熱耦合的石英圓頂熱沉的制作方法
【專利說明】
[0001]發(fā)明背景
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明的實(shí)施方式大體關(guān)于用于加熱諸如半導(dǎo)體基板之類的基板的方法與設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0003]對(duì)半導(dǎo)體基板進(jìn)行處理以用于各式各樣的應(yīng)用中，這些應(yīng)用包括集成裝置與微型裝置(microdevice)的制造。一種處理基板的方法包括沉積例如是外延材料的材料于基板表面上。沉積的膜(cbposited film)的質(zhì)量取決于多種因素，這些因素包括諸如溫度之類的處理?xiàng)l件。隨著晶體管尺寸減小，在形成高質(zhì)量膜方面，溫度控制變得更加重要。隨著產(chǎn)量增加，溫度控制變得更加困難，這特別是由于快速基板溫度升高與降低(例如基板升溫與冷卻)的需求所致?；寮訜崴俾士赏ㄟ^調(diào)整燈的設(shè)置來增大。然而，基板冷卻大幅度地取決于周圍溫度，而周圍溫度難以降低，或降低周圍溫度花費(fèi)昂貴。緊鄰基板的周圍溫度受到受熱的腔室部件(特別是受熱的下圓頂)的影響，以致進(jìn)一步加劇了冷卻問題。吸收的熱在冷卻期間輻射至基板，而不良地延長(zhǎng)用以充分地冷卻基板的時(shí)間。
[0004]因此，存在對(duì)改善的冷卻的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本文描述的實(shí)施方式大體關(guān)于用于處理基板的設(shè)備。所述設(shè)備大體包括處理腔室，所述處理腔室具有在該處理腔室中的基板支撐件。多盞燈經(jīng)定位以提供穿過光學(xué)透明窗(optically transparent window)而至基板的福射能，所述基板定位于基板支撐件上。所述多盞燈定位于燈箱(lamp housing)中。冷卻通道形成于燈箱中。燈箱的表面與光學(xué)透明窗間隔一段距離，以在所述表面與所述窗之間形成間隙。所述間隙起到流體通道的作用，并且適于在所述間隙中容納流體，以助于冷卻所述光學(xué)透明窗。形成于燈箱的表面中的諸如開口之類的多個(gè)紊流誘發(fā)特征(turbulence inducing feature)誘發(fā)冷卻流體的紊流，因而改善光學(xué)透明窗與燈箱之間的熱傳遞。
[0006]在一個(gè)實(shí)施方式中，處理腔室包括腔室主體，所述腔室主體包括光學(xué)透明窗與燈箱，所述燈箱設(shè)置成鄰近所述光學(xué)透明窗。在所述光學(xué)透明窗與所述燈箱之間形成間隙。在燈箱中設(shè)置多盞燈與一個(gè)或多個(gè)冷卻通道。處理腔室還包括冷卻流體源，所述冷卻流體源適于提供冷卻流體至介于所述光學(xué)透明窗與所述燈箱之間的間隙。
[0007]在另一實(shí)施方式中，一種冷卻方法包括使得在介于光學(xué)透明窗與燈箱之間的空間內(nèi)的冷卻流體循環(huán)，所述燈箱具有形成在所述燈箱中的至少一個(gè)冷卻通道。所述燈箱的表面包括一個(gè)或多個(gè)紊流誘發(fā)特征，以引起冷卻流體的紊流。所述冷卻流體使光學(xué)透明圓頂與所述至少一個(gè)冷卻通道熱耦合。
【附圖說明】
[0008]以能詳細(xì)地理解本發(fā)明的上述特征的方式，可通過參考實(shí)施方式獲得上文簡(jiǎn)要概述的本發(fā)明的更詳細(xì)的說明，所述實(shí)施方式中的一些實(shí)施方式圖示于附圖中。然而應(yīng)注意附圖僅圖示了本發(fā)明的典型實(shí)施方式，因此不應(yīng)將這些附圖視為對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可容許其他等效實(shí)施方式。
[0009]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的處理腔室的示意剖面視圖。
[0010]圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的燈箱的上表面的部分剖面示意圖。
[0011]圖2B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的反射器的放大視圖。
[0012]圖3A至圖3C圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的燈箱的上表面的放大示意圖。
[0013]為助于理解，已盡可能使用相同的附圖標(biāo)記來標(biāo)示各圖所共有的元件。應(yīng)預(yù)期，一個(gè)實(shí)施方式的元件與特征可有益地結(jié)合在其他實(shí)施方式中而無需贅述。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本文描述的實(shí)施方式大體關(guān)于用于處理基板的設(shè)備。所述設(shè)備大體包括處理腔室，所述處理腔室具有在該處理腔室中的基板支撐件。多盞燈經(jīng)定位以提供穿過光學(xué)透明窗而至基板的輻射能，所述基板定位于基板支撐件上。所述多盞燈定位于燈箱中。冷卻通道形成于燈箱中。燈箱的表面與光學(xué)透明窗間隔一段距離，以在所述表面與所述窗之間形成間隙。所述間隙起到流體通道的作用，并且適于在所述間隙中容納流體，以助于冷卻所述光學(xué)透明窗。形成于燈箱的表面中的諸如開口之類的多個(gè)紊流誘發(fā)特征誘發(fā)冷卻流體的紊流，因而改善光學(xué)透明窗與燈箱之間的熱傳遞。
[0015]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的處理腔室100的示意剖面視圖。處理腔室100可用以處理一個(gè)或多個(gè)基板，包括在基板的上表面上沉積材料。處理腔室100包括由諸如不銹鋼、鋁、陶瓷(例如石英)、或被涂覆的金屬或陶瓷之類的材料所形成的蓋或上圓頂102以及腔室主體101。處理腔室100還包括諸如下圓頂之類的窗104，該窗104由諸如石英之類的光學(xué)透明材料形成。光學(xué)透明窗104耦接至腔室主體101，或者該光學(xué)透明窗104是腔室主體101的構(gòu)成整體的組成部分(integral part)。基板支座106適于將基板108支撐于基板支撐件106上，所述基板支撐件106設(shè)置在處理腔室100內(nèi)且介于所述上圓頂102與所述光學(xué)透明窗104之間?；逯渭?06耦接至支撐板109且在所述基板支撐件106與支撐板109之間形成間隙111。支撐板109由諸如石英之類的光學(xué)透明材料形成，以允許來自燈142的輻射能能夠照射(impinge)至基板支撐件106上且將該基板支撐件106加熱至期望的處理溫度。基板支撐件106由碳化硅或涂布有碳化硅的石墨形成，以吸收來自燈142的輻射能且將該輻射能傳遞至基板108。
[0016]圖中顯示基板支撐件106位于升高的處理位置，但該基板支撐件106可被致動(dòng)器112豎直地致動(dòng)至處理位置下方的裝載位置，以使升降桿110得以接觸所述光學(xué)透明窗104且將基板108從基板支撐件106抬升。機(jī)械手(未示出)隨后可進(jìn)入處理腔室100以通過諸如狹縫閥之類的開口 114與基板108銜接(engage)且從處理腔室100移除基板108?；逯渭?06也適于在處理期間被致動(dòng)器112旋轉(zhuǎn)，以促進(jìn)基板108的均勻的處理。
[0017]位于處理位置時(shí)的基板支撐件106將處理腔室100的內(nèi)部空間劃分成處理氣體區(qū)域116與凈化氣體區(qū)域118。當(dāng)基板支撐件106位于處理位置時(shí)，處理氣體區(qū)域116包括介于上圓頂102與基板支撐件106的平面120之間的內(nèi)部腔室空間。凈化氣體區(qū)域118包括介于光學(xué)透明窗104與所述平面120之間的內(nèi)部腔室空間。
[0018]從凈化氣體源122供應(yīng)的凈化氣體通過凈化氣體入口 124被引至凈化氣體區(qū)域118，所述凈化氣體入口 124形成在腔室主體101的側(cè)壁中。凈化氣體沿著流動(dòng)路徑126橫向地流過支撐件106的整個(gè)背表面，且通過凈化氣體出口 128從凈化氣體區(qū)域118排出，所述凈化氣體出口 128位于處理腔室100的對(duì)側(cè)上(與凈化氣體入口 124相對(duì)之側(cè))。耦接至凈化氣體出口 128的排放栗130有助于將凈化氣體從凈化氣體區(qū)域118移除。
[0019]從處理氣體供應(yīng)源132供應(yīng)的處理氣體通過處理氣體入口 134被引至處理氣體區(qū)域116中，所述處理氣體入口 134形成于腔室主體101的側(cè)壁中。處理氣體沿著流動(dòng)路徑136橫向地流過基板108的整個(gè)上表面。所述處理氣體通過處理氣體出口 138離開處理氣體區(qū)域116，所述處理氣體出口 138位于處理腔室100的對(duì)側(cè)上(與處理氣體入口 134相對(duì)之側(cè))。耦接至處理氣體出口 138的真空栗140有助于將處理氣體通過處理氣體出口 138移除。
[0020]多盞燈142被設(shè)置成鄰近光學(xué)透明窗104并且在所述窗104下方，以當(dāng)處理氣體從基板108之上通過時(shí)加熱該基板108，從而有助于將材料沉積在基板108的上表面上。燈142被定位在例如由銅、鋁、或不銹鋼形成的燈箱150中。這些燈包括燈泡141，這些燈泡141被視情況任選的反射器142A所環(huán)繞。每盞燈142都被耦接至電力分配板147，借助所述電力分配板147將電力供應(yīng)至每盞燈142。燈142被排列成繞著基板支撐件106的軸桿127半徑漸增的環(huán)狀群組。軸桿127由石英或其他光學(xué)透明材料形成。
[0021]燈箱150的上表面被定位成與光學(xué)透明窗104間隔開的走向(orientat1n)，以在該上表面與窗之間形成間隙151。在一個(gè)實(shí)例中，間隙151可以是約0.5mm至約1mm或更大。在一個(gè)實(shí)例中，間隙151是約6mm。間隙151與溫度控制單元154流體連通。溫度控制單元154包括至外部流體源的連接件、流體、或流體源，且該溫度控制單元154通過管道156提供諸如氣體之類的冷卻流體至間隙151，如流動(dòng)路徑158所示。溫度控制單元154可視情況任選地包括諸如風(fēng)扇或噴射組件(jet pack)之類的強(qiáng)制送入(forced induct1n)單元154A以及用以將熱從循環(huán)冷卻流體移除的熱交換器154B。當(dāng)冷卻流體位于間隙151中時(shí)，冷卻流體有助于將熱從光學(xué)透明窗104傳遞到燈箱150中的冷卻通道149。因此，將熱從光學(xué)透明窗104移除，此舉通過減少從光學(xué)透明窗104至基板108的熱輻射而進(jìn)一步增大基板108的冷卻速率。冷卻流體被回收至溫度控制單元154以供再使用，如流動(dòng)路徑158所示。冷卻通道149不僅用以從光學(xué)透明窗104移除熱能，還用以冷卻燈142。因?yàn)閮H采用一組冷卻通道149以冷卻光學(xué)透明窗104與燈142兩者，所以減少了處理腔室100的制造成本。
[0022]燈142適于將基板加熱至預(yù)定溫度，以助于將處理氣體熱分解至基板108表面上。在一個(gè)實(shí)例中，被沉積至基板上的材料可以是III族、IV族和/或V族材料，或者可以是包含III族、IV族和/或V族摻雜劑的材料。舉例而言，被沉積材料可包括砷化鎵、氮化鎵、或氮化招鎵(aluminum gallium nitride) 0燈可適于將基板加熱至在約300攝氏度至約1200攝氏度的范圍內(nèi)的溫度，諸如約300攝氏度至約950攝氏度。
[0023]雖然圖1圖示了處理腔室的一個(gè)實(shí)施方式，但也可預(yù)期另外的實(shí)施方式。例如，在另一實(shí)施方式中，預(yù)期基板支撐件106可由諸如石英之類的光學(xué)透明材料形成，以允許直接加熱基板108。在又