快速熱處理腔室的制作方法
【專利說明】快速熱處理腔室
[0001 ] 本申請是申請日為2012年10月22日、申請?zhí)枮?01280048459.8、發(fā)明名稱為“快速熱處理腔室”的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明的實(shí)施方式大體涉及快速熱處理(rapid thermal processing,RTP)腔室。
【背景技術(shù)】
[0003]RTP是在數(shù)秒或更短的時(shí)間內(nèi)將基板(諸如硅晶片)加熱至高達(dá)1200攝氏度或更高的溫度的制造工藝。RTP可用于多種應(yīng)用，包括摻雜劑活化、熱氧化或金屬回流。
[0004]一類現(xiàn)存的RTP腔室利用燈陣列在處理期間快速加熱基板。與設(shè)置在腔室內(nèi)的多個(gè)高溫計(jì)(pyrometer)連接的控制器控制施加至燈的功率量，從而控制由這些燈產(chǎn)生的熱量。其他類型的腔室利用加熱的基板支撐件，并且可使用電阻測量裝置控制溫度?，F(xiàn)存的RTP腔室意味著在制造設(shè)施上相當(dāng)大的投資，因而增加了生產(chǎn)裝置的成本。
[0005]因此，需要一種改良的RTP腔室。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的實(shí)施方式大體涉及RTP腔室。該腔室通常包括腔室主體和腔室蓋。該腔室主體包括基板支撐件，該基板支撐件具有多個(gè)電阻式加熱器區(qū)域，以加熱定位在該基板支撐件上的基板。該腔室主體視情況(opt1nal Iy)也包括冷卻通道(channel)和熱絕緣襯里，冷卻通道用于緩和熱應(yīng)力，熱絕緣襯里設(shè)置在該腔室主體中以容納熱處理期間產(chǎn)生的熱。該腔室蓋包括蓋主體和反射板，該蓋主體具有穿過該蓋主體的開口，該反射板設(shè)置在該開口內(nèi)。多個(gè)高溫計(jì)定位在該反射板內(nèi)，以在遍及該基板的多個(gè)位置處測量與基板支撐件的這些區(qū)域?qū)?yīng)的基板的溫度。每一個(gè)區(qū)域的溫度被調(diào)整以響應(yīng)來自多個(gè)高溫計(jì)的信號。
[0007]—個(gè)實(shí)施方式中，腔室包含腔室蓋和腔室主體。基板支撐件設(shè)置在該腔室主體內(nèi)，并且具有多個(gè)區(qū)域，這些區(qū)域可被獨(dú)立地加熱以加熱定位在基板支撐件上的基板。該腔室蓋設(shè)置在腔室主體上并且具有圓形開口，該圓形開口設(shè)置成穿過該腔室蓋。該腔室蓋也包括反射板，該反射板定位在該圓形開口內(nèi)并且具有鄰近于該基板支撐件的上表面的表面。多個(gè)高溫計(jì)設(shè)置成穿過形成于該反射板中的開口，以在遍及基板表面的多個(gè)位置處測量該基板的溫度。多個(gè)高溫計(jì)中的每一個(gè)高溫計(jì)對應(yīng)于多個(gè)區(qū)域中的一個(gè)區(qū)域。
[0008]另一個(gè)實(shí)施方式中，腔室包含腔室主體和腔室蓋，該腔室主體包含鋁。基板支撐件設(shè)置在該腔室主體內(nèi)并且具有多個(gè)區(qū)域，這些區(qū)域可被獨(dú)立地加熱以加熱定位在基板支撐件上的基板。該腔室蓋設(shè)置在該腔室主體上并且包括蓋主體，該蓋主體包含鋁。該蓋主體具有圓形開口，該圓形開口設(shè)置成穿過該蓋主體。反射板定位在該圓形開口內(nèi)，并且具有鄰近于該基板支撐件的上表面的表面。多個(gè)高溫計(jì)設(shè)置成穿過形成于該反射板中的開口，以在遍及基板表面的多個(gè)位置處測量該基板的溫度。多個(gè)高溫計(jì)中的每一個(gè)高溫計(jì)對應(yīng)于多個(gè)區(qū)域中的一個(gè)區(qū)域。
[0009]另一個(gè)實(shí)施方式中，腔室包含腔室主體、腔室蓋和控制器，該腔室主體包含鋁?；逯渭O(shè)置在該腔室主體內(nèi)。該基板支撐件具有多個(gè)區(qū)域，這些區(qū)域可被獨(dú)立地加熱以加熱定位在基板支撐件上的基板。多個(gè)區(qū)域中的每一個(gè)區(qū)域包含電阻式加熱元件。該腔室蓋設(shè)置在該腔室主體上并且包括蓋主體，該蓋主體包含鋁。該蓋主體具有圓形開口，該圓形開口設(shè)置成穿過該蓋主體。反射板定位在該圓形開口內(nèi)并且具有鄰近于該基板支撐件的上表面的表面。多個(gè)高溫計(jì)設(shè)置成穿過形成于該反射板中的開口，以在遍及基板表面的多個(gè)位置處測量該基板的溫度。多個(gè)高溫計(jì)中的每一個(gè)高溫計(jì)對應(yīng)于多個(gè)區(qū)域中的一個(gè)區(qū)域。該腔室也包括控制器，該控制器耦接至每一個(gè)區(qū)域的電阻式加熱元件并且耦接至多個(gè)高溫計(jì)。該控制器適于基于來自多個(gè)高溫計(jì)每個(gè)的信號，控制施加至每一個(gè)區(qū)域的電阻式加熱元件的功率量。
【附圖說明】
[0010]可參照實(shí)施方式(一些實(shí)施方式描繪于附圖中)來詳細(xì)理解本發(fā)明的上述特征結(jié)構(gòu)以及以上簡要概述的有關(guān)本發(fā)明更特定的描述。然而，應(yīng)注意附圖僅描繪本發(fā)明的典型實(shí)施方式，因而不應(yīng)將這些附圖視為限制本發(fā)明的范圍，因?yàn)楸景l(fā)明可允許其他等效實(shí)施方式。
[0011]圖1和圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的RTP腔室的截面圖。
[0012]圖3是圖1和圖2所示的腔室蓋的等角視圖(isometric view)。
[0013]圖4是圖1和圖2所示的基板支撐件的頂視平面圖。
[0014]為了便于理解，已盡可能地使用相同的參考數(shù)字來標(biāo)示各圖共有的相同的元件。預(yù)期在一個(gè)實(shí)施方式中所披露的元件可有利地用于其他實(shí)施方式，而無需特別詳述。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明的實(shí)施方式大體涉及RTP腔室。這些腔室通常包括腔室主體和腔室蓋。該腔室主體包括基板支撐件，該基板支撐件具有多個(gè)電阻式加熱器區(qū)域，以加熱定位在基板支撐件上的基板。腔室主體視情況也包括冷卻通道和熱絕緣襯里，冷卻通道用于緩和熱應(yīng)力，熱絕緣襯里設(shè)置在腔室主體中以容納處理期間產(chǎn)生的熱。腔室蓋包括蓋主體和反射板，蓋主體具有穿過該蓋主體的開口，反射板設(shè)置在該開口內(nèi)。多個(gè)高溫計(jì)定位在該反射板內(nèi)，以在遍及基板的多個(gè)位置處測量與基板支撐件的這些區(qū)域?qū)?yīng)的基板的溫度。每一個(gè)區(qū)域的溫度被調(diào)整以響應(yīng)來自多個(gè)高溫計(jì)的信號。
[0016]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的RTP腔室100的截面圖。RTP腔室100適于熱處理定位在該腔室中的基板101ATP腔室包括腔室主體102和設(shè)置在腔室主體102上的腔室蓋104。腔室主體102由鋁或鋁合金形成，并且適于將腔室壓力維持在ITorr至約800Torr的范圍內(nèi)，諸如約1Torr至約350Torr。腔室主體102包括形成在該腔室主體中的流體管道(fluid passage) 106，以使溫度控制流體流過該流體管道，以在處理期間冷卻腔室主體102。腔室主體102的冷卻減少了腔室主體102劣化的可能性，此劣化是由于基板101加熱期間的熱應(yīng)力所致。襯里107是由熱絕緣材料(諸如氮化鋁)形成的，襯里107設(shè)置在腔室主體102的內(nèi)表面周圍，以便于在腔室主體內(nèi)容納熱并且提高熱處理效率。流體管道106與襯里107—起使低成本材料(諸如鋁)得以用于形成腔室主體102，同時(shí)使腔室主體102仍能夠承受熱處理期間所施加的熱應(yīng)力。
[0017]基板支撐件108定位在腔室主體102內(nèi)?；逯渭?08可由燒結(jié)的氮化鋁形成，并且包括多個(gè)加熱元件110(諸如嵌在該基板支撐件中的電阻式加熱元件)，以便于在處理期間加熱基板101。這些加熱元件110可由鉬形成，并且通過導(dǎo)線耦接至電源117，所述導(dǎo)線設(shè)置成穿過支撐軸(support shaft) 112。加熱元件110經(jīng)由傳導(dǎo)提供用于加熱基板101，并且可將基板加熱至約25攝氏度至約900攝氏度的范圍內(nèi)的溫度，諸如約25攝氏度至約500攝氏度。在一些情況中，熱傳導(dǎo)可能會(huì)比其他類型的加熱(諸如輻射)更理想。舉例而言，輻射需要許多昂貴的燈泡以將熱提供給基板。然而，燈泡可能會(huì)需要頻繁地更換，因此增加了操作利用加熱燈的腔室的成本。此外，燈可能不均勻地照明，因此使最終所制造的裝置的質(zhì)量劣化。電阻式加熱元件(諸如電阻式加熱元件110)不需要頻繁的更換并且操作上比較便宜。
[0018]支撐軸112可由鎳形成，該支撐軸耦接至基板支撐件108的下側(cè)并且支撐基板支撐件108。支撐軸112耦接至升降組件114，該升降組件包括致動(dòng)器116(諸如步進(jìn)電機(jī))，以便于將基板101定位于鄰近腔室蓋104的處理位置中，如圖所示。升降組件114也便于將基板101通過開口 118(諸如狹縫閥(slit valve))從腔室主體102移出。升降組件114適于以垂直方向致動(dòng)基板支撐件108，以使升降銷120與定位在腔室主體102內(nèi)的升降板122接觸。當(dāng)基板支撐件108下降時(shí)，使升降銷120與升降板122接觸將基板101從基板支撐件108的表面升起?；?01維持在升降銷120上的一定位置處，使基板101得以由機(jī)械手(圖中未示出)通過開口 118從腔室主體102移出?？梢韵喾吹姆绞綄⒒?01定位在腔室主體102內(nèi)。
[0019]腔室蓋104定位在腔室主體102上。腔室蓋104包括蓋主體123和反射板124。反射板124具有圓形的形狀并且設(shè)置在位于蓋主體123內(nèi)的圓形開口 126內(nèi)。反射板124具有環(huán)狀唇部132，環(huán)狀唇部132的直徑大于圓形開口 126，以將反射板124支撐在蓋主體123的頂表面上。環(huán)狀唇部具有多個(gè)貫穿該環(huán)狀唇部的開口，以容納緊固件134(諸如螺栓)，以將反射板124固定至蓋主體123。反射板124定位在圓形開口 126內(nèi)并且延伸通過圓形開口 126。反射板124的表