TW201642348A - 基板加熱及處理系統 - Google Patents

Abstract

揭露一種藉由離子束處理基板的同時加熱基板的系統以及方法。所述系統包括配置於離子束上方以及下方的發光二極體（LED）的兩個陣列。發光二極體可為GaN發光二極體或GaP發光二極體，其發射被矽輕易地吸收的波長的光，因此有效地且快速地加熱基板。LED陣列可安置成使得離子束穿過兩個LED陣列之間並撞擊基板。當基板相對於離子束移動時，來自LED陣列的LED提供熱給基板。

Description

加熱及處理基板的裝置

本揭露書的實施例是關於加熱及處理基板的技術及裝置，且特別是藉由離子束處理基板的同時加熱基板的技術及裝置。

半導體元件的製作涉及多個分開的和複雜的製程。半導體基板於製作過程期間一般經歷許多製程。這些製程中的一些製程會涉及使用離子束處理基板。舉例來說，基板可用來自離子束的離子進行植入。在另一實施例中，離子束可用於執行蝕刻、非晶化或沉積製程。

在特定實施例中，於基板處於升高的溫度的同時處理基板可為有益的。此可藉由將基板配置於加熱平台上而達到，所述加熱平台將基板維持於升高的溫度下。為了處理基板，離子束以及平台屆時相對於彼此移動。舉例來說，在一些實施例中，離子束可為帶狀束，其延伸橫跨（across）基板的直徑。在此實施例中，離子束可保持靜止，而平台在垂直於離子束的寬度的方向上移動。替代性地，基板可保持靜止，而離子束在垂直於其寬度的方向上移動。

然而，於升高的溫度處受到離子植入的基板可能受到三種不同形式的溫度非均勻性。第一，可能有暫時非均勻性，其中基板於植入製程的起始部分期間較製程的剩餘部分期間來得冷。此可能因為平台升高到基板溫度的時間所致。此亦可能因為以下事實：離子束將熱給予基板，但在植入開始之前，離子束並未將熱給予基板。第二，可能有空間非均勻性。基板的中心可能比基板的外緣處於較高的溫度。此可能因為以下事實：在一般設置中基板的外緣未與平台接觸。第三，可能有溫度變化上的差異。舉例來說，基板的中心可能保持較接近目標溫度，例如+/- 7°C，而基板的外側可能經歷大於20°C的溫度偏離（excursion）。

因此，假如有降低這些於基板處理期間發生的溫度非均勻性的來源的技術和裝置，這將是有益的。此外，假如有能輕易地加入現有的植入系統的裝置，這將是有利的。此外，假如有不昂貴且比現有的系統更可靠的裝置，這將是有利的。

揭露一種藉由離子束處理基板的同時加熱基板的系統及方法。所述系統包括發光二極體（LED）的兩個陣列，其分別於離子束上方以及下方。發光二極體可為GaN發光二極體或GaP發光二極體，其發射被矽輕易地吸收的波長的光，因而有效地和快速地加熱基板。LED陣列可安置成使得離子束穿過兩個LED陣列之間並撞擊基板。當基板相對於離子束移動，來自LED陣列的LED提供熱給基板。

在第一實施例中，揭露一種基板加熱及處理系統。所述系統包括第一LED陣列以及第二LED陣列，其各自包括配置於離子源與基板之間的多個LED，其中離子束穿過第一LED陣列與第二LED陣列之間，且第一LED陣列以及第二LED陣列配置於離子束在第一方向上的相對側上。在特定實施例中，所述系統更包括平台，基板可配置於所述平台上，平台經設置以在第一方向上相對於離子束移動。在特定實施例中，離子束為帶狀離子束，其寬度大於其高度且大於基板的直徑，且第一方向為高度方向。在特定實施例中，所述多個LED發射被基板吸收的波長。在特定實施例中，此波長可介於0.4 µm與1.0 µm之間。

在第二實施例中，揭露一種基板加熱及處理系統。所述系統包括：平台，基板可配置於平台上，平台經設置以相對於離子束移動；溫度感測器，配置於平台上；第一LED陣列以及第二LED陣列，其各自包括多個LED，配置於離子源與平台之間，且其中離子束穿過第一LED陣列與第二LED陣列之間；以及控制器，其與溫度感測器通訊，其中控制器基於來自溫度感測器的資訊以及目標基板溫度以決定施加於所述多個LED的功率位準（power level）。在特定實施例中，藉由控制器施加於所述多個LED的功率位準基於平台相對於離子束的位置而改變。在特定實施例中，所述多個LED發射介於0.4 µm與1.0 µm之間的波長的光。

在第三實施例中，揭露一種基板加熱及處理系統。所述系統包括：平台，基板可配置於平台上，平台經設置以相對於離子束移動；第一LED陣列以及第二LED陣列，其各自包括多個LED，配置於離子源與平台之間，且其中離子束穿過第一LED陣列與第二LED陣列之間；以及控制器，其中控制器基於一或多個操作參數以決定施加於所述多個LED的功率位準。在特定實施例中，一或多個操作參數選自由目標基板溫度、平台溫度、離子束能量、基板材料以及掃描速率所組成的族群。在特定實施例中，所述多個LED發射介於0.4 µm與1.0 µm之間的波長的光。

如上所述，在許多應用中，於加熱基板的同時處理基板是有益的。因此，一種可於均勻地加熱基板的同時藉由離子束處理基板的系統將是有益的。

基板一般配置於平台（例如靜電夾鉗）上。基板一般相對於離子束移動，以掃描整個基板。在一些實施例中，採用帶狀離子束，其中帶狀離子束的寬度遠大於其高度。此外，帶狀離子束的寬度一般大於基板的直徑。在此實施例中，基板單純地沿高度方向移動，使得全部基板隨時間暴露於帶狀離子束。此可藉由移動基板而保持帶狀離子束固定在適當的位置來完成。替代性地，基板可保持靜止而帶狀離子束在高度方向上移動。

替代性地，可使用點狀離子束。點狀離子束，顧名思義，在形狀上較圓。在此實施例中，點狀離子束一般在一個方向（例如，寬度方向）上移動，而基板在高度方向上移動。

圖1顯示基板加熱系統的第一實施例。在此實施例中，基板加熱及處理系統100包括第一LED陣列110a以及第二LED陣列110b。第一LED陣列110a配置於離子束120的路徑上方，而第二LED陣列110b配置於離子束120的路徑下方。離子束120可使用離子源121產生。離子源121可為任何合適的來源，例如（但不限於）束線離子植入系統。離子源亦可為自電漿室提取的離子束120。如所述，本揭露書不限於任何特定的離子源。

第一LED陣列110a與第二LED陣列110b之間的空間或間隙可略大於離子束120的高度，使得離子束120不會撞擊LED陣列。舉例來說，在特定實施例中，離子束的高度可為3 cm，且LED陣列之間的間隙可為約5 cm。當然，其他尺寸在本揭露書的範疇內。在特定實施例中，LED陣列的後表面可由耐受離子束撞擊的材料（例如，石墨）所覆蓋。

第一LED陣列110a以及第二LED陣列110b可各自包括多個高功率LED，其發射被基板輕易地吸收的一個或多個波長的光。舉例來說，矽於約0.4 µm與1.0 µm之間的波長範圍內展現高吸收率（absorptivity）以及低透射率（transmissivity）。矽吸收大於50%的在0.4 µm與1.0 µm之間的波長範圍內所發射的能量。可使用發射在此波長範圍內的光的LED。在特定實施例中，採用由GaN製作的發光二極體。這些GaN發光二極體發射波長為約450 nm的光。在其他實施例中，採用由GaP製作的發光二極體。這些GaP發光二極體發射波長介於610 nm與760 nm之間的光。

構成LED陣列的LED可有大小變化。在特定實施例中，各LED可為1.3 mm × 1.7 mm。在另一實施例中，各LED可為1mm × 1mm。當然，其他尺寸的LED亦在本揭露書的範疇內。可變化LED陣列中LED的密度。舉例來說，在一實施例中，可使用8.65 LED/cm² 的密度。在另一實施例中，可使用18.1 LED/cm² 的密度。在其他實施例中，可使用高達78 LED/cm² 的密度。如所述，LED陣列的密度不受本揭露書所限制。

第一LED陣列110a以及第二LED陣列110b中的LED可區分為多個區塊（zone）。每一區塊可為操作為一個單一實體（single entity），使得相同功率位準和時機施加於一特定區塊中的所有LED。舉例來說，在特定實施例中，LED可安置於區塊中，其中各區塊可為水平長條。當然，其他配置亦為可能的。此外，各區塊可包括任意數目的LED。在特定實施例中，各LED可視為獨立區塊（individual zone）。

基板10配置於平台130（例如靜電夾鉗）上。第一LED陣列110a以及第二LED陣列110b配置成使得第一LED陣列110a以及第二LED陣列110b介於離子束源與基板10之間。此外，如上所述，第一LED陣列110a以及第二LED陣列110b配置成使得離子束120穿過第一LED陣列110a與第二LED陣列110b之間。

平台130可在方向140上移動，方向140垂直於離子束120的較長尺寸。舉例來說，假如離子束120為帶狀離子束，其寬度遠大於其高度，平台130在高度方向上移動。在使用點狀離子束的情況下，平台130可在方向140上移動，而點狀離子束在寬度方向上移動，寬度方向垂直於方向140。基板10的移動速度為設計考量，且不受本揭露書限制。基板10可藉由啟動器移動且啟動器與平台130通訊。替代性地，基板10可保持靜止而離子束120在方向140（其垂直於離子束120的寬度）上移動。因此，在兩者中的任一個實施例中，相對移動存在於平台130與離子束120之間。

如上述，LED陣列配置於離子束120的相對側上。在使用帶狀束的實施例中，LED陣列配置於離子束120在高度方向（或方向140）上的相對側上。在使用點狀離子束的實施例中，點狀束在第一方向上移動，而平台在方向140上移動，LED陣列配置於離子束120在方向140上的相對側上。換句話說，LED陣列配置於離子束在相對移動發生的方向上的相對側上。

LED陣列可配置為離平台130一預定距離，例如1 cm與10 cm之間。LED陣列可為印刷電路板（PCB）的一部分，PCB提供功率給LED且從LED移除熱。在特定實施例中，PCB可與散熱器（例如，鋁塊）熱連通。在一些實施例中，將散熱器液體冷卻以維持LED陣列低於預定溫度，例如約120°C。舉例來說，可水冷卻鋁塊。

在特定實施例中，控制器150可用於控制第一LED陣列110a以及第二LED陣列110b中LED的照度（illumination）和關閉（turning off）。控制器150包括處理單元以及一或多個存儲構件151。存儲構件151可用於存儲指令，所述指令允許控制器150執行本文描述的製程以及方法。

圖2顯示一種基板加熱及處理系統100與基板10的前視圖。如上所述，離子束120配置於第一LED陣列110a以及第二LED陣列110b之間。雖然圖2繪示帶狀離子束，理解到，點狀離子束亦可與本基板加熱及處理系統100一起使用。點狀離子束可於第一LED陣列110a與第二LED陣列110b之間的間隙中橫向移動。在特定實施例中，第一LED陣列110a以及第二LED陣列110b的寬度大於基板10的直徑，使得基板10總是配置於LED陣列後方。在特定實施例中，各LED陣列的高度亦可大於基板10的直徑。此允許待掃描的基板10在方向140上超過離子束120且仍保持全部配置於LED陣列後方。

圖3A至圖3E顯示一種藉由離子束120處理基板10的順序。在圖3A中，基板10全部位於離子束120上方。在此實施例中，基板10配置於第一LED陣列110a後方，使得來自第一LED陣列110a中LED的光照射基板10的整體。換句話說，雖然基板未暴露於離子束120，但藉由第一LED陣列110a均勻地加熱基板10。在圖3B中，基板10相對於離子束120向下移動，使得部分基板10暴露於離子束120。注意，小部分的基板10現在配置於第二LED陣列110b後方，而較大部分的基板10仍配置於第一LED陣列110a後方。在圖3C中，基板10的中心暴露於離子束120。在此位置中，基板10的相等部分配置於第一LED陣列110a以及第二LED陣列110b後方。在此位置中，基板10的上部被第一LED陣列110a加熱，基板10的下部被第二LED陣列110b加熱，且基板10的中部被離子束120加熱。當基板10持續往下移動，較大部分的基板10配置於第二LED陣列110b後方，如圖3D所示。最後，在圖3E中，整個基板10現在配置於第二LED陣列110b後方且被第二LED陣列110b加熱。以此方式，基板10持續地暴露於來自LED陣列的光且可維持較均勻的溫度分佈。當順序持續下去，平台130可相對於離子束120往上移動，以相反的次序重複圖3A至圖3D的位置。

此基板加熱及處理系統100亦可用於消除預熱站的使用。舉例來說，基板10可置放於平台130上之圖3A所示的位置。於基板10暴露於離子束120之前，來自第一LED陣列110a的光可屆時用於預熱基板10至理想溫度。取決於第一LED陣列110a與基板10之間的距離以及密度和施加於LED的功率，加熱基板10的時間可小於一分鐘。此技術可降低如上所述的暫時溫度非均勻性。當然，基板10亦可為置放於平台130上之圖3E所示的位置。

因此，在特定實施例中，基板10可配置於平台130上例如圖3A所示的位置。於基板10到達目標溫度之後，離子束處理可開始，其中平台130相對於離子束120在高度方向上移動。

在一些實施例中，可使用加熱的平台於升高的溫度下執行基板處理。舉例來說，平台130可結合加熱構件，使得平台130的溫度可增加至400°C或高於400°C。基板加熱及處理系統100可與此種加熱的平台連同使用，以解決如上所述之熱非均勻性的問題。如所述，設定LED陣列所使用的功率位準，以補充加熱的平台所提供的熱。舉例來說，平台130可供應大部分的熱給基板10，而使用LED陣列以改良於處理期間橫跨基板10的溫度均勻性。如先前所述，可能有空間溫度非均勻性，使得基板10的中心可能比基板10的外緣更溫暖。另外，處理期間的溫度變化或溫度擺動於基板10的不同區域可能不同。第一LED陣列110a以及第二LED陣列110b的使用可助於減少空間溫度非均勻性以及減少非均勻的溫度擺動。

在另一實施例中，可於升高的溫度下執行基板處理而不使用加熱的平台。更確切地說，使用第一LED陣列110a以及第二LED陣列110b以提供對基板10的所有加熱。如所述，此種設置中的LED陣列的功率位準可遠大於用於採用加熱的平台之先前實施例中的LED陣列的功率位準。

控制器150可用於控制基板加熱及處理系統100的啟動。舉例來說，在一實施例中，第一LED陣列110a以及第二LED陣列110b可區分為多個區塊。舉例來說，區塊可為水平長條或獨立LED。在這些實施例中，控制器150可僅僅啟動這些於特定時間點與基板10對齊的LED。換句話說，控制器150基於平台130相對於離子束120的位置以控制LED陣列內LED的功率位準和照度。舉例來說，參照圖4A，因為基板10完全配置於第一LED陣列110a的後方，控制器150可使第二LED陣列110b中的所有LED無效。類似地，可於此時啟動第一LED陣列110a中的所有LED。

當基板10相對於離子束120以及LED陣列移動時，控制器150可啟動LED陣列上的不同區塊。舉例來說，在圖4B中，控制器150可啟動第一LED陣列110a的較低區塊，而關閉第一LED陣列110a的最高區塊。同樣地，控制器150可關閉第二LED陣列110b的較低區塊，而啟動第二LED陣列110b的最高區塊。當基板10相對於LED陣列向下移動時，第一LED陣列110a中發光區塊的數目可持續減少，而第二LED陣列110b中發光區塊的數目可增加。在圖4C中，當基板在中心位置時，控制器150可啟動各LED陣列中相同的區塊數目。在圖4D中，藉由控制器150，使第一LED陣列110a中較多區塊關閉，而使第二LED陣列110b中較多區塊發光。在圖4E中，可使第二LED陣列110b中所有區塊發光，而可使第一LED陣列110a中所有區塊關閉。

藉由使用控制器150使各種區塊發光，整體功率消耗可在無需對基板10的加熱有作用的情況下降低。

除了啟動特定區塊之外，可使用控制器150決定並施加適當的功率量至各區塊。舉例來說，在特定實施例中，一或多個溫度感測器131（見圖1）可配置於接近基板10。舉例來說，溫度感測器131可配置於平台130的上表面上或接近於平台130的上表面，以準確地決定基板10的實際溫度。基於基板10的目標溫度以及基板10的實際溫度（其藉由溫度感測器131所量測），控制器150可調整施加於LED陣列的各種區塊的功率量。舉例來說，於處理期間之基板10的目標溫度可為500°C。使用來自溫度感測器131的資訊，監測基板10的實際溫度，控制器150可調整施加於LED陣列的功率位準，以達到此溫度。因此，在特定實施例中，控制器150可採用閉環控制（closed loop control）以調節基板10的溫度。於預熱製程期間，控制器150亦可使用來自溫度感測器131的資訊，以決定基板10於受到離子束處理之前是否已達到目標溫度。

在另一實施例中，可不採用溫度感測器131。在此實施例中，控制器150可基於各種操作參數以決定功率位準。這些操作參數可包括（但不限於）離子束120的能量、基板10的目標溫度、基板10所使用的材料、平台130的溫度以及掃描速率（其為在方向140上的相對移動速率）。舉例來說，控制器150可包括存儲構件151，存儲構件151包括待與不同操作參數使用的各種數值表（profile）。舉例來說，矩陣可存在存儲構件151中，存儲構件151存儲基於各種操作參數之待施加的功率位準。矩陣中含有的數值可先前憑經驗決定且存儲於存儲構件151中。在另一實施例中，控制器150可使用演算法（algorithm），以決定基於各種操作參數之待施加於LED陣列的功率位準。因此，在特定實施例中，控制器150可採用開環控制（open loop control）以調節基板10的溫度。

在特定實施例中，於處理之後，LED陣列可用於加溫基板。舉例來說，在特定實施例中，可於降低的溫度（例如，0°C）下理基板10。當基板10被處理之後，加溫基板10可為有利的。當基板10從處理腔室移除時，此可降低基板10上凝結物形成的可能性。在此實施例中，平台130可沿方向140移動，如圖3A至圖3E所示。然而，於基板10的處理期間，不啟動第一LED陣列110a以及第二LED陣列110b中的LED。在完成處理基板10之後，平台130可移至如圖3A所示的位置，其中使第一LED陣列110a中的LED發光以加溫基板10。

本申請書之如上所述的實施例可具有許多優點。第一，處理期間或之前的基板加熱為常見的半導體製作過程。藉由整合加熱製程與掃描製程，可改良處理腔室的生產率。此外，將加熱製程結合於掃描製程亦允許預熱站的移除。這些預熱站消耗處理腔室內的空間。

此外，藉由LED陣列加溫部分基板10，而藉由離子束120處理基板10的其他部分。因此，當持續地加熱整個基板10時，LED陣列可助於降低如上所述的溫度擺動。

另外，可便宜地製作LED陣列。因此，在特定實施例中，可用習知的平台取代高溫製程中所使用的昂貴加熱的平台。此可降低成本且改良可靠度。

最後，在特定實施例中，LED陣列延伸超過基板的外緣。因此，LED陣列可用於修正如上所述的空間溫度非均勻性。

本揭露書的範圍並非限於本文中所闡述的具體實施例。事實上，除本文中所闡述的內容以外，通過以上的說明及附圖，本揭露書的其他各種實施例及對本揭露書的其他各種潤飾也將對所屬領域中具通常知識者顯而易見。因此，這些其他實施例以及潤飾旨在落於本揭露書的範圍內。此外，儘管於本文中已在用於特定用途的特定環境中的特定實施方式的上下文中闡述了本揭露書，但所屬領域中具通常知識者將認識到本揭露書的有用性並非僅限於此，且本揭露書可在用於任意數目的用途的任意數目的環境中被有益地實施。因此，以下闡述的申請專利範圍應鑒於本文中闡述的本揭露書的全部廣度範圍及精神而進行理解。

10‧‧‧基板
100‧‧‧基板加熱及處理系統
110a‧‧‧第一LED陣列
110b‧‧‧第二LED陣列
120‧‧‧離子束
121‧‧‧離子源
130‧‧‧平台
131‧‧‧溫度感測器
140‧‧‧方向
150‧‧‧控制器
151‧‧‧存儲構件

爲了更佳地理解本揭露書，將參看附圖，這些附圖以引用的方式併入本文參考，在附圖中： 圖1為根據一實施例的一種基板加熱及處理系統的側視圖。 圖2為根據一實施例的一種基板加熱及處理系統的前視圖。 圖3A至圖3E顯示一種藉由離子束處理基板的順序。 圖4A至圖4E顯示一種基於平台的相對位置使LED陣列之各種區塊發光的順序。

10‧‧‧基板

100‧‧‧基板加熱及處理系統

110a‧‧‧第一LED陣列

110b‧‧‧第二LED陣列

120‧‧‧離子束

121‧‧‧離子源

130‧‧‧平台

131‧‧‧溫度感測器

140‧‧‧方向

150‧‧‧控制器

151‧‧‧存儲構件

Claims (15)

1. 一種基板加熱及處理系統，包括： 第一LED陣列以及第二LED陣列，各自包括多個LED，配置於離子源與基板之間； 其中離子束朝向所述基板穿過所述第一LED陣列與所述第二LED陣列之間，且所述第一LED陣列以及所述第二LED陣列配置於所述離子束在第一方向上的相對側上。
2. 如申請專利範圍第1項所述的基板加熱及處理系統，更包括平台，所述基板能配置於所述平台上，所述平台經設置以在所述第一方向上相對於所述離子束而移動。
3. 如申請專利範圍第1項所述的基板加熱及處理系統，其中所述離子束為帶狀離子束，所述帶狀離子束具有大於其高度且大於所述基板的直徑的寬度，且所述第一方向為高度方向。
4. 如申請專利範圍第1項所述的基板加熱及處理系統，其中所述多個LED發射介於0.4 µm與1.0 µm之間的波長的光。
5. 如申請專利範圍第1項所述的基板加熱及處理系統，更包括控制器，所述控制器控制施加於所述多個LED的照度和功率。
6. 如申請專利範圍第5項所述的基板加熱及處理系統，更包括溫度感測器，所述溫度感測器配置於接近所述基板以量測所述基板的實際溫度，其中所述控制器使用所述基板的所述實際溫度以及所述基板的目標溫度以決定施加於所述多個LED的功率位準。
7. 如申請專利範圍第5項所述的基板加熱及處理系統，其中所述控制器使用關於操作參數的資訊以決定施加於所述多個LED的功率位準，其中所述資訊選自由目標基板溫度、平台溫度、離子束能量、基板材料以及掃描速率所組成的族群。
8. 如申請專利範圍第1項所述的基板加熱及處理系統，其中所述離子束為點狀離子束，且所述點狀離子束在第二方向上移動，所述第二方向垂直於所述第一方向。
9. 一種基板加熱及處理系統，包括： 平台，基板能配置於所述平台上，所述平台經設置以相對於離子束移動； 溫度感測器，配置於所述平台上； 第一LED陣列以及第二LED陣列，各自包括多個LED，配置於離子源與所述平台之間，且其中所述離子束穿過所述第一LED陣列與所述第二LED陣列之間；以及 控制器，與所述溫度感測器通訊，其中所述控制器基於來自所述溫度感測器的資訊以及目標基板溫度以決定施加於所述多個LED的功率位準。
10. 如申請專利範圍第9項所述的基板加熱及處理系統，其中藉由所述控制器施加於所述多個LED的功率位準基於所述平台相對於所述離子束的位置而改變。
11. 如申請專利範圍第9項所述的基板加熱及處理系統，其中所述多個LED發射介於0.4 µm與1.0 µm之間的波長的光。
12. 一種基板加熱及處理系統，包括： 平台，基板能配置於所述平台上，所述平台經設置以相對於離子束移動； 第一LED陣列以及第二LED陣列，各自包括多個LED，配置於離子源與所述平台之間，且其中所述離子束穿過所述第一LED陣列與所述第二LED陣列之間；以及 控制器，其中所述控制器基於一或多個操作參數以決定施加於所述多個LED的功率位準。
13. 如申請專利範圍第12項所述的基板加熱及處理系統，其中所述一或多個操作參數選自由目標基板溫度、平台溫度、離子束能量、基板材料以及掃描速率所組成的族群。
14. 如申請專利範圍第12項所述的基板加熱及處理系統，其中所述多個LED發射介於0.4 µm與1.0 µm之間的波長的光。
15. 如申請專利範圍第12項所述的基板加熱及處理系統，其中藉由所述控制器施加於所述多個LED的功率位準基於所述平台相對於所述離子束的位置而改變。