CN116368269A - 基板处理设备 - Google Patents

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许浩范
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Abstract

一种基板处理设备，包括：具有侧壁的腔室；在腔室内安装基板的基座；覆盖腔室上表面并由透明介电材料形成的上穹顶；以及设置在上穹顶上以产生感应耦合等离子体的天线。天线包括两个单匝单元天线，两个单匝单元天线各具有上表面和下表面，并且设置成在两个单匝单元天线的上表面和下表面上相互重叠，两个单匝单元天线并联连接并连接到射频(RF)电源，并且每个单匝单元天线的宽度方向竖直直立。

Description

基板处理设备
技术领域
本发明涉及一种等离子体基板处理设备，更具体地说，涉及一种外延等离子体增强化学气相沉积设备，用于使用灯加热器在高温下快速加热基板以沉积薄膜。
背景技术
在半导体制造中，将具有与单晶硅基板相同晶体结构的单晶硅薄膜沉积在基板上。当单晶硅薄膜生长时，将诸如氧化硅这样的无机绝缘材料沉积并图案化，以仅在半导体表面的硅暴露部分形成单晶区域，这被称为选择性外延生长(SEG)。
此外，在大面积基板上的薄膜太阳能电池制造中，用于接收阳光的P型层、用于形成电子空穴对的I型层和作为P型层的对电极的N型层是基本元件。类似地，液晶显示(LCD)装置基于阵列元件和滤色元件，分别形成在阵列和滤色基板上。
为了制造用于太阳能电池和液晶显示装置的薄膜元件，需要进行多次光刻工艺。该光刻工艺包括薄膜沉积工艺、光敏层涂布工艺、曝光显影工艺和蚀刻工艺。此外，这样的光刻工艺伴随着各种工艺，如清洁工艺、附着工艺、切割工艺等。
等离子体增强化学气相沉积(以下称作“PECVD”)是通过向天线或电极施加射频(RF)高压，在腔室内形成薄膜同时将反应气体激发成等离子体状态的工艺。
最近，为了防止在使用PECVD的沉积工艺中产生的异物或副产物粘附在腔室的内壁上，内壁用石英设计，在腔室的上部和下部中用石英设计上穹顶和下穹顶。
在使用这种PECVD的沉积工艺中，腔室内的压力保持在几mTorr，并保持在基本真空状态下10E-9Torr的超高真空状态，以显著减少沉积工艺中产生的异物或副产物的数量，并减少沉积工艺的时间，从而有提高产量的优点。
这种PECVD存在这样的问题：安装在上穹顶上的天线被红外光加热，从而恶化等离子体稳定性，并且天线通过红外反射恶化薄膜的均匀性。因此，需要一种新的等离子体源和薄膜沉积方法。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种即使通过外部红外加热也能够稳定地产生等离子体的天线和包括该天线的基板处理设备。
本发明的一个方面提供了一种基板处理设备，其中减少了下穹顶和下衬垫的污染。
本发明的一个方面提供了一种基板处理设备，用于通过经由夹具形状、壳体形状和镀金实现的均匀基板加热来确保均匀性。
本发明的一个方面提供了一种基板处理设备，用于同时提供均匀红外加热和均匀等离子体。
本发明的一个方面提供了一种基板处理设备，用于提供使用天线产生等离子体和嵌入在天线壳体中的电阻加热器的均匀工艺，该天线壳体设置为覆盖天线。
一种根据实施方式的基板处理设备，包括：具有侧壁的腔室；在腔室内安装基板的基座；覆盖腔室的上表面并由透明介电材料形成的上穹顶；以及设置在上穹顶上以产生感应耦合等离子体的天线。天线包括两个单匝单元天线，两个单匝单元天线各具有上表面和下表面，并且设置成在两个单匝单元天线的上表面和下表面上相互重叠，两个单匝单元天线并联连接并连接到射频(RF)电源，并且每个单匝单元天线的宽度方向竖直直立。
在示例性实施方式中，基板处理设备还可以包括：覆盖腔室的下表面且由透明介电材料形成的漏斗形下穹顶；设置在下穹顶的下表面上的同心灯加热器；设置在腔室的内侧上以环绕上穹顶的下侧边缘并由介电材料形成的环形上衬垫；设置在腔室的内侧面上以环绕下穹顶的上边缘内周表面并由介电材料形成的环形下衬垫；以及设置在同心灯加热器的下表面上的反射器。
在示例性实施方式中，单匝单元天线可以是宽度大于厚度的条形线形式，单匝单元天线的宽度方向可以竖直直立，并且宽度W与厚度t的比值(W/t)可以是10或更大。
在示例性实施方式中，单匝单元天线可以包括：从单匝单元天线的中心沿径向方向从上表面延伸的径向部；通过沿径向部中具有第一半径的周面顺时针旋转90度从上表面延伸的第一弯曲部；在第一弯曲部中从上表面到下表面改变布置平面的第一竖直延伸部；在第一竖直延伸部中沿着具有第一半径的周面顺时针旋转180度的第二弯曲部；第二竖直延伸部，所述第二竖直延伸部连续连接到第二弯曲部，从第一半径改变半径为比第一半径小的第二半径，从下表面到上表面改变布置平面，并从第二半径改变半径为第一半径；以及通过从第二竖直延伸部沿着具有第一半径的周面顺时针旋转90度从上表面延伸的第三弯曲部。
在示例性实施方式中，基板处理设备还可以包括设置为围绕天线并涂布有反射器的天线壳体。
在示例性实施方式中，基板处理设备还可以包括：至少一个处理气体供应部件，通过上管线的侧面供应处理气体；以及流动路径，通过该流动路径提供通过下穹顶供应的净化气体。
在示例性实施方式中，上衬垫可以包括：形成上衬垫的一侧以排出气体的第一开口；以及设置在上衬垫中的第二开口，以提供通往与上衬垫的第一开口相对的另一侧的基板路径。
在示例性实施方式中，灯加热器可包括多个环形灯加热器，环形灯加热器可沿下穹顶的斜面以有规律的间隔布置，并且环形灯加热器可分为三组以独立接收电力。
在示例性实施方式中，基板处理设备还可以包括：沿下穹顶的中心轴设置的第一基板升降机；以及第二基板升降机，设置为与第一基板升降机同轴。
在示例性实施方式中，基板处理设备还可以包括设置在腔室的下表面和反射器之间的环形隔热部件。
在示例性实施方式中，基板处理设备还可以包括设置在下穹顶的内周面上并由不透明介电材料形成的下衬垫。
在示例性实施方式中，下衬垫可以具有面向下穹顶的空间的内周表面，并且下衬垫的内周表面可以具有斜面，其中厚度在竖直方向上从腔室的下区域向上区域增加。
在示例性实施方式中，基板处理设备还可以包括：下穹顶，所述下穹顶覆盖腔室的下表面且由透明介电材料形成，并且具有与上穹顶相同的曲率；设置在下穹顶的下表面上的灯加热器；环形上衬垫，设置在腔室的内侧上以环绕上穹顶的下侧边缘并由介电材料形成；环形下衬垫，设置在腔室的内侧面上以环绕下穹顶的上边缘内周表面并由介电材料形成；以及设置在灯加热器的下表面上的反射器。
在示例性实施方式中，基板处理设备还可以包括设置为环绕天线的天线壳体。天线壳体可以由单独的加热器加热。
在示例性实施方式中，天线壳体的温度可以在200摄氏度至600摄氏度的范围。
在示例性实施方式中，基板处理设备还可以包括设置为围绕天线壳体同时与天线壳体间隔开的腔室壳体。腔室壳体可由制冷剂冷却。
本发明的另一方面提供了一种操作基板处理设备的方法，该基板处理设备包括具有侧壁的腔室、在腔室内安装基板的基座、覆盖腔室的上表面并由透明介电材料形成的上穹顶、设置在上穹顶上以产生电感耦合等离子体的天线、覆盖腔室的下表面并由透明介电材料形成的下穹顶、设置在腔室的内侧上以环绕上穹顶的下侧边缘并由介电材料形成的环形上衬垫、设置在腔室的内侧上以环绕下穹顶的上边缘内周表面并由介电材料形成的环形下衬垫、设置在下穹顶下方的灯加热器以及设置覆盖天线并由加热器加热的天线壳体。该方法可包括：通过加热器将天线壳体加热到第一温度；将基板置于基座的主位置，并提起基座以将基板的位置改变为处理位置；向上穹顶提供处理气体，向下穹顶提供净化气体，并使用灯加热器加热基板；以及向天线提供射频(RF)电源以产生电感耦合等离子体以在基板上进行外延生长。
根据另一实施方式的基板处理设备可以包括：具有侧壁、上区域和下区域的腔室；在腔室内安装基板的基座；覆盖腔室的上表面并由透明介电材料形成的上穹顶；覆盖腔室的下表面并由透明介电材料形成的下穹顶；以及设置在下穹顶的上边缘内周表面上并由不透明材料形成的下衬垫。
在示例性实施方式中，基板处理设备还可以包括设置在下穹顶下方的灯加热器。
在示例性实施方式中，下衬垫可以具有面向下穹顶的空间的内周表面，并且下衬垫的内周表面可以具有斜面，在斜面中宽度在竖直方向上从腔室的下区域向上区域增加。
在示例性实施方式中，下衬垫可由石英形成。
根据另一实施方式的基板处理设备可以包括：具有侧壁、上区域和下区域的腔室；在腔内安装基板的基座；覆盖腔室的上表面并由透明介电材料形成的上穹顶；覆盖腔室的下表面并由透明介电材料形成的下穹顶；设置在腔室的侧壁的一侧上的基板入口；设置在腔室的侧壁的另一侧上的排气端口。相比于基板入口的上表面，排气端口的上表面具有相同或更小的高度。
在示例性实施方式中，基板处理设备还可以包括设置在腔室的内侧上以环绕上穹顶的下侧边缘且由透明介电材料形成的环形上衬垫；以及设置在腔室的内侧上以环绕下穹顶的上边缘内周表面并由不透明介电材料形成的环形下衬垫。
在示例性实施方式中，上衬垫可包括：与排气端口对准且形成于上衬垫的一侧上以排出气体的第一开口；以及与基板入口对准并设置在上衬垫中的第二开口，以提供通往与上衬垫的第一开口相对的另一侧的基板路径。在处理过程中，基座的上表面可以高于排气端口和基板入口的下表面。
附图说明
基于附图和所附的详细描述，本发明将变得更加明显。其中所描述的实施方式是通过举例的方式提供的，而不是通过限制的方式提供的，其中类似的参考数字指的是相同或类似的元件。附图不一定按比例绘制，相反，重点放在示出本发明的各个方面。
图1是示出根据本发明的示例性实施方式的等离子体增强化学气相沉积设备中的主位置的概念图。
图2是示出根据本发明的示例性实施方式的等离子体增强化学气相沉积设备中的提升位置的概念图。
图3是在另一个方向获取的示出图1的等离子体增强化学气相沉积设备的概念图。
图4是示出图1的等离子体增强化学气相沉积设备的上衬垫、下衬垫和下穹顶的剖切透视图。
图5是示出图1的等离子体增强化学气相沉积设备的透视图。
图6是示出图5的天线的平面视图。
图7是示出根据本发明的另一个示例性实施方式的天线的平面视图。
图8是示出根据本发明的另一个示例性实施方式的等离子体增强化学气相沉积设备的概念图。
图9是示出根据本发明的另一个示例性实施方式的等离子体增强化学气相沉积设备的概念图。
图10是示出根据本发明的示例性实施方式的操作基板处理设备的方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种等离子体增强化学气相沉积设备，包括用于电感耦合等离子体的天线，该天线对由灯加热器发出的红外光具有高透明度，该天线不加热，并产生均匀的电感耦合等离子体。
通常，在基板上生长硅锗单晶或硅单晶层需要约900摄氏度的高处理温度。在使用这种选择性外延生长的半导体制造中，具有易于制造具有三维结构的半导体器件的优势，例如FinFET，具有三维结构的半导体器件使用传统的平板技术难以制造。
当将灯加热器应用于约900摄氏度的处理温度时，可通过灯加热器加热用于在处理容器中产生电感耦合等离子体的天线以增加温度，从而可增加电阻值。因此，由于由欧姆加热引起的能量消耗，天线可能无法有效地产生电感耦合等离子体。此外，天线可为从天线壳体反射的红外光形成阴影，以向基板提供温度不均匀性。
因此，需要一种用于感应耦合等离子体的天线，该天线不被灯加热器加热且不形成阴影。
设置为环绕天线的天线壳体可反射从灯加热器发出的部分红外光，其余红外光可被吸收到天线壳体以加热天线，导致可靠性较差。在天线壳体中，空间非均匀的温度分布可提供空间非均匀的黑体辐射。因此，天线壳体可以使用单独的电阻加热器来以均匀温度加热，并且可以提供空间均匀的黑体辐射。
包括上穹顶和下穹顶的传统化学气相沉积设备将处理气体注入上穹顶并从上穹顶排出处理气体。因此，气体可以在上穹顶内按一定方向流动，从而降低薄膜的均匀性。从上穹顶供应的处理气体可以流入下穹顶，在下穹顶上沉积异常薄膜。
根据本发明，通过向下穹顶供应净化气体并向上穹顶供应处理气体，可以阻止处理气体流入下穹顶以抑制下穹顶上异常薄膜的沉积。此外，可以产生均匀的等离子体以形成均匀的薄膜而不旋转基板。
包括上穹顶和下穹顶的传统化学气相沉积设备使用衬垫来防止在腔室的内壁上沉积不必要的薄膜。可以定期更换衬垫或清洁衬垫。
在本发明中，上衬垫和下衬垫的下侧可以具有斜面，以在上穹顶的方向上注入从下穹顶供应的净化气体并安装更多的灯加热器。由于基座和基板之间的间隙保持狭窄，从下穹顶供应的净化气体可以被朝向上穹顶注入以引起压力差。由于基座和基板之间的窄间隙，所以注入到上穹顶的处理气体只停留在上穹顶内，以防止下衬垫的污染。下衬垫可以是不透明石英材料的形式，以散射灯加热器的红外光，因此可以提供对基板的均匀加热。
在本发明中，用于电感耦合等离子体的天线可以设置为与上穹顶间隔，构成天线的导线可以是条状线的形式，并且条状线可以在宽度方向竖直对准。因此，入射在下穹顶方向上的红外光可以最小限度地入射到天线上。因此，天线可以抑制红外光的加热，并且从天线壳体反射的红外光可以加热基板，同时显著减少阴影。
在本发明中，环绕天线并屏蔽电磁波的天线壳体可以被镀金，以便红外光可以被反射，然后再次入射到基板上。此外，天线壳体可以具有圆柱形，而不是穹顶形状，以减少由红外光反射引起的天线的再入射加热。
在本发明中，设置在下穹顶下方的灯加热器可以是环形灯加热器，并且可以作为多个灯加热器提供。环形灯加热器可以组合在一起以独立控制电力以均匀地加热基板。
在本发明中，连接到腔室的排气部的涡轮分子泵(TMP)可以允许在腔室内保持基本真空，并且甚至在处理过程中可以在几个托尔或更低的压力下产生稳定的等离子体。
本发明的等离子体辅助化学气相沉积可减少设置在上穹顶上的电感耦合等离子体天线的红外加热引起的性能退化，并可提供红外光，从天线壳体反射回基板上来以高速度在基板上形成均匀薄膜。
以下，将参照附图在下面更全面地描述本发明的实施方式。然而，本发明可以以不同的形式体现，并且不应被构造为局限于本文所述的实施方式。相反，提供这些实施方式是为了使本发明是彻底和完整的，并且将充分向本领域技术人员传达本发明的范围。
图1是示出根据本发明的示例性实施方式的等离子体增强化学气相沉积设备中的主位置的概念图。
图2是示出根据本发明的示例性实施方式的等离子体增强化学气相沉积设备中的提升位置的概念图。
图3是在另一个方向获取的示出图1的等离子体增强化学气相沉积设备的概念图。
图4是示出图1的等离子体增强化学气相沉积设备的上衬垫、下衬垫和下穹顶的剖切透视图。
图5是示出图1的等离子体增强化学气相沉积设备的透视图。
图6是示出图5的天线的平面视图。
参见图1至6，根据示例性实施方式的等离子体增强化学气相沉积设备100可包括：具有侧壁的腔室160、在腔室160内安装基板174的基座172、覆盖腔室160的上表面并由透明介电材料形成的上穹顶152以及设置在上穹顶152上以产生电感耦合等离子体的天线110。天线110可包括两个单匝单元天线。两个单匝单元天线各具有上表面和下表面，并设置成在两个单匝单元天线的上表面和下表面上相互重叠，两个单匝单元天线并联连接并连接到射频(RF)电源140，且每个单匝单元天线的宽度方向竖直直立。
腔室160可由导电材料形成，腔室160的内部空间可具有圆柱形状，并且腔室160的外部形状可为长方体形状。腔室160可以用冷却水冷却。腔室160、上穹顶152和下穹顶158可以相互连接以提供封闭空间。腔室160可包括形成于腔室160的侧面上的基板入口160a以及形成于面向基板入口160a的侧面上的排气端口160b。排气端口160b可以连接到高真空泵190。高真空泵190可以是涡轮分子泵。高真空泵190可保持在低基础压力下，并且甚至在处理过程中也可保持在数托或更低的压力下。排气端口160b的上表面可以设置在与基板入口160a的上表面相同的高度或低于其高度。
例如，当排气端口160b的上表面设置在与基板入口160a的上表面相同的高度上时，在处理过程中，基座172的上表面可以改变到高于排气端口160b和基板入口160a的下表面的位置。因此，可以改进腔室160内的对称性，并且可以改进处理气体的流动以提供均匀的薄膜沉积。
当基板174通过形成于腔室160的侧面上的基板入口160a引入时，基座172可安装基板174。基座172可具有与基板174相同的板形，并且可由具有优异导热性的金属或石墨形成。基座172可通过红外光加热，并且基板174可通过传热加热。在处理过程中，基座172的上表面可以高于排气端口160b和基板入口160a的下表面。基座172可以旋转。
第一升降机184可以沿下穹顶158的中心轴延伸，并且可以包括具有三脚架形状的第一升降机主体和第一升降杆。第一升降机184和第二升降机182可具有同轴结构。当基板174被转移到腔室160中时，第一升降机184可以从调节位置或主位置被提起以支撑基板174。然后，可以降低第一升降机184以将基板174放置在基座172上。第一升降机184的材料可以是石英或金属。第一升降机184可由驱动轴竖直移动。
第二升降机182可沿下穹顶158的中心轴延伸，并且可包括具有三脚架形状的第二升降机主体和第二升降杆。第二升降机182可以将上面安装有基板174的基板172提升到处理位置或升起位置。处理位置可以设置在与第二开口154b的上表面相同的平面上，用于在上衬垫154中引入基板174。此外，处理位置可以设置在与用于在上衬垫154中排气的第一开口154a的下表面基本上相同的平面上。因此，在处理位置中，基座172和上衬垫154之间的间隙可以显著减小。第二升降机182的材料可以是石英或金属。第二升降机182可由驱动轴竖直移动。
上穹顶152可为作为透明介电材料的石英或蓝宝石。上穹顶152可以***并耦接到在腔室160的上表面上形成的凸起点。上穹顶152可以在耦接到腔室160的耦接位置中具有垫圈形状，以提供真空密封。上穹顶152可具有弧形或椭圆形。上穹顶152可允许从下部入射的红外光从中通过。从天线壳体130反射的红外光可穿过上穹顶152入射到基板174上。
下穹顶可为作为透明介电材料的石英或蓝宝石。下穹顶158可具有漏斗状下穹顶主体158b、耦接到形成在腔室160的下表面上的凸起点的垫圈状耦接部158a以及耦接到下穹顶主体158b的中心的圆柱形管158c。下穹顶158可以***并耦接到在腔室160的下表面上形成的凸起点。在下穹顶158中，耦接到腔室160以提供真空密封的耦接部158a可以具有垫圈形状。第一升降机的驱动轴和第二升降机的驱动轴可以设置为***圆柱形管158c。通过下穹顶158供应的净化气体，可以通过流动路径供应。流动路径可以是圆柱形管158c。净化气体可以是诸如氩(Ar)的惰性气体。
上衬垫154可为透明介电材料。上衬垫154可以是石英、氧化铝、蓝宝石或氮化铝。上衬垫154的材料可以选择作为抑制异常薄膜沉积的材料。当上衬垫154受到污染时，可以拆卸和清洁。上衬垫154可具有整体环形形状，其上表面可为具有上穹顶152形状的曲面。上衬垫154可包括形成于上衬垫154一侧的第一开口154a，以及形成于上衬垫154的侧面的第二开口154b，以提供基板通往面向第一开口154a的另一侧的路径。第一开口154a可与排气端口160b对准，并且第二开口154b可与基板入口160a对准。上衬垫154的内侧面可以竖直延伸，并且可以连接到从第一开口154a的下表面逐渐变细的锥形部154c。锥形的内侧面可以具有与下衬垫156的内侧面相同的倾斜度。斜面的倾斜角θ可达约70度。因此，可以将净化气体稳定地供应到腔室160的上区域。
上衬垫154可包括通过上衬垫154的侧面供应处理气体的一个或多个处理气体供应部件159a和159b。处理气体供应部件159a和159b可以从上衬垫154的侧面突出。例如，处理气体供应部件159a和159b可以包括供应诸如SiH4之类的第一处理气体供应部件159a和供应第二处理气体的第二处理气体供应部件159b。
第一处理气体供应部159a可以从上衬垫154的侧面突出得更多，从而使诸如SiH4之类的第一处理气体暴露于等离子体。同时，第二处理气体供应部159b可以较少地从上衬垫的侧面突出，从而使诸如H2之类的第二处理气体较少地暴露于等离子体。由于净化气体从下穹顶158引入到腔室160的上区域，因此可以在圆周上均匀地供应净化气体以具有空间上均匀的压力分布。
下衬垫156可耦接到上衬垫154。下衬垫156可设置在腔室160内，可环绕下穹顶158的上边缘的内周表面，并且可具有由不透明介电材料形成的环形。上衬垫154可设置在下衬垫156上，并可与下衬垫156对准以耦接于上衬垫156。下衬垫156可包括用于与下穹顶158耦接的下倾斜外表面156b和用于相对于上衬垫154保持连续倾斜的下倾斜内表面156a。下衬垫156可由诸如石英这样的不透明材料制成。也就是说，下衬垫156可以具有面向下穹顶空间的内周表面，并且下衬垫156的内周表面可以具有斜面，从而使其厚度在竖直方向上从腔室160的下区域向上区域增加。内周表面的倾角θ可达约70度。倾斜的内周表面可以暴露设置在最上面的灯加热器，以提供更均匀的加热，并且可以散射入射的红外光以抑制腔室160的加热。
隔热部件162可以设置在腔室160的下表面和反射器160之间，并且可以具有环形形状。隔热部件162可减少腔室160从加热的反射器160的热传递。隔热部件162可由陶瓷材料形成。隔热部件162的上表面可设置凸起点。隔热部件162的凸起点和腔室160的下表面的凸起点可以容纳下穹顶158的垫圈形耦接部158a并对其进行真空密封。
同心灯加热器166可以包括多个同心环形灯加热器166，并且可以连接到电源164。同心环形灯加热器166可沿下穹顶158的斜面有规律地间隔布置，并可分为三组以独立接收电力。同心环形灯加热器166可***在反射器160的斜面上形成的环形槽中，以便对准。例如，同心环形灯加热器166可以是卤素灯加热器，并且可以提供八个同心环形灯加热器166。下部三个灯加热器可构成第一组，中间两个灯加热器可构成第二组，以及上部三个灯加热器可构成第三组。第一组可连接至第一电源164a，第二组可连接至第二电源164b，并且第三组可连接至第三电源164c。第一至第三电源164a至164c可被独立控制以均匀加热基板。
反射器160可以支撑隔热部件162的下表面，并且可以安装灯加热器166。上面安装有灯加热器166的斜面可以具有锥形形状，以保持在与下穹顶158的斜面相距预定的距离。反射器160可以由导电材料形成，并且可以用冷却水冷却。
可设置夹具150以覆盖上穹顶152的边缘。夹具150可以由导电材料形成，并且可以用冷却水冷却。夹具150的下表面可设有凸起点，以耦接到上穹顶152的垫圈形耦接部，以及弯曲部150a以覆盖上穹顶152的弯曲部的一部分。夹具150的弯曲部150a可以镀金以反射红外光。夹具150的内径可基本上与上衬垫154的内径D相同。此外，夹具150的内径可与天线壳体130的直径相同。
天线110可包括两个单匝单元天线110a和110b。天线110可设置成在上表面和下表面上相互重叠，单匝单元天线可为宽度大于厚度的条形线形式，单匝天线的宽度方向可竖直直立。两个单匝单元天线可以并联连接并连接到射频电源140。射频电源140可通过阻抗匹配盒142和电源线路143向天线110提供射频电源。天线110可包括两个单匝单元天线，两个单匝单元天线可设置成在上表面和下表面上相互重叠，并且两个单匝单元天线可并联连接并连接到射频电源，单匝单元天线的宽度方向可竖直直立。
射频电流流经的天线应具有适应高电流的足够横截面积，并应形成一个闭环以产生足够的磁通。此外，需要多匝来确保足够的磁通量或高电感。因此，需要堆栈结构。但是，由于宽度直立的天线占用很大的空间，并且不利于获得足够的磁性，因此通常不使用这种天线。
在本发明中，天线110可以使用竖直站立的条形线，以便吸收从腔室的上部或下部入射的紫外光，以显著减少由加热引起的电阻增加。天线110相对于红外光可提供高透光率。
此外，天线可涂覆有金(Au)或银(Ag)以增加红外反射。此外，采用具有两层结构的天线来确保足够的磁通量。在单匝单元天线中，提供射频电源的位置可以设置在上表面上，以减少由电容耦合引起的功率损失。条形线的长宽比(宽度W与厚度t之比(W/t))可以是10或更大。条形线可以有几毫米的厚度和几厘米的宽度。由于立式条形线结构不妨碍由引入空气形成的流动，立式条形线结构可以提供平滑的空气冷却。此外，从天线壳体反射的红外光可显著减少天线形成的阴影。
天线110的下表面可以基本上与夹具150的上表面在相同平面，并且可以高于上穹顶152的最高位置。因此，天线110不与上穹顶152直接接触，使得上穹顶152不能通过热传递直接加热。两个单匝单元天线110a和110b可以旋转180度以相互重叠。单匝单元天线110a和110b中的每个可以在预定的部分中设置在下表面上，并在其他部分中设置在上表面上。
单匝单元天线110a/110b可包括从单匝单元天线的中心沿径向方向从上表面延伸的径向部112a/112b；通过在径向部中沿着具有第一半径R1的周面顺时针旋转90度从上表面延伸第一弯曲部113a/113b；在第一弯曲部中将布置平面从上表面改为下表面的第一竖直延伸部114a/114b；在第一竖直延伸部中沿具有第一半径R1的周面顺时针旋转180度的第二弯曲部115a/115b；连续连接到第二弯曲部并将半径从第一半径R1改变为小于第一半径R1的第二半径R2且将布置平面从下表面改变为上表面以及将半径从第二半径R2改变为第一半径R1的第二竖直延伸部116a/116b；以及通过沿具有第一半径R1的周面从第二竖直延伸部顺时针旋转90度从上表面延伸第三弯曲部117a/117b。第三弯曲部分117a和117b可连接到径向延伸的地面部。
天线壳体130可设置成环绕天线110，并且天线壳体130的内表面可涂布有金(Au)。天线壳体130可以屏蔽从天线110辐射的电磁波，并且可以反射从灯加热器166辐射的红外光。
腔室壳体132可设置在夹具150上，并可设置成覆盖天线壳体130。腔室壳体132可设置成环绕天线壳体130。腔室壳体132可包括用于将空气注入天线壳体130并从天线壳体130排出空气的流动路径132a。注入天线壳体130中的空气可冷却天线110和上穹顶152。
图7是示出根据本发明的另一示例性实施方式的天线的平面图。
参见图7，天线100'可包括两个单匝单元天线110a和110b。单匝单元天线110a/110b可包括从单匝单元天线的中心沿径向方向从上表面延伸的径向部112a/112b；通过在径向部中沿着具有第一半径R1的周面顺时针旋转90度从上表面延伸第一弯曲部113a/113b；在第一弯曲部中将布置平面从上表面改为下表面的第一竖直延伸部114a/114b；在第一竖直延伸部中沿具有第一半径R1的周面顺时针旋转180度的第二弯曲部115a/115b；连续连接到第二弯曲部115a/115b并将半径从第一半径R1改变为小于第一半径R1的第二半径R2且将布置平面从下表面改变为上表面以及将半径从第二半径R2改变为第一半径R1的第二竖直延伸部116a/116b；以及通过沿具有第一半径R1的周面从第二竖直延伸部顺时针旋转90度从上表面延伸第三弯曲部117a/117b。第三弯曲部分117a和117b可连接到径向延伸的地面部。
图8是示出根据另一示例性实施方式的等离子体增强化学气相沉积设备的概念图。
参见图8，根据示例性实施方式的等离子体增强化学气相沉积设备200可以包括具有侧壁的腔室160、在腔室160内安装基板174的基座172、覆盖腔室160的上表面并由透明介电材料形成的上穹顶152；以及设置于上述穹顶152上以产生感应耦合等离子体的天线110。天线110可以包括两个单匝单元天线,两个单匝单元天线每个具有上表面和下表面,并设置成在两个单匝单元的上表面和下表面上彼此重叠，两个单匝单元天线可彼此并联并连接到射频(RF)电源140,每个单匝单元天线的宽度方向可以竖直直立。
下穹顶258可覆盖腔室160的下表面，并且可由透明介电材料形成，且可具有与上穹顶152相同的曲率。灯加热器可设置在下穹顶258的下表面上。反射器260可以设置在灯加热器的下表面上。
图9是示出根据另一示例性实施方式的等离子体增强化学气相沉积设备的概念图。
参见图9，根据示例性实施方式的等离子体增强化学气相沉积设备300可以包括具有侧壁的腔室160、在腔室160内安装基板174的基座172、覆盖腔室160的上表面并由透明介电材料形成的上穹顶152以及设置在上穹顶152上以产生电感耦合等离子体的天线110。天线110可包括两个单匝单元天线，两个单匝单元天线可设置成在上表面和下表面上相互重叠，并且两个单匝单元天线可并联连接并连接到射频(RF)电源140，并且单匝单元天线的宽度方向可竖直直立。
天线壳体330可设置成环绕天线110，天线壳体330的内表面可涂布有金(Au)。天线壳体330可由导电材料构成，该导电材料对红外波段具有高反射率，例如金属。具体地说，天线壳体330可以是具有盖子的圆柱体的形式，并且可以由铝形成。
天线壳体330可以设置在夹具150上，可以屏蔽从天线110辐射的电磁波，可以反射从灯加热器166辐射的红外光，并且可以吸收灯加热器166的红外光以被不均匀加热。单独的加热器331可加热天线壳体330以在空间上均匀地加热天线壳体330。加热器331可以是嵌入在天线壳体330中的电阻加热器。电阻加热器可以螺旋形式嵌入在天线壳体330的盖子中。对于空间上均匀的温度分布，加热器之间的间隙可以在径向上减小。均匀加热的天线壳体330还可以通过黑体辐射加热基板174。加热的天线壳体330可以不提供取决于环境的温差。
天线壳体330的温度可高于可由灯加热器166升高的温度。例如，天线壳体330的温度可以在200摄氏度到600摄氏度之间。
天线110可由加热的天线壳体330额外加热。然而，天线110可以吸收较少的辐射热而不阻碍由空气引入形成的流动，并且可以通过空气的平滑流动进行冷却。
腔室壳体332可设置在夹具150上，并可设置成覆盖天线壳体330。可以在腔室壳体332和天线壳体330之间设置空间，以减少由热传递引起的热损失。空间可以处于大气压状态，并且充满空间的空气可能无法循环。
腔室壳体332可以包括制冷剂流经的流动路径333，并且可以被冷却到室温。腔室壳体332可以是具有盖子的圆柱体的形式，并且可以由导电材料形成。
空气流动路径可通过腔室壳体332和天线壳体330以将空气注入由天线壳体330所定义的空间。注入天线壳体330中的空气可以冷却天线110以提供稳定的操作。
图10是示出根据示例性实施方式的操作基板处理设备的方法的流程图。
参见图10，等离子体增强化学气相沉积设备300(也可称为基板处理设备)可以包括：具有侧壁的腔室160；在腔室160内安装基板174的基座172；覆盖腔室160的上表面并由透明介电材料形成的上穹顶152；设置在上穹顶152上以产生感应耦合等离子体的天线110；覆盖腔室160的下表面并由透明介电材料形成的下穹顶158；设置在腔室160的内侧上以环绕上穹顶152的下侧边缘并由介电材料形成的上衬垫154；设置在腔室160的内侧上以环绕下穹顶158的上边缘内周表面并由介电材料形成的下衬垫156；设置在下穹顶158下方的灯加热器166；以及设置成覆盖天线110并由加热器331加热的天线壳体330。
操作等离子体增强化学气相沉积设备300的方法可以从操作S100开始，其中由加热器331将天线壳体330加热到第一温度。第一温度可以在200摄氏度到600摄氏度之间。
基板174可容纳在基座172的主位置上，且可将基座172升起以将基板的位置改变为处理位置(操作S110)。处理位置可以设置在与第二开口154b的上表面相同的平面上，用于将基板174引入上衬垫154中。此外，处理位置可以设置在与用于在上衬垫154中排气的第一开口154a的下表面基本上相同的平面上。因此，在处理位置中，基座172和上衬垫154之间的间隙可以显著减小。在处理位置中，基座172和上层衬垫154之间的间隙可以显著减小。
处理气体可供应给上部穹顶152，净化气体可供应给下部穹顶158，并且基板174可使用灯加热器166加热(操作S120)。基板174的温度可以在550摄氏度至950摄氏度之间。
通过向天线110提供射频(RF)电源，可产生电感耦合等离子体以在基板174上进行外延生长(操作S130)。外延生长可为硅单晶。
如上所述，根据本发明的示例性实施方式的基板处理设备即使在使用灯加热器进行选择性外延沉积的高温工艺中也可以稳定地产生等离子体。
虽然已经详细描述了本发明及其优点，但应该理解的是，可以在不偏离下列权利要求所限定的公开的精髓和范围的情况下，在此可以进行各种变化、替换和更改。

Claims (24)

1.一种基板处理设备，包括：
具有侧壁的腔室；
在所述腔室内安装基板的基座；
覆盖所述腔室的上表面并由透明介电材料形成的上穹顶；以及
设置在所述上穹顶上以产生感应耦合等离子体的天线，
其中所述天线包括两个单匝单元天线，
所述两个单匝单元天线各具有上表面和下表面，并且设置成在所述两个单匝单元天线的上表面和下表面上相互重叠，
所述两个单匝单元天线并联连接并连接到射频(RF)电源，以及
每个单匝单元天线的宽度方向竖直直立。
2.根据权利要求1所述的基板处理设备，还包括：
覆盖所述腔室的下表面且由透明介电材料形成的漏斗形下穹顶；
设置在所述下穹顶的下表面上的同心灯加热器；
设置在所述腔室的内侧上以环绕所述上穹顶的下侧边缘并由介电材料形成的环形上衬垫；
设置在所述腔室的内侧面上以环绕所述下穹顶的上边缘内周表面并由介电材料形成的环形下衬垫；以及
设置在所述同心灯加热器的下表面上的反射器。
3.根据权利要求1所述的基板处理设备，其中每个单匝单元天线是宽度大于厚度的条形线形式，以及
所述宽度W与所述厚度t的比值(W/t)是10或更大。
4.根据权利要求1所述的基板处理设备，其中在所述两个单匝单元天线的一个中，所述单匝单元天线包括：
从所述单匝单元天线的中心沿径向方向从所述单匝单元天线的上表面延伸的径向部；
通过沿所述径向部中具有第一半径的周面顺时针旋转90度从所述单匝单元天线的上表面延伸的第一弯曲部；
在所述第一弯曲部中从所述单匝单元天线的上表面到所述单匝单元天线的下表面改变布置平面的第一竖直延伸部；
在所述第一竖直延伸部中沿着具有所述第一半径的所述周面顺时针旋转180度的第二弯曲部；
连续连接到所述第二弯曲部的第二竖直延伸部，从所述第一半径改变半径为比所述第一半径小的第二半径，从所述单匝单元天线的下表面到所述单匝单元天线的上表面改变布置平面，并从所述第二半径改变半径为所述第一半径；以及
通过从所述第二竖直延伸部沿着具有所述第一半径的所述周面顺时针旋转90度从所述单匝单元天线的上表面延伸的第三弯曲部。
5.根据权利要求1所述的基板处理设备，还包括：
设置为所述围绕天线并涂布有反射器的天线壳体。
6.根据权利要求1所述的基板处理设备，还包括：
至少一个处理气体供应部件，通过所述上衬垫的侧面供应处理气体；
流动路径，通过所述流动路径提供通过所述下穹顶供应的净化气体。
7.根据权利要求1所述的基板处理设备，其中上衬垫包括：
形成在所述上衬垫的一侧上以排出气体的第一开口；以及
设置在所述上衬垫中的第二开口，以提供通往与所述上衬垫的第一开口相对的另一侧的基板路径。
8.根据权利要求1所述的基板处理设备，其中所述灯加热器可包括多个环形灯加热器，
所述环形灯加热器沿所述下穹顶的斜面以有规律的间隔布置，以及
所述环形灯加热器可分为三组以独立接收电力。
9.根据权利要求1所述的基板处理设备，还包括：
沿所述下穹顶的中心轴设置的第一基板升降机；以及
第二基板升降机，设置为与所述第一基板升降机同轴。
10.根据权利要求1所述的基板处理设备，还包括：
设置在所述腔室的下表面和反射器之间的环形隔热部件。
11.根据权利要求1所述的基板处理设备，还包括：
设置在所述下穹顶的内周面上并由不透明介电材料形成的下衬垫。
12.根据权利要求1所述的基板处理设备，其中所述下衬垫具有面向所述下穹顶的空间的内周表面，
所述下衬垫的内周表面具有斜面，其中厚度在竖直方向上从所述腔室的下区域向上区域增加。
13.根据权利要求1所述的基板处理设备，还包括：
下穹顶，所述下穹顶覆盖所述腔室的下表面且由透明介电材料形成，并且具有与所述上穹顶相同的曲率；
设置在所述下穹顶的下表面上的灯加热器；
环形上衬垫，设置在所述腔室的内侧上以环绕所述上穹顶的下侧边缘并由介电材料形成；
环形下衬垫，设置在所述腔室的内侧面上以环绕所述下穹顶的上边缘内周表面并由介电材料形成；以及
设置在所述灯加热器的下表面上的反射器。
14.根据权利要求1所述的基板处理设备，还包括：
设置为环绕所述天线的天线壳体，
其中所述天线壳体由单独的加热器加热。
15.根据权利要求14所述的基板处理设备，其中所述天线壳体的温度在200摄氏度至600摄氏度的范围。
16.根据权利要求14所述的基板处理设备，还包括：
设置为围绕所述天线壳体同时与所述天线壳体间隔开的腔室壳体，
其中所述腔室壳体由制冷剂冷却。
17.一种操作基板处理设备的方法，所述基板处理设备包括具有侧壁的腔室、在所述腔室内安装基板的基座、覆盖所述腔室的上表面并由透明介电材料形成的上穹顶、设置在所述上穹顶上以产生电感耦合等离子体的天线、覆盖所述腔室的下表面并由透明介电材料形成的下穹顶、设置在所述腔室的内侧上以环绕所述上穹顶的下侧边缘并由介电材料形成的环形上衬垫、设置在所述腔室的内侧上以环绕所述下穹顶的上边缘内周表面并由介电材料形成的环形下衬垫、设置在所述下穹顶下方的灯加热器以及设置覆盖所述天线并由加热器加热的天线壳体，所述方法包括：
通过所述加热器将所述天线壳体加热到第一温度；
将所述基板置于所述基座的主位置，并提起所述基座以将所述基板的位置改变为处理位置；
向所述上穹顶提供处理气体，向所述下穹顶提供净化气体，并使用所述灯加热器加热基板；以及
向所述天线提供射频(RF)电源以产生电感耦合等离子体以在基板上进行外延生长。
18.一种基板处理设备，包括：
具有侧壁、上区域和下区域的腔室；
在所述腔室内安装基板的基座；
覆盖所述腔室的上表面并由透明介电材料形成的上穹顶；
覆盖所述腔室的下表面并由透明介电材料形成的下穹顶；以及
设置在所述下穹顶的上边缘内周表面上并由不透明材料形成的下衬垫。
19.根据权利要求18所述的基板处理设备，还包括：
设置在所述下穹顶下方的灯加热器。
20.根据权利要求18所述的基板处理设备，其中所述下衬垫具有面向所述下穹顶的空间的内周表面，以及
所述下衬垫的内周表面具有斜面，在所述斜面中宽度在竖直方向上从所述腔室的所述下区域向所述上区域增加。
21.根据权利要求18所述的基板处理设备，其中所述下衬垫由石英形成。
22.一种基板处理设备，包括：
具有侧壁、上区域和下区域的腔室；
在所述腔室内安装基板的基座；
覆盖所述腔室的上表面并由透明介电材料形成的上穹顶；
覆盖所述腔室的下表面并由透明介电材料形成的下穹顶；
设置在所述腔室的所述侧壁的一侧上的基板入口；
设置在所述腔室的所述侧壁的另一侧上的排气端口，
其中相比于所述基板入口的上表面，所述排气端口的上表面具有相同或更小的高度。
23.根据权利要求22所述的基板处理设备，还包括：
设置在所述腔室的内侧上以环绕所述上穹顶的下侧边缘且由透明介电材料形成的环形上衬垫；以及
设置在所述腔室的内侧上以环绕所述下穹顶的上边缘内周表面并由不透明介电材料形成的环形下衬垫。
24.根据权利要求23所述的基板处理设备，其中所述上衬垫包括：
与所述排气端口对准且形成于所述上衬垫的一侧上以排出气体的第一开口；以及
与所述基板入口对准并设置在所述上衬垫中的第二开口，以提供通往与所述上衬垫的所述第一开口相对的另一侧的基板路径，以及
其中在处理过程中，所述基座的上表面高于所述排气端口和所述基板入口的下表面。
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