專利名稱：Silver reflectors for semiconductor processing chambers的制作方法
技術領域：
本發明的一或多個實施例為有關在高溫半導體處理室中處理基板。
背景技術：
包括基板(如半導體晶片與其他材料)的熱處理的數種應用包含有快速加熱及冷 卻基板的處理步驟。此處理的范例為快速熱處理(RTP)，其用于數種制造方法。快速熱處理(RTP)系統用于半導體芯片制造中以在半導體晶片上產生、化學改變 或蝕刻表面結構。一種這樣的RTP系統(如述于美國專利第5，155，336號，其讓渡予本申 請案的受讓人且并入本案作為參考)包含半導體處理室及位于半導體處理室上的熱源組 件或燈頭。數個紅外線燈位于燈頭中。在處理期間，燈的紅外線輻射經由上部窗、光通道及 下部窗輻射至處理室中的半導體基板上。此方式中，晶片加熱至所需要的處理溫度。半導 體處理操作期間，燈在非常高溫下運作。并非所有傳送至RTP室燈頭的電能最終能夠實質 加熱晶片。部分輻射能量由反應室部件吸收，特別是在輻射場的反射部件。加熱燈包含于具有反射件套管的組件中，例如美國專利第6，072，160號所描述 的，其讓渡予本申請案的受讓人且并入本案作為參考。加熱燈也可包含于具有多個燈插座 的單一燈頭中，如美國專利第6，805，466號所描述的，其讓渡予本申請案的受讓人且并入 本案作為參考。一般而言，反射件套管或單一燈頭具有由金制成的層或涂層的反射層。然而，金與 銀相比不具有最佳的反射性質。此外，金實質上比銀昂貴。然而，銀在燈中不用作為反射材 料的原因在于銀失去光澤的嚴重問題，此失去光澤造成銀不能用作為反射材料，因為銀表 面會變為黑色而破壞其反射的能力。因此，在RTP及半導體處理應用中需要改良輻射反射 的新穎反射件、反射件材料及方法。
發明內容
依據本發明的一實施例，提供一種用于半導體處理室的反射件，其包含設置于處 理室中的反射件基板以反射源自安裝于半導體處理室內的加熱燈的輻射，該反射件基板包 括設置于其上的含有銀的反射層。在一實施例中，反射層由銀含量大于99. 99%的特別純的 銀制成。—或更多實施例中，反射件還包括覆蓋反射層的實質透明層。利用透明層的實施 例中，此實質透明層包括選自石英、氧化鋁、氧化鋯、Si3N4、氧化鋯、Si3N4, CaF2, MgF2, TiO2, Ta2O5、HfO2、氧化釔、及氧化鋁-硅土玻璃的材料。包含反射層的實施例可進一步包括反射層及透明層之間的粘合層。或者，在反射 層及反射件基板間可設置擴散阻障層。一或更多實施例中，反射件基板包括一部分的單塊燈頭，其具有多個適于容納燈 的腔室。在其他實施例中，反射件基板包括適于配置于半導體處理室的燈管的套管。此反射件適于用在快速熱處理室及外延處理室。
本發明的另一態樣有關于半導體處理設備，其包含處理室，其具有在處理期間放 置基板的支撐件；輻射出輻射能的加熱燈，其配置于反應室內；及反射件，其設置以反射來 自燈的輻射，該反射件包括反射件基板上實質由銀制成的反射層。一或更多實施例中，反射 件可如本說明書的前文及后文詳述配置。為了更詳細地了解本發明的上述特征，可參照實施例(某些描繪于附圖中)來理 解本發明簡短概述于上的特定描述。然而，需注意后附的圖式為僅用于說明本發明的基本 實施例且因此不應被視為限制本發明的范疇，因為本發明容許其他相等功效的實施例。
圖1為本發明的一實施例的燈組件的示意圖；圖2為本發明的一實施例的處理室的示意圖；圖3為本發明的一實施例的燈頭的示意圖；圖4為本發明的一實施例的反射件的示意圖；圖5為本發明的又一實施例的部分反射件的示意圖；圖6為本發明的另一實施例的部分反射件的又一示意圖；及圖7為本發明的再一實施例的部分反射件的又一示意圖。
具體實施例方式在描述本發明的數個例示實施例前，需了解本發明并未限制于下列描述中說明結 構細節或處理步驟。本發明能以其他實施例例示及實施或以不同方式實施。圖1顯示各別燈組件(也稱為燈管)的示意圖。參照圖1，其顯示其中配置有燈 36的燈管40的組件的例示實施例。燈管40可為燈頭組件的一部分。燈管40的開放端相 鄰窗20而設置。本發明一實施例提供的燈管40具有銀反射套管88。在圖2中提供反應室示意圖，以提供用于在RTP處理室中加熱基板的加熱組件的 燈管使用說明。在圖2中，多個燈管40與減壓或真空RTP室12、窗20、及置于窗20上的燈 頭或熱源組件16共同顯示。基板處理設備14包含在通道22中的磁浮轉子24、置于磁性 轉子或者耦合至磁性轉子的硅涂覆石英支撐筒26、及置于支撐筒上的硅涂覆碳化硅邊緣環 28。在處理期間，基板或晶片30置于邊緣環上。燈頭組件16覆于窗20上。0-環35位于 窗與燈頭間以在該界面提供真空密封。燈頭包含多個燈36，該燈收納于于燈外罩管或燈管 40中。每一燈管40可包含反射內表面，其依本發明實施例為銀反射套管88。在一實施例 中，燈36為輻射發光燈，泡如鎢-鹵素燈。RTP室也可用來處理其他種類基板，如塑料面板、 玻璃板或圓盤與塑料工件。可控制反應室的氛圍與燈頭16的氛圍。例如，提供真空泵68，其可經與燈頭流體 相通的通道69降低燈頭中的壓力，如圖2所顯示。如上所述，因為銀在燈頭環境中嚴重的 失去光澤，所以銀未用作為反射材料。在本發明的一實施例中，為了防止銀反射件的失去光澤，控制燈周遭的氛圍以實 質使在銀上形成硫化物或催化硫化物的材料量降至最低。施用的方式之一為確保氛圍中實 質無H2S及濕氣(H20)。提供此氛圍的一種方法為防止周遭空氣進入燈周圍的區域，例如經 由通道69吹入氦。另一方式為通過在通道69中使用濾器及/或除氣劑以由包圍燈的氛圍中除去H2S及濕氣。硫化物除氣劑，例如金屬氧化物如氧化鐵為已知的。鏡面反射件88可形成如套管以配置于燈管40中。或者，鏡面反射件88可為燈管 40的一體成型部件。反射件88的表面反射越強，則越多的能量反射至在室12中的基板30。 因此，拋光鏡面反射件88的表面以改良反射性。拋光可通過緩慢加工鏡面反射件88或通 過在加工后使用拋光或擦光輪而達成。在一替代實施例中，如圖3顯示，加熱燈置于形成燈頭200的單一元件的插座中。 燈頭200包括多個具有反射件凹處204的插座，該凹處含有燈212。應了解燈頭200可由多 個顯示于圖2的燈管40替代。在圖3顯示的燈頭中，多個圓形冷媒通道206形成于單一燈頭中，接近于反射件腔 室204。冷媒通道206傳送如水的冷卻流體。冷卻流體經由入口引入冷媒通道并在出口移 出(未繪示)。多個引線通道208也形成于燈頭-反射件202中。此引線通道208的大小 為可接受燈212的壓封(press seal) 210。也可使用燈的彈性封(shrink seal) 0源自燈 212的光由反射件腔室導向處理室中的基板。多個燈支撐件插座214形成于單塊燈頭_反射件中以容納燈支座或燈支撐件216。 燈支撐件216具有插座219，其容納燈的外部二引線或引腳220。燈引線經插座219電連接 至導線對215的各條導線，其提供電力至燈。當燈插入燈頭時，燈支撐件插座支撐燈。每一燈包含輻射屏蔽218以防止燈輻射進入引線通道208。輻射屏蔽可由鋁、不銹 鋼或鍍鉻鋼制成。此燈除了依照使用而選擇的壓封或伸縮封外沒有基座。注意到燈引線直 接銜合入燈支撐件以完成電路。外部引線或燈封可包含達成燈的良好機械固持的特性，如 刻痕，其與在燈支撐件中的彈簧負載引腳銜接。支撐板203可固定于燈頭-反射件202的 最上表面以在燈支撐件插座214中支撐燈支撐件216。根據現有技術，在拋光后，顯示于圖2的套管88的表面為鍍金以防止表面氧化并 維持高度的反射性。為了防止金移動進入鏡面反射件套管88，在鍍金前于表面先放置鎳擴 散障壁。鎳障壁是使用標準化學鍍鎳(electroless nickel plating)技術施加的，且接著 以鍍金施加高純度金。類似地，依據現有技藝，顯示于圖3的反射件凹處204具有反射涂層 205，其大致包含金為反射材料。如本文所使用，“反射件基板”一詞包含如在圖2顯示的類 型的反射件套管88及在圖3的顯示的類型的反射件凹處204。不是所有傳送至RTP室燈頭的電能最終能夠實質加熱晶片。部分的輻射能為反應 室的部件吸收，特別是在輻射場的反射部件。依據本發明一實施例，上述的金反射材料由銀 取代，其增加源自燈_反射件組件的輻射能傳送至被處理的基板的有效性。使用銀為反射 材料可通過使更多的未吸收的“首次反射(first bounce)”輻射返回至晶片而增加此被處 理基板吸收輻射的量。其還減少在燈頭上的熱負載并增加系統效率。使用銀為反射材料可 遠比目前技術便宜，因為每單位銀材料的成本為金成本的約2%。然而，盡管成本上節省，銀 失去光澤的問題阻止使用銀在燈頭中作為反射件材料。依據本發明的一實施例，由銀涂覆的反射件套管取代金涂覆反射件套管RTP室。 銀較高的反射性及相對金較低的成本增加整體系統的效益，其能夠在較低成本的能量與材 量下達到較高的性能。然而，以銀涂層取代金涂層并不是簡單而無問題及挑戰的。施用銀為涂層的顧慮 及問題為銀在特定環境中可能失去光澤，如在RTP室內的遭遇的。已確定由氧化劑本身的
5脫色性可通過使用大于約99. 9% Ag的純銀而大大的避免。因硫化物的失去光澤可通過如 前述討論在燈頭中提供無硫化物氛圍或通過以透明的保護涂層外覆該銀而實質減少。失去 光澤作用可通過減少在燈頭氛圍中的濕氣而降至最低，因為濕氣促進失去光澤的反應。銀 涂層的執行中所遭遇的另一問題為對燈頭或套管的相對不良粘合性。銀對基板的粘合性可 通過使用粘合層而促進，且經由使用擴散障壁以使特定基板材料的溫度增進擴散造成的銀 污染作用降低或實質去除，如Ni、及Ni-Cr合金，包括氮化N-Cr合金以及基板材料的審慎選 擇。目前RTP處理室，如應用材料公司(Applied Materials)的減壓處理RTP室，其在 燈頭已具有控制的氛圍，故反射件套管已被保護而免于曝露至硫化物(或若燈頭的部分部 件證明含有硫，可如此應對)。除了在制造反射件時，反射件僅有在當打開冷燈頭以替換燈 時的有限時間曝露至周圍氛圍中。依燈頭打開時的制造氛圍的空氣質量，此曝露時間不會 造成明顯的失去光澤且依特定實施例可使用未保護的銀。實際曝露至制造空氣的時間可通 過將燈頭以使用除硫化學物質的薄銀箔或銀紙覆蓋而增加。在燈頭或套管上的未涂覆的銀涂層失去光澤的情況中，其可被恢復或再拋光。失 去光澤的銀可通過例如氫原子處理以及通過施用溶液潔凈技術而恢復或再拋光。依本發明的又一實施例，在Epi (外延)處理室中可使用銀_系反射件。若在Epi 室中使用銀_系反射件，可包括在冷卻空氣流中的硫化物或濕氣去除劑/吸收劑或無硫化 物的冷卻氣體的使用以達成未保護銀的使用。否則，需要用于銀系反射件的保護涂層或周 期的潔凈作用。依據本發明另一實施例，僅在燈頭維護期間在銀涂層上提供透明的保護外層以保 護銀反射件材料。此外層的壽命需求不如對其他應用如太陽能收集器或太空望遠鏡般嚴 厲。用于含銀反射材料的透明保護涂層的合適材料為硅土、石英、氧化鋁、氧化鋯、Si3N4、氧 化鋯、Si3N4、CaF2、MgF2、TiO2, Ta2O5、HfO2、氧化釔、及氧化鋁-硅土玻璃。硅土-系涂層可由溶膠-凝膠中衍生。此硅土-系涂層在太陽能源及激光應用上 顯示前景。對較低溫度處理而言，透明聚合物系涂層為有用的。此些較高溫度的變型較佳 為硅樹脂及/或氟-聚合物系。已顯示具有鎳鉻合金或氮化鎳鉻合金粘合層的100人氮化 硅可適當的保護銀免于由氛圍中失去光澤數年。對于此種型式的涂層，其可使用銀為反射 件，即使在燈頭中無保護氛圍。然而，大部分的氮化硅涂層技術為直視性技術，且較不適宜 用在反射件套管的內直徑的涂布。雖然如此，特別是當反射件的壽命的大部分時需要提供 保護氛圍，且需要最少的失去光澤保護時，此技術值得使用。對于在處理室中的應用，期待 覆蓋非常薄的含銀涂層如金屬噴鍍層，例如金、鉬、銠及鈀或銀-合金噴鍍層，以防止銀失 去光澤。或者，如Si或Ge的合金添加劑可加至銀，其量小至不足以嚴重削減純銀的反射性 但量大至足以形成保護氧化層。反射件表面的不同配置顯示于圖4、5及6。在圖4中，整個反射件套管401可由非 常純的銀制成及/或高度拋光。為了說明的目的，顯示進入的光線400及反射的光線402。 未涂層銀的配置可用于不會失去光澤的銀的情況。圖5顯示另一配置，其中套管401可為 如本發明所述的提供保護材料502的銀。圖6顯示反射件套管或燈頭表面601，其不為銀但 以銀涂層602涂覆。圖7顯示另一配置的示意圖，其中反射件套管或燈頭701以銀層702 涂覆，且該銀層如本說明所述以保護層703保護。應了解雖然顯示的層為單一塊，其本身事
6實上為多層結構。此外，若銀適當的粘合至基板如反射件套管或燈頭，則在銀及基板間也可具有一 粘合層。還可施用擴散障壁層。在替代實施例中，反射件套管可包括薄石英或其他UV、VIS、NIR或IR透明材料的 基板，且替代在套管的內表面施用銀涂層，可涂覆外表面以在透明的基板上提供后表面銀 反射件。在此例子中，反射的銀表面由基板保護。后表面銀可為未保護，銀厚度及緩慢硫擴 散適當的保護銀。可替代地，涂層可以某些較便宜的涂料保護，因為此保護涂層在套管的外 表面，所以涂層不需要為透明。后表面可能需要保護以免于在燈頭操作期間燈頭材料的污 染擴散，但此涂層不需要為透明的且即使在燈頭與反射件間提供小溝槽也為足夠的。本發明前述的實施例及其實施有關處理材料如半導體基板的處理室。預期本發明 實施例于薄膜與太陽能薄膜處理室的應用。也預期于其他領域的應用，如較佳且較堅固的 反射件為有利的光反射應用、光傳送系統、太陽能收集器、激光系統。在本說明書全文中使用“一實施例”、“特定實施例”、“一或更多實施例”或“一實 施例”為意指有關實施例描述的特定特征、結構、材料或特性為包含于本發明的至少一實施 例中。因此，在本說明書中不同處的呈現用詞如“在一或更多實施例中”、“在特定實施例”、 “在一實施例中”或“在一實施例中”并不需要意指本發明的相同實施例 。此外，特定特征、 結構、材料或特性可在一或一以上的實施例中以任何合宜方式組合。雖然本發明已參考特定實施例描述，應了解此些實施例僅為用以說明本發明的技 術思想及應用。在未偏離本發明技術思想及范疇下，本領域技術人員可顯見本發明方法及 裝置的不同潤飾及變化。因此，本發明預期包含在后附的權利要求范圍及其等效者的范疇 中的不同潤飾及變化。
權利要求
一種用于半導體處理室的反射件，其包含反射件基板，設置于該處理室中以反射源自安裝于該半導體處理室內的加熱燈的輻射，該反射件基板包括設置于其上的含銀反射層。
2.如權利要求1所述的反射件，其中該反射層包括銀含量大于99.99%的特別純銀。
3.如權利要求1所述的反射件，其還包含覆蓋該反射層的實質透明層。
4.如權利要求3所述的反射件，其中該實質透明層包括選自硅土、石英、氧化鋁、氧化 鋯、Si3N4、氧化鋯、Si3N4、CaF2、MgF2、TiO2, Ta2O5、HfO2、氧化釔、及氧化鋁-硅土玻璃的材料。
5.如權利要求1所述的反射件，其還包含介于該反射層與透明層間的粘合層。
6.如權利要求1所述的反射件，其還包含介于該反射層與該反射件基板間的擴散障壁。
7.如權利要求1所述的反射件，其中該反射件基板包括一部分的單塊燈頭，其具有多 個適于容納燈的腔室。
8.如權利要求1所述的反射件，其中該反射件基板包括適于配置于半導體處理室的燈管中的套管。
9.如權利要求1所述的反射件，其中該半導體處理室為快速熱處理反應室。
10.如權利要求1所述的反射件，其中該半導體處理室為外延處理室。
11.一種半導體處理設備，其包含處理室，其具有在處理期間放置基板的支撐件； 輻射出輻射能的加熱燈；及如權利要求1-10中的任意一個所述的反射件，其設置以反射源自該燈的輻射。
12.如權利要求11所述的半導體處理設備，其中該反射件基板包括一部分的單塊燈 頭，其具有多個適于容納燈的腔室。
13.如權利要求11所述的半導體處理設備，其中該層包括銀箔。
14.如權利要求11所述的半導體處理設備，其還包含與該燈頭流體相通的通道，該燈 頭由一控制形成硫化物或催化硫化物的材料量降至最低的氛圍所包圍。
全文摘要
文檔編號H01L21/02GK101952946SQ20098010584
公開日2011年1月19日 申請日期2009年2月20日 優先權日2008年2月22日
發明者Plesha Mischa Ann, Churton Kelly, Mark E Lindsay, Joseph M Ranish, Berta Sage 申請人:Applied Materials Inc