TW202331961A - 處理基底之裝置以及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於處理基底的設備及方法，其甚至在低溫區中亦能夠藉由精確量測溫度來進行有效熱管理。用於處理基底的設備包含：腔室，組態以提供處理基底的處理空間；基底支撐件，設置於腔室的處理空間中以支撐基底；加熱器，設置有組態以朝向基底的第一面照射光的多個半導體雷射模組；以及高溫計，設置於面向第一面的第二面的側面處以偵測自基底入射的光，藉此量測溫度。多個半導體雷射模組的主發射波長小於高溫計的量測波長。

Description

處理基底之裝置以及方法
本揭露是關於用於處理基底的設備及方法，且更特別地是關於甚至在低溫區中亦能夠精確量測溫度以用於有效熱管理的用於處理基底的設備及方法。
一般而言，藉由重複處理基底的單元處理（諸如離子植入、薄膜沈積以及熱處理）若干次來製造半導體裝置。在此等單元處理中，有必要藉由供應熱能在預定處理溫度下處理基底。特別地，當光能用於加熱基底達至預定處理溫度時，由於加熱處理執行短時間，故產生雜質的副作用可最小化且因此廣泛使用。
在一般基底處理設備中，在基底安放於腔室中的狀態下經由多個鹵素燈（輻射波長：大約0.4微米至大約6.0微米）執行熱處理，且經由諸如高溫計的溫度量測裝置以非接觸方式量測基底的溫度。基於黑體輻射溫度關係，高溫計集中自基底發射的輻射能以非接觸方式量測基底的溫度。經由加熱控制器將由溫度量測裝置量測的溫度饋送回至加熱燈以控制加熱燈的溫度。
高溫計使用大約0.9微米至大約1.0微米的波長帶來量測溫度，且溫度量測區範圍為大約400℃至大約1,150℃。然而，基底的藉由高溫計使用大約0.9微米至大約1.0微米的波長帶量測的光透射率具有取決於基底的溫度的特性。舉例而言，在矽晶圓的情況下，矽晶圓在大約600℃或更低的溫度下呈半透明狀態時具有光透射率。亦即，矽晶圓由於其材料特性而具有在低溫區中透射光的特性，且因此，當基底具有大約600℃或更低的溫度時，鹵素燈的部分光透射穿過基底。因此，在低溫基底的情況下，具有大約0.4微米至大約6.0微米的輻射波長的鹵素燈的部分光透射穿過基底。因此，具有大約0.9微米至大約1.0微米的量測波長帶的高溫計可量測透射光，且因此僅基底的溫度可不被精確量測，且可出現溫度量測誤差。亦即，當基底的溫度為大約600℃或更低時，不僅可添加自基底本身產生的光的量，而且可添加自鹵素燈發射的穿過基底的光的量以由溫度量測裝置量測。當基底的溫度為大約600℃或更低時，可將自高溫計量測的溫度饋送回至加熱控制器以控制溫度，且加熱控制器可藉由將任意輸出施加至加熱燈來加熱基底。此處，可出現基底的溫度的不均勻性，從而導致基底的彎曲或開裂。 [先前技術文獻] [專利文獻] （專利文獻1）韓國專利第10-0974013號
本揭露提供一種用於處理基底的設備及方法，其甚至在低溫區中亦能夠精確量測溫度來實現有效熱管理。
本揭露亦提供一種用於處理基底的設備及方法，其甚至在低溫區中亦能夠精確量測溫度來實現低溫區中的高可靠基底處理。
根據例示性實施例，一種用於處理基底的設備包含：腔室，組態以提供處理基底的處理空間；基底支撐件，設置於腔室的處理空間中以支撐基底；加熱器，設置有組態以朝向基底的第一面照射光的多個半導體雷射模組；以及高溫計，設置於面向第一面的第二面的側面處以偵測自基底入射的光，藉此量測溫度，其中多個半導體雷射模組的主發射波長小於高溫計的量測波長。
處理基底的溫度可包含大約600℃或更低的溫度範圍。
半導體雷射模組中的各者可包含豎直腔表面發射雷射。
多個半導體雷射模組可包含：中心半導體雷射模組，設置於加熱器的中心部分處；以及周邊半導體雷射模組，設置於中心半導體雷射模組周圍。
多個半導體雷射模組中的各者可具有邊緣，所述邊緣具有多邊形形狀。
設備可更包含反射器，所述反射器組態以圍繞多個半導體雷射模組中的各者的邊緣以將自多個半導體雷射模組發射的光的至少部分朝向基底反射。
反射器可包含傾斜反射表面，所述傾斜表面相對於多個半導體雷射模組中的各者的發射表面具有大約80度至大約90度的傾斜角。
可將金屬反射薄膜塗佈於傾斜反射表面上。
多個半導體雷射模組中的各者可劃分為第一區域及第二區域，其中多個第一區域及多個第二區域針對各區域電連接，且設備可更包含第一電源及第二電源，所述第一電源及所述第二電源獨立地將分別為各區域施加的功率施加至彼此電連接的多個第一區域及彼此電連接的多個第二區域。
高溫計可包含：第一高溫計，設置為對應於第一區域；以及第二高溫計，設置為對應於第二區域，其中第一電源及第二電源可使用由第一高溫計及第二高溫計量測的溫度來為各區域將功率施加至多個半導體模組。
可配置多個半導體雷射模組，使得使用加熱器的中心部分作為中心的至少一個虛擬圓穿過第一區域及第二區域中的任一者。
根據另一例示性實施例，一種用於處理基底的方法包含：在腔室的處理空間中設置基底；藉由使用設置於加熱器中的多個半導體雷射模組將光照射至基底的第一面上；以及藉由使用設置於基底的面向第一面的第二面的側面處的高溫計量測基底的溫度，其中多個半導體雷射模組的主發射波長小於高溫計的量測波長。
處理基底的溫度可包含大約600℃或更低的溫度範圍。
半導體雷射模組中的各者可包含豎直腔表面發射雷射。
多個半導體雷射模組中的各者可劃分為第一區域及第二區域，其中多個第一區域及多個第二區域可針對各區域電連接，且光的照射可包含為各區域獨立地將功率施加至彼此電連接的多個第一區域及彼此電連接的多個第二區域。
高溫計可包含：第一高溫計，設置為對應於第一區域；以及第二高溫計，設置為對應於第二區域，其中溫度的量測可包含藉由使用第一高溫計及第二高溫計來量測基底的對應於第一區域及第二區域的區域上的各區域的溫度，以及在施加功率中，可藉由使用各區域的量測溫度為各區域獨立地施加功率。
可配置多個半導體雷射模組，使得使用加熱器的中心部分作為中心的至少一個虛擬圓穿過第一區域及第二區域中的任一者。
下文中，將參考隨附圖式更詳細描述具體實施例。然而，可以不同形式體現本發明，且不應將本發明解釋為限於本文中所闡述的實施例。確切而言，提供此等實施例以使得本揭露將為透徹且完整的，且將向所屬領域中具有通常知識者充分傳達本發明的範疇。在描述中，相同元件用相同附圖標記來指示。在圖式中，出於說明清楚起見放大層及區的尺寸。相似附圖標記貫穿全文指代相似元件。
圖1為示出根據示例性實施例的用於處理基底的設備的組態的視圖，且圖2為用於解釋根據示例性實施例的加熱器的結構的視圖。
參考圖1及圖2，根據例示性實施例的用於處理基底的設備可包含：腔室100，提供處理基底S的空間；基底支撐件200，設置於腔室100的處理空間中以支撐基底S；加熱器300，設置有朝向基底S的第一面發射光的多個半導體雷射模組310；以及高溫計400，設置於基底S的面向第一面的第二面的側面處以偵測自基底入射的光，藉此量測溫度。此處，多個半導體雷射模組310的主發射波長可小於高溫計400的量測波長。
根據例示性實施例的用於處理基底的設備為以不同方式（諸如基底S的熱處理或在基底S上形成薄膜）處理基底S的設備。舉例而言，用於處理基底的設備可為產生高溫加熱以快速熱處理基底S的快速熱處理（rapid thermal processing；RTP）設備。基底S可為用於半導體裝置的矽晶圓或可為應用於顯示裝置（諸如LCD或OLED）的例如需要熱處理的各種目標物體的玻璃基底。
腔室100可與外部空間分離以提供處理基底的處理空間，且腔室100可設置為箱形狀。加載及卸載基底S的入口可設置於腔室100的一個側面處。因此，經由入口基底S可加載至腔室100中及自腔室100卸載，且在腔室110中完全處理的基底S可經由入口傳送至腔室100的外部。必要時，可連接將處理氣體供應至腔室100中的氣體供應部分（未繪示）或激活處理氣體的電漿產生器（未繪示）。
基底支撐件200安裝於腔室100的內部空間中以支撐基底S。可提供基底支撐件200以支撐基底S的下部部分的邊緣。因此，並不與基底支撐件200接觸的基底S的底部表面的區域可暴露於腔室100的內部空間。
基底支撐件200可設置為具有開口中心部分的中空形狀。因此，當基底S安放於基底支撐件200上時，基底S的底部表面的邊緣部分可與基底支撐件200接觸，且其餘部分可向下暴露。另外，基底支撐件200可旋轉以實現基底S的溫度均勻性。
加熱器300可用來將熱能供應至基底S且可包含朝向基底的第一面照射光的多個半導體雷射模組310。加熱器300可安置為與基底支撐件200向上間隔開，使得由設置於加熱器300中的多個半導體雷射模組310產生的光能提供至安放於基底支撐件200上的基底S的第一面以加熱基底S。
半導體雷射模組310中的各者可提供用於加熱基底S的光能。多個半導體雷射模組310可分別設置且安裝於多個安裝凹槽中。多個半導體雷射模組310可安置為彼此間隔開，且多個半導體雷射模組310的配置及安裝結構可取決於基底S的形狀及大小而不同地改變。
半導體雷射模組310包含二維配置以形成陣列的多個半導體雷射二極體311。多個半導體雷射二極體311可以一個晶片的形式提供或可藉由安裝多個晶片來提供。
加熱器300可更包含腔室100的處理空間與半導體雷射模組310之間的窗口（未繪示）。窗口可用來透射自半導體雷射模組310發射的光，使得將自半導體雷射模組310產生的光能提供至腔室100內部的基底S。
一或多個高溫計400可設置於基底的面向第一面的第二面的側面（例如，基底的下部側面）處以偵測自基底S入射的光，藉此量測溫度。高溫計400可接收來自基底的入射輻射光以量測輻射能或輻射光的量。此處，高溫計400可安置於安放於基底支撐件200上的基底S的下部側面處以獲得面向彼此的區域上的輻射能及反射率，使得高溫計400中的各者在對應位置處量測基底S的各區域或位置的溫度。高溫計400使用自物體發射的光量測溫度的製程使用黑體輻射理論等式為廣泛已知的，且因此將省略其詳細描述。
一般而言，高溫計400使用大約0.9微米至大約1.0微米的波長帶來量測溫度，且溫度量測區範圍為大約400℃至大約1,150℃。然而，基底相對於具有大約0.9微米至大約1.0微米的波長帶的光的光透射率具有取決於基底的溫度的特性。舉例而言，在矽晶圓的情況下，矽晶圓在大約600℃或更低的溫度下呈半透明狀態時具有光透射率。亦即，矽晶圓由於其材料特性具有在低溫區中透射光的特性，且因此，當基底具有大約600℃或更低的低溫度時，具有大約0.4微米至大約6.0微米的波長的鹵素燈的部分光透射穿過基底。因此，在低溫基底的情況下，具有大約0.4微米至大約6.0微米的輻射波長的鹵素燈的部分光透射穿過基底。因此，具有大約0.9微米至大約1.0微米的量測波長帶的高溫計可量測透射光，且因此僅基底的溫度可不被精確量測，且可出現溫度量測誤差。
為了解決以上限制，在根據例示性實施例的用於處理基底的設備中，具有小於高溫計400的量測波長的主發射波長的多個半導體雷射模組310可用作光源。
半導體雷射或半導體雷射二極體為在將電壓施加於半導體雷射或半導體雷射二極體的兩個末端時自接面發射相干雷射光的裝置，且具有在PN接面之間插入主動區以發射具有由主動區的厚度及組成物判定的波長的光的結構。因此，半導體雷射可藉由改變主動區的厚度及組成物而發射具有預定波長的光。
由於矽晶圓在大約600℃或更低的溫度下呈半透明狀態時具有光透射率，故自多個半導體雷射模組發射的光可如自鹵素燈發射的光一樣穿過矽晶圓到達高溫計400。然而，由於多個半導體雷射模組310的主發射波長小於高溫計400的量測波長，故光可自由高溫計量測的光的量排除，且因此，由高溫計量測的光的量可量測為自基底發射或反射的光的量。舉例而言，當具有大約0.85微米的發射波長的半導體雷射模組用作光源時，即使穿過具有大約600℃或更低的溫度的矽晶圓的光達到高溫計，由於光具有超出大約0.9微米至大約1.0微米的波長（其為高溫計的量測波長）的波長，故光可自由高溫計量測的光的量排除，且因此，可量測基底的精確溫度。
在半導體發光二極體（light emitting diode；LED）的情況下，可藉由改變主動區的組成物來發射具有各種波長的光。此處，在半導體發光二極體的情況下，由於輸出光的光譜寬度一般為大約30奈米至大約120奈米（其相對寬），由於很可能產生重疊大約0.9微米至大約1.0微米（其為高溫計400的量測波長）的頻帶，故其並不適合。為了防止波長帶與高溫計400的量測波長帶重疊，半導體發光二極體的發射波長必須小於可見光或紫外光的發射波長，但短波長的光在傳送熱能方面不如具有大約850奈米的波長的紅外光有效。
另一方面，在半導體雷射（semiconductor laser；LD）的情況下，若半導體雷射為單模LD，則輸出光的光譜寬度可一般比1奈米窄許多，且即使半導體雷射為多模LD，輸出光亦具有大約3奈米至大約10奈米的窄光譜寬度。因此，當使用紅外光（例如，具有大約850奈米的波長的紅外光）時，可獲得並不與大約0.9微米至大約1.0微米（其為高溫計400的量測波長）的波長重疊的輸出光的波長帶。
根據例示性實施例的用於處理基底的設備可更包含控制器500，所述控制器500量測由高溫計400量測的自基底入射的光的量以計算溫度且藉由使用計算溫度控制輸入至設置於加熱器單元300中的多個半導體雷射模組310的功率。
控制器500可包含：輸出功率判定部分510，藉由比較預設目標溫度與由高溫計400量測的溫度來判定功率輸出值；以及電源520，將由輸出功率判定部分510判定的功率施加至設置於加熱器300中的多個半導體雷射模組310。控制器500可根據量測溫度同步控制所有多個半導體雷射模組310，且根據對應於高溫計400中的各者設置於的位置的基底S的各區域的溫度單獨地控制或分組多個半導體雷射模組310以控制半導體雷射模組310中的各者的操作及輸出功率。
在根據例示性實施例的用於處理基底的設備中處理基底S的溫度可包含大約600℃或更低的溫度範圍。
最近，需要諸如矽化鎳（NiSi）的新材料以降低最新半導體裝置（諸如奈米CMOS、FinFET以及類似者）中淺接面的洩漏電流及電阻。為了沈積諸如矽化鎳的薄膜，在大約600℃或更低的溫度下的低溫製程為必不可少的。
在使用鹵素燈或半導體發光二極體（LED）（一般用作用於加熱的光源）的情況下，高溫計可不在大約600℃或更低的低溫範圍下精確量測溫度，且因此在用於處理基底的設備中需要諸如額外安裝甚至在大約600℃或更低的低溫範圍中能夠量測溫度的另一組件的繁瑣製程，且因此，用於處理基底的設備的結構亦可為複雜的。
另一方面，根據例示性實施例的用於處理基底的設備可將具有小於高溫計400的量測波長的主發射波長的多個半導體雷射模組310用作用於加熱的光源以甚至在大約600℃或更低的溫度下精確量測溫度，且因此，可處理自600℃或更低的低溫製程至高溫製程的廣泛溫度範圍內的所有製程，而無額外溫度量測組件。
根據例示性實施例的多個半導體雷射模組310可包含豎直腔表面發射雷射（vertical cavity surface emitting laser；VCSEL）。
根據發光方式半導體雷射二極體可大致地劃分為邊緣發射雷射（edge-emitting laser；EEL）及腔表面發射雷射。豎直腔表面發射雷射具有在垂直於基底的方向上發射光束的結構，不同於諸如分佈式回饋雷射二極體（distributed feedback laser diode；DFB LD）或法布里珀羅雷射二極體（Fabri-Perot laser diode；FP LD）的典型側面發射雷射。由於在垂直於基底的方向上發射光束，故光束可具有圓形對稱分佈，且因此，光均勻性可優於側面發射雷射的光均勻性，且晶圓級製程及製造可實現製造低成本雷射產品。此外，由於共振距離極短，故臨限電流可減小，且整個輸出可減小。
特別地，必須提供具有較大面積的表面光源以便用作用於在用於處理基底的設備中加熱的光源。對於此，雷射二極體需要製造為二維陣列類型平行光源。在側面發射雷射的情況下，難以將雷射二極體製造為二維陣列類型平行光源，此是由於光經由層壓於基底上的結構的側表面發射。然而，豎直腔表面發射雷射可極容易製造為呈所需形狀的二維陣列類型平行光源，此是由於層壓於基底上的結構需要提供為所希望結構。
在豎直腔表面發射雷射中，光源相對於垂直於發射表面的方向的照射角為大約20度至大約25度，且因此與發光二極體（LED）的大約30度至大約40度的照射角相比極窄。因此，光的平直度良好。因此，可實現能夠將具有高輸出及高精度的光照射至基底上以及能夠發射均勻光的二維陣列類型平行光源。
豎直腔表面發射雷射由基底上之鏡層+主動層+鏡層構成以發射豎直光束。舉例而言，在大約850奈米的短波長帶的情況下，GaAs用作基底，且經由與GaAs晶格匹配的AlGaAs的Al組成物的改變交替地生長低及高折射率的分佈式布拉格反射鏡（distributed Bragg reflector；DBR）用作鏡層。另外，產生具有所希望波長的光的GaAs多量子井結構主要用作主動層。
半導體雷射模組310可彼此平行設置，使得發射表面與基底之間的距離恆定以均勻地加熱為待加熱物體的基底。因此，半導體雷射模組310中的各者需要組態為具有對應於基底的大小的表面光源。對於此，可提供以二維陣列配置的豎直腔表面發射雷射的多個半導體雷射模組310以對應於基底的大小。
多個半導體雷射模組310可包含：中心半導體雷射模組，設置於加熱器的中心部分處；以及周邊半導體雷射模組，設置於中心半導體雷射模組周圍。
在用於處理基底的設備中，基底可旋轉以實現基底的溫度均勻性。當使用自光源發射的光能加熱時，基底的中心部分充當旋轉中心，且因此，光能的重疊可出現於基底的中心部分處。因此，中心部分及基底邊緣處的溫度可不均勻。因此，有必要不同地控制自加熱器的中心部分及邊緣（其對應於基底的中心部分及邊緣部分）發射的光能。
因此，在多個半導體雷射模組310中，可配置設置於加熱器的中心部分處的中心半導體雷射模組310a及設置於中心半導體雷射模組310a周圍的周邊半導體雷射模組310b至周邊半導體雷射模組310g。在周邊半導體雷射模組的情況下，取決於基底的大小及形狀，中心半導體雷射模組310a可以多繞回模式（諸如界定同心圓的雙重殼層或三重殼層）的形式設置。可獨立地控制施加於中心半導體雷射模組310a及周邊半導體雷射模組310b至周邊半導體雷射模組310g的功率以實現基底的溫度均勻性。在構成多殼層的周邊半導體雷射模組的情況下，可藉由分組殼層來為各組選擇性地控制經施加功率。此處，高溫計可設置於對應於經分組半導體雷射模組的基底區域上以量測基底區域的溫度，藉此將量測溫度饋送回至控制器。此外，經分組殼層可重新分組以控制至重新分組單元中。
圖3為示出根據例示性實施例的半導體雷射模組的配置的各種形狀的視圖。
如圖3中所示出，半導體雷射模組310的形狀可不同地改變成六邊形形狀、正方形形狀、弧形狀等，且亦可根據半導體雷射模組310的形狀採取不同地配置。此處，只要將基底加熱至均勻溫度，半導體雷射模組310的形狀或配置就足夠。
多個半導體雷射模組310中的各者可具有邊緣，所述邊緣具有多邊形形狀。
根據基底的大小及形狀可以不同方式配置半導體雷射模組，且因此，整個半導體雷射模組組合件的大小需要擴展。當配置多個半導體雷射模組時，間隔距離必然出現在半導體雷射模組之間，且由於在間隔距離處不存在光發射，故不同於半導體雷射模組中的發光狀態及溫度分佈的發光狀態及溫度分佈可必然顯現。因此，有必要二維恆定地維持半導體雷射模組之間的間隔距離。若半導體雷射模組的邊緣具有多邊形形狀，則可使用半導體雷射模組的邊緣（線片段）彼此鄰接半導體雷射模組以在整個加熱器的發射表面上確保均勻間隔距離。另一方面，當圓形半導體雷射模組為二維配置時，根據方向間隔距離必然彼此不同。
另外，僅當需要根據基底的形狀及大小擴展的多個半導體雷射模組具有相同形狀時，可藉由簡單地將模組組裝於平面上來提供平面光源組合件。
在用於處理基底（其處理半導體晶圓）的設備的情況下，當加熱器300的外部形狀及多個半導體雷射模組根據晶圓的形狀接近於環形形狀時，就基底的溫度均勻性而言為較佳的。此處，若半導體雷射模組的邊緣設置為六邊形形狀，則可容易擴展半導體雷射模組以匹配基底的大小及形狀同時整體上均勻地維持間隔距離。舉例而言，對應於4吋晶圓的加熱器可組態為七個六邊形半導體雷射模組，且對應於12吋晶圓的加熱器可組態為61個六邊形半導體雷射模組。
圖4為示出根據例示性實施例的用於處理基底的設備的溫度均勻性的效應的視圖，其中，圖4的（a）示出當LED光源用作比較實例時的溫度分佈模擬結果，且圖4的（b）示出當VCSEL光源用作例示性實施例時的溫度分佈模擬結果。特別地，圖4的（b）示出當具有如圖2中所示出的六邊形邊緣的半導體雷射模組以中心半導體雷射模組310a及周邊半導體雷射模組310b至周邊半導體雷射模組310g的形式配置的光源（中心蜂巢結構）時的溫度分佈結果。
在LED光源作為比較實例的情況下，光照射角寬至大約30度至大約40度，且發射光譜的寬度亦為寬的。另一方面，在VCSEL光源具有對應於例示性實施例的中心蜂巢結構的情況下，光照射角極窄至大約20度至大約25度，且因此，光的平直度良好，且發射光譜的寬度亦極窄。由於此性質，可實現能夠將具有高輸出及高精度的光照射至基底上以及能夠發射均勻光的二維陣列類型平行光源。因此，發現在比較實例中各區域的溫度分佈極不均勻，而在例示性實施例中溫度分佈在具有相當廣泛區域的中心部分處為均勻的且甚至在邊緣處沿著半徑亦為均勻的。
圖5為示出根據例示性實施例的反射器的視圖，其中圖5的（a）為反射器的透視圖，且圖5的（b）為沿著線A-A'截取的橫截面視圖。
參考圖5，根據例示性實施例的用於處理基底的設備可更包含圍繞多個半導體雷射模組310中的各者的邊緣的反射器320以朝向基底S反射自多個半導體雷射模組310發射的光的至少部分。
與發光二極體（LED）相比，半導體雷射311具有優良光平直度，但並不完全垂直於發射表面發射光且具有大約20度至大約25度的照射角。因此，自半導體雷射發射的光的部分可不以高角度入射至基底。因此，可藉由使用反射器320朝向基底反射自半導體雷射模組發射的光當中的擴散光來最大化光效能。
反射器320可設置呈板形狀且具有其中插入及安裝有半導體雷射模組中的各者的凹入部分或通過部分，且可包含界定凹入部分或通過部分且相對於半導體雷射模組中的各者的發射表面傾斜的側表面，以及連接至側表面且平行於半導體雷射模組的發射表面的前部表面。反射器320的側表面可提供反射自半導體雷射模組發射的光以朝向基底反射擴散光的傾斜反射表面321，且反射器320的前部表面可提供朝向基底反射自半導體雷射模組發射的光的部分且接著再次朝向基底反射入射至加熱器的光的前部反射表面322。
可提供傾斜反射表面321以相對於半導體雷射模組的發射表面形成大約80度至大約90度的傾斜角。
由於半導體雷射二極體相對於垂直於發射表面的方向具有大約20度至大約25度的照射角（或輻射角），故傾斜反射表面的傾斜角必須相對於發射表面形成大約80度至大約90度的角以有效地朝向基底反射擴散光。在具有大約80度至大約90度的傾斜角的傾斜反射表面上的具有大約20度至大約25度的照射角（輻射角）的光可斜向地入射至傾斜反射表面且接著反射且集中至基底上以便以高角度入射。另一方面，在發光二極體（LED）的情況下，由於相對於垂直於發射表面的方向具有大約30度至大約40度的照射角的光以高角度入射至傾斜反射表面，故光可以低角度斜向地入射至基底且接著再次反射，且因此，光能可不有效地透射至基底。
當傾斜反射表面321相對於半導體雷射模組的發射表面形成小於大約80度的傾斜角時，自半導體雷射發射的具有良好光學平直度的光可不照射至傾斜反射表面且因此可以高角度導向至基底。因此，光可不以高角度入射以降低光均勻性。另一方面，當傾斜反射表面321相對於半導體雷射模組的發射表面形成大於大約90度的傾斜角時，由於傾斜反射表面面向半導體雷射模組，故反射光可再次導向至半導體雷射模組，從而導致光損失。
金屬反射膜可塗佈於傾斜反射表面321及/或前部反射表面322上以更加改良反射效率。反射器320的主體可由具有良好熱導率及良好機械強度的鋁合金製成，且傾斜反射表面321及/或前部反射表面322可經由拋光提供鏡面。因此，由於拋光，由於在引起擴散反射的表面中仍存在精密結構，故可塗佈金屬反射膜以更加改良反射效率。金屬反射膜可為金（Au）、鋁（Al）或類似者，但並不必需特定限於材料，且只要金屬反射膜由在高溫下穩定且執行鏡面反射的金屬材料製成就足夠。
圖6為用於解釋根據示例性實施例的用於控制半導體雷射模組的方式的視圖，且圖7為用於解釋根據示例性實施例的用於配置半導體雷射模組的方式的視圖。
參考圖6至圖7，在根據例示性實施例的用於處理基底的設備中，多個半導體雷射模組310中的各者可劃分為第一區域312及第二區域313，且多個第一區域312及多個第二區域313可針對各區域電連接。另外，根據例示性實施例的用於處理基底的設備可更包含第一電源521及第二電源522，所述第一電源521及第二電源522獨立地將分別為各區域施加的功率施加至彼此電連接的多個第一區域312及彼此電連接的多個第二區域313。
多個半導體雷射模組310可根據基底的形狀及大小以二維陣列配置。在以二維陣列配置的多個半導體雷射模組310中，經施加功率可針對各模組或各經分組組單獨地控制。當半導體雷射模組提供至一個光源單元中且單獨地控制或分組時，電源或諸如開關模式電源（switched mode power supply；SMPS）的控制器必須連接至各模組，從而導致極複雜結構及繁瑣控制製程。
因此，在例示性實施例中，半導體雷射模組中的各者可劃分為包含第一區域312及第二區域313的多個區域，且多個第一區域312及多個第二區域313可針對各區域電連接以便分組。用於各區域的功率輸入可藉由使用第一電源521及第二電源522獨立地施加於彼此電連接的多個第一區域312及彼此電連接的多個第二區域313以控制加熱器300的各區域或基底的各區域的溫度，藉此改良溫度均勻性。亦即，半導體雷射模組可劃分為包含第一區域312及第二區域313的具有相同結構的多個區域，且多個半導體雷射模組可視需要以各種形狀及大小的二維陣列配置且針對各區域獨立地控制以實現用於處理基底的具有簡單結構的設備。
由於設置於多個半導體雷射模組中的第一區域及第二區域以相同方式分組且控制，故有必要量測對應於第一區域及第二區域的溫度以便控制經施加功率。因此，高溫計400可包含設置為對應於第一區域的第一高溫計及設置為對應於第二區域的第二高溫計。第一高溫計可設置於接收由半導體雷射模組的第一區域組照射的光的基底區域的基底下部側處，且第二高溫計可設置於接收由半導體雷射模組的第二區域組照射的光的基底區域的基底下部側處以量測各溫度。第一電源521及第二電源522可將功率施加至多個半導體模組的各區域，亦即，藉由使用自第一高溫計及第二高溫計量測的溫度劃分的第一區域組及第二區域組。
可配置多個半導體雷射模組，使得定中心於加熱器300的中心處的至少一個虛擬圓穿過第一區域及第二區域中的任一者。舉例而言，在圖7中，可配置多個半導體雷射模組，使得虛擬圓2僅穿過半導體雷射模組的第二區域313，且可配置多個半導體雷射模組，使得虛擬圓3僅穿過半導體雷射模組的第一區域312。當六邊形半導體雷射模組具有配置中心半導體雷射模組310a及周邊半導體雷射模組310b至周邊半導體雷射模組310g的中心蜂巢結構時，若周邊半導體雷射模組中的各者的第一區域及第二區域以相同次序徑向配置且相對於中心半導體雷射模組310a朝向中心，則使用加熱器300的中心作為其中心的至少一個虛擬圓可僅穿過第一區域及第二區域中的任一者。
根據多個半導體雷射模組的配置，在基底旋轉以用於溫度均勻性的情況下，對應於距加熱器的中心點相同半徑的基底區域（例如，對應於圖7的虛擬線的區域）可穿過多個半導體雷射模組的相同區域（第一區域或第二區域）。
在具有中心蜂巢結構的多個半導體雷射模組的情況下，高溫計及第二高溫計可分別設置於僅穿過多個第一區域的位置（對應於虛擬線3）處及僅穿過多個第二區域的位置（對應於虛擬線2）處以量測各區域的溫度。另外，若第三高溫計設置於對應於中心半導體雷射模組的基底區域的基底下部側（例如，虛擬圓1）處，則對應於中心半導體雷射模組的基底區域（基底的中心部分）可不斷穿過中心半導體雷射模組的第一區域及第二區域，同時旋轉以量測基底的對應於第一區域及第二區域的平均溫度。
由於第三高溫計量測第一區域及第二區域的平均溫度，故平均溫度可對應於預定處理溫度（即，基底處理溫度）。當溫度不均勻性基於由第一高溫計及第二高溫計量測的溫度確認同時基於由第三高溫計量測的溫度整體上控制加熱器或多個半導體雷射模組時，第一電源521及第二電源522可藉由使用由第一高溫計及第二高溫計量測的溫度單獨地將功率施加至第一區域（或第一區域組）及第二區域（或第二區域組）。若溫度不均勻性不基於由第一高溫計至第二高溫計量測的溫度確認，則第一電源521及第二電源522可將相同功率施加至第一區域及第二區域。
圖8為示出根據另一例示性實施例的用於處理基底的方法的流程圖。在根據另一例示性實施例的用於處理基底的方法的描述中，將省略與上文相對於根據例示性實施例的用於處理基底的設備描述的主體重疊的主體。
參考圖8，根據另一例示性實施例的用於之處理基底的方法可包含：製程（S100），在腔室的處理空間中提供基底；製程（S200），藉由使用設置於加熱器中的多個半導體雷射模組將光照射至基底的第一面上；以及製程（S300），藉由使用設置於基底的面向第一面的第二面的側面處的高溫計量測基底的溫度，且多個半導體雷射模組的主發射波長可小於高溫計的量測波長。此處，處理基底的溫度可包含大約600℃或更低的溫度範圍。
根據另一例示性實施例的用於處理基底的方法的製程中的各者可不必須以時間序列順序執行，且若有必要，製程中的各者可以反轉順序執行或可同步執行。舉例而言，在量測基底的溫度的製程（S300）之後，可執行將光照射至基底的第一面上的製程（S200）。
首先，基底可設置於腔室的處理空間中（參看S100）。其後，方法可更包含將基底提供至腔室的處理空間且接著將由遠端電漿產生器產生的各種處理氣體或活性物質供應至處理空間中的製程。
隨後，可藉由使用設置於加熱器300中的多個半導體雷射模組310將光照射至基底的第一面上，所述加熱器300設置於基底的第一面上（參看S200）。自多個半導體雷射模組310發射的光的光能可照射至基底，且因此，光能可轉換成熱能以增加基底的溫度。此處，可根據由控制器500施加於半導體雷射模組的功率的量判定自多個半導體雷射模組310發射的光的光能。
另外，可使用設置於基底的面向第一面的第二面的側面處的高溫計400來量測基底的溫度（參看S300）。高溫計400可使用自基底入射的光的輻射能量測溫度。
一般而言，高溫計400使用大約0.9微米至大約1.0微米的波長帶來量測溫度，且溫度量測區範圍為大約400℃至大約1,150℃。然而，基底相對於具有大約0.9微米至大約1.0微米的波長帶的光的光透射率具有取決於基底的溫度的特性。舉例而言，在矽晶圓的情況下，矽晶圓在大約600℃或更低的溫度呈半透明狀態時具有光透射率。亦即，矽晶圓由於其材料特性具有在低溫區中透射光的特性，且因此，當基底具有大約600℃或更低的低溫度時，具有大約0.4微米至大約6.0微米的波長的鹵素燈的部分光透射穿過基底。因此，在低溫基底的情況下，具有大約0.4微米至大約6.0微米的輻射波長的鹵素燈的部分光透射穿過基底。因此，具有大約0.9微米至大約1.0微米的量測波長帶的高溫計可量測透射光，且因此僅基底的溫度可不被精確量測，且可出現溫度量測誤差。
因此，在根據另一例示性實施例的用於處理基底的方法中，在製程（S200）中將光照射至基底的第一面上的多個半導體雷射模組310的主發射波長可小於在製程（S300）中量測基底的溫度的高溫計400的量測波長。
由於矽晶圓在大約600℃或更低的溫度下呈半透明狀態時具有光透射率，故自多個半導體雷射模組發射的光可如自鹵素燈發射的光一樣穿過矽晶圓到達高溫計400。然而，由於多個半導體雷射模組310的主發射波長小於高溫計400的量測波長，故光可自由高溫計量測的光排除，且因此，由高溫計量測的光可量測為自基底發射或反射的光。舉例而言，當具有大約0.85微米的發射波長的半導體雷射模組用作光源時，即使穿過矽晶圓的具有大約600℃或更低的溫度的光達到高溫計，由於光具有超出大約0.9微米至大約1.0微米的波長（其為高溫計的量測波長）的波長，故光可自輻射能或由高溫計量測的光的量排除，且因此，可量測基底的精確溫度。
最近，需要諸如矽化鎳（NiSi）的新材料以降低最新半導體裝置（諸如奈米CMOS、FinFET以及類似者）中淺接面的洩漏電流及電阻。為了沈積諸如矽化鎳的薄膜，在大約600℃或更低的溫度下的低溫製程為必不可少的。在根據另一例示性實施例的用於處理基底的方法中，具有小於高溫計400的量測波長的主發射波長的多個半導體雷射模組310可用作用於加熱的光源以甚至在大約600℃或更低的溫度下精確量測溫度，且因此，可處理自600℃或更低的低溫製程至高溫製程的廣泛溫度範圍內的所有製程，而無額外溫度量測組件。
將光照射至基底上的多個半導體雷射模組可包含豎直腔表面發射雷射。
不同於典型側面發射雷射，豎直腔表面發射雷射具有在垂直於基底的方向上發射光束的結構。由於在垂直於基底的方向上發射光束，故光束可具有圓形對稱分佈，且因此，光均勻性可優於側面發射雷射的光均勻性，且晶圓級製程及製造可實現製造低成本雷射產品。此外，由於共振距離極短，故臨限電流可減小，且整個輸出可減小。
特別地，必須提供具有較大面積的表面光源以便用作用於在用於處理基底的設備中加熱的光源。對於此，雷射二極體需要製造為二維陣列類型平行光源。在側面發射雷射的情況下，難以將雷射二極體製造為二維陣列類型平行光源，此是由於光經由層壓於基底上的結構的側表面發射。然而，豎直腔表面發射雷射可極容易製造為呈所需形狀的二維陣列類型平行光源，此是由於層壓於基底上的結構需要提供為所希望結構。
在豎直腔表面發射雷射中，光源相對於垂直於發射表面的方向的照射角為大約20度至大約25度，且因此與發光二極體（LED）的大約30度至大約40度的照射角相比極窄。因此，光的平直度良好。因此，可實現能夠將具有高輸出及高精度的光照射至基底上以及能夠發射均勻光的二維陣列類型平行光源。
多個半導體雷射模組中的各者可劃分為第一區域及第二區域，且多個第一區域及多個第二區域可針對各區域電連接。照射光的製程（S200）可包含為各區域獨立地將功率施加至彼此電連接的多個第一區域及彼此電連接的多個第二區域的製程（S210）。
半導體雷射模組310中的各者可劃分為包含第一區域312及第二區域313的多個區域，且多個第一區域312及多個第二區域313可針對各區域電連接以便分組。功率可藉由使用第一電源521及第二電源522獨立地施加於彼此電連接的多個第一區域312及彼此電連接的多個第二區域313以控制加熱器300的各區域或基底的各區域的溫度，藉此改良溫度均勻性。亦即，半導體雷射模組可劃分為包含第一區域312及第二區域313的多個區域（其具有相同結構），且多個半導體雷射模組可視需要以各種形狀及大小的二維陣列配置且針對各區域獨立地控制以實現經由簡單製程用於處理基底的方法。
由於設置於多個半導體雷射模組中的第一區域及第二區域以相同方式分組且控制，故有必要量測對應於第一區域及第二區域的溫度以便控制經施加功率。因此，高溫計400可包含設置為對應於第一區域的第一高溫計及設置為對應於第二區域的第二高溫計。
量測基底的溫度的製程（S300）可包含藉由使用第一高溫計及第二高溫計量測基底的對應於第一區域及第二區域的區域上的各區域的溫度的製程，且在施加功率的製程（S210）中，功率可使用各區域的量測溫度獨立地施加於各區域。
可配置多個半導體雷射模組，使得定中心於加熱器300的中心處的至少一個虛擬圓穿過第一區域及第二區域中的任一者。根據多個半導體雷射模組的配置，在基底旋轉以用於溫度均勻性的情況下，對應於距加熱器的中心點相同半徑的基底區域（例如，對應於圖7的虛擬線的區域）可穿過多個半導體雷射模組的相同區域（第一區域或第二區域）。
在具有中心蜂巢結構的多個半導體雷射模組的情況下，高溫計及第二高溫計可分別設置於僅穿過多個第一區域的位置（對應於虛擬線3）處及僅穿過多個第二區域的位置（對應於虛擬線2）處以量測各區域的溫度。另外，若第三高溫計設置於對應於中心半導體雷射模組的基底區域的基底下部側（例如，虛擬圓1）處，則對應於中心半導體雷射模組的基底區域（基底的中心部分）可不斷穿過中心半導體雷射模組的第一區域及第二區域，同時旋轉以量測基底的對應於第一區域及第二區域的平均溫度。
量測基底的溫度的製程（S300）可更包含使用第三高溫計量測第一區域及第二區域的平均溫度的製程。第一區域及第二區域的平均溫度可對應於預設處理溫度（亦即，基底處理溫度）。
照射光的製程（S200）可包含使用由第三高溫計量測的溫度將功率施加至所有多個半導體雷射模組的製程，以及基於由第一高溫計至第二高溫計量測的溫度而判定溫度不均勻性的製程。
在將功率控制至所有多個半導體雷射模組的製程中可將相同功率施加至第一區域（或第一區域組）及第二區域（或第二區域組）。
當在判定溫度不均勻性的製程中確認溫度不均勻性時，可執行藉由使用由第一高溫計及第二高溫計量測的溫度將功率自第一電源521及第二電源522獨立地施加至第一區域（或第一區域組）及第二區域（或第二區域組）的製程。若在判定溫度不均勻性的製程中並不確認溫度不均勻性，則第一電源521及第二電源522可不斷將相同功率施加至第一區域及第二區域。
在根據例示性實施例的用於處理基底的設備及方法中，由於使用具有不同於高溫計的量測波長帶的主發射波長帶的半導體雷射模組供應光能，故基底的溫度可精確量測且甚至在大約600℃或更低的低溫區中控制。
另外，在根據實施例的用於量測基底的溫度的設備及方法中，可在大約600℃或更低的低溫區中精確計算基底的溫度，且可基於經計算基底溫度來控制施加於加熱器的功率以在低溫區中準確控制基底的溫度且確保基底的溫度均勻性，藉此防止基底損壞及確保在大約600℃或更低的溫度下執行的低溫製程的可靠性。
當豎直腔表面發射雷射用作光源時，與典型鹵素燈及發光二極體（LED）相比，由於高能效可降低功率消耗，且可由於光源的平直度及具有特定波長的光的容易發射有效地控制光特性。
另外，半導體雷射模組可劃分為多個區域且以各種類型的陣列配置，且可為各區域控制輸入功率以對應於具有各種大小及形狀的基底且改良基底的溫度控制的均勻性及製程調諧的變化。
在根據例示性實施例的用於處理基底的設備及方法中，由於使用具有不同於高溫計的量測波長帶的主發射波長帶的半導體雷射模組供應光能，故基底的溫度可精確量測且甚至在大約600℃或更低的低溫區中控制。
亦即，在根據例示性實施例的用於處理基底的設備及方法中，可在大約600℃或更低的低溫區中精確計算基底的溫度，且可基於基底的經計算溫度而控制施加於加熱器的功率以甚至在低溫區中精確控制基底的溫度。另外，可確保基底的溫度均勻性以防止基底損壞且確保大約600℃或更低的低溫製程的可靠性。
當豎直腔表面發射雷射用作光源時，與典型鹵素燈相比由於高能效可降低功率消耗，且可由於光源的平直度及具有特定波長的光的容易發射有效地控制光特性。
另外，半導體雷射模組可劃分為多個區域且以各種類型的陣列配置，且可為各區域控制輸入功率以改良基底的溫度控制的均勻性。
在上文描述中所使用的「在…上」的含義包含直接接觸的情況及不直接接觸的情況，但與上部表面或底部表面相反定位，且不僅部分面向上部表面或底部表面而且部分亦有可能面向彼此安置，且用於意謂其彼此背對或其直接接觸上部表面或底部表面。
儘管已參考其數個說明性實施例描述實施例，但實施例不限於前述實施例，且因此，應理解可由所屬領域中具有通常知識者設計將屬於本揭露的原理的精神及範疇內的眾多其他修改及實施例。因此，本發明的實際保護範疇應由隨附申請專利範圍的技術範疇來判定。
100:腔室 200:基底支撐件 300:加熱器 310:半導體雷射模組 310a:中心半導體雷射模組 310b、310g:周邊半導體雷射模組 311:半導體雷射二極體 312:第一區域 313:第二區域 320:反射器 321:傾斜反射表面 322:前部反射表面 400:高溫計 500:控制器 510:輸出功率判定部分 520:電源 521:第一電源 522:第二電源 A-A':線 S:基底 S100、S200、S210、S300:製程
自結合隨附圖式進行的以下描述可更詳細地理解例示性實施例，其中： 圖1為示出根據例示性實施例的用於處理基底的設備的組態的視圖。 圖2為用於解釋根據例示性實施例的加熱器的結構的視圖。 圖3為示出根據例示性實施例的半導體雷射模組的配置的不同形狀的視圖。 圖4為示出根據例示性實施例的用於處理基底的設備的溫度均勻性的效應的視圖。 圖5為示出根據例示性實施例的反射器的視圖。 圖6為用於解釋根據例示性實施例的用於控制半導體雷射模組的方式的視圖。 圖7為用於解釋根據例示性實施例的用於配置半導體雷射模組的方式的視圖。 圖8為示出根據另一例示性實施例的用於處理基底的方法的流程圖。
300:加熱器
310:半導體雷射模組
310a:中心半導體雷射模組
310b、310g:周邊半導體雷射模組
311:半導體雷射二極體

Claims (17)

  1. 一種用於處理基底的設備，所述設備包括： 腔室，組態以提供處理所述基底的處理空間； 基底支撐件，設置於所述腔室的所述處理空間中以支撐所述基底； 加熱器，設置有組態以朝向所述基底的第一面照射光的多個半導體雷射模組；以及 高溫計，設置於面向所述第一面的第二面的側面處以偵測自所述基底入射的光，藉此量測溫度， 其中所述多個半導體雷射模組的主發射波長小於所述高溫計的量測波長。
  2. 如請求項1所述的用於處理基底的設備，其中處理所述基底的溫度包括大約600℃或更低的溫度範圍。
  3. 如請求項1所述的用於處理基底的設備，其中所述半導體雷射模組中的各者包括豎直腔表面發射雷射。
  4. 如請求項1所述的用於處理基底的設備，其中所述多個半導體雷射模組包括： 中心半導體雷射模組，設置於所述加熱器的中心部分處；以及 周邊半導體雷射模組，設置於所述中心半導體雷射模組周圍。
  5. 如請求項1所述的用於處理基底的設備，其中所述多個半導體雷射模組中的各者具有邊緣，所述邊緣具有多邊形形狀。
  6. 如請求項1所述的用於處理基底的設備，更包括反射器，所述反射器組態以圍繞所述多個半導體雷射模組中的各者的邊緣以將自所述多個半導體雷射模組發射的光的至少一部分朝向所述基底反射。
  7. 如請求項6所述的用於處理基底的設備，其中所述反射器包括傾斜反射表面，所述傾斜反射表面相對於所述多個半導體雷射模組中的各者的發射表面具有大約80度至大約90度的傾斜角的。
  8. 如請求項7所述的用於處理基底的設備，其中將金屬反射膜塗佈於所述傾斜反射表面上。
  9. 如請求項1所述的用於處理基底的設備，其中所述多個半導體雷射模組中的各者劃分為第一區域及第二區域，其中所述多個第一區域及所述多個第二區域針對各區域電連接，以及 所述設備更包括第一電源及第二電源，所述第一電源及所述第二電源獨立地將分別為各區域施加的功率施加至彼此電連接的所述多個第一區域及彼此電連接的所述多個第二區域。
  10. 如請求項9所述的用於處理基底的設備，其中所述高溫計包括： 第一高溫計，設置為對應於所述第一區域；以及 第二高溫計，設置為對應於所述第二區域， 其中所述第一電源及所述第二電源組態以使用由所述第一高溫計及所述第二高溫計量測的溫度來為各區域將所述功率施加至所述多個半導體模組。
  11. 如請求項9所述的用於處理基底的設備，其中配置所述多個半導體雷射模組，使得使用所述加熱器的中心部分作為中心的至少一個虛擬圓穿過所述第一區域及所述第二區域中的任一者。
  12. 一種用於處理基底的方法，所述方法包括： 在腔室的處理空間中設置基底； 藉由使用設置於加熱器中的多個半導體雷射模組將光照射至所述基底的第一面上；以及 藉由使用設置於所述基底的面向所述第一面的第二面的側面處的高溫計量測所述基底的溫度， 其中所述多個半導體雷射模組的主發射波長小於所述高溫計的量測波長。
  13. 如請求項12所述的用於處理基底的方法，其中處理所述基底的溫度包括大約600℃或更低的溫度範圍。
  14. 如請求項12所述的用於處理基底的方法，其中所述半導體雷射模組中的各者包括豎直腔表面發射雷射。
  15. 如請求項12所述的用於處理基底的方法，其中所述多個半導體雷射模組中的各者劃分為第一區域及第二區域，其中所述多個第一區域及所述多個第二區域針對各區域電連接，以及 所述光的所述照射包括為各區域獨立地將功率施加至彼此電連接的所述多個第一區域及彼此電連接的所述多個第二區域。
  16. 如請求項15所述的用於處理基底的方法，其中所述高溫計包括： 第一高溫計，設置為對應於所述第一區域；以及 第二高溫計，設置為對應於所述第二區域， 其中所述溫度的所述量測包括藉由使用所述第一高溫計及所述第二高溫計來量測所述基底的對應於所述第一區域及所述第二區域的區域上的各區域的溫度，以及 在所述功率的所述施加中，藉由使用各區域的所述量測溫度為各區域獨立地施加所述功率。
  17. 如請求項15所述的用於處理基底的方法，其中配置所述多個半導體雷射模組，使得使用所述加熱器的中心部分作為中心的至少一個虛擬圓穿過所述第一區域及所述第二區域中的任一者。
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