[發明專利]用于快速熱處理的最小接觸邊緣環

有效

• 申請號: 201380051474.2
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN104704626B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 潘恒;賽拉朱·泰拉瓦爾尤拉;凱文·J·鮑蒂斯塔;杰弗里·托賓
• 申請（專利權）人: 應用材料公司
• 主分類號: H01L21/683
• 分類號: H01L21/683;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,趙靜

技術領域

本公開內容的實施例大體涉及一種在工藝腔室中支撐基板的支撐環。

背景技術

在諸如半導體基板之類的基板處理中，將基板放置于工藝腔室中的支撐件上且在工藝腔室中維持適宜的處理條件。舉例而言，可在受控的加熱周期中加熱基板以熱處理所述基板。例如，能通過設置于腔室中的基板上方和/或下方的加熱燈陣列來加熱基板。能使用熱處理例如來對基板上的已經離子注入的層進行退火、執行熱氧化或氮化工藝或在基板上執行熱化學氣相沉積工藝。

已觀察到，橫跨基板的溫度梯度的變化能導致基板的不均勻處理。由于來自接觸支撐件(或其他腔室部件)的基板區域及不接觸支撐件的基板區域的不均勻對流或傳導性熱損失，在不同的基板區域出現不均勻的溫度。能使用基板支撐環減小基板中的溫度梯度，所述基板支撐環從腔室壁向內延伸且圍繞基板的周邊。具體而言，通過具有接觸基板邊緣的環形唇的支撐環的邊緣在基板的周邊上支撐待熱處理的基板。支撐環有效地擴展或推出基板中從基板周邊至支撐環的外部邊緣的溫度梯度。基板與支撐環的重疊亦避免或最小化高溫輻射能從輻射熱源(通常設置于基板上方)在支撐環內側或外側上的支撐環邊緣周圍漏失。

具有環形邊緣的支撐環可能無法在快速加熱速率工藝中提供橫跨基板的足夠的溫度均勻性，所述快速加熱速率工藝例如在快速熱處理(rapid thermal processing；RTP)系統中具有至少約200℃/秒的加熱速率的工藝。在這些工藝中，支撐環與基板之間的加熱速率差導致沿基板的周邊的溫度梯度在加熱工藝步驟期間變得不可接受地高。基板亦可經歷由固體-固體熱接觸的方位變化引起的溫度變化，主要取決于基板與支撐環之間的變化的表面光潔度及平面度/平坦度。在某些情況中，因為基板與支撐環的環形唇在基板的邊緣附近重疊，所以僅僅通過測量及調整基板的溫度難以實現邊緣附近的均勻溫度分布。特別是在減小的壓強(例如3托)下加熱基板時，尤其難以實現橫跨基板的溫度均勻性。這是因為基板與支撐環之間重疊區域處的接觸阻力(contact resistance)在較低壓強下更大(因為通過緊密接觸點的流動是主導的)，使基板的邊緣處的溫度分布比中央區域處的溫度分布明顯更高。

因此，需要具有改良的支撐環以避免或最小化基板與支撐環之間的熱耦合，使得支撐環不會在熱處理期間在基板內產生過大的溫度梯度。

發明內容

本公開內容的實施例大體涉及一種在工藝腔室中的熱處理期間支撐基板的支撐環。由支撐環的邊緣唇于基板周邊支撐待熱處理的基板。支撐環可沿工藝腔室的內部圓周表面徑向向內延伸并圍繞基板的周邊。支撐環具有邊緣唇，所述邊緣唇從支撐環的表面徑向向內延伸。在一個實施例中，邊緣唇被提供有沿邊緣唇設置(亦即，繞邊緣唇的圓周布置)的連續環狀基板支撐件。基板支撐件從邊緣唇的頂表面延伸。基板支撐件從背側繞基板的整個周邊支撐基板而具有最小化的接觸表面以將基板與邊緣唇熱切斷。基板支撐件提供與基板的背表面的實質線接觸。在一個實例中，基板支撐件具有半球形頂表面以減小可用于支撐環的邊緣唇與基板之間熱傳導的接觸面積，導致橫跨基板的具有最小邊緣溫度梯度的改良的溫度分布。

在一個實施例中，提供一種基板支撐環。所述基板支撐環包含：環形主體(ring body)；邊緣唇，所述邊緣唇從環形主體的表面徑向向內延伸；及基板支撐件，所述基板支撐件從邊緣唇的頂表面向上延伸，其中基板支撐件為連續環形體(ring-shaped body)。

在另一實施例中，支撐環包含：內環；外環，所述外環通過平面部分連接至內環的外部周邊；及邊緣唇，所述邊緣唇從內環的內部周邊徑向向內延伸以形成支撐凸部(ledge)。支撐環包含從邊緣唇的頂表面向上延伸的基板支撐件，且基板支撐件為設置于邊緣唇的邊緣附近內的連續環形體。基板支撐件從背側繞基板的整個周邊支撐基板而具有最小化的接觸表面以將基板與邊緣唇熱切斷。特定而言，基板支撐件提供與基板的背表面的實質線接觸。

在又另一實施例中，提供一種在熱處理腔室中處理基板的方法。所述方法包括以下步驟：提供基板支撐環，所述基板支撐環具有環形主體及從環形主體的表面徑向向內延伸的邊緣唇；及通過圍繞邊緣唇的圓周設置的基板支撐件來在基板的周邊邊緣附近支撐基板的背表面，其中所述基板支撐件被配置成通過與基板的背表面的線接觸來最小化基板與支撐環之間的熱耦合。

附圖說明