專利名稱：多區(qū)域電阻加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系有關(guān)于一種用于處理室的加熱裝置，特別是用于化學(xué)氣相沉積室的加熱裝置。
背景技術(shù)：
化學(xué)氣相沉積法(chemical vapor deposition，CVD)系為一種在一基材上沉積各種薄膜的常用方法，并被廣泛地用于半導(dǎo)體集成電路制造中，例如用來處理半導(dǎo)體晶圓以形成獨(dú)立的集成電路元件。在典型的CVD制程中，系將一或多個(gè)晶圓置于一沉積或反應(yīng)室中，并將一反應(yīng)氣體引入該腔室內(nèi)，并于一加熱表面上進(jìn)行分解與與反應(yīng)，而在該(些)晶圓上形成一薄膜。
目前現(xiàn)行有多種單晶圓(single-wafer)或多晶圓(multi-wafer)CVD反應(yīng)室。多晶圓反應(yīng)室通常具有多個(gè)用來固持晶圓的垂直爐，例如可持有25個(gè)或更多個(gè)晶圓。對(duì)于用來沉積四氮化三硅(Si3N4)或多晶硅(polysilicon)的低壓CVD而言，如0.25-2.0托耳(torr)，通常一多晶圓室的沉積時(shí)間可能約數(shù)小時(shí)。例如，在一多晶圓室中，視沉積厚度的不同，四氮化三硅在約介于700℃至800℃的溫度下需要4至5小時(shí)的沉積時(shí)間。
第二型CVD反應(yīng)室系為單晶圓室。在該室中，晶圓系由一平臺(tái)(stage)或承載器(susceptor)來支撐。在反應(yīng)過程中，可旋轉(zhuǎn)該承載器。對(duì)于四氮化三硅的低壓化學(xué)氣相沉積制程(LPCVD)而言，例如，可在700℃至800℃的溫度下持續(xù)制程兩分鐘來制造出適當(dāng)?shù)哪雍穸取?br> 通常用于CVD系統(tǒng)中的加熱系統(tǒng)有兩種電阻式加熱系統(tǒng)，系利用一個(gè)于現(xiàn)在該晶圓位置的電阻加熱元件；以及輻射式加熱系統(tǒng)，系利用通常設(shè)置在該反應(yīng)室外的一輻射加熱元件，如一或多個(gè)燈。在一單晶圓反應(yīng)室中的電阻式加熱系統(tǒng)多常會(huì)將該電阻加熱元件直接安裝在用來支撐晶圓的平臺(tái)或承載器中。此種方式可使在沉積過程中的反應(yīng)能大致集中發(fā)生在該晶圓處。
位在用來支撐一晶圓的平臺(tái)或承載器中且使用一加熱元件的單晶圓式電阻加熱系統(tǒng)通常為一導(dǎo)電材料的薄層，例如形成于該承載器主體的單一平面中的鉬(molybdenum，Mo)材料的薄螺旋層(thin coiled layer，約2密耳(mil))。此種設(shè)計(jì)可能被稱為一種「單區(qū)域電阻加熱器(single-zone resistiveheater)」，該「區(qū)域(zone)」系指在該平臺(tái)或承載器主體中一單一平面內(nèi)的加熱元件位置。在CVD反應(yīng)中使用的電阻加熱器通常具有接近550℃的溫度相容性(compatibility)。若處于更高溫度時(shí)，則電阻加熱器可能出現(xiàn)溫度不一致的問題。造成溫度不一致的其中一個(gè)原因是，電阻加熱器(特別是平臺(tái)或承載器的邊緣處)中的熱損失會(huì)隨著溫度的升高而增加。單區(qū)域電阻加熱器通常不具有補(bǔ)償整個(gè)平臺(tái)或承載器中的熱損失差異的能力。而一反應(yīng)室中的壓力亦可能改變單區(qū)域電阻加熱器的溫度穩(wěn)定性。
此外為了提供必要的溫度，該電阻加熱器元件需經(jīng)得起反應(yīng)室中包括高溫與各種化學(xué)物質(zhì)等各種化學(xué)環(huán)境的考驗(yàn)。在現(xiàn)有單區(qū)域電阻加熱器的相容性的解決方法系以氮化鋁(aluminun nitrile，AlN)來形成承載器，并將該加熱元件形成于承載器內(nèi)部。
輻射加熱系統(tǒng)通常將多個(gè)燈安置在反應(yīng)室內(nèi)的抗熱性保護(hù)玻璃或石英的后方。當(dāng)通過該些燈加熱整個(gè)反應(yīng)室時(shí)，會(huì)在反應(yīng)室內(nèi)部各處發(fā)生化學(xué)氣相沉積反應(yīng)。
輻射或燈加熱系統(tǒng)提供了產(chǎn)生高反應(yīng)室溫度的優(yōu)點(diǎn)，并且相較于電阻加熱系統(tǒng)來說，輻射或燈加熱系統(tǒng)提供更好的溫度控制。然而，由于使用如燈等輻射加熱系統(tǒng)系安置于反應(yīng)室外，而當(dāng)反應(yīng)室壁涂布有化學(xué)物質(zhì)、其他材料或使用于反應(yīng)室中的反應(yīng)產(chǎn)物時(shí)，則對(duì)于控制反應(yīng)室內(nèi)部溫度會(huì)變得較為困難。因此，當(dāng)反應(yīng)室中所使用的材料沉積在其玻璃或石英上時(shí)，則可能會(huì)造成加熱效率下降并影響制程產(chǎn)能。
因此，使用輻射加熱系統(tǒng)的反應(yīng)室必須經(jīng)常加以清洗。一種常用的清潔劑系三氟化氮(NF3)。在四氮化三硅的CVD制程中，可能發(fā)生，如在石英窗等反應(yīng)室內(nèi)部的室壁或其他組件上生成四氮化三硅的反應(yīng)產(chǎn)物。以諸如三氟化氮等清潔劑自反應(yīng)室中清除四氮化三硅，并不容易。并且清洗溫度通常必須極高，以分解三氟化氮并提供足夠的熱能量來清除四氮化三硅。當(dāng)清洗溫度高時(shí)，三氟化氮亦會(huì)攻擊室中的其他組件，例如承載器。使用遠(yuǎn)端電漿來激活(energize)三氟化氮可能降低該清洗溫度，但被活化的三氟化氮物種(特別是自由基(radical))將可能攻擊石英部分。因此，目前并無有效清洗輻射加熱基礎(chǔ)的反應(yīng)室的方法。由于不容易以三氟化氮來清洗反應(yīng)室壁，因此四氮化三硅材料會(huì)累積在反應(yīng)室中，并縮短反應(yīng)室的壽命。
在LPCVD反應(yīng)中，溫度的一致性通常很重要。與CVD制程相關(guān)的表面反應(yīng)通常通過一反應(yīng)速率為R的熱活化現(xiàn)象來展示，其方程式如下R＝R0e[-Ea/kT]其中R0為頻率因子(frequency factor)，Ea為以電子伏特(eV)來表示的活化能(activation energy)，以及T為凱氏溫度(degrees Kelvin)。根據(jù)此方程式，該表面反應(yīng)速率會(huì)隨著溫度的上升而升高。在如進(jìn)行四氮化三硅沉積的LPCVD制程中，活化能(Ea)通常很高，像是0.9至1.3電子伏特。因此，為了在整個(gè)晶圓表面上能得到一均勻厚度，需嚴(yán)密控制整個(gè)晶圓表面的溫度一致性，例如較佳系將溫度控制約在750℃±2.5℃或更小的溫度偏差范圍之內(nèi)。
當(dāng)反應(yīng)室潔凈時(shí)，即使在高溫下(如750℃)，現(xiàn)有單晶圓輻射加熱系統(tǒng)提供可接受的溫度一致性。然當(dāng)材料累積在該室壁上時(shí)，將不易使溫度均勻一致。
同樣不易使用一單區(qū)域電阻加熱器來使整個(gè)晶圓獲得均勻的高溫(如700至750℃)。如前述所提及得，在高溫下，承載器整個(gè)表面上的熱損失并不一致。單區(qū)域加熱器無法補(bǔ)償如從承載器中心向其邊緣處逐漸增加的熱損失。因此，如何達(dá)成溫度均勻一致是一個(gè)令人困擾的問題。
如上所述的單區(qū)域電阻加熱器及750℃溫度的另一個(gè)問題系該些與局部加溫有關(guān)的問題。在高溫下，單區(qū)域加熱器系借著將高密度功率供應(yīng)至位在一局部區(qū)域上的加熱元件而表現(xiàn)出集中的局部加熱作用。因此，溫度一致性受到影響。單區(qū)域電阻加熱器的第三個(gè)問題是該加熱元件制造過程中的各種變數(shù)可能造成導(dǎo)致溫度不一致的加熱元件性能變動(dòng)。再者，在高溫操作下，由于自電源末端將高功率密度供應(yīng)至加熱元件，而使得單區(qū)域加熱器具有較短的壽命。
又再者，現(xiàn)有電阻加熱器與提供該種加熱器的反應(yīng)室供應(yīng)了有限的動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量。一般而言，系借著一個(gè)通常安置在承載器表面下方某一點(diǎn)中間的熱電偶(thermocouple)，方能提供動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量。溫度測(cè)量(如借著熱電偶)可能提供承載器中心溫度的精確測(cè)量，但無法提供任何有關(guān)承載器邊緣溫度的資訊。能使用一種可從反應(yīng)室外一有利位置看到反應(yīng)室內(nèi)部溫度的熱像儀(thermalcamera)，但該儀器通常僅能提供反應(yīng)室內(nèi)部溫度的靜態(tài)資訊。任何與調(diào)整制程方法有關(guān)的反應(yīng)室壓力變化亦可能參與反應(yīng)室內(nèi)部反應(yīng)溫度的控制。因此，單區(qū)域電阻加熱系統(tǒng)通常限制在一特定壓力與溫度下使用。不論是改變反應(yīng)室溫度或其壓力均可能對(duì)溫度一致性造成負(fù)面影響。因此，此種單區(qū)域加熱系統(tǒng)不適用于該溫制程。
目前需要一種反應(yīng)室與一種能與高溫操作制程相容的反應(yīng)室的加熱系統(tǒng)，如像是用于700℃或更高溫度的制程下，且該加熱系統(tǒng)對(duì)化學(xué)元素具有化學(xué)抗性，且能在一反應(yīng)位置上達(dá)到高的溫度一致性。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明揭露一種加熱裝置。在一實(shí)施例中，該加熱裝置包括一平臺(tái)或一承載器，其包含一主體及一用以支撐晶圓的表面區(qū)域；一傳動(dòng)軸，系耦合至該平臺(tái)；及一第一與一第二加熱元件。該第一加熱元件系安置于該平臺(tái)主體的一第一平面中。該第二加熱元件系安置于該平臺(tái)主體的一第二平面中，且該第二平面較該第一平面距離該平臺(tái)表面更遠(yuǎn)。該第二加熱元件系從與該第一加熱元件的該第一平面實(shí)質(zhì)平行的平面上偏離該第一加熱元件。根據(jù)此實(shí)施例，揭露一種由該第一與該第二加熱元件所定義出的多區(qū)域加熱裝置。如此一來，本發(fā)明允許獨(dú)立控制該平臺(tái)的至少兩個(gè)不同加熱區(qū)域，因此，相較于現(xiàn)有單區(qū)域加熱裝置而言，本發(fā)明增進(jìn)了對(duì)該平臺(tái)的溫度控制能力與溫度一致性。
另一方向中，本發(fā)明提供一種電阻加熱器，其能在高溫下運(yùn)作，并提供所有單區(qū)域電阻加熱器增進(jìn)的溫度一致型。每個(gè)加熱元件可能受個(gè)別控制，以使整個(gè)平臺(tái)表面維持均勻一致的溫度。例如，當(dāng)該平臺(tái)中心區(qū)域的熱損失較大時(shí)，可將更多的電阻熱提供至與該些區(qū)域連接的加熱區(qū)域，在不考慮熱損失的情況下維持所選擇的操作溫度?？山柚淖兾辉谠撈脚_(tái)的一區(qū)域上的多重加熱元件的電阻來達(dá)成上述方法。例如，當(dāng)所偵測(cè)到整個(gè)傳動(dòng)軸的熱損失可能大于該平臺(tái)其他區(qū)域上的熱損失，便可提高對(duì)應(yīng)至該傳動(dòng)軸的平臺(tái)區(qū)域(例如傳動(dòng)軸上方)中的加熱元件電阻。同樣地，當(dāng)偵測(cè)到該平臺(tái)邊緣的熱損失大于其他區(qū)域的熱損失時(shí)，便可提高對(duì)應(yīng)于該平臺(tái)邊緣區(qū)域的區(qū)域中的加熱元件電阻。
本發(fā)明還揭露一種反應(yīng)器，在一實(shí)施例中，其包括一腔室與一電阻加熱器。該電阻加熱器包括一平臺(tái)，系位在一腔室中且具有一主體及一用以支撐晶圓的表面區(qū)域；一傳動(dòng)軸，系耦合至該平臺(tái)；一第一加熱元件，位在該平臺(tái)主體的一第一平面中；以及一第二加熱元件，位在該平臺(tái)主體的一第二平面中。該第二加熱元件系從與該第一加熱元件的該第一平面實(shí)質(zhì)平行的平面上偏離該第一加熱元件。在一方向中，在對(duì)應(yīng)于該平臺(tái)的第一部位的區(qū)域中，該第一加熱元件的功率密度大于該第二加熱元件的功率密度。同時(shí)，在對(duì)應(yīng)于該平臺(tái)的第二部位的區(qū)域中，該第一加熱元件的功率密度小于該第二加熱元件的功率密度。
如上所述，該反應(yīng)器提供一多區(qū)域電阻加熱器(如一單晶圓加熱器)，其包括至少兩個(gè)電阻加熱元件安置在該平臺(tái)或承載器的不同平面中。該些個(gè)別的加熱元件允許如借著改變?cè)撈脚_(tái)不同區(qū)域中加熱器元件的功率密度，而樸利控制該平臺(tái)的多個(gè)分離區(qū)域。在一實(shí)施例中，借著將該第一加熱元件設(shè)置在較該第二加熱元件更接近該平臺(tái)表面的處，將一更高功率密度提供至該第二加熱元件，以負(fù)擔(dān)該平臺(tái)邊緣區(qū)域上較大的熱損失情形同時(shí)使該些具有較大功率密度的可能性局部「熱點(diǎn)(hot spots)」降至最少。相較于僅在承載器中心內(nèi)部具有單一熱電偶的現(xiàn)有反應(yīng)器而言，連接于一實(shí)施例的反應(yīng)器的多個(gè)溫度偵測(cè)器可提供該電阻加熱器更一致的溫度控制。
此處更揭露一種用于化學(xué)氣相沉積裝置的電阻加熱系統(tǒng)。在一實(shí)施例中，該加熱系統(tǒng)包括一電阻加熱器，其包含一平臺(tái)，該平臺(tái)具有一主體及一用以支撐晶圓的表面區(qū)域；一傳動(dòng)軸，系耦合至該平臺(tái)；一第一加熱元件；以及一第二加熱元件，該兩加熱元件位在該平臺(tái)主體的不同平面中。該第二加熱元件從與該第一加熱元件的該第一平面實(shí)質(zhì)平行的平面上偏離該第一加熱元件。該加熱系統(tǒng)提供一個(gè)具有至少兩個(gè)不同加熱元件的多區(qū)域電阻加熱器，以控制該加熱器的溫度，該加熱器能改善如一高溫CVD制程中的溫度一致性，包括在超過700℃的溫度下所操作的制程條件(如LPCVD)。
文中亦揭露一種控制反應(yīng)器內(nèi)部溫度的方法。在一實(shí)施例中，該方法包括提供一功率至一第一電阻加熱元件，其系位在該加熱器的平臺(tái)主體的一第一平面中，以及一第二電阻加熱元件，其位在該平臺(tái)主體的一第二平面中，其中該第二加熱元件系從與該第一加熱元件的該第一平面實(shí)質(zhì)平行的平面上偏離該第一加熱元件。該方法亦包括改變?cè)撔┪辉谠撈脚_(tái)中至少兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的第一與第二電阻加熱器至少其中一者的電阻。
該裝置、反應(yīng)器、加熱系統(tǒng)以及該方法的其他特征與優(yōu)點(diǎn)系以所附圖示、詳細(xì)敘述內(nèi)容及申請(qǐng)專利范圍附加實(shí)施例揭露如下。
本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)系顯示于下述內(nèi)容及附圖中。可由下述內(nèi)容、附圖及申請(qǐng)專利范圍來了解本發(fā)明的其他特征、目的與優(yōu)點(diǎn)。

圖1系一化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的側(cè)視剖面圖，顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的「晶圓處理」配置中的一個(gè)位于一反應(yīng)室內(nèi)的加熱器；圖2系圖1的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的一側(cè)視剖面圖，顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的「晶圓分離」配置中的一個(gè)位于一反應(yīng)室內(nèi)的加熱器；圖3系圖1的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的一側(cè)視剖面圖，顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的「晶圓裝載」配置中的一個(gè)位于一反應(yīng)室內(nèi)的加熱器；圖4系將根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的加熱器局部放大1/2倍的剖面圖；圖5系根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的加熱器的底視圖；圖6系根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，沿圖4中線段A-A所繪示化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的加熱器的平臺(tái)或承載器的上視圖；圖7系根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，沿圖4中線段B-B所繪示化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的加熱器的平臺(tái)或感受裝置的上視圖；圖8系根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的加熱器的平臺(tái)或感受裝置的上視圖，以顯示平臺(tái)上的三個(gè)區(qū)域；圖9系根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的加熱器的平臺(tái)或感受裝置半徑對(duì)功率比的作圖；圖10系根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的局部放大剖面圖，顯示兩個(gè)耦合在該室壁的頂部的高溫計(jì)；圖11系根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的反應(yīng)室的上視圖，顯示兩個(gè)各自位于加熱區(qū)域上方的高溫計(jì)；圖12系根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，顯示在一化學(xué)氣相沉積室中處理一晶圓的方法的流程圖；圖13系為一個(gè)具有一控制器的本發(fā)明實(shí)施例的塊狀示意圖，用來控制供應(yīng)至該加熱器的一加熱元件的功率的控制器；圖14系圖6中第一加熱元件的實(shí)施例的上視圖，該第一加熱元件系位于圖7的第二加熱元件的頂面上；圖15系沿圖14的C-C平面所繪示的剖面圖；圖16系圖6中第一加熱元件的實(shí)施例的上視圖，該第一加熱元件系位于圖7的第二加熱元件的頂面上；圖17系沿圖16的D-D平面所繪示的剖面圖；圖18系一加熱器的第一加熱元件的實(shí)施例的上視圖，該第一加熱元件系位于該加熱器的第二加熱元件的頂面上；圖19系沿圖18的E-E平面所繪示的剖面圖；圖20系一加熱器的第一加熱元件的實(shí)施例的上視圖，該第一加熱元件系位于該加熱器的第二加熱元件的頂面上；圖21系顯示一第一加熱器與一第二加熱器的溫度趨勢(shì)；以及圖22系一加熱器的第一加熱元件的實(shí)施例的上視圖，該第一加熱元件系位于該加熱器的第二加熱元件的頂面上。
具體實(shí)施方式本發(fā)明系有關(guān)于一加熱裝置、一反應(yīng)器、一種用于化學(xué)氣相沉積裝置的加熱系統(tǒng)以及控制該反應(yīng)器內(nèi)部溫度的方法。在一樣態(tài)中，本發(fā)明利用一種加熱裝置，其適合用于支撐單一晶圓(如半導(dǎo)體晶圓)于一反應(yīng)室內(nèi)的平臺(tái)或承載器上。該加熱裝置包括至少兩加熱元件，以使該承載器表面(以及位在承載器上的晶圓表面)維持均勻一致的反應(yīng)溫度。在一實(shí)施例中，每個(gè)加熱元件系置于該加熱器的承載器內(nèi)的一不同平面中。在一實(shí)施例中，每個(gè)加熱元件耦合至一電源，且在整個(gè)承載器區(qū)域的每個(gè)加熱器電阻可能改變。可測(cè)量該承載器表面或該晶圓的不同區(qū)域處的溫度，并由該些加熱元件來控制的。借著控制該加熱裝置的個(gè)別的加熱元件，使得如反應(yīng)室中的熱損失與壓力變化等因子得以調(diào)整，且即使是在高于700℃的溫度下，以能達(dá)到改善的溫度一致性。因此，一種具有多加熱元件(如一個(gè)多區(qū)域加熱器)的加熱裝置提供了一種有用加熱元件，其能用于CVD反應(yīng)器或系統(tǒng)及適合四氮化三硅與多晶硅沉積的高溫LPCVD制程。
根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，第1、2與3圖顯示一個(gè)并入一依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制成的反應(yīng)器的系統(tǒng)的局部剖面圖。此種系統(tǒng)可使用在如CVD制程中，包括用來在一晶圓或基材上沉積四氮化三硅與多晶硅的LPCVD制程。
圖1顯示在「晶圓處理(wafer-process)」位置時(shí)的處理室主體100之內(nèi)部。圖2同樣顯示在「晶圓分離(wafer-seperate)」位置時(shí)的室剖面圖。最后，圖3顯示在「晶圓裝載(wafer-load)」位置時(shí)的室剖面圖。
第1、2與3圖顯示一室主體100，其定義出一個(gè)反應(yīng)室145，一制程氣體(或多種氣體)與該晶圓之間的反應(yīng)(如CVD反應(yīng))系發(fā)生于該反應(yīng)室145中。在一實(shí)施例中，室主體100系由鋁所構(gòu)成，且具有多個(gè)通道102，系用來使泵送的水流過其間以冷卻該室主體100(例如一「冷壁(cold-wall)」式反應(yīng)室)。在此視點(diǎn)中，位于室145內(nèi)部者系電阻加熱器150，其包括一個(gè)由傳動(dòng)軸158所支撐的承載器155。在一實(shí)施例中，該承載器155具有一個(gè)能有效支撐一半導(dǎo)體晶圓的表面區(qū)域。一直徑約9.33英吋且由一長(zhǎng)度約10英吋的傳動(dòng)軸所支撐的圓柱狀承載器適合用來支撐一個(gè)直經(jīng)約8英吋的晶圓。
制程氣體通過一個(gè)位在反應(yīng)室主體100的室蓋170頂部表面的氣體配送埠175，而進(jìn)入密閉的室145。借著在此視點(diǎn)中顯示位于該電阻加熱器150上方且耦合至該反應(yīng)室145內(nèi)的室蓋170的一個(gè)孔狀面板180(perforated face plate)而將該制程氣體配送至該室145中各處。
由該室主體100的一側(cè)面部位中的入口埠105(entry port)將一晶圓置于該室145內(nèi)的承載器155上。為了容納該晶圓以進(jìn)行處理，系令加熱器150下降，以使該承載器155的表面如圖3所示般低于入口埠105。通常系利用機(jī)器人傳送裝置借著如使一傳送刀片(transfer blade)進(jìn)入該室145中并到達(dá)該承載器155的上表面的方式來裝載晶圓。一旦裝載完畢，隨即密封該入口埠105，且利用一個(gè)如步進(jìn)馬達(dá)的類的舉升組件160使該加熱器150朝向面板180的方向升高。當(dāng)該晶圓距離該面板180一短距離(如400-700密耳)時(shí)，便停止升高的動(dòng)作。此時(shí)，以一配氣盤(gas panel)控制制程氣體通過氣體配送埠175與孔狀面板180而流入該室145中，且該些制程氣體通常會(huì)發(fā)生反應(yīng)或沉積在一晶圓上以形成一薄膜。在一壓力控制系統(tǒng)中，系由一或數(shù)個(gè)耦合至該室145的壓力調(diào)節(jié)裝置來創(chuàng)造并維持該室145中的壓力。在一實(shí)施例中，例如，可如現(xiàn)有般使用一個(gè)(多個(gè))耦合至該室主體100的巴拉多姆壓力調(diào)節(jié)裝置(baratomepressure regulator)來創(chuàng)造與維持該壓力。
完成處理步驟后，將剩余的一或多種制程氣體從該室145中通過一泵送盤185(pumping plate)而泵送至一收集容器。隨后可能例如以一鈍氣來清洗該室145，例如氮?dú)狻Ｍ瓿商幚砼c清洗步驟后，利用一個(gè)舉升組件160使該加熱器150下降至如圖2所顯示的位置。當(dāng)該加熱器150移動(dòng)時(shí)，升降頂針195具有一末端，系延伸穿過位于該承載器155表面中的開孔或，以及具有一第二末端，其系以懸吊方式從該承載器155的下表面處開始延伸，且該頂針195與位在該室145的基底的升降盤190接觸。如圖2所繪示，在一實(shí)施例中，此時(shí)該升降盤190并不似該加熱器150般從一晶圓裝載位置上升至晶圓分離位置。反的，該升降盤190會(huì)如圖2所示般地，在該傳動(dòng)軸158上維持一參考高度H1。當(dāng)加熱器150借著舉升組件160的動(dòng)作持續(xù)朝下移動(dòng)時(shí)，升降頂針195維持靜止且適當(dāng)?shù)刈栽摮休d器表面155的頂面或上表面延伸出，以將一處理過的晶圓從該承載器155的表面上分離。
一旦一已處理過的晶圓從該承載器155的表面分離后，一機(jī)器人裝置的傳送刀片會(huì)伸進(jìn)入口埠105至該室145內(nèi)部的一「揀出(pick out)」位置。該「揀出」系位置低于該已處理過的晶圓。接著，舉升組件160向下移動(dòng)(例如降低)該升降盤190在該傳動(dòng)軸158上達(dá)到如圖3所示的一第二參考高度H2。借著向下移動(dòng)該升降盤190，升降頂針195亦朝一向下方向移動(dòng)直至位在該升降頂針195表面上的該已處理晶圓的下側(cè)(underside)接觸到該傳送刀片。隨后以如一機(jī)器人傳送裝置通過該入口埠105而將該已處理的晶圓移除，并傳送該晶圓至下一個(gè)處理步驟。隨后可能將一第二晶圓裝載至該室145中?？煞聪驁?zhí)行上述該些步驟以攜帶該晶圓至一處理位置。一適當(dāng)舉升組件160的詳細(xì)敘述系揭露在授予應(yīng)用材料公司(Applied Materials，Inc，of Santa Clara，California)的美國(guó)專利案5,772,773號(hào)中。
例如四氮化三硅或多晶硅的LPCVD處理等高溫操作過程中，該室145內(nèi)的反應(yīng)溫度可能高達(dá)750℃或更高。因此，在該室145中的暴露組件必須能相容于(compatible with)此種高溫處理制程。且該些材料亦需能相容于該些制程氣體及其他化學(xué)物質(zhì)，例如該些可能導(dǎo)入該室145中的清洗化學(xué)藥劑。在一實(shí)施例中，加熱器150的暴露表面系由氮化鋁所構(gòu)成。例如，承載器155與傳動(dòng)軸158可能由類似于氮化鋁的材料所構(gòu)成?；蛘撸谝惠^佳配置中，當(dāng)傳動(dòng)軸158由一熱傳導(dǎo)系數(shù)較低的氮化鋁(熱傳導(dǎo)系數(shù)約介于60瓦特/mK(W/mK)至100瓦特/mK之間)所構(gòu)成時(shí)，該承載器155的表面系由熱傳導(dǎo)系數(shù)較高的氮化鋁材料(純度約95％且熱傳導(dǎo)系數(shù)約介于140瓦特/mK至200瓦特/mK之間)所構(gòu)成。通常系通過擴(kuò)散接合或該些同樣能忍受該室145的環(huán)境的焊接方式，將加熱器150的承載器155結(jié)合至傳動(dòng)軸158。
當(dāng)進(jìn)行處理步驟時(shí)，升降頂針195亦位在該室145中。因此，升降頂針195必須能相容于該室145內(nèi)部的操作條件。適用于升降頂針195的材料包括(但不僅限于此)藍(lán)寶石(sapphire)或氮化鋁。暴露在該室145的環(huán)境中的組件更包括升降盤190。因此，在一實(shí)施例中，該升降盤190(包括一部份的升降盤190的傳動(dòng)軸)系由一氮化鋁組合物(例如熱傳導(dǎo)系數(shù)約介于140瓦特/mK至200瓦特/mK之間的導(dǎo)熱性氮化鋁)所構(gòu)成。
圖1亦顯示加熱器150的局部剖面圖，包括承載器155的主體的剖面圖以及傳動(dòng)軸158的剖面圖。在此圖中，圖1顯示承載器155的主體具有兩個(gè)加熱元件，第一加熱元件250與第二加熱元件260。第一加熱元件250與第二加熱元件260系形成于承載器155的主體內(nèi)的不同平面中。對(duì)于厚度約0.68英吋(或1.728公分(cm))的一承載器而言，第一加熱元件系位于距離該承載器表面約5至8毫米(mm)處。將于下述內(nèi)容中討論該第一加熱元件250的位置相對(duì)于該承載器155的表面的意義。
每個(gè)加熱元件(例如加熱元件250與260)系由該些與承載器具有相同熱膨脹特性(thermal expansion)的材料所制成。該種材料的其一便包括鉬(molybdenum，Mo)，其與氮化鋁具有相似的熱膨脹系數(shù)。在一實(shí)施例中，每個(gè)加熱器包含一層螺旋狀且由鉬材料所構(gòu)成的薄膜(例如2密耳)。
在圖1中，相對(duì)于該承載器155的表面而言，第二加熱元件260系形成于該承載器155主體內(nèi)低于該第一加熱元件250位置的下方平面中。在一實(shí)施例中，對(duì)于厚度約1.728公分的承載器而言，第二加熱元件260系位在距離該第一加熱元件250所在平面約5毫米處的一平面中在此實(shí)施例中，第一加熱元件250與第二加熱元件260分別耦合至數(shù)個(gè)電源端。當(dāng)導(dǎo)線沿著貫穿該傳動(dòng)軸158的縱向延伸開孔到達(dá)可供應(yīng)能量以加熱該承載器155表面的電源時(shí)，該些電源端系往一向下方向延伸。
熱電偶210亦位在圖1所示的加熱器150的剖面圖中。熱電偶210系延伸穿過一貫穿該傳動(dòng)軸158的縱向延伸開孔，而到達(dá)位于該承載器155頂面(或上表面)的正下方的一點(diǎn)。在一實(shí)施例中，該承載器155為圓柱形，熱電偶210延伸至大約對(duì)應(yīng)至該圓柱狀主體中點(diǎn)的一點(diǎn)上。
如上所述，反應(yīng)器145內(nèi)部的環(huán)境對(duì)于多種材料而言可能極為嚴(yán)苛。借著如同連接至一電源的該導(dǎo)線般的方式，將該熱電偶210安置在一反應(yīng)器相容傳動(dòng)軸與承載器中的開孔內(nèi)，可使當(dāng)該些組件暴露在該室145的環(huán)境時(shí)，能緩和該些部位的老化(degradatio)或分解(discomposition)現(xiàn)象。
圖4系顯示含有承載器155與傳動(dòng)軸158的加熱器150放大1/2倍的側(cè)向剖面圖。圖4顯示傳動(dòng)軸158具有一個(gè)約相當(dāng)于該傳動(dòng)軸長(zhǎng)度的縱向延伸開孔，用來容納加熱器150的各種組件。該些組件包括連接至第一加熱元件250的導(dǎo)線215A與215B，以及連接至第二加熱元件260的導(dǎo)線220A與220B。該些導(dǎo)線215A、215B、220A與220B的其中一端耦合至一個(gè)或多個(gè)用來提供每個(gè)加熱元件必要能量的電源供應(yīng)器，以提供該特定制程一必要溫度。
可見于圖4中，該些導(dǎo)線系延伸進(jìn)入加熱器150的承載器155的主體中。導(dǎo)線215A與215B從傳動(dòng)軸158向上延伸進(jìn)入承載器155的主體內(nèi)，而到達(dá)約由A-A線段標(biāo)示出的平面所定義出的一點(diǎn)，該A-A線段所標(biāo)示的平面系對(duì)應(yīng)形成于承載器155主體內(nèi)的第一加熱器250的位置。導(dǎo)線220A與220B從傳動(dòng)軸158向上延伸進(jìn)入承載器155的主體內(nèi)，而到達(dá)較該些導(dǎo)線215A與215B距離承載器155的表面更遠(yuǎn)的一點(diǎn)。導(dǎo)線215A與215B從傳動(dòng)軸158向上延伸到達(dá)約由B-B線段標(biāo)示出的平面所定義出的一點(diǎn)，該B-B線段所標(biāo)示的平面系對(duì)應(yīng)形成于承載器155主體內(nèi)的第二加熱器2650的位置。
圖4亦顯示承載器155的表面的放大圖。在此視點(diǎn)中，顯示該承載器155的表面具有晶圓容器156，其系一個(gè)深度約0.03英吋的凹槽。裝載在承載器155的表面上的晶圓會(huì)安放在該晶圓容器156中。晶圓容器156的其一用途系用來將一晶圓固定(trap)在承載器155的表面上，或阻止一晶圓從承載器155的表面上滑落，特別是在晶圓裝載步驟中。在一實(shí)施例中，晶圓容器具有一彎曲邊緣，例如一個(gè)具有約介于60°至80°的角度的邊緣。
圖4亦顯示用來支撐升降頂針195的開孔198的放大圖。在一實(shí)施例中，升降頂針195具有一頭部，該頭部的直徑大于頂針本身主體的直徑。當(dāng)加熱器150處于「晶圓處理」階段時(shí)，升降頂針195系處于與承載器155的表面齊平的狀態(tài)(亦與該晶圓容器156的表面齊平)。因此，在開孔198的上方部位(上端，superior end)具有一夠大的直徑，以容納升降頂針195的頭部。因此，對(duì)于具有一個(gè)厚度約0.11英吋的頭部的升降頂針來說，該開孔198的上端將具有約0.11英吋的深度，以容納該升降頂針195的頭部。開孔198的上端下方的部位的直徑則較小，以避免升降頂針195從開孔中滑脫。通常傾向通過開孔198來進(jìn)行熱損失。因此，在實(shí)施例中，系縮小開孔198的直徑以減少熱損失。例如，開孔198的上方部位的直徑為0.180英吋，以容納具有相似并稍小的直徑的升降頂針頭部。開孔198的其他部位的直徑則為0.13英吋，以容納容納具有相似并稍小的直徑的升降頂針主體。
在某些范例中，系在其他不同于大氣壓的壓力下操作一CVD反應(yīng)制程。在一LPCVD反應(yīng)條件下，例如通常使該室145(參考第2、3與4圖)內(nèi)的壓力約介于如1至125托耳。如所述的，加熱器150的外部系暴露在該室145內(nèi)部的反應(yīng)條件下。同時(shí)，加熱器150的數(shù)個(gè)外表面亦暴露在此真空中，而加熱器150之內(nèi)部則受到保護(hù)而與反應(yīng)室145內(nèi)的環(huán)境隔離。因此，例如，導(dǎo)線215A、215B、220A與220B及熱電偶210系因置于貫穿該傳動(dòng)軸158的開孔或通道內(nèi)并進(jìn)入承載器155的主體中，而得以與反應(yīng)室14中的環(huán)境隔離。在一實(shí)施例中，貫穿傳動(dòng)軸158的開孔或線管中的壓力與呈現(xiàn)于該室145內(nèi)的真空壓力不同?；蛘?，貫穿傳動(dòng)軸158的該開孔或線管系處于大氣壓力下。因此，用來移動(dòng)(例如上升或下降)加熱器150的步進(jìn)馬達(dá)與反應(yīng)室145內(nèi)部的升降盤190的尺寸系經(jīng)設(shè)計(jì)，以抵抗反應(yīng)室內(nèi)的真空力量而作移動(dòng)。故本發(fā)明的加熱器配置的一優(yōu)點(diǎn)在于可將與反應(yīng)室環(huán)境隔離且位于加熱器150中的該些組件組裝(nest)在一起，而使傳動(dòng)軸的尺寸及傳動(dòng)軸158內(nèi)部的容積不至于因尺寸過大，而無法安裝在用來在反應(yīng)室145內(nèi)部移動(dòng)(例如上升與下降)加熱器150的馬達(dá)上。將加熱元件(如第一加熱元件250與第二加熱元件260)分置于承載器155主體內(nèi)的不同表面上，能允許達(dá)成上述組裝步驟。組裝步驟亦可使系統(tǒng)中通過傳動(dòng)軸158內(nèi)的開孔或線管所進(jìn)形的熱損失達(dá)到最小。
圖5顯示一個(gè)根據(jù)發(fā)明的加熱器的實(shí)施例。此圖中，顯示該些用于第一加熱元件250的獨(dú)立導(dǎo)線215A與215B及用于第二加熱元件260的獨(dú)立導(dǎo)線220A與220B共同組裝在承載器155的中心。此圖亦顯示，熱電偶210與該些導(dǎo)線215A、215B、220A與220B組裝在一起。如此圖所見，加熱器150的傳動(dòng)軸158的直徑可能會(huì)被縮小至如約為承載器155的直徑的1/3。圖5亦顯示在承載器155的主體中有4個(gè)開孔198。該些開孔198支撐用來從承載器155的上表面舉起或降下一晶圓的該些升降頂針195。
圖6顯示沿圖4中的A-A線段所繪示的承載器155的俯視剖面圖。在此圖式中，顯示該第一加熱元件250形成于圖4的A-A線段所定義出來的平面中。在一實(shí)施例中，第一加熱元件250系由兩個(gè)方向相反的盤繞部位230A與230B以一類似鏡像的方式所構(gòu)成。
第一加熱元件250的盤繞部位230A與230B系形成在承載器155的主體內(nèi)由圖4的A-A線段所定義出的平面中。第一加熱元件250的盤繞部位230A與230B會(huì)分別耦合至末端216A與216B，以將該些盤繞部位分別通過導(dǎo)線215A與215B而連接至一電源。在一實(shí)施例中，盤繞部位230A與230B系由能夠忍受電源的電流需要及加熱器所需的溫度范圍的材料所制成。在一實(shí)施例中，盤繞部位230A與230B系選擇具有與氮化鋁相似的熱膨脹系數(shù)的材料所構(gòu)成。如所述的，在一氮化鋁平臺(tái)或承載器中形成一厚度約2密耳的鉬材料可產(chǎn)生超過750℃的承載器溫度(當(dāng)其耦合至一適當(dāng)?shù)碾娫垂?yīng)器時(shí))。在一實(shí)施例中，相反方向的盤繞部位230A與230B在末端216A與216B處約相距3至5毫米?？煽s小該些盤繞部位之間的距離，以減少該些盤繞部位之間任何有效的「冷區(qū)域(cold-zone)」。
圖7顯示圖4的B-B線段所指示的承載器155的俯視剖面圖。圖7繪示出第二加熱元件260的平面。在一實(shí)施例中，第二加熱元件260系形成在承載器155的主體內(nèi)一個(gè)較該第一加熱元件250距離該承載器表面更遠(yuǎn)的位置中(例如A-A線段所定義的平面較B-B線段所定義的平面更接近該承載器155的表面)。圖6亦然，第二加熱元件260包括兩個(gè)相反方向的盤繞部位232A與232B，在一較佳實(shí)施例中，系以鉬在B-B線段所定義的平面中形成一鏡像式樣。第二加熱元件260的盤繞部位232A與232B會(huì)分別耦合至末端221A與221B，以將該些盤繞部位分別通過導(dǎo)線220A與220B而連接至一電源。在一實(shí)施例中，相反方向的盤繞部位232A與232B在末端221A與221B處約相距3至5毫米?？煽s小該些盤繞部位之間的距離，以減少該些盤繞部位之間任何有效的「冷區(qū)域(cold-zone)」。
在第6與7圖所繪示的實(shí)施例中，第二加熱元件260的盤繞部位232A與232B系如圖7所示，依軸心217B為準(zhǔn)而互呈反向盤繞；以及第一加熱元件250的盤繞部位230A與230B系如圖6所示，依軸心217A為準(zhǔn)而互呈反向盤繞。
在一實(shí)施例中，可能相對(duì)于盤繞部位230A與230B的方向旋轉(zhuǎn)180°來作為盤繞部位232A與232B的盤繞方式。如此一來，不論是第一加熱元件250或第二加熱元件260中的位于反向盤繞部位之間的區(qū)域均可由另一加熱元件來得到補(bǔ)償。需注意的是，不需如圖式般地將該些加熱元件的盤繞部位的配置方式設(shè)定為180°?；蛘?，可使該些加熱元件盤繞部位的一個(gè)直接位于另一者的上方(即非互補(bǔ))，或可使其中一個(gè)重疊在另一個(gè)上面，且/或以不同角度及/或距離來線性地配置該些盤繞部位，而得以某些方式來補(bǔ)償介于該些反向盤繞部位之間的區(qū)域。
圖8顯示承載器155的俯視示意圖。系將承載器155的表面分割成至少三塊區(qū)域。如圖8所示，面積245形成一塊由半徑R1所定義出來的區(qū)域。區(qū)域245系聯(lián)合承載器155位在傳動(dòng)軸158上方的面積。區(qū)域254具有一面積，系為半徑R2所定義出的面積減去半徑R1所定義出的面積245。區(qū)域255銜接承載器155的邊緣，并具有一面積系為半徑R3所定義出的面積減去由半徑R2所定義出的區(qū)域254面積與半徑R1所定義出的區(qū)域245面積。
在一實(shí)施例中，第一加熱元件250與第二加熱元件260具有獨(dú)立的熱分布，因此可個(gè)別地加以控制。如此一來，在某些點(diǎn)上，該第一加熱元件250可能較該第二加熱元件收到更多或較少的功率。亦可在承載器155的主體中增添額外的加熱元件，而在電阻加熱器中再定義出一個(gè)增加的加熱區(qū)域。并入多個(gè)加熱元件所需考量的事項(xiàng)包括承載器155的多個(gè)平面的位置以及新增導(dǎo)線的組裝。
當(dāng)該些加熱元件的厚度大致保持固定時(shí)，改變?cè)谡麄€(gè)承載器155區(qū)域中每個(gè)加熱元件的線寬，系為獨(dú)立控制該第一加熱元件250與第二加熱元件260的一種方式。對(duì)于電阻加熱器而言，通常注意到的是，供應(yīng)至加熱器且通過該加熱器而釋出熱量的功率系與加熱器中的電阻有直接相關(guān)。對(duì)于具有一固定厚度的電阻加熱元件來說，加熱元件的較寬部位(即較大的體積)的電阻較小，并需要較少的功率來驅(qū)動(dòng)一電流，以及該較寬部位所釋放出的熱會(huì)少于該加熱元件的較窄部位(即較小的體積)所釋放出的熱量。因此，縮小某些點(diǎn)上的加熱元件寬度(即縮小該加熱元件的體積)，則供應(yīng)至該加熱元件的該些點(diǎn)上以驅(qū)動(dòng)一電流的功率，將大于些供應(yīng)至該加熱元件中該些未縮小線寬的點(diǎn)上的功率。同樣地，在該些縮小線寬的點(diǎn)上所釋放出的溫度，將大于該加熱元件的該些未縮小線寬的點(diǎn)上的溫度。其次，該些具有較窄線寬的部位將具有較大的功率密度(通常定義為在一長(zhǎng)度的加熱元件中驅(qū)動(dòng)一電流所需的功率)。
在圖6中，第一加熱元件250系如一厚度約2密耳的鉬材料。在此實(shí)施例中，系改變?cè)摰谝患訜嵩?50的線寬，以在該第一加熱元件250的區(qū)域245(參考圖8)中設(shè)置一功率分布。在此實(shí)施例中，系定義區(qū)域245包含位在傳動(dòng)軸158上方的區(qū)域。在一實(shí)施例中，一開孔形成于該傳動(dòng)軸158中且貫穿的，以容納熱電偶210與導(dǎo)線215A、215B、220A與220B，且在該開孔處的承載器155的熱損失將大于標(biāo)示為區(qū)域245(整個(gè)聯(lián)合位在該傳動(dòng)軸158上方區(qū)域的承載器155的區(qū)域)中任一承載器155的區(qū)域的熱損失。因此，第一加熱元件250的區(qū)域245的功率密度將大于加熱元件250的區(qū)域255的功率密度。
參考第6與圖8，在一實(shí)施例中，加熱器150的第一加熱元件對(duì)應(yīng)至區(qū)域245(參考圖8)的線寬W1小于對(duì)應(yīng)至區(qū)域255(參考圖8)的線寬W2。電流通過第一加熱元件250的較小線寬W1部位所遭遇到的電阻將大于其通過加熱元件250的其他部位(如線寬為W2的部位)所遭遇到的電阻。對(duì)一厚度約2密耳的鉬材料加熱元件來說，例如線寬W1可能為線寬W2的10％或更小，以提高該區(qū)域245的功率分布，使其相對(duì)高于區(qū)域255的功率密度。在一鉬材料的實(shí)施例中，第一加熱元件250的電阻約介于2歐姆(ohms)(如線寬W2)至4歐姆(如線寬W1)之間。
參考第7與圖8，在此實(shí)施例中，系定義區(qū)域255使其包括對(duì)應(yīng)至承載器155的邊緣的一區(qū)域。一實(shí)施例中，承載器155中標(biāo)示區(qū)域255的邊緣處將具有較大的熱損失。故例如，加熱元件260的區(qū)域255的功率密度將大于承載器155的其他區(qū)域的功率密度。
參考第7與圖8，第二加熱元件260系如一厚度約2密耳的鉬材料。在此實(shí)施例中，系改變?cè)摰诙訜嵩?60的線寬，以將功率密度集中在該第二加熱元件260的區(qū)域255(參考圖8)中。第二加熱元件對(duì)應(yīng)至區(qū)域255(參考圖8)的線寬W4小于對(duì)應(yīng)至加熱器150的承載器155其他區(qū)域的線寬W3。電流通過第二加熱器260的較小線寬W4部位所遭遇到的電阻將大于其通過加熱元件260的其他部位(如線寬為W3的部位)所遭遇到的電阻，因此在第二加熱元件260的區(qū)域255中將釋放出較大量的熱。對(duì)一厚度約2密耳的鉬材料加熱元件來說，例如線寬W4可能為線寬W3的10％或更小，以提高該區(qū)域255的功率分布，使其相對(duì)高于區(qū)域245的功率分布。在一鉬材料的實(shí)施例中，第二加熱元件260的電阻約介于2歐姆(ohms)(如線寬W3)至4歐姆(如線寬W4)之間。
圖9系作圖顯示加熱器150的承載器155表面上的加熱元件獨(dú)立控制情形。圖9系顯示供應(yīng)至第一加熱元件與第二加熱元件的功率比(power ratio)對(duì)承載器155半徑所作的圖形。在此實(shí)施例中，該功率比系定義為該第一加熱元件250的功率與該第二加熱元件260的功率的比值。且如圖所是的，由于額外功率供應(yīng)至第一加熱元件250，致使第一加熱元件250的區(qū)域245中的功率比大于承載器155其他區(qū)域中的功率比。同樣地，由于額外功率供應(yīng)至第二加熱元件260，致使第二加熱元件260的區(qū)域255中的功率比大于承載器155其他區(qū)域或區(qū)域中的功率比。
如第4至8圖所繪示的多區(qū)域電阻加熱器允許數(shù)個(gè)分開設(shè)置的加熱器承載器的獨(dú)立區(qū)域或區(qū)域，藉以在整個(gè)承載器表面上提供較單區(qū)域電阻加熱器更佳的溫度一致性。例如，如第4至第8所示的雙區(qū)域電阻加熱器允許將一第一區(qū)域(區(qū)域245)獨(dú)立設(shè)置在承載器155的其他區(qū)域中。因此，可在不犧牲整個(gè)承載器155表面的溫度一致性的條件下，解決通過傳動(dòng)軸158所造成的熱損失。同樣地，可將一第二區(qū)域(區(qū)域255)獨(dú)立設(shè)置在承載器155的其他區(qū)域中。因此，即使處于750℃或更高溫度時(shí)，亦可在不犧牲整個(gè)承載器155表面的溫度一致性的條件下，解決承載器155的邊緣處的熱損失問題。因此，當(dāng)應(yīng)用至高溫度用途時(shí)(例如接近750℃或更高)，可對(duì)控制該些分隔的區(qū)域，而得以借著第一區(qū)域245與第二區(qū)域255的提高的功率密度來補(bǔ)償如承載器155的傳動(dòng)軸158與邊緣處的熱損失。也因此，相較于現(xiàn)有單區(qū)域電阻加熱器而言，更能將承載器155的整個(gè)表面的溫度維持一幾乎固定的值。
在第4至8圖中，第一加熱元件250與第二加熱元件260幾乎在承載器155中占據(jù)相同的面積。此種配置的優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)一加熱器元件失效時(shí)，可使用另一個(gè)加熱元件來加熱承載器155的整個(gè)表面。需注意的是，該些獨(dú)立的加熱元件并不需要占據(jù)相同的承載器155區(qū)域，但可設(shè)計(jì)該些加熱元件，使其僅占據(jù)如區(qū)域245或區(qū)域255等特定區(qū)域。
在第4至8圖中，第一加熱元件250系位在一個(gè)較第二加熱元件260所在的平面(如圖4的B-B線段所示)更接近承載器155的上表面的平面中(如圖4的A-A線段所示)。在一實(shí)施例中，第一加熱元件250距離該承載器155的表面約5至8毫米。如上述方式將該第一加熱元件250與該表面分離，以提供較佳的溫度分布與減少局部受熱情形。
需明白，可根據(jù)制程條件與制程目標(biāo)而改變?cè)撔﹤€(gè)別的加熱元件位置。將第二加熱元件設(shè)置在該承載器155的主體內(nèi)低于該第一加熱元件所在平面的一平面中的理由，系因供應(yīng)至該第二加熱元件260的功率可能大于該供應(yīng)至第一加熱元件250的功率。例如，當(dāng)承載器155的表面邊緣的熱損失大于承載器155的表面中心的熱損失時(shí)，將可能發(fā)生上述狀況。因此，相較于若將該第二加熱元件置于較接近該承載器155的表面的位置而言，使第二加熱元件260與該承載器155的表面的位置之間有較大差異時(shí)，該供應(yīng)至承載器155的邊緣的額外功率(例如較高的功率密度)能較該承載器155中心得到更佳的分配結(jié)果。較佳的功率分配結(jié)果可降低發(fā)生局部加熱或「熱點(diǎn)(hot spot)」的可能，而能在承載器155的表面上提供較均勻一致的熱分布。通過第二加熱元件260的設(shè)置來更均勻地分布熱量，增進(jìn)了在即使750℃或更高的溫度下對(duì)承載器155的表面溫度的控制能力，例如將溫度變化控制在±3℃。此更平穩(wěn)的分布亦可降低承載器碎裂或受損的可能性。
圖10與11顯示一個(gè)用來監(jiān)控或指示承載器155的表面溫度的實(shí)施例。圖10概略顯示出一室主體的頂面的一部分，特別是部分的室蓋170與部分的孔狀面板180。兩高溫計(jì)，第一高溫計(jì)200與第二高溫計(jì)205，系延伸穿過位在室蓋170中的開孔。圖11顯示的一室蓋170，其具有第一高溫計(jì)200與第二高溫計(jì)205耦合至其上。該些第一與第二高溫計(jì)200與205可購(gòu)自如Sekidenko，Inc.(Vancouver，Washington)。每個(gè)高溫計(jì)提供承載器155的表面(或位在承載器155上的晶圓表面)上有關(guān)溫度的數(shù)據(jù)。在一實(shí)施例中，每個(gè)高溫計(jì)的溫度測(cè)量范圍約介于335℃至1200℃之間。每個(gè)高溫計(jì)系測(cè)量與其所在位置相對(duì)應(yīng)區(qū)域中的承載器155的溫度。在圖11所示的范例中，第一高溫計(jì)200測(cè)量承載器155的區(qū)域或面積245中的溫度M同時(shí)第二高溫計(jì)測(cè)量承載器155的面積或區(qū)域254中的溫度。熱電偶210測(cè)量對(duì)應(yīng)至大致或接近該承載器155的中點(diǎn)235或中心處的承載器155的表面溫度。需注意該些熱電偶與高溫計(jì)僅為示范，并可使用其他元件來作為溫度指示裝置。例如，在本發(fā)明另一實(shí)施例中，系以熱像儀來取代高溫計(jì)。
由于第一高溫計(jì)200與第二高溫計(jì)205系部分根據(jù)暴露于其中的輻射能量或光來提供一種溫度測(cè)量，故每個(gè)高溫計(jì)必須進(jìn)入該室145之內(nèi)部。在此例子中，系借著分別位在第一高溫計(jì)200與第二高溫計(jì)205底部的窗口290與295、分別形成于室蓋170中的開孔270與275以及分別形成于面板180中的開孔280與285，來提供使高溫計(jì)進(jìn)入該室內(nèi)部的動(dòng)作。在一些實(shí)施例中，例如一CVD沉積制程，可能需要注意的是適于窗口290與295的涂層(coating)，該些涂層可能分別干擾作用至第一高溫計(jì)200或第二高溫計(jì)205的輻射或光，而造成該些高溫計(jì)的溫度測(cè)量失效。因此，在一實(shí)施例中，需設(shè)計(jì)該些開孔如270與275，特別是開孔280與285的長(zhǎng)度及寬度，以盡可能地減少窗口290與295的涂層。在一實(shí)施例中，該些開孔的比例與該面板180的厚度有關(guān)。開孔與面板厚度的適當(dāng)比例約介于1至3之間。
在一實(shí)施例中，系利用多重溫度測(cè)量(miltiple temperaturemeasurements)來調(diào)節(jié)與控制承載器155表面的溫度。例如，在一個(gè)用來沉積四氮化三硅的LPCVD制程中，在加熱器150的承載器155的整個(gè)表面上可能需要約達(dá)750℃且溫度差異范圍約介于±2.5℃之間的表面反應(yīng)溫度。本發(fā)明的系統(tǒng)可借著測(cè)量承載器155的中點(diǎn)235或中心處的溫度(在此實(shí)施例中，系以熱電偶210來測(cè)量溫度)來作為一參考或控制溫度，以調(diào)節(jié)與控制加熱器150的溫度。可借著第一高溫計(jì)200與第二高溫計(jì)205的溫度差ΔT，來測(cè)量整個(gè)承載器的溫度一致性。該系統(tǒng)將可根據(jù)已測(cè)得的溫度差ΔT，來調(diào)整該第一加熱元件與第二加熱元件的功率比，以將溫度差ΔT控制在一范圍內(nèi)，例如在四氮化三硅的LPCVD制程的750℃的溫度下，將溫度差控制在約±2.5℃。使用溫度差(例如，ΔT)測(cè)量至少有兩點(diǎn)好處，第一點(diǎn)系晶圓之間的發(fā)射率(emissivity)變化將影響每個(gè)高溫計(jì)的絕對(duì)測(cè)量值，但不影響ΔT的相對(duì)值；第二點(diǎn)系該反應(yīng)室中隨時(shí)間而改變的條件變化將不影響相對(duì)溫度測(cè)量值，但通?？赡苡绊懡^對(duì)溫度測(cè)量值。
圖12系敘述在一個(gè)根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的反應(yīng)器內(nèi)處理一晶圓的概括方法。圖12敘述例如在一CVD制程中，于一雙區(qū)域、單晶圓電阻加熱器中的溫度控制方法。如第一步驟(步驟300)所示，系將一CVD反應(yīng)器的反應(yīng)室145中的加熱器150安置在一晶圓裝載位置(請(qǐng)建地3圖及其相關(guān)內(nèi)容)。隨后，利用如一機(jī)器人傳送裝置將一晶圓裝載至承載器155(步驟310)。隨后定位該加熱器150，使得該晶圓如圖1所繪示般地鄰近孔狀面板180(步驟320)。隨后令該反應(yīng)器進(jìn)行加速(ramp)溫度升降以達(dá)到制程溫度(步驟330)。例如在用來沉積四氮化三硅的LPCVD制程中，系使溫度加速升高至約750℃。利用熱電偶210以及第一高溫計(jì)200或第二高溫計(jì)205中的一個(gè)或兩個(gè)來測(cè)量該溫度，以標(biāo)示出加熱器150的承載器155的整個(gè)表面的溫度座標(biāo)(步驟340)。借著調(diào)節(jié)供應(yīng)至第一加熱元件250與第二加熱元件260的功率來控制該溫度(步驟350)。
一旦完成該反應(yīng)且達(dá)到想要的膜層厚度，即中斷供應(yīng)至該室中的制程氣體并以如氮?dú)獾肉g氣來清洗該反應(yīng)室(步驟370)。隨后，將該加熱器平臺(tái)移動(dòng)至該晶圓裝載位置(請(qǐng)見圖3及相關(guān)內(nèi)容)，并移除已處理的晶圓以及再將另一個(gè)晶圓置于該平臺(tái)上(步驟380)。
以上敘述系有關(guān)于借著控制與調(diào)節(jié)承載器155的不同面積或區(qū)域中的溫度，來控制加熱器150的承載器155表面溫度以及藉此控制位在承載器155表面上的一晶圓的表面反應(yīng)溫度。需明白的是，可借著手動(dòng)方式或一系統(tǒng)控制裝置的幫助來完成上述控制與調(diào)節(jié)動(dòng)作。在上述范例中，操作員可記錄不同溫度指示裝置(例如第一高溫計(jì)200、第二高溫計(jì)205與熱電偶210)的溫度測(cè)量值，并手動(dòng)調(diào)整供應(yīng)至第一加熱元件250與第二加熱元件260的其中一者或兩者的功率?；蛘撸膳渲靡豢刂破?，以記錄由溫度指示裝置所測(cè)得的溫度，并例如根據(jù)用來測(cè)定一溫度差的相對(duì)值的演算法來控制供應(yīng)至加熱元件的功率，以及調(diào)整調(diào)節(jié)該加熱元件。
圖12概略繪示一種根據(jù)指示裝置(例如，第一高溫計(jì)200、第二高溫計(jì)205與熱電偶210)提供至一控制器225的溫度測(cè)量值，以控制第一加熱元件250與第二加熱元件260的系統(tǒng)。在一實(shí)施例中，控制器225包含一適合的演算法，以比較至少兩個(gè)該些溫度指示裝置的溫度差以及控制電源供應(yīng)器215，以標(biāo)示出加熱器150的溫度座標(biāo)，使得該些溫度指示裝置均處于可接受的范圍中。例如，在欲使加熱器150的承載器155整個(gè)表面上的加熱器溫度到達(dá)約750℃±2.5℃的例子中，控制器225會(huì)根據(jù)至少兩個(gè)指示裝置所提供的測(cè)量值來控制電源供應(yīng)器215，以達(dá)到此結(jié)果。
可提供控制器225一軟件指令邏輯程式，其系為一種儲(chǔ)存在如控制器225中的存儲(chǔ)器等電腦可讀式媒體的電腦程序。該存儲(chǔ)器可為一部份的硬盤。控制器225亦可能耦合至一使用者介面，以允許一操作者輸入反應(yīng)參數(shù)，例如想要的反應(yīng)溫度與可接受的指示裝置的溫度差(例如約±3℃)。在一LPCVD反應(yīng)制程中，控制器225可能更耦合至用來測(cè)量該室145內(nèi)部壓力的一壓力指示裝置與一真空來源，以調(diào)節(jié)該室145內(nèi)的壓力。
通常，系以電壓或電流調(diào)節(jié)來進(jìn)行加熱元件控制。以電壓控制所作的加熱元件的功率輸出系如下公式所示功率(power)＝電壓(voltage)2/電阻(resistivity)在圖13中，系提供控制器225一指定的操作溫度(通過溫度設(shè)定點(diǎn)201來提供)。控制器225控制電源供應(yīng)器215，其系將必要電壓供應(yīng)至第一加熱元件驅(qū)動(dòng)裝置216與第二加熱元件驅(qū)動(dòng)裝置217該些加熱元件驅(qū)動(dòng)裝置分別依序控制該供應(yīng)至第一加熱元件250與第二加熱元件260的電壓?？刂破?25控制加熱器150的加速溫度升降速率(ramp rate)以及加熱器150的電壓或功率比(分別是加速速率/比例積分微分控(PID control)203，以及電壓比202)。
以下敘述一個(gè)使用如圖13中所序述的系統(tǒng)的多區(qū)域加熱器控制的一實(shí)施例。系以一個(gè)位在一內(nèi)側(cè)區(qū)域(如面積或區(qū)域245)的溫度感應(yīng)裝置來控制多區(qū)域加熱器溫度，同時(shí)在該內(nèi)側(cè)區(qū)域(如面積或區(qū)域245)與外側(cè)區(qū)域(如面積或區(qū)域254或255)之間設(shè)定一已校正的校準(zhǔn)程式。該溫度控制系采用兩種方法理論。當(dāng)該加熱器溫度接近設(shè)定點(diǎn)，并處于比例積分微分前饋伺服帶(proportionalplus integral derivative forword(PIDF)servo band)內(nèi)時(shí)，則利用該P(yáng)IDF控制演算法來將該加熱器溫度調(diào)整至設(shè)定點(diǎn)。另一方面，當(dāng)該加熱器處于加速升溫或冷卻模式，且其溫度位在該P(yáng)IDF伺服帶的外時(shí)，則利用加速溫度升降演算法，以一預(yù)定的加熱或冷卻速率來控制該加熱器溫度，以延長(zhǎng)加熱器壽命。系借著界該內(nèi)側(cè)區(qū)域與該外側(cè)區(qū)域之間的電壓比或功率比來控制該雙區(qū)域加熱器的溫度一致性。該比例非為一常數(shù)(constant)，當(dāng)因加熱器溫度升高，使得該承載器之內(nèi)側(cè)與外側(cè)區(qū)域之間的熱損失差異漸大時(shí)，便需改變?cè)摫壤?。該比例設(shè)定亦需視如反應(yīng)室壓力與氣流等反應(yīng)室條件來決定。
加熱器控制模式可分成加速控制(ramp control)與PIDF控制。該加速控制更可根據(jù)不同電壓或功率比及溫度范圍細(xì)分成「低溫加速(low temperatureramp)」與「高溫加速(high temperature ramp)」?！傅蜏丶铀佟瓜颠m用于一固定電壓比?！父邷丶铀佟箘t適用于變動(dòng)的電壓或功率比該變動(dòng)的電壓或功率比系由一方程式所計(jì)算出來。
I、控制條件(control condition)該反應(yīng)室操作條件可分成數(shù)種模式「反應(yīng)室離線/線上(chamber OFFline/ON line)」與「配方(recipe)」操作。該操作步驟可如下所示A.反應(yīng)室離線/線上模式當(dāng)加熱器啟動(dòng)以進(jìn)行加熱時(shí)，系設(shè)定該溫度，該些控制步驟為1.當(dāng)該加熱器溫度低于該預(yù)定溫度時(shí)，執(zhí)行低溫加速。
2.當(dāng)該加熱器溫度超過該預(yù)定溫度時(shí)，執(zhí)行高溫加速。
3.當(dāng)該加熱器溫度達(dá)到介于該預(yù)定伺服帶內(nèi)所要求的溫度時(shí)，執(zhí)行PIDF伺服控制。
當(dāng)加熱器啟動(dòng)以進(jìn)行降溫時(shí)，系將該些控制步驟反向操作1.當(dāng)該加熱器溫度超過該預(yù)定溫度時(shí)，執(zhí)行高溫加速。
2.當(dāng)該加熱器溫度低于該預(yù)定溫度時(shí)，執(zhí)行低溫加速。
3.當(dāng)該加熱器溫度達(dá)到介于該預(yù)定伺服帶內(nèi)所要求的溫度時(shí)，執(zhí)行PIDF伺服控制。
加速速率與其他PID因子系遵循預(yù)定系統(tǒng)常數(shù)。
B.配方操作在一配方操作中，該加熱器控制包含該些溫度控制必要參數(shù)溫度設(shè)定值、電壓比以及加速速率(若所需要的溫度與先前步驟的溫度不同時(shí))。
針對(duì)一清洗配方而言，控制步驟可如下示范33.于制程溫度下執(zhí)行PIDF伺服。
34.加速降溫至清洗溫度。
35.在清洗溫度下執(zhí)行PIDF伺服。
36.加速升溫至制程溫度。
37.于制程溫度下執(zhí)行PIDF伺服。
在PIDF伺服期間時(shí)，該電壓比系陳列于配方步驟中。當(dāng)進(jìn)行加速升溫或降溫時(shí)，該加速速率系顯示于該配方步驟中，且該電壓比系遵循在「反應(yīng)室離線/線上」中使用的預(yù)定值。
II、加速控制(ramp control)下述公式系敘述一用于加速控制的演算法，該些公式系對(duì)該加熱器溫度的加速速率進(jìn)行比例控制。
加熱器加速電壓(Heater Ramp Voltage)內(nèi)側(cè)區(qū)域加熱器加速電壓＝先前內(nèi)側(cè)區(qū)域加熱器加速電壓+([加速比例增益(ramp P Gain)]×(目標(biāo)加速速率-實(shí)際加速速率))外側(cè)區(qū)域加熱器加速電壓＝電壓比×內(nèi)側(cè)區(qū)域加熱器加速電壓當(dāng)外側(cè)區(qū)域加熱器加速電壓＞100％(例如，10伏特(V))，令外側(cè)區(qū)域加熱器加速電壓＝100％(例如，10伏特)；以及內(nèi)側(cè)區(qū)域加熱器加速電壓＝外側(cè)區(qū)域加熱器加速電壓÷電壓比目標(biāo)加速速率系在線上/離線控制中的加熱器溫度加速速率，并可以「清洗」配方中的「加速速率」來覆寫(或作覆蓋，overwrite)目標(biāo)加速速率。表一顯示上述公式中每個(gè)參數(shù)的敘述說明，并提供用于LPCVD反應(yīng)室的代表性建議值。
表一
對(duì)于加速控制而言，該電壓比取決于該加熱器溫度范圍。
A.若當(dāng)前溫度(current temperature，℃)＜[TL]時(shí)則，電壓比＝[RL]注意RL＝低溫加速的電壓比TL＝低加速的溫度限制(℃)B.若[TL]＜當(dāng)前溫度(℃)＜設(shè)定溫度(℃)-[切換至PID控制的溫度誤差]時(shí)電壓比＝[RL]+([RH]-[RL])×(當(dāng)前溫度-[TL])÷([TH]-[TL])注意RL＝低溫加速的電壓比RH＝高加速的溫度限制TH＝高加速的電壓比(℃)TL＝低加速的電壓比(℃)RL、RH受兩區(qū)域的最大電壓比(RM)所限制。
C.在配方中(制程與清洗)該電壓比取決于指定的加熱器溫度范圍。
在制程溫度下電壓比＝配方中的制程溫度下的電壓比在每一次將[配方要求溫度(℃)-(切換至PID控制的溫度誤差)]的前，使加熱器溫度加速下降或上升時(shí)。
電壓比＝[RL]+([RH]-[RL])×(當(dāng)前溫度-[TL])÷([TH]-[TL])注意RL＝低溫加速的電壓比RH＝高加速的溫度限制TH＝高加速的電壓比(℃)TL＝低加速的電壓比(℃)RL、RH受兩區(qū)域的最大電壓比(RM)所限制。
每變化10℃的溫度時(shí)，便重新計(jì)算電壓比。
III、PIDF控制當(dāng)加熱器溫度介于該系統(tǒng)所設(shè)定的溫帶之間時(shí)，可使用PIDF控制。當(dāng)處于PIDF控制帶(PIDF control band)時(shí)，最多使用5個(gè)不同參數(shù)來計(jì)算總加熱器電壓。此五個(gè)參數(shù)系前饋值(feedforward)、溫度預(yù)設(shè)值(temp preset)、P值、I值與D值。前饋參數(shù)(feedforward leg)提供使該溫度維持在一設(shè)定點(diǎn)所需要的電壓。當(dāng)無負(fù)荷時(shí)，該參數(shù)需是構(gòu)成該總加熱器電壓的唯一要素。加入前饋值的其一目的在于提供該些電阻可能改變的不同加熱器一控制穩(wěn)定性。在導(dǎo)入氣體或升降壓力時(shí)，當(dāng)加熱器出現(xiàn)較大負(fù)荷時(shí)，可在制程配方中使用溫度預(yù)設(shè)值，以提供該加熱器一及時(shí)電壓變化。將該溫度誤差與一增益相乘來決定P參數(shù)(P leg)，將總溫度誤差與一增益相乘來決定I參數(shù)(I leg)，以及將該溫度誤差斜率與一增益相乘來決定D參數(shù)(D leg)。僅在當(dāng)該溫度接近設(shè)定點(diǎn)，而接近穩(wěn)定狀態(tài)的條件(steady state conditions)時(shí)方使用I參數(shù)。當(dāng)在制程中使用溫度預(yù)設(shè)值時(shí)，則在總電壓計(jì)算中不使用I參數(shù)。
系根據(jù)表二中的公式來決定在PIDF控制期間之內(nèi)側(cè)區(qū)域加熱器電壓。當(dāng)有其他參數(shù)加入時(shí)，系將總電壓減去D參數(shù)值。以部分范例算試來顯示個(gè)別參數(shù)的公式。該I參數(shù)與溫度設(shè)定值不可一起使用。僅在溫度設(shè)定值為0時(shí)，I參數(shù)方參與在總電壓的中。若該溫度預(yù)設(shè)值非為0，則不可使用I參數(shù)。
根據(jù)內(nèi)側(cè)區(qū)域PID控制輸出電壓與該電壓比(功率相關(guān)性)的乘積來決定在PIDF控制期間的外內(nèi)側(cè)區(qū)域加熱器電壓。該功率比(功率相關(guān)性)可能是根據(jù)實(shí)際制程條件、來自不同制造商的加熱器或其他熱空轉(zhuǎn)條件(hot idleconditions)加以校準(zhǔn)的一表單或列表。
表二
范例(內(nèi)側(cè))加熱器PID電壓＝(49.1％+3.4％+3.0％+0％)-2.0％＝53.5％107VAC前饋參數(shù)＝750×(0.655÷(2000+2000×22))49.1％P參數(shù)＝0.8×(142.7×30÷(2000+2000×22))3.4％(外側(cè))加熱器電壓＝1.15×107123 VAC功率比＝1.5*注意計(jì)算式中的箭頭系指所顯示的計(jì)算數(shù)值之間的差異為10的指數(shù)倍數(shù)。
表三
對(duì)于PIDF控制來說，該電壓比取決于該溫度范圍。
A.若設(shè)定溫度(℃)低于[TL]時(shí)電壓比＝[RL]注意RL＝低溫加速的電壓比TL＝低加速的溫度限制(℃)B.若設(shè)定溫度(℃)介于[TL]與[TH]之間時(shí)電壓比＝[RL]+([RH]-[RL])×(設(shè)定溫度-[TL])÷([TH]-[TL])注意RL＝低溫加速的電壓比RH＝高加速的溫度限制TH＝高加速的電壓比(℃)TL＝低加速的電壓比(℃)C.電壓比-配方中(制程/清洗)介于制程溫度±切換至PID控制的溫度誤差時(shí)，電壓比＝在配方中的制程溫度下的電壓比系利用兩區(qū)域的最大電壓比(RM)來限制電壓比設(shè)定。
表四系敘述用于升溫、待機(jī)/制程與冷卻過程中的加熱器參數(shù)。
表四
表五系敘述用于一室清洗配方的加熱器參數(shù)。
表五
圖14顯示為于圖7的第二加熱元件260上方的圖6的第一加熱元件250與承載器155的俯視剖面圖。在一實(shí)施例中，第一加熱元件250系由兩個(gè)反向的盤繞部位230A與230B以一類似鏡像式樣所構(gòu)成。第一加熱元件的盤繞部位230A與230B系形成于承載器155的主體內(nèi)A-A線段(圖4)所定義出來的平面中。第一加熱元件的盤繞部位230A與230B分別耦合至末端216A與216B，以將該些盤繞部位分別通過導(dǎo)線215A與215B而連接至一電源。一實(shí)施例中，盤繞部位230A與230B系由適合該電源的電流需要及加熱器的溫度范圍的材料所構(gòu)成。
圖7的第二加熱元件260系在位于該第一加熱元件250的平面的正下方且與的平行的一平面中。在一實(shí)施例中，第二加熱元件260系形成于承載器155的主體內(nèi)，但較遠(yuǎn)離該承載器155的表面的位置中。在一實(shí)施例中，第二加熱元件260包括反向的盤繞部位232A與232B，該些盤繞部位在大致由B-B線段(圖4)所定義出來的平面中形成一鏡像式樣。第二加熱元件的盤繞部位232A與232B分別耦合至末端221A與221B，以將該些盤繞部位分別通過導(dǎo)線220A與220B而連接至一電源。一實(shí)施例中，反向的盤繞部位232A與232B在末端221A與221B處約分隔約3至5毫米?？煽s小該距離以降低該些盤繞部位之間有效的「冷區(qū)域」。
圖14中所繪示的實(shí)施例中，第二加熱元件260的盤繞部位232A與232B系依軸心217B為準(zhǔn)而互呈反向盤繞，第一加熱元件250的盤繞部位230A與230B亦依軸心217A為準(zhǔn)而互呈反向盤繞。在一實(shí)施例中，盤繞部位232A與232B可能相于盤繞部位230A與230B而作約0°至約180°旋轉(zhuǎn)，且/或偏離(offset)一段約從5毫米至50毫米的直線距離。在另一實(shí)施例中，盤繞部位232A與232B可能相于盤繞部位230A與230B而作約90°至約270°旋轉(zhuǎn)。在另一實(shí)施例中，加熱元件的盤繞部位可使其中一個(gè)直接位于另一個(gè)上方。圖中具有一標(biāo)示為C-C的平面402，該平面402平行于加熱器150的傳動(dòng)軸158(請(qǐng)見圖4)。標(biāo)示為C-C的平面402穿越第一加熱元件250的盤繞部位230A與230B以及第二加熱元件260的盤繞部位232A與232B。
如先前所述，第一加熱元件250及/或第二加熱元件260可能具有不同的截面積以調(diào)整其電阻，故可在任何指定電流下調(diào)整其熱輸出(heat output)。若電流固定時(shí)，當(dāng)截面積增加，其電阻相對(duì)降低，且熱輸出亦降低。若電流固定時(shí)，當(dāng)截面積縮小，則其電阻相對(duì)提高，且熱輸出也相對(duì)增加。當(dāng)有需要時(shí)，可提高電阻與熱輸出量以提供想要的溫度分布情形(temperature profile)。
圖15繪示該穿越第一加熱元件250與第二加熱元件260的標(biāo)示為C-C平面的剖面圖。圖15中間的點(diǎn)系軸心217。如圖所見，軸心217上方系第一加熱元件，其具有互為反向的盤繞部位230A與230B，以及末端216A與216B。軸心217下方系第二加熱元件260，其具有互為反向的盤繞部位232A與232B與末端221A及221B。
圖16顯示在承載器155主體中，第一加熱元件250與第二加熱元件260設(shè)計(jì)的另一較佳實(shí)施例。在此實(shí)施例中，第一加熱元件250與第二加熱元件260是錯(cuò)開的，即如軸心217A偏離軸心217B所表現(xiàn)的情形。第一加熱元件250的盤繞部位230A與230B分別耦合至末端216A與216B，以將該些盤繞部位230A與230B分別通過導(dǎo)線215A與215B(如圖5所示)而連接至一電源。
第二加熱元件260系形成于位在承載器155主體中，較該第一加熱元件250距離該承載器表面(未顯示)更遠(yuǎn)的一位置上。換句話說，即如圖16所見，第一加熱元件250系位在第二加熱元件260的上方。第二加熱元件260包括互為反向的盤繞部位232A與232B，并依軸心217B為準(zhǔn)而呈鏡像式樣。第二加熱元件260的盤繞部位232A與232B分別耦合至末端221A與221B，以將該些盤繞部位232A與232B分別通過導(dǎo)線220A與220B(如圖5所示)而連接至一電源。
如圖14所示，第一加熱元件250及/或第二加熱元件260可根據(jù)承載器表面(未顯示)溫度分布的需求，而具有不同的截面積。在一固定電流下，增加第一加熱元件250及/或第二加熱元件260的截面積，會(huì)致使電阻下降，也因此降低熱輸出量。在任一固定電流下，縮小第一加熱元件250及/或第二加熱元件260的截面積，會(huì)致使電阻提高，也因此提高熱輸出量。可調(diào)整加熱器150的截面積與電阻，以達(dá)到想要的熱輸出與溫度分布情形。
參考圖16，標(biāo)示為D-D的平面404系與加熱器150的傳動(dòng)軸158的縱向軸心平行。標(biāo)示為D-D的平面404穿越第一加熱元件250與第二加熱元件260。圖17繪示在穿越第一加熱元件250與第二加熱元件260且標(biāo)示為D-D的平面404處的剖面圖，以顯示第一加熱元件250如何通過軸心217A與軸心217B之間的距離而偏離第二加熱元件260。第一加熱元件具有以軸心217A為準(zhǔn)而互呈反向的盤繞部位230A與230B，且具有末端216A與216B。第二加熱元件260具有以軸心217B為準(zhǔn)而互呈反向的盤繞部位232A與232B，且具有末端221A與221B。在此實(shí)施例中，第一加熱元件250與第二加熱元件260是偏離的，其在模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果中，可比當(dāng)盤繞部位不互相偏離時(shí)，得到較佳的承載器表面(未顯示)溫度分布一致性。距離407系指第一加熱元件250的一盤繞部位與第二加熱元件260的一盤繞部位之間的水平距離(如圖所見)。在一實(shí)施例中，對(duì)一直徑300毫米的平臺(tái)而言，所使用的代表性距離(距離407)約介于3至30毫米之間，以改善整個(gè)平臺(tái)表面的溫度一致性。在另一實(shí)施例中，該代表性距離(距離407)可能介于約3至30毫米之間。在又一實(shí)施例中，該代表性距離約介于7至10毫米之間。在第16與圖17所顯示的實(shí)施例中，距離407系借著在軸心217A與軸心217B實(shí)質(zhì)上保持平行的情況下，使第一加熱元件250偏離第二加熱元件260所造成。在另一實(shí)施例中，距離407系使第一加熱元件250以一線性方向(linear direction)來偏離第二加熱元件260所造成，使得軸心217A與軸心217B互呈一個(gè)約介于0°至180°的角度，且在另一實(shí)施例中，該角度約介于15°至165°之間。圖17顯示第一加熱元件250的鄰接盤繞部位之間的距離，P間距(pitch P)418。在一實(shí)施例中，距離407可能約為P間距418的0.3至0.7倍。在另一實(shí)施例中，距離407能約為5至15毫米。又另一實(shí)施例中，距離407可能約為7至10毫米。
圖18繪示第一加熱元件250與第二加熱元件260的另一實(shí)施例。為方便表達(dá)，系以影線(hatched)來表示第一加熱元件250。第一加熱元件250呈現(xiàn)一方形盤繞設(shè)計(jì)，其他盤繞設(shè)計(jì)或其他種類的設(shè)計(jì)亦可用于此實(shí)施例中。第一加熱元件包括末端216A與216B。
第二加熱元件260包括末端221A與221B。第二加熱元件260呈現(xiàn)一方形盤繞設(shè)計(jì)，其他盤繞設(shè)計(jì)或其他種類的設(shè)計(jì)亦可用于此實(shí)施例中。在一實(shí)施例中，第一加熱元件250與第二加熱元件260不相交，因此在第一加熱元件250與第二加熱元件260之間永遠(yuǎn)保持一距離。在一實(shí)施例中，第一加熱元件250與第二加熱元件260之間的距離系保持一固定距離。在一實(shí)施例中，可變化第一加熱元件250與第二加熱元件260之間的距離408，以依照要求來改變熱輸出與溫度分布。
標(biāo)示為E-E的平面406系平行于加熱器150的傳動(dòng)軸158的直線軸心。標(biāo)示為E-E的平面406橫越第一加熱元件250器與第二加熱元件260。在一實(shí)施例中，如圖18所繪示的，第一加熱元件250位在第二加熱元件260的上方。
圖19繪示圖18中標(biāo)示為E-E的平面的剖面圖。該平面圖顯示第一加熱元件250位在第二加熱元件260的上方。并顯示第一加熱元件250偏離該第二加熱元件260。距離408系為第一加熱元件250的盤繞部位與第二加熱元件260的盤繞部位之間的水平距離。圖19中所顯示的P間距428系為第一加熱元件250的鄰接盤繞部位之間的距離。在一實(shí)施例中，第一加熱元件250的距離408約為P間距428的0.3至0.7倍。在一實(shí)施例中，第一加熱元件250的距離408約為P間距428的0.5倍。
在一實(shí)施例中，可變化第一加熱元件250及/或第二加熱元件260的截面積，以改變第一加熱元件250及/或第二加熱元件260的電阻與熱輸出量。在任一特定電流下，若加熱元件250與260的截面積增加，則其電阻會(huì)降低，熱輸出因而降低。反而的，在任一特定電流下，若加熱元件250與260的截面積縮小，則其電阻會(huì)增加，也因此使熱輸出提高。當(dāng)需要時(shí)，第一加熱元件250及/或第二加熱元件260的截面積、電阻與熱輸出可根據(jù)其各自的長(zhǎng)度而加以調(diào)整，以由加熱器150來達(dá)成想要的熱輸出與溫度分布(請(qǐng)見圖1)。
圖20顯示承載器155主體中第一加熱元件250與第二加熱元件260設(shè)計(jì)的另一實(shí)施例。在此實(shí)施例中，第一加熱元件250與第二加熱元件260之間如圖所示的偏離h272的距離。所顯示的第一加熱元件250系由兩個(gè)互呈反向的盤繞部位230A與230B所形成，并以軸心217為準(zhǔn)呈現(xiàn)鏡像式樣。第一加熱元件250的盤繞部位230A與230B分別耦合至末端216A與216B，以將盤繞部位230A與230B分別通過導(dǎo)線215A與215B(顯示于圖5中)而連接至一電源。
第二加熱元件260系形成于位在承載器155主體中，較該第一加熱元件250距離該承載器表面(未顯示)更遠(yuǎn)的一位置上。換句話說，即如圖20所見，第一加熱元件250系位在第二加熱元件260的上方。第二加熱元件260包括以軸心217為準(zhǔn)而呈鏡像式樣的相對(duì)盤繞部位232A與232B。第二加熱元件260的盤繞部位232A與232B分別耦合至末端221A與221B，以將該些盤繞部位232A與232B分別通過導(dǎo)線220A與220B(顯示于圖5中)而連接至一電源。
類似圖14，可如上所述地，根據(jù)需要的承載器表面(未顯示)溫度分布，而使第一加熱元件250與/或第二加熱元件260具有不同的截面積。
圖21繪示一第一加熱器與一第二加熱器的溫度分布情形。第一加熱器的第一溫度分布2110(例如一個(gè)如第14與15圖所繪示的加熱器)由其一側(cè)至中心點(diǎn)、再至另一側(cè)的表面上具有一大致粗略的溫度分布情形。如圖21所繪示的，具有第一溫度分布2110的第一加熱器的半徑為150毫米。第一溫度分布2110的范圍系從約535℃至約590℃。對(duì)應(yīng)于第二加熱器的第二溫度分布2120的溫度范圍則從約555℃至600℃。
參考圖22，其系繪示第一加熱元件250與第二加熱元件260的另一實(shí)施例。在此實(shí)施例中，第一加熱元件250具有軸心217A及其同心弧狀部分的中心422。第二加熱元件260具有軸心217B及其同心弧狀部分的中心420。第一加熱元件250的中心422系而與第二加熱元件260的中心420發(fā)生一線性偏離424。此外，第一加熱元件250的軸心217A與該第二加熱元件260的軸心217B偏離一角度α430。在一實(shí)施例中，偏離角度α430約介于15°至165°之間。在另一實(shí)施例中，偏離角度α430約介于30°至150°之間。圖22中之間距438系第一加熱元件250的鄰接盤繞部位間的距離。在一實(shí)施例中，線性偏離424約為P間距438的0.3至0.7倍。在另一實(shí)施例中，該線性偏離424約為P間距438的二分的一。在一實(shí)施例中，線性偏離424介于約1毫米約50毫米之間。在另一實(shí)施例中，線性偏離424介于約5毫米約25毫米之間。在另一實(shí)施例中，線性偏離424介于約10毫米約15毫米之間。
以上敘述內(nèi)從主要有關(guān)于一種用于一CVD系統(tǒng)的多區(qū)域、單晶圓式加熱器的使用。包括一雙區(qū)域加熱器裝置等本發(fā)明系已敘述如上。需明白，附加的加熱元件與連接于該加熱元件上的溫度指示裝置均為本發(fā)明范圍或精神所涵蓋。亦需明白，本發(fā)明并不僅限于CVD反應(yīng)器、系統(tǒng)或方法，并可應(yīng)用至需要精確溫度控制的的各種其他用途中。
本發(fā)明系已以數(shù)個(gè)較佳實(shí)施例詳述于上述內(nèi)容中。然可在不偏離下述申請(qǐng)專利范圍所界定的較廣的本發(fā)明范圍與精神下，當(dāng)可作各種修飾與變化。因此，本說明書及圖式僅作示范而作限制的用。
權(quán)利要求
1.一種裝置，其包含一平臺(tái)，系包括一主體及一用以支撐一晶圓的表面區(qū)域；一傳動(dòng)軸，系耦合至該平臺(tái)；一第一加熱元件，系位于該平臺(tái)的主體的一第一平面中；以及一第二加熱元件，系位于該平臺(tái)的主體的一第二平面中，該第二平面較該第一平面距離該平臺(tái)表面更遠(yuǎn)，其中該第二加熱元件系從與該主體的第一平面實(shí)質(zhì)平行的一平面上偏離該第一加熱元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該第一加熱元件系一電阻加熱元件，其包括一具有一第一電阻的第一部位，以及一具有一第二電阻的第二部位，該第二電阻與該第一電阻不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，該第一加熱元件的該第二部位系位在該平臺(tái)的一區(qū)域中，該第一加熱元件的第二部位系位在較該第一加熱元件的第一部位距離該區(qū)域中點(diǎn)更遠(yuǎn)的位置處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該第二加熱元件系一電阻加熱元件，其包括一具有一第一電阻的第一部位以及一具有一第二電阻的第二部位，該第二電阻與該第一電阻不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，該第二加熱元件的該第二部位系位于該平臺(tái)的一區(qū)域內(nèi)，且該第一加熱元件的第二部位系位在較該第一加熱元件的第一部位距離該區(qū)域中點(diǎn)更遠(yuǎn)的位置處。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該第一加熱元件占據(jù)該平臺(tái)的一區(qū)域，其大小實(shí)質(zhì)上相等于該第二加熱元件占據(jù)該平臺(tái)的區(qū)域的大小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該平臺(tái)包括一第一表面用以支撐一晶圓以及一第二表面，以及該傳動(dòng)軸具有一部位系定義出一貫穿該傳動(dòng)軸一長(zhǎng)度之內(nèi)部開孔；其中該傳動(dòng)軸耦合至該平臺(tái)第二表面的實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于該中點(diǎn)的一點(diǎn)，且可傳送電力到該第一加熱元件與該第二加熱元件的導(dǎo)線系位于該開孔中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該平臺(tái)主體實(shí)質(zhì)上為圓柱形，以使一中點(diǎn)對(duì)應(yīng)至一垂直該平面的軸心；以及以該軸心為準(zhǔn)，借著一第一半徑來定義出該平臺(tái)的該區(qū)域的第一部位；以及以該軸心為準(zhǔn)，借著一個(gè)大于該第一半徑的一第二半徑來定義出該區(qū)域的第二部位。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，該第一加熱元件系一電阻加熱元件，該電阻加熱元件包括一第一電阻，位在對(duì)應(yīng)該平臺(tái)的該區(qū)域的第一部位中；以及一第二電阻，位在對(duì)應(yīng)該平臺(tái)的該區(qū)域的第二部位中；以及其中該第二加熱元件系一電阻加熱元件，該電阻加熱元件包括一第一電阻，位在對(duì)應(yīng)該平臺(tái)的該區(qū)域的第一部位中；以及一第二電阻，位在對(duì)應(yīng)該平臺(tái)的該區(qū)域的第二部位中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，該第一加熱元件的第一電阻小于該第一加熱元件的第二電阻，且該第二加熱元件的第一電阻大于該第二加熱元件的第二電阻。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，該第一加熱元件的功率密度大于在對(duì)應(yīng)于該平臺(tái)的該區(qū)域的第一部位中的該第二加熱元件的功率密度，以及大于位在對(duì)應(yīng)于該平臺(tái)的該區(qū)域的第二部位中的該第二加熱元件的功率密度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該第一加熱元件包括被一第一軸心所分開的兩部位，以及其中該第二加熱元件包括被一第二軸心所分開的兩部位，其中該第一軸心與該第二軸心至少平行或相交，以在該表面的一平面中定義出介于約0°至約180°的一角度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，該平臺(tái)主體實(shí)質(zhì)上為圓柱形，以使一中點(diǎn)對(duì)應(yīng)至一垂直該平面的軸心；以及以該軸心為準(zhǔn)，借著一第一半徑來定義出該平臺(tái)的該區(qū)域的第一部位；以及以該軸心為準(zhǔn)，借著一個(gè)大于該第一半徑的一第二半徑來定義出該區(qū)域的第二部位，其中該第一加熱元件的功率密度大于對(duì)應(yīng)于該平臺(tái)的該區(qū)域的第一部位中的該第二加熱元件的功率密度，以及大于對(duì)應(yīng)于該平臺(tái)的該區(qū)域的第二部位中的該第二加熱元件的功率密度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該平臺(tái)系由一種溫度能達(dá)到超過約750℃的材料所構(gòu)成。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，該平臺(tái)與該傳動(dòng)軸系由氮化鋁所構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，該平臺(tái)包含氮化鋁及具有約介于140瓦特/mK至200瓦特/mK之間的一熱傳導(dǎo)系數(shù)，以及該傳動(dòng)軸包含氮化鋁及具有約介于60瓦特/mK至100瓦特/mK之間的一熱傳導(dǎo)系數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，用以支撐一晶圓的該區(qū)域包括一晶圓容器，其系以約60°至80°的一角度被壓置在該平臺(tái)的表面中。
18.一種反應(yīng)器，其包括一室；以及一電阻加熱器，其包括一平臺(tái)位于該室中，該平臺(tái)包括一主體及用以支撐一晶圓的一表面區(qū)域；一傳動(dòng)軸，系耦合至該平臺(tái)；一第一加熱元件，系位在該平臺(tái)的該區(qū)域的第一部位中，且位在該平臺(tái)主體的第一平面中；以及一第二加熱元件，系位在該平臺(tái)的該區(qū)域的第二部位中，且位在該平臺(tái)主體的第二平面中，該加熱器主體的第二平面較該主體的第一平面距離該平臺(tái)表面更遠(yuǎn)，其中該第一加熱元件的功率密度大于對(duì)應(yīng)于該平臺(tái)的該區(qū)域的第一部位中的該第二加熱元件的功率密度，以及該第一加熱元件的功率密度小于對(duì)應(yīng)于該平臺(tái)的第二部位中的該第二加熱元件的功率密度，此外，其中該第二加熱元件系從與該平臺(tái)主體的該第一平面實(shí)質(zhì)平行的一平面上偏離該第一加熱元件。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的反應(yīng)器，其特征在于，該平臺(tái)主體實(shí)質(zhì)上為圓柱形，使得一中點(diǎn)對(duì)應(yīng)至垂直于該平面的一軸心，以及該第二平臺(tái)區(qū)域較該第一平臺(tái)區(qū)域距離該中點(diǎn)更遠(yuǎn)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的反應(yīng)器，其特征在于，該第一加熱元件系由被一第一軸心所分開的兩區(qū)域所定義出來，一第一盤繞部位系位在該第一部位的第一區(qū)域中，以及一第二盤繞部位系位在該第一部位的第二區(qū)域中，該第一盤繞部位通過該第一軸心而耦合至該第二盤繞部位。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的反應(yīng)器，其特征在于，更包括一第一溫度感應(yīng)裝置，系位于該傳動(dòng)軸中，用以測(cè)量該平臺(tái)的一第一溫度；以及一第二溫度感應(yīng)裝置，用以測(cè)量對(duì)應(yīng)至該平臺(tái)的該區(qū)域的第一部位及第二部位其中一者的一區(qū)域內(nèi)的一第二溫度。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的反應(yīng)器，其特征在于，該第一溫度感應(yīng)裝置為一熱電偶。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的反應(yīng)器，其特征在于，該第二溫度感應(yīng)裝置為一高溫計(jì)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的反應(yīng)器，其特征在于，該室包括一頂面，以及該高溫計(jì)系位于該室的頂面中的一窗口內(nèi)。
25.根據(jù)權(quán)利要求28所述的反應(yīng)器，其特征在于，該傳動(dòng)軸具有一部份，系定義出一貫穿該傳動(dòng)軸的一長(zhǎng)度之內(nèi)部開孔，該反應(yīng)器更包括一電源，該電源系穿過該傳動(dòng)軸中的該開孔，而耦合至該第一加熱元件與該第二加熱元件。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的反應(yīng)器，其特征在于，更包括一控制器，系耦合至該電源，以控制該第一加熱元件與該第二加熱元件的溫度。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的反應(yīng)器，其特征在于，該控制器將該第一加熱元件與該第二加熱元件的溫度控制在約±3℃以內(nèi)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的反應(yīng)器，其特征在于，該控制器至少耦合至該第一溫度感應(yīng)裝置與該第二溫度感應(yīng)裝置。
29.根據(jù)權(quán)利要求18所述的反應(yīng)器，其特征在于，該加熱器系由一種溫度能到達(dá)超過約750℃的材料所構(gòu)成。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的反應(yīng)器，其特征在于，該平臺(tái)系由氮化鋁所構(gòu)成，且具有約介于140瓦特/mK至約200瓦特/mK之間的一熱傳導(dǎo)系數(shù)。
31.根據(jù)權(quán)利要求18所述的反應(yīng)器，其特征在于，該加熱器的主體具有一底面及一部位系定義出一貫穿該主體且實(shí)質(zhì)垂直于該表面的開孔，該反應(yīng)器更包括一升降頂針，其具有一第一末端與一第二末端，該第一末端位在貫穿該加熱器主體的該開孔中，以及該第二末端系延伸在該加熱器主體的底面的下方；一舉升組件，系耦合至該傳動(dòng)軸，以在該反應(yīng)室中，使該加熱器在一第一位置與一第二位置之間移動(dòng)；以及一升降盤，系耦合至該舉升組件，且該升降盤具有一部分位在該室中，位在該室中的該部位包括一表面，系以垂直于該傳動(dòng)軸的方向作延伸；且該表面實(shí)質(zhì)平行于該平臺(tái)主體的頂面，使得當(dāng)該加熱器位于該第一位置時(shí)，該升降頂針接觸該升降盤。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的反應(yīng)器，其特征在于，該升降盤系由一種溫度能達(dá)到超過約750℃的材料所構(gòu)成。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的反應(yīng)器，其特征在于，該升降盤系由氮化鋁所構(gòu)成，且具有約介于140瓦特/mK至約200瓦特/mK之間的一熱傳導(dǎo)系數(shù)。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的反應(yīng)器，其特征在于，該升降頂針系由藍(lán)寶石或氮化鋁其中一者所構(gòu)成。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的反應(yīng)器，其特征在于，貫穿該主體的該開孔具有一第一直徑的第一部位，以支撐該頂針的頭部；以及一第二直徑的第二部位，該第二直徑小于該第一直徑。
36.根據(jù)權(quán)利要求18所述的反應(yīng)器，其特征在于，用以支撐一晶圓的該區(qū)域包括一晶圓容器，其系以約60°至80°的角度被壓置陷入該平臺(tái)表面中。
37.一種用于化學(xué)氣相沉積裝置的加熱系統(tǒng)，其包括一電阻加熱器，其包括一平臺(tái)，該平臺(tái)包含一主體及用以支撐一晶圓的一表面區(qū)域；一傳動(dòng)軸，系耦合至該平臺(tái)；一第一加熱元件，系位于該平臺(tái)的主體的一第一平面中；以及一第二加熱元件，系位于該平臺(tái)的主體的一第二平面中，該加熱器主體的該第二平面較該主體的第一平面距離該平臺(tái)表面更遠(yuǎn)，其中該第二加熱元件系在與該主體的第一平面實(shí)質(zhì)平行的一平面上偏離該第一加熱元件；一第一溫度感應(yīng)裝置，系位在該傳動(dòng)軸中，用以測(cè)量該平臺(tái)的第一溫度；以及一電源，系耦合至該第一加熱元件與該第二加熱元件。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其特征在于，該第一加熱元件的功率密度大于在對(duì)應(yīng)于該平臺(tái)的該區(qū)域的第一部位中的該第二加熱元件的功率密度，以及該第一加熱元件的功率密度小于對(duì)應(yīng)于該平臺(tái)的該區(qū)域的第二部位中的該第二加熱元件的功率密度，其中該平臺(tái)主體實(shí)質(zhì)上為圓柱形，使得一中點(diǎn)對(duì)應(yīng)至垂直該表面的一軸心；以及以該軸心為準(zhǔn)，借著一第一半徑來定義出該平臺(tái)的該區(qū)域的第一部位；以及以該軸心為準(zhǔn)，借著一個(gè)大于該第一半徑的一第二半徑來定義出該區(qū)域的第二部位。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的反應(yīng)器，其特征在于，該第一加熱元件系以一對(duì)盤繞部位的方式位在約該第一部位中，且該第一部位系由被一第一軸心分開的兩區(qū)域所定義出來，一第一盤繞部位系位在該第一部位的第一區(qū)域中，以及一第二盤繞部位系位在該第一部位的第二區(qū)域中，該第一盤繞部位系通過該第一軸心而耦合至該第二盤繞部位，其中該第二加熱元件系以一對(duì)盤繞部位的方式位在約該第二部位中，且該第二部位系由被一第二軸心分開的兩區(qū)域所定義出來，一第一盤繞部位系位在該第二部位的第一區(qū)域中，以及一第二盤繞部位系位在該第二部位的第二區(qū)域中，該第一盤繞部位系通過該第二軸心而耦合至該第二盤繞部位，以及該第一軸心與該第二軸心至少平行或相交，以在該表面的一平面中定義出約介于0°至180°之間的一角度。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其特征在于，該第一軸心與第二軸心的交點(diǎn)系在該表面的一平面中定義出一至少約90°的角度。
41.根據(jù)權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其特征在于，更包括一第二溫度感應(yīng)裝置，用來測(cè)量對(duì)應(yīng)至該平臺(tái)的該區(qū)域的一第一部位與一第二部位其中一者的第二溫度，以及一第三溫度感應(yīng)器，用來測(cè)量對(duì)應(yīng)至對(duì)應(yīng)至該平臺(tái)的該區(qū)域的該第一部位與該第二部位的另一者的第三溫度。
42.根據(jù)權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其特征在于，該加熱器的傳動(dòng)軸具有一部位系定義出一貫穿該傳動(dòng)軸的一長(zhǎng)度之內(nèi)部開孔，該系統(tǒng)更包括一電源，系穿過該傳動(dòng)軸中的該開孔而耦合至該第一加熱元件與該第二加熱元件。
43.根據(jù)權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其特征在于，更包括一控制器系耦合至一電源，以控制該第一加熱元件與該第二加熱元件的溫度。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其特征在于，該控制器系將該第一加熱元件與該第二加熱元件的溫度控制在約±2.5℃以內(nèi)。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的系統(tǒng)，其特征在于，該控制器至少與該第一溫度感應(yīng)裝置、第二溫度感應(yīng)裝置及第三溫度感應(yīng)裝置中的其中兩者相耦合。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的系統(tǒng)，其特征在于，該第一溫度感應(yīng)裝置系一熱電偶，以及該第二溫度感應(yīng)裝置與該第三溫度感應(yīng)裝置分別為一高溫計(jì)。
47.根據(jù)權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其特征在于，該第二溫度感應(yīng)裝置系設(shè)置于一化學(xué)氣相沉積室的外表面中的一第一窗口內(nèi)，以及該第三溫度感應(yīng)裝置系設(shè)置在該室的外表面中的一第二窗口內(nèi)。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的系統(tǒng)，其特征在于，更包括一歧管(manifold)耦合至該室之內(nèi)側(cè)表面，以配送制程氣體至該室中，該歧管的位置位于該平臺(tái)表面，且其厚度大致約為該第一窗口或該第二窗口其中一者的厚度的三倍。
49.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其特征在于，該加熱器主體具有一底面及一部位系定義出一貫穿該主體且大致垂直于該表面的開孔，該系統(tǒng)更包括一升降頂針，其具有一第一末端與一第二末端，該第一末端位在貫穿該加熱器主體的該開孔中，以及該第二末端系延伸在該加熱器主體的底面的下方；一舉升組件，其耦合至該傳動(dòng)軸，以在該反應(yīng)室中，使該加熱器在一第一位置與一第二位置之間移動(dòng)；以及一升降盤，其耦合至該舉升組件，且該升降盤具有一部分位在該室中，位在該室中的該部位包括一表面，系以垂直于該傳動(dòng)軸的方向作延伸；且該表面實(shí)質(zhì)平行于該平臺(tái)主體的頂面，使得當(dāng)該加熱器位于該第一位置時(shí)，該升降頂針接觸該升降盤。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的系統(tǒng)，其特征在于，貫穿該主體的該開孔具有一第一部位及一第二部位，該一部位具有一第一直徑，以支撐該升降頂針的頭部，該第二部位具有小于該第一直徑的一第二直徑。
51.一種方法，系包括提供一功率至一第一電阻加熱元件與一第二電阻加熱元件，該第一電阻加熱元件位在一電阻加熱器的平臺(tái)主體的一第一平面中，該第二電阻加熱元件位在該平臺(tái)主體的一第二平面中，其中該第二加熱元件系在至少與該第一平面或該第二平面其中一者實(shí)質(zhì)平行的第三平面上偏離該第一加熱元件；以及改變位在該平臺(tái)的至少兩區(qū)域中的該第一電阻加熱元件與該第二電阻加熱元件至少其中一者的電阻。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其特征在于，該改變電阻的步驟包括提供至少具有一第一電阻與一第二電阻的該電阻加熱元件。
53.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其特征在于，該改變電阻的步驟包括改變至少位在該平臺(tái)的兩區(qū)域中的該第一電阻加熱元件與該第二電阻加熱元件的電阻。
54.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其特征在于，該電阻加熱器包括一平臺(tái)，該平臺(tái)包括一主體及用以支撐一晶圓的一表面區(qū)域，該第一加熱元件系形成于該平臺(tái)主體的第一平面中，以及一第二加熱元件系形成于該平臺(tái)主體的第二平面中，該第二平面較該第一平面距離該平臺(tái)表面更遠(yuǎn)，改變?cè)撾娮璧牟襟E更包括對(duì)于該第一加熱元件，使該平臺(tái)中以一中點(diǎn)為準(zhǔn)且由以一第一半徑所定義出的第一區(qū)域的電阻，大于該平臺(tái)中以一中點(diǎn)為準(zhǔn)且由一大于該第一半徑的第二半徑所定義出的第二區(qū)域的電阻；以及對(duì)于該第二加熱元件，使該第二區(qū)域中的電阻大于該第一區(qū)域中的電阻。
55.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其特征在于，該電阻加熱器包括一平臺(tái)，該平臺(tái)包含一個(gè)用以支撐一晶圓的一表面區(qū)域，該方法更包括借著調(diào)節(jié)供應(yīng)至該電阻加熱元件的功率，以控制該平臺(tái)表面的溫度。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，更包括以至少兩溫度感應(yīng)裝置來測(cè)量該溫度，一第一溫度感應(yīng)裝置位于一個(gè)由該平臺(tái)底面所延伸出的傳動(dòng)軸中，該第一溫度感應(yīng)裝置系用來測(cè)量該平臺(tái)的第一溫度，以及一第二溫度感應(yīng)裝置用來測(cè)量該平臺(tái)的第一區(qū)域與一第二區(qū)域中的一第二溫度，該平臺(tái)的第一區(qū)域以一中點(diǎn)為準(zhǔn)由一第一半徑所定義出來，該第二區(qū)域系以一中點(diǎn)為準(zhǔn)由一第二半徑所定義出來；以及比較由第一溫度感應(yīng)裝置所測(cè)得的溫度以及由第二溫度感應(yīng)裝置所測(cè)得的溫度。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，其特征在于，控制該溫度的步驟包括將該比較溫度控制在約750℃下，±2.5℃以內(nèi)。
58.一種方法，系包括在一反應(yīng)器的室中提供一電阻加熱器，該電阻加熱器包括一平臺(tái)，系位在該室中，且該平臺(tái)包含一主體及用以支撐一晶圓的一表面區(qū)域；一第一加熱元件，其具有一第一功率密度與一第二功率密度；以及一第二加熱元件，其具有一第一功率密度與一第二功率密度，該第一加熱元件系形成于該平臺(tái)主體的一第一平面中，以及該第二加熱元件系形成于該平臺(tái)主體的一第二平面中，該第二平面較該第一平面距離該表面更遠(yuǎn)，其中該第二加熱元件系在與該第一平面或該第二平面其中一者實(shí)質(zhì)平行的一平面上偏離該第一加熱元件；以及提供一功率至該第一加熱元件及該第二加熱元件。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，對(duì)于該第一加熱元件，將一大于該平臺(tái)的第二區(qū)域的功率密度的功率密度提供至該第一區(qū)域，該第一區(qū)域系以一中點(diǎn)為準(zhǔn)，由一第一半徑所定義出，以及該第二區(qū)域系以一中點(diǎn)為準(zhǔn)，由一第二半徑所定義出；以及對(duì)該第二加熱元件，將一大于該第一區(qū)域的功率密度的功率密度提供至該第二區(qū)域。
60.根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，更包括借著調(diào)節(jié)供應(yīng)至該電阻加熱元件的功率，以控制該平臺(tái)表面的溫度。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的方法，其特征在于，更包括以至少兩溫度感應(yīng)裝置測(cè)量該溫度，一第一溫度感應(yīng)裝置設(shè)置在由該平臺(tái)表面所延伸出的一傳動(dòng)軸中，該第一溫度感應(yīng)裝置系用來測(cè)量該平臺(tái)的第一溫度，以及一第二溫度感應(yīng)裝置用來測(cè)量該平臺(tái)的一第一區(qū)域與一第二區(qū)域中的第二溫度，該平臺(tái)的第一區(qū)域系以一中點(diǎn)為準(zhǔn)由一第一半徑所定義出來，該第二區(qū)域系以一中點(diǎn)為準(zhǔn)由一第二半徑所定義出來。
62.根據(jù)權(quán)利要求60所述的方法，其特征在于，控制該溫度的步驟更包括將該平臺(tái)的溫度，以使該第二溫度測(cè)量與該第三溫度測(cè)量約為750℃，±3℃以內(nèi)。
全文摘要
一種整合式沉積系統(tǒng)，其能汽化低蒸汽壓力的液體前驅(qū)物并輸送該蒸汽至一處理區(qū)，以制造先進(jìn)的集成電路。該整合式沉積系統(tǒng)包括一已加熱的排除系統(tǒng)、一遠(yuǎn)端電漿產(chǎn)生裝置、一處理室、一液體配送系統(tǒng)與一電腦控制模塊，且該些裝置共同創(chuàng)造出一種具商業(yè)可行性與生產(chǎn)價(jià)值的利用低蒸汽壓前驅(qū)物來沉積高效介電材料(high capacity dielectric material)的系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H01L21/00GK1695230SQ03824977
公開日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2003年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月19日
發(fā)明者H·霍, 崔安青, 袁曉雄 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司