TW201316414A - 用於旋轉基板之非徑向溫度控制系統 - Google Patents

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Abstract

本發明之實施例提供了降低熱處理期間不均勻性的設備與方法。一實施例提供了一種處理基板的設備，包括一腔室主體，其限定一處理容積；一基板支撐件，其置於該處理容積中，其中該基板支撐件係配置以旋轉該基板；一感測組件，其係配置以測量該基板在複數個位置處的溫度；以及一或多個脈衝加熱元件，其係配置以對該處理容積提供脈衝式能量。

Description

用於旋轉基板之非徑向溫度控制系統
本發明之實施例一般是關於處理半導體基板的設備與方法。特別是，本發明之實施例是與快速熱處理腔室中之基板處理有關。
快速熱處理(RTP)是半導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域的支撐裝置予以支撐，並在受一或多個熱源加熱時由其加以旋轉。在RTP期間，一般是使用熱輻射將一受控制環境中的基板快速加熱至一最大溫度(高達約1350℃)，根據處理所需而使此一最大溫度保持一段特定時間(從一秒以下至數分鐘)；接著將基板冷卻至室溫以進行其他處理。一般會使用高強度鎢鹵素燈作為熱輻射源，也可由傳導耦接至基板的加熱台來提供額外熱能給基板。
半導體製程中有多種RTP之應用，這些應用包括熱氧化、高溫沈浸退火、低溫沈浸退火、以及尖峰退火。 在熱氧化中，基板係於氧、臭氧、或氧與氫之組合中進行加熱，其使矽基板氧化而形成氧化矽；在高溫沈浸退火中，基板係暴露至不同的氣體混合物(例如氮、氨、或氧)；低溫沈浸退火一般是用來退火沉積有金屬的基板；尖峰退火是用於當基板需要在非常短時間中暴露於高溫時，在尖峰退火期間，基板會被快速加熱至足以活化摻質之一最大溫度，並快速冷卻，在摻質實質擴散之前結束活化程序。
RTP通常需要整個基板上實質均勻的溫度輪廓。在先前技術中，溫度均勻性可藉由控制熱源(例如雷射、燈泡陣列)而提升，其中熱源係經配置以於前側加熱基板，而在背側之一反射表面則將熱反射回基板。也已使用發射率測量與補償方法來改善整個基板上的溫度梯度。
由於半導體工業的發展，對於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2mm處開始具有實質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℃至1.5℃的條件來加熱基板至介於約200℃至約1350℃。習知RTP系統的情形是結合了可徑向控制區以改善沿著處理基板的半徑之均勻性；然而，不均勻性會因各種理由而以各種態樣產生，不均勻性比較像是非徑向之不均勻性，其中在相同半徑上不同位置處的溫度會有所變化。非徑向之不均勻性無法藉由根據其半徑位置調整加熱源而解決。
第1A-1D圖示意說明了示例非徑向之不均勻性。在RTP系統中，通常使用一邊緣環在周圍附近支撐基板。 邊緣環與基板重疊而在靠近基板邊緣處產生複雜的加熱情形。一方面，基板在靠近邊緣處會具有不同的熱性質，這大部分是指經圖案化之基板、或絕緣層上覆矽(SOI)基板。在另一方面，基板與邊緣環在邊緣附近重疊，因此難以藉由單獨測量與調整基板的溫度而在靠近邊緣處達到均勻的溫度輪廓；根據邊緣環的熱性質相對於基板的熱與光性質，基板的溫度輪廓一般在邊緣為高或在邊緣為低。
第1A圖示意說明了在RTP腔室中處理之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之溫度，水平軸代表離基板邊緣的距離。輪廓1是一邊緣為高之輪廓，其中基板的邊緣具有最高的溫度測量值；輪廓1是一邊緣為低之輪廓，其中基板的邊緣具有最低的溫度測量值。要去除習知RTP系統狀態中的基板邊緣附近之溫度差異是很困難的。
第1A圖是置於支撐環101上之基板102的上視示意圖。支撐環101沿一中心(一般與整個系統的中心一致)旋轉，基板102的中心需與支撐環101的中心對齊，然而，基板102可能會基於各種理由而未與支撐環101對齊。當熱處理之需求增加時，基板102與支撐環101之間微小的不對齊都會產生如第1B圖所示之不均勻性。在尖峰處理中，1mm的移位會產生約30℃的溫度變化。習知熱處理系統的狀態是具有約0.18mm之基板放置精確度，因此其因對齊限制所導致之溫度變化約為5℃。
第1B圖係該基板102於熱處理期間的示意溫度 圖，其中基板102未與支撐環101對齊。基板102通常沿著邊緣區105具有高溫區103與低溫區104兩者。
第1C圖是基板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之一溫度梯度。第1C圖所示之溫度梯度會因各種理由而產生，例如離子佈植、腔室不對稱性、固有基板特性以及製程組的變化性。
第1D圖是一經圖案化之基板108的示意溫度圖，該基板108具有由與基板108不同的材料所形成之表面結構109。線111是基板108在整個直徑上的溫度輪廓。溫度會產生變化是因為表面結構109的特性與基板108不同。由於熱處理中的大部分基板都具有形成於其上之結構，因此由局部圖案所產生的溫度變化是常見的現象。
故，需要一種用於RTP中以減少非徑向之溫度不均勻性的設備與方法。
本發明之實施例提供了一種在熱處理期間減少不均勻性的設備與方法。特別是，本發明之實施例提供了用於減少熱處理期間非徑向之不均勻性的設備與方法。
本發明之一實施例提供了一種用於處理一基板的設備，其包括：一腔室主體，其限定一處理容積；一基板支撐件，其置於該處理容積中，其中該基板支撐件係配置以旋轉該基板；一感測組件，其係配置以測量該基板在複數個位置處的溫度；以及一或多個脈衝加熱元件，其係配 置以對該處理容積提供脈衝式能量。
本發明之另一實施例提供了一種用於處理一基板的方法，包括：放置一基板在一基板支撐件上，該基板支撐件係置於一處理腔室的一處理容積中；旋轉該基板；以及藉由將輻射能量導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衝式能量，其頻率是由該基板的轉速決定。
本發明之又一實施例提供了一種熱處理腔室，包括：一腔室主體，其具有一由數個腔室壁、一石英窗與一反射板限定之處理容積，其中該石英窗與該反射板係置於該處理容積的相對側上；一基板支撐件，其置於該處理容積中，其中該基板支撐件係配置以支持及旋轉一基板；一加熱源，其置於該石英窗外部，並配置以將能量經由該石英窗導向該處理容積，其中該加熱源包括複數個加熱元件，且該等加熱元件中的至少一部分是經配置以對該處理容積提供脈衝式能量之脈衝加熱元件；一感測組件，其通過該反射板設置，並經配置以測量該處理容積中沿著不同半徑位置處之溫度；以及一系統控制器，其係配置以調整來自該加熱源之脈衝式能量的頻率、相位與振幅中至少其一。
101‧‧‧支撐環
102‧‧‧基板
103‧‧‧高溫區
104‧‧‧低溫區
105‧‧‧邊緣區
107‧‧‧基板
108‧‧‧基板
109‧‧‧表面結構
111‧‧‧線
10‧‧‧快速熱處理系統
11‧‧‧出口
12‧‧‧基板
14‧‧‧處理容積
15‧‧‧反射腔
16‧‧‧加熱燈泡組件
18‧‧‧石英窗
20‧‧‧邊緣環
21‧‧‧磁性轉子
22‧‧‧反射板
23‧‧‧磁性定子
24‧‧‧熱探針
25‧‧‧孔洞
27‧‧‧圓形通道
28‧‧‧反射表面
30‧‧‧狹縫閥
32‧‧‧孔洞
35‧‧‧腔室主體
37‧‧‧加熱元件陣列
39‧‧‧管狀升降器
40‧‧‧冷卻通道
41‧‧‧入口
42‧‧‧出口
43‧‧‧反射主體
44‧‧‧進氣口
45‧‧‧氣體來源
46‧‧‧清除氣體來源
48‧‧‧進氣口
51‧‧‧輔助加熱源
52‧‧‧控制器
53‧‧‧脈衝群組
54‧‧‧功率源
55‧‧‧功率源
56‧‧‧功率源
57‧‧‧區域群組
61‧‧‧邊緣環加熱裝置
62‧‧‧加熱源
63‧‧‧邊緣環熱探針
65‧‧‧氣體噴嘴
66‧‧‧氣體來源
67‧‧‧輔助加熱源
68‧‧‧閥
200‧‧‧方法
303‧‧‧雷射加熱源
302a‧‧‧曲線
302b-302d‧‧‧功率源
304a-304d‧‧‧基板
305a-305d‧‧‧位置
307a-307d‧‧‧位置
321-325‧‧‧曲線
321‧‧‧曲線
401‧‧‧測試基板
402‧‧‧區塊
403‧‧‧區塊
404‧‧‧線
405‧‧‧線
407‧‧‧曲線
參照描述了本發明部分實施例之如附圖式即可進一步詳細瞭解本發明之上述特徵與詳細內容。然而，應注 意如附圖式僅說明了本發明之一般實施例，本發明仍涵蓋其他等效實施例，因而如附圖式不應視為限制其範疇之用。
第1A圖是於熱處理期間置於支撐環上之基板的上視示意圖。
第1B圖是一熱處理期間之基板示意溫度圖，該溫度圖顯示因未對齊而產生的非徑向之不均勻性。
第1C圖是一熱處理期間之基板示意溫度圖，該溫度圖顯示整個基板的溫度梯度。
第1D圖是一經圖案化之基板的示意截面側視圖以及整個直徑上的溫度輪廓，其顯示了因圖案所產生的變化。
第2圖為根據本發明一實施例之熱處理腔室的示意截面側視圖。
第3圖為一基板的示意上視圖，其根據本發明實施例而描述了一種取得溫度圖的方法。
第4圖為根據本發明一實施例之加熱源的示意圖，該加熱源具有脈衝區與脈衝加熱組件。
第5圖為一示意流程圖，其說明根據本發明實施例之基板處理方法。
第6A圖是一示意圖表，其說明在一相位之脈衝式雷射加熱源的作用。
第6B圖是一示意圖表，其說明在一相位之脈衝式雷射加熱源的作用。
第6C圖是一示意圖表，其說明在一相位之脈衝式 雷射加熱源的作用。
第6D圖是一示意圖表，其說明在一相位之脈衝式雷射加熱源的作用。
第6E-6F圖示意說明了藉由雷射加熱源的相位與振幅調整來改善均勻性。
第7A圖為具有三個脈衝區的燈泡組件之示意上視圖。
第7B圖示意說明了在相應於基板中間區附近的脈衝燈泡區的作用。
第7C圖示意說明了在相應於基板邊緣區附近的脈衝燈泡區的作用。
第7D圖示意說明了在相應於基板邊緣區外部附近的脈衝燈泡區的作用。
第7E圖是一示意圖表，其說明了調整相應於基板邊緣區外部附近的脈衝區中燈泡的相位與振幅之熱處理。
第8圖為根據本發明一實施例之熱處理腔室的示意截面側視圖。
第9圖為根據本發明一實施例之熱處理腔室的示意截面側視圖。
第10A圖為具有方格板圖案之測試基板的示意上視圖。
第10B圖為一示意圖表，其說明了對第10A圖之基板所執行的熱處理。
第10C圖為一示意圖表，其說明了在加熱基板的 經圖案化側之熱處理期間，測試基板整個直徑上的溫度輪廓。
第10D圖為一示意圖表，其說明了在加熱基板的非圖案化側之熱處理期間，測試基板整個直徑上的溫度輪廓。
為幫助瞭解，圖式中盡可能使用一致的元件符號來代表相同的元件。應知一實施例中的元件也可用於其他實施例，不需特別加以說明。
本發明之實施例提供了減少熱處理期間不均勻性的設備與方法。特別是，本發明之實施例提供了減少熱處理期間非徑向之不均勻性的設備與方法。
本發明之一實施例提供了一種具有一或多個脈衝加熱元件的熱處理腔室。本發明之一實施例提供了一種藉由調整該一或多個脈衝加熱元件的功率源頻率、相位與振幅中至少其一以減少不均勻性的方法。在一實施例中，調整功率源的相位及/或振幅是以由基板旋轉頻率所決定之頻率加以執行。在一實施例中，功率源的頻率與基板的旋轉頻率相同。在一實施例中，功率源的相位是由得自複數個感測器之溫度圖所決定。
在一實施例中，熱處理腔室包括複數個加熱元件，其分組成一或多個方位角控制區。在一實施例中，各方位角控制區包括一或多個加熱元件，其可藉由調整功率 源的相位及/或振幅而加以控制。
在另一實施例中，除主加熱源外，熱處理腔室還包括一或多個輔助加熱元件。在一實施例中，該一或多個輔助加熱元件可藉由調整其功率源的相位及/或振幅而加以控制。
本發明之另一實施例提供了一種熱處理腔室，其包括一加熱源，該加熱源係經配置以加熱一處理基板之一背側。在熱處理期間從背側加熱基板可減少因基板圖案而引起的不均勻性。
第2圖示意說明了根據本發明一實施例之快速熱處理系統10的截面圖。快速熱處理系統10包括一腔室主體35，其限定了一處理容積14，處理容積14係建構用於對其中之一碟形基板12進行退火。腔室主體35是由不銹鋼製成且襯以石英。處理容積14係配置以受一加熱燈泡組件16輻射加熱，該加熱燈泡組件16係置於該快速熱處理系統10的石英窗18上。在一實施例中，石英窗18為水冷式。
在腔室主體35的一側形成有一狹縫閥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係透過一出口11而流體連接至處理容積14，以抽送出處理容積14外。
圓形通道27係形成於靠近腔室主體35底部處，在圓形通道27中置有一磁性轉子21。管狀升降器39停置 在磁性轉子21上或與其耦接。基板12受該管狀升降器39上之一邊緣環20支撐於周圍邊緣。磁性定子23係位於磁性轉子21外部，並通過腔室主體35磁性耦接，以誘發磁性轉子21之旋轉，因而帶動邊緣環20與支撐於其上之基板12旋轉。磁性定子23也可配置以調整磁性轉子21的升降，因而舉升處理基板12。
腔室主體35包括靠近基板12背側之一反射板22，反射板22具有一光學反射表面28，其面向基板12的背側以提升基板12的發射率。在一實施例中，反射板22為水冷式。反射表面28與基板12的背側限定了一反射腔15。在一實施例中，反射板22的直徑略大於受處理基板12的直徑。舉例而言，當快速熱處理系統10係配置以處理12吋之基板時，反射板22的直徑為約13吋。
清除氣體係透過與清除氣體來源46連接之清除進氣口48而提供至反射板22。注入反射板22之清除氣體有助於反射板22的冷卻，特別是在靠近未將熱反射回基板12的孔洞25處。
在一實施例中，外環19係耦接於腔室主體35與邊緣環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具有不同的環境。
加熱燈泡組件16包括一加熱元件陣列37。加熱元件陣列37可為UV燈、鹵素燈、雷射二極體、電阻式加熱器、微波驅動加熱器、發光二極體(LEDs)、或任何其他適當的單獨或組合加熱元件。加熱元件陣列37係置於反 射主體43中所形成之垂直孔洞中。在一實施例中，加熱元件37係排列為六邊形。在反射主體43中形成有一冷卻通道40，冷卻劑(例如水)會從一入口41進入反射主體43，毗鄰通過垂直孔洞處而冷卻加熱元件陣列47，然後從出口42離開反射主體43。
加熱元件陣列37係連接至一控制器52，其可調整加熱元件陣列37的加熱作用。在一實施例中，加熱元件陣列37分為複數個群組以藉由多個同心圓區來加熱基板12。每一個加熱群組都可獨立控制以於基板12的整個半徑上提供所需溫度輪廓。
在一實施例中，加熱燈泡組件16包括一或多個區域群組57與一或多個脈衝群組53。各區域群組57係連接至功率源55，且可獨立加以控制。在一實施例中，提供至各區域群組57之功率源的振幅可被獨立控制以調整導至對應區域的輻射能量。各脈衝群組53包括一或多個加熱元件37，且其連接至可藉由相位及/或振幅而加以控制的功率源54。功率源54的相位可經調整以控制導向徑向區之一區段的輻射能量。
第4圖是一示意圖，其說明將第2圖之加熱燈泡組件16分組的一實施例。加熱燈泡組件16的加熱元件分組成彼此同心的複數個區域群組57。各區域群組57包括複數個加熱元件。在加熱燈泡組件16中也形成有一或多個脈衝群組53。
各脈衝群組53包括一或多個加熱元件。在一實施 例中，脈衝群組53係相應於不同半徑位置而形成。在第4圖的實施例中，各脈衝群組53具有相同半徑涵蓋範圍的一對應區域群組57。
在一實施例中，脈衝群組53中的加熱元件可在不同於對應區域群組57中加熱元件的相位而驅動，因而能夠在處理基板旋轉時，調整導向半徑涵蓋範圍不同位置處之輻射能量。
在另一實施例中，區域群組57中的加熱元件對一旋轉基板的整個半徑區域提供了固定的能量等級，而脈衝區域53中的加熱元件的能量等級是脈衝式、且隨旋轉基板的半徑區域中的區域而改變。藉由調整脈衝群組53的能量等級脈衝之相位與振幅，即可調整旋轉基板的半徑區域內的不均勻性。
脈衝群組53可沿著相同的半徑而形成，並對齊以形成一圓形區段，如第4圖所示。脈衝群組53也可散開於不同的方位角，以更有彈性地加以控制。
再次參閱第2圖，功率源55與功率源54係連接至控制器52，其可原位(in-situ)取得一基板溫度圖，並根據所得溫度圖來調整功率源55、56。
快速熱處理系統10更包括複數個熱探針24，其係配置以測量基板12不同半徑位置處的熱性質。在一實施例中，所述複數個熱探針24為複數個高溫計，其光學地耦接於並置於形成於反射板22中的複數個孔洞25內，以偵測基板12不同半徑部分的溫度或其他熱性質。所述複數個 孔洞25係沿著一半徑而放置(如第2圖所示)，或位於不同半徑處(如第4圖所示)。
在以特定頻率取樣時，所述複數個熱探針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旋轉的不同時間對基板12的不同位置進行測量。在一實施例中，此特定頻率高於基板旋轉的頻率數倍，因此當基板12轉完一整圈時，各探針24可對一圈上均勻分佈的位置進行測量。
第3圖是根據本發明一實施例之一基板的上視示意圖，其繪示取得溫度圖的方法。第5圖是基板12的一示例圖，其顯示當基板以4Hz旋轉而以100Hz進行資料取樣時，基板上獲得溫度資料處的位置。
再次參照第2圖，熱處理系統10包括一或多個輔助加熱源51，其係配置以於處理期間加熱基板12。與脈衝群組53類似的是，輔助加熱源51係連接至功率源56，其可調整相位及/或振幅而加以控制。輔助加熱源51係配置以藉由沿一對應圓形區域，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。
在一實施例中，輔助加熱源51係置於加熱燈泡組件16的一相對側上。各輔助加熱源51與脈衝群組53可獨立或結合使用。
在一實施例中，該輔助加熱源51係一輻射源，其於探針24的帶寬中不產生輻射。在另一實施例中，孔洞25係自輔助加熱源遮蔽，因此探針24並不受來自輔助加 熱源51的輻射影響。在一實施例中，輔助加熱源51為雷射(例如二極體雷射、紅寶石雷射、CO2雷射或其他)二極體、或線發光體(line emitter)。在一實施例中，輔助加熱源51可設置在處理腔室外部，且來自輔助加熱源51的能量係經由光纖、導光管、鏡體、或全內反射稜鏡而導向該處理容積。
第5圖係繪示根據本發明一實施例，用於處理基板之方法200的示意流程圖。方法200係配置以減少不均勻性，包括徑向之不均勻性與非徑向之不均勻性。在一實施例中，方法200係使用根據本發明一實施例之熱處理系統執行。
在方塊210中，欲處理之基板係置於一熱處理腔室中，例如第2圖所示之熱處理系統10。在一實施例中，可藉由在邊緣環上的機械裝置來放置基板。
在方塊220中，基板是在熱處理腔室內旋轉。
在方塊230中，基板是由一加熱源進行加熱，該加熱源具有一或多個脈衝組件，其可由相位或振幅其中之一加以調整。示例脈衝組件為第2圖之輔助加熱源51與脈衝群組53。
在方塊240中，基板的溫度可利用複數個感測器加以測量，例如熱處理系統10的探針24。當基板旋轉時，可藉由使用一特定取樣速率來測量複數個位置。
在方塊250中，可從方塊240的測量產生基板溫度圖。在一實施例中，溫度圖是由控制器中的軟體所產生， 例如第2圖中的控制器52。
在方塊260中，可由方塊250中所得之溫度圖來決定溫度不均勻性的特性。這些特性為整體變化、與加熱區相應之區域間的變化、一加熱區內的變化(例如具有高與低溫度的角度)等。
在步驟270中，可調整一或多個脈衝組件的相位及/或振幅以減少溫度變化。詳細的調整係說明於下述第6A-6E圖與第7A-7E圖。
方塊230、240、250、260與270可重複執行，直到完成處理為止。
第6A圖係顯示脈衝式雷射加熱源303之作用的示意圖表，脈衝式雷射加熱源303係經配置以將輻射能量導向基板304a的邊緣區域。基板304a由一主加熱源(例如第2圖所示之加熱燈泡組件16)以及脈衝式雷射加熱源303加熱。加熱源303與第2圖之輔助加熱源51相似。線301說明了基板304a相對於加熱源303的旋轉角，曲線302a說明了供應至加熱源303的功率。
供應至加熱源303的功率具有相同於基板304a旋轉頻率的頻率，因此，當基板旋轉時，最高的功率等級會重複導向一位置307a，該位置307a與加熱源303開始旋轉前呈90度。相同的，最低的功率等級會重複導向一位置305a，該位置305a與加熱源303呈270度。
因此，供應至加熱源303的功率係經調整使得當低溫位置通過加熱源303時達到其峰值，以對該低溫位置 提供額外加熱。
雖然本文中說明了供應至加熱源303的功率為正弦脈衝，但也可使用任何適當的脈衝。
此外，供應至加熱源303之功率的頻率也可與旋轉頻率不同。舉例而言，功率頻率可為旋轉頻率的分數比，例如一半、三分之一、或四分之一，以實現所需用途。
第6B圖是顯示脈衝式雷射加熱源303之作用的示意圖表，脈衝式雷射加熱源303係經配置以在加熱源啟動於功率302b時將輻射能量導向基板304b。最高功率等級係重複導向一位置307b，該位置307b與加熱源303開始旋轉前呈180度。類似的，最低功率等級係重複導向一位置305b，該位置305b與加熱源303呈0度。
第6C圖是顯示脈衝式雷射加熱源303之作用的示意圖，脈衝式雷射加熱源303係經配置以在加熱源啟動於功率302c時將輻射能量導向基板304c。最高功率等級係重複導向一位置307c，該位置307c與加熱源303開始旋轉前呈270度。類似的，最低功率等級係重複導向一位置305c，該位置305c與加熱源303呈90度。
第6D圖是顯示脈衝式雷射加熱源303之作用的示意圖，脈衝式雷射加熱源303係經配置以在加熱源啟動於功率302d時將輻射能量導向基板304d。最高功率等級係重複導向一位置307d，該位置307d與加熱源303開始旋轉前呈0度。類似的，最低功率等級係重複導向一位置305d，該位置305d與加熱源303呈180度。
第6E-6F圖示意說明了藉由調整雷射加熱源的相位與振幅之均勻性的改善。如第6E圖所示，在未調整雷射加熱源的相位與振幅時，沿著處理基板邊緣處會有非徑向之不均勻性。第6F圖示意說明了經相位與振幅調整之處理基板的溫度圖，其非徑向之不均勻性係藉由調整雷射加熱源的相位而實質降低。
第7A圖是一加熱燈泡組件16a的示意上視圖，其具有三個脈衝區51a、51b、51c。脈衝區51a包括複數個加熱元件37a，其置於一個相應於基板邊緣外部區域的區域上。各脈衝區51a、51b、51c中的加熱元件係藉由調整對應功率源的相位與振幅，獨立於加熱燈泡組件16a中的其他加熱元件而控制。脈衝區51b包括複數個加熱元件37a，其置於一個相應於靠近基板邊緣之區域的區域上。脈衝區51c包括複數個加熱元件，其置於一個相應於靠近基板中間之區域的區域上。燈泡組件16a係用於第2圖之熱處理系統10中。
第7B圖示意說明了脈衝區51c的作用。如第7B圖所示，調整脈衝區51c的相位可改變基板的中間區域內的溫度變化。
第7C圖示意說明了脈衝區51b的作用。如第7C圖所示，調整脈衝區51b的相位可改變基板的邊緣區域內的溫度變化。
第7D圖示意說明了脈衝區51a的作用。如第7D圖所示，調整脈衝區51a的相位可改變基板的斜邊邊緣區 域內的溫度變化。
第7E圖為顯示調整第7A圖脈衝區51a之相位與振幅的熱處理示意圖。在處理期間，基板是以4Hz之頻率加以旋轉。使用對應於基板中央至邊緣的七個高溫計，以100Hz之取樣頻率測量溫度。此熱處理像是尖峰退火，其具有高昇溫與降溫率。
曲線321反應了基板的旋轉週期。曲線322反應了供應至脈衝區51a的功率之相位與振幅。曲線323反應了供應至非位在脈衝區51a中之加熱元件37a的功率。曲線325指示了不同感測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的溫度。
脈衝功率的振幅與主功率同步，這種配置使主加熱裝置與脈衝區使用相同的功率供應。
第8圖是根據本發明一實施例之熱處理系統10b的示意截面側視圖。
熱處理系統10b與熱處理系統10相似，除了加熱燈泡組件16是位於腔室主體35的底側上，而反射板27是位於腔室頂部之上。
熱處理系統10b的配置使基板可由加熱燈泡組件16自背側加熱。基板12需要面向上方以將經圖案化之一側暴露於傳送至處理容積14的處理氣體。背側加熱使用熱處理系統10b降低因元件側上的圖案而產生的溫度變化。第10A-10D圖說明了背側加熱的優點。
第10A圖係具有方格板圖案之測試基板401的示 意上視圖。區塊402覆以1700埃之氧化矽。區塊403覆以570埃之多晶矽。
第10B圖是顯示對第10A圖之測試基板所執行的熱處理的示意圖。線404說明了加熱元件的平均溫度。線405說明了基板的平均溫度。在熱處理期間氧是流動的，因此氧化矽係形成於基板的背側。基板背側產生之氧化矽的厚度反應了基板的溫度。
第10C圖為曲線406的示意圖，其說明了當測試基板從經圖案化之一側加熱時，測試基板背側的氧化矽厚度。氧化矽厚度的變化反應了基板溫度的變化。溫度的變化則強烈受到圖案的影響。
第10D圖為曲線407的示意圖，其說明了藉由加熱基板的非圖案化一側(例如使用類似於第8圖之熱處理系統10b的熱處理系統)之熱處理期間，測試基板整個直徑上的氧化矽厚度。
根據本發明之溫度控制方法也可延伸至控制邊緣環的溫度，該邊緣環係配置以於處理期間支撐基板。
第9圖是根據本發明一實施例之熱處理腔室10c的示意截面側視圖。該熱處理腔室10c與熱處理腔室10b相似，除了熱處理腔室10c更包括邊緣環20之感測器、加熱與冷卻裝置之外。
邊緣環20係設計以根據欲處理之基板12的熱性質而具有如熱質量、發射率與吸收率等熱性質，以改善基板溫度輪廓。邊緣環20的熱性質可藉由選擇不同材料、不 同厚度與不同塗層而調整。
在一實施例中，主要係配置用以加熱邊緣環20的邊緣環加熱裝置61，係置於加熱燈泡組件16的加熱元件陣列37外部。邊緣環加熱裝置61係連接至控制器52，其調整邊緣環加熱裝置61的加熱功率62。邊緣環加熱裝置61可獨立於加熱元件陣列37而控制，因此邊緣環20的溫度係獨立於基板12的溫度而控制。
熱處理系統10c更包括一邊緣環熱探針63，其耦接至且置於靠近邊緣環20處反射板22上的一孔洞32中。邊緣環熱探針63係一高溫計，其配置以測量邊緣環20的溫度或其他熱性質。邊緣環熱探針63係與控制器52連接，控制器52連接至邊緣環加熱裝置61。
熱處理系統10c更包括一輔助加熱源67，其係配置以調整邊緣環20的非徑向之溫度變化。
氣體噴嘴65係至於靠近邊緣環20處以冷卻邊緣環20。在一實施例中，氣體噴嘴65共用相同的清除氣體來源66。氣體噴嘴65係導向邊緣環20並放出冷卻氣體(例如氦氣)以冷卻邊緣環20。氣體噴嘴65係透過閥68而連接至氣體來源66，閥68係由控制器52控制。因此，控制器52包括邊緣環20的封閉迴路之溫度控制中氣體噴嘴66的冷卻作用。
自感測器63之測量可以類似於使用探針24產生基板12之溫度圖的方式，而產生邊緣環20的溫度圖。可使用例如方法200的方法來調整邊緣環加熱裝置61及/或 輔助加熱源67的相位及/或振幅，以減少邊緣環20中的不均勻性。此外，自氣體噴嘴65的流率係根據邊緣環20的旋轉角度而調整，以提供可調整的冷卻。
雖然本文中說明了半導體基板的處理，本發明之實施例也可用於任何適當情形以控制受熱處理之物件的溫度。本發明之實施例也可用於控制冷卻設備中的冷卻處理。
前述雖與本發明之實施例有關，也可在不背離其基本範疇下導衍出本發明之其他實施例，所述基本範疇係由下述申請專利範圍限定。
10‧‧‧快速熱處理系統
11‧‧‧出口
12‧‧‧基板
14‧‧‧處理容積
15‧‧‧反射腔
16‧‧‧加熱燈泡組件
18‧‧‧石英窗
20‧‧‧邊緣環
21‧‧‧磁性轉子
22‧‧‧反射板
23‧‧‧磁性定子
24‧‧‧熱探針
25‧‧‧孔洞
27‧‧‧圓形通道
28‧‧‧反射表面
30‧‧‧狹縫閥
32‧‧‧孔洞
35‧‧‧腔室主體
37‧‧‧加熱元件陣列
39‧‧‧管狀升降器
40‧‧‧冷卻通道
41‧‧‧入口
42‧‧‧出口
43‧‧‧反射主體
44‧‧‧進氣口
45‧‧‧氣體來源
46‧‧‧清除氣體來源
48‧‧‧進氣口
51‧‧‧輔助加熱源
52‧‧‧控制器
53‧‧‧脈衝群組
54‧‧‧功率源
55‧‧‧功率源
56‧‧‧功率源
57‧‧‧區域群組

Claims (14)

  1. 一種用於處理一基板之方法，包括：放置一基板在一基板支撐件上，該基板支撐件係置於一處理腔室的一處理容積中；旋轉該基板；以及藉由將輻射能量導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衝式能量，該脈衝式能量之頻率是由該基板的轉速決定。
  2. 如請求項1所述之方法，其中加熱該基板包括：從一主加熱源將非脈衝式能量導向該處理容積；以及從一或多個脈衝加熱元件將脈衝式能量導向該處理容積。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該主加熱源包括各可獨立控制的複數個同心區。
  4. 如請求項3所述之方法，其中該一或多個脈衝加熱元件係分組成一或多個方位角控制區。
  5. 如請求項3所述之方法，更包括：在複數個位置處測量該基板之溫度；以及根據溫度測量而調整該一或多個脈衝加熱元件的頻率、相位與振幅至少一者。
  6. 如請求項2所述之方法，其中加熱該基板更包括自一輔助加熱源加熱一支撐該基板之一邊緣區域的邊緣環，且該輔助加熱源係配置以對該處理容積提供脈衝式能量。
  7. 如請求項6所述之方法，更包括：當該邊緣環旋轉時，測量該邊緣環上不同位置處的溫度；以及根據測量之該邊緣環溫度，調整該輔助加熱源的頻率、相位與振幅至少一者。
  8. 一種用於處理一基板之方法，包括：放置一基板於一處理腔室中；以及藉由同時將來自一主加熱源的固定熱能及來自一脈衝加熱源的一脈衝式熱能導向該基板以加熱該基板。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該第一加熱源包括複數個主加熱元件，該複數個主加熱元件係分組成複數個主加熱區。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該脈衝式加熱源包括複數個脈衝式加熱區，其中每個該複數個脈衝式加熱區具有該相同半徑涵蓋範圍之一相對應的主加熱區。
  11. 如請求項10所述之方法，其中該複數個主加熱區係為同心區。
  12. 如請求項11所述之方法，更包括於加熱該基板時旋轉該基板。
  13. 如請求項10所述之方法，更包括在複數個位置處測量該基板的溫度。
  14. 如請求項13所述之方法，根據溫度測量，進一步調整該脈衝式加熱源的頻率、相位與振幅至少一者。
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