TW457594B - Thermal processor for semiconductor wafers - Google Patents

Description

457594 A7 B7 五、發明説明（ 發明背景 矽晶圓在傳統上係以如沉澱、氧化和蝕 ;，例如-次批量處理2。至40片晶圓，該批== 管中處理，其中晶圓係分別地握持於石英”晶圓載具"之 上，该石英管及晶圓由熔爐加熱至一約在攝氏⑽0度至 =〇〇度範圍間的溫度；典型地這些溶爐係、電阻式加熱ς構 ^如利用電氣金屬線圏且具備數小時的處理時間。 單晶圓製程係最近發展出來的，使用較小的小室以取代 具備，具的長管而且處理—片晶圓所要的時間可以分鐘 计，最普及的單晶製程法之一係使用—石英室並視爲一急 速熱製程(RTP) ’ RTP與其他類似的晶圓製程仍舊加熱： 圓由大約攝氏1000度至攝氏！2〇〇度；然而，鶴絲自素燈用 以取代罨阻加熱，某些批量製程類似地利用鎢絲齒素燈以 取代電阻加熱，該等製程一般視爲"快速批量製程”，因爲 此等呈比單& [I]製程需要較多相而比傳統.的批量製程 需要較少時間。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 用於半導體製造之普通的RTP系統使用鎢絲_素燈以快 速地加熱放置在石英平行板反應器中的單矽晶圓，在該系 統中效率因鎢絲燈之光譜放射係朝紅外線區彎曲而打了折 扣，而且藉由熱矽表面發射的熱量經過反應壁傳送並消失 於反應器t外。除了因以上理由而需要大量的電力之外， 尚有由晶圓相對於燈之相對位置所產生之橫越晶圓的熱變 異。 發明概要 -4- 本紙張尺度適用中国§家標率（CNS )六4规格（210>< 297公釐） 457594 A7 B7 經濟部中央捃準局員工消f合作社印製 五、發明説明（ =有-種用於半導體晶圓較傳統處理器具備較高電源 二羊(以及相當地幸父長的燈泡壽命與較低能 處理器。 } 、亦期待有-種用於半導體晶圓較傳統之熱處理器具備改 艮（熬均一性並因此促成—均—的平面溫度。 本發明之-具體實例中，藉著具備—波長—選擇性層之 -透明反應器之被覆壁以允許由燈泡輕射出之紫外線（叫 及可見光進入反應器’同時阻絕從熱半導體晶圓發射出的 紅外線之出口 C反應器中光線之補捉將因t要較少小室上

之投入光線而增進效率並藉由增加對燈泡位置不敏感非直 線光線的部分來改良加熱均—性D 在另一個實例中，—卣素紅外線白熾燈或一較短波長之 水銀或金屬1¾化物發射燈係用於較鎢絲燈需要較少能量之 處，因其在較高之矽吸收波長處放射，此種燈泡亦更可信 賴因爲不出現一鎢絲。 該兩種實例可個別或在熱處理中組合使用，例如單晶圓 製程、批量製程、急速熱製程以及快速批量製程。 圖式簡單説明 據k係嶄新的本發明之特性在附加申請專利中係敘述爲 具備特殊性。然而本發明本身如組織與操作方法兩者以及 更夕的目的和優點自此可藉著參照以下説明與附圖之連結 而更能加以瞭解，圖中相當的數字代表相對的成分，其 中： 圖1係本發明之—熱處理器實例之一剖面側視圖。 5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（2!〇χ297&釐） ! 參------if------^ (請先閲讀背面之注意i'f再本頁) 一 457594 Α7 __ Β7 Μ濟部中央標準/;負工消費合作社印製 五、發明説明（3 ) 圖2係類似於如圖1之一視圖，其中— X反選擇性劈位於 内室壁上並由一鈍態層所覆蓋。 伴 ' 圖3-5係類似於如圖1具備雙層壁之视圖。 圖ό係本發明之一垂直熱處理器實例之—却& ,、 刮面側視圖。 較佳具體實例之詳細謂 圖1係本發明之一熱處理器實例丨之一剖面視圖，一半導 體晶圓10位於一反應室12之中並由小插梢14所支撑，該 反應室具備一波長選擇性被覆且吸收自燈泡加熱元件 一燈泡反射器2 0之輻射能量。 晶圖10可能包括任一半導體材料如矽、碳化矽、砷化 嫁、氣化鎵。若想要的話這些半導體材科可與薄絕緣物層 及/或金屬層結纟。反應、室12可能包括—光學上足夠透明 而允許高的紫外光或可見光（光線包含—約於200毫微米至 約800毫微米波長）傳導性。反應室丨2之材料範例包括石 英、礬土濃液處理之石英、礬土以及合成二氧化矽。 圖1的實例中，晶圓10水平置於反應室内並由插梢14支 撑，包含石英具備裝置表面向該反應室之反向側（非插梢 侧）以及燈泡加熱元件。反應室中晶圓的定位非係決定性 的’例如該晶圓可以傾斜或垂直的方向支撑或可藉由反廣 之中門上的一石英基座來支撑。 — 被覆1 6可選自任一波長-選擇性之材質中以反射如銦_錫 -氧化物（ITO)、銻-錫-氧化物（ΑΤΟ)、氟-錫-氧化物 (FTO) '未以濃業處理之錫氧化物、雙色濾光鏡、或如 銀、銘或金的薄金屬膜。雙色濾光鏡可由一疊如鈦氧化物 本紙張尺度適用中国國家橾孪（CNS ) A4規格（210X297公釐） (诗先閱讀背面之注^^項再續爲本頁) -裝· *-β 線 .H * - - 1 - 1 n A7 ____B7 五、發明説明（4 ) 及二氧化矽層或組氧化物及二氧化矽層所製成且因這些疊 層可在高溫下存在一較長時間所以較爲有利。如反應室材 料一般’ Μ被覆材料可以傳送一波長範圍大約在2〇〇毫微 米至約800毫微米的光線。 紅外光選擇鏡被覆包含濃液處理半導體氧化物稱爲 Drude鏡被覆’關於其電氣的、光學的、以及材料性質皆 已特微化’如1 9 9 6年2月1曰出版之應用物理期刊第7 9册 頁數1722' 1 729由T.Gerfin與M.Gratzel ·’橢圓測量法所決定 之錫濃液處理銦氧化物之光學特性”中所討論的。Drude鏡 被覆已用於溫室之門窗玻璃，當允許陽光自由地進入時可 減少經由發射紅外線所發生之能量損失，如敘述於科學雜 該1976年7月1 ό日出版之第193册之頁數229-31之|，經由視 窗在熱傳導上紅外線透明的效應"。銻-錫-氧化物（Ατό) 膜藉著化學蒸氣沉澱法沉澱於矽氧化層之上如T P Ch〇w， 經濟部中央標孪局員工消費合作社印製 M，Ghezzo與B.J.Baliga所敘述於1982年5月份電子化學協 會期刊之1040-45頁之”藉四甲基錫與三甲基銻以沉澱銻濃 液處理錫氧化物"文章中，且因而預期（AT〇 )膜可沉澱於 石英之上。雙色滤光鏡使用於卣素紅外線拋物線式飽反射 器（PAR)燈由位於俄亥俄州克利夫蘭之奇異公司可以獲 知’用來在可見光傳送至外部時自燈泡殼反射紅外線輻射 熱。本發明不同於鹵素_IR pAR燈，其中光源係在該被覆 反應主中’而本發明中光源係位於該被覆反應室之外。 燈泡加熱元件1 8可能包含如紫.外線（u V )放射燈如水銀 放射燈、金屬卣素可見光放射燈、或齒素紅外線白熾燈。 本紙張適用中國國家標草（CNS ) Μ現格（加，297公楚） 457694 A7 B7 :¾濟部中夬標準局員工消费合作社印製 五、發明説明（5 ) 可見光爾之波長範圍從200毫微来至大约4〇〇毫微米，紫外 光譜之波長範圍自大約4〇〇毫微米至大約8〇〇毫微米。因 此，反應I： 1 2與覆丨6係較可以通過一包括波長範圍2〇〇毫 微米至大約800毫微米的光線。 若燈泡加熱元件係圓筒的，則可以相距周期性距離來排 列，燈泡反射器包含一群凹面鏡，.置於燈泡之上以便有效 地反射該燈泡之背面照明。 如使用一紫外線放射燈以處理矽晶圓，就算在反應室上 不使用一被覆也預期可用比傳統之鎢絲燈增加百分之3 〇或 更多之光線使用效率。效率上預期的增加係由於矽吸收光 瑨與反射燈之反射光譜有效大的重疊之事實所致，使用該 被覆以提供熱量回收係預期可以增進動力效率至約額外多 百分之6 5 ’ 一總合的改進約百分之$ 5。 圖2係類似於圖i之一視圖，其中一波長選擇性被覆^ 6 a 係位於反應主壁1 2 a的内侧上而且由一純態層2 4所覆蓋， 將被覆安置於壁内側上有助於降低由反應室壁1 2 a吸收之 I R光線’在此實例中之該背覆要係耐火材料，不會脱落任 何微粒至晶圓之上並要免於污染物，鈍態層2 4可能包含一 種材料如具備一厚度範圍約0.1微米至約0.2微米之二氧化 石夕（Si〇2)以及添加至圖2之被覆1 6 a或屬1的被覆1 6中以保 護該被覆。 圖3至5係類似於如圖1具備雙層壁反應室以進行氣冷之 視圖’若單層壁導致反應室中壁溢度超過該被覆之熱能力 時將會有故，因爲如矽晶圓可到達超過攝氏1000度的溫 -8 - 本紙張尺度適用中囷國家標準（CNS ) Λ4規格（2 ί 0 X 297公釐） 457594 A7 B7 五、發明説明（6 ) 度°圖3和4中之被覆16b和16c係分別地位於反應室壁 12b和26以及12c和26c之間，強迫空氣28及28c能於反 應室壁間泵送，圖3中，被覆1 6 b係位於反應室壁1 2 b之一 外面上’而且在圖4中之被覆1 6 c係位於反應室壁2 8 c之一 内面上’圖5中之反應室壁I2.d與26d強迫空氣28d泵送於 其間而且被覆1 6 d係出現於反應壁1 2 d之一内面上。更有 甚者’圖5舉例説明了單反應室！ 2d中之複數個晶圓1 〇a* 1 0 b 〇 圖6係本發明之一垂直熱處理器較佳實施例2之一剖面側 視圖’其中反應室612係由波長選擇性被覆6 1 6所覆蓋且 圍繞著複數個晶圓610，例如晶圓可使用石英插梢（未顯示） 來叠起來，該反應室係由蓋子630所密封，蓋子可由如石 英等材質所組成，如氮、氧或高熱產生的氣流可經由進氣 口 632來提供而由排器口 634來釋放，輻射能量可由燈泡總 成619之燈泡加熱元件618來提供。 在此僅舉例説明與敘述本發明之某些較佳特性，而許多 修正與改變將爲那些精於此技藝之人所能思及，因此附加 申請專利範圍意指能覆蓋如落於本發明之眞實精神之所有 此類修改及改變係需要瞭解的。 IJ--------•装------訂------線 (請先閱讀背面之注意事項再"鳥本頁j 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -9- -本紙張尺度適用中國國家標隼（〇^7^格（210X297公楚）

Claims (1)

1. 4'57iS444B號專利申請案 B8 中文申請專利範圍修正本（90年7月）認 A8 BS 〇午 --1 3正丨補充

   申請專利範圍 it 至少一半導體晶圓之熱處理器，包含： *T：'r - ； ρ i 疲應室’用以握持至少—半，導體晶圓，該反應室 包含一實質透明於包括一波長範圍位於大約2〇〇毫微米 與8 0 0毫微米的光線之材料； 一被覆，位於至少一部分的反應室上，該被覆包含 一實質透明於包括一波長範圍位於大約200毫微米至 8 0 0毫微米間之材料且實質可反射具有大於大約8〇〇毫 微米之波長之紅外光線；以及 一光源’用以提供輻射能經由被覆與反應室給該至 少一半導體晶圓》 2. 如申請專利範圍第1項之處理器，其中該光源係一紫外 線放射燈’ 一由素紅外線白熾燈或一金屬南素可見光 放射燈。 3. 如申請專利範圍第1項之處理器，其中該反應室係石 英、馨土7辰液處理石英、獻土或合成硬化物。 4. 如申請專利範圍第1項之處理器，其中該被覆係鋼_錫_ (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁) 擧化物’銻-錫-氧化物、氟-錫-氧规 經濟部中央標隼局—工消费合作社印製 _、未以濃液處 —..I丨膜。 ，始於至少一半導體晶圓之一熱處理含： —反應主以握持至少一半導體晶翻，該反應室包含 一實質透明於包括一種波長範圍位於大約200毫微米 至800毫微米間光線之材料；以及 一燈泡包+含一紫外線放射燈、一鹵素紅外線白織 燈，或一金屬自素可見光放射燈，該燈泡可經由反應 室提供輻射能給至少一半導體晶圓。 it 錫氧化物

   雙色濾光鏡或一薄崔 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A40 ( 210X297公釐） 457594 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 6. :! rm 清專利範圍第5項的處理器，其中該反應室係石 _礬土濃液處理石英、礬土或合成矽化物。 二_‘於至少一半導'體晶圓之處理器，包含： 實質透明的反應室，用以握持至少一半導體 圓 一被覆’包含一材料實質可反射具有大於大約8〇〇毫 微米之波長之紅外光線且覆蓋反應室之至少一部分， 該反應室及該被覆之组合係實質透明於包括一種波長 範圍位於大約2 0 0毫微米至8 0 0毫微米間之光線；以及 一紫外線放射燈’用以經由該被覆及該反應室提供 輻射能給該至少一半導體晶圓。 8.如申請專利知園第7項的處理器，其中該反應室係石 英、礬土濃液處理石英、礬土或合成矽化物而該被覆 -錫-氧化物、銻-錫-氧化物、氟_錫_氧化物、未 减.;谡液處理錫氧化物， 9. Ί------……------一雙色濾光鏡或一薄金屬膜 於一熱處理器之裳置，該裝置包含： ---------ί^— (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 、11 經濟部中央揉隼局爲工消費合作社印策 反應室，用以握持至少一半導體晶圓，該反應室 包含一實質透明於包括一種波長範圍位於大約200毫 微米至8 0 0毫微米問光線之材料；以及 —被覆’位於反應器之至少一部分之上，該被覆包 含一實質透明於一波長範園位於大約200毫微米至8〇〇 宅微米間之光線且實質反射紅外光線之材料3 10.如申請專利範圍第9項之裝置，其中反應室係石英、馨 土濃液處理石英、礬土或合成矽化物。 本紙浪尺度逋用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）