用于旋轉(zhuǎn)基板的非徑向溫度控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的實施例提供了降低熱處理期間不均勻性的設(shè)備與方法。一個實施例提供了種處理基板的設(shè)備，包括腔室主體，其限定處理容積；基板支撐件，其置于該處理容積中，其中該基板支撐件被配置以旋轉(zhuǎn)該基板；傳感器組件，其被配置以測量該基板在多個位置處的溫度；以及一個或更多個脈沖加熱組件，其被配置以對該處理容積提供脈沖式能量。
【專利說明】用于旋轉(zhuǎn)基板的非徑向溫度控制系統(tǒng)
[0001] 本申請為申請日為2009年05月01日、申請?zhí)枮?00980115810. 9、名稱為"用于 旋轉(zhuǎn)基板的非徑向溫度控制系統(tǒng)"的發(fā)明專利申請的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明的實施例大致涉及處理半導(dǎo)體基板的設(shè)備與方法。具體而言，本發(fā)明的實 施例與快速熱處理腔室中的基板處理有關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0003] 快速熱處理（RTP)是半導(dǎo)體處理中的一種基板退火程序。在RTP期間，基板一 般是由靠近邊緣區(qū)域的支撐裝置予以支撐，并在受一個或更多個熱源加熱時由其加以旋 轉(zhuǎn)。在RTP期間，一般是使用熱輻射將受控制環(huán)境中的基板快速加熱至最大溫度（高達約 1350°C)，根據(jù)處理所需而使此最大溫度保持一段特定時間（從一秒以下至數(shù)分鐘）；接著 將基板冷卻至室溫以進行其它處理。一般會使用高強度鎢鹵素?zé)糇鳛闊彷椛湓矗部捎蓚?導(dǎo)耦接至基板的加熱臺來提供額外熱能給基板。
[0004] 半導(dǎo)體制程中有多種RTP的應(yīng)用，這些應(yīng)用包括熱氧化、高溫浸泡退火、低溫浸泡 退火、以及尖峰退火。在熱氧化中，基板在氧、臭氧、或氧與氫的組合中進行加熱，其使硅基 板氧化而形成氧化硅；在高溫浸泡退火中，基板被暴露至不同的氣體混合物（例如氮、氨、 或氧）；低溫浸泡退火一般是用來退火沉積有金屬的基板；尖峰退火用于當基板需要在非 常短時間中暴露于高溫時，在尖峰退火期間，基板會被快速加熱至足以活化摻質(zhì)的最大溫 度，并快速冷卻，在摻質(zhì)實質(zhì)擴散之前結(jié)束活化程序。
[0005] RTP通常需要整個基板上實質(zhì)均勻的溫度輪廓。在現(xiàn)有技術(shù)中，溫度均勻性可通過 控制熱源（例如激光、燈泡陣列）而提升，其中熱源經(jīng)配置以在前側(cè)加熱基板，而在背側(cè)的 反射表面則將熱反射回基板。也已使用發(fā)射率測量與補償方法來改善整個基板上的溫度梯 度。
[0006] 由于半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，對于RTP中溫度均勻性的要求也隨之增加。在某些處理 中，從基板邊緣內(nèi)2mm處開始具有實質(zhì)上小之溫度梯度是重要的；特別是，可能需要以溫度 變化約1°C至1. 5°C的條件來加熱基板達到介于約200°C至約1350°C。公知RTP系統(tǒng)的情 形是結(jié)合了可徑向控制區(qū)以改善沿著處理基板的半徑的均勻性；然而，不均勻性會因各種 理由而以各種態(tài)樣產(chǎn)生，不均勻性比較像是非徑向的不均勻性，其中在相同半徑上不同位 置處的溫度會有所變化。非徑向的不均勻性無法通過根據(jù)其半徑位置調(diào)整加熱源而解決。
[0007] 圖1A-1D示意性說明了示例非徑向的不均勻性。在RTP系統(tǒng)中，通常使用邊緣環(huán) 在周圍附近支撐基板。邊緣環(huán)與基板重疊而在靠近基板邊緣處產(chǎn)生復(fù)雜的加熱情形。一方 面，基板在靠近邊緣處會具有不同的熱性質(zhì)，這大部分是指經(jīng)圖案化的基板、或絕緣層上覆 硅（SOI)基板。在另一方面，基板與邊緣環(huán)在邊緣附近重疊，因此難以通過單獨測量與調(diào)整 基板的溫度而在靠近邊緣處達到均勻的溫度輪廓；根據(jù)邊緣環(huán)的熱性質(zhì)相對于基板的熱與 光學(xué)性質(zhì)，基板的溫度輪廓一般在邊緣為高或在邊緣為低。
[0008] 圖1A示意性說明了在RTP腔室中處理的基板的一般溫度輪廓的兩種類型；垂直軸 代表在基板上所測量的溫度，水平軸代表離基板邊緣的距離。輪廓1是邊緣為高的輪廓，其 中基板的邊緣具有最高的溫度測量值；輪廓1是邊緣為低的輪廓，其中基板的邊緣具有最 低的溫度測量值。要去除公知RTP系統(tǒng)狀態(tài)中的基板邊緣附近的溫度差異是很困難的。
[0009] 圖1A是置于支撐環(huán)101上的基板102的示意性俯視圖。支撐環(huán)101沿中心（一 般與整個系統(tǒng)的中心一致）旋轉(zhuǎn)，基板102的中心需與支撐環(huán)101的中心對齊，然而，基板 102可能會基于各種理由而未與支撐環(huán)101對齊。當熱處理的需求增加時，基板102與支撐 環(huán)101之間微小的不對齊都會產(chǎn)生如圖1B所示的不均勻性。在尖峰處理中，1mm的移位會 產(chǎn)生約30°C的溫度變化。公知熱處理系統(tǒng)的狀態(tài)是具有約0. 18mm的基板放置精確度，因此 其因?qū)R限制所導(dǎo)致的溫度變化約為5°C。
[0010] 圖1B是該基板102于熱處理期間的示意溫度圖，其中基板102未與支撐環(huán)101對 齊?；?02通常沿著邊緣區(qū)105具有高溫區(qū)103與低溫區(qū)104兩者。
[0011] 圖1C是基板107在快速熱處理期間的示意溫度圖。基板107具有沿著水平方向 106的溫度梯度。圖1C所示的溫度梯度會因各種理由而產(chǎn)生，例如離子植入、腔室不對稱 性、固有基板特性以及制程組的變化性。
[0012] 圖1D是經(jīng)圖案化的基板108的示意溫度圖，該基板108具有由與基板108不同的 材料所形成的表面結(jié)構(gòu)109。線111是基板108在整個直徑上的溫度輪廓。溫度會產(chǎn)生變 化是因為表面結(jié)構(gòu)109的特性與基板108不同。由于熱處理中的大部分基板都具有形成于 其上的結(jié)構(gòu)，因此由局部圖案所產(chǎn)生的溫度變化是常見的現(xiàn)象。
[0013] 故，需要一種用在RTP中以減少非徑向的溫度不均勻性的設(shè)備與方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0014] 本發(fā)明的實施例提供了一種在熱處理期間減少不均勻性的設(shè)備與方法。特別是， 本發(fā)明的實施例提供了用于減少熱處理期間非徑向的不均勻性的設(shè)備與方法。
[0015] 本發(fā)明的實施例提供了一種用于處理基板的設(shè)備，其包括：腔室主體，其限定處理 容積；基板支撐件，其置于該處理容積中，其中該基板支撐件被配置以旋轉(zhuǎn)該基板；傳感器 組件，其被配置以測量該基板在多個位置處的溫度；以及一個或更多個脈沖加熱組件，其被 配置以對該處理容積提供脈沖式能量。
[0016] 本發(fā)明的另一實施例提供了一種用于處理基板的方法，包括：放置基板在基板支 撐件上，該基板支撐件被置于處理腔室的處理容積中；旋轉(zhuǎn)該基板；以及通過將輻射能量 導(dǎo)向該處理容積來加熱該基板，其中該輻射能量的至少一部分是脈沖式能量，其頻率由該 基板的轉(zhuǎn)速所決定。
[0017] 本發(fā)明的又一實施例提供了一種熱處理腔室，包括：腔室主體，其具有由數(shù)個腔室 壁、石英窗與反射板限定的處理容積，其中該石英窗與該反射板被置于該處理容積的相對 側(cè)上；基板支撐件，其置于該處理容積中，其中該基板支撐件被配置以支持并旋轉(zhuǎn)基板；力口 熱源，其置于該石英窗外部，并配置以將能量經(jīng)由該石英窗導(dǎo)向該處理容積，其中該加熱源 包括多個加熱組件，且這些加熱組件中的至少一部分是被配置以對該處理容積提供脈沖式 能量的脈沖加熱組件；傳感器組件，其通過該反射板設(shè)置，并經(jīng)配置以測量該處理容積中沿 著不同半徑位置處的溫度；以及系統(tǒng)控制器，其被配置以調(diào)整來自該加熱源的脈沖式能量 的頻率、相位與振幅中至少一者。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 參照描述了本發(fā)明一部分實施例的附圖，即可進一步詳細了解本發(fā)明的上述特征 與詳細內(nèi)容。然而，應(yīng)注意附圖僅說明了本發(fā)明的一般實施例，本發(fā)明還涵蓋其它等效實施 例，因而附圖不應(yīng)視為構(gòu)成對其范圍的限制。
[0019] 圖1A是于熱處理期間置于支撐環(huán)上的基板的示意俯視圖。
[0020] 圖1B是熱處理期間的基板示意溫度圖，該溫度圖顯示因未對齊而產(chǎn)生的非徑向 的不均勻性。
[0021] 圖1C是熱處理期間的基板示意溫度圖，該溫度圖顯示整個基板的溫度梯度。
[0022] 圖1D是經(jīng)圖案化的基板的示意截面?zhèn)纫晥D以及整個直徑上的溫度輪廓，其顯示 了因圖案所產(chǎn)生的變化。
[0023] 圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的熱處理腔室的示意截面?zhèn)纫晥D。
[0024] 圖3為基板的示意俯視圖，其根據(jù)本發(fā)明的一個實施例而描述了一種取得溫度圖 的方法。
[0025] 圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的加熱源的示意圖，該加熱源具有脈沖區(qū)與脈沖 加熱組件。
[0026] 圖5為示意流程圖，其說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的基板處理方法。
[0027] 圖6A是示意圖表，其說明在一個相位的脈沖式激光加熱源的作用。
[0028] 圖6B是示意圖表，其說明在一個相位的脈沖式激光加熱源的作用。
[0029] 圖6C是示意圖表，其說明在一個相位的脈沖式激光加熱源的作用。
[0030] 圖6D是示意圖表，其說明在一個相位的脈沖式激光加熱源的作用。
[0031] 圖6E-6F示意說明了通過激光加熱源的相位與振幅調(diào)整來改善均勻性。
[0032] 圖7A為具有三個脈沖區(qū)的燈泡組件的示意俯視圖。
[0033] 圖7B示意說明了在相應(yīng)于基板中間區(qū)附近的脈沖燈泡區(qū)的作用。
[0034] 圖7C示意說明了在相應(yīng)于基板邊緣區(qū)附近的脈沖燈泡區(qū)的作用。
[0035] 圖7D示意說明了在相應(yīng)于基板邊緣區(qū)外部附近的脈沖燈泡區(qū)的作用。
[0036] 圖7E是示意圖表，其說明了調(diào)整相應(yīng)于基板邊緣區(qū)外部附近的脈沖區(qū)中燈泡的 相位與振幅的熱處理。
[0037] 圖8為根據(jù)本發(fā)明實施例的熱處理腔室的示意截面?zhèn)纫晥D。
[0038] 圖9為根據(jù)本發(fā)明實施例的熱處理腔室的示意截面?zhèn)纫晥D。
[0039] 圖10A為具有方格板圖案的測試基板的不意俯視圖。
[0040] 圖10B為不意圖表，其說明了對圖10A的基板所執(zhí)行的熱處理。
[0041] 圖10C為示意圖表，其說明了在加熱基板的經(jīng)圖案化側(cè)的熱處理期間，測試基板 整個直徑上的溫度輪廓。
[0042] 圖10D為示意圖表，其說明了在加熱基板的非圖案化側(cè)的熱處理期間，測試基板 整個直徑上的溫度輪廓。
[0043] 為幫助了解，附圖中盡可能使用一致的組件符號來代表相同的組件。但是一個實 施例中的組件也可用于其它實施例，不需特別加以說明。
【具體實施方式】
[0044] 本發(fā)明的實施例提供了減少熱處理期間不均勻性的設(shè)備與方法。特別是，本發(fā)明 的實施例提供了減少熱處理期間非徑向的不均勻性的設(shè)備與方法。
[0045] 本發(fā)明的一個實施例提供了一種具有一個或更多個脈沖加熱組件的熱處理腔室。 本發(fā)明的一個實施例提供了一種通過調(diào)整該一個或更多個脈沖加熱組件的功率源頻率、相 位與振幅中至少一者以減少不均勻性的方法。在一個實施例中，調(diào)整功率源的相位及/或 振幅是以由基板旋轉(zhuǎn)頻率所決定的頻率加以執(zhí)行。在一個實施例中，功率源的頻率與基板 的旋轉(zhuǎn)頻率相同。在一個實施例中，功率源的相位是由得自多個傳感器之溫度圖所決定。
[0046] 在一個實施例中，熱處理腔室包括多個加熱組件，其分組成一個或更多個方位角 控制區(qū)。在實施例中，各方位角控制區(qū)包括一個或更多個加熱組件，其可通過調(diào)整功率源的 相位及/或振幅而加以控制。
[0047] 在另一實施例中，除主加熱源外，熱處理腔室還包括一個或更多個輔助加熱組件。 在一個實施例中，該一個或更多個輔助加熱組件可通過調(diào)整其功率源的相位及/或振幅而 加以控制。
[0048] 本發(fā)明的另一實施例提供了一種熱處理腔室，其包括加熱源，該加熱源被配置以 加熱處理基板的背側(cè)。在熱處理期間從背側(cè)加熱基板可減少因基板圖案而引起的不均勻 性。
[0049] 圖2示意性說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的快速熱處理系統(tǒng)10的截面圖。快 速熱處理系統(tǒng)10包括腔室主體35,其限定了處理容積14,處理容積14被建構(gòu)用于對其中 的碟形基板12進行退火。腔室主體35由不銹鋼制成且襯以石英。處理容積14被配置以 被加熱燈泡組件16輻射加熱，該加熱燈泡組件16被置于該快速熱處理系統(tǒng)10的石英窗18 上。在一個實施例中，石英窗18為水冷式。
[0050] 在腔室主體35的一側(cè)形成有狹縫閥30,其提供通道供基板12進入處理容積14。 進氣口 44連接至氣體來源45以對處理容積14提供處理氣體、清除氣體及/或清潔氣體。 真空泵13通過出口 11而流體連接至處理容積14,以抽送出處理容積14之外。
[0051] 圓形通道27形成于靠近腔室主體35底部處，在圓形通道27中布置有磁性轉(zhuǎn)子 21。管狀升降器39停置在磁性轉(zhuǎn)子21上或與其耦接?；?2受該管狀升降器39上的邊 緣環(huán)20支撐于周圍邊緣。磁性定子23位于磁性轉(zhuǎn)子21外部，并通過腔室主體35磁性耦 接，以誘發(fā)磁性轉(zhuǎn)子21的旋轉(zhuǎn)，因而帶動邊緣環(huán)20與支撐于其上的基板12旋轉(zhuǎn)。磁性定 子23也可配置以調(diào)整磁性轉(zhuǎn)子21的升降，由此抬升處理基板12。
[0052] 腔室主體35可包括靠近基板12背側(cè)的反射板22,反射板22具有光學(xué)反射表面 28,其面向基板12的背側(cè)以提升基板12的發(fā)射率。在實施例中，反射板22為水冷式。反 射表面28與基板12的背側(cè)限定了反射腔15。在一個實施例中，反射板22的直徑略大于受 處理基板12的直徑。舉例而言，當快速熱處理系統(tǒng)10被配置以處理12英寸的基板時，反 射板22的直徑為約13英寸。
[0053] 清除氣體通過與清除氣體來源46連接的清除進氣口 48而提供至反射板22。注入 反射板22的清除氣體有助于反射板22的冷卻，特別是在靠近未將熱反射回基板12的孔洞 25處。
[0054] 在一個實施例中，外環(huán)19耦接于腔室主體35與邊緣環(huán)20之間，以隔離反射腔15 與處理容積14。反射腔15與處理容積14具有不同的環(huán)境。
[0055] 加熱燈泡組件16包括加熱組件陣列37。加熱組件陣列37可以是UV燈、鹵素?zé)簟?激光二極管、電阻式加熱器、微波驅(qū)動加熱器、發(fā)光二極管（LEDs)、或任何其它適當?shù)膯为?或組合加熱組件。加熱組件陣列37被置于反射主體43中所形成的垂直孔洞中。在一個實 施例中，加熱組件37被排列為六邊形。在反射主體43中形成有冷卻通道40,冷卻劑（例如 水）會從入口 41進入反射主體43, Btt鄰?fù)ㄟ^垂直孔洞而冷卻加熱組件陣列47,然后從出口 42離開反射主體43。
[0056] 加熱組件陣列37被連接至控制器52,其可調(diào)整加熱組件陣列37的加熱作用。在 一個實施例中，加熱組件陣列37被分為多個群組以通過多個同心圓區(qū)來加熱基板12。每個 加熱群組都可獨立控制以于基板12的整個半徑上提供所需溫度輪廓。
[0057] 在一個實施例中，加熱燈泡組件16包括一個或更多個區(qū)域群組57與一個或更多 個脈沖群組53。各區(qū)域群組57被連接至功率源55,且可獨立加以控制。在一個實施例中， 提供至各區(qū)域群組57的功率源的振幅可被獨立控制以調(diào)整導(dǎo)至對應(yīng)區(qū)域的輻射能量。各 脈沖群組53分別包括一個或更多個加熱組件37,且其連接至可通過相位及/或振幅而加以 控制的功率源54。功率源54的相位可經(jīng)調(diào)整以控制導(dǎo)向徑向區(qū)的區(qū)段的輻射能量。
[0058] 圖4是示意圖，其說明將圖2的加熱燈泡組件16分組的實施例。加熱燈泡組件16 的加熱組件分組成彼此同心的多個區(qū)域群組57。各區(qū)域群組57包括多個加熱組件。在加 熱燈泡組件16中也形成有一個或更多個脈沖群組53。
[0059] 各脈沖群組53包括一個或更多個加熱組件。在實施例中，脈沖群組53相應(yīng)于不 同半徑位置而形成。在圖4的實施例中，各脈沖群組53具有相同半徑涵蓋范圍的對應(yīng)區(qū)域 群組57。
[0060] 在一個實施例中，脈沖群組53中的加熱組件可在不同于對應(yīng)區(qū)域群組57中加熱 組件的相位而驅(qū)動，因而能夠在處理基板旋轉(zhuǎn)時，調(diào)整導(dǎo)向半徑涵蓋范圍不同位置處的輻 射能量。
[0061] 在另一實施例中，區(qū)域群組57中的加熱組件對旋轉(zhuǎn)基板的整個半徑區(qū)域提供了 固定的能量等級，而脈沖區(qū)域53中的加熱組件的能量等級是脈沖式、且隨旋轉(zhuǎn)基板的半徑 區(qū)域中的區(qū)域而改變。通過調(diào)整脈沖群組53的能量等級脈沖的相位與振幅，即可調(diào)整旋轉(zhuǎn) 基板的半徑區(qū)域內(nèi)的不均勻性。
[0062] 脈沖群組53可沿著相同的半徑而形成，并對齊以形成圓形區(qū)段，如圖4所示。脈 沖群組53也可散開于不同的方位角，以更有彈性地加以控制。
[0063] 再次參閱圖2,功率源55與功率源54被連接至控制器52,其可原位（in-situ)取 得基板溫度圖，并根據(jù)所得溫度圖來調(diào)整功率源55、56。
[0064] 快速熱處理系統(tǒng)10還包括多個熱探針24,其被配置以測量基板12不同半徑位置 處的熱性質(zhì)。在一個實施例中，所述多個熱探針24為多個高溫計，其光學(xué)地耦接于并置于 形成于反射板22中的多個孔洞25內(nèi)，以偵測基板12不同半徑部分的溫度或其它熱性質(zhì)。 所述多個孔洞25沿著半徑而放置（如圖2所示），或位于不同半徑處（如圖4所示）。 [0065] 在以特定頻率取樣時，所述多個熱探針24可用以取得基板12在處理期間的溫度 圖，因此各探針24可在基板12旋轉(zhuǎn)的不同時間對基板12的不同位置進行測量。在一個實 施例中，此特定頻率高于基板旋轉(zhuǎn)的頻率數(shù)倍，因此當基板12轉(zhuǎn)完整圈時，各探針24可對 圈上均勻分布的位置進行測量。
[0066] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的基板的示意俯視圖，其示出了取得溫度圖的方 法。圖5是基板12的示例圖，其顯示當基板以4Hz旋轉(zhuǎn)并以100Hz進行數(shù)據(jù)取樣時，基板 上獲得溫度數(shù)據(jù)處的位置?？梢垣@得整個基板12上的溫度圖。
[0067] 再次參照圖2,熱處理系統(tǒng)10包括一個或更多個輔助加熱源51，其被配置以于處 理期間加熱基板12。與脈沖群組53類似的是，輔助加熱源51被連接至功率源56,其可調(diào) 整相位及/或振幅而加以控制。輔助加熱源51被配置以通過沿對應(yīng)圓形區(qū)域，對較低溫位 置施加比較高溫位置更多的輻射能量，來減少溫度不均勻性。
[0068] 在一個實施例中，輔助加熱源51被置于加熱燈泡組件16的相對側(cè)上。各輔助加 熱源51與脈沖群組53可獨立或結(jié)合使用。
[0069] 在一個實施例中，該輔助加熱源51是輻射源，其在探針24的帶寬中不產(chǎn)生輻射。 在另一實施例中，孔洞25是從輔助加熱源被遮蔽，因此探針24不會受來自輔助加熱源51 的輻射的影響。在一個實施例中，輔助加熱源51為激光（例如二極管激光、紅寶石激光、C02 激光或其它）二極管、或線發(fā)光體（line emitter)。在一個實施例中，輔助加熱源51可設(shè) 置在處理腔室外部，且來自輔助加熱源51的能量經(jīng)由光纖、導(dǎo)光管、鏡體、或全內(nèi)反射棱鏡 而導(dǎo)向該處理容積。
[0070] 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于處理基板的方法200的示意流程圖。方 法200被配置以減少不均勻性，包括徑向的不均勻性與非徑向的不均勻性。在一個實施例 中，方法200使用根據(jù)本發(fā)明實施例的熱處理系統(tǒng)來被執(zhí)行。
[0071] 在方塊210中，待處理的基板被置于熱處理腔室中，例如圖2所示的熱處理系統(tǒng) 10。在一個實施例中，可通過在邊緣環(huán)上的機械裝置來放置基板。
[0072] 在方塊220中，基板在熱處理腔室內(nèi)被旋轉(zhuǎn)。
[0073] 在方塊230中，基板由加熱源進行加熱，該加熱源具有一個或更多個脈沖組件，其 可由相位或振幅其中一者加以調(diào)整。示例脈沖組件為圖2的輔助加熱源51與脈沖群組53。
[0074] 在方塊240中，基板的溫度可利用多個傳感器加以測量，例如熱處理系統(tǒng)10的探 針24。當基板旋轉(zhuǎn)時，可通過使用特定取樣速率來測量多個位置。
[0075] 在方塊250中，可從方塊240的測量產(chǎn)生基板溫度圖。在一個實施例中，溫度圖由 控制器中的軟件產(chǎn)生，例如圖2中的控制器52。
[0076] 在方塊260中，可由方塊250中所得的溫度圖來決定溫度不均勻性的特性。這些 特性為整體變化、與加熱區(qū)相應(yīng)之區(qū)域間的變化、加熱區(qū)內(nèi)的變化（例如具有高與低溫度 的角度）等。
[0077] 在步驟270中，可調(diào)整一個或更多個脈沖組件的相位及/或振幅以減少溫度變化。 詳細的調(diào)整根據(jù)下述圖6A-6E與圖7A-7E來說明。
[0078] 方塊230、240、250、260與270可重復(fù)執(zhí)行，直到完成處理為止。
[0079] 圖6A是顯示脈沖式激光加熱源303的作用的示意圖表，脈沖式激光加熱源303被 配置以將輻射能量導(dǎo)向基板304a的邊緣區(qū)域?；?04a由主加熱源（例如圖2所示的加 熱燈泡組件16)以及脈沖式激光加熱源303加熱。加熱源303與圖2的輔助加熱源51相 似。線301說明了基板304a相對于加熱源303的旋轉(zhuǎn)角，曲線302a說明了供應(yīng)至加熱源 303的功率。
[0080] 供應(yīng)至加熱源303的功率具有與基板304a旋轉(zhuǎn)頻率相同的頻率，因此，當基板旋 轉(zhuǎn)時，最高的功率等級會重復(fù)導(dǎo)向位置307a，該位置307a與加熱源303開始旋轉(zhuǎn)前呈90 度。相同的，最低的功率等級會重復(fù)導(dǎo)向位置305a，該位置305a與加熱源303呈270度。
[0081] 因此，供應(yīng)至加熱源303的功率被調(diào)整使得當?shù)蜏匚恢猛ㄟ^加熱源303時達到其 峰值，以對該低溫位置提供額外加熱。
[0082] 雖然本文中說明了供應(yīng)至加熱源303的功率為正弦脈沖，但也可使用任何適當?shù)?脈沖。
[0083] 此外，供應(yīng)至加熱源303的功率的頻率也可與旋轉(zhuǎn)頻率不同。舉例而言，功率頻率 可為旋轉(zhuǎn)頻率的分數(shù)比，例如一半、三分之一、或四分之一，以實現(xiàn)所需用途。
[0084] 圖6B是顯示脈沖式激光加熱源303的作用的示意圖表，脈沖式激光加熱源303被 配置以在加熱源啟動于功率302b時將輻射能量導(dǎo)向基板304b。最高功率等級被重復(fù)導(dǎo)向 位置307b，該位置307b與加熱源303開始旋轉(zhuǎn)前呈180度。類似的，最低功率等級被重復(fù) 導(dǎo)向位置305b，該位置305b與加熱源303呈0度。
[0085] 圖6C是顯示脈沖式激光加熱源303的作用的示意圖，脈沖式激光加熱源303被配 置以在加熱源啟動于功率302c時將輻射能量導(dǎo)向基板304c。最高功率等級被重復(fù)導(dǎo)向位 置307c，該位置307c與加熱源303開始旋轉(zhuǎn)前呈270度。類似的，最低功率等級被重復(fù)導(dǎo) 向位置305c，該位置305c與加熱源303呈90度。
[0086] 圖6D是顯示脈沖式激光加熱源303的作用的示意圖，脈沖式激光加熱源303被配 置以在加熱源啟動于功率302d時將輻射能量導(dǎo)向基板304d。最高功率等級被重復(fù)導(dǎo)向位 置307d，該位置307d與加熱源303開始旋轉(zhuǎn)前呈0度。類似的，最低功率等級被重復(fù)導(dǎo)向 位置305d，該位置305d與加熱源303呈180度。
[0087] 圖6E-6F示意說明了通過調(diào)整激光加熱源的相位與振幅的均勻性的改善。如圖6E 所示，在未調(diào)整激光加熱源的相位與振幅時，沿著處理基板邊緣處會有非徑向的不均勻性。 圖6F示意說明了經(jīng)相位與振幅調(diào)整的處理基板的溫度圖，其非徑向的不均勻性通過調(diào)整 激光加熱源的相位而實質(zhì)降低。
[0088] 圖7A是加熱燈泡組件16a的示意俯視圖，其具有三個脈沖區(qū)51a、51b、51c。脈沖 區(qū)51a包括多個加熱組件37a，其置于相應(yīng)于基板邊緣外部區(qū)域的區(qū)域上。各脈沖區(qū)51a、 51b、51c中的加熱組件通過調(diào)整對應(yīng)功率源的相位與振幅，獨立于加熱燈泡組件16a中的 其它加熱組件而控制。脈沖區(qū)51b包括多個加熱組件37a，其置于與靠近基板邊緣的區(qū)域?qū)?應(yīng)的區(qū)域上。脈沖區(qū)51c包括多個加熱組件，其置于與靠近基板中間的區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域上。 燈泡組件16a被用于圖2的熱處理系統(tǒng)10中。
[0089] 圖7B示意說明了脈沖區(qū)51c的作用。如圖7B所示，調(diào)整脈沖區(qū)51c的相位可改 變基板的中間區(qū)域內(nèi)的溫度變化。
[0090] 圖7C示意說明了脈沖區(qū)51b的作用。如圖7C所示，調(diào)整脈沖區(qū)51b的相位可改 變基板的邊緣區(qū)域內(nèi)的溫度變化。
[0091] 圖7D示意說明了脈沖區(qū)51a的作用。如圖7D所示，調(diào)整脈沖區(qū)51a的相位可改 變基板的斜邊邊緣區(qū)域內(nèi)的溫度變化。
[0092] 圖7E為顯示調(diào)整圖7A脈沖區(qū)51a的相位與振幅的熱處理示意圖。在處理期間， 基板是以4Hz的頻率加以旋轉(zhuǎn)。使用對應(yīng)于基板中央至邊緣的七個高溫計，以100Hz的取 樣頻率測量溫度。此熱處理像是尖峰退火，其具有高升溫與降溫率。
[0093] 曲線321反應(yīng)了基板的旋轉(zhuǎn)周期。曲線322反應(yīng)了供應(yīng)至脈沖區(qū)51a的功率的相 位與振幅。曲線323反應(yīng)了供應(yīng)至非位在脈沖區(qū)51a中的加熱組件37a的功率。曲線325 指示了不同傳感器在不同位置處所測量的溫度。曲線324指示了在處理期間支持基板的邊 緣環(huán)的溫度。
[0094] 脈沖功率的振幅與主功率同步，這種配置使主加熱裝置與脈沖區(qū)使用相同的功率 供應(yīng)。
[0095] 圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的熱處理系統(tǒng)10b的示意截面?zhèn)纫晥D。熱處理系 統(tǒng)l〇b與熱處理系統(tǒng)10相似，除了加熱燈泡組件16位于腔室主體35的底側(cè)上，而反射板 27位于腔室頂部上。
[0096] 熱處理系統(tǒng)10b的配置使基板可由加熱燈泡組件16自背側(cè)加熱?；?2需要面 向上方以將經(jīng)圖案化一側(cè)暴露于傳送至處理容積14的處理氣體。使用熱處理系統(tǒng)10b的背 側(cè)加熱降低了因組件側(cè)上的圖案而產(chǎn)生的溫度變化。圖10A-10D說明了背側(cè)加熱的優(yōu)點。
[0097] 圖10A是具有方格板圖案的測試基板401的示意俯視圖。區(qū)塊402覆以1700埃 的氧化硅。區(qū)塊403覆以570埃的多晶硅。
[0098] 圖10B是顯示對圖10A的測試基板所執(zhí)行的熱處理的示意圖。線404說明了加熱 組件的平均溫度。線405說明了基板的平均溫度。在熱處理期間氧是流動的，因此氧化硅 系形成于基板的背側(cè)?；灞硞?cè)產(chǎn)生的氧化硅的厚度反應(yīng)了基板的溫度。
[0099] 圖10C為曲線406的示意圖，其說明了當測試基板從經(jīng)圖案化一側(cè)加熱時，測試基 板背側(cè)的氧化硅厚度。氧化硅厚度的變化反應(yīng)了基板溫度的變化。溫度的變化則受到圖案 的極大影響。
[0100] 圖10D為曲線407的示意圖，其說明了通過加熱基板的非圖案化一側(cè)（例如使用 類似于圖8的熱處理系統(tǒng)10b的熱處理系統(tǒng)）的熱處理期間，測試基板整個直徑上的氧化 硅厚度。
[0101] 根據(jù)本發(fā)明的溫度控制方法也可延伸至控制邊緣環(huán)的溫度，該邊緣環(huán)被配置以于 處理期間支撐基板。
[0102] 圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例的熱處理腔室10c的示意截面?zhèn)纫晥D。除了熱處理腔室 10c還包括邊緣環(huán)20的傳感器、加熱與冷卻裝置之外，該熱處理腔室10c與熱處理腔室10b 相似。
[0103] 邊緣環(huán)20被設(shè)計以根據(jù)待處理的基板12的熱性質(zhì)而具有如熱質(zhì)量、發(fā)射率與吸 收率等熱性質(zhì)，以改善基板溫度輪廓。邊緣環(huán)20的熱性質(zhì)可通過選擇不同材料、不同厚度 與不同涂層而調(diào)整。
[0104] 在一個實施例中，主要被配置用以加熱邊緣環(huán)20的邊緣環(huán)加熱裝置61，被置于加 熱燈泡組件16的加熱組件陣列37外部。邊緣環(huán)加熱裝置61被連接至控制器52,其調(diào)整邊 緣環(huán)加熱裝置61的加熱功率62。邊緣環(huán)加熱裝置61可獨立于加熱組件陣列37而控制，因 此邊緣環(huán)20的溫度獨立于基板12的溫度而控制。
[0105] 熱處理系統(tǒng)10c還包括邊緣環(huán)熱探針63,其耦接至且置于靠近邊緣環(huán)20處反射 板22上的孔洞32中。邊緣環(huán)熱探針63是高溫計，其被配置以測量邊緣環(huán)20的溫度或其 它熱性質(zhì)。邊緣環(huán)熱探針63與控制器52連接，控制器52連接至邊緣環(huán)加熱裝置61。
[0106] 熱處理系統(tǒng)10c還包括輔助加熱源67，其被配置以調(diào)整邊緣環(huán)20的非徑向的溫度 變化。
[0107] 氣體噴嘴65可被布置靠近邊緣環(huán)20處以冷卻邊緣環(huán)20。在一個實施例中，氣體 噴嘴65共享相同的清除氣體來源66。氣體噴嘴65導(dǎo)向邊緣環(huán)20并放出冷卻氣體（例如 氦氣）以冷卻邊緣環(huán)20。氣體噴嘴65通過閥68而連接至氣體來源66,閥68由控制器52 控制。因此，控制器52包括邊緣環(huán)20的封閉回路的溫度控制中氣體噴嘴66的冷卻作用。
[0108] 自傳感器63的測量可以類似于使用探針24產(chǎn)生基板12的溫度圖的方式，而產(chǎn)生 邊緣環(huán)20的溫度圖?？墒褂美绶椒?00的方法來調(diào)整邊緣環(huán)加熱裝置61及/或輔助加 熱源67的相位及/或振幅，以減少邊緣環(huán)20中的不均勻性。此外，自氣體噴嘴65的流率 根據(jù)邊緣環(huán)20的旋轉(zhuǎn)角度而調(diào)整，以提供可調(diào)整的冷卻。
[0109] 雖然本文中說明了半導(dǎo)體基板的處理，本發(fā)明的實施例也可用于任何適當情形以 控制受熱處理的對象的溫度。本發(fā)明的實施例也可用于控制冷卻設(shè)備中的冷卻處理。
[〇11〇] 前述雖與本發(fā)明的實施例有關(guān)，也可在不背離其基本范圍的前提下獲得本發(fā)明的 其它實施例，所述基本范圍由所附權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于處理基板的設(shè)備，所述設(shè)備包括： 腔室主體，所述腔室主體限定處理容積； 基板支撐件，所述基板支撐件置于所述處理容積中，其中所述基板支撐件包括邊緣環(huán)， 以在邊緣區(qū)域處容納和支撐基板； 傳感器組件，所述傳感器組件放置為測量所述基板和所述邊緣環(huán)在一個或更多個位置 處的溫度； 第一加熱源，所述第一加熱源對所述處理容積提供能量，其中所述第一加熱源包括多 個加熱組件，這些加熱組件被分組成多個加熱區(qū)；和 第二加熱源，所述第二加熱源對所述處理容積中的所述邊緣環(huán)提供脈沖式能量。
2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第二加熱組件包括激光二極管或線發(fā)光體。
3. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第二加熱源的頻率、相位與振幅中的至少一者 為可調(diào)整。
4. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一加熱源和所述第二加熱源放置于所述基板 支撐件的相對側(cè)上。
5. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進一步包括置于所述處理容積與所述第二加熱源之間的 光纖、導(dǎo)光管、鏡體和內(nèi)反射棱鏡之一，以將能量從所述第二加熱源導(dǎo)向至所述處理容積。
6. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一加熱源的所述多個加熱區(qū)是同心區(qū)，并且 在每個同心加熱區(qū)中的加熱組件中的一部分是脈沖加熱組件。
7. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述脈沖加熱組件的頻率、相位與振幅中的至少一 者為可調(diào)整。
8. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，進一步包括系統(tǒng)控制器，所述系統(tǒng)控制器可操作為調(diào)整 來自所述第一加熱源的所述脈沖加熱組件和所述第二加熱源的脈沖式能量的頻率、相位與 振幅中的至少一者。
9. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進一步包括系統(tǒng)控制器，所述系統(tǒng)控制器可操作為調(diào)整 來自所述第二加熱源的脈沖式能量的頻率、相位與振幅中的至少一者。
10. -種用于處理基板的方法，所述方法包括以下步驟： 放置基板在邊緣環(huán)上，所述邊緣環(huán)被置于處理腔室的處理容積中； 旋轉(zhuǎn)所述基板和所述邊緣環(huán)； 通過將輻射能量從第一加熱源導(dǎo)向所述基板來加熱所述基板； 通過將脈沖式能量從第二加熱源導(dǎo)向所述邊緣環(huán)來加熱所述邊緣環(huán)； 測量所述邊緣環(huán)和所述基板的至少一者的溫度；和 根據(jù)測量的溫度來調(diào)整所述第二加熱源的頻率、相位與振幅中至少一者。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中測量所述溫度包括以高于所述基板旋轉(zhuǎn)的頻率數(shù) 倍的頻率對用于所述基板或所述邊緣環(huán)的傳感器取樣。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，進一步包括：從溫度測量決定在所述邊緣環(huán)或所述基 板內(nèi)的溫度變化，其中根據(jù)決定的溫度變化來調(diào)整所述脈沖加熱源的頻率、相位與振幅中 的至少一者。
13. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述第二加熱源具有與基板旋轉(zhuǎn)的頻率相同的頻 率，并且調(diào)整所述第二加熱源包括向所述邊緣環(huán)內(nèi)的具有最低溫度的點達到所述第二加熱 源的峰值功率水平。
14. 一種熱處理腔室，所述熱處理腔室包括： 腔室主體，所述腔室主體限定處理容積，其中所述腔室主體包括： 石英窗；和 反射板，其中所述石英窗與所述反射板被置于所述處理容積的相對側(cè)上； 基板支撐件，所述基板支撐件置于所述處理容積中，其中所述基板支撐件包括邊緣環(huán) 以在邊緣區(qū)域處容納和支撐基板； 加熱源，所述加熱源置于所述石英窗外部，以將能量經(jīng)由所述石英窗導(dǎo)向所述處理容 積，其中所述加熱源包括多個加熱組件，這些加熱組件被分組成多個同心加熱區(qū)； 傳感器組件，所述傳感器組件通過所述反射板設(shè)置，以測量所述處理容積中沿著不同 半徑位置的溫度； 輔助加熱組件，所述輔助加熱組件放置為將脈沖式能量導(dǎo)向所述邊緣環(huán)；和 系統(tǒng)控制器，所述系統(tǒng)控制器可操作為調(diào)整來自所述輔助加熱組件的脈沖式能量的頻 率、相位與振幅中至少一者。
15. 如權(quán)利要求14所述的熱處理腔室，其中所述輔助加熱組件包括激光二極管或線發(fā) 光體。
【文檔編號】H01L21/67GK104064499SQ201410183428
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2009年5月1日 優(yōu)先權(quán)日:2008年5月2日
【發(fā)明者】沃爾夫?qū)·阿得厚德, 亞倫·亨特, 約瑟夫·R·拉尼什 申請人:應(yīng)用材料公司