专利名称：旋转基板支撑件及其使用方法
技术领域：
本发明大致是关于半导体基板的处理，且更具体地讲，是关于半体基板上的材料沉积。更明确而言，本发明是关于用于单基板沉积处理室的旋转基板支撑件。
背景技术：
集成电路包括利用不同技术(包括化学气相沉积)沉积多层材料。这样的话，半导体基板上经由化学气相沉积(或CVD)的材料沉积是制造集成电路处理的关键步骤。一般化学气相沉积处理室具有一加热的基板支撑件，以于处理期间加热基板；一气体端口，用于将处理气体引入处理室；以及一抽吸端口，用于维持处理室内的处理压力，并移除过量气体或处理副产物。由于气体引入处理室的流动模式朝向抽吸端口，故难以在基板上维持均勻的沉积轮廓。此外，内处理室部件的发散性差异也会导致处理室内基板上热分布轮廓的不一致。基板表面上如此热分布轮廓的不均勻会进一步导致基板上沉积材料的不均勻。此进而会造成平坦化处理或在进一步处理前修复基板的高成本、或集成电路可能的损坏。因此，业界对于化学气相沉积处理室中于基板上均勻沉积材料的改良设备仍有需求。
发明内容
本发明提供一种利用旋转基板支撑件处理一基板的方法及设备。于一实施例中， 用于处理基板的设备包括一处理室，处理室中设有一基板支撑组件。该基板支撑组件包括一基板支撑件，基板支撑件具有一支撑表面及一加热器，该加热器设于支撑表面下方。一轴部耦接至该基板支撑件，且马达经由一转子(rotor)耦接至该轴部，以使基板支撑件转动。 密封块则设于该转子周围并与该转子形成密封。密封块具有至少一密封件及至少一通道， 沿该密封块与该轴部之间的接口处设置。各通道耦接有端口以连接至泵。升举机构耦接至该轴部以提升与下降基板支撑件。于本发明另一实施方面中，是提供各种利用旋转基板支撑件来处理基板的方法。 于一实施例中，处理室中利用旋转基板支撑件处理基板的方法包括下列步骤将欲处理的基板置放于基板支撑件上，并于一处理循环中以360度的整数倍数旋转该基板。于另一实施例中，决定欲形成于基板上的材料层的沉积率，并回应所决定的沉积率来控制基板旋转速率以控制材料层的最后沉积轮廓。于另一实施例中，是响应特定变量或多个变量来控制基板转速。该等变量可至少包括温度、压力、经计算的沉积率或经测量的沉积率。于另一实施例中，可以第一方向(orientation)处理基板达第一时段，并接着指向第二方向并被处理达第二时段。
前述方式可详细了解本发明特征，本发明进一步的说明可参照实施方式及附加图示，其中的一些实施方式在附图中得到示出。然应注意的是，附加图示仅用于说明本发明的一般实施例，故不应视为本发明的范围的限制，且本发明亦涵盖其它任何等效实施例。图1为例示性化学气相沉积处理室的简要截面图，该处理室具有本发明的旋转基板支撑件；图2为图1所示旋转基板支撑件的概要截面图；图3为基板轴部及旋转基板支撑件的转子间接口的实施例的细部图示；图4-5为绘示旋转及不旋转基板的薄膜厚度不均勻性；以及图6A-6B是分别在非旋转及旋转基板上形成的薄膜的薄膜厚度变化标绘图。
具体实施例方式适用于此处所述旋转基板支撑件的示范性处理室为低压热化学气相沉积反应器， 例如，加州圣塔克拉拉美商应用材料公司所上市的SiNgen处理室。应可理解的是，其它处理室也可受惠于此处所述的旋转基板支撑件。图1绘示合适反应器100的实施例。该反应器100包括一基座104、反应器壁102 以及盖件106(合称为处理室本体10 以界定出反应处理室、或处理体积108，处理体积 108中处理气体、先驱物气体或反应气体可热分解形成基板上的材料层(未示出)。盖件中形成至少一端口 134，该至少一端口 134耦接至气体面板1 以供应一或多种气体至该处理体积108。一般而言，气体分配板或喷洒头120是设于盖件106下方，以更均勻分配经由端口 134进入的处理气体于整个处理体积108中。于一例示性实施例中，当准备好沉积或处理时，气体面板1 所提供的处理气体或先驱物气体会引入处理体积108。 处理气体会自端口 134经由喷洒头120中的数个孔洞(未示出)作分配。该喷洒头120可将处理气体均勻地分配至处理体积108中。在处理室本体105中形成了抽气端口 126，且抽气端口 1 耦接至抽气设备(未示出)以按所需选择性维持处理室本体105内的处理压力，抽气设备例如阀门、泵及类似者。 也可利用其它部件(例如压力调节器(未示出)、传感器(未示出)及类似者)以监控处理体积108内的处理压力。处理室本体105是以可使处理室承受约10至350托耳间的压力的材料建构而成。于一例示性实施例中，处理室本体105是以铝合金材料建构而成。处理室本体105可包括数个通道(未示出)，以经由该等通道抽吸温度控制流体来冷却处理室本体105。配备有前述温度控制流体通道时，反应器100可称为「冷却壁 (cold-wall)」或「温热壁(warm-wall)」反应器。冷却处理室本体105可避免形成处理室本体105的材料因反应物质及高温环境而腐蚀。处理室本体105内部也可衬有温度控制衬垫或绝缘衬垫(未示出)，以避免处理室本体105的内表面上有不乐见的凝结粒子。反应器100更包括一旋转升举组件150，以支撑反应器100的处理体积108内的基板。该升举组件150包括基板支撑件110、轴部112以及基板支撑移动组件124。基板支撑件110 —般可屏蔽升举销114，且更可包括数个加热组件、电极、热电耦、背侧气体沟槽以及类似者(为简明起见未全部示出)。于图1所示实施例中，基板支撑件110包括一加热器136，设于基板接收器116下方。该基板接收器116通常约为基板厚度。基板接收器116可具有数个特征，例如「凸块 (bumps)」或「凸起件(stand-offs)」(未示出)，以将基板稍微支撑在基板接收器116表面上方。于处理期间，加热器136也可用以控制基板支撑件110上的基板的温度，以利薄膜形成于该基板上。加热器136通常包括一或多个电阻线圈(未示出)，内嵌于导电本体中。 电阻线圈可独立控制以形成加热区。并可设温度指示器(未示出)以监控处理室本体105 内的处理温度。于一实施例中，温度指示器可为热电耦(未示出)，该热电耦可经设置以提供基板支撑件110表面处(或基板支撑件110所支撑的基板表面处)的温度有关的数据。基板支撑移动组件IM可垂直上下移动基板支撑件110并做旋转，如箭头131，132 所示。旋转升举组件150的垂直移动有利于传送基板进出处理室本体150，并将基板定位于处理体积108内。例如，通常藉由例如机械传送机构(未示出)，经由处理室本体105的壁102中形成的端口 122，将基板置放于基板支撑件110上。基板支撑移动组件IM可降下基板支撑件 110，以使基板支撑件110的支撑表面低于端口 122。传送机构可经由端口 122送入基板以将该基板定位于基板支撑件110之上。基板支撑件110中的升举销114会接着藉升起接触升举板118(可移除地耦接至反应器100的基座104)的方式升起。升举销114可将基板举离传送机构，并接着移开。接触升举板118及升举销114接着下降，以将基板置放于基板支撑件110上。一旦装载好基板且传送机构缩回时，端口 122会封闭，且基板支撑移动组件IM会将基板支撑件110提升至处理位置。于一例示性实施例中，会在晶片基板与喷洒头120呈短距离(例如400-900密尔)的时候停止提升。基板可藉实质上反转前述步骤的方式由处理室移出。处理期间旋转升举组件150的旋转移动可使基板上任何不均勻的温度分配更为缓和且均勻，且具有其它多种处理优点，下文将予详述。图2是绘示旋转升举组件150的一实施例的简化截面图。于一实施例中，旋转升举组件150包括一框架204，该框架204可移除地耦接至该反应器100基座104下的支撑件 202。该框架204可藉由适当装置移动地耦接至支撑件202，例如线性轴承及类似者。该框架可经由轴部112支撑基板支撑件110，而该支撑件是经由反应器100的基座104中的开口延伸。升举机构206耦接至框架204，并于支撑件202内移动框架204，藉以于反应器100 内将基板支撑件110上下移动一范围。该升举机构206可为步进马达或其它适合机构，以提供基板支撑件110所欲移动范围。框架204更包括一可支撑马达208的外罩230，马达208与轴部112及基板支撑件 110同轴对齐。马达208可藉一转子210提供基板支撑件110旋转移动，该转子耦接至马达 208的轴部209。轴部209可为中空，以容纳欲同轴通过马达208的冷却水、电源、热电耦信号以及类似者。驱动器232可耦接至马达208并对马达208进行控制。马达208通常是操作在每分钟约0至约60转(rpm)，且具有变化约百分之一的稳定转速。于一实施例中，马达208是以约1至约15rpm的范围旋转。马达208具有精确的旋转控制且可标定在约1度内。前述旋转控制应考虑特征的排列，例如，基板的平坦部或基板上形成的凹口，以于处理期间调整基板方向。此外，前述旋转控制应考虑基板上任一点相对于反应器100内固定坐标的位置。基板支撑件110是经由轴部112及转子210由马达208支撑，以让马达208的轴承可支撑并对准基板支撑件110。当基板支撑件110安装至马达208并由马达208所支撑时，可因此减少组件数目，并减少或排除数个轴承组间的对齐与耦接问题。或者，马达208 可利用传送带、滑轮及类似物偏移基板支撑件110，以转动基板支撑件110。亦可选择的是，可设传感器(未示出，如光学传感器)以在升举销114啮合升举板 118时(如图1所示)避免基板支撑件110转动。例如，光学传感器可设于旋转升举组件 150外侧上，并在预定高度(例如，上升的处理位置或下降的传送位置)时设定进行检视。转子210通常包括处理相容的抗蚀材料，以降低摩擦及磨损以利旋转，抗蚀材料例如坚硬的不锈钢、经电镀的铝、陶瓷及类似者。转子210可进一步作研磨。于一实施例中， 转子210至少包含17-4PH钢，该17-4PH钢已经加工、磨光、硬化及研磨。轴部112及转子 210之间的表面处的安置表面通常会作磨光(ground)，以确保基板支撑件110相对于马达 208及转子210的中心轴的适当对齐。基板支撑件110的校准可藉由精确加工达成。或者或结合观之，调整机构(例如顶起螺栓)也可用以协助基板支撑件Iio校准。前述校准可确保马达208及基板支撑件110 的中心轴呈平行，藉以降低基板支撑件110的旋转晃动。于一实施例中，基板支撑件110表面偏转约0. 002至约0. 003英寸。于一实施例中，基板支撑件110在直径200mm的支撑件表面上的高度变化小于约0. 005英寸。利用设有良好轴承的高质量马达208可进一步协助降低基板支撑件的晃动。基板支撑件110的轴部112可藉任何适当装置(例如销、螺栓、螺旋、焊接、硬焊及类似者)耦接至马达210。于一实施例中，轴部112可移除地耦接至转子210，以在需要时快速且轻易地移除或替换基板支撑件110。于一实施例中，于图3所示，数个销304(为简明图3仅示出一者)是自轴部112的基座302延伸出。孔径310形成在转子210的本体308 中，位置对应于各销304，以使轴部以销304延伸至孔径310中的方式下降(如箭头318所示)至转子210上。旋转轴312部分地延伸至孔径310中。轴部312中所形成的凹口 316位置可让凹口 316与孔径310的内壁对齐。在对齐时，销304可延伸至不受轴部312阻碍的孔径310。 在完全插入时，销304中形成的凹口 316会对齐轴部312。轴部312可接着转动，如箭头320 所示，以使轴部312本体移至销304的凹口 306中。一旦轴部312转动，轴部312本体会将轴部312锁定位。轴部312相对于销304的凹口 306呈偏心，以利在轴部312转动时啮合所述销304。或者或结合来看，轴部312可具有形成于轴部312上的一凸轮(未示出)，以在轴部312旋转时啮合所述销304。为利转动轴部312，轴部312外端可设特征，例如在轴部312上形成六角头314。六角头314是经定位以利于使用工具转动轴部312。再参照图2，为维持反应器100内处理体积108以及反应器100外大气之间的压力差，密封块212可环绕转子210并与转子210 —起形成密封。此外，基座104及密封块212 之间可耦接伸缩部(bellows) 216。安装板214可选择性的设于密封块212之上，以利将轴部112的基座对齐转子210。于图2所示实施例中，伸缩部216是耦接至密封块212的顶部上所设的安装板214。
密封块212可包括至少一密封件228，例如唇密封件，密封件2 设于密封块212 及转子210之间的接口处。密封件2 通常可抗磨损，且可由聚乙烯或其它处理兼容材料形成。于一实施例中，该等密封件是由聚四氟乙烯(PTra)所形成。于图2所示实施例中，此等密封件2 是设于密封块212及转子210之间。为利于使密封块212与转子210共轴， 密封块212可于设置期间浮动，且藉密封件228的压力使密封块212位于中心。密封块212 可接着按设置程序的完成情况作螺合、夹钳或固定。一或多个沟槽或通道2 可进一步沿密封块212及转子210之间的接口设置。通道2 可形成于该密封块212及转子210的一者或两个中，且经由管线225连接至泵224。 泵2M可持续维持通道226内的压力在适当范围，以保持反应器100内处理体积108及反应器100外界大气之间的密封。于图2所示实施例中，两通道2 是设于三个密封件228 之间的空间中，且藉由两管线225耦接至泵224。中空轴部112内会设至少一导管M2，以将必要设备耦接至基板支撑件110。例如，导管242可具有数个电子线路以提供用于加热器136、热垫耦及其它至基板支撑件的电子连接器的电源。各导管可由绝缘材料形成以屏蔽并保护线路，绝缘材料例如陶瓷。此外， 单一导管242也可用于各电性连接，藉以隔离各个线路。其它导管(未示出)也可提供冷却气体或液体，以用于基板支撑件110。可设滑环(slip ring) 234以将电供应器MO的电性连接驱动至基板支撑件110。旋转接头(rotary union) 236可耦接至冷却供应器及回线(return) 238，以提供冷却剂予旋转升举组件，以冷却转子210、轴部112的基座以及/或加热器136。或者或结合观之，转子210可进一步包括气冷式鳍部(air-cooled fins，未示出)以利辐射冷却转子210。于使用气冷式鳍部的实施例中，可额外使用风扇(未示出)以增加冷却鳍部上的气体流率。应可理解其它冷却机制也可结合反应器100或其它具有旋转升举组件150的处理室。例如，风扇(未示出)可设于反应器100外侧，以循环气体并冷却伸缩部216。虽然滑环234及旋转街头236或这两者的均等物为不受限旋转基板的方法所需， 应可理解的是马达208提供的旋转移动也可往复进行，而非单一方向持续转动。这样的话， 若仅需往复移动，可选择性设置滑环234及旋转接头236。对此情况下的实施例而言，可藉可弯曲导管(未示出)，以及经由图2所示的滑环234及旋转接头236提供电子及冷却功能。洁净气体供应线225耦接至洁净气体供应器220以提供洁净气体(例如氮或其它任一处理惰性气体)至伸缩部216及轴部112之间所设反应器100的内部体积218。内部体积218中的洁净气体可避免沉积材料被引入反应器100伸缩部216及/或轴部112的内侧上。亦可选择的是，洁净气体可自洁净气体供应器220经由供应线223供应至通道226 中。再参照图1，于一实施例中，控制器130是耦接至处理室本体105，以接收来自传感器的信号，这些信号可指示处理室压力。控制器130也可耦接至气体面板128，以控制一种或多种气体或气体至处理体积108的流动。控制器130可结合一种或多种压力调节器或调节器使用，以调整或维持处理体积108内的所欲压力。此外，控制器130可控制基板支撑件 110的温度，并因此控制该基板支撑件110上所置放的基板的温度。控制器更可耦接至旋转升举组件150，以于处理期间控制该旋转升举组件150的转动。控制器130包括一存储器，该存储器含有呈计算机可读取形式的指令，以控制气体流动以及处理室中的压力及基板支撑件110的温度在前述参数范围内，藉以依本发明于基板上形成材料层。于操作中，可利用旋转升举组件以最小化温度影响及处理室内固有的流动不均勻性。例如，硬件制造及设置容忍度(例如机构及材料容忍度或装置不同部件的精确性)的影响都会因使用旋转升举组件150对流动及温度不均有缓和作用而得到降低。这种旋转所形成的基板环境可对此等不均进行时间平均，从而使基板上有较均勻的薄膜厚度。薄膜厚度均勻度改良可应用于具有设于晶片上的气体流入口的处理室(如图1-2所示)，以及用于具有经配设能提供混合流(cross-flow)、或平行基板直径的流的气体流入口的处理室。例如，图4绘示薄膜厚度不均勻度(轴40 与处理条件的数量表示(轴404)的图表400，以百分比表示。此图表的数据是CVD处理室中利用硅烷(SiH4)及氨(NH3)于300mm 裸硅基板上沉积氮化硅薄膜而得，与先前图1-2所述类似。数据点406表示基板处理未经旋转。数据点408表示基板处理同时作旋转。在测量所有处理条件(例如，沿轴404)时， 数据点408显示基板处理作旋转时有较低的不均勻度百分比(与数据点406相比)。如另一实施例所示，图5是绘示薄膜厚度不均勻度(于轴502上以百分比表示)对若干基板处理作旋转或不作旋转(轴504上有连续数字)时的图表500。此图表的数据是 CVD 处理室中利用二(叔丁氨基)硅烷(bis(tert-butylamino)silane，BTBAS)及氨(NH3) 于300mm裸硅基板上沉积硅氮化物薄膜而得，与图1_2所述类似。数据点506代表基板处理同时旋转基板。该数据点508显示旋转基板可改善(亦即，降低)薄膜厚度不均勻百分比，此乃与基板处理不旋转相比而言(例如，数据点506)。如另一范例所示，图6A-6B是分别在非旋转及旋转基板上形成的薄膜的薄膜厚度变化标绘图。图6A所示的标绘图610是表示基板处理不旋转时，基板表面上的薄膜厚度与标绘图620(如图6B所示，标绘图620是对应基板处理同时旋转基板)相比有较大变化。旋转升举组件150的另一优点在于，旋转基板所形成的流动可能会进一步降低基板上的微粒污染。此外，因旋转升举组件150而旋转基板所形成的增加流动成分，降低总流率便可减少惰性气体及其它加入所得气体的稀释剂，以便维持均勻流动或处理室内相当均勻的流动。由于反应器100的处理体积108中反应物质有较大浓度，故稀释气体的降低有利于增加沉积率。前述使用旋转升举组件150的方法范例将详述如下。于一实施例中，可于一特定处理循环中以360度的整数倍数(包括360度)旋转该基板。或者，可在一特定处理循环的处理斜升部、稳定部及/或斜降部以360度的整数倍数旋转基板。于另一实施例中，基板支撑件110上所支撑的基板可于一特定处理期间旋转，以沉积均勻材料晶种层。于沉积晶种层后，晶种层上的大块沉积可接着旋转或不旋转基板支撑件110来处理。基板可以适当剖面设备监控，以使支撑于旋转升举组件150上的基板旋转可控制达多个处理循环，以得各处理循环内所欲沉积轮廓。各连续沉积循环也可适当监控及调整沉积轮廓，以使总沉积厚度轮廓等于所欲轮廓(例如，平坦状)。此外，旋转升举组件150的转速可依据基板处理期间测量或监控的特定变量而变化。例如，已知会影响沉积率的处理变量(例如温度或压力)、或经测量或计算的沉积率也可于处理期间控制基板支撑件110所支撑的基板转速。例如，于慢沉积率期间基板可以较慢速度旋转，而于较快沉积率期间可以较快速度旋转。此外，处理期间旋转升举组件150所支撑的基板可递增标定，而非一致旋转。例如，可于一位置处理基板一段时间，接着标定基板至新位置一段接续时间。例如，基板可固定第一方向持续第一时间段，旋转180度至第二方向并处理持续第二时间段。基板也可标定以排列移出处理室的基板。也可使用标定功能以记住处理室内的基板方位，使处理非均勻性或基板上检测得的缺陷可关连至反应器100的特定区域。虽然前述方法及设备是关于低温化学气相沉积处理室，但应可理解的是其它处理室及其它薄膜沉积处理也可受惠于此处所述的旋转基板支撑件150。例如，该旋转升举组件也可以原子层沉积(ALD)处理提供改良的薄膜厚度均勻性，该原子层沉积(ALD)处理单独脉动地引入气体先驱物，以于每次循环沉积一个原子层的薄膜。或者，旋转升举组件也可以紫外光或等离子体增强型热沉积处理(紫外光或等离子体增强型热沉积处理分别利用紫外光或等离子体以增加化学反应性)提供改善的薄膜厚度均勻性。虽然前述是关于本发明的该等实施例，然本发明其它及进一步实施例也可于不悖离本发明的基本范围下做变化，且本发明的范围是由权利要求决定的。
权利要求
1.一种用于处理基板的设备，包括处理室；基板支撑件，该基板支撑件包括设置于该处理室中的轴部；加热器，该加热器与该基板支撑件耦合；第一马达，该第一马达提升与下降该基板支撑件；以及第二马达，该第二马达向该基板支撑件提供旋转运动，其中该第一马达耦合至框架，该框架罩住该第二马达，该第二马达通过转子耦合至该轴部，以及包含多个密封件的密封块置于该转子周围。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该第二马达通过转子耦合至该基板支撑件。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该轴部被插入到该转子的开口中。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该第一马达和该第二马达通过马达支撑件耦合至该处理室的壁。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，该密封块接触该马达支撑件和该转子。
6.如权利要求4所述的设备，其特征在于，该密封块与该马达支撑件的内表面和该转子的外表面形成密封。
7.如权利要求4所述的设备，其特征在于，该密封块具有至少一沿该密封块及该转子之间的接口而设置的通道。
8.一种用于处理基板的设备，包括处理室；经加热的基板支撑件，该基板支撑件设置于该处理室中；以及组件，该组件向该基板支撑件提供旋转运动，该组件包括升举机构以及第二马达，该升举机构包括提升和下降该基板支撑件的第一马达，该第二马达向该基板支撑件提供旋转运动，其中，该第一马达耦合至罩住该第二马达的框架，该组件通过转子耦合至该基板支撑件的轴部，以及包含多个密封件的密封块置于该转子周围并与该转子接触。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，加热器设置于该基板支撑件中。
10.如权利要求8所述的设备，其特征在于，该密封块包括至少一沿该密封块及该转子之间的接口而设置的通道。
11.一种用于处理基板的设备，包括处理室；基板支撑件，该基板支撑件设置于该处理室中；加热器，该加热器耦合至该基板支撑件；伸缩部，该伸缩部连接至该处理室；第一马达，该第一马达提升和下降该基板支撑件；第二马达，该第二马达旋转该基板支撑件；以及密封块，该密封块将该基板支撑件连接至该伸缩部。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，该伸缩部具有与该密封块接触的安装板。
13.如权利要求11所述的设备，其特征在于，该设备还包括围住该第二马达的外罩。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，该第一马达耦合至该外罩。
15.如权利要求11所述的设备，其特征在于，该设备还包括耦合至该基板支撑件的旋转接头。
全文摘要
本发明揭示一种利用旋转基板支撑件处理一基板的方法及设备。于一实施例中，用于处理基板的设备包括一处理室，其中设有一基板支撑组件。该基板支撑组件包括一基板支撑件，该基板支撑件具有一支撑表面及一加热器，该加热器设于支撑表面下方。一轴部耦接至该基板支撑件，且马达经由一转子(rotor)耦接至该轴部，以使基板支撑件转动。密封块则设于该转子周围并与的形成密封。密封块具有至少一密封件及至少一通道，沿该密封块与该轴部间的接口处设置。各通道耦接有端口以连接至泵。升举机构耦接至该轴部以提升与下降基板支撑件。
文档编号H01L21/687GK102560433SQ20121004168
公开日2012年7月11日 申请日期2006年5月31日 优先权日2005年6月8日
发明者A·布莱烙夫, A·特安, B·特兰, F·罗伯茨, G·拉玎, J·斯密斯, N·梅里, R·S·伊叶尔, R·安德芮斯, S·佐伊特, T·斯密克, 小罗伯特·谢杜 申请人:应用材料公司