DE202016009128U1

DE202016009128U1 - Laserglühen eines rotierenden Substrats

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Publication number: DE202016009128U1
Application number: DE202016009128.0U
Authority: DE
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2016-07-19
Publication date: 2022-07-25
Anticipated expiration: 2026-07-20
Also published as: KR102531865B1; TWI722722B; KR20180026789A; EP3329510A1; CN115527896A; JP7462604B2; JP6985249B2; JP2022043054A; US10256005B2; TW201721723A; EP3329510B1; TW202029299A; CN107851580A; WO2017019384A1; US20170032865A1; CN107851580B; TWI692012B; JP2018526819A; EP3329510A4

Abstract

Vorrichtung zum Bearbeiten eines Substrats (140), umfassend:
eine Kammer (300), die ein Innenvolumen (120) definiert;
eine Strahlungswärmequelle (106), die innerhalb des Innenvolumens (120) angeordnet ist;
einen Träger (104), der innerhalb des Innenvolumens (120) angrenzend an die Strahlungswärmequelle (106) angeordnet ist;
eine Reflektorplatte (302), die gegenüber der Strahlungswärmequelle (106) angeordnet ist; und
eine Laserquelle (202), die über dem Substratträger (104) angeordnet ist.

Description

STAND DER TECHNIK
Gebiet
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich allgemein auf eine Vorrichtung zur thermischen Bearbeitung eines Substrats. Insbesondere beziehen sich hierin beschriebene Ausführungsformen auf eine Vorrichtung zum Laserglühen eines rotierenden Substrats.
Beschreibung des Standes der Technik
Integrierte Schaltungen haben sich zu komplexen Vorrichtungen entwickelt, die Millionen von Transistoren, Kondensatoren und Widerständen auf einem einzigen Chip aufweisen können. Die Weiterentwicklung des Chipdesigns erfordert fortlaufend schnellere Schaltkreise und eine höhere Schaltungsdichte, die immer präzisere Herstellungsverfahren erfordern. Ein solches Herstellungsverfahren, das häufig eingesetzt wird, ist das lonenimplantationsverfahren.
Während verschiedene andere Verfahren zur Herstellung integrierter Schaltungen häufig eingesetzt werden, ist die Ionenimplantation besonders wichtig für die Bildung von Transistorstrukturen auf einem Halbleitersubstrat und kann bei der Chipherstellung viele Male wiederholt werden. Bei der Ionenimplantation wird ein Halbleitersubstrat mit einem Strahl elektrisch geladener Ionen beschossen, die üblicherweise als Dotierstoffe bezeichnet werden. Ionenimplantation verändert die Eigenschaften der Materialien, in die die Dotierstoffe implantiert werden, um ein bestimmtes Leistungsniveau der Vorrichtung zu erreichen.
Während der Ionenimplantation können die implantierten Filme ein hohes Maß an inneren Spannungen entwickeln. Um die Spannungen durch Reparieren der Kristallmatrix einer implantierten Folie abzubauen und die resultierenden Eigenschaften des implantierten Films weiter zu steuern, wird der Film in der Regel einem thermischen Prozess wie Glühen unterzogen. Das Glühen wird üblicherweise in einer RTP-Kammer (rapid thermal processing) durchgeführt, in der das Substrat einem sehr kurzen, aber sehr kontrollierten thermischen Zyklus unterzogen wird, um die Dotierstoffe innerhalb der Kristallmatrix des implantierten Films auszurichten. Die Bewegung der Dotierstoffatome innerhalb des implantierten Films kann jedoch eine gewünschte Besetzungszone für die Dotierstoffe überschreiten, wenn zu viel Wärme zugeführt wird oder wenn Wärme über einen zu langen Zeitraum zugeführt wird.
Je kleiner Vorrichtungen werden, desto kleiner wird auch die Ziel-Dotierstoffzone, sodass es immer schwieriger wird, die Dotierstoffe in der Kristallmatrix auszurichten und gleichzeitig eine unerwünschte Diffusion über die Zielzone hinaus zu verhindern. Nanosekundenglühungen unter Verwendung von Megawattlasern können in bestimmten Fällen geeignet sein, aber solche Werkzeuge sind oft sehr groß und zu teuer, um sie kostengünstig zu implementieren.
1 veranschaulicht eine vereinfachte isometrische Ansicht einer RTP-Kammer nach dem Stand der Technik. Eine Bearbeitungskammer 100 weist einen kontaktlosen oder magnetisch schwebenden Substratträger 104, einen Kammerkörper 102 mit Wänden 108, einem Boden 110 und einer Oberseite 112, die ein Innenvolumen 120 definieren, auf. Die Wände 108 weisen in der Regel mindestens einen Substrat-Zugangsanschluss 148 auf, um den Eintritt und den Austritt eines Substrats 140 zu erleichtern (ein Abschnitt davon ist in 1 gezeigt). Der Zugangsanschluss kann mit einer Transferkammer (nicht gezeigt) oder einer Beladeschleusenkammer (nicht gezeigt) gekoppelt sein und kann selektiv mit einem Ventil, wie einem Schlitzventil (nicht gezeigt), abgedichtet sein. Der Substratträger 104 kann ringförmig sein. Die Kammer 100 weist eine Strahlungswärmequelle 106 auf, die in einem Innendurchmesser des Substratträgers 104 angeordnet ist.
Der Substratträger 104 ist dazu ausgelegt, innerhalb des Innenvolumens 120 magnetisch zu schweben und zu rotieren, sodass der Substratträger 104 während der Bearbeitung rotieren kann, während er sich vertikal hebt und absenkt. Ein Fenster 114 aus einem Material, das für Wärme und Licht verschiedener Wellenlängen durchlässig ist, kann verwendet werden, um die Strahlungswärmequelle 106 von der Bearbeitungsumgebung abzuschirmen, während es der Strahlungswärmequelle 106 ermöglicht, das Substrat 140 zu erwärmen. Das Fenster 114 kann eine Vielzahl von Hubstiften 144 aufweisen, die durch eine obere Oberfläche des Fensters 114 gekoppelt sind.
Die Strahlungswärmequelle 106 kann eine Lampenbaugruppe sein, die aus einem Gehäuse gebildet ist, das eine Vielzahl von Wabenrohren 160 aufweist, die mit einer Kühlmittelquelle 183 gekoppelt sind. Das Gehäuse kann aus einem Kupfermaterial oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein, das geeignete Kühlmittelkanäle aufweist, die darin für den Durchfluss des Kühlmittels aus der Kühlmittelquelle 183 ausgebildet sind.
Die Kammer 100 kann auch einen oder mehrere Sensoren 116 aufweisen, die im Allgemein dazu ausgelegt sind, die Höhe des Substratträgers 104 (oder des Substrats 140) innerhalb des Innenvolumens 120 des Kammerkörpers 102 zu erkennen. Die Sensoren 116 können mit dem Kammerkörper 102 und/oder anderen Abschnitten der Bearbeitungskammer 100 gekoppelt sein und sind dazu ausgelegt, eine Ausgabe bereitzustellen, die den Abstand zwischen dem Substratträger 104 und der Oberseite 112 und/oder dem Boden 110 des Kammerkörpers 102 angibt, und können auch eine Fehlausrichtung des Substratträgers 104 und/oder des Substrats 140 erkennen.
Die RTP-Kammer 100 kann auch einen Kühlblock 180 aufweisen, der an die Oberseite 112 angrenzt, hiermit gekoppelt ist oder in ihr ausgebildet ist. Im Allgemeinen ist der Kühlblock 180 von der Strahlungswärmequelle 106 beabstandet und ihr gegenüberliegend angeordnet. Der Kühlblock 180 umfasst einen oder mehrere Kühlmittelkanäle 184, die mit einem Einlass 181A und einem Auslass 181B gekoppelt sind. Der Kühlblock 180 kann einen Reflektor aufweisen, der mit einer Oberfläche des Kühlblocks 180 gekoppelt ist, die dem Substratträger 104 zugewandt ist.
Die RTP-Kammer 100 kann bei Verwendung von Lampenwärmequellen eine Zeitkonstante aufweisen, die für einige Anwendungen zu groß ist. Lampenwärmequellen und das sie umgebende Gehäuse können sich in einigen Fällen zu langsam erwärmen oder abkühlen, um ein effektives Glühen ohne signifikante Dotierstoffdiffusion durchzuführen.
Daher werden in der Technik verbesserte Vorrichtungen für die schnelle thermische Bearbeitung benötigt.
KURZDARSTELLUNG
In einer Ausführungsform wird eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Substrats bereitgestellt. Die Vorrichtung weist eine Kammer auf, die ein Innenvolumen definiert, und eine Strahlungswärmequelle kann innerhalb des Innenvolumens angeordnet sein. Ein drehbarer Träger kann innerhalb des Innenvolumens angrenzend an die Strahlungswärmequelle angeordnet sein. Eine Laserquelle kann innerhalb des Innenvolumens angrenzend an den Substratträger angeordnet sein und ein Fenster kann innerhalb des Innenvolumens zwischen der Strahlungswärmequelle und der Laserquelle angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Substrats bereitgestellt. Die Vorrichtung weist eine Kammer auf, die ein Innenvolumen definiert, und eine Strahlungsquelle kann innerhalb des Innenvolumens angeordnet sein. Ein drehbarer Substratträger kann innerhalb des Innenvolumens angrenzend an die Strahlungsquelle angeordnet sein und eine Laserquelle kann innerhalb des Innenvolumens angrenzend an den Substratträger angeordnet sein. Eine Reflektorplatte kann innerhalb des Innenvolumens zwischen der Laserquelle und dem Substratträger angeordnet sein und die Reflektorplatte kann eine oder mehrere Öffnungen aufweisen, die darin ausgebildet sind.
In noch einer weiteren Ausführungsform wird eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Substrats bereitgestellt. Die Vorrichtung weist eine Kammer, die ein Innenvolumen definiert, und eine Lampenstrahlungsquelle auf, die innerhalb des Innenvolumens angeordnet ist. Ein drehbarer Substratträger kann innerhalb des Innenvolumens angrenzend an die Lampenstrahlungsquelle angeordnet sein und eine Laserquelle kann innerhalb des Innenvolumens angrenzend an den Substratträger angeordnet sein. Ein Fenster kann innerhalb des Innenvolumens zwischen der Lampenstrahlungsquelle und der Laserquelle angeordnet sein und eine kreisförmige Reflektorplatte kann innerhalb des Innenvolumens zwischen der Laserquelle und dem Fenster angeordnet sein. Die kreisförmige Reflektorplatte kann eine oder mehrere sektorförmige Öffnungen aufweisen, die darin ausgebildet sind.
Figurenliste
Zum Verständnis der Einzelheiten der vorstehend genannten Merkmale der vorliegenden Offenbarung kann eine konkretere Beschreibung der vorstehend kurz zusammengefassten Offenbarung anhand von Ausführungsformen erfolgen, von denen einige in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Es ist jedoch anzumerken, dass die beigefügten Zeichnungen nur beispielhafte Ausführungsformen veranschaulichen und daher nicht als Einschränkung deren Umfangs anzusehen sind, sondern andere gleichermaßen wirksame Ausführungsformen möglich sind.

1 veranschaulicht eine vereinfachte isometrische Ansicht einer RTP-Kammer nach dem Stand der Technik gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen.
2 veranschaulicht eine schematische Ansicht einer Laserquelle gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen.
3 veranschaulicht eine schematische Ansicht einer RTP-Kammer, die mehrere Strahlungsmodule aufweist, gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen.
4A veranschaulicht eine Teilquerschnittsansicht einer RTP-Kammer mit einer Laserquelle gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen.
4B veranschaulicht eine Teildraufsicht auf die Laserquelle und die Reflektorplatte gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen.
5A-5E veranschaulichen schematische Draufsichten auf verschiedene Reflektorplatten gemäß verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen.
6A veranschaulicht eine schematische Querschnittsansicht eines Chargen-Substratträgers gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen.
6B veranschaulicht eine schematische Draufsicht auf den Chargen-Substratträger von 6A gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen.

Um das Verständnis zu erleichtern, wurden gleiche Bezugszeichen verwendet, wo dies möglich ist, um identische Elemente zu bezeichnen, die den Figuren gemeinsam sind. Es wird in Betracht gezogen, dass Elemente und Merkmale einer Ausführungsform vorteilhafterweise in andere Ausführungsformen ohne weitere Nennung integriert sein können.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf die thermische Bearbeitung von Substraten. Genauer gesagt beziehen sich hierin beschriebene Ausführungsformen auf Flash-on-Spike-Glühprozesse und Vorrichtungen, die zum Durchführen solcher Prozesse geeignet sind. In einer Ausführungsform kann eine thermische Bearbeitungsvorrichtung eine Lampenstrahlungsquelle, eine Laserquelle und eine Reflektorplatte, die zwischen der Lampenstrahlungsquelle und der Laserquelle angeordnet ist, aufweisen. Eine oder mehrere Öffnungen können in der Reflektorplatte ausgebildet sein und die Laserquelle kann angrenzend an die Reflektorplatte positioniert sein, sodass sich ein von der Laserquelle emittierter Laserstrahl durch die eine oder die mehreren Öffnungen ausbreitet. In einer Ausführungsform kann die Reflektorplatte im Wesentlichen kreisförmig sein und die eine oder die mehreren Öffnungen können sich einem Sektor der Reflektorplatte annähern.
2 veranschaulicht eine schematische Ansicht der Bearbeitungskammer 100 mit einem zusätzlichen hinzugefügten Strahlungsmodul 201 gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen. Die in 2 gezeigte Bearbeitungskammer 100 kann auch den Substratträger 104 und einen Translationsmechanismus 218 aufweisen. Der Substratträger 104 kann eine Wärmequelle, wie ein Widerstandsheizelement oder dergleichen, aufweisen, um das Substrat unabhängig von einer Strahlungsquelle 202 zu erwärmen. Das Strahlungsmodul weist im Allgemeinen die Strahlungsquelle 202 und die Fokussieroptik 220 auf, die zwischen der Strahlungsquelle 202 und dem Substratträger 104 angeordnet ist.
Die Strahlungsquelle 202 kann eine Laserquelle sein, die in der Lage ist, ungedämpfte Wellen elektromagnetischer Strahlung oder gepulste Emissionen elektromagnetischer Strahlung zu emittieren. In bestimmten Ausführungsformen wird eine einzelne Strahlungsquelle 202 verwendet, um einen Laserstrahl zu erzeugen. In anderen Ausführungsformen werden mehrere Strahlungsquellen 202 verwendet, um den Laserstrahl zu erzeugen. In einer Ausführungsform umfasst die Strahlungsquelle 202 eine Vielzahl von Faserlasern. Alternativ kann die Strahlungsquelle 202 eine Nicht-Laser-Strahlungsquelle, wie eine Blitzlampen-, eine Halogenlampen-, eine Leuchtdiodenquelle oder dergleichen sein. Zum Beispiel kann eine Nicht-Laser-Quelle mit geringem Strahlungsfluss-Einfall ein geeignetes Beispiel der Strahlungsquelle 202 sein. Im Allgemeinen wird die Strahlungsquelle 202 verwendet, um das Substrat während eines Glüh- oder Oberflächenmodifikationsprozesses zu erwärmen. Genauer gesagt wird die Strahlungsquelle 202 verwendet, um einen Temperaturanstieg in der Oberfläche des Substrats in größerer Tiefe über die gesamte Dicke des Substrats zu bewirken. Nachdem das Substrat der Strahlungsquelle 202 ausgesetzt wurde, kann das Substrat durch die Masse des Substrats seitlich leitend gekühlt werden. Alternativ oder in Kombination kann ein Substrat mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit, wie weniger als etwa 3 W/m/L, für die thermische Oberflächenbearbeitung geeignet sein. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass jede Kombination von Bearbeitungstechniken und -temperaturen verwendet werden kann, um die Substrate auf verschiedene Weisen zu bearbeiten.
Die von der Strahlungsquelle 202 emittierte Strahlung kann an oder nahe der Oberfläche des Substrats 140 absorbiert werden. Dementsprechend kann die Strahlung von der Strahlungsquelle 202 mit einer Wellenlänge emittiert werden, die in dem Bereich liegt, in dem das Substrat 140 Strahlung absorbiert. Im Allgemeinen kann bei einem siliziumhaltigen Substrat die Wellenlänge der Strahlung zwischen etwa 190 nm und etwa 950 nm liegen, zum Beispiel bei etwa 810 nm. Alternativ kann ein UV-Laser mit hoher Leistung als die Strahlungsquelle 202 verwendet werden.
Die Strahlungsquelle 202 kann in der Lage sein, kontinuierlich Strahlung für eine Zeitdauer zu emittieren, die größer als etwa 1 Sekunde ist, wie größer als etwa 10 Sekunden, zum Beispiel größer als etwa 15 Sekunden. Alternativ kann die Strahlungsquelle 202 in der Lage sein, Strahlungsimpulse für eine Zeitdauer zu emittieren, die größer als etwa 1 Sekunde ist, wie größer als etwa 10 Sekunden, zum Beispiel größer als etwa 15 Sekunden. Die Strahlungsquelle 202 kann mehrere Laserdioden aufweisen, von denen jede ein gleichmäßiges und räumlich kohärentes Licht mit im Wesentlichen der gleichen Wellenlänge erzeugt. Die Leistung der Laserdiode(n) kann im Bereich zwischen etwa 0,5 kW und etwa 50 kW liegen, beispielsweise bei etwa 5 kW.
Die Fokussieroptik 220 kann einen oder mehrere Kollimatoren 206 aufweisen, um Strahlung 204 von der Strahlungsquelle 202 zu einem im Wesentlichen parallelen Strahl zu kollimieren. Die kollimierte Strahlung 208 kann dann durch mindestens eine Linse 210 in eine Strahlungslinie 212 an einer oberen Oberfläche 222 des Substrats 140 fokussiert werden. Der Begriff „Strahlungslinie“, wie er hierin verwendet wird, soll die räumliche Verteilung der Strahlung 212 an der oberen Oberfläche 222 des Substrats 140 bezeichnen. Es wird in Betracht gezogen, dass die räumliche Verteilung der Strahlung 212 wie eine Linie oder ein Band, ein Sektor, ein Punkt oder eine Vielzahl von Punkten und dergleichen geformt sein kann. Im Allgemeinen kann das Substrat 140 ein kreisförmiges Substrat mit einem Durchmesser von etwa 200 mm, etwa 300 mm oder etwa
450 mm sein. Die Strahlungslinie 212 kann sich quer über das Substrat 140 mit einer Breite 228 zwischen etwa 3 µm und etwa 500 µm erstrecken. Eine Länge der Strahlungslinie 212 kann sich in einer Ausführungsform dem Radius des Substrats 140 annähern und in einer anderen Ausführungsform dem Durchmesser des Substrats 140 annähern. Zum Beispiel kann die Länge der Strahlungslinie 212 bei einem Substrat mit 300 mm Durchmesser etwa 150 mm betragen. Alternativ kann die Länge der Strahlungslinie 212 bei einem Substrat mit 300 mm Durchmesser etwa 300 mm betragen.
Im Allgemeinen kann die Länge der Strahlungslinie 212 größer als die Breite 228 sein. In einer Ausführungsform kann die Strahlungslinie 212 das Substrat 140 linear durchqueren, sodass die Strahlungslinie 212 im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Substrats 140 verläuft, d. h. die Strahlungslinie 212 bleibt parallel zu einer festen Linie oder Sehne des Substrats 140, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Substrats verläuft.
In einer Ausführungsform kann die Strahlungslinie 212 wie ein „Tortenstück“ geformt sein Zum Beispiel kann sich die Strahlungslinie 212 einem Sektor des Substrats 140 annähern, der sich vom Ursprung des kreisförmigen Substrats 140 zu einem Bogen am Umfang des Substrats 140 erstreckt, der durch den Messwinkel des Sektors definiert ist. In einer Ausführungsform kann der Messwinkel des Sektors zwischen etwa 0,005° und etwa 140° liegen, beispielsweise zwischen etwa 0,01 ° und etwa 20°. In einer anderen Ausführungsform kann die Strahlungslinie 212 wie ein Tortenstück geformt sein, das sich dem Durchmesser des Substrats 140 annähert. In einer anderen Ausführungsform kann die Strahlungslinie 212 ein Gaußscher Laserfleck sein. In dieser Ausführungsform können ein oder mehrere Gaußsche Laserflecken (d. h. durch mehrere Strahlungsquellen wie Faserlaser) in Form eines Bandes (einer Linie) oder in Form eines Tortenstücks erzeugt werden.
Die Linse 210 kann jede geeignete Linse oder eine Reihe von Linsen sein, die zum Bilden der gewünschten Form der Strahlungslinie 212 geeignet sind. In einer Ausführungsform kann die Linse 210 eine Zylinderlinse sein. Alternativ kann die Linse 210 eine oder mehrere konkave Linsen, konvexe Linsen, ebene Spiegel, konkave Spiegel, konvexe Spiegel, refraktive Linsen, diffraktive Linsen, Frensel-Linsen, Gradientenindex-Linsen oder dergleichen sein. Im Allgemeinen kann die Linse 210 so konfiguriert sein, dass sie eine radiale oder diametrale Leistungsverteilung der Strahlungslinie 212 vom Ursprung bis zum Umfang des Substrats 140 beeinflusst.
Die Leistungsverteilung der Strahlungslinie 212 kann zwischen etwa 10 kW/cm² und etwa 200 kW/cm² liegen. Die Leistungsverteilung der Strahlungslinie 212 am oder nahe dem Ursprung des Substrats 140 kann etwa 0 kW/cm² für eine Strahlungslinie 212 betragen, die sich einem Radius des Substrats 140 annähert. Die Leistungsverteilung der Strahlungslinie 212 kann vom Ursprung bis zum Umfang oder Rand des Substrats 140 zunehmen. Die Leistungsverteilung kann in bestimmten Ausführungsformen vom Ursprung bis zum Rand linear oder exponentiell zunehmen. Alternativ kann eine gleiche Leistungsverteilung entlang der Strahlungslinie 212 im Wesentlichen konstant sein. In dieser Ausführungsform kann die Belichtung des Substrats mit der Strahlung 212 durch die Form oder räumliche Verteilung der Strahlung 212 an der oberen Oberfläche 222 des Substrats 140 moduliert werden. Es wird in Betracht gezogen, dass das Substrat 140 durch die Strahlungswärmequelle 106 auf Temperaturen von bis zu etwa 1000 °C erwärmt werden kann und das Strahlungsmodul 201 dazu konfiguriert sein kann, das Substrat 140 um weitere 20 °C bis etwa 250 °C zu erwärmen. Die Anstiegs- und Abfallgeschwindigkeiten der Strahlungsmodulerwärmung können etwa 4.000.000 °C/s überschreiten.

Verschiedene Beispiele für Prozessbedingungen werden unter Bezugnahme auf Tabelle 1 und Tabelle 2 bereitgestellt. Tabelle 1 veranschaulicht verschiedene Prozessbedingungen für Substrate mit einem Durchmesser von 300 mm und Tabelle 2 veranschaulicht verschiedene Prozessbedingungen für Substrate mit einem Durchmesser von 200 mm und 450 mm. Tabelle 1 - Einzelnes Substrat

Rotationsgeschwindigkeit (U/min)	Leistungsdauer pro Umdrehung (ms)	Belichtungsdauer (s)	Belichtungsstärke (W/m²)	Sektorwinkel (°)	Min. Radius (mm)	Max. Radius (mm)	Belichtungsbreite bei min. Radius (mm)	Belichtungsbreite bei max. Radius (mm)
240	250	0,01	1,0E7	14,4	3	150	0,7539	37,6991
240	250	0,001	1,0E7	1,44	3	150	0,0753	3,7699
240	250	0,001	1,0E8	1,44	3	150	0,0753	3,7699
240	250	0,0001	1,0E9	,0144	3	150	0,0075	0,3769

Tabelle 2 - Karussell für mehrere Substrate

Rotationsgeschwindigkeit (U/min)	Leistungsdauer pro Umdrehung (ms)	Belichtungsdauer (s)	Belichtungsstärke (W/m²)	Sektorwinkel (°)	Min. Radius (mm)	Max. Radius (mm)	Belichtungsbreite bei min. Radius (mm)	Belichtungsbreite bei max. Radius (mm)
240	250	0,001	1,0E8	1,44	50	200	1,2566	5,0265
60	1000	0,001	1,0E8	0,36	50	200	0,3141	1,2566
240	250	0,0001	1,0E9	0,144	50	200	0,1256	0,5026
60	1000	0,0001	1,0E9	0,036	50	200	0,0314	0,1256
60	1000	0,01	1,0E7	3,6	150	450	9,4247	28,2743
60	1000	0,001	1,0E8	0,36	150	450	0,9424	2,8274
60	1000	0,0001	1,0E9	0,036	150	450	0,0942	0,2827

Eine Statorbaugruppe 118 kann so konfiguriert sein, dass sie das Substrat 140 innerhalb der Kammer 100 dreht. Die Statorbaugruppe 118 dreht im Allgemeinen den Substratträger 104, um dem darauf angeordneten Substrat 140 eine Rotationsgeschwindigkeit zu verleihen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Statorbaugruppe 118 so konfiguriert sein, dass sie das Substrat 140 mit einer Geschwindigkeit zwischen etwa 10 Umdrehungen pro Minute und etwa 500 Umdrehungen pro Minute dreht, wie zwischen etwa 200 Umdrehungen pro Minute und etwa 300 Umdrehungen pro Minute, zum Beispiel zwischen etwa 230 Umdrehungen pro Minute und etwa 250 Umdrehungen pro Minute.
In einer Ausführungsform kann ein Translationsmechanismus 218, wie ein Schrittmotor, mit dem Strahlungsmodul 201 gekoppelt sein. In dieser Ausführungsform kann der Translationsmechanismus 218 so konfiguriert sein, dass er das Strahlungsmodul 201 oder verschiedene Komponenten davon relativ zu der oberen Oberfläche 222 des Substrats 140 bewegt. Zum Beispiel kann der Translationsmechanismus 218 die Strahlungslinie 212 von der Mitte des Substrats 140 in Richtung des Rands des Substrats 140 bewegen. Alternativ kann der Translationsmechanismus 218 die Strahlungslinie 212 vom Rand des Substrats 140 in Richtung der Mitte des Substrats 140 bewegen. In einer Ausführungsform kann der Translationsmechanismus 218 so konfiguriert sein, dass er die Strahlungslinie 212 rastert. In dieser Ausführungsform kann der Rasterzyklus mit mehr als etwa 1 Hz, wie mehr als etwa 1 kHz, durchgeführt werden. Zusätzlich können der Translationsmechanismus 218 und die Statorbaugruppe 118 in elektrischer Verbindung miteinander stehen und Aktionen, die entweder durch den Translationsmechanismus 218 und/oder die Statorbaugruppe 118 durchgeführt werden, können durch die Steuerung 124 gesteuert werden.
3 veranschaulicht eine schematische Ansicht einer RTP-Kammer 300, die mindestens zwei Strahlungsmodule gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen aufweist. Die Kammer 300 kann die Kammer 100 sein, die das Strahlungsmodul 201 und eine Reflektorplatte 302, die zwischen dem Substratträger 104 und dem Strahlungsmodul 201 angeordnet ist, aufweist. Im Allgemeinen ist die Strahlungswärmequelle 106 (nicht gezeigt) so konfiguriert, dass sie das Substrat 140 auf eine Zieltemperatur, wie mehr als etwa 800 °C, zum Beispiel etwa 1000 °C, erwärmt und anschließend ein Flash-Glühen an dem erwärmten Substrat unter Verwendung des Strahlungsmoduls 201 durchführt. In einer Ausführungsform ist das Strahlungsmodul 201 eine Laserquelle.
Es wird angenommen, dass die Wärmeleitfähigkeit des erwärmten Substrats 140 relativ niedrig ist (im Vergleich zu einem Substrat mit Raumtemperatur zum Beispiel). Infolgedessen ist das Eindringen der Flash-Glühstrahlung in die Oberfläche des Substrats 140 flach und verflüchtigt sich schnell durch Abkühlung über das Leitvermögen zum Rest des Substrats. Im Allgemeinen wird eine Verringerung der thermischen Diffusion bei hohen Temperaturen (d. h. etwa 1.000 °C oder höher) realisiert, was die Verwendung von Strahlungsquellen mit geringerer Leistung zur Durchführung von Flash-Glühungen ermöglichen kann.
4A veranschaulicht eine Teilquerschnittsansicht der RTP-Kammer 300 mit dem Strahlungsmodul 201 gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen. Die Kammer 300 weist die Strahlungswärmequelle 106 auf, die mit dem Fenster 114 gekoppelt ist. Das Substrat 140 wird durch den ringförmigen Ring 111 getragen, der an der ringförmigen Verlängerung 115 angeordnet ist. Das Substrat kann in dem Innenvolumen 120 zwischen dem Fenster 114 und der Reflektorplatte 302 positioniert sein. Wenn das Substrat 140 zur Bearbeitung positioniert ist, kann die Reflektorplatte 302 in einem Abstand von zwischen etwa 1 mm und etwa 10 mm vom Substrat 140 angeordnet sein, zum Beispiel zwischen etwa 3 mm und etwa 5 mm. Der Substratträger 104, der im Allgemeinen die ringförmige Verlängerung 115 und den ringförmigen Ring 111 aufweist, ist mit der Statorbaugruppe 118 verbunden und kann so konfiguriert sein, dass er sich um eine Drehachse dreht, im Allgemeinen um den Mittelpunkt oder den Ursprung eines kreisförmigen Substrats.
Die Kammer 300 weist auch den einen oder die mehreren Temperatursensoren 117, wie Pyrometer, auf, die mit einem oder mehreren Lichtübertragungselementen s gekoppelt sind. Die Lichtübertragungselemente 402, wie Lichtleiter oder dergleichen, können optisch mit der Reflektorplatte 302 gekoppelt sein oder sich physisch durch die Reflektorplatte 302 erstrecken. Elektromagnetische Strahlung, die von den Temperatursensoren 117 erfasst wird, kann in eine Temperaturmessung umgewandelt werden, und eine Steuerung 404, die mit der Steuerung 124 in Verbindung stehen kann, kann so konfiguriert sein, dass sie eine Echtzeit-Temperaturrückmeldung bereitstellt. Die Temperaturrückmeldung kann zur Korrektur von Temperaturungleichmäßigkeiten während der thermischen Bearbeitung verwendet werden.
Die Reflektorplatte 302 kann mit der Kammeroberseite 112 oder anderen Kammerkomponenten gekoppelt sein, und die Form und Größe der Reflektorplatte 302 können sich der des Substrats 140 annähern. Zum Beispiel kann die Reflektorplatte 302 eine im Wesentlichen kreisförmige Form mit einem Durchmesser sein, der dem des Substrats 140 ähnlich ist. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass sich die Größe und Form der Reflektorplatte 302 von der des Substrats 140 unterscheiden können, abhängig von bestimmten Variablen der schnellen thermischen Bearbeitung. Die Reflektorplatte kann aus Materialien gebildet sein, die geeignet sind, den bei schnellen thermischen Glühprozessen üblichen Temperaturen standzuhalten. Beispielsweise kann die Reflektorplatte ein Quarzmaterial oder ein anderes ähnliches Material sein. Die Reflektorplatte 302 kann auch ein eingebettetes Filterelement aufweisen oder einen Filter aufweisen, der auf eine Oberfläche der Reflektorplatte 302 beschichtet wurde, um die Temperaturmessung durch die Temperatursensoren 117 zu verbessern.
Die Reflektorplatte 302 kann auch eine darin ausgebildete Öffnung 401 aufweisen. Die Öffnung 401 kann abhängig von der gewünschten Ausführungsform verschiedene Formen aufweisen und es können auch mehrere Öffnungen durch die Reflektorplatte 302 gebildet oder definiert werden. In der veranschaulichten Ausführungsform kann sich die Öffnung 401 von etwa der Mitte 406 der Reflektorplatte 302 radial nach außen erstrecken. Die veranschaulichte Ausführungsform zeigt, dass sich die Öffnung 401 nicht bis zum Umfangsrand der Reflektorplatte 302 erstreckt, sondern dass die Öffnung 401 vollständig von der Reflektorplatte 302 umschlossen und definiert ist.
Das Strahlungsmodul 201 von 4A ist mit der Reflektorplatte 302 in Übereinstimmung mit der Öffnung 401 gekoppelt. In einer anderen Ausführungsform, die in 4B veranschaulicht ist, die eine schematische Teildraufsicht auf das Strahlungsmodul 201 und die Reflektorplatte 302 darstellt, kann sich die Öffnung 401 im Wesentlichen entlang des gesamten Radius der Reflektorplatte 302 von der Mitte 406 zum Rand der Reflektorplatte erstrecken. In dieser Ausführungsform kann der Umfang der Reflektorplatte 302 nicht durchgehend sein, da die Öffnung 401 für einen Sektor repräsentativ sein kann.
5A-5E veranschaulichen schematische Draufsichten auf verschiedene Reflektorplatten gemäß verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen. Im Allgemeinen können die nachstehend beschriebenen Reflektorplatten in einem schnellen thermischen Bearbeitungssystem verwendet werden, das eine Strahlungswärmequelle und eine Laserquelle mit der Fähigkeit zur Substratrotation nutzt. Die Öffnungen in der Reflektorplatte können so konfiguriert sein, dass sie die Verweilzeit und die Leistung der Laserstrahlung, die durch die Öffnungen auf das Substrat trifft, ausgleichen. In bestimmten Ausführungsformen kann eine progressive Öffnungsbreite von der Mitte bis zum Rand verwendet werden, um die Verweilzeit oder Aufenthaltszeit der Strahlung auszugleichen. In Ausführungsformen mit Öffnungen, die sich einem Sektor annähern, kann das Winkelmaß des Sektors zwischen etwa 0,01° und etwa 20° liegen. Im Allgemeinen kann die Leistungsdichte der Laserstrahlung von der Mitte zum Rand konstant, linear ansteigend oder exponentiell ansteigend, oder Kombinationen davon, sein.
5A veranschaulicht die Reflektorplatte 302 mit einem Körper 502, der die Öffnung 401 definiert. In dieser Ausführungsform nähert sich die Öffnung 401 einem Sektor an, wobei der Ursprung des Sektors jedoch von der Mitte 406 der Reflektorplatte 302 versetzt ist. Es wird in Betracht gezogen, dass die Verweilzeit der Laserstrahlung aus dem Strahlungsmodul 201 bei einem sich drehenden Substrat in der Mitte des Substrats unendlich hoch ist. Um mögliche Probleme bei Überhitzung der Mitte des Substrats zu berücksichtigen, kann die Öffnung 401 von der Mitte 406 der Reflektorplatte 302 versetzt sein. Es wird angenommen, dass die Mitte des Substrats über seitliche Wärmediffusion eine ausreichende Belichtung mit Laserstrahlung empfangen kann, vorausgesetzt, die Öffnung erstreckt sich über eine Entfernung, die etwas kleiner ist als der Radius der Reflektorplatte 302, sodass die Mitte des Substrats nicht direkt der Laserstrahlung ausgesetzt ist. Zusätzlich können Leistungsdichten des Lasers entlang des Radius des Substrats durch die Öffnung 401 durch die Laserleistung, die Form der Öffnung und/oder die verwendete Optik moduliert werden, um die Laserstrahlung zu modifizieren, bevor sie das Substrat erreicht, um ein gleichmäßiges Glühprofil von der Substratmitte bis zum Rand zu erzeugen.
5B veranschaulicht die Reflektorplatte 302 mit einem Körper 504, der die Öffnung 401 definiert. In dieser Ausführungsform nähert sich die Öffnung 401 einem Sektor ähnlich der Öffnung 401, die in Bezug auf 5A beschrieben ist, mit dem Mittenversatz, aber die Öffnung 401 erstreckt sich um die Mitte 406 der Reflektorplatte 302 herum, um eine im Wesentlichen kreisförmige Öffnung 506 zu bilden, die an die Öffnung 401 angrenzt. In dieser Ausführungsform kann die Leistungsdichte der Laserstrahlung von der Mitte zum Rand entlang des Substrats so moduliert werden, dass der mittlere Bereich des Substrats, der durch die kreisförmige Öffnung 506 belichtet wird, eine kontinuierliche Belichtung empfängt, aber mit einer geringeren Dichte im Vergleich zu anderen Bereichen entlang des Radius zum Rand der Reflektorplatte 302. In dieser Ausführungsform kann die Leistungsdichte so konturiert sein, dass sie von der Mitte des Substrats zum Umfang des Substrats hin zunimmt
5C veranschaulicht die Reflektorplatte 302 mit einem Körper 508, der die Öffnung 401 definiert. In dieser Ausführungsform ist die Öffnung 401 im Wesentlichen bandartig oder rechteckig geformt. Die Öffnung 401 kann sich von der Mitte der Reflektorplatte 302 bis zu dem Umfang der Reflektorplatte erstrecken. In dieser Ausführungsform kann die Leistungsdichte der Laserstrahlung eine konturierte Leistungsdichte sein, die im Wesentlichen linear von der Mitte eines Substrats zum Rand eines Substrats hin zunimmt. Hier kann die Leistungskonturierung die Unterschiede in der Verweilzeit zwischen Bereichen des Substrats nahe der Mitte und dem Rand berücksichtigen, anstatt die Belichtungsfläche der Öffnung zum Ausgleich der Unterschiede in der Verweilzeit zu verwenden.
5D veranschaulicht die Reflektorplatte 302 mit einem Körper 510, der die Öffnung 401 definiert. Der Körper 510 kann aus einer einzelnen scheibenförmigen Struktur oder aus zwei einzelnen Platten bestehen, die an einem Punkt auf dem durch die beiden Platten definierten Umfang verbunden sind. In einer anderen Ausführungsform kann der Körper 510 aus zwei halbkreisförmigen Platten bestehen, die die Öffnung 401 definieren, die sich entlang des Durchmessers der Reflektorplatte erstrecken kann. In dieser Ausführungsform, liegen unter Annahme einer konstanten Leistungsdichte der Laserstrahlung über den Radius oder Durchmesser des Substrats hinweg die Maxima und Minima der Verweilzeit während der Rotation des Substrats etwa 180° auseinander. Alternativ kann die Leistungsdichte so konturiert sein, dass sie von der Mitte des Substrats zum Rand des Substrats hin zunimmt, da die Mitte des Substrats wahrscheinlich eine konstante Belichtung mit Laserstrahlung erfahren würde.
5E veranschaulicht die Reflektorplatte 302 mit einem Körper 512, der die Öffnung 401 definiert. In dieser Ausführungsform ist die Öffnung 401 eine Doppelöffnung. Eine erste Öffnung, die sich einem Sektor annähert, kann sich von der Mitte der Reflektorplatte 302 erstrecken, und eine zweite Öffnung, die sich einem Sektor annähert, kann sich von der Mitte der Reflektorplatte 302 gegenüber der ersten Öffnung erstrecken. Der Körper 512 kann eine einzelne scheibenförmige Struktur sein. Alternativ können zwei plattenartige Strukturen in der Mitte 406 der Reflektorplatte 302 verbunden sein, deren Abmessungen so konfiguriert sind, dass sie die Öffnungen 401 definieren. Die Leistungsdichte der Laserstrahlung, die sich durch die Öffnung ausbreitet, kann angesichts der progressiven Zunahme der Öffnungen 401 von der Mitte 406 der Reflektorplatte zum Umfang hin im Wesentlichen von der Mitte zum Rand konstant sein.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen würde ein Bereich eines Substrats während einer vollen Umdrehung des Substrats zwei Belichtungen mit Laserstrahlung empfangen. Somit können mehrere Flash-Glühungen pro Umdrehung des Substrats erreicht werden. Es wird auch in Betracht gezogen, dass drei Öffnungen, vier Öffnungen oder fünf oder mehr Öffnungen verwendet werden können, um die Frequenz der Strahlungsbelichtung während einer einzelnen Umdrehung des Substrats zu erhöhen. Es wird angenommen, dass das Erhöhen der Frequenz von Flash-Glühungen während eines schnellen thermischen Prozesses mit Flash-on-Spike für die Gleichmäßigkeit vorteilhaft sein kann, ohne dass es zu einer Verformung des Substrats kommt, da die thermische Diffusion gering ist und die Strahlung bei solchen Prozessen nur flach eindringt und schnell abgeleitet wird.
6A veranschaulicht eine schematische Querschnittsansicht eines Chargen-Substratträgers 600 gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen. Der Chargen-Substratträger 600 kann den ringförmigen Ring 111 aufwiesen, der dazu ausgelegt ist, zwei oder mehr Substrate 140 während eines schnellen thermischen Rotationsprozesses zu tragen. Der Chargen-Substratträger 600 kann in den hierin beschriebenen Kammern 100, 300 verwendet werden, um mehrere Substrate 140 gleichzeitig thermisch zu bearbeiten. Die Substrate 140 können 200-mm-Substrat, 300-mm-Substrate oder kleinere Substrate, wie 4-Zoll-Substrate, sein.
6B veranschaulicht eine schematische Draufsicht auf den Chargen-Substratträger 600 von 6A gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen. Wie veranschaulicht, ist der ringförmige Ring 111 so konfiguriert, dass er eine Vielzahl von Substraten 140 trägt. Die Substrate können in einer Bearbeitungskammer, wie der Kammer 300, einer Laserstrahlung ausgesetzt sein, und die Reflektorplatte 302 kann mit einer oder mehreren Öffnungen 401 konfiguriert sein, um die Gleichmäßigkeit der Strahlungsbelichtung während der Flash-Glühprozesse zu verbessern.
Zusammenfassend beziehen sich hierin beschriebene Ausführungsformen auf eine Vorrichtung für Flash-on-Spike-Glühprozesse. Die Variablen Laserstrahlungsleistung und Verweilzeit können durch Reflektorplatten mit verschiedenen Öffnungsdesigns moduliert werden, die so konfiguriert sind, dass sie die Unterschiede in der Verweilzeit zwischen Mitte- und Randbelichtung ausgleichen, die zu ungleichmäßigen Erwärmungsprofilen während des Glühens führen können. Darüber hinaus kann die Verwendung einer Kombination von Strahlungserwärmung und Lasererwärmung mit einer Reflektorplatte, die eine oder mehrere Öffnungen aufweist, zu verbesserten Flash-Glühprozessen mit verbesserten Wärmeableitungszeiten und höheren Temperaturen führen. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen können auch bei Substratbearbeitungsvorgängen verwendet werden, bei denen eine Temperaturdifferenz zwischen zwei oder mehr Bearbeitungsvorgängen vorliegt. Zum Beispiel können Abscheidungsprozesse, Abscheidungs- und Behandlungsprozesse (d.h. Dotierungsprozesse) sowie Abscheidungs- und Rückätzprozesse von Nutzen sein, um die Temperatur des Substrats bei jedem Vorgang des Prozesses gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen zu modulieren. Somit werden hierin beschriebene Ausführungsformen in Betracht gezogen, um bei Flash-on-Spike-Glühprozessen und anderen Substratbearbeitungsvorgängen, die über Glühanwendungen hinausgehen, Nutzen bereitzustellen.
Obwohl das Vorstehende auf Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gerichtet ist, können andere und weitere Ausführungsformen der Offenbarung entwickelt werden, ohne vom grundlegenden Schutzumfang davon abzuweichen, und der Schutzumfang davon wird durch die folgenden Ansprüche bestimmt.

Claims

Vorrichtung zum Bearbeiten eines Substrats (140), umfassend: eine Kammer (300), die ein Innenvolumen (120) definiert; eine Strahlungswärmequelle (106), die innerhalb des Innenvolumens (120) angeordnet ist; einen Träger (104), der innerhalb des Innenvolumens (120) angrenzend an die Strahlungswärmequelle (106) angeordnet ist; eine Reflektorplatte (302), die gegenüber der Strahlungswärmequelle (106) angeordnet ist; und eine Laserquelle (202), die über dem Substratträger (104) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Fenster (114), das zwischen der Strahlungswärmequelle (106) und der Laserquelle (202) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei sich Strahlung (204), die von der Laserquelle (202) emittiert wird, einem Radius eines Substrats (140) annähert, das in der Kammer (100) bearbeitet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei sich Strahlung (204), die von der Laserquelle (202) emittiert wird, einem Sektor eines Substrats (140) annähert.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Laserquelle (202) mit einem Translationsmechanismus (218) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Träger (104) drehbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Reflektorplatte (302) eine oder mehrere Öffnungen (401) aufweist, die darin ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Reflektorplatte (302) im Wesentlichen kreisförmig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei sich die eine oder die mehreren Öffnungen (401) einem Sektor der Reflektorplatte (302) annähern.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein Winkelmaß des Sektors zwischen 0,01° und 20° liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Laserquelle (202) angrenzend an die eine oder die mehreren Öffnungen (401) positioniert ist, sodass sich ein von der Laserquelle (202) emittierter Strahl durch die eine oder die mehreren Öffnungen (401) ausbreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei sich der Laserstrahl, der von der Laserquelle (202) emittiert wird, einem Radius der Reflektorplatte (301) annähert.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die eine oder die mehreren Öffnungen (401) eine Breite aufweisen, die von einer Mitte der Reflektorplatte (302) zu einem Rand der Reflektorplatte (302) zunimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Reflektorplatte (302) aus einem Material gebildet ist, das für eine Wellenlänge der Strahlung (204), die von der Laserquelle (202) emittiert wird, undurchlässig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Laserquelle (202) eine oder mehrere von einer Dauerstrichlaserquelle, einer gepulsten Laserquelle, einer Faserlaserquelle und Kombinationen davon umfasst.