TW479298B - Thermally processing a substrate - Google Patents
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Description
479298 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明( 發明領域: 本發明係關於熱處理一基材之系統及方法 發明背景: . 本發明係關於熱處理一基材之系統及方法。 在半導體邏輯與記憶體電路、平板顯示器、光碟機 及其它元件的製造中都需要在基材處理系統中進行。在 製造過程中,這些基材可能會進行化學氣相沉積(CVD) 及快速的熱處理(RTP)等製程’其中RTP包含快速熱回; 火(RTA)、快速熱洗淨(RTC)、快速熱化學氣相沉積 (RTCVD)、快速熱氧化(RTO)及快速熱氮化(RTN)等等。 RTP系統通常包含一加熱元件,其由一或多個燈管組 成,其中該燈管會經由一光可傳輸之視窗對該基材以輻 射方式加熱。RTP系統還包含一或多個其它之光元件, 如一光反射表面及一或多個光偵測器,其中該光反射表 面面向該基材之背面,而該光偵測器則用以測量基材在 製程中的溫度。此外,許多種快速熱處理技術都需要對 基材溫度在時間上可能的變化加以控制。 發明目的及槪:述 : 本發明的特徵在於一熱處理方法之提出,其中一基材 之溫度在加熱時段、冷卻時段或兩者中都可加以控制,如 此能降低基材之熱預算,並改善增成於基材上之元件的品 質及性能。就特定來說,本/案發明人確切了解在熱處理過 第3頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ------- -------------t---------^ —^w---- Γ請先閱讀背面之注音?事項再填寫本頁} A7
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明() 程中只要對基材及一熱貯存器(如一水冷卻反射板組件)之 間的熱轉移速率加以控制,基材之溫度就得以控制之。 就本發明之一樣態來說,基材係根據一熱處理計劃進 行加熱’而在熱處理計劃中一熱處理系統内基材及之熱貯 存咨間的熱轉移得以改變。 本發明之該樣態的實施方法具有下列特徵之一者或 多者。熱轉移速率可經由改變基材及熱貯存器間的熱導 度、改變基材及該熱貯存器間的距離而改變之,其中熱導 度可經由改變基材及熱貯存器間之一熱傳送媒介(如一洗 淨氣流)的特性而改變之。例如,熱導度可以經由改變洗 淨氣流之組成及基材與熱貯存器間的洗淨氣流壓力而得 到改史為奸存為可為處理室中一相當低溫之表面,其中 基材與該相當低溫之表面間的熱導度在熱處理計劃之冷 卻時段内得以增加,而增加之方式則為在該基材及該相當 低溫表面間加以一相當高熱導度之氣流,即以一第一洗淨 氣成(如氮、氬及氖等)在該熱處理計劃中的加熱時段時加 於該基材及該相當低溫之表面間,並以一第二洗淨氣流 (如氦及氫等)在該熱處理計劃之冷卻時段時加在該相當低 溫之表面處,其中該第二洗淨氣流的熱導度大於該第一洗 淨氣流者。 在本發明之另一樣態中,一第一洗淨氣流被加入該哉 處理系統中,基材就根據一熱處理計劃受熱之,而另一不 同於第一洗淨氣流之一第二洗淨氧流同樣被通入該熱處 理系統中。 1 第4頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ^ f ί ------>— -----—------1---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 479298 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明( 本發明之該樣態的實施方法可包含下列特徵之一或 多者。該第二洗淨氣流可在該熱處理計劃之冷卻時段中加 至該熱處理系統中’即在該基材抵至或接近一目標學值溫 度或基材溫度在·下降當中時通入該第二洗淨氣流。該第一 洗淨氣流可在該熱處理計劃之加熱時段中通入該熱處理 系統中,其中該第一洗淨氣流之熱導度小於該第二洗淨氣 流之熱導度。在該實施做法中’該第二洗淨氣流包含氦、 氫或該兩者,而該第一洗淨氣流可包含氮。該第二洗淨氣 流可被加在該熱處理系統内該基材表面及一熱貯存器之 間。在該熱處理計劃之一加熱時段内,該第一洗淨氣流可 被加至熱處理系統之基材表面及熱貝宁存器之間;而在該加 熱計劃之一冷卻時段中,該第二洗淨氣流可加至該熱處理 系統中該基材表面及该熱貯存為之間的地方。 在本發明之另一樣態冲,一第一洗淨氣流被加至該熱 處理系統中,而基材則被加熱至一目標溫度;在該基材已 抵至或接近該目標溫度時,一第二洗淨氣流被加至該熱處 理系統中,其中該第二洗淨氣流之熱導度大於該第一洗淨 氣流者。 該實施做法可包含下列特徵之一或多者。該第二洗淨 氣流可包含氦,而該第一洗'淨氣流可包含氮。當基材之溫 度已被加熱或靠近至目標溫度時,第一洗淨氣流通入該熱 處理系統的動作就被停止。 在本發明之另一樣態中,基材被加熱至一目標溫度’ 而在該基材已達或靠近該目?標溫度時,一洗淨氣流被加至 第5頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ί--------------------訂---------線-ΙΡΓ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 479298 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明() 該熱處理系統之該基材表面及一熱貯存器之間,其中該洗 淨氣流可增加該基材表面及一熱貯存器之間的熱導度。此 外,洗淨氣流從該熱處埋系統中移出的速率與其加入該處 之速率約莫相等·。 該實施做法可包含下列特徵之一或多者。該洗淨氣流 可具有相當鬲之熱導度。該洗淨氣流可包含氦。該洗淨氣 流可在一熱處理計劃之一冷卻時段内提供至該熱處理系 統中。該洗淨氣流可以一相當高之速率送至該熱處理系統 _........- - — ·—............—--------------------------------------------—.一一 中,Θ減少基材處於該目標溫度之時間。該洗淨氣流可在 基材被加熱至該目標溫度之前約莫一至三秒钂時送入該 熱處理系統中。 本發明之另一樣態中,一第一洗淨氣流被送至該熱處 理系統中,而基材則被加熱至一目標溫度。當該基材已抵 至或接近該目標溫度時,一第二洗淨氣流就被加至該熱處 理系統中該基材表面及一熱貯存器之間。在該熱處理系統 中,該第二洗淨氣流之熱導度大於該第一洗淨氣流者。此 外,該第二洗淨氣流從該熱處理系統移出之速率約莫與其 送入該處之速率相等。 該實施做法可包含下列特徵之一或多者。該第一洗淨 氣流可包含氮’而该第二洗'淨氣流可包含氦。此外,在該 基材已抵至孩目標溫度之時或之前,通入該第一洗淨氣流 至該熱處理系統的動作可被停止。該第二洗淨氣流可以一 相當高之流速送入該熱處理系統當中,以降低基材處於該 目標溫度的時間’而其加入,之時間則為該基材溫度正在下 本紙張尺度適+7關家鮮(CNS)A4規格 公釐) ϋ »ϋ· 1 ϋ iai n tmmme vfi n n·· 0 n n mammt §Mm9 i mMMmm n l 1 I— n n n ϋ— I « (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 479298 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7_ 五、發明說明() 降的時段中。 本發明所具有的優點如下。當基材在該熱處理系統内 加熱或冷卻的速率很快時,某些特定熱處理方法(如形成 超淺接面之方法)所得之結果得以改善。在熱處理過程 中,利用對熱在處理室之一基材及一熱貯存器間轉移速率 的改變,加熱時段、冷卻時段或該兩時段都可加以最佳 化,而使所形成之元件的品質得到改善。此外,基材上各 處之熱均句度也得以改善。 本發明之其餘特徵及優點可在以下之詳細說明及所 附之圖式與申請專利範圍的描述後變得清楚明顯。 圖式簡單說明: 第1圖為一熱處理系統之一側視示意圖,其中包含一反射 板組件及一流體注入器。 第2A圖為說明處理一基材之方法的流程圖。 第2B圖為通入氮洗淨氣流及氦洗淨氣流之一學值回火 熱處理過程中基材溫度與時間的關係圖。 第2 C圖為一最佳冷卻過程之基材溫度均勾性的圖示說 明。 第3 A及3 B圖為第1圖之反射板組件及流體注入器之立體 分解圖。 第3 C圖為第1圖之反射板組件及流體注入器的上視示意 圖;其中該底部反射板的特徵以虛線表示之。 第4圖為第1圖中基材處瑄系統之洗淨氣流控制系統的 /第7頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ^ 一 --------------—------訂---------^ l^w— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 479298 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_ 五、發明說明() 示意圖。 第5圖為一不同之流體注入器的上視示意圖。 第6A及6B圖分別為一不同流體注入器之一部份的侧視圖 及上視圖·。 第7A及7B圖分別為一不同流體注入器之一部份的側視圖 及上視圖。 第8A及8B圖分別為另一流體注入器之一部份的側視圖及 上視圖。 圖號對照說明: 10 處 理 基 材 之系統 12 基 材 14 處 理 室 15 反 射 腔 16 燈 管 組 件 18 石 英 視 窗 22 反 射 板 組 件 23 水 冷 卻 座 24 溫 度 探 針 25 光 孔 26 光 孔 27 光 孔 28 控 制 器 30 氣 流 輸 入 處 32 氣 '流 出 π 34 幫 浦 系 統 40 洗 淨 流 體 注入器 42 洗 淨 氣 流 44 抽 氣 口 ^ 46 洗 淨 氣 流 輸入處 48 水 平 通 道 50 導 流 器 52 導 流 環 54 頂 部 反 射 板 56 底 部 反 射 板 58 通 道 60 通 道 62 周 圍 牆 第8頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) -------------.—------訂·-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 479298 A7 B7 五、發明說明() 64 周圍邊緣 66 水平通道 68 線 70 區域 80 流體控制器 82 壓力換能器 84 壓力控制閥. , 86 過濾器 88 流體控制器 90 限流器 92 流體控制器 94 關閉閥門 96 關閉閥門 100 反射板組件 102 洗淨氣流 104 頂部反射板 106 ,抽氣口 108 光孔 1 10 反射板組件 1 12 導流板 1 14 頂部反射板 116- 122 周圍區域 124 光孔 126 光孔 128 垂直圓環狀通道 129 垂直圓環狀通 130 反射板組件 132 垂直通道 134 導流裔· 136 洗淨氣流 138 光孔 140 反射板 142 抽氣口 150 反射板組件 152 孔 154 孔 156 孔 158 共用氣流空間 160 洗淨氣流輸入處 ^ 162 幫浦系統 164 抽氣口 發明詳細說明: 請參閱第1圖。圖中」用以處理一基材之系統1 0包 第9頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ------·— 1——------訂---------^ —^_wi (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 479298 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明() 含一處理室1 4,該處理室1 4為一水冷卻加熱燈管組件16 經由一石英視窗1 8以輻射方式加熱,其中基材丨2的周圍 為一可旋轉支撐結構2 0所支撐,而該旋轉速度可高至約 3 00rpm。基材12之下方有一反射板組件22,該組件22 係當作一熱貯存器,其並具有一光反射表面,且該表面面 向基材1 2之背面,以增強基材1 2之有效放射。一反射腔 1 5形成在基材1 2及反射板組件2 2之頂表面、之間。在一八 忖(200愛米)矽晶圓專用之系統中,所用之反射板組件22 直徑芍為8.9吋,基材1 2與反射板組件2 2之間的距離約 為5至10毫米,而基材12及石英視窗18之間的間隔約 為25mm。反射板組件2支撐於一水冷卻座23之上,其中 該座2 3的溫度典型上係被維持為約2 3 t。 基材1 2之局部區域上的溫度係經由複數個溫度探針 24加以測量,其中該溫度探針24的位置被設計成能測量 基材上放射方向各不同位置之溫度,其可經由光孔25,M 及27接收由處理室内傳來之光,其中該光孔25,26及’ 貫穿於反射板組件22之頂表面。處理系統1〇總計可具有 十個溫度探針,而第1圖中則只顯示其中三個。更特定‘ 來,一 200毫米之基材所用之溫度探針數為五個,而一 3 = 毫米之基材所用者則為七個、 在反射板表面之每一光孔的直徑可為約0 08吋。藍寶 石光管負責將光孔所接收之光傳輪至對應的光偵測哭1 ^ 熱量器)中’其中光债測器用以決定出基材12之局部區= 的溫度。光僧測器所得之溫'度測量值為一控前28所接 第10頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ----------------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 479298 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明() 收,而該控制器則係用以控制熱燈管組件1 6的輕射輸出, 而其間所形成的回授路徑增強了該處理系統對基材丨2均 勻加熱的能力。這種控制系統可見於美國專利案5,7 5 5 5 i i 中的說明内容,在此將之併入以供參考。 如第1圖所示,在一些熱處理場合中一製程氣^^可經 由一氣流輸入處30送進處理室14中,而該製程氣流會通 過基材12之頂表面,並與一受熱之基材反應而形成如一 氧化層或一氮化層之物;過量的製程氣體及所有揮發性反 應副產物的抽出則為一幫浦系統3 4經由一氣體出口 3 2為 之。該洗淨氣流通過基材1 2之頂表面而與處理室1 4内之 揮發性污染物匯合。 在反射腔1 5中,一洗淨流體注入器40產生一大致為 層流狀的洗淨氣流4 2,該氣體4 2並經過反射板組件2 2 的頂表面。該洗淨氣流4 2從該反射腔2 2中的抽出係經由 一抽氣口 4 4為之’其直徑約為〇. 3 7 5忖,並與反射板組件 2 2之中心軸相距約2吋。在實際操作中,洗淨氣流由一洗 淨氣體輸入處4 6注入,並為反射板組件.2 2之複數個通道 4 8分散開來。該洗淨氣流隨後被導至一導流器5 0,而該 導流器5 0在該反射組件2 2的頂表面之上,兩者並相隔約 0 · 0 1吋(0 · 2 5毫米)之距離(舉例而言),其係用以使該洗淨 氣流4 2變成大致為層流狀的氣流。 請參閱第2A及2B圖。該圖所示者為一實施例,其中 一超淺接面可形成在一摻有雜質之半導體基材内,其形成 步驟說明如後。基材首先?被載進熱處理室1 4中(步驟 第11頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) -----------— —------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 Ο Ο)。一第一洗淨氣流(如氮)經由氣體輸入處3 〇送入熱處 理i中’或經由洗淨流體注入器4 〇之輸出送進反射腔1 5 中’或兩者皆有之(步驟202)。基材由加熱燈管組件16加 為至一約為700它之起始溫度(步驟204)。時間tQ時’加 熱燈管組件1 6開始對該基材加熱,直至該基材溫度達至 一目標溫度為止,如1 000°C或1 100。(:(步驟206)。在該基 材被加熱至一大致為目標峰值溫度(時間tl)之後,加熱燈 管組件1 6所提供的輻射能量被加以降低,而一第二洗淨 氣流C如氦)為洗淨流體注入器4 〇送進反射腔1 5中(步騾 2〇8)。在實際操作中,氦洗淨氣流在目標溫度就要到達的 時間加入’於是在基材真正被加熱至目標溫度時,基材及 反射組件2 2間的反射腔1 5就被第二洗淨氣流所填滿。當 第一洗淨氣泥在加熱階段由洗淨流體注入器4 0注入時, 洗淨流體的供應源在時間t i或靠近時間t!時由第一洗淨 氣流切換為第二氣體。當該基材被冷卻至一臨界溫度(嚅 800°C )以下時,將該基材移出熱處理室14(步驟21〇)。 第二洗淨氣流可在基材抵至目標溫度一至三秒鐘前 時送進反射腔1 5。理想上說來,第二洗淨氣流的供入時間 疋在達到目標溫度之前約1至2秒鐘或1至1 · 5秒鐘時。 真正的時間則端視將第二洗淨氣流流入反射腔所用的系 統而定(如第4圖者)。 當第二洗淨氣流存在,第一洗淨氣流就停止供入,並 由該反射腔經抽氣口 44抽出,而改由第二洗淨氣流供入 熱處理室1 4中。 ? 第12頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) i,-----,—I— I—--------訂 *—-----—^^w— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
五、 發明說明( 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 作 社 印 製 第二洗淨氣流可在一熱製程的冷卻時段中供進反射 腔1 5中。例如,在另一實施例中,第二洗淨氣流可在一 熱製程之熱吸收(s〇 ak)過程之後送進反射腔1 5中。 本案發明人.了解在熱製程的加熱或冷卻時段(或兩者) 中。經由對處理室内一基材及一熱貯存器間熱轉移速率加 以改變可以達到改善所形成之元件品質的目的。 例如,基材的冷卻速率可以經由適當選擇處理系統j 〇 内基材1 2及一熱貯存器(如水冷卻反射板組件22)之間的 洗淨氣流而使其大大增加。在一樣態中’本案發明人了解 到一具有相當高熱導度的洗淨氣流(如氦、氫或兩者之組 合)可以增進基材的冷卻速率,因此某些元件的操作特性 或製程良率就仔以改善,如超淺接面電晶體等。例如,基 材以一鼠洗淨氣流送入反射腔1 5時要比送入一較低熱導 性之洗淨氣流(如氮)者所為之冷卻效果為佳。如第2 b圖 所示者’當使用之洗淨氣流為氦氣流時,基材在時間^ 至h間(約為6秒鐘)溫度從約1 1〇〇°C降至約650°c,但使 用等量之氮洗淨氣流者則僅讓基材溫度降至約8〇〇。在 另一樣態中,本案發明人了解到一具有相當低熱導度的洗 淨氣流(如氮、氬、氖或該三者之間的各種組合)可加至反 射腔1 5中,並降低基材1 2友反射板組件22間的熱轉合, 以增加基材在熱處理加熱時段中(如第2B圖中時間t〇至 11)溫度增加的速率。因此,適當選擇洗淨氣流可以使整_ 熱預算下降’其中整體熱預算即指基材在一固定時間内、、拉 度對時間之積分值,洄此以這種熱處理方式形成的 第13頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -----^訂--------;-線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明() 元件品質就得以改善。 第一洗淨氣流(如氦)從反射腔抽出的速率應予最佳化 以得到最有效之冷卻速率。若抽氣速率太大,氦洗淨氣流 流出處理室外的速率就會太快,這避免了基材及反射板組 間的熱耦合。另一方面,若抽氣速率太小,那麼氦洗淨氣 流就到達不了基材的中心區域,這使得基材周圍區域的冷 卻變得更快,因此基材上會產生很大的熱應力,而該等熱 應力會對基材帶來一些效應。 第二洗淨氣流流進反射腔的速率以約末等於氣體從 反射腔中抽出的速率相等為佳,本案發明人已了解此點, 並藉以大大降低在冷卻過程中基材内的熱梯度現象,因此 基材可能產生的暇疵便受到抑制。 此外,本案發明人了解在冷卻過程中流進反射腔的第 二洗淨氣流在如一尖波回火之過程中以儘可能高為佳,如 此確保了超淺接面形成時可達到最大的瞬間下降速率
Max dT/dt(°C /秒)’而基材抵達目標溫度的時間也可得到 最佳化。 如第1表格所示者,當第二洗淨氣流的抽出速率與注 入速率大致相等時,基材上溫度均勻性(Max)在冷卻時 段中得以最佳化(F輪),其中Max資料代表讀自五個光偵 測器的最高溫與最低溫之間的差值,並由 、、 ’、 、+、 八T母一菽光偵測器 所項之值係為基材上輕射向五個不同點 >、攻 ^度。從圖中可 知,該輪中Max值為最低,因此基材上 ^ a .、 , 又》皿度均勾性處於 取佳狀悲’這是洗淨氣流進?出速率大致相 〜 ▼吁听侍到的結 第14頁 私紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) I.---------------------訂·--------IAWI (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 479298 A7
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明() 果。 數據中同時說明當F輪中第二洗淨氣流相當高時’瞬 間下降速率為最隹,且基材處於目標溫度的時間(> 1 000 °C (s))得以最佳化;·亦即,當反射腔中的洗淨氣流相當高時’ 基材處於目標溫度的時間得以降至最短。 輪 處理室 壓力 氣體注 入速率 (slm) 氣體抽 出速率 (slm) 時間> 1 000°c (s) Max dT/dt (°C /s) Max (°C ) A , 770 15 7.5 2 >80 13 B 770 15 9.5 2 >80 10 C 770 10 9.5 2.2 >80 10 D 770 10 7.5 2.1 >80 13 E 800 15 15 2 >80 6 F 850 20 20 < 1.7 85 3 第1表格 第2C圖以圖示來對A輪與F輪之某些數據進行比 較,其中曲線AA與AB代表A輪中基材中心及基材邊緣 之光偵測器的溫度讀值’而曲線FA及FB則代表F輪中 基材中心及基材邊緣之光偵測益的溫度讀值;曲線AC及 FC所示分別為A輪及F輪中的溫度均勻度(Max)。由圖中 可知,溫度均勻度在第二洗淨氣流之進出速率大致相等時 得以得到最佳化。 / 請參閱第3A及3B圖。圖中所示者為一洗淨反射組件 第15頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) " --- I,------—-------------#---------^ 〈請先間讀背面之涑意事頊再填寫本貢) 479298 A7
五、發明說明() (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4〇的-實施 <列,反射板組件22 &含一導流環52、一頂部 導流板54及一底部導流板56。底部反射板54具有一水平 通道58,用以從輸入處46接收洗淨氣體,並用以將洗淨 氣流送至一垂·直通道60,其中該垂直通道6〇與頂部反射 板54的複數個水平通道6〇能相溝通,而水平通道“將 洗淨氣流分散至頂部反射板54周圍的各不同區域。導流 環52包圍一周圍牆62,該周圍牆62座落於底部反射板 56之一低周圍邊緣64上,其並與頂部反射板54之周圍牆 一塊構成一 0.0275吋寬的垂直通道,該通道將洗淨氣流導 至導流器5 0,而在反射板54之頂表面上形成大致為層流 狀的洗淨氣流。洗淨氣流及其所挾帶的所有揮發性污染物 經由抽氣口 44從處理室中移出。底部反射板56内的一水 平通道66接收從抽氣口 44抽出的氣體,並將所抽出的氣 體導至與一幫浦系統相連接之一線6 8處。此外,每一通 道48,5 8及60的截面流面積約為0.25吋乘0.25忖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 μ參閱弟3 C圖。一洗淨氣流可在頂邵反射板5 4處沿 一約為7 5度之弧度注進反射腔1 5中,所形成的大致層流 狀洗淨氣流42則在頂部反射板54之頂表面一區域上延 伸’其中該頂部反射板$ 4對應於7 5度區域7 0,而該區域 70包含頂部反射板54所肴之十個光孔的九個(包含光孔 2 5,2 6及27)。在上述所提及之實施例中,一高熱導度洗淨 氣流42(如氦或氫)在一快速熱處理(如第2Β圖中時間ti 至t2)的冷卻時段中會增加基材1 $及反射組件2 2之間的 熱導度。 7 '第16頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格⑵Q χ撕公爱) ^79298
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明() 洗淨氣流速率及製程氣流為流體控制系統所控制,如 第4圖所示者。一流體控制器80被用以調節經由氣體輸 入處30進入處理室14的氣流,而一壓力換能器82及一 壓力控制閥84被用以調節氣體經由氣體出口 32移出處理 i 14之氣流。洗淨氣流經由輸入處46送進反射腔15,其 中該輸入處46與一過濾器86相連。一流體控制器8 8被 用以調節經由洗淨氣流注入器40注入反射腔1 5之洗淨氣 流。一可調限流器90及一流體控制器92係用以調節從洗 淨氣滹從反射腔1 5中移出的速率。為了降低洗淨氣流進 入反射腔1 5之處理區域的量,流體限制器9 〇須加以調整 直至洗淨氣流進出反射腔1 5的速率約莫相等止。螺線管 關閉閥門94及96提供了對洗淨氣流流經反射腔1 $的额 外控制功能。在一八吋(200毫米)矽晶圓用之系統中,清 徙氣流可以一約為9-2Oslm的速率通過反射腔1 5,不過兮 流速會隨反射腔1 5之内部壓力及幫浦系統3 4之抽氣能为 而有變化,其中反射腔1 5及處理室1 4内部的壓力可η σ J以疋 約等於8 5 0托爾。 洗淨氣流可以數種方式送進反射腔1 5中。 請參閱第5圖。圖中所示者為一實施例,其中-^ 板組件1 00與反射板組件2¾者在結構上類似,但反 組件1 00被設計用以從一頂部反射板1 04的整個周圍 不同處送進一洗淨氣流1 02,而該洗淨氣流1 02的移 出則 係經由一抽氣口 1 06為之,其中該抽氣口貫穿頂部反h 104。洗淨氣流102的導入苛以是在離反射板102中▲ τ央約 / 第17頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) I.---------------------^ --------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 479298 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明() 4.3 3对之處,而抽氣口 1 〇 6可設於距離反射板1 〇 2中央約 2吋之處。該實施例可用在光孔1 0 8分佈於反射板1 〇 2的 整個表面上。 請參閱弟6A及6B圖。圖中所示為另一實施例,其中 一反射板組件1 1 0同樣在結構上與反射板組件2 2者類 似’但不同之處在於反射板組件1 1 〇包含一導流板1 1 2及 一頂部反射板1 1 4,該兩者共同構成通道,以在環繞區域 1 1 6 -1 2 2内產生一大致為層流狀之洗淨氣流,其中該環繞 區域丨16-122圍繞光孔124及126。洗淨氣流流經頂部反 射板114内的垂直圓環狀通道128,129,其並可經由一抽 氣口(未顯示)抽出,其中該抽氣口貫穿頂部反射板1 1 4。 此外,該清流也可以在.反射板組件1 1 〇之環繞邊緣上抽 出。在該實施例中,導流板1 1 2的頂表面被當作是主要的 光反射表面,且該反射表面面向基材之背側。此外,導流 板1 12可與頂部反射板114以一約0.01吋(〇·25毫米)之距 離相隔。 請參閱第7A及7B圖。該圖所示者為一實施例,其中 一反射板組件130包含一垂直通道132及^一狹槽狀導流益 1 3 4,其中前者用以接收一洗淨流體,而後者則用以將洗 淨氣流1 3 6導成一光孔1 3 8上的一矩形幕’其中該光孔1 3 8 為貫穿一反射板140之光孔。一狹槽狀抽氣口 142被用以 移除洗淨氣流136。此外,導流器1 34可置於反射板140 頂表面上方約〇 · 〇 1付(0.2 5毫米)之處。 第8A及8B圖所示者為7另一實施例,其中一反射板組 / 第18頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21G X 297公釐) 1^1 I I I I I I I I — — —— — — II «11111— — — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 479298 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明() 件150可包含複數個孔1 52,154,156,這些孔152,154,156 搞合至一共用氣流空間1 5 8,接著再隸合至一洗淨氣流輸 入處1 6 0。洞1 5 2 - 1 5 6係以均勻排列之方式以均勻地將洗 淨氣流導進反射腔中’其中該反射腔位於基材12及反射 板組件1 5 0之間。此外,孔1 5 2 - 1 5 6的設置同時也可容納 光孔25-27,其中溫度探針24就經由該光孔25-27接收基 材12所放出之光。在實際操作中,洗淨氣流以一約9-20slm 的速率流進反射腔中,而一般說來該流動速率應小於將基 材1 2嘷離支撐結構2 0之流動速率。此外,洗淨氣流係由 一幫浦系統1 62經一抽氣口 1 64抽出。 其它洗淨氣流傳送系統也可使用之。例如,美國專利 申請案〇9/287,947 f說明洗淨氣流可由旋轉氣流傳送系 統提供,在此將之併入以供參考。 其餘未述及之實施例滿述於申請專利範圍中。 例如,上述實施例中用及一單一相當低溫之熱貯存器 (如反射板組件22),但其它形態之熱貯存器也可適用之, 且該熱貯存器可以置於熱處理系統1 〇中一不同的位置 上,而兩個或多個獨立式熱貯存器也可適用之。熱野存器 可具有一相當熱的表面,而供至基材及熱野存器間之反射 腔1 5的洗淨氣流者(用以降低基材之溫度)可為各種不同 氣體。在某些貫施例中’熱貯存器之溫度在熱處理過程中 可加以改變,以改善一基材之溫度響應。 〆 在另一實施例中,處理系統—I 0内部之一基材及一敎 貯存器間的熱轉移速率可k由改變熱處理過程中熱貯存 第19頁 -------—-------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 479298 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明( 益的放射性而加以最佳化。例如,反射板組件22之頂表 面可具有一電化鍍膜,其中該膜層的反射性可選擇性經由 對鍍膜施加電壓之改變而變化之。在實際操作中,反射板 組件22的反射性·在一熱處理過程的加熱時段中得以最大 化,而在冷卻時段中則得以最小化。因此,基材及反射板 組件2 2間的熱轉移速率在加熱時段中就得以下降,而在 冷卻時段中得以上升。 在另一實施例中,處理系統1 〇内一基材及一熱貯存 器間的熱轉移速率可因基材與熱貯存器間相隔距離之改 變而得到最佳化。例如,支撐結構2〇可設計成能相對於 反射板組件22之頂表面上下移動。在實際操作中,一實 施例的支撐結構20在厂.熱處理的加熱時段中可將基材置 於離反射板組件22相當遠的地方,並可在冷卻時段中將 基材置於灕反射板組件22湘當近的地方。如此,基材及 反射板組件22之間的熱導度在熱處理之加熱時段中就會 降低’而在冷卻時段中就會增加,因此能提升基材上形成 之元件的品質。 在另一實施例中,處理系統1 〇内之一基材及一熱貯 存器間的熱轉移可因&變一熱處理過#中基#及熱貯存 器間之洗淨氣流的壓力而得到最佳化。,“口,在熱處理過 私的加煞時奴中,洗淨氣流的壓力可降至一次大氣壓之 下(如1 5托爾)’而在一冷卻時段中則可增至大氣壓(7 托爾)的程度。在熱處理中,洗淨氣流的組成同樣可加以 改夂例如’在加熱時段中洗'淨氣流可包含氮氣,而在冷 第20頁 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---------^-------— ^. 479298 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ___B7_ 五、發明說明() 卻時段中洗淨氣流則可包含氦氣。 在快速熱處理中,用以控制一基'牙表溫度響應的系統 及方法已揭露於上,而本發明可使某麥待形成之元件(如 超淺接面電晶體)得到較佳之物理特性及較佳之操作特 性。 頁 1 2 第 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
Claims (1)
- 479298 經濟部智慧財產局員工消費合ftfi印製 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 · 一種熱處理一熱處理系統中一基材之方法,該方法至 少包含下列步驟: s 1 依據一熱處理計劃加熱該基材;及’ 在該熱計劃時段中,改變該熱處理系統内之該I材 及一熱貯存器之間的熱轉移速率。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該熱轉移速 率的改變係以改變該基材及該熱貯存器間之熱導度的 方式為之。 3 ·如申請專利範圍第2項所述之方法,其中該熱導度的 改變係以改變該基材及該熱貯存器間之一熱傳送媒介 之特性的方式為之。 4 ·如申請專利範圍第3項所述之方法,其中該熱傳送媒 介可為一洗淨氣流,而該熱導度可經由改變該洗淨氣 流之組成的方式改變之。 5 .如申請專利範圍第3項所述之方法,其中該熱傳送媒 介可為一洗淨氣流,而該熱導度可經由改變該基材及 該熱貯存器間之該洗淨氣流的壓力的方式改變之。 6·如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該熱貯存器 可為該熱處理室之一相當低溫的表面,且該基材及該 第22頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)479298 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 相當低溫之表面的熱導度在該熱處理計劃的一冷卻時 段中得以增加。 ’七 - 7·如申請專利範圍第6項所述之方法,其中該熱導度的 增加係經由提供一具相當高熱導度之氣流至該基材及 該相當低溫之表面之間的方式為之。 8·如申請專利範圍第6項所述之方法,其中一第一洗淨 氣流在該熱處理計劃之一加熱時段中提供至該基材及 該相當冷卻之表面之間,而一第二洗淨氣流在該熱處 理計劃之該冷卻時段中提供至該基材及該相當低溫之 表面之間,其中該第二洗淨氣流的熱導度大於該第一 洗淨氣流之熱導度。 9.如申請專利範圍第8項所述之方法,其中該第一洗淨 氣流係選自由氮、氬及氧所組成的群組中,而該第二 洗淨氣流係選自由氦及氫所組成的群組中。 1 0·如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該熱轉移速 率係以改變該熱貯存器之一表面的放射性而加以改 〇 1 1 .如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該熱轉移速 率的改變係經由改變該基材及該熱貯存器間距離的方 第23頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 479298 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 式改變之 1 2. —種熱處理一熱處理系統中一基材之方法,該方法至 少包含下列步驟: 提供一第一洗淨氣流進入該熱處理系統; 根據一熱處理計劃加熱該基材; 提供該熱處理系統以一第二洗淨氣流,其中該第二 洗淨氣流與該第一洗淨氣流不相同。13.如; 利範圍第12項所述之方法,其中該第二洗淨 氣丨該熱處理計劃之一冷卻時段中提供至該熱處理 系1^ 1 4.如申利範圍第1 3項所述之方法,其中該第二洗淨 氣流在該基材溫度被加熱至一目標峰值溫度或靠近該 目標峰值溫度時提供至該熱處理系統中。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製1 5 .如彳.利範圍第1 4項所述之方法,其中該第二洗淨 氣漓通1該基材溫度下降時提供至該熱處理系統中。 1 6 .如申^利範圍第1 4項所述之方法,其中該第一洗淨 氣流在該熱處理計劃之一加熱時段中送至該熱處理系 統之内。 第24頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 479298 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍利範圍第1 2項所述之方法,其中該第二洗淨 今熱導度大於該第一洗淨氣流的熱導度。 1 8 .如申»丨利範園第1 7項所述之方法,其中該第二洗淨 氣流包含氦或氫,甚或可為該兩者。1 9 .々 :利範圍第1 7項所述之方法,其中該第一洗淨 氣 ^含氮,而該第二洗淨氣流包含氦。 2 〇 .如利範圍第1 2項所述之方法,其中該第二洗淨 氣流提供至該熱處理系統内之該基材表面及一熱貯存 器之處。 2 1 .如利範圍第2 0項斯述之方法,其中: 熱計劃之一加熱時段中,該第一洗淨氣流提供 理系統内該基材表面及該熱貯存器之間的地 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 2 . —種熱處理一熱處理系統中一基材的支法,該方法至 少包含下列步驟: ’ 提供一第一洗淨氣流進入該熱處理系統中; 加熱該基材至一目標溫度;及 在該基材溫度被加熱至該gl標溫度或靠近該溫度 時,提供該熱處理系統Θ —第二洗淨氣流,其中該第 第25頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 479298 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 二洗淨氣流的熱導度大於該第一洗淨氣流的熱導度。 23. 如申請專利範圍第22項所述之方法’其中該第二洗 淨氣流包含氦·。 24. 如申請專利範圍第23項所述之方法,其中該第一洗 淨氣流包含氮。 2 5.如冲請專利範圍第22項所述之方法,其中該基材溫 度被加熱至該目標溫度或靠近該目標溫度時,停止供 應該第一洗淨氣流至該熱處理系統的動作。 2 6. —種熱處理一熱處理系統中一基材之j法’該方法至 少包含下列步驟: 〃 加熱該基材至一目標溫度; 在該基材加熱至該目標溫度或靠近該目標溫度 時,提供該熱處理系統内該基材表面及一熱貯存器間 之處以一洗淨氣流,其中該洗淨氣流可增加該基材表 面及該熱貯存器間之熱導度;及 以一速率將該洗淨#C流從該熱處理系統中移出,其 中該速率大致等於該洗淨氣流送進該熱處理系統之速 率。 2 7 .如申清專利範圍第2 6 ;項所述之方法,其中該洗淨氣 第26頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 479298 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 流的熱導度非常高。 2 8 .如申請專利範圍第27項所述之方法’其中該洗淨氣 流包含氦。· 2 9 .如申請專利範圍第2 6項所述之方法,其中該洗淨氣 流在一熱處理計劃之一冷卻時段中送進該熱處理系統 中 〇 * 3 0 .如申請專利範圍第2 6項所述之方法,其中該洗淨氣 流以一相當高的流速送進該熱處理系統中,以使該基 材達至該目標溫度的時間得以縮短。 3 1 .如申’請專利範圍第2 6項所述之方法,其中該洗淨氣 流在該基材被加熱至該目標溫度前一至三秒鐘時送入 該熱處理系統中。 3 2 .如申請專利範圍第2 6項所述之方法,其中該洗淨氣 流在該基材被加熱至該目標溫度前一至二秒鐘時送入 該熱處理系統中。 3 3 .如申請專利範圍第2 6項所述之方法’其中該洗淨氣 流在該基材被加熱至該目標溫^度前一至一點五秒鐘時 送入該熱處理系統中。7 第27頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ~ I*------il.-----------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 479298 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 3 4. —種加熱一熱處理室中一基材之方法’其中該方法至 少包含: 提供一第一洗淨氣流至該熱處理系統中, 加熱該基材至一目標溫度; 在該基材抵達該目標溫度或靠近該目標溫度時,提 供一第二洗淨氣流至該熱處理系統中該基材表面及一 熱貯存器之間的地方,其中該第二洗淨氣流之熱導度 大於該第一洗淨氣流;及 *以一速率將該第二洗淨氣流從該熱處理系統中移 出,其中該速率大致等於該第二洗淨氣流送進該熱處 理系統之速率。 3 5 .如申請專利範圍第3 4項所述之方法,其中該第一洗 淨氣'流包含氮,而該第二洗淨氣流包含氦。 3 6 .如申請專利範圍第3 4項所述之方法,其中在該基材 抵達該目標溫度或靠近該目標溫度時,停止該第一洗 淨氣流送入該熱處理室的動作。 3 7 .如申請專利範圍第3 6磺所述之方法,其中該第二洗 淨氣流以一相當高的流速送進該熱處理系統中,以使 該基材抵至該目標溫度的時間得以降至最短。 3 8.如申請專利範圍第3 4 ^所述之方法,其中該第二洗 第28頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----- 訂---------線 479298 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍 淨氣流在該基材溫度下降之時送進該熱處理系統中 第29頁 --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
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