用于快速热处理的最小接触边缘环的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开内容的实施例大体涉及一种在工艺腔室中支撑基板的支撑环。
【背景技术】
[0002]在诸如半导体基板之类的基板处理中，将基板放置于工艺腔室中的支撑件上且在工艺腔室中维持适宜的处理条件。举例而言，可在受控的加热周期中加热基板以热处理所述基板。例如，能通过设置于腔室中的基板上方和/或下方的加热灯阵列来加热基板。能使用热处理例如来对基板上的已经离子注入的层进行退火、执行热氧化或氮化工艺或在基板上执行热化学气相沉积工艺。
[0003]已观察到，横跨基板的温度梯度的变化能导致基板的不均匀处理。由于来自接触支撑件(或其他腔室部件)的基板区域及不接触支撑件的基板区域的不均匀对流或传导性热损失，在不同的基板区域出现不均匀的温度。能使用基板支撑环减小基板中的温度梯度，所述基板支撑环从腔室壁向内延伸且围绕基板的周边。具体而言，通过具有接触基板边缘的环形唇的支撑环的边缘在基板的周边上支撑待热处理的基板。支撑环有效地扩展或推出基板中从基板周边至支撑环的外部边缘的温度梯度。基板与支撑环的重叠亦避免或最小化高温辐射能从辐射热源(通常设置于基板上方)在支撑环内侧或外侧上的支撑环边缘周围漏失。
[0004]具有环形边缘的支撑环可能无法在快速加热速率工艺中提供横跨基板的足够的温度均勾性，所述快速加热速率工艺例如在快速热处理(rapid thermal processing ；RTP)系统中具有至少约200°C/秒的加热速率的工艺。在这些工艺中，支撑环与基板之间的加热速率差导致沿基板的周边的温度梯度在加热工艺步骤期间变得不可接受地高。基板亦可经历由固体-固体热接触的方位变化引起的温度变化，主要取决于基板与支撑环之间的变化的表面光洁度及平面度/平坦度。在某些情况中，因为基板与支撑环的环形唇在基板的边缘附近重叠，所以仅仅通过测量及调整基板的温度难以实现边缘附近的均匀温度分布。特别是在减小的压强(例如3托)下加热基板时，尤其难以实现横跨基板的温度均匀性。这是因为基板与支撑环之间重叠区域处的接触阻力(contact resistance)在较低压强下更大(因为通过紧密接触点的流动是主导的)，使基板的边缘处的温度分布比中央区域处的温度分布明显更高。
[0005]因此，需要具有改良的支撑环以避免或最小化基板与支撑环之间的热耦合，使得支撑环不会在热处理期间在基板内产生过大的温度梯度。
【发明内容】
[0006]本公开内容的实施例大体涉及一种在工艺腔室中的热处理期间支撑基板的支撑环。由支撑环的边缘唇于基板周边支撑待热处理的基板。支撑环可沿工艺腔室的内部圆周表面径向向内延伸并围绕基板的周边。支撑环具有边缘唇，所述边缘唇从支撑环的表面径向向内延伸。在一个实施例中，边缘唇被提供有沿边缘唇设置(亦即，绕边缘唇的圆周布置)的连续环状基板支撑件。边缘唇从边缘唇的顶表面延伸。基板支撑件从背侧绕基板的整个周边支撑基板而具有最小化的接触表面以将基板与边缘唇热切断。基板支撑件提供与基板的背表面的实质线接触。在一个实例中，基板支撑件具有半球形顶表面以减小可用于支撑环的边缘唇与基板之间热传导的接触面积，导致横跨基板的具有最小边缘温度梯度的改良的温度分布。
[0007]在一个实施例中，提供一种基板支撑环。所述基板支撑环包含:环形主体(ringbody);边缘唇，所述边缘唇从环形主体的表面径向向内延伸；及基板支撑件，所述基板支撑件从边缘唇的顶表面向上延伸，其中基板支撑件为连续环形体(ring-shaped body) ο
[0008]在另一实施例中，支撑环包含:内环；外环，所述外环通过平面部分连接至内环的外部周边；及边缘唇，所述边缘唇从内环的内部周边径向向内延伸以形成支撑凸部(ledge)。支撑环包含从边缘唇的顶表面向上延伸的基板支撑件，且基板支撑件为设置于边缘唇的边缘附近内的连续环形体。基板支撑件从背侧绕基板的整个周边支撑基板而具有最小化的接触表面以将基板与边缘唇热切断。特定而言，基板支撑件提供与基板的背表面的实质线接触。
[0009]在又另一实施例中，提供一种在热处理腔室中处理基板的方法。所述方法包括以下步骤:提供基板支撑环，所述基板支撑环具有环形主体及从环形主体的表面径向向内延伸的边缘唇；及通过围绕边缘唇的圆周设置的基板支撑件来在基板的周边边缘附近支撑基板的背表面，其中所述基板支撑件被配置成通过与基板的背表面的线接触来最小化基板与支撑环之间的热耦合。
【附图说明】
[0010]为了能详细理解本公开内容的上述特征，可通过参考实施例获得以上简要概述的本公开内容的更具体的描述，一些实施例图示于附图中。然而，应注意，附图仅图示出本公开内容的典型实施例，且因此这些附图不应被视为对本公开内容范围的限制，因为本公开内容可允许其他同等有效的实施例。
[0011]图1示意地图示具有基板支撑环的示例性快速热处理腔室。
[0012]图2A示意地图示根据一个实施例的可用于代替图1的基板支撑环的具有连续环状基板支撑件的支撑环的侧视截面图。
[0013]图2B示意地图示图2A的边缘唇的局部俯视图。
[0014]图2C示意地图示根据另一实施例的边缘唇的局部俯视图。
【具体实施方式】
[0015]示例件怏谏热处理眸宰
[0016]图1示意地表示快速热处理腔室10。待热处理的基板12 (例如诸如硅基板之类的半导体基板)穿过阀或出入口 13进入处理腔室10的工艺区域18中。由环形支撑环14在基板周边支撑基板12。边缘唇15从环形支撑环14向内延伸并接触基板12的周边边缘。可定向基板以使在基板12的前表面中已形成的处理特征16朝上面向在基板上侧由透明石英窗口 20界定的工艺区域18。亦即，基板12的前表面面向灯26的阵列。在一些实施例中，具有形成于基板12的前表面上的处理特征的基板12的前表面可不面向灯26的阵列，亦即面向高温计40。与示意图相反，特征16的大部分不突出超过基板12的前表面的实质距离，而是在前表面的平面内及平面附近构成图案。
[0017]多个升降杆22 (比如三个升降杆)可上升及下降以当在轮叶或机械手叶片(未图示)之间传递基板时支撑基板12的背侧，将基板送入处理腔室中及支撑环14上。将辐射加热设备24定位于窗口 20上方且配置所述辐射加热设备以将辐射能通过窗口 20导向基板12。在处理腔室10中，辐射加热设备可包括大量(示例性数目为409)高强度卤钨灯26，这些卤鹤灯定位于窗口 20上方以六边形密集装填(close-packed)的阵列布置的各个反射管道27中。灯26的阵列有时称为灯头。然而，应设想到，可替代使用其他辐射加热设备。大体而言，这些配置涉及电阻式加热以迅速提升辐射源的温度。适合的灯的实例包括:汞汽灯，所述汞汽灯具有围绕灯丝的玻璃或硅石的包封；及闪光灯，所述闪光灯包含围绕诸如氙之类的气体的玻璃或硅石的包封，当激励所述气体时气体提供热源。如本文所使用，术语灯意欲覆盖包括围绕热源的包封的灯。灯的“热源”指能够增加基板的温度的材料或元件，例如能被激励的灯丝或气体或发射辐射的材料的固体区域(比如LED或固态激光器及激光二极管)。
[0018]如本文所使用，快速热处理或RTP指能够以约50°C /秒及更高的速率(例如以约100C /秒至150°C /秒的速率及约200°C /秒至400°C /秒的速率)均匀加热基板的设备或工艺。RTP腔室中的典型降温(冷却)速率处于约80°C /秒至150°C /秒的范围内。在RTP腔室中执行的一些工艺要求横跨基板的温度变化小于几摄氏度。因此，RTP腔室必须包括灯或其他适合的加热系统及加热系统控制，这些系统能够以高达约100°