TWI575635B - 用於快速熱處理的裝置及方法 - Google Patents

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索爾斯湯瑪士F
盧本奇克亞歷山大M
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應用材料股份有限公司
勞倫斯利弗莫爾國家安全有限責任公司
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Description

用於快速熱處理的裝置及方法
本發明之實施例大體係關於用於處理半導體基板的裝置及方法。特定言之,本發明之實施例係關於用於快速熱處理的裝置及方法。
快速熱處理(rapid thermal processing;RTP)係用於在半導體處理期間退火基板的製程。在RTP期間,大體藉由邊緣區域附近的支撐器件(device)支撐基板及在藉由一或更多個熱源加熱基板時旋轉該基板。在RTP期間,熱輻射大體用於在受控環境中快速加熱基板至高達約攝氏1350度的最高溫度。在RTP期間,鹵素白熾燈經常用作熱輻射源。一般在陣列中並排組裝鹵素白熾燈,以便產生高密度及相對均勻之輻射功率。
然而,在使用白熾燈作為RTP輻射源時存在限制。第一,藉由鹵素白熾燈產生的輻射能之密度受限於組裝密度,而組裝密度固有地受限於鹵素燈之尺寸。第二,鹵素白熾燈之最高溫度亦受限於每個白熾燈內燈絲之最高溫度。舉例而言,可由白熾燈之燈絲發射的最高溫度係低於約3000 Kelvin(攝氏2730度)。再次,白熾燈內燈絲之熱慣性亦限制了溫度傾斜上升及傾斜下降之速率,從而限制了產量。此外,因為白熾燈輻射全體改變方向,所以難以控制導向正被處理基板的能量。另外,白熾燈陣列在處理期間大體覆蓋基板之整個表面,使得難以具有基板之清晰視線用於諸如利用高溫計量測基板溫度之監控。
因此,需要一種具有改良輻射源之用於快速熱處理的裝置及方法。
本發明之實施例提供用於執行快速熱處理的裝置及方法。
本發明之一個實施例提供一種用於處理基板之裝置。該裝置包括界定處理容積之腔室主體、安置於處理容積內之基板支撐件及安置於腔室主體外且經配置以向處理容積提供熱能之加熱源。基板支撐件界定基板支撐平面,且該基板支撐件經配置以在基板支撐平面內支撐該基板。加熱源包括:具有內壁之框架部件(member),該內壁圍繞的區域大到足以包圍基板之表面區域;及安裝於框架部件之內壁上的複數個二極體雷射塊。將複數個二極體雷射塊之每一者導向處理容積中之對應區域。
本發明之另一實施例提供一種用於處理基板之方法。該方法包括以下步驟:在安置於處理腔室內的基板支撐件上放置基板及經由處理腔室內的視窗將輻射能自一加熱源導向一基板。在處理腔室主體外安置加熱源。加熱源包括: 具有內壁之框架部件,該內壁圍繞的區域大到足以包圍基板之表面區域;及安裝於框架部件之內壁上的複數個二極體雷射塊。將複數個二極體雷射塊之每一者導向基板之表面區域內之對應區域。
100‧‧‧快速熱處理系統
101‧‧‧腔室外殼元件
102‧‧‧塗層
111‧‧‧出口
112‧‧‧基板
112a‧‧‧基板前側
112b‧‧‧基板後側
113‧‧‧真空泵
114‧‧‧處理容積
115‧‧‧反射空腔
116‧‧‧加熱源
118‧‧‧窗口
119‧‧‧外環
120‧‧‧邊緣環
121‧‧‧磁性轉子
122‧‧‧反射板
123‧‧‧磁性定子
124‧‧‧溫度感測器
125‧‧‧孔
126‧‧‧基板支撐平面
127‧‧‧通道
128‧‧‧光學反射表面
130‧‧‧流量閥
135‧‧‧腔室壁
139‧‧‧升降管
144‧‧‧進氣口
145‧‧‧氣源
146‧‧‧淨化氣源
148‧‧‧進氣口
160‧‧‧框架部件
162‧‧‧內壁
164‧‧‧雷射二極體塊
165‧‧‧內部區域
166‧‧‧冷卻通道
167‧‧‧冷卻流體源
202‧‧‧加熱區
204‧‧‧加熱區
206‧‧‧加熱區
208‧‧‧加熱區
212‧‧‧位準
214‧‧‧位準
216‧‧‧位準
218‧‧‧位準
220‧‧‧基板
222‧‧‧雷射二極體
224‧‧‧雷射二極體桿
226‧‧‧傾斜階梯
310‧‧‧輻射均勻化部件
316‧‧‧加熱源
412‧‧‧位準
414‧‧‧位準
416‧‧‧位準
418‧‧‧位準
426‧‧‧加熱源
516‧‧‧輻射源
560‧‧‧多側面中空稜鏡
562‧‧‧大端
564‧‧‧較小端
566‧‧‧內壁
616‧‧‧輻射源
660‧‧‧中空多側面稜鏡
662‧‧‧大端
664‧‧‧較小端
666‧‧‧內壁
666a‧‧‧水平部分
因此,為使可詳細理解本發明之上述特徵,可參照實施例更具體描述上文簡要概述之本發明,一些實施例圖示於隨附圖式中。然而,應注意,隨附圖式僅圖示出本發明之典型實施例,且因此該等圖式不欲視為本發明範疇之限制,因為本發明可允許其他同等有效之實施例。
第1圖係根據本發明之一個實施例之處理腔室之示意性剖視圖。
第2A圖係根據本發明之一個實施例之加熱源之示意性俯視圖。
第2B圖係第2A圖之加熱源之示意性透視剖視圖。
第2C圖係根據本發明之一個實施例之雷射二極體塊之示意性透視圖。
第3圖係根據本發明之一個實施例之輻射源之透視剖視圖。
第4圖係根據本發明之另一實施例之輻射源之透視剖視圖。
第5A圖係根據本發明之另一實施例之輻射源之示意性俯視圖。
第5B圖係第5A圖之輻射源之示意性剖視圖。
第6圖係根據本發明之另一實施例之輻射源之示意性剖視圖。
為了促進理解,在可能的情況下,相同元件符號已用於代表諸圖共用之相同元件。考慮到在一個實施例中所揭示之元件可有利地用於其他實施例而無需贅述。
本發明之實施例提供用於快速熱處理的裝置及方法。特定言之,本發明之實施例提供使用具有雷射二極體塊的輻射能源用於快速熱處理的裝置及方法。根據本發明之一個實施例,包括複數個雷射二極體塊之加熱源係用於在熱處理期間提供熱能。在框架部件之內壁上安裝複數個雷射二極體塊。可調整每個雷射二極體塊以將能量導向處理腔室內的某一區域。
第1圖示意地圖示根據本發明之一個實施例之快速熱處理系統100之剖視圖。快速熱處理系統100包含界定處理容積114之腔室外殼元件101,該處理容積114經配置用於處理在該處理容積內之基板112。基板112可為碟形基板。腔室外殼元件101可包括腔室壁135、經配置以允許熱能進入之視窗118及相對視窗118之反射板122。在窗口118外安置加熱源116。配置加熱源116以利用穿過視窗118之輻射能加熱處理容積114。
可在腔室壁135之側面上形成流量閥130,該流量閥為基板112提供通道至處理容積114。可連接進氣口144至氣源145以提供處理氣體、淨化氣體及/或清洗氣體至處理 容積114。可將真空泵113經由出口111流體連接至處理容積114,用於抽空處理容積114。
在一個實施例中,可在處理容積114內安置邊緣環120以藉由週邊邊緣支撐基板112。邊緣環120具有基板支撐平面126,基板112定位於該基板支撐平面126上。邊緣環120可安置於升降管139上。升降管139靜置於磁性轉子121上或以其他方式耦接至磁性轉子121,該磁性轉子安置於腔室壁135內的圓形通道127中。將安置於腔室壁135外之磁性定子123穿過腔室壁135磁性地耦接至磁性轉子121。磁性定子123可引起磁性轉子121之旋轉並由此引起支撐在磁性轉子上面的邊緣環120及基板112之旋轉。亦可配置磁性定子123以調整磁性轉子121之高度,因此提升正被處理之邊緣環120及基板112。應注意,可使用其他適宜基板支撐件代替邊緣環120及升降管139來支撐及旋轉基板。
在一個實施例中,可在腔室壁135與邊緣環120之間耦接外環119以隔開反射空腔115與處理容積114。反射空腔115及處理容積114可具有不同的環境。
在基板112之相對側上定位反射板122及窗口118。基板112之前側112a面向視窗118及加熱源116。基板112之後側112b面向反射板122。反射板122具有光學反射表面128,該光學反射表面128面向基板112之後側112b,以藉由將輻射能自基板112反射回到基板來增強基板112之發射率。在一個實施例中,反射板122可為水冷式。在一個實施例中,反射板122具有的直徑略大於正被處理之基板112之 直徑。可形成複數個孔125穿過反射板122。可使用複數個溫度感測器124經由複數個孔125量測基板112之溫度。
可經由淨化進氣口148提供淨化氣體至反射板122與基板112之間的反射空腔115。可連接淨化氣源146至淨化進氣口148。可使用淨化氣體來幫助導電地耦接基板112與反射板122以提高冷卻速率。亦可分配淨化氣體來說明淨化溫度感測器124之尖端以防止或減少溫度感測器124上之沉積形成。
在視窗118外定位加熱源116及該加熱源116經配置以經由視窗118將輻射能導向處理容積114內之基板112。如第1圖所示,在腔室壁135上方安置視窗118及在視窗118上方定位加熱源116,使得在前側112a加熱基板112。然而,可在腔室壁135下方錨定視窗118及在窗口118下方定位加熱源116,用於在後側112b加熱基板112。可面朝上處理基板112,其中前側112a為器件側。或者,可面朝下處理基板,其中後側112b為器件側。
加熱源116包括安置於窗口118上方之框架部件160。框架部件160具有內壁162。內壁162圍繞內部區域165。內部區域165大到足以包圍基板112之表面區域。在一個實施例中,內壁162實質上垂直於基板支撐平面126。在一個實施例中,框架部件160為短管及內壁162為圓柱形且內壁162之內部直徑至少與正被處理之基板112的直徑一樣大。
在框架部件160之內壁162上安裝複數個雷射二極體塊164。複數個雷射二極體塊164之每一者經配置以經由視 窗118將輻射能導向基板112上之對應區域。在內壁162上的不同位置安裝複數個雷射二極體塊164並可以不同角度傾斜該等雷射二極體塊以覆蓋不同區域。大量安裝各個雷射二極體塊164以便從傾斜更大角度照射基板接收上的對應受熱區域。在一個實施例中,複數個雷射二極體塊164的加熱區域之組合覆蓋了正被處理之基板112的整個表面區域。因此,可藉由複數個雷射二極體塊164加熱基板112的整個表面而無需掃描。在一個實施例中,可在熱處理期間迅速旋轉基板112以改良加熱均勻性。在一個實施例中,可個別地控制各個雷射二極體塊164以產生所欲輻射量。可藉由個別地及/或成群地調整複數個雷射二極體塊164之功率位準來以均勻或任何所欲圖案加熱基板112。
可由實質上對雷射二極體塊164發射範圍內的波長透明之材料形成視窗118。在一個實施例中,視窗118由石英(例如,非晶氧化矽)製成。在一個實施例中,窗口118可包括塗層102。塗層102經配置以自雷射二極體塊164發送輻射及自雷射二極體塊164減少反射損失。另外,可設計塗層102以自基板112反射全部灰體放射,因此改良加熱效率。在一個實施例中,塗層102可為具有整體抗反射塗層的寬頻帶反射塗層,該抗反射塗層針對自複數個雷射二極體塊164至基板表面112a的入射角範圍及複數個雷射二極體塊154的波長範圍而定製。
在一個實施例中,可冷卻框架部件160。框架部件160可具有冷卻通道166並藉由來自冷卻流體源167之冷卻流 體冷卻。在一個實施例中,亦可冷卻窗口118。
根據本發明之一個實施例,可設計視窗118及/或快速熱處理腔室100內面向基板112之其他組件以自基板112吸收輻射。舉例而言,可於快速熱處理系統100之內表面上塗覆經配置以吸收灰體輻射之塗層。在快速加熱之後,基板112暴露至輻射吸收腔室組件或可定位基板112以實現快速的溫度傾斜下降。
第2A圖係加熱源116之示意性俯視圖及第2B圖係加熱源116之示意性透視剖視圖。在一個實施例中,排列複數個雷射二極體塊164來形成複數個加熱區以改良均勻性及控制。如第2A圖及第2B圖所示,可在複數個垂直位準212、214、216、218內排列複數個雷射二極體塊164。相同垂直位準內的雷射二極體塊164針對相同加熱區。在一個實施例中,複數個雷射二極體164形成複數個同心加熱區202、204、206、208。
如第2B圖所示,在最低垂直位準212內的複數個雷射二極體塊164將輻射能導向最外部加熱區202,在最低層212正上方之層214內的複數個雷射二極體塊164經導向最外部加熱區202向內緊挨的加熱區204。在最上層218內的雷射二極體塊164覆蓋中央加熱區208。相鄰加熱區可略微重疊以確保覆蓋基板112之整個表面。雖然第2A圖至第2B圖中圖示四個位準及四個圓柱,但是加熱源116內可排列更多或更少個雷射二極體塊164之位準及圓柱以滿足加熱需求。
在一個實施例中,可沿內壁162之圓周在複數個垂 直圓柱內排列複數個雷射二極體塊164。可沿內壁162之圓周均勻分佈複數個垂直圓柱。
第2C圖係根據本發明之一個實施例之雷射二極體塊164之示意性透視圖。雷射二極體塊164可包括基板220及安裝於基板220上之雷射二極體222之陣列,該雷射二極體陣列經配置以發射輻射能。在一個實施例中,雷射二極體222可為複數個雷射二極體桿224的形式。各個雷射二極體桿224可沿自身長度具有複數個個別雷射二極體222。可在基板220上平行安裝複數個雷射二極體桿224。在一個實施例中,可在基板220上形成複數個傾斜階梯226,使得雷射二極體222相對於基板220之主平面成角度而安裝。雖然第2C圖示意地圖示五個雷射二極體桿224及各個雷射二極體桿224包括四個雷射二極體222,但是本發明之雷射二極體塊164可包括更多或更少個雷射二極體桿224及各個雷射二極體桿224可包括更多或更少個個別雷射二極體222。在一個實施例中,雷射二極體塊164可包括約10至15個雷射二極體桿224。雷射二極體桿224之尺寸可為約1mm×10mm。各個雷射二極體桿224可包括約30至50個個別雷射二極體222。在一個實施例中,各個雷射二極體桿224可包括微透鏡(例如,圓柱形微透鏡)以調整雷射二極體桿224之輻射圖案。
在一個實施例中,雷射二極體222可包含砷化鎵(GaAs)。舉例而言,雷射二極體可為包含生長於砷化鎵(GaAs)基板上之砷化銦鎵鋁磷化物(indium-Gallium-Aluminum-Arsenide-phosphide;InGaAlAsP) 之磊晶層的雷射二極體。含有砷化鎵之雷射二極體224可在約800nm與約900nm之間的波長範圍內發射熱量。雷射二極體塊164可輻射多達1kW功率。
在一個實施例中,可極化及定向自雷射二極體222之輻射能以藉由正被處理之基板112進一步提高吸收速率。通常極化自雷射二極體放射之輻射。指數導向二極體(index guided diode)通常具有的極化比在50:1與100:1之間。對於寬條狀二極體,極化比通常為30:1或更大。雷射二極體之極化具有與雷射二極體之慢軸平行定向之電場。當慢軸垂直於經輻射之表面而排列時,雷射二極體處於「p」極化(相對於表面)。在一個實施例中,雷射二極體222之慢軸與正被輻射之表面(諸如,視窗118之表面或基板112之前側112a)之間的角度經設定約等於布魯斯特角(Brewster’s angle)以最大化吸收及最小化反射。布魯斯特角或極化角指示一種入射角,具有特定極化的光以該入射角完美地經透射穿過透明介電表面而無反射。
第3圖係根據本發明之一個實施例之加熱源316之透視剖視圖。加熱源316類似於第2A圖之加熱源116,不同之處在於加熱源316包括定位於複數個雷射二極體塊164與正被處理之基板112之間的輻射均勻化部件310。配置輻射均勻化部件310以提高由雷射二極體塊164產生之輻射之均勻性。輻射均勻化部件310可為點刻器(stippling)、凹模(dimple)、混合器(mixer)、多透鏡(multiple lens-lets)(蠅眼)、全相(holographic)或習知漫射器之一者,或任 何適宜光學器件。在一個實施例中,輻射均勻化部件310係如第3圖所示之個別元件。或者,可在視窗118內整合輻射均勻化部件。
第4圖係根據本發明之另一實施例之加熱源426之透視剖視圖。加熱源426類似於第2A圖至第2B圖之加熱源116,不同之處在於各個加熱區內的雷射二極體塊164之數目各不相同。如第4圖所示,雷射二極體塊164之數目自位元準412經由位準414、416至位準418減少。因為內部加熱區208小於外部加熱區202,用於加熱加熱區208之雷射二極體塊164比用於加熱加熱區202之雷射二極體塊少。
在替代實施例中,可在中空多側面稜鏡內安裝雷射二極體塊。第5A圖係具有安裝於多側面中空稜鏡560上之複數個雷射二極體塊164的輻射源516之示意性俯視圖。第5B圖係輻射源516之示意性剖視圖。類似於如上所述之輻射源116、輻射源316及輻射源426,在視窗118上方安置輻射源516以向安置於處理腔室內之視窗118下方的基板112供應輻射能。中空多側面稜鏡560在形狀上可為圓錐形,具有大端562面向視窗118及較小端564遠離視窗118。可在多側面稜鏡560之內壁566上安裝複數個雷射二極體塊164。可以如上所述之各種圖案排列複數個雷射二極體塊164以實現所欲處理效果。
第6圖係根據本發明之另一實施例之輻射源616之示意性剖視圖。類似於輻射源516,輻射源616具有安裝於中空多側面稜鏡660上之複數個雷射二極體塊164。在視窗118 上方安置輻射源616以向安置於處理腔室內之視窗118下方的基板112供應輻射能。中空多側面稜鏡660在形狀上可為圓錐形,具有大端662面向視窗118及較小端664遠離視窗118。中空側面稜鏡660具有用於接收複數個雷射二極體塊164之階梯內壁666。在一個實施例中,內壁666可包括用於接收複數個雷射二極體塊164之水平部分666a。水平部分666a允許發自雷射二極體塊164的輻射經垂直於基板112導向以獲得最大效率。
雖然在第5A圖至第5B圖及第6圖中圖示六側面稜鏡,但是可使用不同形狀及設計之稜鏡來支撐複數個雷射二極體塊164。
本發明之實施例提供使用傳統加熱源進行快速熱處理的方法及裝置之各種優點。第一,可實現更快速加熱,因為可容易地增加雷射二極體塊之數目而無傳統加熱源之幾何限制。第二,可更輕易地控制正被處理之基板的熱剖面,因為可單獨控制個別雷射二極體塊及/或雷射二極體塊群組且可經由間隔、透鏡或藉由漫射控制自個別雷射二極體塊或雷射二極體塊群組的重疊輻射。第三,可大大提高加熱效率,因為雷射二極體在波長範圍內發射輻射,此情況相較於傳統輻射源更易被矽基板吸收。第四,保持最小程度的輻射損失,因為本發明之實施例包括用於自正被加熱之基板截留灰體輻射的特徵結構。第五,本發明之實施例增加了器件回應時間,因為可幾乎暫態接通及斷開雷射二極體,而傳統加熱源要求零點幾秒來加熱及冷卻。第六,輻射源(亦即,雷射二極體) 的入射角及波長之窄範圍使得更容易實現視窗上穩健高效的抗反射薄膜。
此外,加熱源之開放式頂部設計亦使得能夠具有複數個新功能或便利性。舉例而言,可自反射側面及加熱器側面兩者穿過視窗118量測/監控正被處理之基板。可在視窗118正上方安置第二雷射用於基板上之圖案寫入。可在基板上方定位注氣噴嘴用於其他製程,諸如RTP期間之化學氣相沉積。可使用白光以穿過視窗118照亮基板,以便監控製程或執行對基板的檢查。
雖然在上述實例中將加熱源安置於正被處理之基板上方,但是可將根據本發明之實施例之加熱源輕易地放置於處理腔室下方以自下方加熱基板。
雖然與快速熱處理相聯繫來論述本發明之實施例,但是可在用於任何適宜製程(諸如,退火、熱沉積、化學氣相沉積、氧化、氮化、蝕刻、摻雜劑活化、受控表面反應)的裝置及方法中使用本發明之實施例。
儘管上文所述係針對本發明之實施例,但是可在不脫離本發明之基本範疇的情況下設計出本發明之其他及進一步實施例,且由以下申請專利範圍決定本發明之範疇。
100‧‧‧快速熱處理系統
101‧‧‧腔室外殼元件
102‧‧‧塗層
111‧‧‧出口
112‧‧‧基板
112a‧‧‧基板前側
112b‧‧‧基板後側
113‧‧‧真空泵
114‧‧‧處理容積
115‧‧‧反射空腔
116‧‧‧加熱源
118‧‧‧窗口
119‧‧‧外環
120‧‧‧邊緣環
121‧‧‧磁性轉子
122‧‧‧反射板
123‧‧‧磁性定子
124‧‧‧溫度感測器
125‧‧‧孔
126‧‧‧基板支撐平面
127‧‧‧通道
128‧‧‧光學反射表面
130‧‧‧流量閥
135‧‧‧腔室壁
139‧‧‧升降管
144‧‧‧進氣口
145‧‧‧氣源
146‧‧‧淨化氣源
148‧‧‧進氣口
160‧‧‧框架部件
162‧‧‧內壁
164‧‧‧雷射二極體塊
165‧‧‧內部區域
166‧‧‧冷卻通道
167‧‧‧冷卻流體源

Claims (20)

  1. 一種用於處理一基板之裝置,該裝置包含:一腔室主體,該腔室主體界定一處理容積;一基板支撐件,該基板支撐件安置於該處理容積內,其中該基板支撐件界定一基板支撐平面,且該基板支撐件經配置以在該基板支撐平面內支撐該基板;以及一加熱源,該加熱源安置於該腔室主體外且經配置以向該處理容積提供熱能,其中該加熱源包含:一框架部件,該框架部件具有一內壁,該內壁所圍繞之一區域大到足以包圍該基板之一表面區域;以及複數個二極體雷射塊(tile),該等二極體雷射塊安裝於該框架部件之該內壁上,其中將該等複數個二極體雷射塊中之每一者導向該處理容積中之一對應區域。
  2. 如請求項1所述之裝置,其中該內壁實質上垂直於該基板支撐平面。
  3. 如請求項2所述之裝置,其中該內壁實質上為圓柱形,且沿該內壁之一圓周分佈該等複數個二極體雷射塊,且在複數個位準內排列該等複數個二極體雷射塊。
  4. 如請求項3所述之裝置,其中將該等複數個二極體雷射塊向該處理容積中之該對應區域傾斜。
  5. 如請求項1所述之裝置,其中該腔室主體包含由實質上在一光譜處對輻射能透明之材料製成的一窗口,該光譜包括該等複數個二極體雷射桿之發射輻射之波長,且該加熱源安置於該視窗外以便來自該等複數個雷射二極體塊的輻射能到達安置於該基板支撐件上之該基板。
  6. 如請求項5所述之裝置,其中該視窗係由石英製成。
  7. 如請求項5所述之裝置,其中該視窗包含具有一整體抗反射塗層的一寬頻帶反射塗層,該抗反射塗層針對自該等複數個雷射二極體塊至該基板表面的一入射角範圍及該複等數個雷射二極體塊的一波長範圍定製。
  8. 如請求項5所述之裝置,其中該視窗具有均勻化特徵,諸如點刻器、凹模、混合器、多透鏡、全相漫射器或習知漫射器。
  9. 如請求項5所述之裝置,該裝置進一步包含安置於該視窗上方之一輻射均勻化部件,其中該輻射均勻化部件包括點刻器、凹模、混合器、多透鏡、全相漫射器或習知漫射器中之一者。
  10. 如請求項5所述之裝置,其中該視窗定位於該基板支撐件上方且該加熱源安置於該窗口上方。
  11. 如請求項5所述之裝置,其中該視窗定位於該基板支撐件下方且該加熱源安置於該視窗下方。
  12. 如請求項1所述之裝置,其中該框架部件為一多側面中空稜鏡,且該等複數個雷射二極體塊大量安裝於該多側面中空稜鏡之該等內壁上。
  13. 如請求項12所述之裝置,其中該多側面中空稜鏡之該內壁係圓錐形或階梯狀以支撐該等複數個雷射二極體塊。
  14. 如請求項1所述之裝置,其中定向該等複數個雷射二極體塊以實現藉由安置於其內的該基板之最大吸收。
  15. 如請求項5所述之裝置,該裝置進一步包含一反射體,其中該反射體及該視窗安置於該基板支撐平面之相對側上。
  16. 如請求項15所述之裝置,其中該反射體及視窗包含輻射吸收構件,該輻射吸收構件經配置以快速降低該基板之溫度。
  17. 如請求項4所述之裝置,其中在複數個位準(level)內的該等雷射二極體塊形成複數個同心加熱區。
  18. 如請求項17所述之裝置,其中在複數個同心加熱區內的雷射二極體塊之數目自內部區域至外部區域增加。
  19. 一種用於處理一基板之方法,該方法包含以下步驟:在安置於一處理腔室內的一基板支撐件上放置一基板;以及經由該處理腔室內的一視窗將輻射能自一加熱源導向一基板,其中該加熱源安置於該處理腔室主體外,且該加熱源包含:一框架部件,該框架部件具有一內壁,該內壁所圍繞之一區域大到足以包圍該基板之一表面區域;以及複數個二極體雷射塊,該等二極體雷射塊安裝於該框架部件之該內壁上,其中將該等複數個二極體雷射塊中之每一者導向該基板之該表面區域中之一對應區域。
  20. 如請求項19所述之方法,該方法進一步包含以下步驟:均勻化來自該等複數個雷射二極體塊的輻射能。
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9029739B2 (en) * 2012-05-30 2015-05-12 Applied Materials, Inc. Apparatus and methods for rapid thermal processing
CN105556646B (zh) * 2013-09-30 2018-12-28 应用材料公司 具有封装的光阻隔件的支撑环
US10053777B2 (en) 2014-03-19 2018-08-21 Applied Materials, Inc. Thermal processing chamber
KR102343226B1 (ko) * 2014-09-04 2021-12-23 삼성전자주식회사 스팟 히터 및 이를 이용한 웨이퍼 클리닝 장치
WO2016133640A1 (en) * 2015-02-17 2016-08-25 Applied Materials, Inc. Apparatus for adjustable light source
US10443934B2 (en) * 2015-05-08 2019-10-15 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Substrate handling and heating system
KR102531865B1 (ko) * 2015-07-29 2023-05-16 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 회전하는 기판의 레이저 어닐링
US10727094B2 (en) * 2016-01-29 2020-07-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd Thermal reflector device for semiconductor fabrication tool
EP3428958A4 (en) * 2016-03-09 2019-03-20 Mitsubishi Electric Corporation THERMAL PROCESSING DEVICE, HEAT TREATMENT METHOD, LASER RECOVERY DEVICE, AND LASER RECOVERY METHOD
JP6849368B2 (ja) * 2016-09-30 2021-03-24 芝浦メカトロニクス株式会社 基板処理装置
JP7191504B2 (ja) * 2017-07-14 2022-12-19 株式会社Screenホールディングス 熱処理装置
JP2019021828A (ja) * 2017-07-20 2019-02-07 株式会社Screenホールディングス 熱処理装置
EP3657903B1 (en) * 2017-08-24 2022-01-12 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Infrared heating device
WO2019089185A1 (en) * 2017-10-30 2019-05-09 Applied Materials, Inc. Multi zone spot heating in epi

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5708755A (en) * 1990-01-19 1998-01-13 Applied Materials, Inc. Rapid thermal heating apparatus and method
EP0872574A2 (en) * 1990-08-16 1998-10-21 Applied Materials, Inc. Radiantly heated reactor
US20020005400A1 (en) * 1998-12-10 2002-01-17 Arnon Gat Rapid thermal processing chamber for processing multiple wafers
US6476362B1 (en) * 2000-09-12 2002-11-05 Applied Materials, Inc. Lamp array for thermal processing chamber
US20080187299A1 (en) * 2005-09-21 2008-08-07 Tokyo Electron Limited Heat treatment apparatus, computer program, and storage medium

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6188044B1 (en) * 1998-04-27 2001-02-13 Cvc Products, Inc. High-performance energy transfer system and method for thermal processing applications
US6771895B2 (en) * 1999-01-06 2004-08-03 Mattson Technology, Inc. Heating device for heating semiconductor wafers in thermal processing chambers
US7015422B2 (en) * 2000-12-21 2006-03-21 Mattson Technology, Inc. System and process for heating semiconductor wafers by optimizing absorption of electromagnetic energy
US6970644B2 (en) * 2000-12-21 2005-11-29 Mattson Technology, Inc. Heating configuration for use in thermal processing chambers
DE10297622B4 (de) * 2001-12-26 2018-06-14 Mattson Technology Inc. Temperaturmessung sowie Verfahren und Systeme zur Wärmebehandlung
US7734439B2 (en) * 2002-06-24 2010-06-08 Mattson Technology, Inc. System and process for calibrating pyrometers in thermal processing chambers
US20040235281A1 (en) * 2003-04-25 2004-11-25 Downey Daniel F. Apparatus and methods for junction formation using optical illumination
US20140003800A1 (en) * 2004-09-24 2014-01-02 Applied Materials, Inc. Processing multilayer semiconductors with multiple heat sources
US20060291833A1 (en) * 2005-06-01 2006-12-28 Mattson Techonology, Inc. Switchable reflector wall concept
CN100557773C (zh) * 2005-09-21 2009-11-04 东京毅力科创株式会社 热处理装置
WO2007096995A1 (ja) * 2006-02-24 2007-08-30 Canon Anelva Corporation 急速加熱処理装置
JP4367465B2 (ja) 2006-07-20 2009-11-18 株式会社カシオ日立モバイルコミュニケーションズ テレビ電話装置及びプログラム
US7860379B2 (en) * 2007-01-15 2010-12-28 Applied Materials, Inc. Temperature measurement and control of wafer support in thermal processing chamber
US8222574B2 (en) * 2007-01-15 2012-07-17 Applied Materials, Inc. Temperature measurement and control of wafer support in thermal processing chamber
US7977258B2 (en) * 2007-04-06 2011-07-12 Mattson Technology, Inc. Method and system for thermally processing a plurality of wafer-shaped objects
US7551818B2 (en) 2007-09-28 2009-06-23 The Aerospace Corporation High power optical fiber laser array holographic coupler manufacturing method
CN102017101B (zh) * 2008-05-02 2014-06-04 应用材料公司 用于旋转基板的非径向温度控制系统
US7985945B2 (en) * 2008-05-09 2011-07-26 Applied Materials, Inc. Method for reducing stray light in a rapid thermal processing chamber by polarization
US7838431B2 (en) * 2008-06-14 2010-11-23 Applied Materials, Inc. Method for surface treatment of semiconductor substrates
US8452166B2 (en) * 2008-07-01 2013-05-28 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for measuring radiation energy during thermal processing
US20110121503A1 (en) * 2009-08-05 2011-05-26 Applied Materials, Inc. Cvd apparatus
US8547632B2 (en) 2009-08-19 2013-10-01 Lawrence Livermore National Security, Llc Method and system for homogenizing diode laser pump arrays
US8660156B2 (en) * 2009-09-03 2014-02-25 Lawrence Livermore National Security, Llc Method and system for powering and cooling semiconductor lasers
US8018980B2 (en) 2010-01-25 2011-09-13 Lawrence Livermore National Security, Llc Laser diode package with enhanced cooling
US8811445B2 (en) 2010-03-29 2014-08-19 Lawrence Livermore National Security, Llc Enhanced vbasis laser diode package
US9214368B2 (en) * 2011-07-27 2015-12-15 Ipg Photonics Corporation Laser diode array with fiber optic termination for surface treatment of materials
US9711943B2 (en) * 2011-11-07 2017-07-18 Lawrence Livermore National Security, Llc Method and system for communicating with a laser power driver
US9029739B2 (en) * 2012-05-30 2015-05-12 Applied Materials, Inc. Apparatus and methods for rapid thermal processing
US10405375B2 (en) * 2013-03-11 2019-09-03 Applied Materials, Inc. Lamphead PCB with flexible standoffs
US20140270731A1 (en) * 2013-03-12 2014-09-18 Applied Materials, Inc. Thermal management apparatus for solid state light source arrays
US9842753B2 (en) * 2013-04-26 2017-12-12 Applied Materials, Inc. Absorbing lamphead face
US10410890B2 (en) * 2013-06-21 2019-09-10 Applied Materials, Inc. Light pipe window structure for thermal chamber applications and processes

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5708755A (en) * 1990-01-19 1998-01-13 Applied Materials, Inc. Rapid thermal heating apparatus and method
EP0872574A2 (en) * 1990-08-16 1998-10-21 Applied Materials, Inc. Radiantly heated reactor
US20020005400A1 (en) * 1998-12-10 2002-01-17 Arnon Gat Rapid thermal processing chamber for processing multiple wafers
US6476362B1 (en) * 2000-09-12 2002-11-05 Applied Materials, Inc. Lamp array for thermal processing chamber
US20080187299A1 (en) * 2005-09-21 2008-08-07 Tokyo Electron Limited Heat treatment apparatus, computer program, and storage medium

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TW201403734A (zh) 2014-01-16
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US9029739B2 (en) 2015-05-12
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