TWI632355B - 用於熱處理腔室中的設備及用於處理基板的系統 - Google Patents

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Abstract

本文中所述之實施例一般係關於在半導體基板之熱處理期間之高溫測量。更特定而言，實施例係關於用於熱處理腔室之高溫測量過濾器。在某些實施例中，高溫測量過濾器選擇性地過濾選定之能量波長以改良高溫計測量。高溫測量過濾器可具有多種幾何形狀，該等幾何形狀可影響高溫測量過濾器之功能。

Description

用於熱處理腔室中的設備及用於處理基板的系統
本文所述之實施例一般係關於在半導體基板之熱處理期間的高溫測量。更特定而言，本文所述之實施例係關於用於熱處理腔室之高溫測量過濾器。
快速熱處理(Rapid thermal processing；RTP)係用於製造半導體積體電路之開發完備的技術。RTP是一製程，在該製程中，基板在RTP腔室中經高強度光學輻射照射，以將基板快速加熱至相對較高之溫度，以熱活化基板中製程。一旦基板已經熱處理，便移除輻射能及基板冷卻。RTP係具有能效之製程，因為執行RTP之腔室並未經加熱至處理基板所需之高溫。在RTP製程中，僅加熱基板。由此，經處理之基板與周圍環境(亦即腔室)並非處於熱平衡。
積體電路之製造涉及沉積層、用光微影圖案化層，及蝕刻圖案化層之眾多步驟。離子佈植用以在基板中摻雜活性區域。製造次序亦包括基板熱退火以用於衆多用途，例如 修治佈植損傷及活化摻雜劑、結晶、熱氧化及氮化、矽化、化學氣相沉積(chemical vapor deposition；CVD)、氣相摻雜，及熱清洗等等。
儘管在基板處理技術之早期階段中，退火涉及在退火爐中加熱多個基板達較長時段，但RTP已愈來愈多地用以滿足對具有日益變小之電路特徵結構的基板進行處理之更嚴格的要求。RTP通常在單個基板腔室中執行，方法是利用來自高強度燈陣列之光照射基板，該燈陣列經導向形成積體電路所在之基板正面。輻射至少部分由基板吸收及將基板迅速加熱至所需高溫。所需溫度一般高於600℃，及在某些應用中高於1000℃。輻射加熱可迅速啟動及停用以便以可控方式在較短時間間隔中加熱基板，例如在約60秒與約1秒之間的時間間隔中加熱。
在某些製程期間，可能需要較低溫度(亦即低於400℃)。使用較低溫度之實例包括在基板上形成矽化物。在腔室中處理基板之質量及效能部分依據為基板提供及維持準確溫度之能力而定。處理腔室中之基板溫度常由高溫計測量，該高溫計測量波長頻寬內之溫度。當高溫計偵測到輻射時，處於輻射高溫計頻寬內及源於加熱源之輻射可能干擾高溫計信號之解譯。「洩漏」熱輻射，亦即不希望由高溫計測量到之輻射，可能干擾高溫計讀數及提供不準確之溫度測量。而且，並非所有基板在高溫計頻寬處為不透明，當基板維持在較低溫度下時尤其如此。與高溫物件相比，低溫物件發射出強度更低之熱輻射。低溫物件之弱熱發射可能被其他熱信號 淹沒及丟失。
由此，該項技術需要改良的系統以利用高溫計準確測量溫度。更特定而言，需要用於熱處理腔室之高溫測量過濾器。
在一個實施例中，提供用於熱處理腔室之設備。該設備包括具有複數個表面之透明介質。該透明介質具有一幾何形狀，其中透明介質中心區域之厚度小於透明介質周邊區域之厚度。反射性塗層安置在複數個表面中之至少兩個表面上，及吸收性塗層或束集堆安置在周邊區域上或鄰近於周邊區域。
在另一實施例中，提供用於處理基板之系統。該系統包括輻射源輻射源、高溫計，及透明介質。該透明介質安置在輻射源與高溫計之間。該透明介質包括複數個表面及一幾何形狀，其中透明介質中心區域之厚度小於透明介質周邊區域之厚度。反射性塗層安置在複數個表面中至少兩個表面上，及吸收性塗層或束集堆安置在周邊區域上或鄰近於周邊區域。
在又一實施例中，提供用於熱處理腔室之設備。該設備包括具有複數個表面之透明介質。該透明介質包括一幾何形狀，其中透明介質之厚度在該等複數個表面之間大體恆定不變；及包括變化的光學厚度，該光學厚度在透明介質之多個區域具有複數個折射率。該透明介質亦在複數個表面中至少兩個表面上安置有反射性塗層，及在該透明介質之周邊 區域之上或鄰近處安置有吸收性塗層或束集堆。
在又一實施例中，提供用於熱處理腔室之設備。該設備包括具有一幾何形狀之透明介質。該透明介質之厚度在該透明介質之整個直徑上大體恆定不變，及一或更多個反射性表面埋入透明介質內。
在又一實施例中，提供用於熱處理腔室之設備。該設備包括具有領結結構之透明介質。領結結構包括：中心區域，該中心區域之厚度小於周邊區域之厚度；頂表面，該頂表面自中心區域向上直線延伸至周邊區域；及底表面，該底表面自中心區域直線向下延伸至周邊區域，使得頂表面及底表面在透明介質之整個水平面上對稱。反射性塗層安置在透明介質之頂表面及底表面上，及吸收性塗層或束集堆安置在透明介質之周邊區域之上或鄰近處。
100‧‧‧腔室
112‧‧‧基板
113‧‧‧出入口
114‧‧‧邊緣環件
115‧‧‧環形斜隔板
116‧‧‧處理特徵結構
118‧‧‧處理區域
120‧‧‧石英窗口
122‧‧‧升舉銷
124‧‧‧輻射加熱設備
126‧‧‧鎢鹵素燈
127‧‧‧反射管
128‧‧‧反射體
130‧‧‧可旋轉圓柱
132‧‧‧可旋轉凸緣
134‧‧‧中心軸
140‧‧‧高溫計
142‧‧‧光導管
144‧‧‧控制器
150‧‧‧反射性塗層
151‧‧‧反射性塗層
153‧‧‧水冷式基座/第二側壁
200‧‧‧窗口
216‧‧‧頂表面
218‧‧‧底表面
219‧‧‧底部中心區域
220‧‧‧窗口
222‧‧‧頂表面
223‧‧‧頂部中心區域
224‧‧‧底表面
225‧‧‧窗口
226‧‧‧底表面
227‧‧‧頂表面
228‧‧‧第一周邊區域
230‧‧‧第一窗口
232‧‧‧第二周邊區域
233‧‧‧底表面
234‧‧‧頂表面
235‧‧‧第二窗口
236‧‧‧頂表面
237‧‧‧頂部中心區域
238‧‧‧底表面
239‧‧‧底部中心區域
240‧‧‧窗口
250‧‧‧反射性塗層
251‧‧‧反射性塗層
260‧‧‧吸收性塗層
261‧‧‧周邊區域
290‧‧‧折射率匹配材料
300‧‧‧窗口
302‧‧‧第一部件
304‧‧‧第二部件
306‧‧‧第三部件
308‧‧‧頂表面
310‧‧‧底表面
312‧‧‧外表面
314‧‧‧吸收性塗層
316‧‧‧中心區域
318‧‧‧邊緣區域
320‧‧‧距離
322‧‧‧距離
324‧‧‧斜邊
326‧‧‧表面
328‧‧‧第一反射性塗層
330‧‧‧斜邊
332‧‧‧表面
334‧‧‧第二反射性塗層
336‧‧‧鈍角
338‧‧‧鈍角
400‧‧‧窗口設備
402‧‧‧窗口
404‧‧‧反射體設備
406‧‧‧反射體
408‧‧‧反射體
410‧‧‧反射體設備
412‧‧‧第一反射體
414‧‧‧第二反射體
420‧‧‧吸收性部件
450‧‧‧窗口設備
為使上述列舉之本發明特徵結構能被詳細理解，可參考實施例對上文中簡要概括之本發明進行更為特定之描述，其中一些實施例在附圖中進行圖示。然而，應注意，附圖僅圖示本發明之典型實施例，因此不被視作限制本發明之範疇，因為本發明可認可其他同等有效之實施例。
第1圖圖示根據本文所述之某些實施例之快速熱處理腔室之橫剖面視圖。
第2A圖至第2D圖圖示根據本文所述之多個實施例之窗口之橫剖面視圖。
第3圖圖示根據本文所述之一個實施例之窗口之橫 剖面視圖。
第4A圖至第4B圖係根據本文所述之多個實施例之已拆離反射體之窗口的橫剖面示意圖。
為促進理解，已在可能之情況下使用相同元件符號指定圖式中共用之相同元件。可設想一個實施例中之元件及特徵可以有益之方式併入其他實施例中而無需贅述。
本發明之實施例一般係關於半導體基板之熱處理期間的高溫測量。更特定而言，本發明之實施例係關於用於熱處理腔室之高溫測量過濾器。
本發明之實施例提供用於處理基板之熱處理腔室。熱處理腔室中之基板溫度常藉由輻射高溫測量得以測得。基板溫度可經由輻射高溫測量得以決定，方法是量測基板之發射率及應用已知輻射定律以校準高溫計以進行準確的溫度測量。當高溫計檢測到來自加熱源(亦即燈)的處於高溫計的頻寬或波長範圍內的輻射時，該干擾輻射可能干擾高溫計信號的解譯。來自加熱源之輻射可能因為基板周圍之洩漏或穿透該基板而到達高溫計。該種輻射可能在熱處理腔室之操作期間發生，及當基板處於低於約450℃之溫度下時，該種輻射可干擾高溫測量。
第1圖係根據本文所述之某些實施例的快速熱處理腔室之橫剖面視圖。對該熱處理腔室及本文中之實施例可能使用之儀表的進一步描述在共同受讓之美國專利案第5,848,842號及第6,179,466號中經揭示，該等專利案在此以 引用之方式、以不與本文所主張之本發明矛盾之程度全部併入本文。
待在腔室100中處理之基板112經由閥或出入口113被提供至腔室100之處理區域118內。基板112在其周邊由環形的邊緣環件114支撐，該邊緣環件之環形斜隔板115接觸基板112之角。有關對邊緣環件及其支撐功能之更完整的描述，可參考美國專利案第6,395,363號，該專利案以引用之方式、以不與本文所主張之本發明矛盾之程度全部併入本文。基板112經定向以使得已在基板112正面上形成之經處理特徵結構116向上面對處理區域118。處理區域118由透明之石英窗口120界定在處理區域上側。儘管為示意說明而圖示，但基板112上之特徵結構116一般不突出顯著距離超過基板112表面，而是在基板112表面之平面內及鄰近處構成圖案化。
當在基板移送設備(例如機器臂葉片(未圖示))之間運送基板112時，三個升舉銷122可升高及降低以支撐基板112背側，該基板移送設備將基板112提供至腔室100內及提供至邊緣環件114上。為加熱基板112，將輻射加熱設備124定位在窗口120上方以將輻射能導向基板112。在腔室100中，輻射加熱設備包括定位在各個反射管127中之大量高強度鎢鹵素燈126，該等反射管在窗口120上方排列為六角密集陣列。燈陣列126一般被稱作燈頭。然而，可替換為其他輻射加熱設備以向腔室100提供輻射熱能。一般而言，燈126涉及電阻加熱以使輻射源溫度迅速升高或快速升溫。適合之 燈的實例包括由玻璃或矽石封套圍繞燈絲之白熾燈及鎢鹵素白熾燈，及包括圍繞諸如氙之氣體的玻璃或矽石封套之閃光燈，及可包括可圍繞氣體或蒸汽之玻璃、陶瓷，或矽石封套之弧光燈。該等燈一般在氣體經通電時提供輻射熱。如本文中所提供，術語「燈」旨在包括具有圍繞熱源之封套之燈。燈之「熱源」係指可提高基板溫度之材料或元件，例如可經通電之燈絲或氣體。
如本文中所提供，快速熱處理(RTP)係指一製程設備，該製程設備能夠以約50℃/秒及更高之速率均勻地加熱基板，例如以約100℃/秒至約150℃/秒之速率，及約200°/秒至約400℃/秒之速率。RTP腔室中之典型的降溫(冷卻)速率處於約80℃/秒至約150℃/秒之範圍內。在RTP腔室中執行之一些製程要求整個基板之溫度變動低於數攝氏度。由此，RTP腔室可包括燈或其他適合之加熱系統，及能夠以高達約100℃/秒至約150℃/秒之速率及約200℃/秒至約400℃/秒之速率進行加熱之加熱系統控件。
本發明之某些實施例亦可適用於急驟退火。如本文中所使用，急驟退火係指在不足5秒內使基板退火，例如少於1秒，及在某些實施例中為數毫秒。
在RTP腔室中，整個基板112之溫度可經控制至經嚴密定義之溫度，該溫度在整個基板112上是均勻的。提高效率之被動方式包括反射體128，該反射體與基板112平行延伸及覆蓋大於基板112之面積，及該反射體面對基板112之背側。反射體128將自基板112發射之熱輻射高效地反射回 基板112。基板112與反射體128之間的間隔可處於約3mm至約9mm之範圍以內，及該空腔之寬度與厚度的深寬比有利地大於約20mm。在某些實施例中，應用反射板以增強基板112之表觀發射率。反射體128可為金塗層或多層介電干涉鏡，該反射體在基板112背側有效地形成黑體空腔，該黑體空腔用以將熱自基板112之較熱部分分佈至較冷部分。黑體空腔充滿與基板112之溫度對應之輻射分佈(該分佈通常用普朗克(Planck)分佈來描述)，而來自燈126之輻射分佈則對應於與燈126關連之更高溫度。反射體128安置在第二側壁153上，該第二側壁153可為由諸如金屬之材料製成的水冷式基座，該基座材料是根據其對來自基板112之過量輻射進行散熱(尤其在冷卻期間)之能力而選擇的。因此，腔室100之處理區域118具有至少兩個大體平行之側壁。第一側壁包括石英窗口120及第二側壁153實質平行於第一側壁。第二側壁153可由明顯不透明之材料(例如金屬)製成。
改良均勻性之一個方式包括在可旋轉圓柱130上支撐邊緣環件114，該圓柱磁耦接至位於腔室100外側之可旋轉凸緣132。馬達(未圖示)使凸緣132旋轉，因此使基板112圍繞基板中心134旋轉，該中心亦是大體對稱腔室100之中心線。
改良均勻性之另一方法是將燈126劃分為以大體呈環狀之構形圍繞中心軸134排列之分區。控制電路系統改變輸送至不同分區中之燈126的電壓，以由此調適輻射能之輻射分佈。分區加熱之動態控制受經由一或更多個光學光導管 142耦接之一或複數個高溫計140影響，該等光導管經定位以穿過反射體128中之孔面對基板112背側。一或複數個高溫計140量測靜止或旋轉基板112之半徑之溫度。光導管142可由多種結構形成，該等結構包括藍寶石、金屬，及二氧化矽纖維。電腦化控制器144接收高溫計140之輸出及相應地控制供應至不同燈126環之電壓，從而在處理期間動態地控制輻射加熱強度及圖案。
高溫計一般在處於約700nm至1000nm範圍內之例如約40nm之窄波長頻寬中量測光強度。控制器144或其他儀表經由眾所熟知之普朗克(Planck)光譜分佈將光強度轉換至一溫度，該光譜分佈為自保持在該溫度下之黑體輻射出之光強度之光譜分佈。然而，高溫計140受基板112中被量測之部分的發射率影響。發射率(ε)可在黑體之1至完美反射體之0之間變化。高溫測量可得以改良，方法是進一步包括輻射率計或反射率計以對晶圓進行光探測，從而量測該輻射率計或反射率計所面對之晶圓部分在相關波長範圍中之發射率或反射率；及在控制器144內包括控制演算法以將測得之發射率納入。
如上所述，處理腔室100之處理區域118中之基板溫度常藉由輻射高溫測量得以量測。儘管輻射高溫測量可具有較高準確性，但來自加熱源處於輻射高溫計頻寬內之輻射可能干擾高溫計信號(若高溫計偵測到此輻射)。在RTP系統(例如可自美國加利福尼亞州聖克拉拉市的應用材料公司及其他製造商處購得之彼等系統)中，可藉由處理套組及藉 由基板自身將干擾頻寬輻射降至最低。處理套組將基板與旋轉系統耦接。處理套組大體包括支撐圓柱130及亦可包括類似於邊緣環件114之支撐環件。
總而言之，一或更多個高溫計140可經定位以使得基板112將輻射源126與高溫計140屏蔽。基板112對波長大於或約為1000nm之輻射可能為大體透明。因此，限制熱源輻射以免其到達高溫計之一種方式是量測基板112可為實質不透明之波長之輻射。例如，矽晶圓在短於約1000nm之波長下可為實質不透明。儘管如此，如上所提及，處理套組可在基板周圍「洩漏」源輻射，及並非所有基板在高溫計頻寬皆為不透明，當基板在低於約450℃之溫度下時尤其如此，例如低於約250℃。
阻隔源自輻射源126之輻射之一種方法是防止處於高溫計頻寬中之來源輻射到達基板112，例如藉由將來源輻射反射回輻射源126。此方法可藉由在隔離輻射源126與處理區域118之窗口120上塗覆一材料來完成，該材料反射高溫計頻寬輻射但允許用於加熱之充足來源輻射穿過窗口120。在一個實施例中，反射性塗層150薄膜可安置在窗口120中面對輻射源126之側。在另一實施例中，反射性塗層151可安置在窗口120中面對基板之側。在第1圖所示之實施例中，反射性塗層150及151可安置在窗口120之兩側。在此實施例中，整個窗口120包括安置在窗口120表面上之反射性塗層，反射性塗層150及151與窗口120之間無阻斷。此外，窗口120中沒有破壞或中斷安置在窗口120上之連續反射層150 及151之間隙或開口。
藉由用反射性塗層覆蓋窗口120，該反射性塗層處於高溫計140具有敏感性之波長範圍中，來自輻射源126之該波長範圍中之輻射實質上將不會到達基板112。因此，當高溫計140偵測到處於該高溫計經配置要偵測之波長範圍中的輻射時，則實質上全部測量輻射將來自基板112。高溫計140之測量將經受最小干擾，即使基板112對高溫計頻寬透明(例如當在低於約400℃之溫度例如約250℃下處理基板112)亦是如此。使用反射性塗層或反射性層改良高溫計140之測量準確性。
在一個實施例中，可自腔室100移除窗口120，及可在該窗口上塗覆一或更多個反射性材料層。自腔室100移除窗口120使得反射性塗層之修理維護或反射性塗層之重新塗施相對易於執行。如若需要更換窗口，具有移除窗口之能力亦有助於實施。薄膜塗層之反射特性依據所選擇之材料及所沉積之層的數量及厚度而定。為窗口提供反射性塗層之薄層以用於在規定波長範圍內進行反射的製程及服務提供商是已知的。在一個實施例中，用於反射層之材料可為單層、交替層，或高指數及低指數介電材料之任何組合，該等介電材料對於自輻射源126發射之大多數輻射波長為實質透明。該種材料包括，例如，氧化鈦-氧化矽或氧化鉭-氧化矽。在一個實施例中，反射層由SiO2及Ta2O5層組成，其中，最外層(最後沉積層)為SiO2。在某些實施例中，介電層薄膜堆疊可包括SiO2、TiO2、Ta2O5、Nb2O5，及上述各者之組合。介電薄 膜堆疊之有序分層可經選擇以提供針對諸如高溫計頻寬之所需波長的有利反射特性。
在某些實施例中，高溫計140或複數個高溫計用以量測低於約400℃(例如低於約250℃)之相對低溫。高溫計140偵測處於約700nm至1000nm之波長範圍內的輻射。在處理腔室100中，由輻射源126輻射出之波長範圍大體自700nm以下至5.5微米以上。諸如石英之材料在波長為約5.5微米以上時為不透明。當具有約700nm至1000nm之間之波長的輻射被反射回輻射源126時，來自輻射源126之其他波長之充足輻射仍然可用以將基板112加熱至低於約400℃之溫度。
第2A圖至第2D圖係根據本發明之多個實施例之窗口200的橫剖面視圖。第2A圖至第2D圖中繪示之窗口大體可用於第1圖中描述之腔室100或使用高溫計進行溫度測量之其他RTP腔室。在第2A圖至第2D圖中繪示之實施例中，窗口包括石英材料，及反射性塗層可選自前文所述適合用於在窗口上形成反射性塗層之材料。亦設想，窗口亦可包括除石英以外之材料，例如氧化鋁、氧化釔、玻璃、矽酸鋇鋁硬質玻璃，或其他實質為透明之陶瓷。
第2A圖為根據本發明之一個實施例之窗口的橫剖面視圖。提供用於熱處理腔室之窗口220。窗口220包括石英材料。窗口220包括頂表面216、底表面218，及周邊區域261。在一個實施例中，頂表面216是窗口220中面對輻射源之側，及底表面218是窗口220中面對處理區域之側。窗口220之 頂部中心區域217位於一點處，當自頂部觀察(自輻射源觀察)時，該點與周邊區域261上之任何點實質等距。在此實施例中，窗口220實質為圓形，及頂部中心區域217對應於圓形窗口220之原點，及對於窗口直徑之任何測量須穿過頂部中心區域217。窗口220之底部中心區域219位於一點處，當自底部觀察(自處理區域觀察)時，該點與周邊區域261上之任何點大體等距。在此實施例中，窗口220之形狀大體為圓形，及底部中心區域219對應於圓形窗口220之原點，及對於窗口直徑之任何測量須穿過底部中心區域219。在窗口220並非圓形之實施例中，頂部中心區域217及底部中心區域219實質位於窗口220之形狀的中心。
窗口220可沿垂直中心線(vertical centerline；CLV)為實質對稱。窗口220亦可沿水平中心線(horizontal centerline；CLH)為實質對稱。在一個實施例中，頂表面216自頂部中心區域217向外徑向延伸至周邊區域261。頂表面216在頂部中心區域217與周邊區域261之間保持實質直線。在另一實施例中，底表面218自底部中心區域219向外徑向延伸至周邊區域261。底表面218在底部中心區域219與周邊區域261之間保持實質直線。在該等兩個實施例中，中心區域217與219之間的距離小於在周邊區域261處頂表面216與底表面218之間的距離。在一個實施例中，周邊區域261與垂直中心線實質平行。由此，窗口220呈現較厚邊緣及較薄中心。
窗口220之幾何形狀亦影響最終到達基板之輻射量。窗口220呈現錐形，(經定義為頂表面216與底表面218 之間的關係)此形狀在整個窗口220上自中心區域217及219向周邊區域261增大。窗口220之錐形與到達基板之輻射量相關，及可由費涅(Fresnel)方程式決定。由此，如若窗口220存在更大錐形，則更少輻射將到達基板。如若窗口220呈現更小錐形，則更多輻射將到達基板。此原理產生於光在反射(窗口220之錐形)與透射之比方面的物理特性。
入射角是調整反射與透射之比之重要因數。在一個實施例中，錐形經設計使得自輻射源射出之大多數輻射在頂表面216或底表面218處具有不大於45°之入射角。在此實施例中，窗口可經形成以具有約0°至約45°之間的入射角。在此實例中，塗層250、251可經設計以呈現對高溫計140所使用之波長範圍的高度反射性。窗口220亦可藉由更改光的光學路徑長度來影響基板處之照射均勻性。由此，窗口220可含有透鏡之特性。
反射性塗層，例如前文所述之彼等反射性塗層，可安置在窗口220之所需表面上。在一個實施例中，反射性塗層250可安置在窗口220之頂表面216上。在另一實施例中，反射性塗層251可安置在窗口220之底表面218上。在另一實施例中，窗口220包括頂表面216上之塗層250，及底表面218上之塗層251。反射性塗層250及251可藉由任何便利方法(例如化學氣相沉積(chemical vapor deposition；CVD)、物理氣相沉積(physical vapor deposition；PVD)，或液體塗佈方法)得以沉積。然而，塗層250及251可以反映窗口220之頂表面216及底表面218構形之方法得以沉積。反射性塗層 250及251之厚度可經選擇以提高或降低到達基板之輻射量。塗層250、251可包括不同材料及呈現唯一特性，或塗層250、251可為相同材料及呈現類似特性。
在某些實施例中，吸收性塗層260可安置在周邊區域261上。在一個實施例中，窗口220之周邊區域261可面對束集堆(未圖示)，例如常具有v形交叉剖面空腔形式以增強凈吸收之吸收表面。吸收性塗層260包括吸收某個波長內之輻射之材料。吸收性材料可為碳黑、石墨、SiC、黑色氧化鉻、氧化銅，等。吸收性可藉由使窗口表面紋理化而進一步增強。一般而言，吸收性塗層260經選擇以吸收與高溫計頻寬對應之波長。如若窗口220包括兩個反射性塗層，例如頂表面216上之反射性塗層250及底表面218上之反射性塗層251，則可產生「鏡廳」效應。「鏡廳」效應產生自在窗口220內相對之反射性塗層250與251之間經連續反射之光的反射波長。吸收性塗層260大體藉由吸收經反射之光的波長及防止反射波長在窗口220內連續反射來防止「鏡廳」效應。窗口220之幾何形狀將反射波長導向吸收性塗層260。以此方式，吸收性塗層260可為抗反射性塗層。
在另一實施例中，窗口220可視情況包括折射率匹配材料290(圖示為陰影)。折射率匹配材料290一般經選擇以匹配窗口220之無塗層部分的折射率，儘管亦可使用具有對應的調整厚度之不同折射率材料。使用折射率匹配材料290減少可變厚度窗口220的幾何光學效應。
第2B圖係根據本發明之另一實施例之窗口的橫剖 面視圖。提供用於熱處理腔室之窗口225，如本文中其他處所述。窗口225包括石英材料。窗口225包括頂表面222、底表面224，及周邊區域261。在一個實施例中，頂表面222是窗口225中面對輻射源之側，及底表面224是窗口225中面對處理區域之側。窗口225之頂部中心區域223位於一點處，當自頂部觀察(自輻射源觀察)時，該點與周邊區域261上之任何點大體等距。在此實施例中，窗口225之形狀實質為圓形，及頂部中心區域223對應於圓形窗口225之原點，及對於窗口直徑之任何測量須穿過頂部中心區域223。在一個實施例中，底表面224實質為平面。
在一個實施例中，窗口225沿垂直中心線(vertical centerline；CLV)為實質對稱。在一個實施例中，頂表面222自頂部中心區域223向外徑向延伸至周邊區域261。頂表面222在頂部中心區域223與周邊區域261之間保持實質直線。在另一實施例中，底表面224在窗口225之整個直徑上實質為平面，該直徑在周邊區域261之相對兩點之間穿過頂部中心區域223。在該等兩個實施例中，中心區域223與底表面224之間的距離小於周邊區域261處頂表面222與底表面224之間的距離。在一個實施例中，周邊區域261與垂直中心線實質平行。由此，窗口225呈現較厚邊緣及較薄中心。
反射性塗層250及251及吸收性塗層260可安置在窗口225上。在某些實施例中，吸收性塗層260可由如上所述之束集堆替代。針對多種塗層之詳細描述可在上文中關於第2A圖之描述中找到。折射率匹配材料290亦可安置於窗口 225上。儘管與第2A圖之折射率匹配材料290類似，但第2B圖中圖示之折射率匹配材料290僅可安置在窗口225之非平面頂表面222之上。頂表面222上亦可安置有反射性塗層250。在此實施例中，折射率匹配之材料290可安置在反射性塗層250之上。類似於第2A圖，折射率匹配材料290所佔據之區域(如虛線所示)可包括反射性材料。在一個實施例中，反射性材料之厚度及構形可經選擇以提高或降低在諸如高溫計頻寬之所選波長內之光的透射率。
第2C圖係根據本發明之另一實施例之窗口之橫剖面視圖。提供用於熱處理腔室之窗口240。窗口240包括石英材料。窗口240包括頂表面236、底表面238，及周邊區域261。在一個實施例中，頂表面236是窗口240中面對輻射源之側及底表面238是窗口240中面對處理區域之側。窗口240之頂部中心區域237位於一點處，當自頂部觀察(自輻射源觀察)時，該點與周邊區域261上之任何點實質等距。在此實施例中，窗口240之形狀為實質圓形，及頂部中心區域237對應於圓形窗口240之原點，及對於窗口直徑之任何測量須穿過頂部中心區域237。窗口240之底部中心區域239位於一點處，當自底部觀察(自處理區域觀察)時，該點與周邊區域261上之任何點實質等距。在此實施例中，窗口240之形狀為實質圓形，及底部中心區域239對應於圓形窗口240之原點，及對於窗口直徑之任何測量須穿過底部中心區域239。
在一個實施例中，窗口240可沿垂直中心線(vertical centerline；CLV)實質對稱。在另一實施例中，窗口240亦可沿 水平中心線(horizontal centerline；CLH)實質對稱。在一個實施例中，頂表面236自頂部中心區域237向外徑向延伸至周邊區域261。頂表面236在頂部中心區域237與周邊區域261之間呈現非直線特性。在另一實施例中，底表面238自底部中心區域239向外徑向延伸至周邊區域261。底表面238在底部中心區域239與周邊區域261之間呈現非直線特性。在該等兩個實施例中，中心區域237與239之間的距離小於在周邊區域261處頂表面236與底表面238之間的距離。在一個實施例中，周邊區域261與垂直中心線實質平行。由此，窗口240呈現較厚邊緣及較薄中心。頂表面236及底表面238經定向使得窗口240之幾何形狀類似於凹透鏡。
反射性塗層250及251及吸收性塗層260可安置在窗口240上。針對多種塗層之詳細描述可在上文中關於第2A圖之描述中找到。折射率匹配材料290亦可安置在窗口240上。與第2A圖之折射率匹配材料290類似，第2C圖中圖示之折射率匹配材料290可安置在窗口240之頂表面236上方及窗口240之底表面238下方。與第2A圖類似，折射率匹配材料290所佔據之區域(如虛線所示)可包括反射性材料。在一個實施例中，反射性材料之厚度及構形可經選擇以提高或降低在諸如高溫計頻寬之所選波長內之光的透射率。
第2D圖係根據本發明之一個實施例之窗口之橫剖面視圖。在一個實施例中，提供第一窗口230及第二窗口235。窗口230及235一起形成用於熱處理腔室之單個窗口。窗口230及235包括石英材料。第一窗口230包括頂表面 227、底表面226，及第一周邊區域228。在一個實施例中，頂表面227與第二窗口235相鄰，及底表面226是窗口225中面對處理區域之側。頂表面227在第一窗口230之整個直徑上以直線對角方式自第一窗口230之第一周邊區域228延伸至底表面226。第一周邊區域228實質垂直於底表面226。如橫剖面視圖中所繪示，第一窗口230類似直角三角形，其中頂表面227形成該橫剖面直角三角形之斜邊。
在某些實施例中，第一窗口230進一步包括反射性塗層250及251及吸收性塗層260。反射性塗層250安置在頂表面227之上及反射性塗層251安置在第一窗口230之底表面226之上。吸收性塗層260安置在第一周邊區域228上。簡潔起見，此處不再贅述對用於反射性塗層150及151及吸收性塗層260之材料的進一步描述，但可參考第2A圖找到該等材料之描述。
在另一實施例中，第二窗口235包括頂表面234、底表面233，及第二周邊區域232。在一個實施例中，底表面233與第一窗口230相鄰及頂表面234是窗口235中面對輻射源之側。底表面233在第二窗口235之整個直徑上以直線對角方式自第一窗口230之第一周邊區域228延伸至第二窗口235之第二周邊區域232。第二周邊區域232實質垂直於頂表面234。如該橫剖面視圖中所繪示，第二窗口235類似直角三角形，其中底表面233形成橫剖面直角三角形之斜邊。
在一個實施例中，第二窗口235之底表面233安置在與在第一窗口230之頂表面227上形成之反射性塗層250 直接毗鄰之處。第一窗口230及第二窗口235將反射層250「夾在中間」，使得兩個窗口與反射層250之間不存在空間或空隙。完成此舉以便減少輻射必須穿過的介質數目，以便防止輻射因多種介質之折射率而發生不必要的損失。儘管未圖示，但設想在某些實施例中，反射性塗層251可在第二窗口235之頂表面234上形成。在此實施例中，反射性塗層可在第二窗口235之底表面233上形成，及吸收性塗層260可在第二窗口235之第二周邊區域232上形成。此外，所有非周邊表面234、233，及226可塗覆反射性塗層251。
在第2A圖至第2D圖中所圖示之實施例中，反射性塗層一般在窗口上形成或安置在窗口內。設想反射性塗層亦可與窗口相隔開，以便反射性塗層不接觸窗口。例如，可提供額外材料以與窗口毗鄰及在該等材料上塗覆反射性塗層以達到所需之光透射特性。
將反射性塗層與窗口隔開亦可提供某些實施例中可能需要之不同光學厚度。光學厚度不同於窗口之實體厚度，因為光學厚度至少部分由折射率變動來決定，該折射率變動歸因於光能傳播穿過不同介質或穿過具有不同物理特性之單個介質。
在一個實例中，折射率變動是由光能傳播穿過諸如石英之第一材料及諸如氣體(或具有與第一材料不同的折射率之其他材料)之第二材料而造成的。在另一實例中，單種材料經摻雜、佈植，或以其他方式形成，該材料之整個厚度上具有變化之折射率。變化之折射率可藉由在單種材料內產 生雜質梯度而形成。針對第3圖更詳細地描述提供具有變化之光學厚度的窗口之實施例。然而，設想可在本文所述之所有實施例中利用變化之光學厚度的概念。
第3圖係具有多個部件之窗口300之橫剖面視圖。第一部件302可類似於針對第2A圖所詳細描述之窗口220。第一部件302對所需波長之光實質透明，及由具有熱穩定性之光學透明之材料(例如石英)製造而成。第一部件302具有頂表面308、底表面310，及外表面312，該等表面實質形成領結結構。領結結構經界定為與中心區域316相比邊緣區域318處具有更大厚度。第一部件302沿水平面CLH及垂直平面CLV皆實質對稱。
吸收性塗層314類似於針對第2A圖至第2D圖所描述之吸收性塗層，該吸收性塗層314視情況安置在第一部件302之邊緣區域318上或鄰近邊緣區域318。儘管圖示為直接安置在第一部件302上，但吸收性塗層314可與第一部件302相隔開。例如，吸收性塗層314可安置在安置有窗口300之腔室表面上。
第二部件304及第三部件306與第一部件302相隔開。第二部件304及第三部件306亦由具有熱穩定性之光學透明之材料形成。第二部件304及第三部件306之材料可為用以形成第一部件302之同一材料。第二部件304及第三部件306之形狀實質為三角形，及第二部件304與第三部件306兩者沿垂直平面CLV皆實質對稱。
第二部件304經定位使得斜邊324安置在比第二部 件304之鈍角336距離第一部件302更遠之處。第三部件306經定位使得斜邊330安置在比第三部件306之鈍角338距離第一部件302更遠之處。與鈍角336相鄰之表面326安置在與第一部件302之頂表面308相鄰之處。與鈍角338相鄰之表面332安置在與第一部件302之底表面310相鄰之處。
在一個實例中，第二部件304安置在第一部件302上方及第三部件306安置在第一部件302下方。第二部件304位於第一部件302上方相隔距離322之處。該距離322在窗口300之整個直徑上實質恆定不變，然而，距離322可在窗口300之整個直徑上變化以提供具有所需光學效應之變化的光學厚度。第三部件306位於第一部件302下方相隔距離320之處。距離320，類似於距離322，在窗口300之整個直徑上實質恆定不變，然而，距離320亦可在窗口300之整個直徑上變化。在窗口300之整個直徑上改變距離322、320可提供自窗口300之中心區域316至邊緣區域318的變化之光學厚度。由此，第二部件304及第三部件306之安置及分別與該等部件關連之距離322、320可在窗口300之整個直徑上提供變化之光學厚度。
第一反射性塗層328安置在第二部件304之表面326上。反射性塗層328在與第一部件302之頂表面308相鄰之整個表面326上延伸。在另一實施例中，反射性塗層328安置在頂表面308上，而非表面326上。第二反射性塗層334安置在第三部件306之表面332上。反射性塗層334在與第一部件302之底表面310相鄰之整個表面332上延伸。在另 一實施例中，反射性塗層334安置在底表面310上，而非表面332上。反射性塗層328、334類似於針對第2A圖至第2D圖所述之反射性塗層。
在另一實施例中，窗口300之第一部件302、第二部件304，及第三部件306可為單個單元，其中第二部件304及第三部件306之至少一部分耦接至第一部件302，使得圍封由距離322、320界定之區域。由此，窗口300中至少一部分為空心。設想針對第2A圖至第2D圖所描述之多個其他實施例亦可包括一窗口，該窗口之內安置有空隙以產生空心區域。空心區域可填充氣體或處於真空下。空心區域亦可經配置以提供變化之光學厚度，該變化之光學厚度歸因於窗口內多個區域之折射率變更。
在距離322、320並非恆定不變(及不補償)之實施例中，窗口300之光學厚度沿垂直平面CLV變化，此變化歸因於第二部件304及第三部件306與第一部件302之間的間隔。一般而言，第一部件302、第二部件304，及第三部件306之材料所具有之折射率不同於佔據距離322、320之材料。例如，由石英製成之部件302、304、306所具有之折射率不同於可佔據第一部件302與第二部件304之間之區域及第一部件302與第三部件306之間之區域的氣體，該氣體例如惰性氣體、空氣，或甚至實質上無氣體(真空)。一般而言，可選擇多種材料、氣體，或液體來以所需方式更改光之傳播，該等材料、氣體，或液體之折射率經配置以影響傳播穿過窗口300之光。
第4A圖圖示窗口設備400之橫剖面示意圖，該窗口設備具有與窗口402相隔開之反射體設備404。儘管圖示為具有實質為矩形之橫剖面，但依據加熱基板所需之光透射特性，窗口402可具有多種其他幾何形狀。如前文所提及，反射體設備404與窗口402相隔開。在一個實施例中，反射體設備404包括安置在窗口402上方之第一反射體406及安置在窗口402下方之第二反射體408。在另一實施例中，只要反射體設備404內存在反射體406、408中之一者，則第一反射體406或第二反射體408為可選件。
反射體設備404與窗口402相隔開，使得反射體設備404靜止及維持與窗口402之已界定關係。在一個實例中，反射體設備404耦接至安置有窗口402之腔室之一部分。由此，反射體設備404在與窗口402相隔開之同時可耦接在腔室上壁與下壁之間。在另一實例中，諸如石英棒或石英柱之結構部件將反射體設備404以成相隔開之關係耦接至窗口402。在一個實施例中，第一反射體406之幾何形狀實質類似於反射性塗層328、250之幾何形狀，及第二反射體408之幾何形狀實質類似於反射性塗層334、251之幾何形狀，反射性塗層328、334、250，及251在第3圖及第2圖中分別進行更詳細之描述。
第4B圖圖示窗口設備450之橫剖面示意圖，該窗口設備450具有與窗口402相隔開之反射體設備410。反射體設備410類似於反射體設備404，然而，反射體設備410之幾何形狀類似於針對第2C圖所描述之反射性塗層250、251。例 如，第一反射體412安置在窗口402上方，及該第一反射體之幾何形狀實質類似於第2C圖中反射性塗層250之幾何形狀；及第二反射體414之幾何形狀實質類似於第2C圖中反射性塗層251之幾何形狀。
在第4A圖及第4B圖中，吸收性部件420視情況徑向安置超出窗口402及反射體設備404、410。在一個實施例中，吸收性部件沿窗口402之圓周視情況安置在窗口402之周邊上。在另一實施例中，窗口402不存在，及反射設備404、410安置在諸如石英之透射部件上，該透射部件之幾何形狀類似於反射體設備404、410之幾何形狀。
在上述實例中，將理解，多個實施例或多個實施例之某些態樣可經組合以產生具有所需之光透射性質之窗口設備。圖示之實例並非旨在限制，因為設想窗口幾何形狀與反射體/反射性塗層幾何形狀之多種組合可經組合以產生所需之熱特性以用於快速加熱基板。
可使用或可包括本文所述之實施例的RTP腔室之實例係RADIANCE® RTP腔室，該腔室可自美國加利福尼亞州聖克拉拉市的應用材料公司處購得。自其它製造商處購得之RTP腔室亦可因使用本文中所述之實施例而得益。將瞭解，在上述圖式中，輻射源定位在基板上方，及高溫計定位在輻射源及基板下方。基板亦可以倒置方式安置在腔室內。具有不同窗口幾何形狀之處理腔室之其他配置是可能的，及可經充分設想，及符合本發明之範疇。例如，處理腔室可具有位於基板下方之輻射源，及定位在輻射源上方之高溫計。基板、 輻射源，及高溫計之該等定位及該等定位之其他變動是可能的，及可經設想而基本不影響本文所述之本發明態樣。
儘管前述內容係針對本發明之實施例，但在不脫離本發明之基本範疇之情況下亦可設計本發明之其他及更多實施例，及本發明之範疇係由下文之申請專利範圍決定。

Claims (20)

  1. 一種用於一熱處理腔室中之設備，該設備包括：一窗口，具有包括一頂表面與一底表面的複數個表面，該窗口具有一幾何形狀，其中該窗口中一中心區域之一厚度小於該窗口中一周邊區域之一厚度，且其中該頂表面與該底表面從該周邊區域到該中心區域向內成錐形；一反射性塗層，安置在該頂表面與該底表面上；一折射率匹配材料，該折射率匹配材料安置在該反射性塗層上於該頂表面與該底表面中的至少一者附近；及一吸收性塗層，安置在該周邊區域上。
  2. 如請求項1所述之設備，其中，該窗口包括石英。
  3. 如請求項1所述之設備，其中該折射率匹配材料之選擇係與該窗口的一折射率相關。
  4. 如請求項3所述之設備，其中，該反射性塗層經選擇以反射一預定範圍之波長，該範圍為約700nm至約1000nm之間。
  5. 如請求項1所述之設備，其中，該反射性塗層包括一介電材料。
  6. 如請求項5所述之設備，其中，該介電材料包括多個層。
  7. 如請求項1所述之設備，其中，該窗口繞一垂直軸對稱。
  8. 如請求項7所述之設備，其中，該窗口繞一水平軸對稱。
  9. 如請求項1所述之設備，其中該等複數個表面係為直線。
  10. 如請求項1所述之設備，其中該等複數個表面中之至少二者係為非直線。
  11. 一種用於處理一基板之系統，該系統包括：一輻射源；一高溫計；及一窗口，安置在該輻射源與該高溫計之間，該窗口進一步包括：一周邊區域以及包括一頂表面與一底表面的複數個表面，該窗口具有一幾何形狀，其中該窗口中一中心區域之一厚度小於該窗口中一周邊區域之一厚度，且其中該頂表面與該底表面從該周邊區域到該中心區域向內成錐形；一反射性塗層，安置在該頂表面與該底表面上；一折射率匹配材料，該折射率匹配材料安置在該反射性塗層上於該頂表面與該底表面中的至少一者附近；及一吸收性塗層，安置在該周邊區域上。
  12. 如請求項11所述之系統，其中，該高溫計偵測約700nm至約1000nm之間之波長。
  13. 如請求項11所述之系統，其中，該窗口包括石英。
  14. 如請求項11所述之系統，其中該折射率匹配材料之選擇係與該窗口的一折射率相關。
  15. 如請求項14所述之系統，其中，該反射性塗層經選擇以反射一預定範圍之波長，該範圍為約700nm至約1000nm之間。
  16. 如請求項11所述之系統，其中，該反射性塗層包括一介電材料。
  17. 如請求項11所述之系統，其中，該窗口繞一垂直軸對稱。
  18. 如請求項17所述之系統，其中，該窗口繞一水平軸對稱。
  19. 如請求項11所述之系統，其中該等複數個表面係為直線。
  20. 如請求項11所述之系統，其中該等複數個表面中之至少二者係為非直線。
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