TWI615503B - 用於減少快速熱處理的污染之影響的設備 - Google Patents
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Abstract
本發明的實施例提供一蓋組件，蓋組件包括蓋，蓋設置在基材的元件側表面與反射板之間，該些部件皆設置在熱處理腔室內。蓋在基材的元件側表面與反射板之間的存在相較於傳統的熱處理腔室設計具有許多優點，這些優點包括改善處理期間的溫度均勻性、減少腔室停機時間、與改善熱處理腔室中執行的處理的擁有成本。在一些設置中，蓋包括兩或更多個埠，該些埠被形成在該蓋中且被定位以在處理期間從反射板與蓋之間所形成的空間輸送氣體到基材的期望區域，以減少橫跨基材的溫度變化。
Description
本發明的實施例大致上關於用以熱處理基材的方法與設備。
基材處理系統是用於製造半導體邏輯與記憶體裝置、平面面板顯示器、CD ROM、與其他裝置。在處理期間，此等基材可能遭受化學氣相沉積(CVD)與快速熱處理(RTP)；RTP包括例如快速熱退火(RTA)、快速熱清潔(RTC)、快速熱CVD (RTCVD)、快速熱氧化(RTO)、與快速熱氮化(RTN)。RTP系統通常包括加熱燈，加熱燈係經由透光窗口而輻射地加熱基材。RTP系統亦可包括其他光學構件，諸如和基材表面相對的光學反射表面以及用以測量處理期間基材溫度的光學偵測器。
摻雜玻璃層(諸如硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)或磷矽酸鹽玻璃(PSG))係廣泛地被用在邏輯與記憶體裝置中的金屬沉積前介電(pre-metal dielectric；PMD)層。摻雜玻璃層通常在CVD系統中被沉積在基材上且後續地在RTP腔室或加熱爐中被加熱至高溫。在一加熱處理中，摻雜玻璃是藉由在RTP腔室中將摻雜玻璃加熱至700~800℃而被緻密化。加熱摻雜玻璃會減少層的孔隙度，釋放膜中的應力、驅趕CVD沉積所留下的殘餘雜質、穩定化摻質以對抗大氣不穩定性、並且活化膜中磷氧化物(POx
)的除氣能力以捕獲鹼性離子。BPSG可被加熱至更高溫度(諸如850~950℃)以減少BPSG的黏度並引起宏觀可見的流動(回流)，這可平坦化BPSG表面且使BPSG填滿下方層的表面特徵。
又，離子佈植是用以將化學雜質引進到半導體基材內以形成需要用於場效應或雙極性電晶體製造的pn接合的較佳方法。這樣的雜質包括P-型摻質(諸如硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、鈹(Be)、鎂(Mg)、與鋅(Zn))以及N-型摻質(諸如磷(P)、砷(As)、銻(Sb)、鉍(Bi)、硒(Se)、與碲(Te))。化學雜質的離子佈植會在植入範圍中破壞半導體基材的結晶性。在低佈植能量下，基材上發生相對較少的破壞。然而，被佈植的摻質不會停置在基材中的電氣活性位置上。所以，需要「退火」以回復基材的結晶性且將被佈植的摻質驅趕到電氣活性結晶位置上。如在此所使用，「退火」是指一種熱處理，此熱處理將基材的電氣非活性區域的溫度從外界溫度升高至最大溫度長達一指定時間，且將溫度冷卻以為了在裝置中建立電氣活性區域。這樣的退火與/或退火處理的結果有時候亦稱為「佈植退火」、「活化退火」、或「活化」。諸如快速熱處理(RTP)與尖峰式退火(spike annealing)的熱處理是主要的摻質活化方法。
第1圖是傳統處理腔室設計的處理腔室100的示意剖視圖。處理腔室100包括腔室主體102，腔室主體102界定處理空間104。窗口106被形成在腔室主體102的底側上。輻射能量源108設置在窗口106下方。輻射能量源108配置成將來自燈的輻射能量引導朝向處理空間104。反射板110設置在處理空間104內的腔室主體102的上壁112上。複數個感測器126可被定位在上壁112上方，以經由在反射板110與上壁112中所形成的感測器埠124偵測處理空間104中的溫度。
處理腔室100包括升降組件128，升降組件128配置成垂直地移動與旋轉設置在處理空間104中的轉子114。支撐環116設置在轉子114上。邊緣環118被支撐環116支撐。在處理期間，基材122被邊緣環118支撐。邊緣環118與基材122被定位在輻射能量源108上方，使得輻射能量源108可加熱基材122與邊緣環118。
在處理期間，輻射能量源108配置成快速地加熱被定位在邊緣環118上的基材122，同時邊緣環118藉由直接接觸的傳導而加熱基材122的邊緣區域。對基材122進行加熱的處理造成基材之上或之內的一或更多個層除氣(參見箭頭「A」和「B」)。從基材除氣的材料通常會沉積在較冷的壁(諸如設置在腔室中的反射板110)上。又，半導體元件通常被形成在基材的元件表面122A (例如第1圖中的頂表面)或基材的元件側上。所以，通常，在處理期間，從基材的表面除氣的材料量通常是來自基材的元件表面側(參見箭頭A)多於來自基材的非元件表面側(參見箭頭B)。隨著除氣材料量沉積在反射板110的表面上，表面的光學特性(例如反射性)會隨著時間改變，這會造成在傳統處理腔室100的處理空間104中被處理的基材122的處理溫度隨著時間而不期望漂移。再者，除氣材料亦會沉積在用以測量與控制處理期間基材的溫度的部件(例如感測器126)上。沉積的材料因此影響溫度測量與傳統系統控制處理空間104中所執行的熱處理的能力。
除氣雜質可包括摻質材料、從摻質材料衍生的材料、位在被形成於基材122的表面122A上的層中的材料。例如，當設置在表面122A上的BPSG與PSG層被加熱至高溫時，硼氧化物(BOx
)與磷氧化物(POx
)具有高蒸汽壓且從表面122A被產生。
藉由除氣過程產生的此沉積會干擾高溫計讀數且干擾基材上的輻射分佈場，這接著會影響基材所被退火的處理溫度。除氣雜質的沉積亦會造成不期望的顆粒沉積在基材上且亦會在基材上產生滑線(slip line)。取決於沉積物的化學組成，腔室在約已經處理了200~300片基材之後必須停機進行「濕式清潔」處理。濕式清潔處理需要手動介入以從腔室壁與從反射板清潔沉積材料，這需要大量人工而使腔室必須停機長達約4小時。
所以，需要能將反射板與腔室壁上的沉積物量最小化的方法與設備，以增加清潔之間的平均基材(晶圓)數(mean substrates (wafers) between cleans)且亦可改善熱處理環境而改善RTP處理結果。所以，亦需要經改善的熱處理腔室設計，該經改善的熱處理腔室設計可減少除氣材料所產生的沉積物對於RTP處理的影響。
本發明的實施例提供一蓋組件，蓋組件包括蓋，蓋設置在基材的元件側表面與反射板之間，該些部件皆設置在熱處理腔室內。蓋在基材的元件側表面與反射板之間的存在相較於傳統的熱處理腔室設計具有許多優點，這些優點包括改善處理期間的溫度均勻性、減少腔室停機時間、與改善熱處理腔室中執行的處理的擁有成本(cost-of-ownership)。
本發明的實施例大致上提供一種熱處理腔室，包括：一能量源，該能量源被定位以在處理期間輸送能量到被定位在一基材支撐件上的一基材；一反射件，該反射件具有一反射表面，其中該基材支撐件設置在該能量源與該反射件之間；及一蓋，該蓋設置在該反射件與該基材支撐件之間。蓋是至少部分光學透明的，並且界定介於該蓋與該反射表面之間的一蓋空間區域。一氣體源配置成在處理期間提供一氣體到該蓋空間區域且到設置在該基材支撐件上的一基材。
本發明的實施例可更包括一種用以處理一基材的方法，包含以下步驟：在處理期間，從一能量源朝向一基材的一非元件側表面輸送電磁能量，其中該基材在處理期間設置在一基材支撐件上；及輸送一熱處理氣體到被形成在一反射板與一蓋之間的一蓋空間區域，其中該蓋設置在該反射板與該能量源之間。被輸送到該蓋空間區域的該熱處理氣體的至少一部分係適配以從該蓋空間區域流動通過被形成在該蓋中的一或更多個埠而到該基材的該元件側表面的一部分，其中該基材的該元件側表面的該部分在處理期間具有比該基材的平均溫度更高的溫度。
本發明的實施例提供用以在基材上製造元件的設備與方法。尤其，本發明的實施例提供一種設備，該設備配置成提供經改善的熱處理均勻性、減少處理期間所產生的耗件的成本、且在處理腔室中已經處理多個基材之後所需完成清潔操作的腔室停機時間被減少。
本發明的實施例提供一蓋組件，蓋組件包括蓋，蓋設置在基材的元件側表面與反射板之間，該些部件皆設置在熱處理腔室內。在一些設置中，蓋包括兩或更多個埠，該些埠被形成在該蓋中且被定位以在處理期間從反射板與蓋之間所形成的空間輸送氣體到基材的期望區域，以減少橫跨基材的溫度變化。通常，橫跨基材的溫度變化是藉由輻射熱源的非均勻能量輸送與/或熱處理腔室中的熱環境的變化所產生。蓋在熱處理腔室內的存在亦可減少與/或避免在熱處理期間材料從基材的表面除氣而沉積在反射板與熱測量裝置上，因而改善在腔室中所執行的熱處理隨著時間的穩定性。因此，蓋組件適配以改善處理期間的熱均勻性、減少腔室停機時間、與改善腔室中所執行的處理的擁有成本(cost-of-ownership)。
第2圖是根據本發明的一實施例的處理腔室200的剖視圖。處理腔室200包括腔室主體202與系統控制器299，腔室主體202界定處理空間204，系統控制器299適配以控制處理腔室200內所執行的各種處理。大致上，系統控制器299包括一或更多個處理器、記憶體、與適於控制熱處理腔室200內的部件的運作的指令。
輻射源窗口206被形成在腔室主體202的底側上。輻射源窗口206可由石英或對於電磁能量是光學透明的其他類似材料形成，其中該電磁能量是輸送自設置在輻射能量源208內的燈208A。為了努力降低處理期間輻射源窗口的溫度、減少輻射源窗口中任何引發的熱應力、與提供有效率的燈208A和基材122之間的能量傳送，形成輻射源窗口206的材料係經選擇以致該材料不會吸收從燈208A所產生的大量的電磁能量。設置在窗口206下方的輻射能量源208係配置成將輻射能量引導朝向設置在處理空間204內的基材122的非元件側表面122B。反射板210設置在腔室主體202的上壁212上而位於處理空間204內。在一設置中，水冷式金屬板214被定位在反射板210的邊緣周圍，以進一步在處理期間對上壁212提供冷卻。複數個感測器226 (諸如高溫計)可被定位在上壁212上方，以經由形成在反射板210與上壁212中的感測器埠224偵測處理空間204中的基材122與其他相關部件的溫度。該複數個感測器226可和溫度控制器227通訊，溫度控制器227適配以接受來自感測器226的訊號並將接收的資料傳送到系統控制器299。
處理腔室200亦包括升降組件228，升降組件228配置成垂直地移動與旋轉設置在處理空間204中的轉子215。支撐環216設置在轉子215上。邊緣環218或基材支撐件或基材支撐構件被支撐環216支撐。在處理期間，基材122被邊緣環218支撐。邊緣環218與基材122被定位在輻射能量源208上方，使得輻射能量源208可加熱基材122與邊緣環218。
反射板210大致上包括反射表面213且通常包括反射板210的主體內所形成的冷卻通道229。冷卻通道229耦接至流體輸送裝置290，流體輸送裝置290配置成使冷卻流體能在冷卻通道229內流動以維持反射板210與上壁212於期望的溫度。在一實例中，反射板被維持在約50與150℃之間的溫度，諸如約75℃。反射表面213配置成反射/再引導從輻射能量源208所提供的能量返回到處理空間204與基材122。
處理腔室200大致上包括蓋組件250，蓋組件250被定位在上壁212與基材122之間。蓋組件250包括蓋252與蓋支撐件251。蓋支撐件251配置成將蓋252定位且保持在處理空間204內的期望位置。在一設置中，蓋支撐件251被定位在靠近反射板210的外緣處，且蓋支撐件251的直徑至少和基材122的直徑一樣大(例如對於300mm晶圓是≥300mm)。在一設置中，蓋支撐件251被定位在反射板210的外緣與水冷式金屬板214的內緣之間。蓋支撐件251能以螺栓的方式或以機械方式耦接至上壁212、反射板210、或水冷式金屬板214，以提供蓋組件250中的該些部件(例如蓋252)與上壁212、反射板210、或水冷式金屬板214之間的結構與期望的熱耦合。在另一實施例中，蓋支撐件251和上壁212、反射板210、或水冷式金屬板214可藉由熱隔離材料的使用或藉由調整該些部件之間的熱接觸而至少部分熱隔離。在一些設置中，較佳地調整蓋組件250中的部件(例如蓋252)與上壁212、反射板210、或水冷式金屬板214之間的熱接觸，以容許蓋252能達到處理期間期望的溫度。
處理腔室200亦大致上包括氣體源260，氣體源260配置成輸送熱處理氣體到蓋空間區域255，並接著藉由穿過蓋252所形成的埠253而到處理空間204和基材122的元件表面122A。熱處理氣體可包括惰性氣體與/或被提供用來提升處理空間204內所執行的熱處理的處理氣體。在一實例中，熱處理氣體可以是選自由氮、氬、氫、氧、氦、氖、鹵素氣體、與其他有用氣體、與/或它們的組合構成的群組的氣體。在另一實例中，熱處理氣體可以是惰性氣體，諸如選自由氮、氦、氖、與氬構成的群組的氣體。
大致上，蓋252作為在處理期間從基材朝向反射板210和感測器226流動的除氣材料(例如第2圖中的材料流「A」)的實體阻障物。在一實施例中，蓋252被定位成隔開反射板210的反射表面213一距離(例如第3圖中的間隙301)，以在蓋252與反射板210的表面213之間形成蓋空間區域255。蓋空間區域255是由蓋252、蓋支撐件251、反射板210、與上壁212構成邊界之至少部分封圍的區域。在一些設置中，蓋空間區域255係至少部分地被密封住，以當熱處理氣體流被氣體源260提供到蓋空間區域255且經由被形成在蓋252中的埠253離開蓋空間區域255時，容許在蓋空間區域255中形成回壓(back pressure)。
此外，蓋252的熱性質可容許蓋252作為阻障物，以相較於傳統設置中被冷卻的反射板210 (第1圖)減少在蓋252上的沉積量(第2圖)。在一實例中，蓋252是由光學透明材料形成，諸如火焰熔合石英、電器熔合石英、人造熔合石英、高含羥基熔合石英(即高OH石英)、藍寶石、或具有期望光學性質(例如光透射係數與光吸收係數)的其他光學透明材料。在一實例中，蓋包括高含羥基熔合石英材料，該高含羥基熔合石英材料包含具有羥基雜質在約600與約1300 ppm之間的石英材料。在一實例中，蓋包括高含羥基熔合石英材料，該高含羥基熔合石英材料包含具有羥基雜質在約1000 ppm與約1300 ppm之間的石英材料。蓋支撐件251可由金屬或熱隔離材料形成，諸如不銹鋼、熔合石英、氧化鋁、或可忍受熱處理溫度且具有期望機械性質的其他材料(例如具有和製成蓋252的材料類似的熱膨脹係數(CTE))。
在處理期間，輻射能量源208配置成快速地加熱被定位在邊緣環218上的基材122。加熱基材122的處理使得基材之上或之內的一或更多個層除氣(參見箭頭「A」和「B」)。通常，從基材的元件表面122A除氣的材料量(參見箭頭A)相較於從基材的非元件表面122B除氣的材料量(參見箭頭B)會更多。
沉積在蓋252上的材料量取決於蓋252在處理期間的溫度。大致上，蓋252的溫度係經選擇，使得蓋252的溫度高到足以防止除氣材料的凝結，但低到足以防止除氣材料與所使用來形成蓋252的材料之間的反應。除氣材料與所使用來形成蓋252的材料之間的反應通常會影響蓋252隨著時間的光學性質，並且因此造成處理腔室200中的熱處理的漂移。
第3圖是第2圖中所示的處理腔室200的剖視圖，而示意地示出在處理期間處理腔室200內的熱流與/或能量流。第4圖係根據第3圖所示的熱流而示意地示出沿著處理腔室200的中心線201所測量的溫度的圖。在處理期間，從燈208A提供的電磁能量被輸送到基材122與邊緣環218，以將基材122加熱至期望的處理溫度(例如第4圖中的溫度T4
)，如熱流231所示。吸收至少一些熱流231的窗口206的溫度T5
是低於產生電磁能量以加熱基材122的燈218A的溫度。可使用密閉迴路熱控制製程來控制基材122的處理溫度，其中該密閉迴路熱控制製程使用一或更多個感測器226、一或更多個燈208A、與系統控制器299。被輸送到基材122與邊緣環218的電磁能量的至少一部分係經由熱流232而被輸送到蓋252。基於熱流232，蓋252接著輸送熱流233到反射板210。大致上，熱流233包括被傳送通過蓋252的熱流232的一部分以及被蓋252吸收且接著從蓋252再被輻射到反射板210的熱流232的一部分。被傳送通過蓋252之能量的量以及被蓋252再輻射到反射板210的量取決於用以形成蓋252的材料的機械與光學性質，諸如材料的放射率、光吸收係數、與光透射係數。蓋252在處理期間的溫度會達到溫度T3
。抵達反射板210的表面213 (其被維持在溫度T2
)之熱流233的量經由熱流234被反射回到蓋252並接著經由熱流241回到基材122。可注意到的是熱流241大致上包括被反射板210反射的能量(即熱流234)、從被加熱的蓋252 (例如藉由熱流232的吸收而被加熱)再被輻射的能量的量、與從蓋252的表面252A被反射的熱流232的量。
值得注意的是由於蓋的位置是介於熱基材122與反射板210之間，蓋252達到介於熱基材122的溫度與反射板210的溫度之間的溫度T3
。若基材122處於1100℃的處理溫度T4
且反射表面213處於約50~100℃的溫度T2
，則取決於蓋252與基材122之間的距離以及蓋252與反射板210之間的距離，蓋252的溫度T3
可以是約350℃至約700℃。可藉由改變基材122的溫度來改變溫度T2
、T3
與T4
，其中基材122的溫度是透過從燈208A所輸送的能量的量而改變。蓋252相對於反射板210的位置(或間隙301)係經選擇，使得蓋252的溫度T3
高到防止除氣材料凝結在蓋252上，但低到足以防止除氣材料與用以形成蓋252的材料之間的化學反應。可注意到的是，蓋252的溫度T3
亦取決於蓋252對被冷卻的反射板210和上壁212 (例如溫度T1
)的熱耦合、該熱耦合是藉由蓋空間區域255內的熱處理氣體的流動所造成的對流熱傳以及蓋空間區域255中的熱處理氣體的量所造成的傳導熱傳來產生，該對流熱傳與該傳導熱傳亦皆會受到間隙301的尺寸影響。可注意到的是，傳導熱傳取決於蓋空間區域255中的處理氣體的壓力。在一實例中，間隙301是介於約0.5mm至約5mm之間。
在一實施例中，形成蓋252的材料係經選擇，使得蓋252可吸收期望的流232的量，因此蓋252在熱處理期間可達到期望溫度T3
。儘管在傳統應用中選擇具有較高透射係數和較低吸收係數的光學透明材料很常見，在本發明的一些實施例中，期望選擇具有較高吸收係數與較低透射係數的材料。在一實例中，期望選擇具有高透射和低吸收係數的材料(諸如具有低羥基(OH-)濃度(例如≤10 ppm)的熔合石英材料)以形成窗口206以及選擇具有較低透射係數和較高吸收係數的材料(諸如具有高羥基(OH-)濃度(例如＞600 ppm或甚至＞1000 ppm)的熔合石英材料)以用於蓋252。如上所述，在一實例中，用以形成蓋252的熔合石英材料具有介於約600與1300 ppm之間的高羥基(OH-)濃度或介於約1000與1300 ppm之間的高羥基(OH-)濃度。
在一些實施例中，如第6圖所示，蓋組件250配置成有助於在處理期間調整由於熱流231的非均勻性與/或熱處理腔室200中的熱環境的變化所造成的基材122上的溫度非均勻性。第5圖是傳統處理腔室100 (第1圖)的示意剖視圖，具有在處理空間104中的基材122上產生的非均勻的熱輪廓502。熱輪廓502和基材122的溫度有關，熱輪廓502是以徑向地橫跨基材122的方向511來測量且在方向510上具有相對溫度變化。所以，在第5圖所示的實例中，基材122在基材122的半徑的約一半處(從中心線201測量)具有大的溫度變化。較高的溫度變化是以高溫區域顯示在第5圖中，該高溫區域具有尖峰溫度T513
，尖峰溫度T513
大於基材的中心溫度T512
與邊緣溫度T514
。在一實例中，尖峰溫度T513
被定位在和中心線501相隔距離560、561處。
第6圖是處理腔室200的示意剖視圖，示出由於使用被形成在蓋組件250內的特徵而具有在處理期間改善的處理空間204中的基材122上的熱輪廓602。在一些實施例中，特徵可包括複數個埠253，該複數個埠253被形成在蓋252內且被定位以輸送氣體流到基材122的表面122A的期望區域。氣體流大致上是藉由熱處理氣體經由氣體流619從氣體源260輸送到蓋空間區域255內且接著通過被形成在蓋252中的埠253來產生。在此設置中，熱處理氣體在蓋空間區域255內的流量係高到足以在蓋空間區域255中產生比處理空間204更高的壓力，以產生通過埠253的氣體流620、621。在蓋空間區域255中所產生而比在處理空間204中更高的壓力亦會傾向於避免材料從基材122被除氣，而防止除氣材料到達反射板210的表面213。亦可注意到的是蓋空間區域255中的流速與壓力會影響蓋252與反射板210的熱耦合，並且因此影響蓋252的溫度(T3
)。
第6圖亦包括基材122的熱輪廓502的圖示，若氣體流沒有經由埠253被輸送到基材122的表面，則熱輪廓502會由於熱處理環境中的固有非均勻性而典型地被產生。所以，為了調整這些固有非均勻性，蓋252中所形成的埠253係被定位以將氣體流620、621引導到基材122上具有較高溫度的區域，以冷卻基材中的這些區域。在一實例中，被輸送到蓋空間區域255的熱處理氣體的至少一部分從蓋空間區域255流動通過蓋252中所形成的一或更多個埠253，而到基材122的元件側表面122A的一部分，其中該基材122的元件側表面的該部分122A在處理期間具有比基材122的平均溫度更高的溫度。因此，可以利用埠253的添加與通過該些添加的埠253所產生的氣體流來提供更均勻的熱輪廓，如熱輪廓602所示。在一實施例中，該些埠253被定位成圍繞蓋252的中心線201形成對稱圖案(例如等徑向距離560、561)，以補償處理腔室200內的徑向非均勻性。儘管在熱處理期間旋轉升降組件228與基材122以補償非徑向熱環境變化是很常見的，該些埠253的非對稱圖案亦可用以補償非徑向溫度變化(即徑向距離560與561不相等)。在一些實施例中，被形成在基材122與蓋252之間的間隙以及氣體流620、621的流速被維持住以將除氣材料在蓋上的沉積進一步最小化，其中該沉積是由於蓋252與在處理期間不論會不會旋轉的基材122之間所產生的相對流體運動所造成。熟習此技藝之人士可瞭解的是該些埠253被定位以將氣體流引導到基材的特定區域以補償基材上的熱輪廓的熱變化，並且輸送氣體到基材122的表面會因為熱處理氣體的熱容量與流動的熱處理氣體的對流熱傳而傾向於降低處理期間基材的處理溫度。在處理期間，藉由輸送非特定、非目標導向或寬廣的熱處理氣體使其遍佈基材的整個表面的組態(例如噴頭組態)通常包括一些不期望的熱處理特性。這些不期望的熱處理特性包括不期望的平均基材處理溫度的降低、處理期間大量的熱處理氣體的使用、與移除特定溫度非均勻性的過程的有效性/效率的減少。所以，在一些實施例中，期望對蓋252的特定區域提供僅小數量或密度的埠253，以特定地補償基材122上的熱變化。在一實例中，蓋252包括小於52個具有1~2mm直徑且在橫跨360mm直徑的蓋252中分佈的埠253。在另一實例中，在360mm直徑的蓋252內，蓋252包括12個設置在190mm直徑的圓上而具有1mm直徑的埠以及8個設置在140mm直徑的圓上而具有1mm直徑的埠。
可注意到的是熱輪廓602大致上具有比第5圖所示的處理腔室100中形成的熱輪廓502的中心溫度T512
與邊緣溫度T514
更高的中心溫度T612
與邊緣溫度T614
。這些溫度的差異大致上是由於蓋252在較冷的反射板210與基材122之間的設置，如以上涉及第3~4圖所討論。改善的熱輪廓602與平均基材處理溫度將可改善熱處理期間基材122的溫度均勻性並改善在處理腔室200中執行的熱處理的整體效率。
相較於傳統熱處理腔室100 (第1圖)設計，蓋組件250亦提供許多擁有成本(cost-of-ownership)的優點。該擁有成本的優點是例如藉由能夠輕易地從處理腔室200移除蓋252來產生，以及相較於其他腔室部件(諸如反射板210)能夠以相對較低的成本形成和更換蓋252來產生。如上所述，由於除氣材料在較冷的熱處理腔室部件上的沉積，這些被塗覆的部件需要定期地被更換與/或被清潔以減少除氣材料對於熱處理環境的影響。在傳統設計中，由於在處理期間需要保護反射板110的光學敏感表面以及需要冷卻反射板110，傳統設計的製造成本與一般的裝卸要求使得反射板110的更換是不令人樂見的。所以，在本發明的一些實施例中，由於蓋的相對簡單形狀，低材料成本與非常簡單的裝卸要求(例如蓋可以是易碎的)，更換蓋252會比傳統腔室設計中更換反射板大致上更容易。又，由於蓋的相對簡單形狀與低材料成本，丟棄使用過的蓋252會比在重新安裝回到處理腔室200內之前再刷新/再清潔更符合成本效益。
即使以上說明已經描述了熱處理與熱處理腔室，本發明的實施例可被用在支撐結構或基材被暴露於輻射能量的任何處理與任何處理腔室中。
儘管上述說明導向本發明的實施例，可設想出本發明的其他與進一步的實施例而不悖離本發明的基本範疇，並且本發明的範疇是由以下的申請專利範圍來決定。
100‧‧‧傳統的處理腔室
102‧‧‧腔室主體
104‧‧‧處理空間
106‧‧‧窗口
108‧‧‧輻射能量源
110‧‧‧反射板
112‧‧‧上壁
114‧‧‧轉子
116‧‧‧支撐環
118‧‧‧邊緣環
122A‧‧‧元件側表面
122B‧‧‧非元件側表面
122‧‧‧熱基材
124‧‧‧感測器埠
126‧‧‧感測器
128‧‧‧升降組件
200‧‧‧處理腔室
201‧‧‧中心線
202‧‧‧腔室主體
204‧‧‧處理空間
206‧‧‧輻射源窗口
208A‧‧‧燈
208‧‧‧輻射能量源
210‧‧‧反射板
212‧‧‧上壁
213‧‧‧反射表面
214‧‧‧水冷式金屬板
215‧‧‧轉子
216‧‧‧支撐環
218A‧‧‧燈
218‧‧‧邊緣環
224‧‧‧感測器埠
226‧‧‧感測器
227‧‧‧溫度控制器
228‧‧‧升降組件
229‧‧‧冷卻通道
231‧‧‧流
232‧‧‧流
233‧‧‧熱流
234‧‧‧熱流
241‧‧‧熱流
250‧‧‧蓋組件
251‧‧‧蓋支撐件
252A‧‧‧表面
252‧‧‧蓋
253‧‧‧埠
255‧‧‧蓋空間區域
260‧‧‧氣體源
290‧‧‧流體輸送裝置
299‧‧‧系統控制器
301‧‧‧間隙
501‧‧‧中心線
502‧‧‧非均勻的熱輪廓
510‧‧‧方向
511‧‧‧方向
560‧‧‧距離
561‧‧‧距離
602‧‧‧改善的熱輪廓
619‧‧‧氣體流
620‧‧‧氣體
621‧‧‧氣體
102‧‧‧腔室主體
104‧‧‧處理空間
106‧‧‧窗口
108‧‧‧輻射能量源
110‧‧‧反射板
112‧‧‧上壁
114‧‧‧轉子
116‧‧‧支撐環
118‧‧‧邊緣環
122A‧‧‧元件側表面
122B‧‧‧非元件側表面
122‧‧‧熱基材
124‧‧‧感測器埠
126‧‧‧感測器
128‧‧‧升降組件
200‧‧‧處理腔室
201‧‧‧中心線
202‧‧‧腔室主體
204‧‧‧處理空間
206‧‧‧輻射源窗口
208A‧‧‧燈
208‧‧‧輻射能量源
210‧‧‧反射板
212‧‧‧上壁
213‧‧‧反射表面
214‧‧‧水冷式金屬板
215‧‧‧轉子
216‧‧‧支撐環
218A‧‧‧燈
218‧‧‧邊緣環
224‧‧‧感測器埠
226‧‧‧感測器
227‧‧‧溫度控制器
228‧‧‧升降組件
229‧‧‧冷卻通道
231‧‧‧流
232‧‧‧流
233‧‧‧熱流
234‧‧‧熱流
241‧‧‧熱流
250‧‧‧蓋組件
251‧‧‧蓋支撐件
252A‧‧‧表面
252‧‧‧蓋
253‧‧‧埠
255‧‧‧蓋空間區域
260‧‧‧氣體源
290‧‧‧流體輸送裝置
299‧‧‧系統控制器
301‧‧‧間隙
501‧‧‧中心線
502‧‧‧非均勻的熱輪廓
510‧‧‧方向
511‧‧‧方向
560‧‧‧距離
561‧‧‧距離
602‧‧‧改善的熱輪廓
619‧‧‧氣體流
620‧‧‧氣體
621‧‧‧氣體
可藉由參考實施例來詳細暸解本發明的上述特徵，本發明的更詳細說明簡短地在前面概述過，其中該些實施例的一些實施例在附圖中示出。但是應注意的是，附圖僅示出本發明的典型實施例，並且因此附圖不應被視為會對本發明範疇構成限制，這是因為本發明可允許其他等效實施例。
第1圖是熱處理腔室的示意剖視圖。
第2圖是根據在此揭示的一實施例的熱處理腔室的示意剖視圖。
第3圖是根據在此揭示的一實施例的熱處理腔室的示意部分剖視圖。
第4圖是根據在此揭示的一實施例的沿著第3圖所示的熱處理腔室的中心線所測量的溫度的圖。
第5圖是第1圖的熱處理腔室的示意部分剖視圖。
第6圖是根據在此揭示的一實施例的第2~3圖所示的熱處理腔室的示意部分剖視圖。
為促進瞭解，在可能時使用相同的元件符號來表示圖式共有的相同元件。可設想出的是被揭示在一實施例中的元件可有利地被應用到其他實施例而不需特別詳述。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
126‧‧‧感測器
201‧‧‧中心線
206‧‧‧輻射源窗口
208A‧‧‧燈
208‧‧‧輻射能量源
210‧‧‧反射板
213‧‧‧反射表面
218‧‧‧邊緣環
231‧‧‧流
251‧‧‧蓋支撐件
252A‧‧‧表面
252‧‧‧蓋
253‧‧‧埠
255‧‧‧蓋空間區域
260‧‧‧氣體源
290‧‧‧流體輸送裝置
502‧‧‧非均勻的熱輪廓
511‧‧‧方向
560‧‧‧距離
561‧‧‧距離
602‧‧‧改善的熱輪廓
619‧‧‧氣體流
620‧‧‧氣體
621‧‧‧氣體
Claims (20)
- 一種熱處理腔室，包含：一處理區域；一基材支撐，該基材支撐件界定該處理區域的一第一邊界；一能量源，該能量源定位於該處理區域之外部；一反射件，該反射件定位於該處理區域之外部，其中該基材支撐件定位於該能量源及該反射件之間；一蓋，該蓋界定該處理區域的一第二邊界，且定位於該反射件及該基材支撐件之間，其中在該蓋及該反射件之間形成一蓋空間區域；及一氣體源，該氣體源耦合至該蓋空間區域，其中該蓋具有耦合至該處理區域及該蓋空間區域兩者的複數個埠，且該蓋空間區域部分地被密封。
- 如請求項1所述之熱處理腔室，進一步包含一流體輸送裝置，該流體輸送裝置耦合至形成於該反射件內的冷卻通道。
- 如請求項1所述之熱處理腔室，進一步包含複數個溫度感測器，其中在處理期間該蓋及該蓋空間區域定位於該等感測器及該基材之間。
- 如請求項1所述之熱處理腔室，進一步包含一窗口，該窗口定位在該能量源及該基材支撐件之間，其 中用以形成該窗口的一材料的一光透射係數大於用以形成該蓋的一材料的一光透射係數。
- 如請求項1所述之熱處理腔室，其中該蓋包含一高含羥基雜質熔合石英。
- 如請求項1所述之熱處理腔室，進一步包含一蓋支撐件，該蓋支撐件定位於該反射件之一外緣附近。
- 如請求項1所述之熱處理腔室，進一步包含一冷卻金屬板，該冷卻金屬板定位於該反射件的四周。
- 如請求項1所述之熱處理腔室，進一步包含一蓋支撐件，該蓋支撐件定位於該反射件之一外緣及一冷卻金屬板之一內緣附近。
- 一種熱處理腔室，包含：一能量源，該能量源定位鄰接於一基材支撐件；一反射件，其中該基材支撐件定位於該能量源及該反射件之間；一蓋，該蓋定位於該反射件及該基材支撐件之間，其中在該蓋及該反射件之間形成一蓋空間區域，且該蓋空間區域部分地被密封；及一氣體源，該氣體源耦合至該蓋空間區域，其中該蓋定位於一基材之一元件側上方，該基材定位於該基材支撐件上。
- 如請求項9所述之熱處理腔室，進一步包 含一流體輸送裝置，該流體輸送裝置耦合至形成於該反射件內的冷卻通道。
- 如請求項9所述之熱處理腔室，進一步包含複數個溫度感測器，其中在處理期間該蓋及該蓋空間區域定位於該等感測器及該基材之間。
- 如請求項9所述之熱處理腔室，進一步包含一窗口，該窗口定位在該能量源及該基材支撐件之間，其中用以形成該窗口的一材料的一光透射係數大於用以形成該蓋的一材料的一光透射係數。
- 如請求項9所述之熱處理腔室，其中該蓋包含一高含羥基雜質熔合石英。
- 如請求項9所述之熱處理腔室，進一步包含一冷卻金屬板，該冷卻金屬板定位於該反射件的四周。
- 如請求項9所述之熱處理腔室，進一步包含一蓋支撐件，該蓋支撐件定位於該反射件之一外緣及一冷卻金屬板之一內緣附近。
- 一種用於處理一基材之方法，包含以下步驟：在處理期間，從一能量源朝向一基材支撐件輸送電磁能量；及輸送一熱處理氣體至一蓋空間區域，該蓋空間區域形成於一反射板與一蓋之間，其中該蓋定位於該反射板及該能 量源之間，其中被輸送到該蓋空間區域的該熱處理氣體之至少一部分係從該蓋空間區域流動通過該蓋中所形成的一或更多個埠而到該基材的一元件側表面的一部分，其中該蓋空間區域部分地被密封，以容許在該蓋空間區域內形成一回壓。
- 如請求項16所述之方法，其中該熱處理氣體包含一惰性氣體。
- 如請求項16所述之方法，其中從該能量源輸送電磁能量的步驟更包含以下步驟：將該電磁能量輸送通過定位於該能量源與該基材支撐件之間的一窗口，其中用以形成該窗口的一材料的光透射係數大於用以形成該蓋的一材料的光透射係數。
- 如請求項16所述之方法，進一步包含以下步驟：使一冷卻流體在該反射板內所形成的冷卻通道內流動。
- 如請求項16所述之方法，進一步包含以下步驟：使用一或更多個感測器來測量處理期間該基材的一溫度，其中該蓋及該蓋空間區域在處理期間定位於該等感測器與該基材之間。
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