CN116710595A - 具有气体喷头组件的工件处理装置 - Google Patents

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斯克·哈姆
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迪特·赫茲勒
罗尔夫·布雷门斯多夫
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Abstract

提出了用于工件的热处理的处理装置。处理装置包括：处理腔室；工件支撑件，被设置在处理腔室内；气体输送系统；以及辐射热源，用于加热工件。气体输送系统包括气体喷头组件，气体喷头组件对从一个或多个辐射热源发射的电磁辐射是透过的。气体喷头组件包括一个或多个气体扩散机构，以在外壳内分配气体。

Description

具有气体喷头组件的工件处理装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年12月22日提交的名称为“Workpiece Processing Apparatuswith Gas Showerhead Assembly”的美国临时申请63/129,079号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及半导体处理设备，诸如能够操作以执行工件的热处理的设备。
背景技术
热处理通常在半导体工业中用于各种应用，包括但不限于注入后掺杂剂活化、导电和介电材料退火，以及包括氧化和氮化的材料表面处理。通常，如本文所用的热处理腔室是指加热工件、诸如半导体工件的设备。这种设备可以包括支撑板和能量源，支撑板用于支撑一个或多个工件，能量源用于加热工件，诸如加热灯、激光器或其它热源。在热处理期间，可以根据处理机制在受控条件下加热工件。许多热处理工艺需要在一定温度范围内加热工件，使得在工件被制造成(多种)设备时可以发生各种化学和物理转变。例如，在快速热处理期间，工件可以被灯阵列加热到约300℃至约1200℃的温度，持续时间通常不到几分钟。期望改进热处理设备，以通过各种期望的加热方案有效地测量和控制工件温度。
发明内容
本公开的实施例的方面和优点将在以下描述中进行部分阐述，或者可以从描述中得知，或者可以通过实施例的实践而得知。
本公开的示例方面涉及用于处理工件的处理装置，工件具有顶侧和与该顶侧相对的背侧，该处理装置包括：处理腔室，具有第一侧和与该处理腔室的第一侧相对的第二侧；工件支撑件，被设置在处理腔室内，工件支撑件被配置为支撑工件，其中，工件的背侧面向工件支撑件；气体输送系统，被配置为使一种或多种工艺气体从处理腔室的第一侧通过气体喷头组件流入处理腔室中，气体喷头组件包括外壳，外壳具有顶盖和多个气体注入孔；以及一个或多个辐射热源，被配置为加热工件；其中，气体喷头组件对从一个或多个辐射热源发射的电磁辐射是透过的；其中，气体喷头组件包括一个或多个气体扩散机构，以在外壳内分配气体。
参考以下描述和所附权利要求，将变得更好地理解各种实施例的这些和其它特征、方面和优点。并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并与描述一起用于解释相关原理。
附图说明
在参考附图的说明书中针对本领域普通技术人员阐述了实施例的详细讨论，其中：
图1描绘了根据本公开的示例方面的示例处理系统；
图2描绘了根据本公开的示例方面的示例处理系统；
图3描绘了根据本公开的示例方面的示例处理系统；
图4描绘了根据本公开的示例方面的示例处理系统；
图5描绘了根据本公开的示例实施例的示例温度测量系统；
图6描绘了根据本公开的示例方面的示例泵送板；
图7描绘了根据本公开的示例方面的示例气体喷头组件的一部分；
图8描绘了根据本公开的示例方面的示例气体喷头组件的一部分；
图9描绘了根据本公开的示例方面的示例气体喷头组件的一部分；
图10描绘了根据本公开的示例方面的示例气体喷头组件的一部分；
图11描绘了根据本公开的示例方面的示例气体分配板的一部分；
图12描绘了根据本公开的示例方面的示例气体分配板的一部分；以及
图13描绘了根据本公开的示例方面的方法的示例流程图。
具体实施方式
现在将详细地参考实施例，该实施例的一个或多个示例如附图所示。每个示例是为了解释实施例而提供的，而非对本公开的限制。事实上，对于本领域普通技术人员而言显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以对实施例进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用，以产生又一实施例。因此，本公开的方面旨在涵盖这样的修改和变化。
在半导体器件的制造期间，某些工艺需要暂时加热半导体晶片的表面，以便例如促进退火工艺或其它可能期望的反应。传统上，在这里被称为快速热处理(RTP)的这种加热工艺通过用某种形式的外部能量源、诸如热壁炉或一排卤钨灯加热晶片来执行。
最近，人们对用于形成超浅结的工艺、诸如离子注入损伤的退火的极短加热循环重新产生了兴趣。例如，高温工艺可以涉及将晶片快速加热到峰值温度，然后立即允许晶片冷却。这种工艺通常被称为尖峰退火。在尖峰退火工艺中，期望将晶片加热到高峰值温度，以便实现良好的损伤退火和掺杂剂活化，但在高温下花费的时间应尽可能短，以避免过量的掺杂剂扩散。
在过去几年的技术趋势已经增加了尖峰退火的峰值温度，同时减少了在峰值温度下花费的持续时间。这种修改通常通过增加升温斜率和冷却速率以及通过最小化辐射热源的关闭时间来实现。这些途径有助于最小化尖峰退火的峰值宽度，即，晶片超过给定阈值温度所花费的时间，在该给定阈值温度下可以快速发生显著的扩散。峰值宽度经常通过考虑超过阈值温度所花费的时间来表征，阈值温度通常被限定为低于尖峰退火加热循环的峰值温度50℃。
进一步减小尖峰退火峰值宽度的附加方法仍在被开发中。例如，某些解决方案已经专注于能量源的修改，包括利用不同的能量源或脉冲能量以加热晶片。然而，这种途径仍然使晶片冷却依赖于周围环境。某些其它途径已经专注于物理地将晶片移动远离热源以便于冷却。还有其它途径已经包括在处理环境中利用某些气体以便于晶片冷却。然而，仍然需要改进的技术以用于冷却晶片并在处理期间减小尖峰退火峰值宽度，以及用于在处理期间维持晶片均匀性。
因此，提供了装备有气体喷头组件的处理装置，气体喷头组件能够将高速气流输送到晶片，以便更快速地冷却晶片。此外，气体喷头包括一个或多个气体扩散机构，一个或多个气体扩散机构在整个工件的表面上提供均匀的气体输送。
本公开的方面提供了许多技术效果和益处。例如，在使用高速气流的处理期间，本文提供的处理装置允许具有更快速地冷却工件的能力。进一步的，处理装置均匀地输送高速气体，以保持工件均匀性和完整性。有利地，处理装置支持以更均匀的方式输送高速气体，这在处理期间有助于晶片均匀性。
可以对本公开的这些示例实施例进行变化和修改。如在说明书中使用的，单数形式“一”、“和”和“该”包括复数指代，除非上下文另有明确规定。“第一”、“第二”、“第三”等的使用被用作标识符，并不一定表示任何顺序，暗示或其它。出于说明和讨论的目的，可以参考“基底”、“工件”或“加工件”来讨论示例方面。使用本文提供的公开的本领域普通技术人员应理解，本公开的示例方面可以与任何合适的工件一起使用。与数值结合使用的术语“约”是指在规定数值的20％以内。
现在将参考图1至图4来讨论处理装置的示例实施例。如图1所示，根据本公开的示例方面，装置100可以包括气体输送系统155，气体输送系统155被配置为例如经由气体喷头组件500将工艺气体输送到处理腔室110。气体输送系统可以包括多个进气管线159。可以使用阀158和/或气体流量控制器185控制进气管线159，以将期望量的气体输送到处理腔室中作为工艺气体。气体输送系统155可以用于输送任何合适的工艺气体。示例工艺气体包括含氧气体(例如O2、O3、N2O、H2O)、含氢气体(例如H2、D2)、含氮气体(例如N2、NH3、N2O)、含氟气体(例如CF4、C2F4、CHF3、CH2F2、CH3F、SF6、NF3)、含烃气体(例如CH4)，或它们的组合。可以根据需要添加含有其它气体的其它进气管线。在一些实施例中，工艺气体可以与惰性气体混合，该惰性气体可以被称为“载”气，诸如He、Ar、Ne、Xe，或N2。控制阀158可以用于控制每条进气管线的流速，以使工艺气体流入处理腔室110中。在实施例中，可以用气体流量控制器185控制气体输送系统155。
气体输送系统155可以围绕处理腔室110的第一侧设置，诸如围绕处理腔室110的顶侧设置。因此，气体输送系统155可以向处理腔室100的顶侧提供工艺气体。以这种方式，由气体输送系统155输送的工艺气体首先被暴露于在处理腔室110中的工件114的顶侧。处理装置100包括气体喷头组件500。如图所示，气体喷头组件500围绕处理腔室110的第一侧设置。气体喷头组件500对电磁辐射、诸如由一个或多个热源发射的辐射是透过的。例如，气体喷头组件500可以由石英材料形成。气体喷头组件500可以用于更均匀地分散处理腔室110中的工艺气体，如将在下文中进一步讨论的。
待处理的工件114被工件支撑件112支撑在处理腔室110中。工件114可以是或包括任何合适的工件，诸如半导体工件，诸如硅晶片。在一些实施例中，工件114可以是或包括掺硅晶片。例如，硅晶片可以被掺杂使得硅晶片的电阻率大于约0.1Ω·cm，诸如大于约1Ω·cm。工件114可以被设置在工件上，使得工件具有顶侧和背侧，相对的背侧通常面向工件支撑件，并且该背侧与该顶侧相对。
工件支撑件112可以是或包括任何合适的支撑结构，该支撑结构被配置为在处理腔室110中支撑工件114。例如，工件支撑件112可以是能够操作以在热处理期间支撑工件114的工件支撑件112(例如，工件支撑板)。在一些实施例中，工件支撑件112可以被配置为支撑多个工件114，以用于由热处理系统同时进行热处理。在一些实施例中，工件支撑件112可以在热处理之前、期间和/或之后旋转工件114。在一些实施例中，工件支撑件112可以是透过的，和/或除此之外，被配置为允许至少一些辐射至少部分地穿过工件支撑件112。例如，在一些实施例中，可以选择工件支撑件112的材料以允许期望的辐射穿过工件支撑件112，诸如由工件114和/或发射器150发射的辐射。在一些实施例中，工件支撑件112可以是或包括石英材料，诸如无羟基石英材料。
工件支撑件112可以包括从工件支撑件112延伸的一个或多个支撑销115，诸如至少三个支撑销。在一些实施例中，工件支撑件112可以与处理腔室110的顶部间隔开。在一些实施例中，支撑销115和/或工件支撑件112可以传递来自热源140的热量和/或从工件114吸收热量。在一些实施例中，支撑销115可以由石英制成。
处理装置还可以包括穿过介电窗口108的旋转轴900，旋转轴900被配置为支撑在处理腔室110中的工件支撑件112。例如，旋转轴900于一端耦接到工件支撑件112，并且围绕另一端耦接到能够使旋转轴900旋转360°的旋转设备(图中未示出)。例如，在工件114的处理(例如，热处理)期间，工件114可以被持续旋转，使得由一个或多个热源140产生的热量可以均衡地加热工件114。在一些实施例中，工件114的旋转在工件114上形成径向加热区，这可以有助于在加热循环期间提供良好的温度均匀性控制。
在某些实施例中，应当明白，旋转轴900的一部分被设置在处理腔室110中，而旋转轴900的另一部分以这样的方式被设置在处理腔室110外部，即，以使得可以在处理腔室110中维持真空压力的方式。例如，在工件114的处理期间，当工件114在处理期间被旋转时，可能需要在处理腔室110中维持真空压力。因此，旋转轴900被定位通过介电窗口108并位于处理腔室110中，使得旋转轴900可以便于工件114的旋转，同时在处理腔室110中维持真空压力。
在其它实施例中，旋转轴900可以耦接到平移设备，该平移设备能够以竖直方式上下移动旋转轴900和工件支撑件112(图中未示出)。例如，当从处理腔室110装载或卸载工件114时，可能期望经由工件支撑件112升高工件114，使得移除设备可以用于容易地接近工件114并将工件114从处理腔室110中移除。示例移除设备可以包括机械基座。在其它实施例中，工件支撑件112可能需要竖直移动，以便对处理腔室110和与处理腔室110相关联的元件提供日常维护。可以耦接到旋转轴900的合适的平移设备包括波纹管或能够以竖直运动平移旋转轴900的其它机械或电气设备。
处理装置100可以包括一个或多个热源140。在一些实施例中，热源140可以包括一个或多个加热灯141。例如，包括一个或多个加热灯141的热源140可以发射热辐射，以加热工件114。在一些实施例中，例如，热源140可以是宽带辐射源，宽带辐射源包括弧光灯、白炽灯、卤素灯，任何其它合适的加热灯，或它们的组合。在一些实施例中，热源140可以是单色辐射源，单色辐射源包括发光二极管、激光二极管，任何其它合适的加热灯，或它们的组合。热源140可以包括加热灯141的组件，例如，加热灯141的组件被定位为加热工件114的不同区域。在加热工件114时，可以控制供应给每个加热区域的能量。进一步的，还可以以开环方式控制施加到工件114的各个区域的辐射的量和/或类型。在这种配置中，各个加热区域之间的比率可以在手动优化之后预先确定。在其它实施例中，可以基于工件114的温度以闭环方式控制施加到工件114的各个区域的辐射的量和/或类型。
在一些实施例中，导向元件、诸如反射器800(例如，反射镜)可以被配置为将来自热源140的辐射引导至处理腔室110中。在某些实施例中，反射器800可以被配置为将来自一个或多个加热灯141的辐射引导朝向工件114和/或工件支撑件112。例如，一个或多个反射器800可以相对于热源140设置，如图2和图4所示。一个或多个冷却通道802可以被设置在反射器800之间，或被设置在反射器800内。如图2和图4中的箭头804所示，环境空气可以穿过一个或多个冷却通道802，以冷却一个或多个热源140，诸如加热灯141。
现在参考图3至图4，第一组一个或多个热源140可以被设置在处理腔室110的底侧上，并且第二组一个或多个热源140可以被设置在处理腔室110的顶侧上。例如，在工件114位于工件支撑件112顶部时，被设置在处理腔室110的底侧上的热源140可以用于加热工件114的背侧。在工件114位于工件支撑件112顶部时，被设置在处理腔室110的顶侧上的热源140可以用于加热工件114的顶侧。在这样的实施例中，气体喷头组件500被设置在设置于处理腔室110的顶侧上的第二组一个或多个热源140与工件114之间。
根据本公开的示例方面，一个或多个介电窗口106、108可以被设置在热源140与工件支撑件112之间。根据本公开的示例方面，窗口106、108可以被设置在工件114与热源140之间。窗口106、108可以被配置为选择性地阻挡由热源140发射的辐射的至少一部分进入处理腔室110的一部分。例如，窗口106、108可以包括不透光区域160和/或透光区域161。如本文所用的，“不透光”指对于给定波长通常具有小于约0.4(40％)的透过率，“透光”指对于给定波长通常具有大于约0.4(40％)的透过率。
不透光区域160和/或透光区域161可以被定位为使得不透光区域160阻挡来自热源140的一些波长的杂散辐射，并且透光区域161允许例如发射器150、热源140、反射传感器166和/或温度测量装置167、168对处理腔室110中处于被不透光区域160阻挡的波长下的辐射没有阻碍。以这种方式，窗口106、108可以有效地屏蔽处理腔室110免受给定波长的热源140的辐射污染，同时仍然允许来自热源140的辐射加热工件114。对于特定波长，不透光区域160和透光区域161可以大体上分别被限定为不透过的和透过的；也就是说，至少针对特定波长的辐射，不透光区域160是不透过的，而透光区域161是透过的。
包括不透光区域160和/或透光区域161的窗口106、108可以由任何合适的材料和/或结构形成。在一些实施例中，介电窗口106、108可以是或包括石英材料。此外，在一些实施例中，不透光区域160可以是或包括含羟基(OH)石英，诸如掺羟基(OH-)石英，而透光区域161可以是或包括无羟基石英。根据本公开，掺羟基石英可以表现出期望的波长阻挡特性。例如，掺羟基石英可以阻挡具有约2.7微米的波长的辐射，其可以与在处理装置100中的一些传感器(例如，反射传感器166和温度测量装置167、168)工作的温度测量波长对应，而无羟基石英可以对具有约2.7微米的波长的辐射是透过的。因此，掺羟基石英区域可以屏蔽传感器(例如，反射传感器166和温度测量装置167、168)免受处理腔室110中的波长的杂散辐射(例如，来自热源140)，并且无羟基石英区域可以至少部分地被设置在传感器的视场内，以允许传感器获得在热处理系统内的波长下的测量。
一个或多个排气口921可以被设置在处理腔室110中，一个或多个排气口921被配置为将气体泵出处理腔室110，使得可以在处理腔室110中维持真空压力。工艺气体被暴露于工件114，然后围绕工件114的任一侧流动，并经由一个或多个排气口921从处理腔室110中排出。一个或多个泵送板910可以围绕工件114的外周边设置，以便于工艺气体流动，这将在下面参照附图进行更具体的讨论。隔离门180在打开时允许工件114进入处理腔室110，并且在关闭时允许处理腔室110被密封，使得可以在处理腔室110中维持真空压力，使得可以对工件114执行热处理。
在实施例中，装置100可以包括控制器175。控制器175控制处理腔室110中的各种构件，以引导工件114的处理。例如，控制器175可以用于控制热源140。附加地和/或替代地，控制器175可以用于控制热源140和/或工件温度测量系统，工件温度测量系统包括例如发射器150、反射传感器166和/或温度测量装置167、168。控制器175还可以实施一个或多个工艺参数，诸如控制气体流量控制器185并改变处理腔室110的条件，以便在工件114的处理期间维持处理腔室中的真空压力。控制器175可以包括例如一个或多个处理器和一个或多个存储设备。一个或多个存储设备可以存储计算机可读指令，当由一个或多个处理器执行时，计算机可读指令使得一个或多个处理器执行操作，诸如本文所描述的控制操作中的任意一者。
特别地，图1和图3描绘了在工件温度测量系统中有用的某些构件，包括一个或多个温度测量装置167、168。在实施例中，温度测量装置167相对于温度测量装置168位于更居中的位置。例如，温度测量装置167可以被设置在工件支撑件112的中心线上，或被设置在工件支撑件112的中心线附近，使得当工件114被设置在工件支撑件112上时，温度测量装置167可以获得与工件114的中心对应的温度测量。温度测量装置168可以被设置在工件支撑件112的中心线的外部位置，使得温度测量装置168可以沿着工件114的外周边测量工件114的温度。因此，温度测量系统包括一个或多个温度测量装置，一个或多个温度测量装置能够在工件114上的不同位置处测量工件114的温度。温度测量装置167、168可以包括高温计。温度测量装置167、168还可以包括一个或多个传感器，一个或多个传感器能够感测从工件114发射的辐射，和/或能够感测由发射器发射并由工件反射的辐射的反射部分，这将在下文中更详细地讨论。
例如，在一些实施例中，温度测量装置167、168可以被配置为测量由工件114发射的在温度测量波长范围下的辐射。例如，在一些实施例中，温度测量装置167、168可以是高温计，高温计被配置为测量由工件发射的在温度测量波长范围内的波长的辐射。在不透光区域160包括掺羟基石英的实施例中，波长可以是或包括如下波长：透光区域161对该波长是透过的，和/或不透光区域160对该波长是不透过的，例如2.7微米波长。该波长可以附加地与由工件114发射的黑体辐射的波长对应。因此，温度测量波长范围可以包括2.7微米。
在一些实施例中，温度测量系统包括一个或多个发射器150和一个或多个反射传感器166。例如，在实施例中，工件温度测量系统还可以包括发射器150，发射器150被配置为发射以斜角导向到工件114的辐射。在实施例中，发射器150可以被配置为发射红外辐射。发射器150发射的辐射在本文中也可以被称为校准辐射。发射器150发射的辐射可以被工件114反射，从而形成反射传感器166收集的辐射的反射部分。工件114的反射可以由入射在反射传感器166上的辐射的反射部分的强度来表示。对于不透光的工件114，然后可以根据工件114的反射计算工件114的发射率。同时，工件114发射的辐射可以由温度测量装置167和168中的传感器测量。在一些实施例中，由工件114发射并由温度测量装置167和168中的传感器测量的这种辐射不构成由发射器150发射并由工件114反射的校准辐射的反射部分。最后，基于工件114发射的辐射，结合工件114的发射率，可以计算工件114的温度。
由发射器(例如，发射器150)发射和/或由传感器(例如，反射传感器166和/或温度测量装置167、168中的传感器)测量的辐射可以具有一个或多个相关联的波长。例如，在一些实施例中，发射器可以是或包括窄带发射器，窄带发射器发射这样的辐射：所发射的辐射的波长范围在数值的容差内，诸如在数值的10％内，在这种情况下发射器由所述数值表示。在一些实施例中，这可以通过宽带发射器和光学滤波器、诸如光学陷波滤波器的组合来实现，宽带发射器发射宽带光谱(例如普朗克光谱)，光学滤波器被配置为仅通过在宽带光谱内的窄带。类似地，传感器可以被配置为测量波长的数值的(例如容差内的)窄带辐射的强度。例如，在一些实施例中，传感器、诸如高温计可以包括一个或多个头，被配置为测量(例如，选择测量)特定窄带波长。
根据本公开的示例方面，一个或多个透光区域161可以至少部分地被设置在发射器150和/或反射传感器166的视场中。例如，发射器150和反射传感器166可以在其中透光区域161是透过的温度测量波长范围下操作。例如，在一些实施例中，发射器150和/或反射传感器166可以在2.7微米波长处操作。如图1和图3所示，透光区域161可以被定位为使得辐射流(通常由虚线指示)从发射器150出发，穿过透光区域161，被工件114反射，并由反射传感器166收集，而不受窗口108(例如，不透光区域160)阻碍。类似地，不透光区域160可以被设置在窗口108上位于发射和反射辐射流之外的区域中，以屏蔽工件114以及尤其是反射传感器166免受来自热源140的温度测量波长范围内的辐射。例如，在一些实施例中，可以包括透光区域161以用于在2.7微米波长下操作的传感器和/或发射器。
在一些实施例中，发射器150和/或反射传感器166可以被锁相。例如，在一些实施例中，发射器150和/或反射传感器166可以根据锁相机制来操作。例如，尽管不透光区域160可以被配置为阻挡来自热源140的在第一波长的大部分杂散辐射，但是在一些情况下，杂散辐射仍然可以被反射传感器166感知，如上面讨论的。尽管存在杂散辐射，根据锁相机制操作发射器150和/或反射传感器166可以有助于提高强度测量的精度。
如图5所示，参照图表250、260讨论了示例锁相机制。图表250描绘了发射器150在温度测量波长范围内随时间(例如，在工件114上执行的处理工艺的持续时间内)发射的辐射IIR的辐射强度。如图表250所示，发射器150发射的辐射强度可以被调制。例如，发射器150可以通过强度调制将校准辐射发射到工件114上。例如，发射器150发射的辐射强度可以被调制为脉冲251。在一些实施例中，辐射可以由发射器150以脉冲模式发射。在一些其它实施例中，发射器150的连续辐射可以被旋转的斩波轮(图中未示出)周期性地阻挡。斩波轮可以包括一个或多个阻挡部分和/或一个或多个通过部分。斩波轮可以在发射器150的视场中旋转，使得来自发射器150的连续辐射流间歇地被斩波轮的阻挡部分中断和被斩波轮的通过部分通过。因此，发射器150发射的连续辐射流可以被调制成脉冲251，脉冲251具有与斩波轮旋转对应的脉冲频率。脉冲频率可以被选择为或包括与在处理装置100中的其它构件的操作具有很少或没有重叠的频率。例如，在一些实施例中，脉冲频率可以是约130Hz。在一些实施例中，130Hz的脉冲频率可以是特别有利的，因为热源140可以被配置为大致不发射具有130Hz频率的辐射。附加地和/或替代地，可以基于脉冲频率锁相反射传感器166。例如，基于以脉冲频率调制的并从工件114反射的发射器150的校准辐射，处理装置100(例如，控制器175)可以将测量(例如，工件114的反射率测量)与反射传感器166隔离。以这种方式，处理装置100可以在反射传感器166的测量中减少来自杂散辐射的干扰。在实施例中，至少一个反射测量可以至少部分地基于脉冲频率与一个或多个传感器隔离。
类似地，图表260描绘了由反射传感器166随时间测量的反射辐射强度IR。图表260示出，随着时间的推移(例如，随着工件114的温度增加)，腔室中的杂散辐射(由杂散辐射曲线261示出)会增加。这可以归因于：例如，相对于工件114的温度升高、热源140的强度增加和/或与工件114的处理有关的各种其它因素，工件114的增加发射率以及相应地工件114的减小反射率。
在发射器150不发射辐射的时间点期间，反射传感器166可以获得与杂散辐射曲线261对应的测量(例如，杂散辐射测量)。类似地，在发射器150发射辐射(例如，脉冲251)的时间点期间，反射传感器166可以获得与总辐射曲线262对应的测量(例如，总辐射测量)。然后可以基于指示杂散辐射曲线261的该信息来校正反射测量。
虽然示例实施例公开了反射传感器166用于收集由发射器150发射的反射辐射，但是本公开不限于此。在某些实施例中，一个或多个加热灯141可以用于发射与本文所描述的发射器150的辐射类似的辐射。例如，一个或多个加热灯141发射的辐射可以包括第一辐射分量和第二辐射分量。所发射的第一辐射分量被配置为加热工件114，而所发射的第二辐射分量以脉冲频率被调制。一个或多个加热灯141发射的经调制的第二辐射分量的部分可以被工件114反射并被收集在反射传感器166上，使得可以获得工件114的反射率测量。
在其它某些实施例中，温度测量装置167、168还可以被配置有传感器，传感器能够以与反射传感器166类似的方式起作用。即，温度测量装置167、168还可以收集经调制的辐射、诸如校准辐射的反射部分，该反射部分可以用于确定工件114的反射率测量。在一些实施例中，处理装置(例如，控制器175)可以与反射传感器166和/或温度测量装置167、168、工件114的第一辐射测量和工件114的第二反射率辐射测量隔离。工件114的第二反射率辐射测量基于以脉冲频率调制的由发射器150或一个或多个加热灯141发射的辐射的反射部分。
在某些实施例中，工件温度控制系统可以用于控制对热源140的功率供应，以便调节工件114的温度。例如，在某些实施例中，工件温度控制系统可以是控制器175的一部分。在实施例中，工件温度控制系统可以被配置为独立于由温度测量系统获得的温度测量而改变对热源140的功率供应。然而，在其它实施例中，工件温度控制系统可以被配置为至少部分地基于工件114的一个或多个温度测量来改变对热源140的功率供应。闭环反馈控制可以被应用于调节对热源140的功率供应，使得热源140施加到工件114的能量将工件加热到但不高于期望的温度。因此，工件114的温度可以通过热源140的闭环反馈控制来维持，诸如通过控制到热源140的功率来维持。例如，一个或多个辐射热源140可以以闭环方式操作，以利用来自工件温度测量系统的数据来控制工件114的温度。
如所描述的，热源140能够发射在加热波长范围下的辐射，并且温度测量系统能够获得关于温度测量波长范围的温度测量。因此，在某些实施例中，加热波长范围与温度测量波长范围不同。
保护环109可以用于减少来自工件114的一个或多个边缘的辐射的边缘效应。保护环109可以围绕工件114设置。进一步的，在实施例中，处理装置包括泵送板910，泵送板910围绕工件114和/或保护环109设置。例如，图6示出了可以在所提供的实施例中使用的示例泵送板910。泵送板910包括一个或多个泵送通道912、913，一个或多个泵送通道912、913便于气体流动通过处理腔室110。例如，泵送板910可以包括围绕工件114配置的连续泵送通道912。连续泵送通道912可以包括环形开口，环形开口被配置为允许气体从工件114的第一侧、诸如顶侧穿过到达工件114的第二侧、诸如背侧。连续泵送通道912可以围绕保护环109同心地设置。附加的泵送通道913可以被设置在泵送板910中，以便于气体在处理腔室110内移动。泵送板910可以是或者包括石英材料。此外，在一些实施例中，泵送板910可以是或包括含有显著水平的羟基(OH)基团的石英，也称为掺羟基石英。根据本公开，掺羟基石英可以表现出期望的波长阻挡特性。
现在将参考图7至图10来讨论气体喷头组件500的示例实施例。气体喷头组件500包括外壳502，外壳502具有顶盖504和底部506。在实施例中，外壳502的外壳直径大于工件直径。气体喷头组件500的底部506包括多个气体注入孔510，多个气体注入孔510用于将一种或多种工艺气体输送到工件114的顶侧。气体喷头组件500包括一个或多个气体扩散机构，一个或多个气体扩散机构能够在外壳502内分配气体。气体注入口512被配置为将工艺气体输送到外壳502中。在实施例中，气体注入口512将工艺气体输送到第一径向气体分配通道514中。第一径向气体分配通道514围绕气体喷头组件500的周边径向延伸。第一径向气体分配通道514允许高速工艺气体围绕气体喷头组件500均衡地径向分配。
第一径向气体注入阻挡件516从第一径向气体分配通道514径向向内设置。第一径向气体注入阻挡件516包括位于其中的一个或多个气体扩散孔518。围绕第一径向气体分配通道514径向流动的气体可以扩散或流动通过第一径向气体注入阻挡件516中的一个或多个气体扩散孔518，并进入第二径向气体分配通道520，第二径向气体分配通道520从第一径向气体注入阻挡件516径向向内定位。第一径向气体分配通道514和第二径向气体分配通道520的配置允许两个径向气体分配管道514、520之间的压力梯度。例如，与第二径向气体分配通道520相比，第一径向气体分配通道514可以具有更高的压力。
第二径向气体注入阻挡件522从第二径向气体分配通道520径向向内设置。围绕第二径向气体分配通道520流动的气体可以扩散或流动通过一个或多个气体扩散孔524，一个或多个气体扩散孔524被设置在第二径向气体注入阻挡件522中。在某些实施例中，与第一径向气体注入阻挡件516相比，第二径向气体注入阻挡件522包括更多数量的气体扩散孔524。例如，气体扩散孔524与气体扩散孔518的比率可以是至少约2:1，诸如3:1，诸如4:1，诸如5:1。换句话说，与第二径向气体注入阻挡件522相比，第一径向气体注入阻挡件516可以包括至少两倍的气体扩散孔518，诸如至少三倍的气体扩散孔518，诸如至少四倍的气体扩散孔518，诸如至少五倍的气体扩散孔518。
参考图8至图10，气体喷头组件500可以包括一个或多个气体分配板526。例如，如图所示，第一气体分配板526可以形成外壳502的底部506。气体分配板526被配置为在竖直方向上更均匀地分散工艺气体。气体分配板526可以包括一个或多个气体扩散孔510。在某些实施例中，一个或多个气体扩散阻挡件528从一个或多个气体扩散孔510径向向内设置。通常，在操作期间，工艺气体在水平方向上流过一个或多个气体分配板526。气体扩散阻挡件528被设置为大体垂直于气体分配板526的水平轴线和工艺气体的水平流。这样的配置允许工艺气体流动以接触气体扩散阻挡件528的表面，这将工艺气体的流动从水平方向改变为更竖直的方向，如气流箭头650所指示的。因此，气体扩散阻挡件528便于将工艺气体竖直输送到工件114。在某些实施例中，一个或多个气体分配板526包括以堆叠布置的方式设置的第一气体分配板526和第二气体分配板526。在某些实施例中，位于第一气体分配板526上的气体扩散孔510与位于第二气体分配板526上的气体扩散孔510竖直对准(如图8至图9所示)。然而，在其它实施例中，应当想到，位于第一气体分配板526上的气体扩散孔510与在第二气体分配板526上的气体分配孔510不竖直对准(如图10所示)。因此，流动通过第一气体分配板526的气体扩散孔510的气体与第二气体分配板526的顶表面接触，然后如气流箭头650所示，在第二气体分配板526的顶表面处，气体被导引为流动通过第二气体分配板526的气体扩散孔510。
虽然所显示的实施例包括至少两个气体分配板526，但是本公开不限于此。事实上，外壳可以包括单个气体分配板，或多个气体分配板，诸如至少三个气体分配板，诸如至少四个气体分配板，等等。在某些实施例中，气体喷头组件包括第三气体分配板，第三气体分配板以堆叠布置的方式被设置在第一气体分配板526与第二气体分配板526之间。此外，气体分配板526可以以任何方式堆叠以用于期望的工艺气体流。例如，气体分配板526的气体扩散孔510可以被竖直对准，或者可以被堆叠，使得某些气体扩散孔510与相邻的气体分配板526竖直对准，而其它气体扩散孔510不与相邻的气体分配板526上的其它气体扩散孔510对准。
在某些实施例中，气体扩散孔510可以以任何期望的图案布置在气体分配板526上。事实上，在利用多个气体分配板526的情况下，每个气体分配板526可以具有相同图案的气体扩散孔510，或者每个气体分配板可以包括不同的气体扩散孔510图案。例如，如图11所示，气体分配板526可以包括呈六边形图案的气体扩散孔510。气体扩散孔可以以任何合适的图案布置，包括矩形、椭圆形、圆形、对角线、五边形、六边形、七边形、八边形等。气体分配板526可以包括随机布置在气体分配板526上的气体扩散孔510(如图12所示)。在实施例中，具有以六边形图案布置的气体扩散孔510的气体分配板526可以包括气体喷头组件500的底部506，使得被设置在工件的顶表面上的工艺气体通过六边形布置的气体扩散孔510来分配。
在某些实施例中，气体喷头组件500可以用于在处理腔室110内分配高速工艺气体。例如，某些工件处理方法、诸如化学气相沉积工艺通常使工艺气体以1slm至10slm之间的速率流动。然而，气体喷头组件500允许具有100slm至约1000slm的流速的工艺气体的均匀输送。包括本文公开的气体扩散机构的气体喷头组件500允许高流速工艺气体被均衡地且均匀地输送到整个工件114的表面上。
图12描绘了根据本公开的示例方面的一个示例方法(700)的流程图。将参考图1的处理装置100或图3的处理装置600通过示例的方式讨论方法(700)。可以在任何合适的处理装置中实施方法(700)。出于说明和讨论的目的，图12描绘了以特定顺序执行的步骤。使用本文提供的公开的本领域普通技术人员应理解，可以在不偏离本公开的范围的情况下，省略、扩展、同时执行、重新排列和/或以各种方式修改本文描述的任何方法的各种步骤。此外，可以在不偏离本公开的范围的情况下，执行各种步骤(未示出)。
在(702)处，该方法可以包括：将工件114放置在处理装置100的处理腔室110中。例如，该方法可以包括将工件114放置到图1的处理腔室110中的工件支撑件112上。工件114可以包括一个或多个层，一个或多个层包括硅、二氧化硅、碳化硅、一种或多种金属、一种或多种介电材料，或者它们的组合。
在(704)处，可选地，该方法包括：允许工艺气体进入处理腔室110。例如，可以允许工艺气体经由包括气体喷头组件500的气体输送系统155进入处理腔室110。例如，工艺气体可以包括含氧气体例(如O2、O3、N2O、H2O)、含氢气体(例如H2、D2)、含氮气体(例如N2、NH3、N2O)、含氟气体(例如CF4、C2F4、CHF3、CH2F2、CH3F、SF6、NF3)、含烃气体(例如CH4)，或它们的组合。在一些实施例中，工艺气体可以与惰性气体混合，诸如载气，诸如He、Ar、Ne、Xe或N2。控制阀158可以用于控制每条进气管线的流速，以使工艺气体流入处理腔室110中。气体流量控制器185可以用于控制工艺气体的流量。
在(706)处，该方法包括：控制处理腔室110中的真空压力。例如，一种或多种气体可以经由一个或多个排气口921从处理腔室110中排出。进一步的，控制器175还可以实施一个或多个工艺参数，从而改变处理腔室110的条件，以便在工件114的处理期间维持处理腔室110中的真空压力。例如，当工艺气体被引入处理腔室110中时，控制器175可以实施指令以从处理腔室110中移除工艺气体，使得可以在处理腔室110中维持期望的真空压力。控制器175可以包括例如一个或多个处理器和一个或多个存储设备。一个或多个存储设备可以存储计算机可读指令，当由一个或多个处理器执行时，计算机可读指令使得一个或多个处理器执行操作，诸如本文所描述的控制操作中的任意一者。
在(708)处，该方法包括：发射导向工件的一个或多个表面、诸如工件的背侧处的辐射，以加热工件。例如，包括一个或多个加热灯141的热源140可以发射热辐射，以加热工件114。在一些实施例中，例如，热源140可以是宽带热辐射源，宽带热辐射源包括弧光灯、白炽灯、卤素灯，任何其它合适的加热灯，或它们的组合。在一些实施例中，热源140可以是单色辐射源，单色辐射源包括发光二极管、激光二极管，任何其它合适的加热灯，或它们的组合。在某些实施例中，导向元件、诸如反射器(例如反射镜)可以被配置为将来自一个或多个加热灯141的热辐射引导朝向工件114和/或工件支撑件112。一个或多个热源140可以被设置在处理腔室110的底侧上，以便在工件114位于工件支撑件112顶部时将辐射发射在工件114的背侧处。
在(710)处，可选地，该方法包括：发射导向工件114的一个或多个表面、诸如工件114的顶侧处的辐射，以加热工件114。例如，如图4所示，处理装置600可以包括被设置在处理腔室110的顶侧上的一个或多个热源140，以便在工件114位于工件支撑件112顶部时将辐射发射在工件114的顶侧处。一个或多个热源140可以包括一个或多个加热灯141。示例热源140可以包括本文先前描述的那些热源。在某些实施例中，导向元件，诸如反射器(例如反射镜)可以被配置为将来自一个或多个加热灯141的辐射引导朝向工件114和/或工件支撑件112。
在某些实施例中，工件114可以在工件114的加热期间在处理腔室110中旋转。例如，耦接到工件支撑件112的旋转轴900可以用于旋转在处理腔室110中的工件114。
在(711)处，该方法包括：将工艺气体分配到处理腔室110，以使工件114暴露于工艺气体。例如，工件114的顶侧可以经由气体喷头组件500暴露于工艺气体。例如，在某些实施例中，在加热工件114之后，需要将工件114冷却到一定温度。因此，一种或多种工艺气体可以经由气体喷头组件500分配，以便降低工件114的温度。在其它工艺中，工艺气体可以经由气体喷头组件500分配，以便于工件114的进一步处理，诸如化学气相沉积处理或刻蚀处理。
在(712)处，可选地，该方法包括：获得指示工件114的温度的温度测量。例如，一个或多个温度测量装置167、168、传感器166和/或发射器150可以用于获得指示工件114的温度的温度测量。例如，在实施例中，温度测量可以通过以下方式获得：由一个或多个发射器将校准辐射发射在工件的一个或多个表面处；由一个或多个传感器测量由一个或多个发射器发射并由工件的一个或多个表面反射的校准辐射的反射部分；以及至少部分地基于反射部分确定工件114的反射率。在一些实施例中，工件反射率测量可以通过下述方式获得：以脉冲频率调制一个或多个发射器中的至少一者来获得；以及至少部分地基于该脉冲频率将至少一个测量与一个或多个传感器隔离。工件141的发射率可以根据工件141的反射率来确定。在一些其它实施例中，一个或多个传感器可以用于从工件114获得直接辐射测量。一个或多个窗口可以用于阻挡一个或多个加热灯141发射的宽带辐射的至少一部分入射在温度测量装置167、168和反射传感器166上。工件114的温度可以根据工件114的辐射和发射率来确定。
在(714)处，停止工艺气体流入处理腔室中，并且停止热源140的辐射发射，从而结束工件处理。
在(716)处，该方法包括：从处理腔室110移除工件114。例如，可以从处理腔室110中的工件支撑件112中移除工件114。然后，可以调节处理装置，以用于附加工件的未来处理。
在实施例中，如图13中的各种箭头指示的，该方法可以包括以各种顺序或组合列出的步骤。例如，在某些实施例中，将工件114放置在处理腔室110中，并且在允许工艺气体进入处理腔室110之前，将工件114暴露于辐射。进一步的，可以以交替的方式将辐射发射在工件114的背侧和工件114的顶侧处，或者可以同时将辐射发射在处理腔室110中的工件114的顶侧和背侧处。可以允许工艺气体进入处理腔室110中，同时将辐射发射在工件114的顶侧或背侧处。进一步的，在允许工艺气体进入处理腔室110、将辐射发射在工件114的顶侧或背侧处，和/或获得温度测量的同时，可以在处理腔室110中维持真空压力。附加地，将辐射发射在工件114处和将工艺气体分配到工件的顶侧可以以循环方式交替，直到获取期望的处理属性。
此外，将辐射发射在工件处和将工件的顶侧暴露于来自喷头组件的工艺气体以用于更快速地冷却工件可以被循环交替，直到获取期望的处理属性。使用气体喷头组件以在辐射循环之间冷却工件，可以减少整体处理时间。
以下条款的主题提供了本发明的进一步的方面：
一种用于在处理装置中处理工件的方法，该工件包括顶侧和背侧，该方法包括：将工件放置在被设置在处理腔室中的工件支撑件上；由一个或多个辐射热源发射导向工件的一个或多个表面处的辐射，以加热工件的表面的至少一部分；由气体喷头组件朝向工件的顶侧分配一种或多种工艺气体；以及获得指示工件的温度的温度测量，其中，气体喷头组件对从一个或多个辐射热源发射的电磁辐射是透过的，其中，气体喷头组件包括一个或多个气体扩散机构，以在外壳内分配气体。
根据前述条款中任一项所述的方法，其中，气体喷头组件包括石英。
根据前述条款中任一项所述的方法，其中，由一个或多个辐射热源发射导向工件的一个或多个表面处的辐射包括：将辐射发射在工件的顶侧处。
根据前述条款中任一项所述的方法，其中，由一个或多个辐射热源发射导向工件的一个或多个表面处的辐射包括：将辐射发射在工件的背侧处。
根据前述条款中任一项所述的方法，使用一个或多个排气口从处理腔室中移除气体。
根据前述条款中任一项所述的方法，还包括围绕工件设置泵送板，泵送板提供一个或多个通道，一个或多个通道用于引导工艺气体流通过处理腔室。
根据前述条款中任一项所述的方法，其中，工艺气体包括含氧气体、含氢气体、含氮气体、含烃气体、含氟气体，或它们的组合。
根据前述条款中任一项所述的方法，其中，获得指示工件的反射率的测量包括：由一个或多个发射器将校准辐射发射在工件的一个或多个表面处；由一个或多个传感器测量由一个或多个发射器发射并由工件的一个或多个表面反射的校准辐射的反射部分；以及至少部分地基于反射部分确定工件的反射率。
根据前述条款中任一项所述的方法，其中，该方法还包括：以脉冲频率调制由一个或多个发射器发射的校准辐射，以及至少部分地基于该脉冲频率将至少一个测量与一个或多个传感器隔离。
根据前述条款中任一项所述的方法，还包括：通过一个或多个窗口阻挡由被配置为加热工件的一个或多个加热灯发射的宽带辐射的至少一部分入射在一个或多个传感器上。
根据前述条款中任一项所述的方法，还包括：停止工艺气体的流动或发射辐射。
根据前述条款中任一项所述的方法，还包括：从处理腔室中移除工件。
尽管已经参考其特定示例实施例详细地描述了本主题，但是应当明白，本领域普通技术人员在获得对前述内容的理解后，可以容易地产生对这些实施例的改变、变化和等效物。因此，本公开的范围是示例性的而非限制性的，并且题述公开不排除包括对于本领域普通技术人员来说是显而易见的对本主题的这些修改、变化和/或添加。

Claims (20)

1.一种处理装置，用于处理工件，所述工件具有顶侧和与所述顶侧相对的背侧，所述处理装置包括：
处理腔室，具有第一侧和与所述处理腔室的所述第一侧相对的第二侧；
工件支撑件，被设置在所述处理腔室内，所述工件支撑件被配置为支撑所述工件，其中，所述工件的所述背侧面向所述工件支撑件；
气体输送系统，被配置为使一种或多种工艺气体从所述处理腔室的所述第一侧通过气体喷头组件流入所述处理腔室中，所述气体喷头组件包括外壳，所述外壳具有顶盖和多个气体注入孔；以及
一个或多个辐射热源，被配置为加热所述工件；
其中，所述气体喷头组件对从所述一个或多个辐射热源发射的电磁辐射是透过的；
其中，所述气体喷头组件包括一个或多个气体扩散机构，以在所述外壳内分配气体。
2.根据权利要求1所述的处理装置，其中，所述一个或多个气体扩散机构包括第一径向气体分配通道，所述第一径向气体分配通道被配置为在所述外壳中径向分配所述工艺气体。
3.根据权利要求1所述的处理装置，其中，所述一个或多个气体扩散机构包括一个或多个径向气体注入阻挡件，所述一个或多个径向气体注入阻挡件包括多个气体扩散孔，所述多个气体扩散孔被配置为径向向内分配所述一种或多种工艺气体。
4.根据权利要求2所述的处理装置，其中，所述一个或多个径向气体注入阻挡件包括第一径向气体注入阻挡件和第二径向气体注入阻挡件，其中，所述第一径向气体注入阻挡件从所述第一径向气体分配通道径向向内设置，其中，所述第二径向气体注入阻挡件从所述第一径向气体注入阻挡件径向向内设置。
5.根据权利要求4所述的处理装置，其中，与所述第一径向气体注入阻挡件相比，所述第二径向气体注入阻挡件包括至少三倍的气体扩散孔。
6.根据权利要求1所述的处理装置，其中，所述气体扩散机构包括一个或多个气体分配板，所述一个或多个气体分配板包括多个气体扩散孔。
7.根据权利要求6所述的处理装置，其中，所述气体扩散机构包括一个或多个气体注入阻挡件，所述一个或多个气体注入阻挡件被设置在所述一个或多个气体分配板上。
8.根据权利要求7所述的处理装置，其中，所述一个或多个气体注入阻挡件从所述多个气体扩散孔径向向内设置。
9.根据权利要求6所述的处理装置，其中，所述一个或多个气体分配板被设置为使得所述多个气体扩散孔竖直对准。
10.根据权利要求6所述的处理装置，其中，所述一个或多个气体分配板包括石英。
11.根据权利要求6所述的处理装置，其中，所述一个或多个气体分配板包括以堆叠布置的方式设置的第一气体分配板和第二气体分配板。
12.根据权利要求11所述的处理装置，其中，所述一个或多个气体分配板包括第三气体分配板，所述第三气体分配板被设置在所述第一气体分配板与所述第二气体分配板之间。
13.根据权利要求1所述的处理装置，其中，所述外壳具有大于工件直径的外壳直径。
14.根据权利要求1所述的处理装置，其中，所述气体喷头组件包括石英。
15.根据权利要求1所述的处理装置，其中，所述气体喷头组件包括气体注入口，所述气体注入口被配置为将所述一种或多种工艺气体提供到所述外壳中。
16.根据权利要求1所述的处理装置，其中，所述一个或多个辐射热源被设置在所述处理腔室的所述第一侧上，所述一个或多个辐射热源被配置为从所述工件的所述顶侧加热所述工件。
17.根据权利要求16所述的处理装置，其中，所述气体喷头组件被设置在设置于所述处理腔室的所述第一侧上的所述一个或多个辐射热源与所述工件的所述顶侧之间。
18.根据权利要求1所述的处理装置，其中，所述一个或多个辐射热源被设置在所述处理腔室的所述第二侧上，所述一个或多个辐射热源被配置为从所述工件的所述背侧加热所述工件。
19.根据权利要求1所述的处理装置，包括旋转系统，被配置为旋转所述工件支撑件。
20.一种用于在处理装置中处理工件的方法，所述工件包括顶侧和背侧，所述方法包括：
将所述工件放置在被设置在处理腔室中的工件支撑件上；由一个或多个辐射热源发射导向所述工件的一个或多个表面处的辐射，以加热所述工件的表面的至少一部分；
由气体喷头组件朝向所述工件的所述顶侧分配一种或多种工艺气体；以及获得指示所述工件的温度的温度测量；其中，所述气体喷头组件对从所述一个或多个辐射热源发射的电磁辐射是透过的，
其中，所述气体喷头组件包括一个或多个气体扩散机构，以在外壳内分配气体。
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