TW200818324A - Multizone heater for furnace - Google Patents

Description

200818324 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明之實施例大體上係有關於用以加熱半導體處理 腔室之設備與方法。尤其，本發明係有關於_種熔爐，其 具有用以加熱半導體處理腔室之多區加熱器。 【先前技術】 一些製程是在半導體處理期間被執行於_熔爐内，其 中在炼爐内係在高溫下處理一或更多基材。岣勻地加熱基 材對於批次處理尤其重要，其中批次處理係為普遍使用的 製程步驟，其可以在一區域中同時處理兩片或更多片基 材。批次處理已經被證實對於增加元件產能及減少製造成 本是有效的。一批次處理腔室通常在腔室容積内處理一批 垂直堆豐的基材。在批次處理腔室内執行的製程步驟，例 如原子層沉積（ALD)與化學氣相沉積（CVD)，必須均勻地加 熱基材。因此，一批次處理腔室大體上會包含一用以加熱 一批基材之加熱系統。然而，均勻地加熱基材富有挑戰性， 並且這樣的加熱系統很複雜，致使難以維護且維修昂貴。 第1與2圖係緣示此技藝中所熟知之經加熱的批次處 理腔室。第1圖繪示處於一處理條件下之批次處理腔室 1 〇0。在此條件下，被基材晶舟丨〇 1支撐之_批基材1 〇2 在一製程容積103中被處理，其中該製程容積1〇3是由一 了貝部1 0 4、多個側壁1 〇 5與一底部i 〇 6所界定。形成在底 106中之一穿孔122提供了基材晶舟被插入製程容積 5 200818324 103或從製程容積i〇3被移除的結構。一密封板107在製 程期間將穿孔1 2 2密封住。 加熱結構1 1 0大致上至裝設在每一側壁1 〇 5之外部表 面。每一加熱結構110包含複數個鹵素燈119，鹵素燈il9 係經由一石英窗109提供能量至製程容積1〇3中之基材 1 02，石英窗1 〇 9裝設在側壁1 0 5上。裝設在惻壁1 0 5之内 部表面上的熱屏蔽板1 〇 8係被添加至製程容積1 〇 3，以將 從加熱結構1 1 0放射之能量擴散，藉此提供均勻的熱能分 佈至基材102。 大體上，形成在側壁1 〇 5中之銑製溝槽1 1 6 (顯示在第 2圖）係控制側壁1 〇 5與頂部1 04之溫度，以避免不樂見的 沉積及為了安全目的。當石英窗109為熱的且製程容積處 於真空下時，若石英窗丨〇9直接接觸經溫控的側壁時，過 度的應力會造成向内破裂。所以，〇形環型式之襯墊124 (其 由合適的材料所製成，例如 Viton®、矽橡膠、或Calrez® 石磨纖維）與類似材料的長條狀襯墊1 23被配置在石英窗 1 09與側壁1 05之間，以確保石英窗丨〇9不會直接接觸側 壁105°熱屏蔽板1〇8大致上是藉由絕緣條125與固持夾 126裝設在側壁105上。熱屏蔽板1〇8與絕緣條125係由 合適的高温材料製成，例如石墨或碳化矽。固持夾1 26係 由合適的高溫材料製成，例如鈦。形成在側壁1 05中之銑 製溝槽11 6可以利用熱交換流體來控制溫度，其中該熱交 換流體係持續地流動通過銑製溝槽丨丨6。 西το 1997年8月n日申請之美國專利案號6,352,593 6 200818324 而標題為 “Mini-batch Process Chamber”與西元 2002 年 8 月9日申請之美國專利申請案號l〇/21 6,079而標題為 66High Rate Deposition At Low Pressure In A Small Batch React or”係進一步描述加熱結構no,其在此被併入本文以 作為參考。 現請參照第2圖，用來在基材1 02上沉積層次之製程 氣體係經由一氣體注入組件丨丨4來提供。氣體注入組件丨i 4 藉由〇形環1 2 7被真空密封至側壁1 〇 5。一排出組件11 5 配置在氣體注入組件丨丨4之相對側。典型地，侧壁1 〇 5、 頂部104與底部106是由金屬製成，例如鋁。 批次處理腔室丨00包含複雜的系統以用於加熱、真空 雄封與熱隔離。加熱結構1 1 〇難以組裝且維護，這是因為 其需要特別的固定件來移除且更換。再者，使用加熱結構 11 〇難以控制加熱均勻性。 所以’需要一種簡化的加熱系統而能在半導體處理腔 室中均勻地加熱一批基材。 【發明内容】 本發明大體上提供一種用以加熱批次處理腔室之設備 與方法。

兩個獨立控制的區域中連接； 以及一殼體， 本發明， 室之熔爐。該 體處理腔室， 熱構件在至少 7 200818324 其圍繞該加敎 本發明之 系統包含：_ 繞該腔室，# 體，覆蓋該加 熱器與該殼體 該殼體係固定 本發明之 腔室之熔爐。 獨立控制的區 置在該印刷電 射體之外面， 係固定在一起 器，其 另一實 腔室， 中該加 熱器； 之間， 在一起 又另一 該熔爐 域以加 路加熱 其中該 中該加熱器固定至該殼體 施例係提供一種半導體處 用以處理其内的基材；— 熱器具有多個獨立控制的 以及一第一反射體構件， 其中該加熱器、該第一反 〇 實施例係提供一種用於_ 包含：一印刷電路加熱器 熱δ亥半導體處理腔室；— 器之外面；以及一殼體， 印刷電路加熱器、該反射 理系統。 加熱器， 區域；一 設置在該 射體構件 半導體處 ，具有多 反射體， 設置在該 體與該殼 該 圍 殼 加 與 理 個 設 反 體 【實施方式] :發明大體上提供一種具有一多區加熱器… 理：、，先。本發明之加熱器可以適用在各種取決於㈣ 之控制與瓦特數需求，以及提供不 — 的加熱功率至办 材二的不同區域。參照美…聖大克勞拉市, 文將說明本發明。 乎，先之變更貫施例’ 第3與4圖係繪示本發明之半導體處理系統2〇c 例半導體處理系統200被建構以在高溫處理_ 例如用以執行原子層沉積（ALD)或化學氣相 處 度 處 用 下 基 積 8 200818324 (CVD) 〇 半導體處理系統200包含一處理腔室205，處理腔室 205用來在其内之一内容積212中處理一或更多基材。在 一實施例中，處理腔室205為一圓柱狀英腔室。處理腔室 205具有一排出埠211與一入口埠206,排出埠211為在一 側且入口埠2 0 6位在排出埠2 11之相對側。入口埠2 0 6係 提供一或更多處理氣體至處理腔室205之内容積212。排 出埠2 1 1通常連接至一真空源，並且從内容積2 1 2唧筒抽 吸處理氣體。在製程期間，正被處理之基材能夠以垂直堆 疊方式被設置在一基材晶舟中且通常被旋轉，以均勻地暴 露於熱及處理氣體。共同受讓且於西元2005年10月13 曰申請之美國專利申請案號 1 1/249,555 而標題為 “Reaction Chamber with Opposing Pockets for Injection and Exhaust”有詳細描述處理腔室205，其在此被併入本文 以作為參考。 一加熱器202設置在處理腔室205外面，且用來在製 程期間加熱處理腔室205。加熱器202可以是一電阻式加 熱器。在一實施例中，加熱器202具有與處理腔室205實 質上相同的形狀，以在處理腔室2 0 5之圓周提供均勻的熱 效應。加熱器2 02包含多個獨立控制的區域，以達到欲求 的加熱曲線（例如沿著垂直高度之均勻加熱）。在一實施例 中，加熱器202包含多個垂直堆疊在一起之獨立控制的區 域2 0 2 i (其中i = 1，2，…η)，如第4圖所示。在批次處理期間， 靠近基材晶舟之頂部與底部的基材通常比靠近基材晶舟之 9 200818324 中心的基材更少受熱，於是在一批 處理效應。在處成了不同的 仕處理腔室205之内交接+ 組態對於減少或消 中，垂直堆疊的 乂均除在不同垂首黑持：々τ 有用的。本發明也可以 A:度之不1加熱是特別 個垂直區域、多個 出其他的多區K態，例如多 ^ 夕個垂直與水平區域人 、 理腔室205之埶曲# ^ / J 、，、口、从及對應至處 …、曲線的多個區域。 在—實施例中，加熱器2〇2 件所形成。第^ 疋由複數個電阻式加熱構 成第5A圖繪示一加熱構件22〇之 該加熱構件220 圖，/、中 5B圖妗、 與4圖之加熱器202。第 ’日不σ熱構件2 2 0之背側（通常是遠 側）。在一實纟 疋延離加熱目標之 貫靶例中，加熱構件220是由一石麥^ 形狀之石ΜL丨 田石墨碟盤或其他 肜狀之石墨材料來製造。首先，一層 boron nW - j *、 氮化蝴（pyrolytic — on nltride，PBN)被塗覆在石墨 y 71 W ^ 3要者，經塗覆的 墨碟盤從背側被加工至希望的圖案。如 示，一漠A與5B圖所 溝槽224形成在石墨碟盤上，其 之一雷阳斗诚从 疋義了加熱構件220 構件221。一層之熱解氮化硼塗層223 加熱構件220之絕緣材料。熱解氮 係作為 瓷，1且士 一 & 切馬非4向性高溫陶 八具有南電阻與良好的熱傳導性。加 經由多個石墨桿柱222連接至—功率源。、、構件220可以 盥大邱八^ 、加熱構件220不 二分氣體及液體發生化學反應’機械且熱均句的，抗 於“而具有超快速應答。不同的電阻式構件221設計對 於加熱構件220提供了不同的加熱效應。 夕 尸叮以，由一或更 二加熱構件220構成之加熱器202也具有形成一或更多不 同加熱效應之區域的彈性。應當注意的 J疋，其他合適的加 10 200818324 熱構件型式（例如其他陶瓷加熱器）也 用 202 〇 )也了以用來形成加 參照第4圖，每一獨立控制的區域2〇2〗可以包人 一加熱構件（例如第5圖之加熱構件22〇)。 匕含 的區域202丨可以經由一對石墨桿柱2〇7連接 的功率源。 個別 參照第3圖’半導體處理系統2〇〇更包备— ^ 一圍繞 器2〇2之外殼體201。外殼體201可以是一 < 免屬殼體 一實施例中，外殼體201可以由不銹鋼製成，且具有么 宅米之厚度。在一實施例中，外殼體2 〇 1具有多個 210’足部210用來將半導體處理系統2〇〇固定至一臭 一負载鎖固腔（load lock)。加熱器202可以固定至外 201。在一實施例中，加熱器202可以藉由多個螺检與 208固定至外殼體2〇1。在另一實施例中，加熱器2〇2 直接固定至基座，其中半導體處理系統200係接附至 座。 一反射體203設置在加熱器202與外殼體201之 反射體203用來將輻射熱反射回去加熱器202，並且 外殼體201避免變熱。反射體203可以由金屬製成， 哈氏合金（hastelloy)或不錄鋼。在一實施例中，一第 射體204可以設置在靠近排出埠21 1之處。 在一實施例中，加熱器202包含兩個圍繞處理腔ϋ 之弧形區段，並且沒有覆蓋住排出埠及入口埠。在一 例中’此兩弧形區段具有相同的區域組態，並且對應 熱器 至少 控制 控制 加熱 。在 > 1.5 足部 座或 殼體 螺帽 可以 該基 間。 保持 例如 二反 205 實施 部件 11 200818324 區域可以彼此連接而形成一全環繞式的控制區域。 第6與7圖繪示根據本發明之半導體處理系統300之 另一實施例。半導體處理系統3 0 0包含一處理腔室3 0 5， 處理腔室305界定一内容積312以用來處理其内之一或更 多基材。處理腔室305具有一排出埠311與一注入埠306, 排出埠31 1為在一側且注入埠3 0 6位在排出埠3 11之相對 側。半導體處理系統3 0 0更包含一圍繞處理腔室3 0 5之外 殼體3 0 1。注入崞3 0 6可以相對於一開口 3 1 4被密封住， 其中該開口 3 1 4形成在外殼體3 0 1中。 一加熱器302設置在外殼體301之内與處理腔室305 之外。加熱器3 0 2用來加熱處理腔室3 0 5。在一實施例中， 加熱器302具有與處理腔室305實質上類似的形狀，而包 圍住處理腔室305周圍。在一實施例中，加熱器302包含 兩個加熱器區段3 02a與302b，而不覆蓋住排出埠3 1 1與 注入埠3 0 6。 第7圖繪示不具有外殼體 301之半導體處理系統 3 00。此兩加熱器區段302a與3 02b係藉由一或更多托架 3 04來連接。一或更多石墨桿柱313設置在托架304中， 且用來電性地連接加熱器區段302a與302b。每一加熱器 區段302a與3 02b可以更包含一或更多個別控制的區域 3 02i。在一實施例中，個別控制的區域302i係垂直地堆疊。 加熱器區段302a與302b可以具有相同的組態，因此在處 理腔室305之不同垂直高度形成了個別控制的區域。 一或更多個別控制的區域302i之每一者可以具有一或 12 200818324 更多加熱構件（例如第5圖顯示之加熱構件220)。 此一或更多托架304可以藉由一桿柱315連接在一 起。一或更多桿柱3〇8也可以接附至加熱器區段302a與 • 302b。桿柱315與308可以進〆步地固定至一基座，因而 固定住加熱器302。 雖然前述說明是著重在本發明之實施例，在不脫離本 發明之基本範圍下，可以構想出本發明之其他與進一步實 f - 施例’並且本發明之範圍是由隨附申請專利範圍所決定。 【圖式簡單說明】 本發明之前述特徵可以參照實施例而詳細暸解，其中 一些實施例係被繪示在附圖中。然而，值得注意的是，附 圖僅繪不出本發明的典型實施例，且因此不被視為本發明 範圍的限制，本發明允許其他等效的實施例。 第 ®、、、曰示習知處理系統之狀態的截面圖。 第圖、會示第1圖之處理系統的俯視圖。 、 第3圖為根據本發明之一示範性處理系統的俯視圖 第4圖為第3圖之示範性基材處理系統的截面圖。 第 圖為根據本發明之一加熱構件的截面圖。 第5B圖為第5A圖之加熱構件的後視圖。 第6圖為根據本發明之一示範性處理系統的俯祝圖。 第7圖為第6圖之處理系统的立體圖。 【主要元件符號說明】 13 200818324 100 批次處理腔室 101 基材晶舟 102 基材 103 製程容積 104 頂部 105 側壁 106 底部 107 密封板 108 熱屏蔽板 109 石英窗 110 加熱結構 114 氣體注入經件 115 排出組件 116 銑製溝槽 119 鹵素燈 122 穿孔 123 長條狀襯墊 124 0形環型式之襯墊 125 絕緣條 126 固持夾 127 0形環 200 半導體處理系統 201 外殼體 202 加熱器 202i 控制的區域 203 反射體 204 第二反射體 205 處理腔室 206 入口埠 207 石墨桿柱 208 螺帽 210 足部 211 排出埠 212 内容積 220 加熱構件 221 電阻式構件 222 石墨桿柱 223 熱解氮化删塗層 224 溝槽 300 半導體處理系統 301 外殼體 302 加熱器 302i 控制的區域 302a 加熱器區段 302b 加熱器區段 304 托架 305 處理腔室 306 注入埠 14 200818324 308 桿柱 3 10 桿柱 311 排出埠 3 12 内容積 313 石墨桿柱 3 14 開口 315 桿柱 320 加熱器

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Claims (1)

1. 200818324 十、申請專利範圍： 1. 一種用以加熱一半導體處理腔室之熔爐，其至少包含： 一加熱器，其圍繞該半導體處理腔室之多個側壁， 其中該加熱器包含複數個加熱構件’該些加熱構件係在至 少兩個獨立控制的區域中連接；以及 一殼體，其圍繞該加熱器，其中該加熱器固定至該 殼體。 2. 如申請專利範圍第1項所述之熔爐’其中該複數個加熱 構件為印刷電路加熱器，其使用熱解氮化硼作為一絕緣基 材及石墨作為一電阻式構件。 3. 如申請專利範圍第2項所述之熔爐’其中該複數個加熱 構件之每一者經由多個石墨桿柱連接至各自功率源’該些 石墨桿柱被塗覆有熱解氮化棚。 4·如申請專利範圍第1項所述之熔爐，更包含一第一反射 體構件，其設置在該殼體與該加熱器之間。 5 ·如申請專利範圍第4項所述之熔爐’其中該第一反射體 是由哈氏合金（hastelloy)所製成。 6.如申請專利範圍第4項所述之熔爐’更包含一第二反射 16 200818324 體構件，其圍繞該半導體處理腔室之一排出埠區域。 7 ·如申請專利範圍第1項所述之熔爐，其中矮至少兩個獨 ， 立控制的區域係垂直地堆疊。 ♦ 8·如申請專利範圍第1項所述之熔爐，其中該至少兩個獨 立控制的區域之每一者包含該複數個加熱橼件之至少兩 ( 者。 9.如申請專利範圍第1項所述之熔爐，其中該加熱器具有 一實質上圓柱形狀，以加熱一圓柱狀石英腔室。 10 ·如申請專利範圍第9項所述之熔爐，其中該圓柱狀石 英腔室具有一垂直排出埠，且該加熱器具有一開口 ，該開 口位在該垂直排出埠的對面。 11.如申請專利範圍第1項所述之熔爐，其中該殼體是由 不銹鋼所製成。 12. —種半導體處理系統，其至少包含： 一腔室，用以處理其内的基材； 一加熱器，圍繞該腔室之多個側壁，其中該加熱器 具有多個獨立控制的區域； 17 200818324 一殼體，覆蓋該加熱器；以及 一第一反射體構件，設置在該加熱器與該殼體之 間，其中該加熱器、該第一反射體構件與該殼體係固定在 一起。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項所述之系統，其中該多個獨立 控制的區域之每一者包含至少一印刷電路加熱構件，其使 用熱解氮化硼作為一絕緣基材及石墨作為一電阻式構件。 1 4.如申請專利範圍第1 2項所述之系統，其中該多個獨立 控制的區域係垂直地堆®。 1 5.如申請專利範圍第1 2項所述之系統，其中該腔室為一 圓柱狀石英腔室，其具有一由該加熱器所暴露的垂直排出 蜂。 1 6 ·如申請專利範圍第1 5項所述之系統，更包含一第二反 射體構件，其靠近該垂直排出埠且固定在該加熱器與該殼 體之間。 17. —種用於一半導體處理腔室之熔爐，其至少包含： 一印刷電路加熱器，具有多個獨立控制的區域以加 熱該半導體處理腔室； 18 200818324 一反射體，設置在該印刷電路加熱器之外面；以及 一殼體’設置在該反射體之外面’其令該印刷電路 加熱器、該反射體與該殼體係固定在一起。 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項所述之熔爐，其中該多個獨立 控制的區域係垂直地堆疊。 1 9 ·如申請專利範圍第1 7項所述之溶爐，其中該印刷電路 加熱器包含複數個加熱構件，其使用熱解氮化硼作為一絕 緣基材及石墨作為電阻式構件。 2 0 ·如申請專利範圍第1 9項所述之熔爐，其中該複數個加 熱構件之每一者經由一或更多石墨桿柱連接至各自功率 源，該些石墨桿柱被塗覆有熱解氮化硼。

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