專利名稱：用于均勻加熱襯底的腔室的制作方法
本申請的相關(guān)交叉申請本申請要求2000年12月29日提交的美國臨時(shí)專利申請第60/259,035號的權(quán)益，在此結(jié)合該申請作為參考資料，
相關(guān)技術(shù)背景在平板顯示器(FPD)、薄膜晶體管(TFT)和液晶單元的制造中，通過沉積和并從玻璃襯底除去導(dǎo)電、半導(dǎo)電和絕緣的多層材料而形成金屬互連和其它特征結(jié)構(gòu)。所形成的各種特征結(jié)構(gòu)被集成為一個(gè)系統(tǒng)，共同用于形成例如有源矩陣顯示熒光屏，其中在FPD上的各個(gè)像素中以電子方式產(chǎn)生顯示狀態(tài)。用于產(chǎn)生FPD的處理技術(shù)包括等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)、物理汽相沉積(PVD)、刻蝕等。等離子體處理特別適合于制造平板顯示器，因?yàn)槌练e膜所需要的處理溫度相對較低并且由等離子體工藝產(chǎn)生的膜質(zhì)量好。
在FPD處理期間，對于使FPD適當(dāng)?shù)毓ぷ鱽碚f，對襯底的整個(gè)表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)哪崽幚硎顷P(guān)鍵。所需要的加熱溫度根據(jù)所處理的膜的類型和所進(jìn)行的工藝而改變。例如，在FPD的結(jié)構(gòu)中使用的平板顯示器的一個(gè)示例性類型是低溫多晶硅(LTPS)。LTPS膜處理的部件要要求LTPS膜被加熱到約600℃，以便從膜上除去氫，而對于非晶硅(α-Si)膜來說，相同的熱處理需要直至約450℃的大致較低的溫度。
一般情況下，膜的熱處理是對溫度高度敏感的，因?yàn)闇囟炔痪鶆驅(qū)?dǎo)致不能充分除去不希望的污染物，導(dǎo)致膜剝離和脫落。為了補(bǔ)償溫度非均勻性熱處理，必須延長時(shí)間。不幸的是，延長熱處理時(shí)間將增加制造成本，而如果處理不完全則經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生不能使用的膜。
常規(guī)熱處理室通過氣體傳導(dǎo)和熱輻射結(jié)合來加熱一個(gè)或多個(gè)襯底從而提供熱處理。不幸的是，室壁和其它室內(nèi)部件在腔室內(nèi)提供了熱傳導(dǎo)路徑，導(dǎo)致熱傳導(dǎo)損失。熱傳導(dǎo)損失產(chǎn)生恒定波動(dòng)的襯底熱處理環(huán)境。隨著溫度增高，熱傳導(dǎo)損失變得更顯著，使襯底熱處理環(huán)境內(nèi)的熱非均勻性惡化。而且，常規(guī)的熱處理室通常非常大以容納襯底周界，由于增加了要加熱的面積和體積而進(jìn)一步使得保溫問題惡化。例如，隨著更大計(jì)算機(jī)顯示器、監(jiān)視器、平面熒光屏電視等的需求的增加，典型襯底可以是620mm×750mm或更大，例如，設(shè)想了1米×1米的襯底。通常，為了補(bǔ)償更大襯底、更大的室體積以及熱損失的連續(xù)增加，使用了更多加熱部件，由此增加了設(shè)備成本、能量耗用以及溫度非均勻性。隨著溫度增高，通常使用銅加熱元件來抵銷能量成本和提供有效加熱。銅加熱器一般比其它類型的加熱元件更為能量有效。不幸的是，隨著溫度增高，銅原子經(jīng)常從銅加熱器上逸出而進(jìn)入加熱室并污染膜。因此，傳統(tǒng)的加熱室和加熱工藝不能提供可接受的均勻且無污染的襯底加熱，用于有效的和節(jié)約成本的襯底加熱工藝。
因此，需要提供一種方法和設(shè)備，用于在有效的無污染熱處理系統(tǒng)中均勻地?zé)崽幚矶鄠€(gè)襯底。
發(fā)明概述本發(fā)明的實(shí)施例一般提供用于在襯底處理系統(tǒng)中均勻加熱處于加熱室內(nèi)的襯底。在本發(fā)明的一個(gè)方案中，在具有主體、底部和蓋子的絕緣室內(nèi)均勻地加熱襯底。該室還包括設(shè)置在室內(nèi)的熱反射器、設(shè)置在與熱反射器相鄰的室內(nèi)的加熱器以及多個(gè)加熱支架，多個(gè)加熱支架可移動(dòng)地設(shè)置在室內(nèi)以便支撐室內(nèi)的至少兩個(gè)襯底。
在本發(fā)明的另一方案中，提供一種用于均勻加熱襯底的方法，包括在室內(nèi)的多個(gè)加熱支架上支撐多個(gè)襯底，其中該室稍微更大并成形為與襯底支架的形狀相符；提供介于約450℃和約600℃之間的處理溫度；提供在該室內(nèi)的真空；以及將襯底均勻加熱到均勻溫度。
附圖簡要說明因此可以之實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述及實(shí)施例的方式以及可從細(xì)節(jié)上理解的方式、本發(fā)明更詳細(xì)說明和上述簡要說明都可以參照以附圖所例示的各實(shí)施例。
然而，應(yīng)當(dāng)注意附圖只是表示本發(fā)明的典型實(shí)施例，因此不應(yīng)被認(rèn)為限制了本發(fā)明的范圍，因?yàn)楸景l(fā)明應(yīng)當(dāng)包括其它等效的實(shí)施例。


圖1是包括本發(fā)明的加熱室的處理系統(tǒng)的平面圖。
圖2是圖1的加熱室的一個(gè)實(shí)施例的立體圖。
圖3是表示上部和下部鐘形罩結(jié)構(gòu)的圖1的加熱室的部分剖視圖。
圖4是表示圖1的加熱室和傳送室的部分剖視圖。
圖5是圖1的加熱室的部分剖視圖，展示出主體、熱反射器和加熱器。
圖6是圖5的加熱室的頂部剖視圖。
圖7是與圖5的加熱室一起使用的加熱器的側(cè)視圖。
圖8是與圖5的加熱室一起使用的加熱器的部分剖視圖。
圖9是與圖5的加熱室一起使用的加熱襯底支座的透視圖。
圖10是與圖5的加熱室一起使用的加熱襯底支座的俯視圖。
圖11是在圖5的加熱室內(nèi)進(jìn)行熱處理的襯底的等溫線。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例在公知為成組工具(cluster tool)的多室處理系統(tǒng)中具有特別的優(yōu)點(diǎn)，該系統(tǒng)通常用在半導(dǎo)體工業(yè)中并適于支持這里所述的襯底加熱室。成組工具是一種模塊化系統(tǒng)，其包括執(zhí)行包括襯底加熱、中心搜索和定向、退火、沉積和/或刻蝕等各種功能的多個(gè)室。多個(gè)室安裝到一中心傳送室上，該中心傳送室容納有自動(dòng)裝置，適合于在各室之間往返運(yùn)動(dòng)襯底。傳送室通常保持在真空條件下并設(shè)置中間工作臺，用于從一個(gè)室將襯底傳送到另一個(gè)室和/或傳送到設(shè)置在成組工具的前端的負(fù)載鎖定室。
圖1是用于半導(dǎo)體處理的典型處理系統(tǒng)100的平面圖，其中有利地利用了本發(fā)明。該處理系統(tǒng)100一般包括多個(gè)室和自動(dòng)裝置并優(yōu)選配備有處理系統(tǒng)控制器102，該控制器102被編程用以執(zhí)行在處理系統(tǒng)100中完成的各種工藝方法。所示前端設(shè)備104設(shè)置成與一對負(fù)載鎖定室106選擇性地連通。設(shè)置在前端設(shè)備104中的吊艙裝載機(jī)108A-B能線性地、旋轉(zhuǎn)地和垂直地移動(dòng)，從而在負(fù)載鎖定室106和安裝在前端設(shè)備104上的多個(gè)吊艙105之間往復(fù)運(yùn)送襯底。
負(fù)載鎖定室106提供在前端設(shè)備104和傳送室110之間的第一真空界面。設(shè)置了兩個(gè)負(fù)載鎖定室106，以通過交替地與傳送室110和前端設(shè)備104連通而增加生產(chǎn)量。因此，當(dāng)一個(gè)負(fù)載鎖定室106與傳送室110連通時(shí)，第二個(gè)負(fù)載鎖定室106與前端設(shè)備104連通。
自動(dòng)裝置113設(shè)置在傳送室110中心，以便從負(fù)載鎖定室106將襯底傳送到各個(gè)處理室114的其中之一或固定室116。處理室114適于進(jìn)行任何數(shù)量的處理，如膜沉積、退火、刻蝕等，而固定室116適于進(jìn)行定向、冷卻等。在熱處理如除氫期間用來加熱襯底的加熱室140設(shè)置在處理系統(tǒng)100中。加熱室140通常位于處理系統(tǒng)100內(nèi)最有效的處理位置上，但可以位于處理系統(tǒng)100內(nèi)的任何位置上。例如，加熱處理步驟可以在沉積處理步驟之后進(jìn)行。因此，為了最小化自動(dòng)裝置113的運(yùn)動(dòng)，加熱室140可與用于沉積處理步驟的其中一個(gè)處理室114相鄰設(shè)置。
圖2是加熱室140的立體圖，包括上部部件215(例如上部鐘形罩)和下部部件217(例如下部鐘形罩)，其中上部部件215與下部部件217由具有裝載窗口235的連接體230分開。上部部件215和下部部件217密封地固定到連接體230上并相對于連接體230大體對稱且同軸?？墒褂媚Σ僚浜?frictional fit)、使用密封材料如適于承受高溫的填料或膩?zhàn)?、或通過使用如壓敏粘接劑、陶瓷粘接劑、膠等作為耐處理以及沒有如銅這樣的污染物的粘接劑，將上部部件215和下部部件217密封到連接體230。可通過常規(guī)手段如焊接、或通過使用螺栓、卡箍或本領(lǐng)域公知的其它緊固件將上部部件215和下部部件217連接到連接體230。
加熱室140安裝在安裝框架255上以提供對上部部件215和下部部件217的支撐。在一個(gè)方案中，安裝框架255可包括可旋轉(zhuǎn)地安裝于下端的腳輪245、246和247，用于移動(dòng)加熱室140。安裝框架255可通過常規(guī)手段如螺栓、卡箍或本領(lǐng)域中公知的其它緊固件固定到加熱室140和連接體230上。盡管加熱室140優(yōu)選安裝在安裝框架255上，但加熱室140也可采用緊固件如螺釘、螺栓、卡箍等安裝到傳送室110上并由傳送室110支撐。
用于加熱室140內(nèi)的襯底運(yùn)送的電機(jī)285可使用緊固件如螺釘、螺栓、卡箍等固定到加熱室140上。電機(jī)285與絲杠288旋轉(zhuǎn)配合。絲杠288與平臺287旋轉(zhuǎn)配合，平臺287與安裝框架255滑動(dòng)配合。當(dāng)絲杠288由電機(jī)285旋轉(zhuǎn)時(shí)，平臺287就被垂直地升高或降下。
在一個(gè)實(shí)施例中，可使用熱絕緣層(未示出)封閉或包封加熱室140，以便使來自加熱室140的熱損失最小化。熱絕緣層可包括絕緣體如纖維玻璃、陶瓷纖維、石棉、或適于提供熱損失絕緣的其它材料。在一個(gè)實(shí)施例中，絕緣層包括柔性絕緣陶瓷纖維防護(hù)層，其具有低于約0.035瓦/m°K的熱傳導(dǎo)率并穩(wěn)定于約30℃的表面溫度。
圖3是適于襯底熱處理的本發(fā)明的加熱室140的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖。加熱室140包括主體305、蓋子335、和設(shè)置在主體305上并限定了腔307的底部316，腔307用于在其中加熱多個(gè)襯底328。在一個(gè)方案中，主體305由耐處理材料如鋁、鋼、鎳等適于承受處理溫度的材料構(gòu)成，并且一般不受例如銅的污染。主體305可包括延伸到腔307內(nèi)的氣體入口360，用于將加熱室140連接到生產(chǎn)氣體(process gas)供給源(未示出)從而通過它來輸送生產(chǎn)氣體。在另一方案中，真空泵390可通過真空端口392連接到腔307以便保持腔307內(nèi)的真空。
襯底盒310可移動(dòng)地設(shè)置在腔307中并連接到可移動(dòng)部件330的上端?？梢苿?dòng)部件330由適于承受處理溫度并且一般無銅之類污染物的耐處理材料構(gòu)成，如鋁、鋼、鎳等材料?？梢苿?dòng)部件330經(jīng)由底部316進(jìn)入腔307。可移動(dòng)部件330被可滑動(dòng)地并且可密封地設(shè)置穿過底部316并由平臺287提高和降下。平臺287支撐可移動(dòng)部件330的下端，從而隨平臺287的升高或下降，可移動(dòng)部件330連帶著垂直上升或下降?？梢苿?dòng)部件330垂直升高和降低腔307內(nèi)的襯底盒310，以穿過延展通過窗口235的襯底傳送平面332而移動(dòng)襯底328。襯底傳送平面332由借助自動(dòng)裝置113將襯底移進(jìn)和移出襯底盒310的路徑限定。
襯底盒310包括由安裝框架325支撐的多個(gè)襯底加熱架336。雖然在一個(gè)方案中，圖3示出了在襯底盒310內(nèi)的十二個(gè)襯底加熱架336，但是可以設(shè)想使用任何數(shù)量的加熱架。每個(gè)襯底加熱架336包括由托架317連接到框架325的加熱襯底支座340(例如加熱板)。托架317將加熱襯底支座340的邊緣連接到框架325上，并且可使用如壓敏粘接劑、陶瓷粘接劑、膠之類的粘接劑，或如螺釘、螺栓、卡箍之類耐處理且沒有銅這樣的污染物的緊固件，連接到框架325和加熱襯底支座340上。框架325和托架317由耐處理材料構(gòu)成，如陶瓷、鋁、鋼、鎳等，以及耐處理并且一般沒有銅之類污染物的其它材料。盡管框架325和托架317可以是分開的部件，也可設(shè)想將托架317與框架325集成為一體，以便形成用于加熱襯底支座340的支撐部件。盡管在一個(gè)方案中，加熱襯底支座340與襯底328形狀一致而比其稍大，以便通過向襯底328施加最大熱量而使得加熱效率最大化，但是應(yīng)考慮到，加熱支架340可以具有適合于提供所需的襯底加熱的任何形狀。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，加熱支架340可以比襯底328大很多，用以確保襯底328完全暴露于來自支架340的熱量?；蛘撸訜嶂Ъ?40可形成為用以容納各種尺寸的襯底328。
襯底加熱架336在襯底盒310內(nèi)垂直分隔開并且平行設(shè)置，以便限定多個(gè)襯底加熱空間322。每個(gè)襯底加熱空間322適于在其中加熱被支承于多個(gè)支銷342上的至少一個(gè)襯底328。每個(gè)襯底328上面和下面的襯底加熱架336形成襯底加熱空間322的上邊界和下邊界，使得襯底328的頂側(cè)和底側(cè)暴露于熱量。在一個(gè)實(shí)施例中，上邊界和下邊界距離襯底328是等距離的，以便確保襯底328的兩側(cè)的均勻加熱。為保證在襯底盒310內(nèi)加熱頂部的襯底328，由空的加熱襯底支座340來形成頂部加熱空間322的上邊界。在另一實(shí)施例中，間隔和襯底位置可以調(diào)整以適應(yīng)不同處理如退火、除氫等不同的加熱要求。加熱空間322的上邊界和下邊界之間的間隔可以調(diào)整，以增加或降低加熱速度以及施加于每個(gè)襯底側(cè)的熱量。例如，加熱空間322的上邊界和下邊界之間的間隔可以變窄以增加來自加熱襯底支座340的輻射能量，由此增高溫度和加熱速度，或者該間隔可變大以減少入射的輻射能量，由此降低襯底溫度和減慢襯底328的加熱。而且，襯底328可設(shè)置得更靠近上邊界或下邊界，以便向襯底328的任一側(cè)提供不同的熱量。在一個(gè)方案中，為了提高生產(chǎn)效率，可調(diào)整加熱空間322的上、下邊界之間的間隔，以便在所需的速度和溫度下加熱襯底328，同時(shí)允許襯底盒310保持盡可能多的襯底加熱架336。在一個(gè)方案中，上邊界和下邊界之間的間隔約為45mm。本發(fā)明人相信，對于容納襯底328、均勻襯底加熱、和室307內(nèi)有效空間利用而使襯底加熱架336的數(shù)量達(dá)到最大來說，上邊界和下邊界之間約45mm的間隔提供了合適的間隙，。
圖4展示加熱室140和傳送室110的剖視圖。加熱室140設(shè)置成窗口235與形成于傳送室110的側(cè)壁中的開口109對齊。在這種設(shè)置中，傳送室開口109和窗口235限定襯底傳送口372，通過襯底傳送口372可通過自動(dòng)裝置113輸送襯底328。襯底傳送口372由密封裝置如閘閥或槽閥(未示出)選擇性地加以密封。在工作期間，自動(dòng)裝置113在支撐于臂111上的葉片118上從處理系統(tǒng)100經(jīng)傳送室110通過襯底傳送口372接收襯底328。葉片118設(shè)置成通過襯底傳送口372向加熱室140輸送襯底328。襯底盒310可向上或向下垂直移動(dòng)，以便設(shè)置與襯底傳送平面332處于一線的空的加熱空間322，由此接收襯底328。臂111延伸穿過襯底傳送口372以將襯底328放置在加熱室140中，然后將襯底328放置在襯底盒310中。臂111使襯底328伸入加熱空間322內(nèi)且將襯底328設(shè)置在銷342上。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底盒310垂直移動(dòng)，直到銷342接觸襯底表面為止，使襯底328抬高離開葉片118。然后，臂111和葉片118返回傳送室110。在另一實(shí)施例中，臂111和葉片118垂直向下移動(dòng)，直到襯底328接觸銷342為止。臂111和葉片118繼續(xù)向下移動(dòng)，直到襯底328完全被銷342支撐為止。
圖5是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的加熱室140的頂部剖視圖。由于腔307固定多個(gè)襯底328，腔307的體積通常比各室如處理室114和通常只固定一個(gè)襯底328的固定室116更大。由于腔307的體積增大，在真空下的室140上的外部大氣壓力可能相當(dāng)大。為提供結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并使腔體積最小化，腔307優(yōu)選為半圓形并與襯底盒310的形狀一致而比其稍大。在另一實(shí)施例中，腔307的形狀可以是圓形、方形、或適于容納襯底328并具有足夠結(jié)構(gòu)完整性以承受外部大氣壓力的任何形狀。
圖6是加熱室140的部分剖視圖。熱反射器320設(shè)置在腔307內(nèi)并與主體305的相鄰的內(nèi)表面311間隔開，形成腔307內(nèi)的反射表面。由于提供了腔307和內(nèi)表面311之間的輻射熱絕緣，熱反射器320適于使通過主體305的傳導(dǎo)熱損失最小化。熱反射器320使反射腔307內(nèi)的輻射熱反射，離開表面311而朝向腔307的中心。熱反射器320可包括單層。作為選擇，熱反射器320可包括多層，或組合形成一體的幾個(gè)部件。熱反射器320通常含有熱導(dǎo)體，如耐處理和一般無銅之類污染物的鋁、鎳、鋼等。當(dāng)希望在腔307和內(nèi)表面311之間有附加絕緣時(shí)，熱反射器320包含有絕緣體，如金屬鍍覆陶瓷、玻璃，以及耐處理和無銅之類污染物的類似材料。熱反射器320包括用鋁、鎳、金鍍覆的內(nèi)部熱反射表面327，或適合于反射熱且耐處理而一般無銅之類污染物的其它表面。熱反射器320可采用幾種方法固定導(dǎo)內(nèi)表面311上，如采用壓敏粘接劑、陶瓷粘接劑、膠等，或通過耐處理且一般無銅之類污染物的緊固件如螺釘、螺栓、卡箍等粘接到內(nèi)表面311上。另外，熱反射器320可采用如電鍍、濺射、陽極氧化等技術(shù)附著在內(nèi)表面311上。在一個(gè)實(shí)施例中，采用絕緣的緊固件如絕緣螺釘、螺栓、卡箍等使熱反射器320與內(nèi)表面311隔開，在內(nèi)表面311和熱反射器320之間形成間隙。
加熱器315設(shè)置在腔307內(nèi)，處于熱反射器320和襯底盒310之間。加熱器315適于形成與襯底盒310相合并包圍它的加熱部件。加熱器315包括一個(gè)或多個(gè)加熱元件，如電阻加熱器、加熱燈等，其設(shè)置在一層或多層導(dǎo)熱且輻射熱的材料內(nèi)，該材料例如為鎳、鋼、鋁等。雖然加熱器315的內(nèi)表面331優(yōu)選經(jīng)過噴沙(bead blast)或陽極氧化以提供更高的熱輻射性能從而提高腔307內(nèi)的輻射熱的傳遞，也可運(yùn)用適于提供更高表面發(fā)射性的其它類型的表面處理。加熱器315的外表面333受到拋光以達(dá)到低發(fā)射性，由此使得輻射熱對室主體305的傳遞最小。在襯底熱處理期間，加熱器315由電源(未示出)激勵(lì)，并加熱到所需溫度。雖然在一個(gè)方案中，在加熱器315和熱反射器320之間形成間隙以使得通過傳導(dǎo)而到達(dá)熱反射器320的熱傳遞最小，加熱器315也可與熱反射器320直接接觸。
圖7和8表示可有利地使用的加熱器315的一個(gè)實(shí)施例。加熱器315包括外殼319，外殼319由導(dǎo)熱材料構(gòu)成，如鋁、鎳、鋼等適于均勻輻射腔307內(nèi)的熱并耐處理且一般無銅之類污染物的材料。連續(xù)加熱元件317設(shè)置在形成于外殼319內(nèi)的狹槽內(nèi)。連續(xù)加熱元件317適于在外殼319內(nèi)輻射熱量?？赏ㄟ^摩擦配合，通過焊接，使用一般無銅和/或銀之類污染物的填充材料313，或通過采用如壓敏粘接劑、陶瓷粘接劑、膠等粘接劑，或如螺釘、螺栓、卡箍等耐處理而一般無銅之類污染物的緊固件，將連續(xù)加熱元件317固定在狹槽314內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，為提供外殼319和連續(xù)加熱元件317之間更緊密的配合，連續(xù)加熱元件317具有比外殼319更高的熱膨脹系數(shù)。雖然在一個(gè)方案中，連續(xù)加熱元件317的熱膨脹系數(shù)約為α＝17，而外殼319的熱膨脹系數(shù)約為α＝13，有利的是也可以采用其它熱膨脹系數(shù)。
一對連接器318連接到電源(未示出)如外部電源，以便給連續(xù)加熱元件317供電。雖然連續(xù)加熱元件317優(yōu)選形成為一體化的和均勻的加熱部件以對整個(gè)外殼319提供均勻加熱，但是如電阻加熱器、燈等多個(gè)獨(dú)立的加熱元件也可連接在一起形成連續(xù)加熱元件317。此外，外殼319可由分散設(shè)置并在整個(gè)外殼319上分立連接的多個(gè)單獨(dú)加熱器加熱。
加熱器315可采用幾種方法中的任何一種方法固定在腔307內(nèi)。例如，可采用固定方法如采用壓敏粘接劑、陶瓷粘接劑、膠等粘接劑的粘合，或是像螺釘、螺栓、卡箍等耐處理而一般無銅之類污染物的緊固件，將加熱器315固定到內(nèi)表面311上。在特殊實(shí)施例中，加熱器315包括具有安裝凸緣312的上部，用于將加熱器315安裝到主體305上。雖然優(yōu)選使安裝凸緣312與加熱器315一體成形，但是安裝凸緣312可以是分離部件?？刹捎萌鐗好粽辰觿?、陶瓷粘接劑、膠等粘接劑，或如螺釘、螺栓、卡箍等耐處理和一般無銅之類污染物的緊固件，將安裝凸緣312固定到主體305上。
圖9展示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中加熱襯底支座340和支銷342間隔開，并在其上支撐襯底328，從而形成加熱空間322的下部。雖然如圖5所示，在一個(gè)方案中，支銷342的數(shù)量至少為六個(gè)，使四個(gè)支銷342在襯底外周邊上基本均勻間隔開以充分支撐邊緣，兩個(gè)支銷342靠近襯底328的中間?；蛘?，也可在適于支撐襯底328的任何結(jié)構(gòu)中采用任何數(shù)量的支銷342。支銷342優(yōu)選由絕緣體構(gòu)成，如聚合物、陶瓷以及類似物，其具有適于使與襯底328的接觸最小和防止加熱襯底支座340和襯底328之間傳導(dǎo)的橫截面。至于附加的支撐強(qiáng)度，支銷342還可包含導(dǎo)體，如鋼、鋁、鎳以及類似物，其具有足夠小表面積以使傳導(dǎo)最小，且其耐處理并一般無銅之類污染物。盡管在一個(gè)方案中，支銷342包括尖端以使與襯底328的接觸最小，支銷342可具有適于支撐襯底328的任何端部橫截面和外形，如圓形端、方形端、平端以及適于使得對加熱襯底支座340的熱傳導(dǎo)最小的類似端部。
圖10是加熱襯底支座340的俯視圖，其包括設(shè)置在一層熱絕緣且電絕緣的材料內(nèi)的多個(gè)板式加熱器347，該材料例如為玻璃纖維、玻璃、陶瓷、石棉等。板式加熱器347可以是電阻加熱器、輻射燈等。板式加熱器347可由電源(未示出)所提供的功率激勵(lì)，該電源例如是通過連接器345連接的外部電源。通常，整個(gè)襯底表面上的溫度作為襯底主體熱遷移的函數(shù)而變化，這是由于在室140內(nèi)靠近加熱襯底支座340、支銷342、加熱器315、和腔307內(nèi)總體熱結(jié)構(gòu)的對流和傳導(dǎo)所導(dǎo)致的。在一個(gè)實(shí)施例中，板式加熱器347經(jīng)模式化處理以提供匹配和補(bǔ)償襯底熱損失——即襯底熱損失分布曲線——的輻射熱分布曲線。例如，圖10中所示的板式加熱器347在角部附近比在加熱襯底支座340的中間更加彼此靠近，以便向襯底328的角部和邊緣——在此產(chǎn)生大量的傳導(dǎo)和/或輻射熱損失——提供更集中的熱量。雖然，熱量通常趨于從襯底邊緣輻射，但是經(jīng)模式化處理的加熱分布曲線可適于包括襯底熱損失分布曲線中的任何改變。例如，通過改變它們的尺寸、間隔、電阻率、照明度、輸入功率等以更緊密地適應(yīng)襯底熱損失分布曲線，板式加熱器347可適用于提供可變熱量輸出。而且，加熱襯底支座340通過支銷342與襯底328隔開，如圖3、4、和6所示，從而允許襯底328的下表面和加熱支架的上表面之間的輻射熱混合。雖然，在一個(gè)方案中，加熱襯底支座340和襯底328之間的間隔約為20mm，也可設(shè)想有其它間隔。雖然認(rèn)為在加熱襯底328之前混合來自加熱襯底支座340的輻射熱，由此使由板式加熱器結(jié)構(gòu)限定的熱點(diǎn)最少，襯底328還可以設(shè)想為直接放置在具有適于與襯底熱損失分布曲線基本上匹配的板式加熱器的加熱襯底支座340上。
在工作中，通過自動(dòng)裝置113將襯底328經(jīng)窗口235放在加熱襯底支座340上的腔307內(nèi)，而起動(dòng)加熱室140的加熱處理。惰性生產(chǎn)氣體如氮?dú)馔ㄟ^氣體入口360流入腔307內(nèi)，并由真空泵390保持在所需要的室壓力?；蛘?，生產(chǎn)氣體可以是適于特殊處理的活性氣體，如氟。腔307被加熱器315和加熱襯底支座340的輻射熱，或者加熱器315獨(dú)自的輻射熱，與熱反射器320協(xié)作而加熱到所需的環(huán)境水平，從而足以提供均勻的襯底加熱分布曲線。單獨(dú)的襯底328被均勻加熱到介于約350℃至約600℃之間的襯底主體溫度。對于襯底主體上的溫度的參考溫度變化(即標(biāo)準(zhǔn)溫度變化)在約+/-5℃和約+/-10℃之間。
例如，在根據(jù)本發(fā)明的一種操作方法中，由自動(dòng)裝置113經(jīng)過窗口235將襯底328放在加熱襯支架340上的腔307內(nèi)而起動(dòng)加熱室140的熱處理。腔307內(nèi)的真空由真空泵390保持為約0到約0.5乇。生產(chǎn)氣體如氮?dú)馔ㄟ^氣體入口360流入腔307內(nèi)，由真空泵390保持在約0.0到0.5乇的室壓力下。熱量經(jīng)過加熱器315和加熱支架340施加于襯底，以便將每個(gè)襯底均勻地加熱到約450℃到約600℃的溫度。每個(gè)襯底保持在標(biāo)準(zhǔn)化加熱分布曲線上，該標(biāo)準(zhǔn)化加熱分布曲線在約450℃的襯底主體溫度下約為+/-5℃，到在約600℃的襯底主體溫度下約為+/-10℃。例如，圖11是襯底328的示意性等溫線圖，表示在約500℃的熱處理期間，用邊界溫度作為標(biāo)準(zhǔn)值，穿過襯底328的主體的標(biāo)準(zhǔn)化溫度變化。區(qū)域350A是參考區(qū)域，因此具有零溫度變化。區(qū)域350B具有約+/-1℃的標(biāo)準(zhǔn)化溫度變化。區(qū)域350C具有約+/-2℃標(biāo)準(zhǔn)化溫度變化。區(qū)域350D具有約+/-3℃標(biāo)準(zhǔn)化溫度變化。區(qū)域350E具有約+/-5℃標(biāo)準(zhǔn)化溫度變化。因此，穿過襯底328的標(biāo)準(zhǔn)化溫度變化約為+/-5℃。
盡管前面已經(jīng)對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了說明，在不脫離本發(fā)明的基本范圍的情況下可以實(shí)施本發(fā)明的其它和進(jìn)一步的實(shí)施例，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種用于加熱襯底的設(shè)備，包括具有主體、底部和蓋子的絕緣室；設(shè)置在該室內(nèi)的熱反射器；設(shè)置在該室內(nèi)并與該熱反射器相鄰的加熱器；和可移動(dòng)地設(shè)置在該室內(nèi)以在其上支撐至少兩個(gè)襯底的多個(gè)加熱支架。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述的絕緣室、熱反射器和加熱支架含有鎳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述室的壁比所述加熱支架稍大并與其形狀一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述加熱器基本上包圍所述加熱支架。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，進(jìn)一步包括用以保持其中真空的泵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述加熱器包括內(nèi)表面和外表面，其中該內(nèi)表面的熱發(fā)射率值大于該外表面的熱發(fā)射率值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述加熱器內(nèi)的多個(gè)加熱元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述加熱元件選自以下一組電阻加熱器、輻射燈、及它們的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述熱反射器包括在其上的熱反射表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其中所述熱反射器包含選自以下一組的材料玻璃、陶瓷、及它們的組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其中所述熱反射器包含選自以下一組的材料鋁、鎳、鋼、及它們的組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其中所述熱反射表面選自以下一組鋁、鎳、金、及它們的組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，包括圍繞所述絕緣室設(shè)置的至少一個(gè)絕緣層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其中所述絕緣層是具有小于約0.053瓦/m°K的導(dǎo)熱性的柔性陶瓷纖維防護(hù)層。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述加熱支架包括多個(gè)加熱元件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的設(shè)備，其中所述加熱元件選自以下一組電阻加熱器、輻射燈、及它們的組合。
17.一種用于均勻加熱襯底的方法，包括在一室內(nèi)的多個(gè)加熱支架上支撐多個(gè)襯底，其中所述室稍大于所述襯底的支架并與其形狀一致；提供介于約450℃和約600℃之間的處理溫度；提供所述室內(nèi)的真空；和均勻加熱所述襯底。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括在所述加熱支架上和所述室內(nèi)設(shè)置鎳表面。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中均勻加熱所述襯底包括以匹配所述襯底的熱損失分布曲線的加熱模式來加熱所述襯底的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括在高于約450℃的處理溫度下保持約+/-5℃的在所述室內(nèi)的溫度分布曲線。
21.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括在約450℃到約600℃之間的處理溫度下保持約+/-10℃的在所述室內(nèi)的溫度分布曲線。
22.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中進(jìn)一步包括設(shè)置輻射熱反射表面以反射在所述室內(nèi)的輻射熱。
23.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括在所述室內(nèi)設(shè)置基本上環(huán)繞該室的加熱器。
24.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括在約高于450℃的襯底處理溫度下提供小于約+/-5℃的標(biāo)準(zhǔn)化襯底等溫線。
25.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括在約450℃到約600℃之間的襯底處理溫度下提供小于約+/-10℃的標(biāo)準(zhǔn)化襯底等溫線。
26.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括在所述室內(nèi)提供約0和約0.5乇之間壓力下的生產(chǎn)氣體。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中所述生產(chǎn)氣體是氮?dú)狻?br> 28.一種加熱襯底的設(shè)備，包括具有一腔的室，該腔用于在其中固定多個(gè)所述襯底；具有多個(gè)加熱支架的至少一個(gè)盒，該加熱支架可移動(dòng)地設(shè)置在所述腔內(nèi)以支撐多個(gè)所述襯底；設(shè)置在該腔內(nèi)并設(shè)置成向所述至少一個(gè)盒提供輻射熱的加熱層；和熱反射器，其設(shè)置在所述腔內(nèi)并圍繞至少一部分所述加熱支架，以形成導(dǎo)入所述腔內(nèi)的反射表面。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的設(shè)備，其中所述的加熱室、加熱支架、熱反射器和加熱層基本上是無銅的。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的設(shè)備，其中所述腔與所述加熱支架基本上形狀一致。
31.根據(jù)權(quán)利要求28的設(shè)備，其中所述加熱層基本上圍繞所述加熱支架。
32.根據(jù)權(quán)利要求28的設(shè)備，其中所述熱反射器包括在其上的熱反射表面。
33.根據(jù)權(quán)利要求28的設(shè)備，其中所述加熱層包括內(nèi)表面和外表面，其中該內(nèi)表面的熱反發(fā)射率值高于該外表面的熱發(fā)射率值。
34.根據(jù)權(quán)利要求28的設(shè)備，進(jìn)一步包括用以保持其中真空的泵。
35.根據(jù)權(quán)利要求28的設(shè)備，其中所述加熱支架適于給所述襯底提供基本均勻的加熱。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的設(shè)備，其中所述加熱支架包括設(shè)置在其上的多個(gè)加熱元件，以便形成基本上符合被加熱的多個(gè)所述襯底的一個(gè)或多個(gè)熱損失分布曲線的加熱分布曲線。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例大致提供了一種在熱處理期間向多個(gè)襯底提供均勻熱分布曲線的設(shè)備和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，含有一個(gè)或多個(gè)加熱襯底支座的盒子可移動(dòng)地設(shè)置在具有基本均勻熱分布曲線的加熱室內(nèi)，以便更均勻地加熱襯底。
文檔編號H01L21/02GK1483218SQ01821316
公開日2004年3月17日 申請日期2001年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月29日
發(fā)明者Q·尚, J·卡爾多庫斯, A·細(xì)川, Q 尚, 囁饉 申請人:應(yīng)用材料有限公司