TWI434031B - 用於處理基板之系統及量測該基板溫度之方法 - Google Patents

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Description

用於處理基板之系統及量測該基板溫度之方法
本發明是有關於基板之熱處理。特別是，本發明之具體實施方式是有關於在半導體之快速熱處理期間的高溫測量方法。
快速熱處理(rapid thermal processing,RTP)技術在製造半導體積體電路中是一種已發展完全的技術，基板(例如，矽晶圓)在RTP的腔室中被高強度的光輻射照射，以使基板快速地加熱至一相對高的溫度而熱活化基板上一製程。當基板經過熱處理後，輻射能量即被移除且基板會快速降溫。因僅有基板進行了加熱，基板周圍的腔室未被加熱至處理基板所需的高溫，故RTP技術可有效地運用能量。換句話說，在RTP製程中，處理中的基板並未與周圍的環境(即，腔室)達到熱平衡。
以矽或其它晶圓製造積體電路牽涉到許多步驟，例如沉積各層、光微影蝕刻以圖案化各層、及蝕刻該些圖案化層。離子佈植被用來在具有半導體性質的矽中摻雜主動區(active region)。製造程序中包含了晶圓的熱退火，此退火程序具有多種用途，包含修補佈植損害及活化摻質、以及結晶、熱氧化和氮化、矽化、化學氣相沉積、氣相摻雜、熱清理、和其它種功能。
雖然早期矽技術中的典型退火製程，涉及在退火爐管中長時間加熱多片晶圓，但隨著特徵電路逐漸小型化，與日俱增地使用RTP以滿足處理基板的迫切需求。RTP一般在單晶圓的腔室中進行，用來自一陣列之高強度加熱燈的光線照射晶圓，該光線是被導向積體電路所形成之晶圓正面上。至少部份的輻射能會被晶圓吸收，並快速將其加熱至期望的高溫，例如高於600℃，或在某些應用中為高於1000℃。可快速地打開或關掉此輻射熱，以在相對短的時間中以可控制方式加熱晶圓，例如1分鐘之內，或例如30秒之內，或精確為10秒之內，更精確為1秒之內。在快速熱處理腔室中可進行以下所述之溫度速率變化，至少約25℃/s至約50℃/s間，或更高的速率，例如100℃/s或至少約150℃/s。
在特定製程中可能會需要較低的溫度，例如低於約400℃。在處理腔室中之基板的溫度可能低於約400℃，並可如約175℃般低。此製程的一實例為在矽晶圓上形成矽化物。腔室中的基板(例如矽晶圓)處理的品質和效能，部份是視能否提供並保持精準的晶圓或基板設定溫度。處理腔室中基板的溫度一般以高溫計(pyrometer)進行測量，其可測量一波長帶寬(bandwidth)中的溫度。如果高溫計偵測到由熱源中所發出之在高溫計帶寬中的輻射，該輻射即會對高溫計訊號的判讀上產生干擾。即，熱源輻射的「滲漏」會對於高溫計的測量產生某種程度的干擾。且並非所有的晶圓在高溫計的帶寬中都是不透 明的，特別是當晶圓在較低的溫度時。所以，需要改良的系統和方法以使高溫計能精確地測量溫度。
依據本發明之具體實施方式，提供了使用輻射高溫計(radiation pyrometry)測定基板(例如，在處理腔室中之基板)溫度的方法和設備。在一個具體實施方式中，這裡所述之方法和設備可增進基板溫度量測之準確性。依據一或多個具體實施方式，提供介於熱源和基板之間的一反射層可藉由限制從熱源中所發出之輻射到達高溫計而增進高溫計的準確度。
在一種具體實施方式中，處理基板的系統包含：一熱源，適以提供第一波長範圍的輻射；一高溫計，適以透過偵測在該第一波長範圍中之第二波長範圍的輻射，而測量位在腔室一處理區中之基板溫度；及一窗，適以將該熱源與該基板隔離，其中該窗以一對該第一波長範圍的輻射為實質透明的材料製成，並具有一覆蓋其全部表面的反射層，該反射層介於該熱源與該基板之間，且可實質反射該第二波長範圍的輻射。
在一特定的具體實施方式中，該窗位於腔室之中，以防止該第二波長範圍的輻射到達該高溫計。在一具體實施方式中，該窗包含一吸收劑材料，適以僅吸收實質為該第二波長範圍之輻射。
在一個具體實施方式中，該反射塗層可有效地防止該第二波長範圍的輻射進入該處理區。在一具體實施方式中，第一波長範圍為約400-4000nm，且該第二波長範圍為約700-1000nm，且其中該窗具有一反射層，適以有效防止該熱源所發出之該第二波長範圍之輻射在溫度低於約400℃下穿透該基板而被高溫計(the pyrometer)所量測到。依據一特定的具體實施方式，其中該反射層在該第二波長範圍中反射光對穿透光之透射比(transmittance ratio)至少為1000。在一具體實施方式中，基板包含矽。
在一具體實施方式中，該窗在其第一表面和第二表面上各具有一第二波長範圍的反射層，且該反射比率適用於從熱源所發出之以約45°或更小角度入射之光線。
在一具體實施方式中，該反射層更包含一輻射吸收材料層，位在一第一及一第二反射層之間，且該輻射吸收材料適以吸收該第二波長範圍的輻射。在至少一具體實施方式中，該熱源包含一燈，且該窗包含一圍繞一輻射源的燈罩。
在一具體實施方式中，該系統包含一第二熱源和一第二窗，其中該第二窗適以隔離該第二熱源與該基板，且該第二窗是由對於該第一波長範圍的輻射(其是由該第二熱源產生)為實質透明的材料製成，且其具有一覆蓋介於該第二熱源及該基板之間該第二窗全部表面之反射層，其中該反射層可實質反射該第二波長範圍(從該第二 熱源產生且在該第一波長範圍之中)之輻射光。
另一具體實施方式為一種可用於處理一基板的系統，包含：一熱源，適以提供第一波長範圍之輻射；一處理區，適以容納一基板；一處理區之第一腔壁，其是一適以分隔該熱源和該基板的窗，該窗面向該基板之第一表面並實質平行於該第一表面；一高溫計，朝向該基板之第二表面(在該第一表面的對面)，適以透過偵測在第一波長範圍中之第二波長範圍之輻射而測量位於腔室中之該處理區中之該基板溫度，其中該窗以對於第一波長範圍為實質透明的材料製成，且該第一腔壁之第一表面被一反射層完全覆蓋，該反射層適以實質反射該第一波長範圍中該第二波長範圍之輻射；及該處理區之一第二腔壁，大約或實質平行於該第一腔壁，適以讓該處理區與一外在環境隔離，且該第二腔壁未被該反射層所覆蓋。
在一特定具體實施方式中，該窗適以有效地防止輻射穿透過含有矽的基板(在溫度低於約400℃時)到達該高溫計。在一實施方式中，該第二波長範圍的輻射是介於約700nm至1000nm間。
另一個態樣關於一種測量一處理腔室中之一晶圓溫度的方法，包含：以一輻射源加熱實質平坦的基板，該輻射源提供一第一波長範圍之輻射，其中該基板在一預定之溫度範圍中，對於該第一波長範圍中之一第二波長範圍之輻射為透明；以一高溫計測量該腔室內一處理區中的輻射；及將自該輻射源所發出的該第二波長範圍的輻 射反射回到該輻射源，以防止從該輻射源所發出之該第二波長範圍內之輻射到達該高溫計。
在該方法的一具體實施方式中，該輻射源朝向該基板之一第一表面，且該高溫計朝向該基板之一第二表面(其位在該第一表面的對面)。
在該方法的另一具體實施方式中，更包含：提供一平坦窗，將該熱源與該基板隔開，面對且實質平行於該基板之一第一表面，其中該窗是以對於該第一波長範圍為實質透明的材料製成，並具有一反射層於其上，該反射層可實質反射該第二波長範圍之輻射。
在對幾個本發明之具體實施例進行描述之前，需要瞭解的是，本發明並不限於揭露中所解釋的細節或處理步驟。本發明也可有其它的具體實施方式，並以各種不同的方式實行。
依據本發明之一或多個具體實施方式，在此提供一種用以處理基板(例如半導體晶圓)的熱處理腔室。晶圓溫度是以輻射高溫計進行測量。以輻射高溫計測量晶圓溫度的方式是透過測定基板的發射率並應用已知的輻射定律去校正高溫計，藉以獲得精確的溫度測量值。由熱源(即，加熱燈)所發出之在高溫計帶寬或波長範圍中的輻射，若被高溫計偵測到，會對高溫計訊號的判讀產生干 擾。這可能是因為腔室中之源輻射(source radiation)的滲漏抵達高溫計，或是在晶圓對於源輻射而言是「透明」時源輻射之滲漏抵達高溫計。例如當腔室內操作中之矽晶圓在低於450℃，或甚至低於150℃時，這種情況就會發生。
第1圖為進行快速熱處理腔室10的簡圖。在美國專利第5,848,842號和6,179,466號中，Peuse等人詳細描述了這種類型的反應器和設備，在此併入這些專利的全部內容做為參考。進行熱處理的晶圓12(例如，半導體晶圓中的矽晶圓)通過閥門或出入口13進入腔室10的處理區18。晶圓12的邊緣支撐在一環形邊緣環14(具有環形傾斜支架15(annular sloping shelf)並與晶圓12的角落接觸)之上。在美國專利第6,395,363號中，Balance等人更詳細地敘述了這個邊緣環和其支撐功能，在此併入此專利全部內容做為參考。晶圓放置的方位是使得已經形成在晶圓12正面上該些正在處理的特徵元件16，可面向上(參考向下的重力場方向)朝向由一透明石英窗20界定在其上方側的一處理區18。與所繪示之簡圖不同的地方在於，特徵結構16中大部份並未在超過晶圓12表面處投影出實質可見的距離，僅在表面平面之中或接近於表面平面處形成特徵圖形。晶圓以葉片(paddle)或機器翼片(未繪示)傳送至腔室之中並放置於邊緣環14之上，並升高及降低三個舉升銷22以支撐晶圓12背面。輻射加熱裝置24被裝在窗20的上方，以引導輻射能量朝向晶圓 12並使其加熱。在快速熱處理腔室10中，輻射加熱裝置包含大量的(典型的數目為409個)高強度之鎢鹵素燈26，位於各別的反射燈管27中，以六方最密堆積排列於窗20的上方。燈26的陣列有時被稱為一燈頭(lamphead)。然而，也可替換為其它的輻射加熱裝置。一般而言是以電阻性加熱使輻射源的溫度快速線性上升。合適的燈的例子包含汞蒸氣燈(在燈絲的周圍有玻璃或二氧化矽燈罩)和閃光燈(在氣體(例如氙氣)的周圍有玻璃或矽燈罩，當氣體在充能時可作為熱源)。這裡所使用之「燈(lamp)」這個名詞，意指包含圍繞熱源之燈罩的燈。燈的「熱源(heat source)」是指可增加基板溫度的材料或元素，例如可激化的燈絲或氣體。
這裡所使用之快速熱處理(或RTP)，是指可以約50℃/s以上的速率(例如100-150℃/s和200-400℃/s)，加熱晶圓的設備或製程方法。在RTP腔室中的典型線性降溫(冷卻)速率範圍為80-150℃/s。一些在RTP腔室中所進行的製程，基板上溫度的變異需低至幾℃之內。所以，RTP腔室必需包含燈或其它合適的加熱系統以及加熱系統控制方式，使加熱速度提昇至100-150℃/s和200-400℃/s，而使快速熱處理腔室有別於其它熱處理腔室(不具備以此速度快速加熱之加熱系統和加熱控制系統)。
依據本發明之具體實施例的其它態樣，也可應用閃光式退火。這裡所使用之閃光式退火是指在5秒內將一樣品進行退火，更精確地說在1秒內，且在一些具體實施 方式中為幾毫秒(millisecond)內。
將整個基板12的溫度控制於理想的均勻度範圍內是重要的。一種被動式地改善溫度均勻度之方法包含使用一反射器28，其與晶圓12平行且延伸超過晶圓12之面積並面向晶圓12背面。此反射器28可有效地將晶圓12所發出的熱輻射反射回晶圓12。晶圓12和反射器28之間的間隔範圍較佳為3-9mm，且反射器空腔(cavity)之寬度對厚度的深寬比較佳為大於20。依據本發明一態樣，應用一反射板來改善基板(例如晶圓)的表面發射率(apparent emissivity)。反射器28以塗佈金或多層介電干涉鏡(interference mirror)方式形成，可有效地在晶圓12的背面形成一黑體空腔(black-body cavity)，並將熱從晶圓12上的高溫區分配至其低溫區。在另一具體實施方式中，例如在美國專利第6,839,507號和第7,041,931號中所揭示(在此做為參考資料)，反射器28具有更不平整的表面，或具有黑色或其它顏色表面，以更近似於一黑體腔壁。黑體空腔中具與晶圓12的溫度相對應的輻射分佈(通常稱為普朗克分佈(Planck distribution))，而同時燈26所發出之輻射分佈相當於燈26更高溫度所發出之輻射分佈。較佳的情況下，反射器28置於水冷式基座53(以金屬製成為佳)上，以在特別是在降溫的時候將晶圓上過多的輻射散去(heat sink)。依據上述，處理腔室的處理區具有至少兩個實質平行的腔壁，其中之第一腔壁為窗20(以輻射可穿透的材料製成較 佳，例如石英)，和實質平行於第一腔壁的第二腔壁53(以金屬製成較佳，且顯然不透明)。
改善均勻度的方式之一包含，將邊緣環14支撐在可旋轉圓柱30之上，圓柱30係磁性耦接至位於腔室外之可旋轉凸緣(flange)32之上。一馬達(未繪示)旋轉凸緣32並帶動晶圓圍繞著中心34(同時也是一般對稱腔室的中心線)旋轉。
另一個改善均勻度的方法為將燈26分成多區，繞著中軸34而環狀排列於其周圍。控制電路可改變輸出至燈26之不同區域的電壓，進而可使輻射能量分佈客製化。 一或複數個高溫計40可影響分區加熱的動態控制，該些高溫計是透過一或多個光導管42(朝向晶圓12的背面)耦接，經由反射器28上的洞，測量旋轉中晶圓12整體半徑上的溫度。光導管42以不同結構形成，包含藍寶石、金屬、和二氧化矽光纖。電腦化的控制器44接收高溫計40的輸出訊號，且依此控制提供至不同圈的燈26之電壓，以在製程中動態控制輻射加熱強度和模式。高溫計一般測量在窄波長帶寬中的光強度，例如，在700至1000nm的範圍中測量40nm。控制器44和其它的儀器，經由已知的溫度之黑體輻射光強度之光譜普朗克分佈，將光強度數值轉換成溫度數值。然而，晶圓12中之被掃描部份的發射率(emissivity)會影響高溫計的測量。發射率ε的值係介於0和l之間，1代表黑體，0代表完全反射體，且其為晶圓背面反射率(reflectivity,R=l-ε) 的相反量測值。因晶圓的背面通常為均勻，所以可期待其具有均勻的發射性。晶圓背面的組成則視先前製程種類而有所變化。透過納入一種可量測晶圓中相關波長範圍之部份的發射率或反射率的發射計(emissometer)，以及控制器44中的控制演算法來納入所測得的發射率，以便光學探測該晶圓，進而改善高溫計的效能。
在第1圖所示之具體方式中，基板12和反射器28之間的間距，是視基板12的期望熱流形態而定。在一具體實施方式中，基板12位於距離反射器28相當遠的位置，以減少流向基板的熱流。在另一具體實施方式中，基板12位於靠近反射器28的位置，以增加流向基板12的熱流。在基板12的加熱過程中，基板12確實的位置和在此位置滯留時間，是視流至基板12理想的熱流量而定。
在另一具體實施方式中，當基板12處於較低的位置時(鄰近反射器28)，會增加從基板12至反射器28的熱傳導並增強冷卻製程。增加的冷卻速度增進了RTP最佳的執行效能。當基板12的位置越接近反射器28，曝露之熱輻射量即成比例的減少。依據第1圖所示之具體實施方式，可使基板12的支撐更容易地懸浮於在腔室中不同的垂直方向上的位置，以控制基板之熱暴露。應要瞭解的是，第1圖所示之配置模式並非用以作為限制。特別是，本發明不應被限制於熱源(或燈)朝向基板的一側或表面、高溫計朝向基板的背面等這些位置的配置方式上。
如前所述，一般以輻射高溫計測定在處理腔室之處理 區中的晶圓溫度。雖然輻射高溫計的準確度相當高，但由熱源所發出之在輻射高溫計帶寬中的輻射若被高溫計偵測到，可能會對高溫計訊號的判讀產生干擾。在美商應用材料的RTP系統中，這個間題可因製程套組(process kit)或所使用的晶圓不同而最小化。製程套組耦接晶圓和旋轉系統。其包含第1圖中所示之支撐性圓柱30，也包含支撐環(未於圖中繪示，但也適用此類處理腔室態樣)。這種支撐環基本上為一輔助性的邊緣環，可支撐如第1圖中之邊緣環14。
一般而言，一或多個如第1圖所示之高溫計40的配置方式為基板(或晶圓12)可屏蔽高溫計使不接觸輻射源26。一基板(例如晶圓)，其大致對於高於或等於約1100nm之波長而言是透明的。因此，一種避免熱源輻射到達高溫計的方法為測量對基板而言為實質不透明之波長的輻射。對於矽晶圓而言，這種波長約為1100nm或更低。然而，如前所述，製程套組會「滲漏」源輻射，且並非所有的晶圓在高溫計的帶寬中皆為不透明，特別是當晶圓在低溫(約450℃或更低的溫度)時。在其它的具體實施例中，溫度為約400℃或更低。在其它的具體實施方式中，溫度為約250℃或更低。在其它的具體實施方式中，溫度為高溫，且可高於在腔室中進行處理之基板(例如晶圓)的熔點溫度。
依據本發明之一具體實施例，解決熱源所發出之輻射的方法(不論是以「滲漏」或穿透過基板的方式)為防止 在高溫計帶寬中的源輻射到達晶圓。依據本發明之另一態樣，在高溫計帶寬中的輻射被反射回熱源”這個目的可藉由在第1圖中的窗20上進行塗佈而完成。塗層材料51可隔離熱源和製程環境18，反射高溫計帶寬中輻射，同時使足夠之加熱用的源輻射穿過窗20。如第1圖所示，具有反射性塗層50的薄膜置於窗之朝向熱源的一側。在另一具體實施方式中，反射層51置於窗20之朝向基板的一側，如第2圖所示。在另一具體實施方式中，窗的兩側都使用了反射層。在一特別的具體實施方式中，全部的窗20皆被反射層覆蓋，且塗層上沒有縫隙或開口。換句話說，此窗20包含不間斷的反射層，或視為窗20將基板與熱源分隔。在窗20上不具有中斷或破壞窗20上的連續的反射層之「透明」的區段。
藉由在窗20上覆蓋一可將高溫計偵測波長範圍反射的塗層，實質上即不會有從熱源發出之此波長範圍的輻射直接到達高溫計。據此，當高溫計偵測到在此波長範圍之輻射時，此輻射僅能從基板上所發出，即使是當基板對於此範圍的波長為透明時(例如，處理溫度低於約400℃的矽晶圓，更精確為低於約250℃)。使用反射層可增加高溫計的準確度。
在一個具體實施方式中，可從腔室中移除窗20，且塗佈一或多層的反射膜。膜的反射模式會依據所選定的材料、塗層的數目和厚度而有所不同。具有反射層之薄層、用於反射特定波長範圍的窗之製造方式和提供服務的供 應商為已知。其中一個塗佈服務的供應商為JDS Uniphase。在一個具體實施方式中，做為反射層的材料為交替層薄膜，一般而言為實質上對於大部份由熱源所發射的輻射為透明之任何高折射率和低折射率介電材料的組合，例如，氧化鈦-氧化矽(titania-silica)或氧化鉭-氧化矽(tantala-silica)。在一具體實施方式中，反射層以SiO2 和Ta2 O5 製成，在另一個具體實施方式中，最外層為SiO2 層。
在特殊的具體實施方式中，只有在做為處理區一部份之窗20上進行塗佈。更進一步地說，在特殊的具體實施例中，窗完整受到塗佈而在層中沒有開口。在一或多具體實施方式中，窗20為可拆卸式。這使得塗層薄膜的維修或重新使用或以另一個窗替換此窗，可相對容易進行。在一特殊的具體實施方式中，腔壁53未進行塗佈。
依據本發明之另一態樣，高溫計可藉由偵測波長的範圍約為700-1100nm的輻射而測量相對低的溫度(低於約400℃，或低於約175℃-250℃)。在處理腔室中，由熱源所發出之波長範圍，通常介於700nm至5.5μm之間。材料(例如，石英)對於高於5.5μm的波長而言為不透明。當波長範圍介於約700-1100nm的輻射被反射回熱源時，熱源仍可發出足夠的輻射(其它波長)以加熱基板至低於約400℃的溫度。
在一具體實施方式中，反射層為一寬帶(broad band)反射性濾光片。在一個具體實施方式中，其作為反射性濾 光片操作之最大反射比率約100%，或在700-1000nm的範圍時，最大的反射對穿透比率約不小於1000。這裡定義相對帶寬(relative bandwidth)為，其中λ center 為λ high 和λ low 的算術平均數波長。這裡所定義之λ low 為所量測之入射輻射中，所量測反射率為50%的較長之波長，而λ high 則定義為所測量之入射輻射中，所量測反射率為50%的較短之波長。
在第3A圖和第3B圖係依據本發明之一態樣所繪示之濾光片穿透性質的模式。第3A圖所示為線性尺度的穿透率，其為波長之函數。第3B圖所示為對數尺度的穿透率。在兩張圖中的箭頭303表示50%的地方決定此濾光片的相對帶寬。此濾光片相對帶寬約為50%。
在本發明之一具體實施方式中，在700nm-1100nm的範圍內，反射層的相對帶寬約為44%。在另一個具體實施方式中，反射波長的範圍約為700-1000nm時，所提供之反射層相對帶寬約為35%。這裡定義，當相對帶寬約為30%或更高時寬波段，而當相對帶寬低於約30%時被定義為窄波段。依據上述定義，第3A圖和第3B圖中的濾光片為寬波段帶寬。
多層反射層的反射性質會依據輻射的波長而變化。反射對穿透的比率也會依據源至薄膜表面的入射角(angle of incidence，AOI)而發生變化。在一個具體實施方式中，反射層中之反射對穿透的比率，係依據燈所發出之輻射 入射角(AOI)不大於45°進行設計。
在一具體實施方式中，上述之可使大部分源輻射通過，且可反射高溫計帶寬輻射的濾光片被裝在窗的外面及/或裡面，使熱源和處理腔室隔離。這裡所使用之「窗」一詞也意指介於基板和熱源之間的材料。在熱源為燈的具體實施方式中，「窗」一詞在此包含燈罩(通常以石英或其它合適材料製成)。
所以，在其它的具體實施方式中，濾光片可裝在輻射源燈罩的內表面、外表面、或雙面。第4圖為此態樣的繪示圖，在燈400的燈罩402外側有一層401。這個態樣額外的優點為可提昇熱源的效率。
在另一個具體實施方式中，在特定波長範圍內之高溫計的效能可藉由在反射層上加上一吸收劑材料而提升，較佳的位置為薄膜兩反射層的中間層。吸收劑也可以摻質或外加材料的形式成為應用了反射層之作用物的一部份。所以，應用了這層材料的作用物可具有部份吸收性。應用了反射層的作用物也可摻雜增加作用物吸收性質的材料。具有反射層的作用物較佳的態樣為一窗，如第1圖和第2圖所示之窗20。在其它的具體實施例中，可在兩塊窗之間注入吸收性液體。此吸收劑不需要吸收在高溫計帶寬中的輻射，但可吸收在其它光譜範圍中的輻射(較佳為大部分不在輻射源範圍中的輻射)。因兩反射膜會作為高溫計帶寬輻射通道的鏡廳(hall of mirrors)，所以吸收的淨效應會被放大。所有可吸收高溫計帶寬中之 輻射，並僅使少量(少於幾個百分比)的光譜中之輻射通過石英(約0.4-4μm)之材料皆適合作為吸收劑的材料。在一個具體實施方式中，稀土族氧化物為理想的候選材料，用於添加於反射層或作用物做為吸收劑材料。在另一個具體實施方式中，可使更多源輻射(相較於高溫計輻射而言)通過之波帶吸收劑(band pass absorber)(例如，Si)添加至層或作用物之中。在另一個具體實施方式中，層中加入了一般吸收性材料，例如，碳、金屬、其它可與層材料或窗(作用物)材料混合的氧化物。窗材料可包含石英、氧化鋁、氧化釔、玻璃、或其它實質透明的陶瓷。
在其它的具體實施方式中，窗(例如第1圖和第2圖中的窗20)為包含兩個窗的複合窗，在窗中間具有一縫隙。在複合窗中的兩個窗除了寬範圍中之窗可吸收的第一波長帶輻射之外，對於其它寬範圍的輻射為透明。以低量的吸收性物質摻雜進窗中可達成此目的。外表面(兩窗之間被定義為內表面)塗佈了反射性塗層，對於實質在輻射的第一波長帶中的輻射具有反射性。在此具體實施方式中，當光通過第一外表面塗層時，其之後需要穿過複合窗的第一窗、縫隙、複合窗的第二窗、被第二窗的塗層反射、返回穿過第二窗、縫隙、並再次穿過第一窗等。這種配置使光每次反射時，穿過窗(和吸收劑)之次數最大化(一次反射會通過兩次)，反過來說即是使吸收劑的需求量降至最低。
窗的另一個具體實施方式提供了二或多個窗的複合窗。兩個窗中間具有一縫隙。這種縫隙以光線吸收性液體填充。如上述，窗為透明並在外層具有反射性塗層。
複合窗的另一個具體實施方式至少包含第一和第二窗，其中第一外層窗為透明窗。具有反射性塗層的第二窗位於處理區和第一窗之間。第一窗為第二窗和/或其塗層提供了對於化學物質和/或機械性磨耗的保護。
在此圖中需瞭解的是，熱源位於基材的上方，且高溫計被裝置在熱源的下方。據信在本發明的範圍內，處理腔室也可能具有其它方式的配置。例如，處理腔室中的熱源可在基板的下方，而高溫計裝置於基板的上方。這些和其它作用物、熱源、和高溫計在處理腔室中之位置的改變有可能的，且基本上不會影響這裡所述之發明的態様。
在其它的具體實施方式中，如第1圖和第2圖中所示的第二腔壁53包含一對於輻射而言為透明的窗，以取代金屬腔壁。這種第二窗較佳為對於加熱性輻射為實質透明，加熱性輻射可由第二燈頭(與第1圖和第2圖中的燈頭24具有相似功能)提供。第二窗與基板(例如，晶圓)實質平行，並可將處理區和第二燈頭隔離。所以，在這種配置中，至少可從兩側加熱基板(例如，晶圓)。在另一個具體實施方式中，第二窗具有一反射層(與第一窗的配置或具體實施方式相同)。在包含兩個窗和兩個燈頭的具體實施方式中，基板的兩面(例如，晶圓)暴露於輻射 之下，並且高溫計的安裝方式也要調整。在其它的具體實施方式中，高溫計位於腔壁的裡面、上面、或後面，實質上垂直於一窗(具有反射層，如前所述)。在此實例中，高溫計朝向基板(例如，晶圓)的一側，而非朝向基板的上方或下方。為了捕捉足夠的、來自基板所發出之輻射，可使用多種具體實施方式定位高溫計。在一個具體實施方式中，高溫計置於一側壁(位於與基板(例如，晶圓)平行的平面，可高於或低於基板)開口的裡面或後面。這樣可使高溫計與基板之間具有一夾角，所以可捕捉足夠的從基板的表面所發出之輻射。在另一個具體實施方式中，光導管(例如，石英管)從腔壁的洞中插入腔室的處理區。這個洞在一與基板平行的平面之中，且此平面位於基板平面的上方或下方。光導管的排列方式為：在處理區的光導管的一端與基板表面平行。在光導管的另一具體實施方式中，光導管穿入處理區中，並與基板(例如，晶圓)的表面平行。所提供之光導管在處理腔室內側的一端具有一彎折部，使其位於基板表面的上方或下方，並實質垂直於基板的表面。
在具有兩個窗、兩個燈頭或加熱源之另一個具體實施方式中，兩個窗皆摻雜吸收劑並塗佈了反射性塗層。在其它具體實施方式中，具有兩個窗和兩個燈頭或加熱源的腔室之每個窗為如前所述之複合窗。
以下做為參考。說明書所提到的「一個具體實施方式」、「這種具體實施方式」、「一或多個具體實施方式」、 「一種具體實施方式」是指所描述之與具體實施方式有關之特定的特徵、結構、材料、或性質，包含在本發明之至少一個具體實施方式中。在本說明書各處所出現的敘述例如「在一或多個具體實施方式中」、「在這種具體實施方式中」、「在一個具體實施方式中」、「在一種具體實施方式中」，並不一定是指與本發明相同之具體實施方式。並且，特定的特徵、結構、材料、或性質可以任何方式組合出現在一或多個具體實施方式中。
雖然本發明的描述中提供了特定的具體實施方式，需要瞭解的是這些具體實施方式僅為本發明之原則和應用的繪示。對於在本領域中具有通常知識的人而言，在不離開發明的精神和範圍的情況下，本發明之方法和設備可進行各種調整及變化。本發明包含所附之申請專利範圍和其等效物的調整和變化。
10‧‧‧快速熱處理腔室
30‧‧‧可旋轉圓柱
12‧‧‧晶圓
32‧‧‧可旋轉凸緣
13‧‧‧閥門或出入口
34‧‧‧中軸
14‧‧‧邊緣環
40‧‧‧高溫計
15‧‧‧傾斜支架
42‧‧‧光導管
16‧‧‧特徵圖形
44‧‧‧控制器
18‧‧‧處理區
50‧‧‧反射塗層
20‧‧‧窗
51‧‧‧反射層
22‧‧‧舉升銷
53‧‧‧腔壁
24‧‧‧輻射加熱裝置
400‧‧‧燈
26‧‧‧燈
401‧‧‧層
27‧‧‧反射燈管
402‧‧‧燈罩
28‧‧‧反射器
第1圖係依據一或多個具體實施方式所繪示之快速熱處理腔室剖面圖。
第2圖係依據一或多個具體實施方式所繪示之另一快速熱處理腔室剖面圖。
第3A-3B圖係本發明之一態樣之濾光片之波長穿透圖。
第4圖係依據本發明之一態樣所繪示之熱源剖面圖。
10‧‧‧快速熱處理腔室
12‧‧‧晶圓
13‧‧‧閥門或出入口
14‧‧‧邊緣環
15‧‧‧傾斜支架
16‧‧‧特徵圖形
18‧‧‧處理區
20‧‧‧窗
22‧‧‧舉升銷
24‧‧‧輻射加熱裝置
26‧‧‧燈
27‧‧‧反射燈管
28‧‧‧反射器
30‧‧‧可旋轉圓柱
32‧‧‧可旋轉凸緣
34‧‧‧中軸
40‧‧‧高溫計
42‧‧‧光導管
44‧‧‧控制器
50‧‧‧反射塗層
53‧‧‧腔壁

Claims (14)

  1. 一種處理一基板的系統，包含：一熱源，該熱源提供一第一波長範圍的輻射；一高溫計，適以透過偵測在該第一波長範圍中之一第二波長範圍的輻射，而測量位在一腔室之一處理區內之該基板溫度；及一窗，該窗隔離該熱源與該基板，該窗以一對於該第一波長範圍的輻射為透明的材料所製成，並具有一單反射塗層，覆蓋在該熱源與該基板之間的該窗的全部表面，該全部表面僅選自該窗面對該熱源的一側，該反射塗層反射該第二波長範圍的輻射，其中該窗能有效地防止該第二波長範圍中的輻射傳送至該高溫計，以及其中該第一波長範圍在約400-4000nm之間，且該第二波長範圍在約700-1000nm之間，且其中具有該反射塗層之該窗能有效防止該熱源所發出之該第二波長範圍中的輻射在溫度低於約400℃時穿透過該基板，以及其中該反射塗層在該第二波長範圍之光反射對穿透的透射比至少為1000。
  2. 如請求項1所述之系統，其中該窗位於該腔室中，以防止該第二波長範圍中的輻射到達該高溫計。
  3. 如請求項2所述之系統，其中該反射塗層可有效地防止 該第二波長範圍中的輻射進入該處理區。
  4. 如請求項1所述之系統，其中該熱源包含一燈，且該窗包含圍繞著一輻射源的一燈罩。
  5. 如請求項1所述之系統，更包含一第二熱源和一第二窗，該第二窗隔離該第二熱源與該基板，且該第二窗是以對該第二熱源產生之一第一波長範圍的輻射為透明的一材料所製成，且該第二窗具有一反射層，該反射層覆蓋該第二熱源及該基板之間的該第二窗之全部表面，該反射層可反射由該第二熱源產生之該第一波長範圍中的一第二波長範圍之輻射。
  6. 一種處理一基板的系統，包含：一熱源，該熱源提供一第一波長範圍的輻射；一高溫計，適以透過偵測在該第一波長範圍中之一第二波長範圍的輻射，而測量位在一腔室之一處理區內之該基板溫度；及一窗，該窗隔離該熱源與該基板，該窗主要由一材料及一反射塗層所組成，該材料對於該第一波長範圍的輻射為透明的，該反射塗層覆蓋該熱源與該基板之間的該窗的一第一表面及一第二表面上的全部表面，該反射塗層反射該第二波長範圍的輻射，有效防止該第二波長範圍中的輻射傳送至該高溫計，以及其中該反射塗層在該第二波長範 圍之光反射對穿透的透射比至少為1000，且其中具有該反射塗層之該窗有效防止該熱源所發出之該第二波長範圍之輻射在溫度低於約400℃時穿透過該基板。
  7. 一種處理一基板的系統，包含：一熱源，該熱源提供一第一波長範圍之輻射；一處理區，適以容納該基板；該處理區之一第一腔壁，其是一分隔該熱源和該基板的窗，該窗面向且實質平行於該基板之一第一表面；一高溫計，朝向該基板之一第二表面，該第二表面位在該第一表面的對面，該高溫計適以透過偵測在該第一波長範圍中之一第二波長範圍之輻射，而測量一腔室中該處理區內該基板的溫度，其中該窗主要由對該第一波長範圍之輻射為透明的材料所組成，該第一腔壁之一表面被一反射層完全覆蓋，該反射層反射該第二波長範圍之輻射，該第一腔壁之該表面僅選自該窗面對該熱源的一側，其中該反射層在該第二波長範圍中之光反射對穿透的透射比至少為1000；及該處理區之一第二腔壁，大約或實質平行於該第一腔壁，及隔離該處理區與一外在環境，該第二腔壁未被該反射層所覆蓋。
  8. 如請求項7所述之系統，其中該窗有效防止從該熱源所發出之該第二波長範圍中的輻射在溫度低於約400℃下 穿透過該基板，且被該高溫計所測量到。
  9. 如請求項8所述之系統，其中該第二波長範圍在約700-1000nm之間。
  10. 一種測量一處理腔室中一晶圓之溫度的方法，包含：以一輻射源透過一窗加熱一實質平坦的基板，該輻射源提供一第一波長範圍之輻射，該基板在一低於約400℃的預設溫度範圍中，對於該第一波長範圍中之一第二波長範圍之輻射為透明；使用一高溫計測量該腔室內之一處理區中的輻射；及將該輻射源所發出的該第二波長範圍中的輻射以該窗的一表面上之一反射塗層反射回到該輻射源，以防止從該輻射源所發出之該第二波長範圍內之熱源輻射到達該高溫計，該窗的該表面僅選自該窗面對該輻射源的一側，且該窗主要由對該第一波長範圍之輻射為透明的一材料及該塗層所組成。
  11. 如請求項10所述之方法，其中該輻射源朝向該基板的一第一表面，且該高溫計朝向位在該基板的該第一表面對側之該基板的一第二表面。
  12. 如請求項11所述之方法，其中該窗係為一平坦的窗，該窗隔開該輻射源與該基板，以及該窗面對並實質平行於 該基板之該第一表面。
  13. 如請求項10所述之方法，其中該基板包含矽，且該第二波長範圍是在約700-1000nm之間。
  14. 如請求項10所述之方法，其中該輻射源為一燈，該燈包含圍繞著一熱源的一燈罩，該燈更包含該燈罩上的一濾光片，該濾光片可實質反射該第二波長範圍的輻射。
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