專利名稱：用于旋轉(zhuǎn)基板的非徑向溫度控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)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(shí)施例與快速熱處理腔室中的基板處理有關(guān)。
背景技術(shù)：
快速熱處(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(gè)或更多個(gè)熱源加熱時(shí)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(dá) 約1350°C)，根據(jù)處理所需而使此最大溫度保持一段特定時(shí)間(從一秒以下至數(shù)分鐘)； 接著將基板冷卻至室溫以進(jìn)行其它處理。一般會(huì)使用高強(qiáng)度鎢鹵素?zé)糇鳛闊彷椛湓?，?可由傳導(dǎo)耦接至基板的加熱臺(tái)來提供額外熱能給基板。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(jìn)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(dāng)基板需要在非常短時(shí)間中暴露于高溫時(shí)，在尖峰退火期間，基板會(huì)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(shí)質(zhì)擴(kuò)散之前結(jié)束活化程序。RTP通常需要整個(gè)基板上實(shí)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(cè)量與補(bǔ)償方法來改善整個(gè)基板上 的溫度梯度。由于半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，對(duì)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(shí)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(dá)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(huì)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(huì)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。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(huì)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(dú)測(cè)量與調(diào)整基板的溫度而在靠近邊緣處達(dá)到均勻的溫度輪廓；根據(jù)邊緣環(huán)的熱性質(zhì)相 對(duì)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。圖IA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(cè)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(cè)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(cè)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。圖IA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(gè)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(duì)齊，然而，基 板102可能會(huì)基于各種理由而未與支撐環(huán)101對(duì)齊。當(dāng)熱處理的需求增加時(shí)，基板102 與支撐環(huán)101之間微小的不對(duì)齊都會(huì)產(chǎn)生如圖IB所示的不均勻性。在尖峰處理中，Imm 的移位會(huì)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。圖IB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(duì)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。圖IC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IC所示的溫度梯度會(huì)因各種理由而產(chǎn)生，例如離子植入、腔室不對(duì) 稱性、固有基板特性以及制程組的變化性。圖ID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(gè)直徑上的溫度輪廓。溫度會(huì)產(chǎn) 生變化是因?yàn)楸砻娼Y(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。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
本發(fā)明的實(shí)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(shí)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。本發(fā)明的實(shí)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(cè)量該基板在多個(gè)位置處的溫度；以及一個(gè)或更多個(gè)脈沖 加熱組件，其被配置以對(duì)該處理容積提供脈沖式能量。本發(fā)明的另一實(shí)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。本發(fā)明的又一實(shí)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(gè) 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(duì)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；加熱源，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(gè)加熱組件，且這些加熱組件中的至少一部分是被配置以對(duì)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(cè)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。


參照描述了本發(fā)明一部分實(shí)施例的附圖，即可進(jìn)一步詳細(xì)了解本發(fā)明的上述特 征與詳細(xì)內(nèi)容。然而，應(yīng)注意附圖僅說明了本發(fā)明的一般實(shí)施例，本發(fā)明還涵蓋其它等 效實(shí)施例，因而附圖不應(yīng)視為構(gòu)成對(duì)其范圍的限制。圖IA是于熱處理期間置于支撐環(huán)上的基板的示意俯視圖。圖IB是熱處理期間的基板示意溫度圖，該溫度圖顯示因未對(duì)齊而產(chǎn)生的非徑向 的不均勻性。圖IC是熱處理期間的基板示意溫度圖，該溫度圖顯示整個(gè)基板的溫度梯度。圖ID是經(jīng)圖案化的基板的示意截面?zhèn)纫晥D以及整個(gè)直徑上的溫度輪廓，其顯示 了因圖案所產(chǎn)生的變化。圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的熱處理腔室的示意截面?zhèn)纫晥D。圖3為基板的示意俯視圖，其根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例而描述了一種取得溫度 圖的方法。圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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。圖5為示意流程圖，其說明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基板處理方法。圖6A是示意圖表，其說明在一個(gè)相位的脈沖式激光加熱源的作用。圖6B是示意圖表，其說明在一個(gè)相位的脈沖式激光加熱源的作用。圖6C是示意圖表，其說明在一個(gè)相位的脈沖式激光加熱源的作用。圖6D是示意圖表，其說明在一個(gè)相位的脈沖式激光加熱源的作用。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。圖7A為具有三個(gè)脈沖區(qū)的燈泡組件的示意俯視圖。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。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。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。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。圖8為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱處理腔室的示意截面?zhèn)纫晥D。圖9為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱處理腔室的示意截面?zhèn)纫晥D。圖IOA為具有方格板圖案的測(cè)試基板的示意俯視圖。圖IOB為示意圖表，其說明了對(duì)圖IOA的基板所執(zhí)行的熱處理。圖IOC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(cè)試基 板整個(gè)直徑上的溫度輪廓。圖IOD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(cè)試基 板整個(gè)直徑上的溫度輪廓。為幫助了解，附圖中盡可能使用一致的組件符號(hào)來代表相同的組件。但是一個(gè) 實(shí)施例中的組件也可用于其它實(shí)施例，不需特別加以說明。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)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(shí)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。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種具有一個(gè)或更多個(gè)脈沖加熱組件的熱處理腔 室。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種通過調(diào)整該一個(gè)或更多個(gè)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施例中，功率源的 頻率與基板的旋轉(zhuǎn)頻率相同。在一個(gè)實(shí)施例中，功率源的相位是由得自多個(gè)傳感器之溫 度圖所決定。在一個(gè)實(shí)施例中，熱處理腔室包括多個(gè)加熱組件，其分組成一個(gè)或更多個(gè)方位 角控制區(qū)。在實(shí)施例中，各方位角控制區(qū)包括一個(gè)或更多個(gè)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。在另一實(shí)施例中，除主加熱源外，熱處理腔室還包括一個(gè)或更多個(gè)輔助加熱組 件。在一個(gè)實(shí)施例中，該一個(gè)或更多個(gè)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。本發(fā)明的另一實(shí)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。圖2示意性說明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的快速熱處理系統(tǒng)10的截面圖?？?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(duì)其 中的碟形基板12進(jìn)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(gè)實(shí)施例中，石英窗18為水冷式。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(jìn)入處理容積 14。進(jìn)氣口 44連接至氣體來源45以對(duì)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。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。基板12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(dòng)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。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(shí)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(gè)實(shí)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(dāng)快速熱處理系統(tǒng)10被配置以處理12英寸的基板 時(shí)，反射板22的直徑為約13英寸。清除氣體通過與清除氣體來源46連接的清除進(jìn)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。
在一個(gè)實(shí)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。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 燈、激光二極管、電阻式加熱器、微波驅(qū)動(dòng)加熱器、發(fā)光二極管(LEDs)、或任何其它適 當(dāng)?shù)膯为?dú)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(gè)實(shí)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(huì)從入口 41進(jìn)入反射主體43，毗鄰?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。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(gè)實(shí)施例中，加熱組件陣列37被分為多個(gè)群組以通過多個(gè)同心圓區(qū)來加熱基板12。 每個(gè)加熱群組都可獨(dú)立控制以于基板12的整個(gè)半徑上提供所需溫度輪廓。在一個(gè)實(shí)施例中，加熱燈泡組件16包括一個(gè)或更多個(gè)區(qū)域群組57與一個(gè)或更多 個(gè)脈沖群組53。各區(qū)域群組57被連接至功率源55，且可獨(dú)立加以控制。在一個(gè)實(shí)施 例中，提供至各區(qū)域群組57的功率源的振幅可被獨(dú)立控制以調(diào)整導(dǎo)至對(duì)應(yīng)區(qū)域的輻射能 量。各脈沖群組53分別包括一個(gè)或更多個(gè)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。圖4是示意圖，其說明將圖2的加熱燈泡組件16分組的實(shí)施例。加熱燈泡組件 16的加熱組件分組成彼此同心的多個(gè)區(qū)域群組57。各區(qū)域群組57包括多個(gè)加熱組件。 在加熱燈泡組件16中也形成有一個(gè)或更多個(gè)脈沖群組53。各脈沖群組53包括一個(gè)或更多個(gè)加熱組件。在實(shí)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(shí)施例中，各脈沖群組53具有相同半徑涵蓋范圍的對(duì)應(yīng) 區(qū)域群組57。在一個(gè)實(shí)施例中，脈沖群組53中的加熱組件可在不同于對(duì)應(yīng)區(qū)域群組57中加熱 組件的相位而驅(qū)動(dòng)，因而能夠在處理基板旋轉(zhuǎn)時(shí)，調(diào)整導(dǎo)向半徑涵蓋范圍不同位置處的
輻射能量。在另一實(shí)施例中，區(qū)域群組57中的加熱組件對(duì)旋轉(zhuǎn)基板的整個(gè)半徑區(qū)域提供了 固定的能量等級(jí)，而脈沖區(qū)域53中的加熱組件的能量等級(jí)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(jí)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。脈沖群組53可沿著相同的半徑而形成，并對(duì)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。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。快速熱處理系統(tǒng)10還包括多個(gè)熱探針24，其被配置以測(cè)量基板12不同半徑位 置處的熱性質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)熱探針24為多個(gè)高溫計(jì)，其光學(xué)地耦接于并 置于形成于反射板22中的多個(gè)孔洞25內(nèi)，以偵測(cè)基板12不同半徑部分的溫度或其它熱 性質(zhì)。所述多個(gè)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)°
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在以特定頻率取樣時(shí)，所述多個(gè)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(shí)間對(duì)基板12的不同位置進(jìn)行測(cè)量。在一個(gè) 實(shí)施例中，此特定頻率高于基板旋轉(zhuǎn)的頻率數(shù)倍，因此當(dāng)基板12轉(zhuǎn)完整圈時(shí)，各探針24 可對(duì)圈上均勻分布的位置進(jìn)行測(cè)量。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(dāng)基板以4Hz旋轉(zhuǎn)并以IOOHz進(jìn)行數(shù)據(jù)取樣時(shí)， 基板上獲得溫度數(shù)據(jù)處的位置。可以獲得整個(gè)基板12上的溫度圖。再次參照?qǐng)D2，熱處理系統(tǒng)10包括一個(gè)或更多個(gè)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(duì)應(yīng)圓形區(qū)域，對(duì)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。在一個(gè)實(shí)施例中，輔助加熱源51被置于加熱燈泡組件16的相對(duì)側(cè)上。各輔助 加熱源51與脈沖群組53可獨(dú)立或結(jié)合使用。在一個(gè)實(shí)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(shí)施例中，孔洞25是從輔助加熱源被遮蔽，因此探針24不會(huì)受來自輔助加 熱源51的輻射的影響。在一個(gè)實(shí)施例中，輔助加熱源51為激光(例如二極管激光、紅 寶石激光、CO2激光或其它)二極管、或線發(fā)光體(lineemitter)。在一個(gè)實(shí)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。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施 例中，方法200使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱處理系統(tǒng)來被執(zhí)行。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(gè)實(shí)施例中，可通過在邊緣環(huán)上的機(jī)械裝置來放置基板。在方塊220中，基板在熱處理腔室內(nèi)被旋轉(zhuǎn)。在方塊230中，基板由加熱源進(jìn)行加熱，該加熱源具有一個(gè)或更多個(gè)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。在方塊240中，基板的溫度可利用多個(gè)傳感器加以測(cè)量，例如熱處理系統(tǒng)10的 探針24。當(dāng)基板旋轉(zhuǎn)時(shí)，可通過使用特定取樣速率來測(cè)量多個(gè)位置。在方塊250中，可從方塊240的測(cè)量產(chǎn)生基板溫度圖。在一個(gè)實(shí)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。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。在步驟270中，可調(diào)整一個(gè)或更多個(gè)脈沖組件的相位及/或振幅以減少溫度變 化。詳細(xì)的調(diào)整根據(jù)下述圖6A-6E與圖7A-7E來說明。方塊230、240、250、260與270可重復(fù)執(zhí)行，直到完成處理為止。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(duì)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。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(dāng)基板 旋轉(zhuǎn)時(shí)，最高的功率等級(jí)會(huì)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(jí)會(huì)重復(fù)導(dǎo)向位置305a，該位置305a與加熱源303呈270度。因此，供應(yīng)至加熱源303的功率被調(diào)整使得當(dāng)?shù)蜏匚恢猛ㄟ^加熱源303時(shí)達(dá)到其 峰值，以對(duì)該低溫位置提供額外加熱。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(dāng) 的脈沖。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?jǐn)?shù)比，例如一半、三分之一、或四分之一，以實(shí)現(xiàn)所需用途。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(dòng)于功率302b時(shí)將輻射能量導(dǎo)向基板304b。最高功率等級(jí)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(jí)被 重復(fù)導(dǎo)向位置305b，該位置305b與加熱源303呈0度。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(dòng)于功率302c時(shí)將輻射能量導(dǎo)向基板304c。最高功率等級(jí)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(jí)被重 復(fù)導(dǎo)向位置305c，該位置305c與加熱源303呈90度。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(dòng)于功率302d時(shí)將輻射能量導(dǎo)向基板304d。最高功率等級(jí)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(jí)被重復(fù) 導(dǎo)向位置305d，該位置305d與加熱源303呈180度。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(shí)，沿著處理基板邊緣處會(huì)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(shí)質(zhì)降低。圖7A是加熱燈泡組件16a的示意俯視圖，其具有三個(gè)脈沖區(qū)51a、51b、51c。 脈沖區(qū)51a包括多個(gè)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(duì)應(yīng)功率源的相位與振幅，獨(dú)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(gè)加熱組件37a，其置于與靠近基板邊 緣的區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域上。脈沖區(qū)51c包括多個(gè)加熱組件，其置于與靠近基板中間的區(qū)域 對(duì)應(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。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。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。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。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(duì)應(yīng)于基板中央至邊緣的七個(gè)高溫計(jì)，以IOOHz的 取樣頻率測(cè)量溫度。此熱處理像是尖峰退火，其具有高升溫與降溫率。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(cè)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。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)。圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的熱處理系統(tǒng)IOb的示意截面?zhèn)纫晥D。熱處理 系統(tǒng)IOb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。熱處理系統(tǒng)IOb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)IOb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(diǎn)ο圖IOA是具有方格板圖案的測(cè)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。圖IOB是顯示對(duì)圖IOA的測(cè)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(dòng)的，因此氧 化硅系形成于基板的背側(cè)。基板背側(cè)產(chǎn)生的氧化硅的厚度反應(yīng)了基板的溫度。圖IOC為曲線406的示意圖，其說明了當(dāng)測(cè)試基板從經(jīng)圖案化一側(cè)加熱時(shí)，測(cè)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。圖IOD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)IOb的熱處理系統(tǒng))的熱處理期間，測(cè)試基板整個(gè)直徑上的氧化
硅厚度。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。圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱處理腔室10。的示意截面?zhèn)纫晥D。除了熱處理腔 室IOe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IOe與熱處理腔室 IOb相似。邊緣環(huán)20被設(shè)計(jì)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。在一個(gè)實(shí)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(dú)立于加熱組件陣列37而控 制，因此邊緣環(huán)20的溫度獨(dú)立于基板12的溫度而控制。熱處理系統(tǒng)IOc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(jì)，其被配置以測(cè)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。熱處理系統(tǒng)IOc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。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(gè)實(shí)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。自傳感器63的測(cè)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。雖然本文中說明了半導(dǎo)體基板的處理，本發(fā)明的實(shí)施例也可用于任何適當(dāng)情形 以控制受熱處理的對(duì)象的溫度。本發(fā)明的實(shí)施例也可用于控制冷卻設(shè)備中的冷卻處理。前述雖與本發(fā)明的實(shí)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(shí)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，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(cè)量該基板在多個(gè)位置的溫度；以及 一個(gè)或更多個(gè)脈沖加熱組件，其被配置以對(duì)該處理容積提供脈沖式能量。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括主加熱源，其被配置以對(duì)該處理容積提供能量。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，還包括系統(tǒng)控制器，其被配置以調(diào)整該一個(gè)或更多個(gè)脈 沖加熱組件的頻率、相位與振幅中至少一者，并調(diào)整對(duì)該主加熱源的功率級(jí)，其中，該 控制器被配置以使用該傳感器組件而產(chǎn)生在該基板支撐件上旋轉(zhuǎn)的基板的溫度圖，并根 據(jù)該溫度圖調(diào)整該一個(gè)或更多個(gè)脈沖加熱組件以及該主加熱源。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中該主加熱源包括多個(gè)加熱組件，這些加熱組件被分 組成多個(gè)同心加熱區(qū)，各個(gè)同心加熱區(qū)系經(jīng)獨(dú)立控制，且該一個(gè)或更多個(gè)脈沖加熱組件 被置于一個(gè)或更多個(gè)同心加熱區(qū)內(nèi)。
5.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中該一個(gè)或更多個(gè)脈沖加熱組件被分組成一個(gè)或更多 個(gè)方位角控制區(qū)。
6.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，還包括輔助加熱源，其被配置以對(duì)該處理容積提供脈沖 式能量，其中該脈沖式能量的頻率、相位、或振幅為可調(diào)整。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中該基板支撐件包括邊緣環(huán)，其被配置以于靠近邊緣 區(qū)域處支撐基板，且該輔助加熱源被配置將能量導(dǎo)向該邊緣環(huán)。
8.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中該主加熱源與該一個(gè)或更多個(gè)脈沖加熱組件被置于 該容積的第一側(cè)上，且該輔助加熱源被置于該處理容積的相對(duì)側(cè)上，該主加熱源與該一 個(gè)或更多個(gè)脈沖加熱組件被配置以將能量導(dǎo)向被處理的基板的背側(cè)，且該輔助加熱源被 配置以將能量導(dǎo)向該基板的前側(cè)。
9.一種用于處理基板的方法，其包括以下步驟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)速來決定。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中加熱該基板包括 從主加熱源將非脈沖式能量導(dǎo)向該處理容積；以及 從一個(gè)或更多個(gè)脈沖加熱組件將脈沖式能量導(dǎo)向該處理容積。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該主加熱源包括多個(gè)同心區(qū)，其各自可獨(dú)立加以 控制，并且該一個(gè)或更多個(gè)脈沖加熱組件被分組成一個(gè)或更多個(gè)方位角控制區(qū)。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括 測(cè)量該基板在多個(gè)位置的溫度；以及根據(jù)溫度測(cè)量來調(diào)整該一個(gè)或更多個(gè)脈沖加熱組件的頻率、相位與振幅中至少一者。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括在加熱該基板的同時(shí)從輔助加熱源加熱支撐該 基板的邊緣區(qū)域的邊緣環(huán)，其中該輔助加熱源被配置以對(duì)該處理容積提供脈沖式能量；當(dāng)該邊緣環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，測(cè)量該邊緣環(huán)上不同位置的溫度；以及根據(jù)測(cè)量的邊緣環(huán)溫度，調(diào)整該輔助加熱源的頻率、相位與振幅中至少一者。
14.一種熱處理腔室，其包括腔室主體，其具有由數(shù)個(gè)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(duì)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；加熱源，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(gè)加熱組件，且這些加熱組件中的至少一部分是被配置以對(duì)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，并被配置以測(cè)量該處理容積中沿著不同半徑位 置的溫度；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，其中該加熱源的所述多個(gè)加熱組件被分組成多個(gè)同心區(qū)，且這些脈沖加熱組件被分 組成一個(gè)或更多個(gè)方位角控制區(qū)。
15.如權(quán)利要求14所述的熱處理腔室，還包括輔助加熱組件，其被配置以將脈沖式能 量導(dǎo)向支持該基板的邊緣環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)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(gè)實(shí)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(cè)量該基板在多個(gè)位置處的溫度；以及一個(gè)或更多個(gè)脈沖加熱組件，其被配置以對(duì)該處理容積提供脈沖式能量。
文檔編號(hào)H01L21/683GK102017101SQ200980115810
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2009年5月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月2日
發(fā)明者亞倫·亨特, 沃爾夫?qū)·阿得厚德, 約瑟夫·R·拉尼什 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司