晶片加热器组件的制作方法

专利名称：晶片加热器组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及衬底保持器，尤其是涉及在衬底保持器中具有低的热质量和快速响应时间的单晶片加热器组件。
背景技术：
随着半导体制造技术进步，半导体晶片的直径已经增加，从而提供更多的半导体电路以满足提高成品率的更高要求，以降低成本。为了提供更好的成品率，经常需要改进的温度控制。
在半导体处理期间，衬底保持器能够用来控制晶片/衬底的温度。在单晶片处理中，使用单件电阻加热器，但是它们难于控制。有关传统单晶片加热器系统的问题包括部件潜在的金属污染；受限制的热独立区域(受到加热器/晶座热应力开裂问题限制)；边缘热损失效应的均匀性降低；由于较大热质量的受限制的热响应时间；晶片上的过度的热梯度而形成的晶片翘曲和滑移缺陷。由于晶片变得更大和器件构造变得更小，需要更好的单晶片加热器以提高处理性能。
为此，需要具有更加均匀加热特性和更快响应时间的加热器。

发明内容
本发明涉及一种用于控制安装在处理室中衬底保持器上的晶片/衬底的温度的装置和方法本发明提供包括具有更加均匀加热特性和更快响应时间的加热单元的衬底保持器。在本发明的一方面，开发了包括嵌入在石英中的高纯度碳导线的独特的加热器元件。这些加热器元件类似于传统的金属导线加热元件，设计成发射电磁辐射，并且这些加热器元件具有快速转移热的低的热质量。
改进的单晶片加热器构造和消除了之前加热器元件通常的污染源，使工艺应用场合的范围更宽。新应用的范围可以从低温SOG固化到高速、高温脉冲退火。低热质量和快热响应提供了一种通过类似于层接层生长机制的脉冲热分解或反应的装置，从而提高了对薄膜形成的控制。


通过参照下列详细的描述，尤其是结合附图阅读，对本发明的各种实施例和其许多伴随的优点的更完整的理解将变得显而易见。
图1示出根据本发明一个实施例的处理系统的示例性框图；图2A示出根据本发明一个实施例的衬底保持器的简化剖面图；图2B示出根据本发明的另一个实施例的衬底保持器的简化剖面图；图3A-3C示出根据本发明一个实施例的加热器单元的示例性示意图；图4示出根据本发明一个实施例的另一个加热器单元的示意图；图5示出根据本发明一个实施例的加热单元的简化图；图6A示出用于将连接线路和根据本发明一个实施例的碳导线加热器结合的端点元件纵向剖面图；图6B示出根据本发明一个实施例的端点元件的横向剖面图；图7是根据本发明一个实施例的碳导线加热器的平面视图；图8示出根据本发明一个实施例的多分区1加热单元的简化图；图9示出根据本发明一个实施例的多元件加热组件的简化图；图10A-10C示出根据本发明一个实施例的另一个多元件加热组件的简化图；图11A示出根据本发明单晶片加热器组件另一个实施例的简化框图；图11B示出根据本发明一个实施例的多晶片加热器组件的简化框图；图12示出根据本发明另一个实施例单晶片加热器组件的简化框图；图13示出根据本发明单晶片加热器组件另一个实施例的简化框图；图14A-14C示出根据本发明的单晶片加热器组件的另一个实施例的简化框图；图15A-15C示出根据本发明的单晶片加热器组件的另一个实施例的简化框图。
具体实施例方式
在材料处理系统中，衬底和/或晶片定位在诸如夹盘的保持器上，该保持器包括加热元件和/或冷却元件。在本发明的一个实施例中，提供一种改进的包括独特的加热元件的保持器，该加热元件包括嵌入在石英中的高纯度碳导线。
图1示出根据本发明实施例的处理系统的示例性框图。例如，处理系统100可包括诸如等离子体蚀刻机的蚀刻系统。或者，处理系统100可以包括光刻胶涂覆系统、图案化系统、显影系统和/或这些系统的组合。在其它实施例中，处理系统100可以包括诸如快速热处理(RTP)系统的热处理系统、涂覆系统、化学气相沉积(CVD)系统、物理气相沉积(PVD、iPVD)系统、原子层沉积(ALD)系统和/或这些系统的组合。
处理系统100可以包括用于控制室壁温度的元件。如所示出，壁温度控制元件166可以结合到壁温度控制单元160，并且壁温度控制元件166可以结合连接到处理室110。温度控制元件可以包括加热器元件和/或冷却元件。例如，加热器元件可以包括电阻加热器元件或碳加热器元件。处理室110的温度可以使用诸如热电偶(例如，K型热电偶、Pt传感器等)的温度传感装置监测。而且，控制器可以利用温度测量结果作为向壁温度控制单元160的反馈，以控制处理室110的温度。
此外，处理系统100可以进一步包括结合连接到处理室110的压力控制系统150，以控制处理室110中的压力。压力控制系统150可以包括真空泵152、用于控制室压力的闸门阀154和压力传感器(未示出)。例如，真空泵152可包括泵速能达每秒5000升(或更大)的涡轮分子真空泵(TMP)。TMP可以是Seiko STP-A803真空泵或Ebara ET1301W真空泵。TMP适用于通常低于50毫乇的低压处理。对于高压(即，大于100毫乇)或低产能处理(即，没有气流)，可以使用机械增压泵和干式低真空泵。尽管压力控制系统150示出与处理室110的底部结合，但是这不是必需的。在另外的实施例中，压力控制系统150可以结合到处理室110的顶部和/或侧部。而且，控制器可以利用压力测量结果作为向压力控制系统150的反馈，以控制室压力。
例如，处理室110可以有利于处理等离子体在邻近衬底145的处理空间112中的形成。或者，处理室110可以有利于处理气体在邻近衬底145的处理空间112的形成。处理系统100可以构造成处理200mm的衬底、300mm的衬底或更大的衬底。在另一个实施例中，处理系统100可以包括多个处理室，并且处理系统可以通过在一个或多个处理室中产生等离子体而工作。
处理系统100可以进一步包括结合到处理室110的上组件120。例如，上组件120可以包括气体分配板175，该气体分配板175结合到气体分配系统170，以将处理气体引入处理室110内的处理空间112中。气体分配板175可以进一步包括多个孔(未示出)，这些孔构造成将一种或多种来自气体分配系统170的气体分配到处理室110的处理空间112中。处理气体可以包括NH3、HF、H2、O2、CO、CO2、Ar、He、或N2中至少一种。对此处使用的术语“A、B、C......或X中至少一种”意思是包括所列成分的任何一种，或包括所列成分的一种以上的任何组合。例如，在聚乙烯和/或氮化物处理期间，处理气体可以包括DCS、TCS、SiH4、Si2H6、HCD或NH3中至少一种；在CVD氧化物处理期间，处理气体可以包括TEOS或BTBAS中至少一种；在ALD处理期间，处理气体可以包括H2O、TMA、HTB、NO或N2O中至少一种；在金属CVD期间，处理气体可以包括羰基钨、羰基铼或Taimata中至少一种。
而且，上组件120能够构造成执行以下功能中至少一个提供电容结合等离子体(CCP)源、提供感应结合的等离子体(ICP)源、提供变压器结合等离子体(TCP)源、提供以微波为动力的等离子体源、提供电子回旋共振(ECR)等离子体源、提供螺旋波等离子体源或提供表面波等离子体源。
例如，上组件120可以包括RF部件(未示出)和/或磁体系统部件(未示出)。此外，上组件120可以包括供应管线、喷射装置和/或其它气体供应系统部件(未示出)。而且，上组件120可以包括壳体、盖子、密封装置和/或其它机械部件(未示出)。
在另一个实施例中，处理室110可以例如进一步包括用于保护处理室110不受处理空间112中的处理等离子体影响的室衬(未示出)或处理管(未示出)。此外，处理室110可以包括监测端口(未示出)。例如，监测端口可以允许对处理空间112进行光学监测。
衬底145可以例如通过由闸门阀组件190控制的开口194转移进入处理室110和转移出处理室110。此外，可以使用机械手衬底转移系统(未示出)将衬底145转移到衬底保持器上和转移离开衬底保持器。此外，衬底145可以被装在衬底保持器140内的衬底升降销(未示出)支承，并且被装在其中的装置以机械的方式移动。一旦衬底145被衬底转移系统支承，衬底145可以降低至衬底保持器140的上表面。
衬底145能够经由静电夹持系统附在衬底保持器140上，但是被动的晶片束缚通常足够。衬底保持器140还可以包括冷却系统，该冷却系统包括再循环冷却液流，该再循环冷却液流从衬底保持器140接收热量，并且将热量转移到热交换器系统(未示出)，或当加热时，转移来自热交换器系统的热量。而且，气体可以经由背部气体系统输送到衬底145的背部以改进衬底145和衬底保持器140之间的气隙导热性。当在升高的温度和降低的温度下需要对衬底进行温度控制时，可以利用这种系统。在其它实施例中，可以包括诸如电阻加热元件或热电加热器/冷却器的加热元件。
在另一个实施例中，衬底保持器140可以例如进一步包括垂直移动装置(未示出)，该装置可以被结合到衬底保持器140和处理室110的波纹管(未示出)包围，该波纹管构造成将垂直移动装置与处理室110的低大气压密封开来。此外，波纹管护罩(未示出)可以结合到衬底保持器140，并且构造成保护波纹管。衬底保持器140可以例如进一步提供集中环(未示出)、遮蔽环(未示出)和档板(未示出)。
在图1所示的实施例中，衬底保持器140可以包括电极144，通过该电极，RF功率可以结合到处理空间112中的处理气体。例如，可以经由RF系统185的RF功率输送，以RF电压对衬底保持器140实施电偏压。在一些情况下，可以使用RF偏压可以用来加热电子以形成和维持等离子体。RF偏压的典型频率可以在从1MHz至100MHz的范围内变化。例如，使用13.56MHz用于等离子体处理的半导体处理系统对于本技术领域的技术人员是众所周知的。
如图1所示，衬底保持器140可以包括用于加热衬底145的加热单元142。电源180可以向加热单元142提供DC功率，并且加热单元可以向衬底145提供辐射能量。
此外，在其它的实施例中，衬底保持器140可以包括在衬底保持器140的一个或多个暴露表面上形成的保护阻档层(未示出)。在另一个实施例中，保护阻挡层(未示出)可以形成在上组件120的一个或多个内表面上。保护阻挡层可以包括诸如氮化铝的氮化合物和/或聚酰亚胺化合物。
在另一个实施例中，当保护阻挡层用来保护处理系统100中的部件时，保护阻挡层可以以许多不同的方式生成。在一种情况下，保护阻挡层可以由对金属进行阳极氧化，并且用聚四氟乙烯浸渍阳极化表面而生成。例如，保护阻挡层可以由对铝进行硬质阳极氧化或对铝合金进行硬质阳极氧化，并且用TFE浸渍硬质阳极氧化的表面而生成。在其它情况下，保护阻挡层可以使用A12O3、Yttria(Y2O3)、Sc2O3、Sc2F3、YF3、La2O3、CeO2、Eu2O3或DyO3中至少一种而生成。此外，保护阻挡层可以包括第III族元素(周期表的第三族)和稀土元素中至少一种；第三族元素可以包括钇、钪或镧中至少一种，稀土元素可以包括铈、镝或铕中至少一种。
此外，保护阻挡层可以在处理室中形成作为预处理涂层(诸如在所希望的处理膜之前的SiN或Si沉积)的一部分。
处理系统100还可以包括控制器130。控制器130可结合到室110、上组件120、衬底保持器140、压力控制系统150、泵系统160和SIA 180。控制器可以构造成向系统部件提供控制数据，并且从系统部件接收处理和/或状态数据。例如，控制器130可以包括微处理器、存储器(例如，易失性或非易失性存储器)和数字I/O端口，能够产生足够传输和启动向处理系统100输入以及监测来自处理系统100的输出的控制电压。而且，控制器130可以与室110、上组件120、衬底保持器140、压力控制系统150、壁温度控制单元160、气体供应系统170、衬底保持器温度控制单元(TCU)180和闸门阀组件190交换信息。此外，可以利用储存在存储器中的程序根据处理方法控制处理系统100的前述部件。此外，控制器130可以构造成分析处理和/或状态数据，将处理和/或状态数据与目标处理和/或状态数据进行比较，使用比较结果改变处理和/或控制系统部件。此外，控制器可以构造成分析处理和/或状态数据，将处理和/或状态数据与历史处理和/或状态数据进行比较，使用比较结果预测、预防和/或宣告故障。
此外，处理室110可以加热或冷却到从30℃至150℃范围内的温度，例如，温度可以通常为40℃。此外，气体分配系统可以加热到从40℃至150℃范围的温度，例如，温度可以通常为50℃。衬底可以维持在250℃至1000℃范围的温度，例如，温度可以通常为500℃。
图2A示出根据本发明实施例的衬底保持器的简化剖面图。如图2A所示，衬底保持器200可以构造成与处理室大致热隔离。定心环215可以结合到衬底保持器。例如，定心环215可以包括聚四氟乙烯。
在另一个实施例中，衬底保持器200可以包括在衬底保持器的顶表面上形成的保护阻挡层(未示出)，并且保护阻挡层可以包括含有聚四氟乙烯的化合物。
如图2A所示，衬底保持器200包括加热组件220，该加热组件220包括加热单元210、热障件230、冷却单元240和结合单元250。
冷却系统240可以包括从衬底保持器140接收热量并且将热量转移至热交换器系统(未示出)的再循环冷却液(未示出)。
而且，传热气体可以经由背部气体系统输送至衬底145的背部以改进衬底145和衬底保持器140之间的气隙导热性。例如，供应到衬底145背部的传热气体可以包括诸如氦、氩、氙、氪的惰性气体、诸如CF4、C4F8、C5F8、C4F6等处理气体或其它诸如氧、氮、N2O、NO或氢的气体。当在升高或降低的温度下需要对衬底进行温度控制时，可以利用这种系统。例如，背部气体系统可以包括诸如两区(中心-边缘)系统的多区气体分配系统，其中背部气隙压力可以在衬底145的中心和边缘之间独立地变化。在其它实施例中，诸如电阻加热元件或热电加热器/冷却器的加热/冷却元件可以包括在衬底保持器240以及处理室110的室壁中。
例如，加热组件220可以由诸如石英的非导电和导热材料制造，在加热单元210中的加热器可以由诸如高纯度碳导线的导电材料制造。
例如热障件230可以由诸如石英、氧化铝、聚四氟乙烯等具有可变热导率的热可变材料制造。
冷却单元240可以例如由铝、不锈钢、镍等导电和导热材料制造。
结合单元250可以例如由诸如石英、氧化铝、聚四氟乙烯等具有相对较低热导率的阻热材料制造。或者，结合单元250可以由诸如铝、不锈钢、镍等导电和导热材料制造。
在另一个实施例中，部件220、230、240和250可以包括在其一个或多个外表面上形成的保护阻挡层(未示出)。例如，保护性阻挡层可以按上述形成。
例如，冷却单元240可以包括在冷却单元240内允许诸如水、Fluorinert、GaldenHT-135等冷却液具有一定流速的冷却液通道(未示出)，以提供对衬底保持器140的传导对流冷却。或者，温度冷却单元240可以包括能够取决于通过各个元件的电流方向加热或冷却衬底保持器的热电元件的阵列。示例性热电元件可以购自Advanced Thermoeletric，型号ST-127-1.4-8.5M(40mm×40mm×3.4mm能够具有最大传热功率为72W的热电装置)。
此外，衬底保持器140可以进一步包括静电夹具(ESC)(未示出)，该静电夹具包括非导电材料，并且具有嵌入在其中的夹持电极。这样一种夹具的设计和实现对于静电夹具系统技术领域的技术人员是众所公知的。
此外，衬底保持器140可以进一步包括背部气体供应系统(未示出)，该背部气体供应系统通过至少一个气体管线342和多个孔或通道中至少一个向衬底242的背部供应诸如包括氦、氩、氙、氪的惰性气体、CF4、C4F8、C5F8、C4F6等处理气体或诸如氧、氮、N2O、NO或氢的其它气体的传热气体。背部气体供应系统340可以是诸如两区(中心-边缘)供应系统的多区供应系统，其中背部压力可以从中心至边缘径向地变化。
衬底保持器140可以进一步包括热障件230，以在加热组件220和下面的冷却部件240之间提供进一步的热隔离。在一个实施例中，热障件可以包括在衬底保持器中提供的热护罩。例如，热护罩可以包括圆形盘，并且在上表面上提供反射表面。热障件可以包括透明的石英玻璃材料、不透明的石英玻璃材料、碳化硅化合物或碳化硅-硅化合物中至少一种。
反射表面可以包括石英细粉、氧化铝细粉、氧化钛细粉中至少一种的隔热涂膜。反射表面具有隔热性能和遮蔽性能。热护罩可以通过反射加热器元件辐射的热射线而改进加热单元的热效率。
在一个实施例中，反射隔热涂膜的石英细粉和氧化铝细粉之间的混合比约为3∶1至3∶7，并且涂膜可以进一步包括氧化钛细粉。例如，石英细粉、氧化铝细粉、氧化钛细粉的平均微粒大小可以约为0.1至200微米。当混合氧化钛细粉时，对于100份的氧化铝，以50到150份的比率混合。反射隔热涂膜的膜厚度可以在从约30微米至约300微米范围内变化。当反射隔热涂膜的厚度小于30微米时，隔热性能和遮蔽性能变差，当厚度大于300微米时，会产生裂缝。
此外，高纯度隔热材料可以用来填充热护罩下方的空间。当使用高纯度隔热材料时，可以获得具有优良的隔热性能、优良的遮蔽性能和优良的加热效率的衬底加热设备。
在另一个实施例中，反射隔热涂膜可以应用到圆形盘的顶部和底部表面。例如，可以应用30微米至200微米厚度的材料，并且在约1000℃下烘焙，以形成反射隔热涂膜。即使该膜长时间暴露在高于1200℃的高温中，该膜也难以退化、剥落和褪色。而且，当膜厚度约为100微米时，波长为2.5微米的热射线可以被反射45％以上。
在另一个实施例中，热障件230可以包括隔热间隙(未示出)，可以使用结合到压力控制系统和/或结合到气体供应单元(未示出)的泵系统(未示出)或真空管路(未示出)进行抽空，以改变其热导率。该气体供应单元可以是利用来将传热气体结合到衬底145背部的背部气体供应单元。在另一个实施例中，热障件不是必需的。
在一个实施例中，衬底保持器的顶表面是平的，使用一组升降销将衬底降低到衬底保持器的顶表面或从顶表面抬起。例如，可以借助于石英销抬起或降低衬底，并且衬底保持器可以包括在石英碳导线加热器组件中的孔，这些孔允许石英销移动通过碳导线加热器组件。当衬底与衬底保持器的表面紧密接触时，导热与辐射能传导的比率增加。在衬底保持器的顶表面部分使用石英减少背部污染的问题。例如，可以大致消除金属污染。
图2B示出根据本发明的另一个实施例的衬底保持器的简化剖面框图。在所示出的实施例中，示出加热器组件220A和衬底145。加热器组件220A可以包括加热单元210A和保持装置212A，加热单元210A包括至少一个碳导线加热器。
如所示，加热器组件的顶表面可以包括凸起部分225，衬底可以定位在凸起部分225上。凸起部分225可以制造得足够高以允许晶片转移机构(叉)在衬底和衬底保持器的顶表面之间移动，将衬底抬离衬底保持器或将衬底降低到衬底保持器上。
保持装置212A、加热单元210A和凸起部分225可以包括石英。加热单元210A可以是按照在此处所描述的构造中一个构造。
在所示出的实施例中，加热单元210A示出安装在保持装置212A的顶部，但是这不是必需的。作为其他方式，加热单元可以不同地安装。
在另一个实施例中，温度传感器可以定位在凸起部分225和/或保持装置212A中。温度传感器可以用来测量加热器组件和/或衬底的温度。此外，温度传感器的数据可以用来判断晶片的诸如弯曲度的其它性能。
而且，具有石英衬底保持器可以改进处理系统的维护。处理产品和副产品更少可能地与衬底保持器的石英表面反应和/或附在其上面。当衬底保持器包括石英时，还可以进行更强和/或更频繁的室清洗。
由于衬底保持器具有这么宽的工作温度范围，可以不打开室而清洗衬底保持器。例如，在清洗处理期间可以将衬底保持器的温度升至高温。清洗处理可以单独地执行或作为室清洗处理的一部分。
如此处所述的包括碳导线的衬底保持器可以具有极宽的工作范围、极快的温度响应和优良的导热特性；因而可以在各种应用中使用。
单晶片加热器组件(衬底保持器)可以用在诸如化学气相沉积(CVD)系统、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统、物理气相沉积(PVD)系统、离子物理气相沉积(iPVD)系统和原子层沉积(ALD)系统的沉积系统中。
此外，单晶片加热器组件(衬底保持器)可以用在诸如快速热处理(RTP)系统、快速热退火(RTA)系统、干燥系统、显影系统和尖峰退火系统的热处理系统中。
而且，单晶片加热器组件(衬底保持器)可以用在蚀刻系统和化学氧化物去除(COR)系统中。
这样，单晶片加热组件必须与具有不同性能的许多不同类型的晶片工作。处理显影循环开始时的晶片在结构上与处理显影结束时的晶片有很大不同。在前端处理期间的晶片热响应不同于在后端处理期间相同晶片。对于前端处理和后端处理，单晶片加热器组件可以有效地工作。
多区单晶片加热器组件允许独立控制所选择的晶片区域。例如，中心区域的控制可以不同于外部区域的控制。这样做可以补偿晶片不同区域的热辐射差异。对于许多不同的处理方法、不同的室压力、不同的处理化学、不同的处理气体流、不同的晶片类型、不同的处理时间，多区单晶片加热器组件通过向多个碳导线加热器提供不同的功率电平可维持均匀的晶片温度。
具有不同膜涂层的晶片可以具有不同的辐射和导热性能。晶片热性能还可以取决于掺杂的量，并且可以为单晶片加热器组件编程以补偿晶片热性能的差异。
在另一个实施例中，可以通过转动晶片和/或加热器组件的一部分而改进晶片的均匀性。以这种方法，热输送和热损失的小差异可以最终得到平衡。获得最佳处理均匀性可以导致处理成品率增加。
有两个用于控制衬底保持器中的单晶片加热器的基本方法。可以使用闭环的方法，其中所测的数据反馈至控制器，或使用开环的方法，其中控制依赖于处理的可重复性和之前所测的用于处理的数据。
单晶片加热器组件可以用来制造薄的氧化层，因为其可以在高温下工作，并且能够在短时间内快速升温。高温氧化物可以具有更低的漏电流、更低应力和更高可靠性。
单晶片加热器组件可以用来制造氮氧化硅薄层，因为其可以在高温下工作，并且能够在短时间内快速升温。氮氧化硅层可以具有更低的漏电流、更低应力和更高可靠性。
单晶片加热组件可以用来制造各种薄的介电层，这是因为其能够在高温下工作，并且能够在短时间内快速升温。
单晶片加热器组件可以用来在离子注入处理中执行热退火步骤，这是因为其可以在高温下工作，并且能够在短时间内快速升温。
单晶片组件可以用在RTA处理中，这是由于在超浅结形成期间需要较高的温度范围和快速响应时间以提供更好的掺杂退火。
使用本发明的热退火步骤可以提供更低的薄膜电阻、更低的结深度和更低的结中缺陷密度。
单晶片加热器组件可以适用于处理，这是因为在石英衬底保持器中的碳加热元件可以提供在室内控制杂质的优良方法和提供改进的结的方法。
硅化物用在深亚微米CMOS技术中以降低源极、漏极和栅极区域以及接触的薄层电阻和源极-漏极串联电阻。随着CMOS的比例缩小，在硅化模块中产生若干问题。
退火温度和处理动力学取决于所使用的金属，本发明可以适用于诸如NiSi、TiSi2和CoSi2的许多不同的金属。单晶片加热器组件允许在退火处理之前、期间和之后控制污染物。
将一个或多个碳加热器结合到衬底保持器中提供降低的热预算、更快的产能和降低的所有权成本。单晶片加热器组件可以提供高纵横比处理需要的改进的处理性能，并且可以用于超浅结的形成、硅化、氧化物的生长、BPSG密化和金属退火。
衬底保持器200可以进一步包括升降销组件(未示出)，该升降销组件能够抬起和降低三个或三个以上升降销，以垂直地将衬底145移动到衬底保持器的上表面和处理系统中的传热面和从其上移开。
可以使用诸如热电偶(例如，K型热电偶、Pt传感器等)温度传感装置(未示出)监测温度控制的衬底保持器200的温度。而且，控制器可以利用温度测量结果作向衬底保持器的反馈以控制衬底保持器的温度。例如，可以调节流体流速、流体温度、传热气体类型、传热气体压力、夹持力、加热器元件电流和/或电压、热电装置电流或极性等中至少一个以影响衬底保持器的温度变化。
光学监测系统(未示出)可以允许监测处理空间光的发射。可以使用例如光电二极管、光电倍增管、CCD、CID或其它固态探测器。然而，也可以使用能够分析光的发射的其它光学装置。监测系统可以在处理之前、期间或之后向控制器提供信息，以调节诸如晶片温度的室状态。在另一个实施例中，光学监测系统还可以包括诸如激光的光源。
此外，光学监测系统可以用来监测加热单元的效率。例如，光学监测系统可以在包括碳纤维加热器元件的波长的频带下工作。此外，光学监测系统可以用来监测衬底保持器的清洗处理。例如，当在清洗处理期间光的发射是高而稳定时，可以感测到衬底保持器是洁净的。
本发明允许比传统的加热器系统更高的温度工作范围和更快的热梯度。在更高的温度(＞250℃)下益处是明显的，并且加热元件可以在高达950℃-1000℃下工作。
图3A-3C示出根据本发明实施例的加热器单元的示例性示意图。在所示出的实施例中，圆形加热器单元300A示出具有圆形中心分区310和许多环形圈分区(320、330、340、350和360)。六个分区在图3A中示出，但这不是发明必需的。加热器单元可以包括不同数量的分区，并且各分区可以不同地成形。例如，环形圈可以具有不同的厚度。在所示出的实施例中，加热单元的每一分区包括加热元件(315、325、335、345、355和365)，并且可以独立地控制每一个加热元件。
在图3B中，圆形加热器单元300B示出具有圆形中心分区和许多环形圈90度分区(A、B、C和D分区)。在所示出的实施例中示出厚度相等的分区，但这不是本发明必需的。加热器单元可以包括不同数量的分区，并且各分区可以不同地成形。在所示出的实施例中，每一分区包括可以独立地加以控制的加热元件。
在图3C中，圆形加热器单元300C示出具有圆形中心分区和许多环形圈45度分区(A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1和D2分区)。在所示出的实施例中示出厚度相等的分区，但这不是本发明必需的。加热器单元可以包括不同数量的分区，并且各分区可以不同地成形。在所示出的实施例中，每一分区包括可以独立地加以控制的加热元件。
或者，对于图3A-3C所示出的加热单元的每一分区，加热元件不都是必需的。在其它实施例中，可以提供隔离元件(未示出)以将各分区互相隔离。
在一个实施例中，一个或多个温度传感器(未示出)可以定位在图3A-3C所示出的加热单元的一个分区或多个分区中。或者，可以使用光学技术测量温度。
图4示出根据本发明的实施例的另一个加热器单元的示意图。在所示的实施例中，示出具有许多方形分区410方形的加热器单元400。图4示出25个分区，但这不是本发明必需的。加热器单元400可以包括不同数量的分区，并且该分区可以不同地成形。例如可以使用矩形形状。在所示出的实施例中，加热单元的每一分区包括加热元件420，并且每一个加热元件可以独立地加以控制。在一个实施例中，在图4所示出的加热单元的一个分区或多个分区中可以定位一个或多个温度传感器(未示出)。或者，可以使用光学技术测量温度。此外，对于图4所示出的加热单元的每一分区，加热元件不都是必需的。在其它实施例中，可以提供隔离元件(未示出)以将各分区互相隔离。
图5示出根据本发明的实施例的加热单元的简化图。在所示出的实施例中，加热单元500包括加热元件510、过渡元件512A和512B、密封端子部分519和连接端子517A和517B。
加热元件510可以包括圆形管511，其中可以密封包括碳纤维束的碳导线加热器515。圆形管511的端部可以结合到过渡元件512A和512B。在一个实施例中，碳导线加热器515容纳在圆形管511中，并且过渡元件512A和512B不包含加热器。例如，这可以允许更有效地控制加热器的辐射。在另一个实施例中，过渡元件512A和512B中一个或多个的一部分可以包括加热器的一部分。
在一个实施例中，圆形管511与过渡元件512A和512B可以由诸如石英玻璃的单一材料件形成。在另一个实施例中，圆形管511和过渡元件512A和512B可以由单独的各材料件形成，在制造过程期间融合在一起。或者，，不要过渡元件512A和512B，而是在制造过程期间可以密封圆形管511，并且可以在圆形管的端部提供连接端子。
此外，密封端子部分519可以结合到过渡元件512A和512B的端部部分。密封端子部分519可以包括密封过渡元件512A和512B的端部部分。例如，可以使用分叉帽作为密封装置。此外，可以使用收缩密封(pinchseal)。此外，也可以使用可包括不同玻璃材料的递级封接部分。
碳导线加热器515可以插入圆形管511中，并且可以在端点元件513A和513B之间延伸。进一步地，端点元件513A和513B可以包括如图6A和6B所示的受挤压导线碳部件516。碳导线加热器515可以埋入受挤压导线碳部件516中，如图6A和6B所示受挤压导线碳部件516也处于受挤压状态。碳导线部件516和碳导线加热器515可被容纳，以在其中大致平行于端点元件513A和513B的轴线延伸。
在图5中，示出圆形形状，但是这不是本发明必需的。或者，可以使用诸如大致椭圆形状、大致方形形状和大致矩形形状的不同形状。在一个实施例中，圆形管可以包括石英玻璃材料。在另一个实施例中，可以使用不同的材料。
例如，碳导线加热器515可以包括碳导线，该碳导线通过将每一根具有5毫米和15毫米之间的直径的300至350根碳纤维粘结成束而制成。然后，多根(约9根)这种束可以编织成可以被用作为碳导线的具有2mm直径的编绳、编带形式的碳导线。。
碳导线加热器515和导线碳部件516可以包括每一根具有约7微米直径的被粘合成一根纤维束的300根至350根碳纤维，并且九根这样的纤维束被编织成具有2mm直径的编绳或编带，其在约室温下具有每米10欧姆的电阻和/或在约1000℃的温度下具有每米5欧姆的电阻。此外，当被粘合时，五根这样的碳导线的电阻在约室温下是每米2欧姆，并且在约1000℃下是每米1欧姆。结果，由导线碳部件516所产生的热量比由碳导线加热器515所产生的热量要少得多。
在碳导线中，碳导线的编织跨度(span)可以是约2mm至5mm，碳导线的表面绒毛(图7中的518)可以是约0.5mm至2.5mm高。例如，表面绒毛可以是如图7所示从碳导线的外表面伸出的断开的碳纤维的一部分。碳导线加热器可以这样构建，使得绒毛与圆形管的内壁接触而碳导线加热器的本体没有与其接触。以这种方式，石英玻璃(SiO2)和碳导线加热器所含的碳(C)的反应在高温下被减少到最小，使得可以降低石英玻璃的分解和碳导线耐用性的下降。
为了实现该种结构，圆形管的内径可以根据碳导线加热器中的碳纤维的直径和数量来选择。此外，在碳纤维和碳导线加热器中的杂质数量(灰份含量)少于10ppm。或者，灰份含量少于3ppm。
导线碳部件516可以置于碳导线加热器515和内部连接线路514A和514B之间以将从碳导线加热器515传递到内部连接线路514A和514B的热量减少到最小，使得可以防止由于密封端子519的高温而引起的分解。
如同在碳导线加热器515的情况下，石英玻璃(SiO2)与导线碳部件516中的碳(C)在高温下的反应被减少到最小，使得可以防止石英玻璃的分解和碳导线耐用性的降低。
内部连接线路514A和514B可以位于在形成过渡元件(512A和512B)一部分的玻璃管内。内部连接线路514A和514B如图6A和6B所示可以分别结合到端点元件513A和513B。例如，内部连接线路514A和514B可以在端点元件513A和513B内受到挤压。此外，内部连接线路514A和514B可以结合到密封端子519。
外部连接线路517A和517B可以用来将加热元件结合到电源(未示出)。密封端子可以包括将内部连接线路结合到外部连接的途径。例如，可以用钼(Mo)箔(未示出)来将内部连接线路514A和514B结合到外部连接线路517A和517B。此外，密封端子519可以包括一个或多个插塞部件(未示出)，以闭合石英玻璃管的端部。
在另一个实施例中，可以提供具有比圆形管511的直径更大的直径的额外玻璃管(未示出)，使得圆形管511可以插入较大直径的石英管中，这些管可以通过融合或焊接的装置而集成。
内部连接线路514A和514B和外部连接线路517A和517B可以包括具有直径为1mm至3mm的钼(Mo)或钨(W)条。内部连接线路514A和514B和外部连接线路517A和517B的直径可以按需要选择，但是太小的直径会导致较大的电阻，而这是不希望的。另一方面，太大的直径也是不希望的，这是因为端子的尺寸变得更大。
为了确保内部连接线路5 14A和5 14B容易地连接至碳导线，即在圆形管511内的碳部件516受到挤压，内部连接线路514A和514B的端部可以变尖。
密封端子519可以进一步包括含有铝粉(Al2O3)或SiO2粉的粘合剂。
在一个实施例中，制造圆形加热单元的工序可以包括形成包括过渡元件512A和512B的圆形管511；将碳导线加热部件510组装在圆形管511内；将端点元件组装在过渡元件512A和512B中；将端点元件结合在碳导线加热部件510的相对端；组装连接内部连接线路514A和514B和外部连接线路517A和517B的密封端子部分519；在密封之前将加热器的内部压力降低到1乇(Torr)以下。
图6A示出根据本发明实施例的用于将连接线路和碳导线加热器结合的端点元件的纵向剖面图；图6B示出根据本发明实施例的端子元件的横向剖面图。
在所示出的实施例中，示出端点元件513A、513B。端点元件用来将碳导线加热器515和连接导线514A、514B结合到处于受挤压状态下的多个导线碳材料件516。端点元件用来通过多导线的碳材料件将碳导线加热器和连接导线电连接。这提供了在宽的温度范围内优良的电连接。此外，这些多个碳材料件有助于降低导电导线的氧化效应。
图7是根据本发明实施例的碳导线加热器的平面视图。在所示出的实施例中，碳导线加热器515、516通过将多根碳纤维束扎成束而形成，其中极细碳纤维以编绳状或编带状方式扎成束。当与由金属或SiC制成的传统加热元件比较时，这种碳导线加热器具有小的热容量、优良的温度特性和在高温下优良的耐用性。此外，当与由固体碳材料制造的加热元件比较时，由于加热器通过将多根细碳单纤维束扎成束而形成，所以，这种碳导线加热器具有优良的柔韧性、形状变形的适应性和可处理性。
例如，碳导线加热器可以通过将10束(其中每一束包括约3000根至3500根具有7微米直径的碳纤维)扎成束形成。碳纤维可以以编绳状或编带状的方式扎成束。导线成束跨度可以是约2至5mm。此外，编绳状或编带状的碳导线加热器在其表面上具有碳纤维的绒毛(突起)。绒毛(突起)可以是从碳导线的外周边表面伸出的断了的碳纤维(单纤维)的一部分。碳纤维的表面绒毛(突起)约0.5至2.5mm。
当插入碳导线加热器时，仅仅绒毛(突起)518接触石英玻璃管或槽的内壁，而加热器的本体不接触内壁。以这种方式，可以降低和/或消除在高温下石英玻璃(SiO2)和碳导线加热器中的碳(C)之间的反应。此外，可以减少和/或消除石英玻璃的分解和碳导线耐用性的降低。
碳纤维从加热的均匀性、耐用性、稳定性和污染性的角度来看是高纯度。此外，碳纤维和碳导线加热器中的杂质数量(灰份含量)少于10ppm。在另一个实施例中，碳纤维的灰份含量至多3ppm。
导线碳部件516可以包括大致与碳导线加热器515中的材料相同或至少类似的材料。例如，它们可以是编绳或编带形状，并且具有大致相同的碳纤维直径、相同数量的成束碳纤维、相同数量的纤维束、相同的编织方法、相同编织跨度、相同的绒毛、相同的材料和相同的灰份含量(小于10ppm)。然后，容纳在端点元件513A和513B中的导线碳部件的数量可以等于或大于碳导线加热器515的数量。在一个实施例中，对于每一个碳导线加热器515，可以有五个或更多导线碳部件516。
图8示出根据本发明实施例的多分区加热单元的简化图。在所示出的实施例中，加热单元800包括四个加热元件(810、820、830和840)、过渡元件(812A、812B、822A、822B、832A、832B、842A和842B)、密封端子部分(819、829、839和849)和连接端子(817A、817B、827A、827B、837A、837B、847A和847B)。
加热元件(810、820、830和840)可包括弯管(811、821、831和841)，包括碳纤维束的碳导线加热器(815、825、835和845)可以密封在弯管(811、821、831和841)中。弯管(811、821、831和841)的端部可以结合到过渡元件(812A、812B、822A、822B、832A、832B、842A和842B)。在一个实施例中，碳导线加热器(815、825、835和845)安装在弯管(811、821、831和841)中，过渡元件(812A、812B、822A、822B、832A、832B、842A和842B)不包含加热器。例如，这可以允许更有效地控制加热器的辐射。在另一个实施例中，一个或多个过渡元件(812A、812B、822A、822B、832A、832B、842A和842B)中的一个或多个过渡元件的一部分可以包括加热器的一部分。
在一个实施例中，弯管(811、821、831和841)和过渡元件(812A、812B、822A、822B、832A、832B、842A和842B)可以从诸如石英玻璃的单一材料件形成。在另一个实施例中，弯管(811、821、831和841)和过渡元件(812A、812B、822A、822B、832A、832B、842A和842B)可以从单独各材料件形成，并且在制造期间融合而成。或者，不要过渡元件，而是在制造过程期间可以密封弯管(811、821、831和841)，并且可以在弯管的端部提供连接端子。
此外，密封端子部分(819、829、839和849)可以结合到过渡元件(812A、812B、822A、822B、832A、832B、842A和842B)的端部。密封端子部分(819、829、839和849)可以包括密封过渡元件(812A、812B、822A、822B、832A、832B、842A和842B)端部部分的途径。例如，分叉帽可以用作密封装置。此外，此外，可以使用收缩密封。此外，也可以使用可包括不同玻璃材料的递级封接部分。
碳导线加热器(815、825、835和845)可以插入弯管(811、821、831和841)中，并且在端点元件(813A、813B、823A、823B、833A、833B、843A和843B)之间延伸。进一步地，端点元件(813A、813B、823A、823B、833A、833B、843A和843B)可以包括如图6A和6B所示的受挤压导线碳部件。碳导线加热器515可以埋入受挤压导线碳部件516中，其如图6A和6B所示受挤压导线碳部件516也处于受挤压状态。碳导线部件516和碳导线加热器515可以被容纳，以在其中大致平行于端点元件513A和513B的轴线延伸。
在图8中，示出四个弯曲段以形成大致圆形形状，但是这不是本发明所必需的。或者，可以使用诸如大致椭圆形状、大致方形形状和大致矩形形状的不同形状。在一个实施例中，该管可以包括石英玻璃材料。在另一个实施例中，可以使用不同的材料。
例如，碳导线加热器(815、825、835和845)可以包括碳导线，该碳导线通过将每一根具有5毫米和15毫米之间的直径的300根至350根碳纤维粘合成束而制成。然后，多根(约9根)这种束可以编织成可以被用作为碳导线的具有2mm的直径的编绳、编带形式的碳导线。
碳导线加热器和导线碳部件可以包括每一根具有约7微米的直径的被粘合成一根纤维束的300根至350根碳纤维，并且九根这样的纤维束被编织成具有2mm直径的编绳或编带，其在约室温下具有每米10欧姆的电阻，和/或在约1000℃的温度下具有每米5欧姆的电阻。此外，当被粘合时，五根这样的碳导线的电阻在约室温下是每米2欧姆，并且在约1000℃下是每米1欧姆。结果，由导线碳部件516所产生的热量比由碳导线加热器515所产生的热量要少得多。
在碳导线中，碳导线的编织跨度可以是约2mm至5mm，碳导线的表面绒毛(图7中的518)可以是约0.5mm至2.5mm高。例如，表面绒毛可以是如图7所示从碳导线的外表面伸出的断了的碳纤维的一部分。碳导线加热器可以这样构建，使得绒毛与圆形管的内表面接触而碳导线加热器的本体没有与其接触。以这种方式，石英玻璃(SiO2)和碳导线加热器所含的碳(C)在高温下的反应被减少到最小，因此，可以减少石英玻璃的分解和碳导线耐用性的下降。
为了实现该种结构，弯管的内径可以根据碳导线加热器中的碳纤维的直径和数量来选择。此外，在碳纤维和碳导线加热器中的杂质数量(灰份含量)少于10ppm。或者，灰份含量少于3ppm。
内部连接线路(814A、814B、824A、824B、834A、834B、844A和844B)可以定位在形成过渡元件(812A、8 12B、822A、822B、832A、832B、842A和842B)一部分的玻璃管内。内部连接线路(814A、814B、824A、824B、834A、834B、844A和844B)可以分别如图6A和6B所示地结合到端点元件(813A、813B、823A、823B、833A、833B、843A和843B)。例如，内部连接线路(8 14A、8 14B、824A、824B、834A、834B、844A和844B)可以在端点元件(813A、813B、823A、823B、833A、833B、843A和843B)内受到挤压。
如所示，内部连接线路(814A、814B、824A、824B、834A、834B、844A和844B)可以结合到密封端子(819、829、839和849)。此外，外部连接线路(817A、817B、827A、827B、837A、837B、847A和847B)可以结合到密封端子(819、829、839和849)。密封端子可以包括将内部连接线路结合到外部连接线路的途径。例如，钼(Mo)箔(未示出)可以用来将内部连接线路(814A、814B、824A、824B、834A、834B、844A和844B)结合到外部连接线路(817A、817B、827A、827B、837A、837B、847A和847B)。此外，密封的端子(819、829、839和849)可以包括一个或多个插塞部件(未示出)，以闭合石英玻璃管的端部。例如，密封端子可以进一步包括含有铝粉(Al2O3)或SiO2粉的粘合剂。
外部连接线路(817A、817B、827A、827B、837A、837B、847A和847B)可以将加热元件(810、820、830和840)结合到一个或多个电源(未示出)。加热元件(810、820、830和840)可以独立地加以控制。
在另一个实施例中，可以提供具有比图8所示的管的直径更大的直径的额外玻璃管(未示出)，使得较小的管可以被插入较大直径的石英管中，这些管可以通过融合或焊接的装置而集成。
内部连接线路(814A、814B、824A、824B、834A、834B、844A和844B)和外部连接线路(817A、817B、827A、827B、837A、837B、847A和847B)可以包括直径为1mm至3mm的钼(Mo)或钨(W)条。内部连接线路和外部连接线路的直径可以按需要选择，但是太小的直径会导致较大的电阻，而这是不希望的。另一方面，太大的直径也不希望，这是因为端子的尺寸变得更大。
在一个实施例中，制造弯曲的加热器段的工序可以包括形成包括过渡元件的弯管；将碳导线加热部件组装在管内；将端点元件组装在过渡元件中；将端点元件结合在碳导线加热部件的相对端；组装连接内部连接线路和外部连接线路的密封端子部分；在密封之前将加热器的内部压力降低到1乇以下。
图9示出根据本发明实施例的加热组件的简化图。在所示出的实施例中，加热组件900具有三个加热单元(910、920和930)和保持装置950。示出三个加热单元，但这不是发明必需的。在其他的实施例中，可以使用不同数量的加热器单元，可以使用不同的构造并且加热单元可以具有不同的形状。
每一个加热单元(910、920和930)可以包括圆形石英玻璃管，其中可以如此处所描述的那样密封包括碳纤维束的碳导线加热器。圆形石英玻璃管的端部可以结合到过渡元件。在一个实施例中，碳导线加热器容纳在石英玻璃弯管中，并且过渡元件不包含加热器。例如，这可以允许更有效地控制加热器的辐射。在另一个实施例中，过渡元件中的一个或多个的一部分可以包括加热器的一部分。
在图9中，加热单元(910、920和930)安装在保持装置950的凹部或槽内。在另一个实施例中，加热单元(910、920和930)可以包括如图8所示的多区元件。
图10A-10C示出根据本发明实施例的另一个加热组件的简化图。在所示出的实施例中，加热组件1000具有三个加热元件(1010、1020和1030)、保持装置950和盖子1070。示出三个加热单元，但是这不是发明必需的。在其他的实施例中，可以使用不同数量的加热单元，可以使用不同的构造，并且加热单元可以具有不同的形状。
盖子1070可以包括第一平面石英玻璃板，并且保持装置1050可以包括具有圆形凹部或槽(1011、1021和1031) (其中碳导线加热器可以位于其中)的第二平面石英玻璃板。在一个实施例中，盖子1070和保持装置1050可以互相融合，使得碳导线加热器(1012、1022和1032)可以密封成如图10C所示的整体部件。
此外，加热单元1000进一步包括过渡元件(1012A、1012B、1022A、1022B、1032A)、密封端子部分(1019、1029和1039)和连接端子(1017A、1017B、1027A、1027B、1037A和1037B)。
加热元件(1010、1020和1030)保持装置可以包括保持装置1050中弯曲的凹部或槽(1011、1021和1031)，其中可以密封包括碳纤维束的碳导线加热器(1015、1025、1035和1045)。弯槽(1011、1021、1031和1041)的端部可以结合到过渡元件(1012A、1012B、1022A、1022B、1032A、1032B、1042A和1042B)。在一个实施例中，碳导线加热器(1015、1025、1035和1045)安装在弯槽(1011、1021、1031和1041)中，并且过渡元件(1012A、1012B、1022A、1022B、1032A、1032B、1042A和1042B)不包含加热器。例如，这可以允许更有效地控制加热器的辐射。在另一个实施例中，过渡元件(1012A、1012B、1022A、1022B、1032A、1032B、1042A和1042B)中一个或多个的一部分可以包括加热器的一部分。
在碳导线中，碳导线的编织跨度可以是约2mm至5mm，碳导线的表面绒毛(图7中的518)可以是约0.5mm至2.5mm高。例如，表面绒毛可以是如图7所示从碳导线的外表面伸出的断了的碳纤维的一部分。碳导线加热器可以这样构建，使得绒毛与圆形管的内表面接触而碳导线加热器的本体没有与其接触。以这种方式，石英玻璃(SiO2)和碳导线加热器所含的碳(C)在高温下的反应被降低到最小，因此减少了石英玻璃的分解和碳导线耐用性的下降。
为了实现该种结构，弯曲凹部或槽的内径可以根据碳导线加热器中的碳纤维的直径和数量来选择。此外，在碳纤维和碳导线加热器中的杂质数量(灰份含量)少于10ppm。或者，灰份含量少于3ppm此外，密封端子部分(1019、1029、1039和1049)可以结合到过渡元件(1012A、1012B、1022A、1022B、1032A和1032B)的端部。密封端子部分(1019、1029和1039)可以包括密封过渡元件(1012A、1012B、1022A、1022B、1032A和1032B)端部部分的途径。例如，分叉帽可以用作密封装置。此外，此外，可以使用收缩密封。此外，也可以使用能包括不同玻璃材料的递级封接部分。
碳导线加热器(1015、1025和1035)可以插入到弯曲的凹部或槽(1011、1021和1031)，并且在端点元件(1013A、1013B、1023A、1023B、1033A和1033B)之间延伸。进一步地，端点元件(1013A、1013B、1023A、1023B、1033A和1033B)可以包括如图6A和6B所示的受挤压导线碳部件。碳导线加热器可以埋入受挤压导线碳部件中，如图6A和6B所示出其也处于受挤压状态。碳导线部件和碳导线加热器可以被容纳，以在其中大致平行于端点元件513A和513B的轴线延伸。
在所示实施例中，示出圆形形状，但是这不是本发明所必需的。或者，可以使用诸如大致椭圆形状、大致方形形状和大致矩形形状的不同形状。在一个实施例中，圆形管可以包括石英玻璃材料。在其他实施例中，可以使用不同的材料。
例如，碳导线加热器(1015、1025和1035)可以包括碳导线，该碳导线通过将每一根具有5毫米和15毫米之间的直径的300根至350根碳纤维粘合成束而制成。然后，多根(约9根)这种束可以编织成可以被用作为碳导线的具有2mm的直径的编绳、编带形式的碳导线。碳导线加热器(1015、1025和1035)可以在保持装置1050中布置成圆形构造。然而，可以自由地改变导线的布置，并且不限制于此。
保持装置1050可以形成有在其周边部分具有空间的大致中空的凹部或槽(1011、1021和1031)，在周边部分的空间可以结合过渡元件。
例如，在将碳导线加热器布置在凹部或槽中，并且凹部或槽的内部处于非氧化氛围的状态之后，加热单元可以通过在盖子1070和保持装置1050的粘合面处将二者融合在一起而制备。碳导线加热器可以包括约350根纤维，每一根纤维具有5至15微米的直径，被构造成纤维束并且将9根这样的纤维束编织成具有2mm直径的编绳或编带。具有少于5微米的直径的碳纤维会缺乏足够的强度来承受将其变为所需细长形状的加热器的编织工艺。进一步地，这样的纤维可能太细以致于不能获得所需的电阻除非使用太多条纤维，因而，使用这样的纤维是不实用的。此外，具有大于15微米直径的碳纤维会缺乏弹性，不仅在扎多束碳纤维时难于编织，而且一些成束纤维会的强度会下降。
而且，碳导线的表面绒毛(图7中的518)可以是约0.5mm至2.5mm高。表面绒毛是从外表面伸出的断了的碳纤维导线的一部分。碳导线加热器通过绒毛结合到保持装置，因此得到了具有优良的表面加热均匀性和适合于半导体制造的紧凑加热单元。
在另一个实施例中，碳导线加热器可以包括每一根具有5至15micros直径的被编织成一束的100根至800根碳纤维。三个或多个这样的束可以编织成诸如导线或带的纵向构造。碳导线加热器可以在工作温度下具有每米1至20欧姆的电阻。
端点元件(1013A、1013B、1023A、1023B、1033A和1033B)可以定位在形成过渡元件(1012A、1012B、1022A、1022B、1032A和1032B)的一部分的小直径圆形石英玻璃管1055内。端点元件(1013A、1013B、1023A、1023B、1033A和1033B)可以包括如图6A和6B所示的受挤压导线碳部件516。碳导线加热器可以插入保持装置的凹部或槽中，并且可以在端点元件之间延伸。进一步地，碳导线加热器可以埋入受挤压的导线碳部件中，如图6A和6B所示，其也处于受挤压状态。
内部连接线路(1014A、1014B、1024A、1024B、1034A和1034B)可以定位在形成过渡元件(1012A、1012B、1022A、1022B、1032A和1032B)的一部分的小直径圆形石英玻璃管1055内。内部连接线路(1014A、1014B、1024A、1024B、1034A和1034B)可以分别如图6A和6B所示结合到端点元件(1013A、1013B、1023A、1023B、1033A和1033B)。例如，内部连接线路(1014A、1014B、1024A、1024B、1034A和1034B)可以在端点元件(1013A、1013B、1023A、1023B、1033A和1033B)内受到挤压。
如所示，内部连接线路(1014A、1014B、1024A、1024B、1034A和1034B)可以结合到密封端子(1019、1029和1039)。此外，外部连接线路(1017A、1017B、1027A、1027B、1037A和1037B)可以结合到密封端子(1019、1029和1039)。密封端子可以包括将内部连接线路结合到外部连接线路的途径。例如，钼(Mo)箔(未示出)可以用来将内部连接线路(1014A、1014B、1024A、1024B、1034A和1034B)结合到外部连接线路(1017A、1017B、1027A、1027B、1037A和1037B)。此外，密封端子(1019、1029和1039)可以包括一个或多个插塞部件(未示出)，以闭合石英玻璃管的端部。例如，密封端子可以进一步包括含有铝粉(Al2O3)和SiO2粉的粘合剂。
外部连接线路(1017A、1017B、1027A、1027B、1037A和1037B)可以用未将加热元件(1010、1020和1030)结合到一个或多个电源(未示出)。加热元件(1010、1020和1030)可以独立地加以控制。
端点元件(1013A、1013B、1023A、1023B、1033A和1033B)示出部分地填充小直径石英玻璃管，但是这不是本发明必需的。在另一个实施例中，端点元件可以具有不同的尺寸和不同的位置。此外，端点元件可以位于凹部或槽内。
在另一实施例中，可以去掉一个或多个小玻璃管。例如，密封端子1090可以结合到保持装置1050的底部，碳导线加热器的端子线路可以通过在保持装置1050中形成的开口(未示出)垂直地抽出到底部加热器表面。密封端子1090可以包括将端子线路结合到外部连接线路的途径。
此外，密封端子可以包括引入氮气气体以防止碳导线加热器被氧化的途径和降低加热器和端子内压力的途径。
尽管钼(Mo)箔用于导热目的，叶可以用诸如钨(W)箔的其他材料取而代之，只是钼(Mo)箔在弹性上是较佳的。
对于插塞部件，使用树脂或粘合剂(用SiO2粉或Al2O3粉)，用于防止当干燥时形成裂缝。
在另一个实施例中，加热元件(1010、1020和1030)可以包括如图8所示的多分区段。
碳导线加热器可以通过编织多个束而制造，每一个束由超细碳纤维组成。碳导线加热器可以具有比传统的金属加热元件更小的热容量和更快的温度变化率。碳导线加热器具有优良的高温耐久性。由于碳导线加热器是通过编织每一束都由超细碳纤维组成的多个束而制造，所以，其具有优良的柔韧性，并且可以容易地处理成作为半导体制造加热单元的各种构造。
图11A示出根据本发明实施例的单晶片加热器组件的简化框图。在所示出的实施例中，示出单晶片加热组件1100A包括两个加热组件(1100和1120)，但是这不是本发明必需的。在其它实施例中，可以使用不同的构造。例如 ，可以想象用于圆形、非圆形、平面和非平面的应用的实施例。
在图11A中，一个加热组件1110包括具有一个或多个碳加热器的一个或多个加热元件。加热组件1110被示出在衬底1130的下方。底部加热组件1110可以包括石英保持装置，并且具有一个或多个碳加热器的一个或多个加热元件可以组装在石英保持装置内。例如，可以使用单段加热元件和多段加热元件中至少一个而构造加热组件1110。加热组件1110可以是衬底保持器(未示出)的一部分。
第二加热组件1120包括具有一个或多个碳加热器的一个或多个加热元件。第二加热组件1120示出在衬底1130的上方。顶部加热组件1120可以包括石英保持装置，并且具有一个或多个碳加热器的一个或多个加热元件可以组装在石英保持装置内。例如，可以使用单段加热元件和多段加热元件中至少一个而构造加热组件1120。加热组件1120可以是处理室(未示出)中上组件的一部分。箭头1170指示从加热单元发射辐射的方向。加热元件的辐射图可以不同，并且可以在晶片的上表面和下表面提供可变的辐射(加热)图。
使用一个或多个加热组件对衬底1130提供更快和更加均匀的加热。晶片保持器1140可以用来将衬底定位和支撑在两个加热组件之间。或者，衬底可以定位在下组件1110上。
控制器1150A可以结合到下组件1110、上组件1120和晶片保持器1140，并且用控制器1150A对其加以控制。晶片保持器1140可以构造成将衬底的底部的遮蔽效应减小到最小和/或消除。控制器1150A可以用来定位衬底，以向在上加热组件和下加热组件中的每一个碳导线加热器独立地提供功率。或者，上组件1110、下组件1120和/或晶片保持器1140可以包括一个或多个温度传感器(未示出)，该传感器还可以结合到控制器，并且用来控制上组件、下组件和/或衬底的温度。
控制器1150A可以向加热组件中一个或多个碳导线提供时变功率电平。时变功率电平可以包括步进功能、快速上升功能、脉冲功能、恒定功能、调制功能或这些功能的组合。碳导线加热器和加热组件的低的热质量允许快的温度变化。
图11B示出根据本发明实施例的单晶片加热器组件的简化框图。在所示的实施例中，多位晶片加热组件1100B示出包括三个加热组件(1151、1152和1153)，但是这不是本发明必需的。在其它实施例中，可以使用不同数量的加热组件，可以用不同数量的位置，可以使用不同数量的构造。例如，可以想像用于圆形、非圆形、平面和非平面的应用的实施例。箭头1170指示从加热单元发射辐射的方向。
加热组件(1151、1152和1153)包括具有一个或多个碳加热器的一个或多个加热元件。加热组件(1151、1152和1153)可以包括石英保持装置，并且具有一个或多个碳加热器的一个或多个加热元件可以组装在石英保持装置内。例如，可以使用单段加热元件和多段加热元件中至少一个构造加热组件(1151、1152和1153)。一个或多个加热组件可以包括衬底保持器(未示出)。
在所示出的实施例中，示出两个晶片(1140A和1140B)，但这不是本发明必需的。在其它实施例中，可以使用不同数量的晶片，并且可以使用不同的构造。可以使用单独的晶片保持器(1140A和1140B)以将晶片单个地定位和支撑在两个加热组件之间。或者，衬底可以定位在加热组件其中一个上。
使用多位加热组件可以提供增加的产量。多位加热组件可以为多个衬底(1130A和1130B)提供更快和更均匀的加热。
控制器1150B可以结合到加热组件(1151、1152和1153)和晶片保持器(1140A和1140B)，并且用控制器1150B对其加以控制。晶片保持器(1140A和1140B)可以构造成将衬底的底部的遮蔽效应减少到最低和/或消除。控制器1150B可以用来定位衬底，以向加热组件(1151、1152和1153)中的每一个碳导线加热器独立地提供功率。温度传感器(未示出)还可以结合到控制器，并且用来控制加热组件(1151、1152和1153)和/或衬底的温度。
控制器1150B可以向加热组件中一个或多个碳导线提供时变功率电平。时变功率电平可以包括步进功能、快速上升功能、脉冲功能、恒定功能、调制功能或这些功能的组合。碳导线加热器和加热组件的低的热质量允许快的温度变化。
图12示出根据本发明单晶片加热组件的另一个实施例的简化框图。在所示的实施例中，示出包括一个或多个具有一个或多个碳加热器的加热组件1212的单晶片加热组件1210。此外，示出晶片1230、晶片保持器1240和控制器1250，但这不是本发明必需的。在其它的实施例中，可以使用不同的构造。例如，可以使用额外加热组件。或者，晶片保持器可以支持一个以上的晶片。
控制器1250可以结合到加热组件1210，并用控制器1250对其加以控制。温度传感器(未示出)还可以结合到控制器，并且用来控制加热组件1210的温度。
控制器1250可以向加热组件1210中一个或多个加热元件1212(碳导线加热器)提供时变功率电平。时变功率电平可以包括步进功能、快速上升功能、脉冲功能、恒定功能、调制功能或这些功能的组合。碳导线加热器和加热组件的低的热质量允许快的温度变化。
加热组件1210可以包括保持装置，其中可以组装具有一个或多个碳加热器的一个或多个加热元件。保持装置可以包括石英。
晶片保持器1240可以包括诸如石英或硅碳化物的非金属材料。晶片保持器1240示出具有三个支撑点，但这不是本发明必需的。在另一个实施例中，可以使用不同数量的支撑点，并且支撑点可以不同地构造。例如，可以想象用于非圆形的应用的实施例。
控制器1250可以结合到晶片保持器1240，并且可以对其加以控制。晶片保持器1240可以构造成将衬底的底部的遮蔽效应减少到最小或消除。晶片保持器1240可以构造成用来移动和/或定位衬底。例如，晶片保持器1240可以构造成提供衬底/晶片的垂直移动、水平移动和转动中至少一种。或者，晶片保持器1240可以包括一个或多个温度传感器(未示出)，该传感器还可以结合到控制器，并且用来控制衬底的温度。
图13示出根据本发明另一个实施例的单晶片加热器组件的简化框图。在所示出的实施例中，示出包括具有一个或多个碳加热器的一个或多个加热元件和多个晶片保持元件1312的单加热组件1310。此外，示出晶片1330、衬底定位器1340和控制器1350，但是这不是本发明必需的。在其它实施例中，可以使用不同的构造。例如，可以使用额外加热组件和/或保持组件。
加热组件1310可以包括石英保持装置，并且具有一个或多个碳加热器的一个或多个加热元件可以组装在石英保持装置中。
单加热组件1310可以包括诸如石英或硅碳化物的非金属材料。加热组件1310被示出具有三个晶片保持元件1320，但是这不是本发明必需的。在其他实施例中，可以使用不同数量的晶片保持元件1320，并且晶片保持元件1320可以不同地构造。例如，可以想象具有弯曲和/或直线特征的晶片保持元件1320的实施例。或者，加热组件1310和/或晶片保持元件1320可以包括一个或多个温度传感器(未示出)，该温度传感器可以结合到控制器，并且用来控制衬底的温度。
控制器1350可以结合到加热组件1310，并且可以对其加以控制。控制器1350可以向加热组件1310中一个或多个加热元件1312(碳导线加热器)提供时变功率电平。时变功率电平可以包括步进功能、快速上升功能、脉冲功能、恒定功能、调制功能或这些功能的组合。碳导线加热器和加热组件的低的热质量允许快速的温度变化。
控制器1350可以结合到衬底定位器1340，并且可以对其加以控制。衬底定位器1340可以构造成移动和/或定位衬底。例如，衬底定位器1340可以构造成提供衬底/晶片的垂直移动、水平移动和转动中至少一种。或者，衬底定位器1340可以不同地构造。
图14示出根据本发明单晶片加热器组件的另一个实施例的简化框图。
在所示出的实施例中，示出单晶片加热组件1400包括两个加热组件(1410和1420)，但是这不是本发明必需的。在其它实施例中，可以使用不同的构造。例如，可以想象用于圆形、非圆形、平面和非平面应用的实施例。在图14中，示出侧视图、俯视图和仰视图。
在图14中，包括具有一个或多个碳加热器的一个或多个加热元件一个加热组件1410被示出在衬底1430的下方。底部加热组件1410可以包括石英保持装置，并且具有一个或多个碳加热器的一个或多个加热元件1412可以组装在石英保持装置内。例如，可以使用单段加热元件和多段加热元件中至少一个构造加热元件1412。或者，加热组件1410可以包括衬底保持装置(未示出)。
包括具有一个或多个碳加热器的一个或多个加热元件的第二加热组件1420示出在衬底1430的上方。顶部加热组件1420可以包括石英保持装置，并且具有一个或多个碳加热器的一个或多个加热元件可以组装在石英保持装置内。例如，可以使用单段加热元件和多段加热元件中至少一个构造加热组件1422。加热组件1420可以是处理室(未示出)中上组件的一部分。箭头1470指示加热单元发射辐射的方向。加热元件的辐射图可以不同，并且可以在晶片的上表面和下表面提供可变的辐射(加热)图。使用一个或多个加热组件对衬底1130提供更快和更均匀的加热。
晶片保持器1440可以用来将衬底定位和支撑在两个加热组件之间。或者，衬底可以位于下组件1410上。
控制器1450可以结合到下加热组件1410、上组件1420和晶片保持器1440，并且用控制器1450对其加以控制。晶片保持器1440可以构造成将衬底的底部的遮蔽效应减少到最小和/或消除。控制器1450A可以用来定位衬底，以向在上加热组件和下加热组件中的每一个碳导线加热器独立地提供功率。或者，上组件1410、下组件1420和/或晶片保持器1440可以包括一个或多个温度传感器(未示出)，该温度传感器还可以结合到控制器，并且用来控制上组件、下组件和/或衬底的温度。
控制器1450可以向加热组件中一个或多个碳导线加热器提供时变功率电平。时变功率电平可以包括步进功能、快速上升功能、脉冲功能、恒定功能、调制功能或这些功能的组合。碳导线加热器和加热组件的低的热质量允许快的温度变化。
例如，加热元件可以包括可以封在石英管和/或石英保持装置中的一个或多个碳加热器。每一个部分示出具有多个线状加热元件，但这不是本发明必需的。在另一个实施例中，可以使用不同的构造。例如，可以想象用于具有弯曲和/或直线特征的加热元件的实施例。此外，尽管示出圆形晶片，但这不是本发明必需的。或者，可以容纳非圆形晶片和/或衬底。
图15所示是根据本发明的单晶片加热组件的另一个实施例的简化框图。在图15中，示出侧视图和俯视/仰视图。
在所示出的实施例中，示出具有多个U形加热元件1520的单加热组件1510，但这不是本发明必需的。在其它实施例中，可以使用不同的构造。例如，可以使用不同数量的加热元件和/或不同形状。每一个U形元件可以包括具有一个或多个碳加热器的一个或多个加热元件。加热器可以封在石英管和/或石英保持装置中。此外，尽管示出圆形晶片，但这不是本发明必需的。或者，可以容纳非圆形晶片和/或衬底。
碳导线管加热器可以弯成U形设计以简化所必需的加热元件的数量。在一些情况下，管形加热器可以比盘状加热器更便宜地制造、修理并且提供更大的柔韧性。
例如，可以使用单段加热元件和多段加热元件中至少一个构造加热元件1520。加热元件的辐射图可以不同，并且可以在晶片的上表面和下表面上提供可变化辐射(加热)图。
使用一个或多个加热组件提供衬底1530更快和更均匀的加热。晶片保持器1540可以用来将衬底定位和支撑在U形加热组件中。或者，衬底可以定位在加热组件的下部分上。
控制器1550可以结合到加热元件1520和晶片保持器1540，并且用控制器1550对其加以控制。晶片保持器1540可以构造成将衬底底部的遮蔽效应减少到最小或消除。控制器1550可以用来定位衬底，以向加热元件1520中每一个碳导线加热器独立地提供功率。或者，加热元件1520和/或晶片保持器1540可以包括一个或多个温度传感器(未示出)，温度传感器还可以结合到控制器，并且用来控制衬底的温度。
控制器1550可以向加热组件中一个或多个碳导线加热器提供时变功率电平。时变功率电平可以包括步进功能、快速上升功能、脉冲功能、恒定功能、调制功能或这些功能的组合。碳导线加热器和加热组件的低的热质量允许快的温度变化。
由于此处所描述的加热元件具有高化学纯度，并且提供极低水平的金属污染，可以将碳导线加热器插入处理室中，而不需要额外护罩或钝化层以保护加热器以免被蚀刻或在处理期间与处理气体的处理互相作用。额外护罩和钝化层会降低加热器的性能。
此处所描述的晶片加热组件可以提供增强的处理能力，诸如更快的快速升温，晶片翘曲可以减少直到没有(通过对在晶片内多个热区域的独立热控制使之成为可能)，还可以提供对变化的快速响应能力(通过由与碳导线加热器元件关联的低的热质量所提供的快速热响应使之成为可能)。
此处所描述的晶片加热组件可以用于脉冲热处理，该脉冲热处理通过由与碳导线加热器元件关联的低的热质量所提供的快速热响应使之成为可能，并且提供用于比传统的处理更大的薄膜控制的层接层膜的形成。
本发明提供改进的温度调节控制。本发明提供通过使用在垂直方向上方向性增加了的加热元件而提供能够将保持器上的晶片/衬底加热至所希望状态的加热单元。所提出的加热单元的构造允许在处理温度下(通常大于250℃)在晶片区域上控制热梯度。在一个构造中，独立的加热元件可以互相隔离，从而比传统系统常用的实心体加热器能够实现更大的热梯度。在其它实施例中，可以实施非平面构造。例如，加热器元件可以构造成靠近和/或晶片边缘上方，以补偿室壁的横向热损失和发射率损失。在晶片的表面的上方抬起加热器元件提供在晶片上对热梯度更大控制，因而提高均匀性。
尽管以上仅仅描述了本发明的某些实施例，但是本技术领域的技术人员易于理解到在这些实施例中可以进行许多修改，而不实质上脱离本发明新颖的教导和优点。因而，所有这样的修改都将包括在本发明的范围内。
权利要求
1.一种晶片加热组件，包括具有多个凹部的保持装置，所述保持装置具有构造成支持晶片的晶片支撑体；多个加热单元，其中，至少一个加热单元包括具有碳导线加热器的管，所述碳导线加热器包括碳纤维束，并且密封在所述管内，每一个所述管安装在所述保持装置的凹部中，结合到所述碳导线加热器相对端的连接端子；安装组件，所述安装组件结合到所述保持装置，并且构造成将所述晶片加热组件安装到处理室。
2.根据权利要求1所述的晶片加热组件，其中，所述加热单元中至少一个包括安装在所述保持装置中的大致直的凹部中的大致直的管。
3.根据权利要求1所述的晶片加热组件，其中，所述加热单元中至少一个包括安装在所述保持装置中的弯曲凹部中的弯管。
4.根据权利要求1所述的晶片加热组件，其中，所述加热单元中至少一个包括安装在所述保持装置中的圆形凹部中的圆形管。
5.根据权利要求1所述的晶片加热组件，其中，所述加热单元中至少一个包括安装在所述保持装置中的方形凹部中的方形管。
6.根据权利要求1所述的晶片加热组件，其中，所述加热单元中至少一个包括安装在所述保持装置中的矩形凹部中的矩形管。
7.根据权利要求1所述的晶片加热组件，其中，所述加热单元中至少一个包括安装在所述保持装置中的椭圆形凹部中的椭圆形管。
8.根据权利要求1所述的晶片加热组件，其中，所述加热单元中至少一个包括安装在所述保持装置中的凹部中的U形管。
9.根据权利要求8所述的晶片加热组件，其中，所述凹部包括U形。
10.根据权利要求1所述的晶片加热组件，其中，所述加热单元中至少一个包括多个段，每一个所述段包括具有碳导线加热器的大致直的管和结合到每一个所述碳导线加热器的每一个端部的连接端子，所述碳导线加热器包括碳纤维束，并且密封在所述管中，每一个所述大致直的管安装在所述保持装置的大致直的凹部中。
11.根据权利要求1所述的晶片加热组件，其中，所述加热单元中至少一个包括多个段，每一个所述段包括具有碳导线加热器的大致直的管，和结合到每一个所述碳导线加热器的每一个端部的连接端子，所述碳导线加热器包括碳纤维束，并且密封在所述管内，所述多个段安装在所述保持装置的方形凹部中。
12.根据权利要求1所述的晶片加热组件，其中，所述加热单元中的至少一个包括多个段，每一个所述段包括具有碳导线加热器的大致直的管，和结合到每一个所述碳导线加热器的每一个端部的连接端子，所述碳导线加热器包括碳纤维束，并且密封在所述管内，所述多个段安装在所述保持装置的矩形凹部中。
13.根据权利要求1所述的晶片加热组件，其中，所述加热单元中的至少一个包括多个段，每一个所述段包括具有碳导线加热器的弯管，和结合到每一个所述碳导线加热器的每一个端部的连接端子，所述碳导线加热器包括碳纤维束并且密封在管中，所述多个段安装在所述保持装置的弯曲凹部中。
14.根据权利要求13所述的晶片加热组件，其中，所述弯曲凹部包括圆形形状。
15.根据权利要求13所述的晶片加热组件，其中，所述弯曲凹部包括椭圆形状。
16.根据权利要求1所述的晶片加热组件，进一步包括结合到所述保持装置的热障件；结合到所述热障件的冷却单元。
17.根据权利要求1所述的晶片加热组件，进一步包括结合到所述保持装置的温度传感器。
18.根据权利要求1所述的晶片加热组件，其中，所述加热单元进一步包括结合到所述管的各个端部的过渡元件和结合到所述过渡元件的密封端子，每一个所述连接端子结合到至少一个密封端子部分。
19.根据权利要求18所述的晶片加热组件，其中，所述管和所述过渡元件由单一材料件形成。
20.根据权利要求19所述的晶片加热组件，其中，所述单一材料件包括石英玻璃管。
21.根据权利要求18所述的晶片加热组件，其中，所述管由第一材料件形成，所述过渡元件由第二材料件件成。
22.根据权利要求21所述的晶片加热组件，其中，所述第一材料件或所述第二材料件中至少一个或者所述第一材料件和所述第二材料件的两个包括石英玻璃管。
23.根据权利要求18所述的晶片加热组件，其中，所述密封端子部分包括用于密封所述过渡元件端部部分的装置。
24.根据权利要求18所述的晶片加热组件，其中，所述密封端子部分包括用于密封所述管端部部分的装置。
25.根据权利要求18所述的晶片加热组件，其中，所述加热单元进一步包括结合到所述碳导线加热器的相对端的端点元件，所述端点元件包括受挤压导线碳部件，所述碳导线加热器埋入受挤压导线碳部件中。
26.根据权利要求1所述的晶片加热组件，其中，所述碳导线加热器包括碳导线，所述碳导线包括至少一束碳纤维，每一束包括至少300根碳纤维，每一根碳纤维具有5和15毫米之间的直径。
27.根据权利要求26所述的晶片加热组件，其中，所述碳导线进一步包括表面绒毛。
28.根据权利要求26所述的晶片加热组件，其中，所述碳纤维中的灰份含量少于10ppm。
29.根据权利要求1所述的晶片加热组件，进一步包括结合到所述保持装置的盖子。
30.根据权利要求29所述的晶片加热组件，其中，所述晶片支撑体包括在所述盖子上的多个凸起部分。
31.根据权利要求30所述的晶片加热组件，其中，至少一个凸起部分包括温度传感器。
32.根据权利要求1所述的晶片加热组件，其中，所述晶片支撑体包括在所述保持装置上的多个凸起部分。
33.根据权利要求32所述的晶片加热组件，其中，至少一个凸起部分包括温度传感器。
34.根据权利要求1所述的晶片加热组件，其中，所述晶片支撑体包括具有至少三个支撑点的石英晶片保持器。
35.根据权利要求1所述的晶片加热组件，进一步包括额外加热单元，包括具有碳导线加热器的额外管，所述额外管的碳导线加热器包括碳纤维束并且密封在所述额外管内，结合到所述额外加热单元的碳导线加热器相对端的连接端子；额外安装组件，所述额外安装组件结合到所述额外保持装置，并且构造成将所述额外加热单元定位在所述晶片支撑体上方。
36.根据权利要求1所述的晶片加热组件，进一步包括额外加热单元，包括具有碳导线加热器的额外管，所述额外管的碳导线加热器包括碳纤维束并且密封在所述额外管内，结合到所述额外加热单元的碳导线加热器相对端的连接端子；额外安装组件，所述额外安装组件结合到所述额外保持装置，并且构造成将所述额外加热单元大致围绕所述晶片支撑体定位。
37.根据权利要求1所述的晶片加热组件，进一步包括额外加热单元，包括具有碳导线加热器的额外管，所述额外管的碳导线加热器包括碳纤维束并且密封在所述额外管内，结合到所述额外加热单元的碳导线加热器相对端的连接端子；结合到所述额外管的额外保持装置；额外安装组件，结合到所述额外保持装置并且构造成将所述额外加热单元定位在所述晶片支撑体上方。
38.根据权利要求1所述的晶片加热组件，进一步包括额外加热单元包括具有碳导线加热器的额外管，所述额外管的碳导线加热器包括碳纤维束并且密封在所述额外管内，结合到所述额外加热单元的碳导线加热器相对端的连接端子；结合到所述额外管的额外保持装置；额外安装组件，结合到所述额外保持装置并且构造成将所述额外加热单元大致围绕所述晶片支撑体定位。
39.根据权利要求1所述的晶片加热组件，进一步包括具有多个第二凹部的第二保持装置，所述第二保持装置具有构造成支撑第二晶片的第二晶片支撑体；多个第二加热单元，其中，所述多个第二加热单元中至少一个包括具有碳导线加热器的管，所述第二加热单元的碳导线加热器包括碳纤维束，并且密封在所述第二加热单元的管内，每一个所述第二加热单元的管安装在所述第二保持装置的凹部中，结合到所述第二加热单元的碳导线加热器相对端的连接端子；第二安装组件，结合到所述第二保持装置并且构造成将所述第二保持装置安装到所述处理室。
40.一种处理衬底的方法，所述方法包括将所述衬底定位在处理室中的衬底保持器上，其中，所述衬底保持器包括多个加热单元，每一个所述加热单元包括管和碳导线加热器，所述碳导线加热器具有碳纤维束并且密封在所述管内，每一个所述管安装在所述衬底保持器的凹部中，结合到所述碳导线加热器相对端的连接端子；在所述衬底上执行快速热处理，其中，DC电源结合到每一个连接端子并且DC功率快速施加到所述碳导线加热器。
41.一种晶片加热组件，包括用于支撑半导体晶片的支撑装置；用于独立地加热所述半导体晶片的不同区域的加热装置；安装装置，结合到所述支撑装置，用于将所述晶片加热组件安装到处理室。
42.一种处理衬底的方法，包括用独立的温度传感器独立地控制多个碳导线加热器区域，以向每一个独立区域提供具有快速响应的多区域、单晶片加热器系统，所述控制利用快速热变化可以使晶片翘曲减少到最小。
43.一种处理衬底的方法，包括使用碳导线加热元件作为衬底支撑体，以使热质量减少到最小，并且允许热变化足够快，而通过增加快速热循环进行处理控制。
44.一种处理衬底的方法，包括在所述衬底相对侧上使用碳导线加热器元件，所述加热器元件具有多个独立的加热器区域，并利用任一个加热器元件或一个或多个加热器区域而具有快速热响应。
45.根据权利要求1所述的晶片加热组件，进一步包括备用的与所述碳导线加热器元件对应的冷却环路，以增加热响应的速度，所述冷却环路构造成使冷却用的气体或其它热兼容的冷却材料或流体流动。
全文摘要
本发明描述了一种用在单晶片处理系统中、具有独特的加热器元件的晶片加热组件。加热单元包括嵌入在石英护套中的碳导线元件。加热单元与石英一样不受污染，其可以允许直接接触晶片。碳“导线”或“编织”结构的机械柔韧性允许线圈构造，这允许在晶片上进行独立加热器区域控制。晶片上多个独立加热器区域允许温度梯度能够调节膜生长/沉积均匀性并且允许快速的热调节，因而具有优于传统单晶片系统的膜均匀性，使晶片的翘曲最小甚至没有。低的热质量允许快速的热响应，这使得能够进行脉冲或数字热处理，而形成层接层膜，得到改进的薄膜控制。
文档编号H01L21/00GK101023197SQ200580001783
公开日2007年8月22日 申请日期2005年2月1日 优先权日2004年3月31日
发明者大卫·L·欧梅拉, 格利特·J·莱乌辛克, 斯蒂芬·H·卡巴尔, 安东尼·迪朴, 考利·瓦吉达, 雷蒙德·乔 申请人:东京毅力科创株式会社