CN114371525A - 反射部件及工艺腔室 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种反射部件及工艺腔室，反射部件包括反射层结构，反射层结构包括至少一个反射层组，各反射层组均包括层叠设置的第一透光介质层和第二透光介质层，且第一透光介质层的折射率和第二透光介质层的折射率不同；第一透光介质层用于供光波入射并反射光波产生第一反射光，第二透光介质层用于反射光波产生第二反射光；第二透光介质层的厚度满足能够使第一反射光和第二反射光的光程差为光波的波长的整数倍。本发明提供的射部件及工艺腔室能够提高反射率，提高测温准确度，从而改善半导体工艺。
Description
技术领域
本发明涉及半导体设备技术领域，具体地，涉及一种反射部件及工艺腔室。
背景技术
快速热处理(Rapid Thermal Processing，简称RTP)是一种升温速度非常快的热处理方式，可以用于半导体制造中例如离子注入后的杂质快速激活及快速热氧化等。由于快速热处理对于温度十分敏感，因此，快速热处理设备对于温度的控制要求很高，通常要求控温的精度在±2℃以内，这就对测温的准确性提出了很高的挑战。现有的一种快速热处理设备包括热处理腔室、红外卤素灯、反射板和红外测温仪，在实际应用中，晶圆放置于热处理腔室内，红外卤素灯位于晶圆上方，对晶圆进行加热，反射板位于晶圆下方，用于将晶圆背面(即，晶圆朝向反射板的一面)发出的热辐射光波反射向晶圆的背面，红外测温仪用于通过对晶圆的背面进行测温，来对晶圆进行测温。
由于红外测温仪的测温原理是以被测物体为理想黑体(吸收率和发射率均为1，也称绝对黑体)为前提的，而实际物体没有理想黑体，但红外测温仪有其自有的测量波长(也称敏感波长)，其它波长的光波可以被过滤掉，因此，若能够使红外测温仪的测量波长范围内的物体的发射率为1，则也可以认为红外测温仪的测温准确。由于反射板使晶圆背面发出的热辐射光波在晶圆的背面和反射板之间多次反射，使得晶圆的发射率增加，因此，若反射板为理想反射板(反射率为1)，则反射板能够将晶圆背面发出的所有热辐射光波均反射向晶圆的背面，那么晶圆的背面和反射板之间的空间可以认为是理想黑体，则红外测温仪的测温可以认为准确。
但是，现有的反射板一般采用镀金或镀银的方法来提高反射板的反射率，反射板的反射率最高只能达到96％左右，导致测温仪测温的准确度较低，对半导体工艺造成影响。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种反射部件及工艺腔室，其能够提高反射率，提高测温准确度，从而改善半导体工艺。
为实现本发明的目的而提供一种反射部件，包括反射层结构，所述反射层结构包括至少一个反射层组，各所述反射层组均包括层叠设置的第一透光介质层和第二透光介质层，且所述第一透光介质层的折射率和所述第二透光介质层的折射率不同；
所述第一透光介质层用于供光波入射并反射所述光波产生第一反射光，所述第二透光介质层用于反射所述光波产生第二反射光；
所述第二透光介质层的厚度满足能够使所述第一反射光和所述第二反射光的光程差为所述光波的波长的整数倍。
可选的，所述第一透光介质层的折射率小于所述第二透光介质层的折射率。
可选的，所述反射层结构包括多个所述反射层组，多个所述反射层组依次层叠设置。
可选的，所述第二透光介质层的厚度为所述光波的波长的四分之一。
可选的，所述第一透光介质层包括硅的氧化物薄膜。
可选的，所述第二透光介质层包括钛的氧化物薄膜。
可选的，所述反射部件还包括基体层，所述反射层结构层叠设置在所述基体层上。
可选的，所述反射部件还包括过渡层，所述过渡层设置在所述基体层和所述反射层结构之间，并分别与所述基体层和所述反射层结构连接。
可选的，所述反射部件还包括保护层，所述保护层层叠设置在所述反射层结构的背离所述基体层的一侧。
本发明还提供一种工艺腔室，包括加热件、承载件、测温件和如本发明提供的所述反射部件，所述承载件用于承载待加工的晶圆，所述加热件位于所述承载件的上方并用于对所述晶圆加热；所述反射部件位于所述承载件的下方并用于在半导体工艺中将所述晶圆的背面产生的热辐射光波反射向所述晶圆的背面，所述测温件设置于所述工艺腔室的底部并用于测量所述晶圆背面的温度。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的反射部件，通过层叠设置第一透光介质层和第二透光介质层，并使第一透光介质层的折射率和第二透光介质层的折射率不同，可以在光波由第一透光介质层入射时，能够借助第一透光介质对光波进行反射产生第一反射光，并能够借助第二透光介质层对光波进行反射产生第二反射光，由于第二透光介质层的厚度满足能够使第一反射光和第二反射光的光程差为光波的波长的整数倍，因此，第一反射光的相位和第二反射光的相位相同，第一反射光和第二反射光相干相长、相互叠加，从而能够增加反射部件反射光波的能量，也就提高了反射部件反射光波的反射率，继而将本发明提供的反射部件应用于半导体设备时，能够提高红外测温仪对晶圆测温的准确度，进而能够提高半导体设备的测温准确度，改善半导体工艺。
本发明提供的工艺腔室，通过将本发明提供的反射部件设置位于承载件的下方，并借助本发明提供的反射部件在半导体工艺中将晶圆的背面产生的热辐射光波反射向晶圆的背面，从而能够提高反射率，提高测温件的测温准确度，进而能够改善半导体工艺。
附图说明
图1为本发明实施例提供的反射部件的反射层结构的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的反射部件的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的反射部件的反射率测试图；
图4为本发明实施例提供的反射部件能够应用的一种半导体快速热处理设备的结构示意图；
图5为图4中反射板反射晶圆背面射出的热辐射光波的示意图；
附图标记说明：
1-反射层结构；11-反射层组；111-第一透光介质层；112-第二透光介质层；2-基体层；3-过渡层；4-保护层；51-红外卤素灯组；52-连接件；53-转接法兰；54-透光板；55-基座环；56-支撑承载环；57-红外测温仪；58-磁悬浮转子；59-焊接件；61-反射板；7-晶圆。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的反射部件及工艺腔室进行详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供一种反射部件，包括反射层结构1，反射层结构1包括至少一个反射层组11，各反射层组11均包括层叠设置的第一透光介质层111和第二透光介质层112，且第一透光介质层111的折射率和第二透光介质层112的折射率不同；第一透光介质层111用于供光波入射，第一透光介质层111反射光波产生第一反射光(如图1中光L1所示)，第二透光介质层112反射光波产生第二反射光(如图1中光L3所示)；第二透光介质层112的厚度满足能够使第一反射光和第二反射光的光程差为光波的波长的整数倍。
本发明实施例提供的反射部件，通过层叠设置第一透光介质层111和第二透光介质层112，并使第一透光介质层111的折射率和第二透光介质层112的折射率不同，可以在光波由第一透光介质层111入射时，能够借助第一透光介质层111对光波进行反射产生第一反射光，并能够借助第二透光介质层112对光波进行反射产生第二反射光，由于第二透光介质层112的厚度满足能够使第一反射光和第二反射光的光程差为光波的波长的整数倍，因此，第一反射光的相位和第二反射光的相位相同，第一反射光和第二反射光相干相长、相互叠加，从而能够增加反射部件反射光波的能量，也就提高了反射部件反射光波的反射率，继而将本发明实施例提供的反射部件应用于半导体设备时，能够提高红外测温仪对晶圆测温的准确度，进而能够提高半导体设备的测温准确度，改善半导体工艺。
以半导体工艺中工艺腔室内的晶圆7的背面产生的热辐射光波为例，当光波由晶圆7的背面入射至第一透光介质层111内，并经第一透光介质层111入射至第一透光介质层111和第二透光介质层112的界面(如图1中界面a所示，以下称界面a为第一界面)时，光波的一部分会在第一界面处发生反射产生第一反射光，一部分会入射至第二透光介质层112内，并经第二透光介质层112入射至第二透光介质层112和与第二透光介质层112相邻的且远离第一透光介质层111的介质的界面(如图1中界面b所示，以下称界面b为第二界面)，入射至第二界面的光波的一部分也会发生反射产生第二反射光。第一反射光能够再经第一透光介质层111反射至晶圆7的背面，第二反射光能够再依次经第二透光介质层112和第一透光介质层111反射至晶圆7的背面，因此，第一反射光和第二反射光在反射至晶圆7的背面的过程中可能会相互干渉，通过使第二透光介质层112的厚度满足能够使第一反射光和第二反射光的光程差为光波的波长的整数倍，可以使得第一反射光的相位和第二反射光的相位相同，从而可以使得第一反射光和第二反射光相干相长、相互叠加，继而可以使得反射部件反射的光波的能量大于第一反射光的能量或第二反射光的能量，进而能够提高反射部件反射光波的反射率。
在半导体工艺中，当第一透光介质层111用于供光波入射时，第一透光介质层111相对于第二透光介质层112靠近晶圆7的背面。
在本发明一优选实施例中，第一透光介质层111的折射率可以小于第二透光介质层112的折射率。也就是说，第一透光介质层111相对于第二透光介质层112为光疏介质，第二透光介质层112相对于第一透光介质层111为光密介质。
如图1和图2所示，在本发明一优选实施例中，反射层结构1可以包括多个反射层组11，多个反射层组11依次层叠设置。
这样的设计是由于，当光波入射至第二界面时，光波的部分可能会穿过第二界面，入射至与第二透光介质层112相邻的且远离第一透光介质层111的介质内，也就是说第一界面和第二界面可能无法将光波的全部反射至晶圆7的背面，通过依次层叠设置多个反射层组11，则与一个反射层组11的第二透光介质层112相邻的且远离第一透光介质层111的介质为另一个反射层组11的第一透光介质层111，这样当光波的部分穿过一个反射层组11的第二界面后，能够入射至另一个反射层组11的第一透光介质层111(如图1中光L3所示)，这样借助另一个反射层组11的第一界面和第二界面能够对入射至另一个反射层组11内的光波进行反射，将入射至另一个反射层组11内的光波反射至晶圆7的背面，从而能够进一步提高反射率，进一步提高测温准确度，进而进一步改善半导体工艺。
当反射层组11的数量无限多时，反射部件的反射率能够被提高至100％，但是，在实际应用中，考虑到反射部件的厚度因素，可选的，反射层组11的数量可以大于或等于10个，当反射层组11的数量大于或等于10个时，反射部件的反射率能够被提高至98％以上。如图3所示，为反射层组11的数量大于或等于10个时，反射部件反射不同波长的光波的反射率的测试图，其横坐标为光波的波长(单位为nm)，纵坐标为反射率，由图3可见，对于半导体快速热处理设备所使用的红外测温仪57自有的测量波长(也称敏感波长)800nm-1000nm来说，反射部件的反射率能够达到98％，这相对于现有的镀金或镀银的反射板61最高能达到的96％的反射率来说得到了提高，从而将本发明实施例提供的反射部件应用于例如半导体快速热处理设备时，能够提高例如半导体快速热处理设备所使用的红外测温仪57的测温准确度。
可选的，反射层组11的数量可以大于或等于10个，且小于或等于20个。
在本发明一优选实施例中，第二透光介质层112的厚度可以为光波的波长的四分之一。
这样的设计是由于在第一界面处发生发射的光波的一部分(即，第一反射光)的光程为δ1(第一透光介质层111的厚度)+δ1，在第二界面处发生发射的光波的一部分(即，第二反射光)的光程为δ1+δ2(第二透光介质层112的厚度)+δ1+δ2，并且，光波由第一透光介质层111入射至第二透光介质层112会有半波损失，因此，第一反射光和第二反射光的光程差为(δ1+δ2+δ1+δ2)-(δ1+δ1)+λ(光波的波长)/2＝2δ2+λ/2，为了使第一反射光和第二反射光的光程差为光波的波长的整数倍，δ2(即，第二透光介质层112的厚度)可以为λ/4(即，光波的波长的四分之一)，此时，第一反射光和第二反射光的光程差为1λ，并且，第二透光介质层112的厚度可以为光波的波长的四分之一，可以使第一反射光和第二反射光的光程差为光波的波长的最小整数倍，从而可以减少第二透光介质层112的厚度，继而能够在满足反射部件的厚度的条件下，尽可能多的设置反射层组11，进而进一步提高反射率。
在本发明一优选实施例中，第一透光介质层111可以包括硅的氧化物薄膜。
通过将硅的氧化物薄膜作为第一透光介质层111，可以避免因镀金或镀银在高温下析出而污染工艺腔室，从而能够从另一方面改善半导体工艺。
可选的，硅的氧化物可以包括二氧化硅(SiO2)。
在本发明一优选实施例中，第二透光介质层112可以包括钛的氧化物薄膜。
通过将钛的氧化物薄膜作为第而透光介质层，可以避免因镀金或镀银在高温下析出而污染工艺腔室，从而能够从另一方面改善半导体工艺。
可选的，钛的氧化物可以包括二氧化钛(TiO2)。
硅的氧化物薄膜的折射率小于钛的氧化物薄膜的折射率。
如图2所示，在本发明一优选实施例中，反射部件可以还包括基体层2，反射层结构1层叠设置在基体层2上。
基体层2可以对反射层结构1进行支撑，提高使用稳定性。
可选的，基体层2可以呈板装，这样通过在基体层2上层叠设置反射层结构1，可以使反射部件呈板状为反射板61。
可选的，基体层2的材质可以包括铝合金。
如图2所示，在本发明一优选实施例中，反射部件可以还包括过渡层3，过渡层3设置在基体层2和反射层结构1之间，并分别与基体层2和反射层结构1连接。
借助过渡层3分别与基体层2和反射层结构1连接，可以提高反射层结构1与基体层2粘附力，提高使用稳定性。
可选的，过渡层3可以通过涂覆的方式设置在基体层2上，并与基体层2连接。
可选的，反射层结构1可以通过镀膜的方式设置在过渡层3上，并与过渡层3连接。
如图2所示，在本发明一优选实施例中，反射部件可以还包括保护层4，保护层4层叠设置在反射层结构1的背离基体层2的一侧。
借助保护层4可以对反射层结构1进行保护，避免反射层结构1受到损伤，提高使用稳定性。
可选的，保护层4的材质可以包括二氧化硅(SiO2)。
本发明实施例还提供一种工艺腔室，包括加热件、承载件、测温件和如本发明实施例提供的反射部件，承载件用于承载待加工的晶圆7，加热件位于承载件的上方并用于对晶圆7加热，反射部件位于承载件的下方并用于在半导体工艺中将晶圆7的背面产生的热辐射光波反射向晶圆7的背面，测温件设置于工艺腔室的底部并用于测量晶圆7背面的温度。
本发明实施例提供的工艺腔室，通过将本发明实施例提供的反射部件设置位于承载件的下方，并借助本发明实施例提供的反射部件在半导体工艺中将晶圆7的背面产生的热辐射光波反射向晶圆7的背面，从而能够提高反射率，提高测温件的测温准确度，进而能够改善半导体工艺。
如图4所示，对本发明实施例提供的反射部件能够应用的一种半导体快速热处理工艺腔室进行介绍，该种半导体快速热处理工艺腔室可以包括红外卤素灯组51、连接件52、转接法兰53、透光板54、基座环55、支撑承载环56、红外测温仪57、磁悬浮转子58、焊接件59和反射板61，其中，焊接件59与基座环55密封的焊接在基座环55的底部，焊接件59中可以设置有冷却水道；透光板54与基座环55密封的设置在基座环55上，可选的，透光板54与基座环55之间设置有密封圈，通过透光板54与基座环55压缩密封圈，以使透光板54与基座环55密封，透光板54的材质可以包括透光石英；焊接件59、基座环55和透光板54可以形成密封的工艺腔室，以为半导体工艺提供工艺环境；转接法兰53设置在透光板54上，并与基座环55连接；连接件52设置在转接法兰53上，并与转接法兰53连接，连接件52中可以设置有冷却水道；红外卤素灯组51可以作为加热件设置在透光板54上，并与连接件52连接，红外卤素灯组51可以包括多个红外卤素灯，多个红外卤素灯可以排布呈蜂巢状；支撑承载环56可以作为承载件设置在工艺腔室内，用于承载晶圆7；磁悬浮转子58对支撑承载环56进行支撑，并带动支撑承载环56旋转，反射板61采用本发明实施例提供的反射部件，设置在工艺腔室内，并位于焊接件59上，且位于承载于支撑承载环56上的晶圆7的下方，红外测温仪57可以作为测温件贯穿焊接件59和反射板61，与承载于支撑承载环56上的晶圆7的背面相对应。
在半导体快速热处理工艺中，红外卤素灯组51提供的加热光源穿过透光板54，对承载于支撑承载环56上的晶圆7进行快速加热，晶圆7升温产生的热辐射光波由晶圆7的背面射向反射板61，反射板61对自晶圆7的背面射出的热辐射光波进行反射，将热辐射光波反射回晶圆7的背面，红外测温仪57通过对承载于支撑承载环56上的晶圆7的背面进行测温，来对晶圆7进行测温。如图5所示，反射板61使晶圆7背面射出的热辐射光波在晶圆7的背面和反射板61之间多次反射，使晶圆7多次吸收反射光，从而使晶圆7本身的发射率由ε提高至ε’，当反射板61反射的红外测温仪57自有的测量波长(例如800nm-1000nm)的反射率为100％＝1时，则晶圆7背面射出的热辐射光波都被反射板61反射至晶圆7的背面，并被晶圆7再次吸收，那么此时晶圆7背面、反射板61和支撑承载件之间的空间就可以看作为理想黑体，此时晶圆7背面的发射率可以认为是1，那么此时红外测温仪57测得的温度就是准确的，也就是说，反射板61的反射率越高，晶圆7背面的发射率越接近于1，红外测温仪57的测温准确度越高。通过采用本发明实施例提供的反射部件作为反射板61，可以将反射板61反射红外测温仪57自有的测量波长的反射率提高至98％，从而提高红外测温仪57的测温准确度，进而改善半导体工艺。
综上所述，本发明实施例提供的反射部件及工艺腔室能够提高反射率，提高测温准确度，从而改善半导体工艺。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种反射部件，其特征在于，包括反射层结构，所述反射层结构包括至少一个反射层组，各所述反射层组均包括层叠设置的第一透光介质层和第二透光介质层，且所述第一透光介质层的折射率和所述第二透光介质层的折射率不同；
所述第一透光介质层用于供光波入射并反射所述光波产生第一反射光，所述第二透光介质层用于反射所述光波产生第二反射光；
所述第二透光介质层的厚度满足能够使所述第一反射光和所述第二反射光的光程差为所述光波的波长的整数倍。
2.根据权利要求1所述的反射部件，其特征在于，所述第一透光介质层的折射率小于所述第二透光介质层的折射率。
3.根据权利要求1所述的反射部件，其特征在于，所述反射层结构包括多个所述反射层组，多个所述反射层组依次层叠设置。
4.根据权利要求1所述的反射部件，其特征在于，所述第二透光介质层的厚度为所述光波的波长的四分之一。
5.根据权利要求1所述的反射部件，其特征在于，所述第一透光介质层包括硅的氧化物薄膜。
6.根据权利要求1所述的反射部件，其特征在于，所述第二透光介质层包括钛的氧化物薄膜。
7.根据权利要求1所述的反射部件，其特征在于，所述反射部件还包括基体层，所述反射层结构层叠设置在所述基体层上。
8.根据权利要求7所述的反射部件，其特征在于，所述反射部件还包括过渡层，所述过渡层设置在所述基体层和所述反射层结构之间，并分别与所述基体层和所述反射层结构连接。
9.根据权利要求7所述的反射部件，其特征在于，所述反射部件还包括保护层，所述保护层层叠设置在所述反射层结构的背离所述基体层的一侧。
10.一种工艺腔室，其特征在于，包括加热件、承载件、测温件和如权利要求1-9任意一项所述的反射部件，所述承载件用于承载待加工的晶圆，所述加热件位于所述承载件的上方并用于对所述晶圆加热；所述反射部件位于所述承载件的下方并用于在半导体工艺中将所述晶圆的背面产生的热辐射光波反射向所述晶圆的背面，所述测温件设置于所述工艺腔室的底部并用于测量所述晶圆背面的温度。
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| CN115166881A (zh) * | 2022-07-29 | 2022-10-11 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 半导体热处理设备的反射板和半导体热处理设备 |
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