快速热处理腔室的制作方法
【专利说明】快速热处理腔室
[0001 ] 本申请是申请日为2012年10月22日、申请号为201280048459.8、发明名称为“快速热处理腔室”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明的实施方式大体涉及快速热处理(rapid thermal processing,RTP)腔室。
【背景技术】
[0003]RTP是在数秒或更短的时间内将基板(诸如硅晶片)加热至高达1200摄氏度或更高的温度的制造工艺。RTP可用于多种应用，包括掺杂剂活化、热氧化或金属回流。
[0004]一类现存的RTP腔室利用灯阵列在处理期间快速加热基板。与设置在腔室内的多个高温计(pyrometer)连接的控制器控制施加至灯的功率量，从而控制由这些灯产生的热量。其他类型的腔室利用加热的基板支撑件，并且可使用电阻测量装置控制温度。现存的RTP腔室意味着在制造设施上相当大的投资，因而增加了生产装置的成本。
[0005]因此，需要一种改良的RTP腔室。
【发明内容】
[0006]本发明的实施方式大体涉及RTP腔室。该腔室通常包括腔室主体和腔室盖。该腔室主体包括基板支撑件，该基板支撑件具有多个电阻式加热器区域，以加热定位在该基板支撑件上的基板。该腔室主体视情况(opt1nal Iy)也包括冷却通道(channel)和热绝缘衬里，冷却通道用于缓和热应力，热绝缘衬里设置在该腔室主体中以容纳热处理期间产生的热。该腔室盖包括盖主体和反射板，该盖主体具有穿过该盖主体的开口，该反射板设置在该开口内。多个高温计定位在该反射板内，以在遍及该基板的多个位置处测量与基板支撑件的这些区域对应的基板的温度。每一个区域的温度被调整以响应来自多个高温计的信号。
[0007]—个实施方式中，腔室包含腔室盖和腔室主体。基板支撑件设置在该腔室主体内，并且具有多个区域，这些区域可被独立地加热以加热定位在基板支撑件上的基板。该腔室盖设置在腔室主体上并且具有圆形开口，该圆形开口设置成穿过该腔室盖。该腔室盖也包括反射板，该反射板定位在该圆形开口内并且具有邻近于该基板支撑件的上表面的表面。多个高温计设置成穿过形成于该反射板中的开口，以在遍及基板表面的多个位置处测量该基板的温度。多个高温计中的每一个高温计对应于多个区域中的一个区域。
[0008]另一个实施方式中，腔室包含腔室主体和腔室盖，该腔室主体包含铝。基板支撑件设置在该腔室主体内并且具有多个区域，这些区域可被独立地加热以加热定位在基板支撑件上的基板。该腔室盖设置在该腔室主体上并且包括盖主体，该盖主体包含铝。该盖主体具有圆形开口，该圆形开口设置成穿过该盖主体。反射板定位在该圆形开口内，并且具有邻近于该基板支撑件的上表面的表面。多个高温计设置成穿过形成于该反射板中的开口，以在遍及基板表面的多个位置处测量该基板的温度。多个高温计中的每一个高温计对应于多个区域中的一个区域。
[0009]另一个实施方式中，腔室包含腔室主体、腔室盖和控制器，该腔室主体包含铝。基板支撑件设置在该腔室主体内。该基板支撑件具有多个区域，这些区域可被独立地加热以加热定位在基板支撑件上的基板。多个区域中的每一个区域包含电阻式加热元件。该腔室盖设置在该腔室主体上并且包括盖主体，该盖主体包含铝。该盖主体具有圆形开口，该圆形开口设置成穿过该盖主体。反射板定位在该圆形开口内并且具有邻近于该基板支撑件的上表面的表面。多个高温计设置成穿过形成于该反射板中的开口，以在遍及基板表面的多个位置处测量该基板的温度。多个高温计中的每一个高温计对应于多个区域中的一个区域。该腔室也包括控制器，该控制器耦接至每一个区域的电阻式加热元件并且耦接至多个高温计。该控制器适于基于来自多个高温计每个的信号，控制施加至每一个区域的电阻式加热元件的功率量。
【附图说明】
[0010]可参照实施方式(一些实施方式描绘于附图中)来详细理解本发明的上述特征结构以及以上简要概述的有关本发明更特定的描述。然而，应注意附图仅描绘本发明的典型实施方式，因而不应将这些附图视为限制本发明的范围，因为本发明可允许其他等效实施方式。
[0011]图1和图2是根据本发明的实施方式的RTP腔室的截面图。
[0012]图3是图1和图2所示的腔室盖的等角视图(isometric view)。
[0013]图4是图1和图2所示的基板支撑件的顶视平面图。
[0014]为了便于理解，已尽可能地使用相同的参考数字来标示各图共有的相同的元件。预期在一个实施方式中所披露的元件可有利地用于其他实施方式，而无需特别详述。
【具体实施方式】
[0015]本发明的实施方式大体涉及RTP腔室。这些腔室通常包括腔室主体和腔室盖。该腔室主体包括基板支撑件，该基板支撑件具有多个电阻式加热器区域，以加热定位在基板支撑件上的基板。腔室主体视情况也包括冷却通道和热绝缘衬里，冷却通道用于缓和热应力，热绝缘衬里设置在腔室主体中以容纳处理期间产生的热。腔室盖包括盖主体和反射板，盖主体具有穿过该盖主体的开口，反射板设置在该开口内。多个高温计定位在该反射板内，以在遍及基板的多个位置处测量与基板支撑件的这些区域对应的基板的温度。每一个区域的温度被调整以响应来自多个高温计的信号。
[0016]图1是根据本发明的一个实施方式的RTP腔室100的截面图。RTP腔室100适于热处理定位在该腔室中的基板101ATP腔室包括腔室主体102和设置在腔室主体102上的腔室盖104。腔室主体102由铝或铝合金形成，并且适于将腔室压力维持在ITorr至约800Torr的范围内，诸如约1Torr至约350Torr。腔室主体102包括形成在该腔室主体中的流体管道(fluid passage) 106，以使温度控制流体流过该流体管道，以在处理期间冷却腔室主体102。腔室主体102的冷却减少了腔室主体102劣化的可能性，此劣化是由于基板101加热期间的热应力所致。衬里107是由热绝缘材料(诸如氮化铝)形成的，衬里107设置在腔室主体102的内表面周围，以便于在腔室主体内容纳热并且提高热处理效率。流体管道106与衬里107—起使低成本材料(诸如铝)得以用于形成腔室主体102，同时使腔室主体102仍能够承受热处理期间所施加的热应力。
[0017]基板支撑件108定位在腔室主体102内。基板支撑件108可由烧结的氮化铝形成，并且包括多个加热元件110(诸如嵌在该基板支撑件中的电阻式加热元件)，以便于在处理期间加热基板101。这些加热元件110可由钼形成，并且通过导线耦接至电源117，所述导线设置成穿过支撑轴(support shaft) 112。加热元件110经由传导提供用于加热基板101，并且可将基板加热至约25摄氏度至约900摄氏度的范围内的温度，诸如约25摄氏度至约500摄氏度。在一些情况中，热传导可能会比其他类型的加热(诸如辐射)更理想。举例而言，辐射需要许多昂贵的灯泡以将热提供给基板。然而，灯泡可能会需要频繁地更换，因此增加了操作利用加热灯的腔室的成本。此外，灯可能不均匀地照明，因此使最终所制造的装置的质量劣化。电阻式加热元件(诸如电阻式加热元件110)不需要频繁的更换并且操作上比较便宜。
[0018]支撑轴112可由镍形成，该支撑轴耦接至基板支撑件108的下侧并且支撑基板支撑件108。支撑轴112耦接至升降组件114，该升降组件包括致动器116(诸如步进电机)，以便于将基板101定位于邻近腔室盖104的处理位置中，如图所示。升降组件114也便于将基板101通过开口 118(诸如狭缝阀(slit valve))从腔室主体102移出。升降组件114适于以垂直方向致动基板支撑件108，以使升降销120与定位在腔室主体102内的升降板122接触。当基板支撑件108下降时，使升降销120与升降板122接触将基板101从基板支撑件108的表面升起。基板101维持在升降销120上的一定位置处，使基板101得以由机械手(图中未示出)通过开口 118从腔室主体102移出。可以相反的方式将基板101定位在腔室主体102内。
[0019]腔室盖104定位在腔室主体102上。腔室盖104包括盖主体123和反射板124。反射板124具有圆形的形状并且设置在位于盖主体123内的圆形开口 126内。反射板124具有环状唇部132，环状唇部132的直径大于圆形开口 126，以将反射板124支撑在盖主体123的顶表面上。环状唇部具有多个贯穿该环状唇部的开口，以容纳紧固件134(诸如螺栓)，以将反射板124固定至盖主体123。反射板124定位在圆形开口 126内并且延伸通过圆形开口 126。反射板124的表