多温度范围基座、组件、包括该基座的反应器和系统、以及使
用它们的方法
技术领域
[0001] 本公开总地涉及加热和冷却装置。更具体地，本公开涉及可被用于向衬底提供热量的基座和基座组件，涉及包括该基座和/或组件的反应器和系统，以及涉及使用它们的方法。
背景技术
[0002] 诸如
化学气相沉积(CVD)、
等离子体增强CVD(PECVD)、
原子层沉积(ALD)等的气相过程通常被用于在衬底的表面上沉积材料，从衬底的表面蚀刻材料，和/或清洗或处理衬底的表面。例如，气相过程可被用于在衬底上沉积或蚀刻多层以形成
半导体器件、平板显示设备、光伏器件、微
机电系统(microelectromechanical systems，MEMS)等。
[0003] 在气相处理中使用的反应器通常包括基座以用于在处理期间将衬底保持在位和加热或冷却该衬底。基座通常被配置为将衬底加热(或冷却)到特定范围内的温度。基座的设计配置通常取决于反应器的操作温度。例如，基座可由特定材料制成且具有基于基座的期望加热属性的特定
质量。作为示例，一些基座可被配置为在大约200℃到大约600℃的温度范围中操作，而其它基座可被配置为在大约10℃到大约200℃的范围中操作。
[0004] 在一些情况下，可期望使反应器内的衬底遭受以基本不同的温度进行的两个或多个不同的处理过程。在这些情况下，以处理温度中的一个或多个使用基座可能是不理想的。例如，高温(例如大于大约200℃)过程通常使用高质量、高瓦特
密度基座以允许基座和衬底的加热。反之，较低温度过程(例如小于大约200℃)通常采用高质量、低瓦特密度基座，但是在这两种情况下由于期望保持恒定的温度设置，加热器的质量很大。
[0005] 另外，如果基座被用于以基本不同的温度进行的处理过程，则可能花费不期望的长时间来将基座从一个处理温度加热和/或冷却到另一个处理温度。因此，期望一种改进的基座，其可被用于以不同的温度处理衬底且能够快速地改变衬底温度。
发明内容
[0006] 本公开的各种
实施例提供基座组件、包括该基座组件的反应器和系统以及使用基座组件、反应器和系统的方法。本文所描述的基座组件适合在各种气相过程中使用，诸如化学气相沉积过程(包括离子体增强化学气相沉积过程)、气相蚀刻过程(包括离子体增强气相蚀刻过程)、气相清洗(包括离子体增强清洗过程)和气相处理过程(包括离子体增强气相处理过程)。如将在下面更详细地描述，示例性基座组件、反应器、系统和方法特别好地适用于包括多种处理过程和/或期望在反应室内以多个温度进行的处理过程。
[0007] 根据本公开的各种实施例，基座组件包括多个部分，该多个部分可彼此独立地移动以易于在反应室内以不同的温度处理衬底。根据这些实施例的各个方面，基座组件包括基座第一部分、基座第二部分、和相对于基座第二部分移动基座第一部分的机制。为了在反应室内促使不同的衬底温度的快速提供，基座第一部分可由第一材料形成而基座第二部分可由第二材料形成。根据这些实施例的一些示例性方面，基座第一部分和基座第二部分是同轴的。基座第一部分和基座第二部分在一些配置中可以是平行的，并且当基座第一部分和基座第二部分中的一个相对于另一个移动时，这些部分可保持彼此平行。与可由相对较大质量材料形成的基座第二部分相比，基座第一部分可由相对较低质量和/或较高瓦特密度加热材料形成。例如，基座第二部分材料可以是热沉，并且可用诸如
水之类的
流体来冷却该基座第二部分材料。在操作期间，可利用基座第一部分加热衬底以获得大约200℃到大约600℃的衬底温度。可利用基座第一部分和基座第二部分加热或冷却衬底以获得大约10℃到大约200℃的衬底温度。
[0008] 根据本公开的进一步示例性实施例，一种反应器包括如本文所描述的一个或多个基座组件。
[0009] 根据本公开的又一附加示例性实施例，一种反应器系统包括本文所描述的一个或多个基座组件。
[0010] 并且，根据本发明的又一附加示例性实施例，一种气相方法包括以下步骤：将衬底安置在基座组件的表面上；当基座第一部分处于第一
位置且处于第一基座温度时，使衬底遭受第一过程；相对于基座第二部分将基座第一部分移动到第二位置；以及使衬底以第二基座温度遭受第二过程。根据这些实施例的各个方面，第一温度高于第二温度。例如，第一温度可以在大约200℃到大约600℃的范围中；第二温度可以在大约10℃到大约200℃的范围中。根据这些说明性实施例的更多的方面，从反应室的反应区到
真空源的传导性随基座第一部分与基座第二部分相对于彼此移动而变化。
[0011] 前述的发明内容和接下来详细的
说明书仅为示例性和说明性的，并且不对本公开或要求权利的本发明进行限制。
附图说明
[0012] 通过参照结合所附说明性附图考虑的详细说明书和
权利要求书，可得到对本公开的示例性实施例的更全面的理解。
[0013] 图1示出了根据本公开的各种实施例的包括基座组件的气相反应器，其中基座第一部分与基座第二部分分开。
[0014] 图2示出了根据本公开的各种实施例的包括基座组件的气相反应器，其中基座第一部分在基座第二部分之上。
[0015] 图3示出了根据本公开的示例性实施例的基座第一部分。
[0016] 图4示出了根据本公开的附加示例性实施例的包括基座组件的反应器系统。
[0017] 图5示出了根据本公开的进一步示例性实施例的气相方法。
[0018] 将理解到，附图中的元件是为了简单和清晰而示出的且不一定被画出来决定比例。例如，附图中一些元件的尺寸可能相对于其它元件而被放大以帮助增进对本公开的所示实施例的理解。
具体实施方式
[0019] 以下提供的示例性实施例的描述仅为示例性的且仅旨在出于示意性的目的；以下的描述不旨在限制本公开或权利要求的范围。此外，具有所表明的特征的多个实施例的陈述不旨在排除具有附加特征的其它实施例或结合了所表明的特征的不同组合的其它实施例。
[0020] 如以下更详细地描述，本公开的各种实施例涉及基座组件、包括基座组件的反应器与反应系统，以及涉及使用该基座组件、反应器和系统的方法。基座组件、反应器、系统和方法可被用于各种气相处理，诸如沉积、蚀刻、清洗和/或处理过程。基座组件可被用于快速改变基座并因此改变衬底温度。从而，示例性基座组件可被用于在反应室内以不同的基座温度执行多个过程。
[0021] 图1和2示出了根据本公开的示例性实施例的气相反应器100。气相反应器100包括反应室102、基座组件104、气体分布系统106、第一真空源108和第二真空源110。尽管未示出，系统100可额外地包括用于反应室102内的一个或多个反应物的直接和/或远程等离子体和/或热激发装置。
[0022] 反应器100可被用于将材料沉积到衬底112的表面上，从衬底112的表面蚀刻材料，清洗衬底112的表面，处理衬底112的表面，将材料沉积到反应室102内的表面上，清洗反应室102内的表面，蚀刻反应室102内的表面，和/或处理反应室102内的表面。反应器100可以是独立的反应器或群集工具的一部分。此外，反应器100可专用于沉积、蚀刻、清洗、或处理过程，或者反应器100可被用于多种处理过程(例如，用于沉积、蚀刻、清洗和处理过程的任意组合)。作为示例，反应器100可包括通常用于化学气相沉积(CVD)过程的反应器，诸如原子层沉积(ALD)过程。如接下来更详细地描述，基座组件104的使用允许反应室102内的衬底温度的快速改变和控制，且因此促使衬底112在反应室102内的一个或多个过程期间经受多个温度。
[0023] 基座组件104被设计为在处理过程中将衬底112保持在位。如接下来更详细地讨论，在处理期间可使基座组件104的一个或多个部分加热、冷却、或处于环境过程温度。
[0024] 如图1和2所示，基座组件104包括基座第一部分114、基座第二部分116和用于相对于基座第二部分116移动基座第一部分114的机制118。
[0025] 在示出的示例中，机制118将基座第一部分114相对于基座第二部分116移动而基座第二部分116在反应室102内是静止的。然而，根据本公开的示例性实施例的其他配置，机制118将基座第二部分116相对于基座第一部分114移动。可选地，机制118可移动基座第一部分114和基座第二部分116二者。
[0026] 机制118可包括能够将基座第一部分114相对于基座第二部分116移动的任意适合的装置。作为示例，机制118包括伺服
电机以便沿轴驱动基座第一部分114。机制118可适当地存在于反应室102之外。
[0027] 基座第一部分114可被配置为将衬底112快速地加热到期望温度。例如，基座第一部分114可被配置为快速地加热衬底112以用于高温处理(例如，在大约200℃到大约600℃、大约200℃到大约310℃、或大约250℃到大约500℃的范围中)。例如，这种高温过程可被用于预处理衬底112表面，为衬底112脱气等。
[0028] 为了允许基座第一部分114的快速加热，根据本公开的示例的基座第一部分114具有相对较低的质量(例如大约150g到大约450g、或大约450g到大约3000g)。此外，基座第一部分114可包括相对较高的瓦特密度(例如，大约70W/cm2到大约100W/cm2，或大约50W/cm2到大约200W/cm2)。
[0029] 适于基座第一部分114的示例性材料包括诸如氮化
硼、氮化
铝、
石英之类的陶瓷和诸如涂覆陶瓷的金属之类的涂覆陶瓷的材料。基座第一部分114还可包括阻性加热材料。适用于阻性加热材料的示例性材料包括钨(W)、镍铬
合金(NiCr)、
铜镍合金(CuNi)、
石墨 、二
硅化钼(MoSi2)或任何其他适当的加热材料。例如，阻性加热材料可被涂覆(例如形成图案)到陶瓷或涂覆陶瓷的金属上。基座第一部分114可包括附加的保护层，该保护层被形成为
覆盖阻性加热材料。例如，保护层可由陶瓷材料形成。
[0030] 图3示出了示例性基座第一部分114，其包括第一层302、第二层304和第三层306。第一层302可包括任何适当的基底，诸如陶瓷或用绝缘(例如陶瓷)材料涂覆的金属。层304可包括
电阻加热材料，诸如上面描述的示例性阻性材料。层304可为实心层或有图案的(例如蛇纹石)。最后，层306可包括陶瓷或其它适当的材料。尽管示出有三层，基座第一部分114可由单一材料、双层、或多于三层形成。
[0031] 基座第二部分116可被配置为向衬底112提供较低的温度(例如，大约10℃到大约200℃、大约5℃到大约100℃、或大约15℃到大约60℃、或大约100℃到大约200℃的范围中的温度)。例如，可通过将基座第一部分114降低以靠近(例如降低1-15mm)或毗邻基座第二部分116来获得较低的衬底温度。
[0032] 为了有助于快速改变(例如降低)提供给衬底112的温度，基座第二部分116可具有相对较高的质量(例如，大约6000g到大约12000g，或大约12000g到大约16000g)。在该情况下，基座第二部分116可用作热沉：冷却基座第一部分114和衬底112。基座第二部分116可包括流体(例如水)线路120以将基座第二部分116保持在期望的温度上。
[0033] 基座第二部分116可由第二材料(例如不同于基座第一部分114的第一材料)形成。适于基座第二部分116的示例性材料包括铝、涂覆镍的铝、316SS、钨、哈司特镍合金(Hastelloy)、铬镍
铁合金、镍或任何适当的材料。
[0034] 基座第一部分114和基座第二部分116的配置可根据应用和反应器设计来改变。在说明性示例中，基座第一部分114覆盖基座第二部分116。基座第一部分114可从靠近(或毗邻)基座第二部分116的位置移动到远离基座第二部分116的位置。基座第一部分114与基座第二部分116之间的距离范围可从大约0到大约35mm、或从大约10mm到大约25mm、或从大约10mm到大约30mm。
[0035] 如所示出的，基座第一部分114可具有比基座第二部分116大的直径。可选地，基座第一部分114可具有与基座第二部分116相同的、或比基座第二部分116小的直径，例如取决于反应器配置和反应室102内的期望气体流动特性。
[0036] 在说明性示例中，基座第一部分114成形为实心圆柱体。然而，基座第一部分114可具有任何适当的形状，包括可相对于基座第二部分116的顶部表面保持在共面的位置上的空心圆柱体。
[0037] 相似地，基座第二部分116可包括任何适当的形状，诸如实心或空心圆柱体等。
[0038] 图1和2示出怎样通过相对于基座第二部分116移动基座第一部分114来改变气体流动模式。在图1中，基座第一部分114远离基座第二部分116，这允许反应室102内的气体在朝向第一真空源108的箭头的方向上流动。在图2中，基座第一部分114靠近或毗邻基座第二部分116，这允许反应室102内的气体在朝向第二真空源110的箭头的方向上流动。
[0039] 第一和第二真空源108、110可包括任何适当的真空源，能够在反应室102中提供期望的压
力。作为示例，真空源108可包括
泵以用于保持高度真空(例如，在大约5×10-7 Torr到大约500Torr的范围中)，例如
涡轮分子泵；第二真空源110例如可包括单独的干式
真空泵或与
涡轮分子泵相结合的干式真空泵。虽然示出为两个单独的源，根据其它示例性实施例，反应器100可包括一个或多于两个的真空源。多个真空源可被耦合到相同的真空泵。在该情况下，多个源的传导性可以变化。
[0040] 可与各种衬底温度相结合来使用气流传导性的变化以获得期望的反应速度和衬底112表面上的均匀性。
[0041] 再次参照图1和2，反应器100可包括气体入口122以接收和帮助一种或多种气体对于反应室102的分布。尽管以方框形式示出了气体入口122，气体入口122可以是相对复杂的且被设计为在将气体混合物分布到反应室102之前将来自反应物源的气体(例如蒸气)和/或来自一个或多个源的运载/清洗气体混合。此外，气体入口122可被配置为向室104提供垂直的(如图所示)或水平的气流。在由Schmidt et al.于2012年4月10日提交的名称为“Gas Mixer and Manifold Assembly for ALD Reactor(用于ALD反应器的气体混合器和
歧管组件)”的美国
专利No.8,152,922中描述了一种示例性气体分布系统，其内容通过引用结合于此，在一定程度上，其内容不与本公开冲突。气体入口122可任选地包括整合的歧管(manifold)模
块，被设计为接收一种或多种气体并将一种或多种气体分布到反应室104。在由Provencher et al.于2011年4月5日提交的名称为“High Temperature ALD Inlet Manifold(高温ALD入口歧管)”的美国专利No.7,918,938中公开了一种示例性整合的入口歧管模块，其内容通过引用结合于此，在一定程度上，其内容不与本公开冲突。
[0042] 图4示出了根据本公开的各种实施例的系统400。系统400包括反应器402，该反应器402包括基座组件404。反应器402和基座组件404可以与反应器100和基座组件104相同或相似。
[0043] 系统400还包括一个或多个反应物源406、408和运载和/或清洗气体源410。反应物气源406、408各自可包括一种或多种气体、或变为气态的材料，用于沉积、蚀刻、清洗、或处理过程。示例性气体源包括卤素、NF3、HH3、HCL、H2O/H2O2蒸气。尽管示出有两个反应物气体源406、408，根据本公开的系统可包括任何适当数量的反应物源。
[0044] 清洗/运载气体源410包括一种或多种气体、或变为气态的材料，其在反应器402中是相对不起反应的。示例性清洗气体包括氮气、氩气、氦气和它们的任意组合。尽管示出有一个清洗气体源，根据本公开的系统可包括任何适当数量的清洗气体源。此外，一个或多个清洗气体源可提供一种或多种运载气体和/或系统400可包括附加的运载气体源以提供要与来自反应物源(诸如源406、408)的一种或多种气体混合的运载气体。
[0045] 现转向图5，示出了气相方法500。方法500包括步骤：将衬底安置在基座组件的表面上(步骤502)；使衬底遭受第一过程(步骤504)；相对于基座第二部分将基座第一部分移动到第二位置(步骤506)；以及使衬底以第二基座温度遭受第二过程(步骤508)。根据这些实施例的示例性方面，可以不同的温度进行第一过程和第二过程。例如，可以以大约200℃到大约600℃的温度进行第一过程；例如可以以大约10℃到大约200℃的温度进行第二过程。另外地或可选地，在第一和第二过程期间，可使衬底遭受不同的反应物或惰性气体。并且如上所述，对于第一和第二过程，可改变气流模式。可作出这些改变中的一个或多个以区别第一过程和第二过程。第一和第二过程可以是相同的(例如沉积)或不同的(例如清洗、沉积)类型的过程。
[0046] 虽然本文描述了本公开的示例性实施例，应理解的是本发明不限于此。例如，尽管结合多种特定配置来描述基座组件、反应器系统及方法，本发明不一定限于这些示例。可对本文所述的示例性基座组件、反应器、系统和方法作出各种
修改、变化、和增强而不脱离本公开的精神和范围。
[0047] 本公开的主题包括各种系统、组件、反应器、部件和配置、此处所公开的其他特征、功能、表现、和/或属性、以及其任何和全部等效方案的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。
