基板102與基座104分離，且以便定位經處理的基板102，該經處理的基板待由機器人(未圖示)從處理腔室113移除且由未經處理的基板102替代。

燈106經配置以為燈絲120提供適當支撐。參看第4圖，圖示了用於磊晶處理的燈106的額外細節。燈106包括燈泡112、燈絲120、複數個燈絲支撐件403、接地線125、第一玻璃支撐件130，及第二玻璃支撐件132。根據一些實施例中，燈絲120由經退火的鎢或其他適當材料組成。在一些實施例中，燈絲120經配置為線圈彈簧，具有複數個單獨的線圈107。第一及第二玻璃支撐件130、132經配置以在燈106之內支撐燈絲120、燈絲支撐件403，及接地線125。第一玻璃支撐件130及第二玻璃支撐件132在燈泡112之內以間隔開的關係安置。燈絲120安置在燈泡112中並且在第一玻璃支撐件130與第二玻璃支撐件132之間延伸。複數個燈絲支撐件403經配置以與燈絲120間隔開的關係安置在燈泡112之內。在一個實施例中，燈106包括三個燈絲支撐件403，該等燈絲支撐件沿燈絲120等距間隔開，以獲得最大支撐。燈絲120進一步包括第一燈絲引線122及第二燈絲引線124。第一燈絲引線122經配置以作為燈絲120的陰極從電勢源進入燈泡112，而第二燈絲引線124經配置以作為燈絲120的陽極接觸接地線125。接地線125經配置以從燈泡112引出並且連接至電接地。

參看第5圖，圖示了複數個燈絲支撐件403。複數個燈絲支撐件403進一步包括至少第一燈絲支撐件403A 及第二燈絲支撐件403B。燈絲支撐件403的每一者進一步包括掛鉤支撐件440及掛鉤450。第一燈絲支撐件403A包括第一掛鉤支撐件440A及第一掛鉤450A，且第二燈絲支撐件403B包括第二掛鉤支撐件440B及第二掛鉤450B。第一燈絲支撐件403A的第一掛鉤支撐件440A經耦接至第一玻璃支撐件130及第二玻璃支撐件132。第二燈絲支撐件403B的第二掛鉤支撐件440B經耦接至第二玻璃支撐件132。第一掛鉤450A經耦接至第一掛鉤支撐件440A。第一掛鉤450A進一步包括連接器452A、第一垂直部分454A、圓形部分456A及第二垂直部分458A。第一垂直部分454A從第一掛鉤支撐件440A朝向燈絲120延伸。圓形部分456A從第一垂直部分454A的遠離第一掛鉤支撐件440A的一端部延伸，並且經配置以纏繞燈絲120。第二垂直部分458A從圓形部分456A的遠離第一垂直部分454A的一端部延伸至端部459，該端部459的高度超過第二掛鉤支撐件440B的最靠近燈絲120的邊緣442，如由線460所示。第二掛鉤450B經耦接至第二掛鉤支撐件440B。第二掛鉤450B進一步包括連接器452B、第一垂直部分454B、圓形部分456B及第二垂直部分458B。第一垂直部分454B從第二掛鉤支撐件440B朝向燈絲120延伸。圓形部分456B從第一垂直部分454B的遠離第二掛鉤支撐件440B的一端部延伸。圓形部分456B經配置以纏繞燈絲120。第二垂直部分458B從圓形部分456B的遠離第一垂直部分454B的一端部延伸。通常，連接器452經配置以將掛鉤450耦接至掛鉤支撐件440。在一個實施例中，連接器452由繞掛鉤支撐件440纏繞一或多次的線材組成，以將掛鉤450固定至掛鉤支撐件440。在一個實施例中，連接器452可經焊接以進一步將掛鉤450固定至掛鉤支撐件440。掛鉤450的第一垂直部分454經配置以從掛鉤450的連接器452朝向燈絲120延伸。

在一個實施例中，第三燈絲支撐件403C包括第三掛鉤支撐件440C及第三掛鉤450C。第三掛鉤支撐件440C經耦接至第一玻璃支撐件130。第三掛鉤450C包括連接器452C、第一垂直部分454C、圓形部分456C及第二垂直部分458C。第一垂直部分454C從第三掛鉤支撐件440C朝向燈絲120延伸。圓形部分456C從第一垂直部分454C的遠離第三掛鉤支撐件440C的一端部延伸，並且經配置以纏繞燈絲120。第二垂直部分458C從圓形部分456C的遠離第一垂直部分454C的一端部延伸。第一掛鉤450A的第二垂直部分458A從圓形部分456A的遠離第一垂直部分454A的一端部延伸至端部459，該端部459的高度高於超過第三掛鉤450C的最靠近燈絲120的邊緣的高度(未圖示)。

掛鉤450的圓形部分456從第一垂直部分454的遠離連接器452的第一端部延伸。圓形部分456進一步經配置以纏繞燈絲120以將燈絲120支撐在燈泡112內。在一個實施例中，掛鉤450的圓形部分456經配置為半圓形或部分半圓形。在一個實施例中，圓形部分456的半圓形的半徑 R2為0.5吋。圓形部分456進一步經配置以接觸燈絲120的小於50%的圓周，諸如接觸燈絲120的小於45%的圓周，諸如接觸燈絲120的小於35%的圓周，諸如接觸燈絲120的小於25%的圓周。藉由接觸燈絲120的小於50%的圓周，圓形部分456能夠限制燈絲支撐件403對燈106的效能的影響，如將在下文所述。第二垂直部分458經配置以從遠離圓形部分456的第一垂直部分454的第一端的第一端延伸。在一個實施例中，第二垂直部分平行於第一垂直部分454遠離燈絲120延伸。

在一個實施例中，燈106的特徵在於為J形鉤的掛鉤450。第二垂直部分458A經配置以具有在第一垂直部分454A的長度L3的60%與100%之間的長度L4。在另一實施例中，第二垂直部分458A的長度L4在第一垂直部分454A的長度L3的65%與85%之間。在一個實施例中，第二垂直部分458A的長度L4在第一垂直部分454A的長度L3的70%與80%之間。在一個實施例中，第二垂直部分458A的長度L4在第一垂直部分454A的長度L3的74%與77%之間。在一個實施例中，第一垂直部分454A的長度L3在0.2與0.3吋之間，諸如在0.24與0.26吋之間。在一個實施例中，第二垂直部分458A的長度L4在0.15吋與0.25吋之間，諸如在0.178吋與0.202吋之間。

藉由將第二垂直部分458的長度L4的長度和長度比增加至大於第一垂直部分454的長度L3的60%，燈絲120從掛鉤450脫落的能力得以顯著降低，從而減少歸因於航運/運輸期間以及在磊晶處理設備100中時的故障而導致的過早失效。為了使燈絲120從掛鉤450脫落，會產生明顯更大的振動或擾動幅度。因此，在使用時，阻止各個線圈107彼此接觸的結構支撐以及由蒸發的鎢的再沉積引起的下垂效應受到限制，從而導致較少的過早失效。

在燈106的一個實施例中，第一燈絲支撐件403A的第一垂直部分454A比第二燈絲支撐件403B的第一垂直部分454B更長。第一燈絲支撐件403A經進一步配置為與第二燈絲支撐件403B相比更遠離燈絲120。在另一實施例中，燈106經配置以包括第三燈絲支撐件403C。第一燈絲支撐件403A經配置以在第二燈絲支撐件403B與第三燈絲支撐件403C之間。此外，第一燈絲支撐件403A的第一垂直部分454A長於第二燈絲支撐件403B的第一垂直部分454B及第三燈絲支撐件403C的第一垂直部分(未圖示)。第一燈絲支撐件403A比第二燈絲支撐件403B及第三燈絲支撐件403C更遠地與燈絲120間隔。

參看第6圖，燈106經配置以圍繞感測器610旋轉以產生曲線615。曲線615顯示了在燈106旋轉期間的燈106的光強度。在0°標記處，感測器610經定位以使得區域620面向感測器610。當感測器610面向區域620時，未測量到或測量到可忽略的光量。隨著燈106朝向90°標記旋轉，區域630面向燈106。當燈絲120直接面向感測器610時，在90°標記處的光強度明顯更高。曲線615繼續到180°標記處的區域640及270°標記處的區域650。隨著燈106 從區域630旋轉至區域640，燈絲120不再直接面向感測器610並且光強度降低。當接近區域650時，歸因於燈絲120直接面向感測器610，所以光強度增加。在區域650處，光強度大於區域630的強度。此舉部分係由於在區域630處有複數個燈絲支撐件403的事實。燈絲支撐件403阻擋從燈106發出的一部分光。然而，在區域650處僅有接地線125，且因此較少的光被阻擋。藉由並列地遠離掛鉤450的圓形部分456延伸，第一和第二垂直部分454、458進一步限制了由掛鉤450阻擋的光量，從而允許更有效地加熱基座104和基板102。類似地，藉由限制圓形部分456與燈絲120之間的接觸量，由掛鉤450阻擋的光量得以減少，再次使基座104和基板102能夠更有效地加熱。

除了藉由限制圓形部分456與燈絲120之間的接觸量來減少由掛鉤450阻擋的光量之外，圓形部分456與燈絲120之間的有限接觸量延長了燈106的壽命週期。當在燈絲120上施加電勢時，燈絲120上升至高溫(即，在600℃與1200℃之間的溫度)。然而，掛鉤450不會升高至如此高的溫度，因為沒有電勢施加至掛鉤450上。因此，在掛鉤450的圓形部分456和燈絲120的界面處，存在出現冷點的趨勢。冷點的出現會影響鹵鎢鍵合過程，並且導致再沉積製程不均勻，導致燈絲下垂增加，且從而提前失效。藉由限制掛鉤450的圓形部分456與燈絲120之間的接觸量，冷點的數目減少，導致更有效的鹵鎢結合製程和更均勻的再沉積製程。

總之，本文所述的燈包括燈泡、燈絲及與燈絲以間隔開的關係安置的複數個燈絲支撐件。燈絲支撐件的每一者進一步包含掛鉤支撐件及掛鉤。掛鉤包括連接器，該連接器經配置以將掛鉤固定至掛鉤支撐件；第一垂直部分，該第一垂直部分從連接器朝向燈絲延伸；圓形部分，從第一垂直部分的遠離連接器的一端部延伸，並且經配置以纏繞燈絲；及第二垂直部分，該第二垂直部分從圓形部分的遠離第一垂直部分的一端部延伸，該第二垂直部分的長度在第一垂直部分的長度的60%和100%之間。該燈提供了足夠的支撐以防止在航運/運輸過程中形成缺陷，從而減少過早的失效，同時對燈有效加熱基板及基座的能力的影響最小。

雖然前述內容係針對本案的各個實施例，但是可在不背離本案的基本範疇的情況下設計本案之其他及進一步實施例，且本新型的範疇由以下的新型申請專利範圍確定。