[發明專利]用以在處理腔室內支撐、定位及旋轉基板的設備與方法

有效

• 申請號: 200980102395.3
• 申請日: 2009-01-14
• 公開（公告）號: CN101911281A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 布萊克·凱爾梅爾;亞歷山大·N·勒納;約瑟夫·M·拉內什;凱達爾納什·桑格姆;庫赫斯特·索瑞伯基
• 申請（專利權）人: 應用材料股份有限公司
• 主分類號: H01L21/683
• 分類號: H01L21/683;H01L21/687;H01L21/205;H01L21/324
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國;鐘強

技術領域

本發明大體上是有關半導體處理領域，且特別是關于半導體器件生產期間在處理腔室中支撐、定位或旋轉基板的設備和方法。

背景技術

在集成電路和顯示器生產中，半導體、介電質和導電材料形成在基板上，例如硅基板或玻璃基板。材料可利用化學汽相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、物理汽相沉積(PVD)、離子注入、等離子體或熱氧化和氮化工藝形成。隨后，沉積材料經蝕刻形成特征結構，例如柵極、通孔、接觸孔和互連線。在典型的沉積或蝕刻工藝中，基板在基板處理腔室中暴露于等離子體，以沉積或蝕刻基板表面的材料。其他在基板上執行的典型工藝包括熱處理技術，其包括快速熱處理(RTP)、閃光燈或激光退火處理。

集成電路和顯示設備已發展成復雜設備，其單一芯片或顯示基板區域包括數百萬個晶體管、電容器和電阻器。芯片設計不斷演進而需要更快的電路和更高的電路密度，以滿足越來越多的精密生產工藝需求。一常用的生產工藝為離子注入。

離子注入對于在半導體上形成晶體管結構尤其重要，且可在芯片制造期間實行多次。離子注入時，硅基板遭帶電離子束(一般稱為摻雜)轟擊。注入改變材料性質，其注入摻雜而獲得特殊電性等級。控制射向基板的能量束的離子數量和基板通過能量束的次數，可決定摻雜濃度。能量束大小通常決定摻雜注入深度。摻雜經加速達容許摻雜穿過或注入薄膜至預定深度的能量大小。

離子注入時，經注入的薄膜常產生大量的內應力。為釋放應力及進一步控制注入形成的薄膜性質，薄膜一般經熱處理，例如退火。離子注入后退火一般是在快速熱處理(RTP)腔室中進行，其使基板經非常短暫、但高度控制的熱循環處理，以在10秒內從室溫加熱基板到超過1000℃。RTP釋放注入引起的應力，并進一步改變薄膜性質，例如改變薄膜電性。

一般來說，RTP腔室包括輻射熱源或照燈、腔室主體和基板支撐環。照燈一般裝設在腔室主體頂表面，照燈產生的輻射能量照射腔室主體內支撐環支撐的基板。石英窗口一般置于腔室主體頂表面，以協助能量傳遞于照燈與基板之間。支撐環一般包含碳化硅，且從腔室主體底部延伸而利用其外緣支撐基板。外接電動機用來轉動基板和支撐環，以補償照燈產生的輻射能量照射整個基板表面的差異性，以免基板加熱不均勻。一般來說，RTP工藝是在大氣壓或低壓下進行，以減少基板的微粒和化學劑污染。

雖然RTP工藝可快速加熱及冷卻基板，但RTP工藝常會加熱整個基板厚度。基板表面各處加熱不均勻是RTP或其他傳統基板加熱工藝常面臨的問題。例如，支撐環接觸基板外緣的區域常發生溫度差異。輻射加熱源照射基板頂表面(其不同表面區段包括不同器件材料)也會造成基板溫度差異。由于不同器件材料具有很寬的輻射率，因此造成溫度的不同。

在上述工藝期間，基板通常托在具有基板接收面的基板支撐件上。支撐件具有埋入電極，其在處理期間作為等離子體產生裝置，及/或其也可靜電托住基板。支撐件還具有電阻式加熱組件，以于處理時加熱基板，及/或具有水冷卻系統，以冷卻基板或冷卻支撐件。其問題之一在于隨著器件尺寸縮小而降低整個基板差異容限，導致基板相對基板支撐件、遮蔽環或其他腔室部件的對準和定位將影響基板處理結果的均勻性。在一些例子中，處理腔室的一或多個區域無法均勻產生等離子體(如，等離子體增強化學汽相沉積(PECVD)、PVD)、均勻傳熱至基板(如，RTP、PECVD)，及/或因處理腔室的氣體入口或排氣裝置設置方位而有不均勻氣流區域，故一般需旋轉基板來平均處理腔室中不同處理區的不均勻性。在處理腔室中旋轉基板通常為昂貴又復雜的工藝，其需在低于大氣壓的壓力、高溫下處理基板，及/或需一或多個可旋轉的電連接器將功率輸送到基板支撐件的一或多個部件(如加熱組件)。如此將因需使用可靠、不產生微粒的高溫旋轉部件(如軸承)、精密昂貴的電動機、復雜的控制系統、可靠的旋轉電連接器和可靠的旋轉真空密封墊，以致提高復雜度和成本。

因此，需有改良系統，以于基板處理期間支撐、定位及/或旋轉基板，其不需直接接觸基板、使用和維修成本低、處理結果佳、可靠且容易控制。

發明內容

本發明大致上提出處理腔室，包含基板支撐件，支撐件包含復數個具一或多個孔的端口，各自接收流自一或多個流量控制器的流體，其中各端口引導接收流體朝與其他端口主流方向不同的主流方向；傳感器，其設置監視放置在基板支撐件上的基板位置，基板支撐件位于處理腔室的處理區內；以及控制器，其用來接收來自傳感器的信號及通過控制流自一或多個流量控制器并由各端口輸送的流體而控制基板位置。