TWI649821B - 在晶圓處理系統內進行低溫測量的設備與方法 - Google Patents

在晶圓處理系統內進行低溫測量的設備與方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI649821B
TWI649821B TW103113567A TW103113567A TWI649821B TW I649821 B TWI649821 B TW I649821B TW 103113567 A TW103113567 A TW 103113567A TW 103113567 A TW103113567 A TW 103113567A TW I649821 B TWI649821 B TW I649821B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
substrate
radiation
disposed
chamber
window
Prior art date
Application number
TW103113567A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201505115A (zh
Inventor
拉尼斯喬瑟夫Ｍ
Original Assignee
應用材料股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 應用材料股份有限公司 filed Critical 應用材料股份有限公司
Publication of TW201505115A publication Critical patent/TW201505115A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI649821B publication Critical patent/TWI649821B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/27—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing element responsive to radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)

Abstract

本文揭示之實施例係關於在薄膜形成製程期間進行分區溫度控制之方法與設備。在一個實施例中，提供基板處理設備。該基板處理設備包括真空腔室、與複數個熱燈耦接的複數個電源，以及基於來自輻射感測器之輸入而調節電源的控制器。該腔室包括側壁，該側壁界定一處理區域。複數個熱燈安置在該處理區域外部。視窗安置在該複數個熱燈與該處理區域之間。輻射源設置在該側壁內並且定向為朝著鄰近基板支撐件之區域導引輻射。輻射感測器設置在該基板支撐件的與該複數個熱燈相對之側面上，以接收來自該輻射源之發射輻射。

Description

在晶圓處理系統內進行低溫測量的設備與方法
本文揭示用於半導體處理之方法與設備。更特定言之，本文揭示之實施例係關於在薄膜形成製程期間進行分區溫度控制之方法與設備。
諸如磊晶術之半導體製程廣泛地用於半導體處理中，以在半導體基板上形成非常薄的材料層。此等層往往界定半導體裝置的一些最小特徵結構，並且若需要結晶材料的電氣性質，則該等層可以具有高品質的晶體結構。一般將沉積前驅物提供至其中設置有基板之處理腔室中；該基板被加熱至有利於具有所需性質之材料層生長的溫度。
通常理想的是，薄膜具有非常均勻的厚度、組成與結構。然而，由於局部基板溫度、氣流及前驅物濃度的變化，形成具有均勻及可再現性質的薄膜是非常困難的。處理腔室一般是能夠維持真空(通常小於10托)的容器，並且熱量一般由安置在容器外部的熱燈提供以避免引入污染物。由於腔 室組件的熱吸收與熱發射以及感測器與腔室表面暴露於處理腔室內部的薄膜形成條件，對基板溫度的控制，以及因此對局部層形成條件的控制變得複雜化。仍然存在對具有改良溫度控制的薄膜形成腔室以及操作此種腔室以改良均勻性與再現性之方法的需求。
本文揭示用於半導體處理之方法與設備。更特定言之，本文揭示之實施例係關於在薄膜形成製程期間進行分區溫度控制之方法與設備。在一個實施例中，提供基板處理設備。該基板處理設備包括真空腔室、與複數個熱燈耦接的複數個電源，以及基於來自輻射感測器之輸入而調節電源的控制器。該腔室包括側壁，該側壁界定一處理區域。複數個熱燈安置在該處理區域外部。視窗安置在該複數個熱燈與該處理區域之間。輻射源設置在該側壁內並且定向為朝著鄰近基板支撐件之區域導引輻射。輻射感測器設置在該基板支撐件的與該複數個熱燈相對之側面上，以接收來自該輻射源之發射輻射。反射構件可以安置成將輻射從設置在側壁內的輻射源朝向輻射感測器導引。該反射構件可以安置為靠近該視窗。該反射構件可以嵌入該視窗中。該反射構件可以定尺寸以配合在複數個熱燈中的相鄰熱燈之間。設置在側壁內的輻射感測器可以安置在視窗後方。該反射構件可以安置在兩片密封石英之間。該反射構件可以是其上設置有保護層之背面塗敷反射鏡。安置在該複數個熱燈與該處理區域之間的視窗可以是石英。該視窗可以安置在該側壁上方，並且該複數個 熱燈可以安置在該視窗上方。該視窗可以安置在該側壁下方，並且該複數個熱燈可以安置在該視窗下方。該視窗可以是透明圓頂。
在另一實施例中，提供一種處理基板的方法。該方法包括：在具有視窗之腔室中，藉由使來自複數個燈之輻射透射穿過該視窗來加熱設置在該腔室中的基板支撐件上之基板。藉由使前驅物氣體在基板各處流動以將層沉積在基板上。使用第一輻射感測器偵測基板之第一區域處的第一溫度，該第一輻射感測器設置在該基板支撐件的與該複數個燈相對的側面上。使用第二輻射感測器偵測基板之第二區域處的第二溫度，該第二輻射感測器設置在該基板支撐件的與該複數個燈相對的側面上。基於該第一溫度調節供應至該複數個燈的第一部分的電力。基於該第二溫度調節供應至該複數個燈的第二部分的電力。
在另一實施例中，提供一種基板處理設備。該基板處理設備包括真空腔室，該真空腔室包括上透明圓頂、下透明圓頂，以及安置在該上透明圓頂與該下透明圓頂之間的側壁。複數個熱燈安置成鄰近該上透明圓頂或者該下透明圓頂。輻射源設置在該側壁內並且定向為朝著鄰近基板支撐件之區域導引輻射。輻射感測器設置在該基板支撐件的與該複數個熱燈相對之側面上，以接收來自該輻射源之發射輻射。複數個電源與複數個熱燈耦接，該複數個熱燈與輻射感測器的位置有關。控制器基於來自輻射感測器之輸入調節該複數個電源。
100‧‧‧處理腔室
101‧‧‧腔室主體
102‧‧‧燈
103‧‧‧裝載埠
104‧‧‧背側
105‧‧‧升舉銷
107‧‧‧基板支撐件
108‧‧‧基板
110‧‧‧側壁
114‧‧‧下圓頂
116‧‧‧裝置側
118‧‧‧頂端熱感測器
122‧‧‧反射體
126‧‧‧入口
128‧‧‧上圓頂
130‧‧‧出口
132‧‧‧中心軸
134‧‧‧方向
136‧‧‧熱控制空間
140‧‧‧輻射源
140A‧‧‧輻射源
140B‧‧‧輻射源
141‧‧‧燈泡
142A‧‧‧孔
142B‧‧‧孔
143‧‧‧反射體
144‧‧‧視窗
144A‧‧‧視窗
144B‧‧‧視窗
145‧‧‧燈頭
149‧‧‧通道
150‧‧‧反射構件
150A‧‧‧反射構件
150B‧‧‧反射構件
156‧‧‧製程氣體區域
158‧‧‧淨化氣體區域
160‧‧‧控制器
162‧‧‧電源
167‧‧‧圓形護罩
170‧‧‧輻射感測器
170A‧‧‧輻射感測器
170B‧‧‧輻射感測器
200‧‧‧快速熱處理(RTP)腔室
202‧‧‧腔室主體
204‧‧‧基板支撐件
206‧‧‧輻射熱源
208‧‧‧側壁
210‧‧‧底部
212‧‧‧頂端
214‧‧‧視窗
215‧‧‧處理區域
218‧‧‧定子總成
220‧‧‧內部體積
222‧‧‧致動器總成
224‧‧‧控制器
226‧‧‧記憶體
228‧‧‧支援電路
230‧‧‧中央處理器(CPU)
232‧‧‧精密導螺桿
234‧‧‧凸緣
236‧‧‧聯結器
238‧‧‧電動機
240‧‧‧基板
242‧‧‧孔
244‧‧‧升舉銷
248‧‧‧基板出入口
250‧‧‧板
252‧‧‧環形側壁
254‧‧‧基板支撐環
256‧‧‧視窗
258‧‧‧螺母
260‧‧‧蜂巢狀管道
264‧‧‧氣氛參數控制系統
268‧‧‧驅動線圈總成
270‧‧‧懸吊線圈總成
280‧‧‧冷卻塊
281A‧‧‧入口
281B‧‧‧出口
282‧‧‧冷卻劑來源
283‧‧‧第二冷卻劑來源
284‧‧‧冷卻劑通道
286‧‧‧流體源
290‧‧‧外殼
310‧‧‧RTP反應器
312‧‧‧RTP腔室
314‧‧‧基板支撐件
316‧‧‧燈頭/輻射熱源總成
317‧‧‧中心軸
318‧‧‧主體
319‧‧‧側壁
320‧‧‧視窗
321‧‧‧處理區域
322‧‧‧通道
324‧‧‧磁性轉子
326‧‧‧升流管
328‧‧‧邊緣環
330‧‧‧基板
332‧‧‧磁性定子
334‧‧‧O形環
335‧‧‧O形環
336‧‧‧燈
337‧‧‧陶瓷封裝化合物
338‧‧‧電氣插座
339‧‧‧燈孔
340‧‧‧反射體主體
342‧‧‧冷卻腔室
344‧‧‧上腔室壁
346‧‧‧下腔室壁
348‧‧‧圓柱形壁
350‧‧‧入口
352‧‧‧出口
354‧‧‧擋板
356‧‧‧夾鉗
358‧‧‧孔
359‧‧‧反射板
360‧‧‧供電控制器
362‧‧‧處理氣體入口埠
363‧‧‧閥
364‧‧‧氣體出口埠
365‧‧‧閥
366‧‧‧埠
367‧‧‧真空泵
368‧‧‧真空泵
369‧‧‧埠
375‧‧‧加壓來源
376‧‧‧埠
377‧‧‧閥
378‧‧‧空間
380‧‧‧燈頭罩
382‧‧‧孔
400‧‧‧方法
402‧‧‧方塊
404‧‧‧方塊
406‧‧‧方塊
408‧‧‧方塊
410‧‧‧方塊
412‧‧‧方塊
414‧‧‧方塊
因此，可詳細地理解本揭示案的上述特徵結構的方式，即上文簡要概述的本揭示案的更具體描述可參照實施例進行，一些實施例圖示在附圖中。然而，應注意，附圖僅圖示本揭示案的典型實施例，且因此不應被視為對本揭示案範疇的限制，因為本揭示案可允許其他同等有效之實施例。
第1圖是根據本文描述的一些實施例的包括溫度控制系統之處理腔室的示意性剖視圖；第2圖是根據本文描述的一些實施例的包括另一溫度控制系統之快速熱處理(RTP)腔室的一個實施例的簡化等角視圖；第3圖是根據本文描述的一些實施例的包括又一個溫度控制系統之RTP腔室的另一實施例的示意性剖視圖；以及第4圖是圖示根據本文描述的一些實施例的方法的流程圖。
為便於理解，在可能的情況下已使用相同元件符號以指定為諸圖所共有的相同元件。將涵蓋的是，在一個實施例中揭示的元件可以受益地在其他實施例中使用而無需進行特定複述。
如在本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，除非上下文中另有清楚地指示，否則單數形式「一(a/an)」包括複數個提及物。因此，例如，對「一輻射源」的提及包括兩個 或更多個輻射源之組合等。
本文揭示用於半導體處理之方法與設備。更特定言之，本文揭示之實施例係關於在薄膜形成製程中進行分區溫度控制之方法與設備。當前的溫度測量系統將高溫計安置在定向為朝向基板之熱源(例如，光陣列)中。在此位置中，高溫計受來自光陣列之光的影響，從而會影響對基板溫度的精密測量。本文描述的一些實施例使用執行透射高溫量測術(transmission pyrometry)的溫度控制系統。該溫度控制系統可包括輻射源與輻射感測器。輻射感測器安置為遠離熱源，以提供更精確的溫度測量。輻射感測器可適配用於測量從輻射源發射並穿過基板108的輻射，以及測量由基板發射的熱輻射。輻射源可以安置在處理腔室的側壁中。輻射源可以安置成導引輻射穿過基板並到達輻射感測器。反射構件可用於重定向由處理腔室側壁中的輻射源發射之輻射，使該輻射穿過基板並到達輻射感測器。輻射源可以是雷射。反射構件可以是半透明的，因而來自光陣列之光不會衰減。
溫度控制系統可包括透射輻射偵測器系統，以測量自輻射源透射穿過基板的第一及第二個別波長之輻射，並且比較第一個別波長之透射輻射的強度與第二個別波長之透射輻射的強度。
在一些實施例中，矽的帶隙能量的溫度相依性係用於測量溫度。在一些實施例中，測量透射穿過矽基板之能量的量，其中用於測量的來源亦為腔室中的加熱元件。在另一實施例中，獲取兩個個別波長之兩次測量值，並且比較該等 測量值的比率。此等實施例可以最小化與帶隙吸收無關之透射的變化(亦即，摻雜劑，非光譜變化之薄膜)，以及補償來源變化。在另一實施例中，兩個個別波長來源(LED或雷射)被順序地啟動，並比較測量值(例如，藉由時域波長調變)。在一些實施例中，旋轉孔可用於調變輻射源信號。此等實施例可用於當存在高背景輻射源時測量矽基板或薄膜。
在本文描述的一些實施例中，透射高溫計用於在快速熱處理腔室中測量矽晶圓的小於攝氏500度以及甚至小於攝氏250度之溫度。透射高溫計可以當來自光源之個別波長之輻射被矽晶圓過濾時偵測該輻射。矽對一些波長帶的吸收極大地取決於晶圓溫度與純度。溫度測量可以用於不高於此等溫度時之熱處理，或者可用於控制預熱直至輻射高溫計可以測量晶圓溫度之溫度點，例如在攝氏400至500度。
可於約攝氏350度以下使用的低溫透射高溫計可以與矽光電二極體一起實施，該矽光電二極體在1與1.2μm之間的波長帶幾乎沒有或沒有濾光。可用於延伸至攝氏500度之波長範圍的透射高溫計包括InGaAs二極體光電偵測器與濾光器，該濾光器阻擋大於約1.2μm之輻射。輻射高溫計及透射高溫計可以整合成一個結構，該結構包括分光器，該分光器接收來自光管或者其他光學光導向設備之輻射，並且將該輻射分割成導引至透射高溫計處以及輻射高溫計之濾光器處的各個光束。
第1圖是根據本文描述的一個實施例的包括溫度控制系統之處理腔室100的示意性剖視圖。溫度控制系統包括 輻射源140a、140b(總稱為140)，輻射感測器170a、170b(總稱為170)，以及視需要選用的反射構件150a、150b(總稱為150)。輻射源140設置在側壁110中，該側壁110界定第1圖之處理腔室100的處理或製程氣體區域156。輻射感測器170安置在基板支撐件107上方，而輻射加熱燈102安置在基板支撐件107下方。
處理腔室100可用於處理一或多個基板，包括將材料沉積在基板108之上表面上。處理腔室100通常包括輻射加熱燈102之陣列，以用於加熱設置在處理腔室100內之基板支撐件107的背側104，以及其他組件。基板支撐件107可以是如圖所示從基板邊緣支撐基板的環狀基板支撐件，碟狀或圓盤狀基板支撐件，或者複數個銷(例如三個銷)。基板支撐件107定位於處理腔室100內，介於上圓頂128與下圓頂114之間。基板108(未按比例繪製)可以經由裝載埠103送入處理腔室100中並且安置於基板支撐件107上。
基板支撐件107圖示為處於升高之處理位置，但是可以藉由致動器(未圖示)垂直地橫動至該處理位置下方之裝載位置，以使得升舉銷105接觸下圓頂114，同時穿過基板支撐件107中的通孔且自基板支撐件107抬高基板108。隨後機器人(未圖示)可進入處理腔室100以接合基板108，且經由裝載埠103將基板108自處理腔室100移除。基板支撐件107隨後可以向上致動至處理位置，以將基板108放置於基板支撐件107之前側110上，使基板108之裝置側116面朝上。
當位於處理位置時，基板支撐件107將處理腔室100 之內部體積劃分為處理或製程氣體區域156(在基板上方)及淨化氣體區域158(在基板支撐件107下方)。基板支撐件107在處理期間繞中心軸132旋轉，以最小化處理腔室100內的熱效應及製程氣流之空間異常，及從而促進對基板108之均勻處理。基板支撐件107藉由中心軸132支撐，該中心軸132使基板108在裝載及卸載期間以及在一些情況下於基板108之處理期間，在上下方向134中移動。基板支撐件107通常是由具有低熱質量或低熱容之材料形成，因此基板支撐件107吸收及發射之能量得以最小化。基板支撐件107可以由碳化矽或以碳化矽塗敷之石墨形成，以自燈102吸收輻射能並且傳導該輻射能至基板108。基板支撐件107在第1圖中圖示為具有中心開口的環，以有助於使基板暴露於來自燈102之熱輻射。基板支撐件107亦可以是不具有中心開口的圓盤狀構件。在一些實施例中，基板支撐件107可以具有孔或窗狀孔，以用於透射由輻射源140發射之輻射。
一般而言，上圓頂128與下圓頂114通常是由諸如石英之光學透明材料形成。上圓頂128與下圓頂114是薄的以最小化熱記憶性，上圓頂128與下圓頂114通常具有在約3mm與約10mm之間的厚度，例如約4mm的厚度。可以藉由經由入口126將熱控制流體(諸如，冷卻氣體)引入熱控制空間136中並經由出口130抽出熱控制流體來熱力地控制上圓頂128。在一些實施例中，經由熱控制空間136循環之冷卻流體可以減少上圓頂128的內表面上的沉積。
一或多個燈(諸如燈102之陣列)可以特定的、最 理想方式圍繞中心軸132而設置為靠近下圓頂114及在下圓頂114下方，以當製程氣體穿過基板108上方時加熱基板108，從而促進將材料沉積於基板108的上表面上。在各個實例中，沉積於基板108上的材料可以是第III族、第IV族及/或第V族材料，或者可以是包括第III族、第IV族及/或第V族摻雜劑之材料。例如，沉積材料可包括砷化鎵、氮化鎵或者氮化鋁鎵。
燈102可以經適配以將基板108加熱至在約攝氏200度至約攝氏1200度之範圍內的溫度，諸如在約攝氏300度至約攝氏950度之範圍內的溫度。燈102可包括由可選反射體143圍繞之燈泡141。每一燈102耦接至配電板(未圖示)，經由該配電板將電力供應至每一燈102。燈102安置在燈頭145內，該燈頭145可以在藉由例如引入通道149中之冷卻流體處理期間或處理之後冷卻，該通道149位於燈102之間。燈頭145傳導地冷卻下圓頂114，此係部分地由於燈頭145毗鄰下圓頂114。燈頭145亦可冷卻燈壁以及反射體143的壁。若需要，燈頭145可以與下圓頂114接觸，或者不與下圓頂114接觸。
圓形護罩167可以視情況設置成圍繞基板支撐件107並且耦接至腔室主體101的側壁110。除了提供製程氣體之預熱區域之外，護罩167亦防止或最小化來自燈102之熱量/光雜訊洩漏至基板108的裝置側116。護罩167可以由塗敷有CVD SiC的燒結石墨、生長的SiC，或者可抵抗由製程與清洗氣體化學分解的類似不透明材料製成。
反射體122可以視情況放置在上圓頂128外部，以將從基板108輻射出的紅外光反射回基板108上。由於所反射的紅外光，加熱的效率將會因為包含會以其他方式從處理腔室100逸出的熱量而得以改良。反射體122可以由金屬(諸如，鋁或不銹鋼)製成。處理腔室100可以具有機械加工通道以承載流體(諸如，水)的流動而用於冷卻反射體122。若需要，可以藉由用高反射性塗層(諸如，金)塗敷反射體區域來改良反射效率。
溫度控制系統包括輻射源140a、140b，輻射感測器170a、170b，以及視需要選用的反射構件150a、150b。輻射源140a、140b可以是光源。輻射感測器170a、170b可以是光學感測器。示例性輻射源包括雷射、發光二極體(LED)、低功率白熾燈泡或者其他合適的光源。溫度控制系統可以包括輻射高溫計系統及/或透射高溫計系統。
輻射源140a、140b通常設置在側壁110中的不同位置處，以有助於在處理期間觀察基板108的不同位置。輻射源140a、140b可以安置在形成於側壁110中的孔142a、142b中。在一些實施例中，輻射源140a、140b暴露於處理腔室100的環境中。在其中輻射源140a、140b暴露於處理腔室100的環境中的一些實施例中，輻射源140a、140b可以塗敷有保護塗層以保護輻射源140a、140b不接觸在處理腔室100中使用的處理化學物質。在一些實施例中，輻射源140a、140b與處理腔室100的環境隔離。輻射源140a、140b可以藉由視窗144a、144b(總稱為144)與處理腔室100的環境隔離。視窗 144a、144b安置在孔142a、142b的上方。視窗144a、144b可以經選擇以使得視窗144a、144b的材料對由輻射源140a、140b發射的輻射是可透射的，但是對由輻射加熱燈發射的輻射是反射性的。用於視窗144a、144b之材料的示例性材料包括石英、藍寶石、鉭、五氧化二鉭(Ta2O5-SiO2)、二氧化鈦(TiO2-SiO2)、二氧化矽(SiO2)、鋅、五氧化二鈮及其組合。在一些實施例中，視窗144a、144b可以塗敷有介電性塗層，該介電性塗層對輻射源140a、140b之波長具有選擇性。
在一些實施例中，輻射源140a、140b可以配有冷卻以保護輻射源140a、140b免於過度加熱。用於輻射源140a、140b的冷卻可以由任何合適的冷卻源或冷卻機構提供。示例性冷卻源與冷卻機構包括主動冷卻源與流通冷卻源(例如，冷卻流體、冷凝板或冷凝外殼、熱電冷卻器(TEC或Peltier)，及/或熱反射外殼)兩者。
用於測量從輻射源140a、140b發射並穿過基板108之輻射以及由基板108發射之熱輻射的複數個輻射感測器170a、170b安置在基板支撐件107的與輻射加熱燈102相對的側面上。感測器170通常設置在不同的位置，以有助於在處理期間觀察基板108的不同位置。在一些實施例中，感測器170設置在處理腔室100外部，例如在上圓頂128上方。在一些實施例中，輻射感測器170a、170b設置在處理腔室100內部，例如在製程氣體區域156內。在一些實施例中，感測器170可以嵌入在上圓頂128內。
感測來自基板108的不同位置的透射輻射有助於比 較基板108的不同位置處的熱能含量(例如，溫度)，從而判定是否存在溫度異常或者非均勻性。此類非均勻性可導致薄膜形成中諸如厚度與組成的非均勻性。輻射感測器170a、170b的數量通常對應於輻射源140a、140b的數量。使用至少一個感測器170a、170b，但是亦可以使用一個以上的感測器。不同的實施例可以使用兩個、三個、四個、五個、六個、七個或者更多個感測器170。
每一感測器170觀察基板108的一區域並且感測透射輻射以判定基板的一區域的熱狀態。在一些實施例中，該等區域可以徑向地定向。例如，在其中旋轉基板108的實施例中，感測器170可以觀察或界定基板108的中央部分中的中心區域，該中心區域具有實質上與基板108相同之中心，其中一或多個區域圍繞該中心區域並且與該中心區域同心。然而，並不要求該等區域必須是同心及徑向定向的。在一些實施例中，該等區域可以非徑向方式設置在基板108的不同位置處。
感測器170可以調諧成相同波長或頻譜，或者調諧成不同波長或頻譜。例如，在腔室100中使用的基板可以是組成上均質的，或者該等基板可以具有不同組成之域。使用調諧成不同波長的感測器170可以使得能夠監控具有不同組成並且對熱能具有不同發射反應的基板域。
在某些實施例中，反射構件150a、150b安置在處理腔室100中以導引來自輻射源140a、140b的輻射穿過基板108並朝向輻射感測器170。每一輻射感測器170可以具有一相應 的反射構件150。處理腔室100中反射構件150的數量可以與熱輻射感測器170的數量相同，小於熱輻射感測器170的數量，或者大於熱輻射感測器170的數量。在某些實施例中，每一反射構件150可以安置成將最大量的發射輻射朝向反射構件的相應感測器170反射。
反射構件150a、150b包含對由輻射源140a、140b發射的輻射具有反射性的材料。反射構件150a、150b可包含輻射加熱燈102發射的輻射可透過的材料。
在某些實施例中，反射構件150a、150b安置在基板支撐件107上與輻射源140a、140b相同的側面上。反射構件150a、150b可以安置在處理腔室100的底部。反射構件150a、150b可以安置成靠近下圓頂114。反射構件150a、150b可以安置成在下圓頂114上。反射構件150a、150b可以嵌入下圓頂114中。反射構件150a、150b可以設置在輻射加熱燈102之間，例如設置在通道149中。在其中反射構件150a、150b對由輻射加熱燈102發射的輻射能是可透射的但是對由輻射源140a、140b發射的輻射是反射性的某些實施例中，反射構件150a、150b可以安置在燈頭145上方。
在某些實施例中，反射構件150a、150b被封裝在石英中。石英可以是密封的。在某些實施例中，反射構件150a、150b是背面塗敷有保護層的反射鏡。
在其中反射構件150a、150b暴露於處理腔室100的環境中的一些實施例中，反射構件150a、150b可以塗敷有保護塗層以保護該反射構件150a、150b不接觸在處理腔室100 中使用的處理化學物質。
在一些實施例中，反射構件150a、150b可以配有冷卻以保護反射構件150a、150b免於過度加熱。用於反射構件150a、150b的冷卻可以由任何合適的冷卻源或冷卻機構提供。示例性的冷卻源與冷卻機構包括主動冷卻源與流通冷卻源(例如，冷卻流體、冷凝板或冷凝外殼、熱電冷卻器(TEC或Peltier)，及/或熱反射外殼)兩者。
在某些實施例中，反射構件150經定向以便提供實質上垂直於基板108之反射光束。在一些實施例中，反射構件150經定向以便提供垂直於基板108之反射光束，而在其他實施例中，反射構件150可以經定向以便提供略偏離垂直的反射光束。最常使用的是與法線呈約5°之方位角。
頂端熱感測器118可以設置在反射體122中以監控上圓頂128及/或基板108的熱狀態。此類監控可用於比較從輻射感測器170a、170b接收到的資料，例如以判定在從輻射感測器170a、170b接收到的資料中是否存在錯誤。頂端熱感測器118在一些情形中可以是多個感測器之總成，特徵在於具有一個以上的個別感測器。因此，腔室100可以特徵化為具有經設置以從基板的第一側面接收輻射的一或多個感測器，以及經設置以從基板的與第一側面相對的第二側面接收輻射的一或多個感測器。
控制器160從感測器170接收資料，並且基於該資料而單獨地調節供應至每一燈102或個別的燈組或者燈區域的電力。控制器160可包括電源162，該電源162獨立地給各 種燈或者燈區域供電。控制器160可以配置成具有所需的溫度分佈，並且基於比較從感測器170接收到的資料來配置；該控制器160調節供應至燈及/或燈區域的電力，以使所觀測到的熱資料與所需的溫度分佈一致。在一些腔室特性隨時間而變化的情況下，控制器160亦可調節供應至該等燈及/或燈區域的電力，以使一個基板的熱處理與另一基板的熱處理一致。
第2圖是根據本文描述的一個實施例的包括另一溫度控制系統之快速熱處理(RTP)腔室200的一個實施例的簡化等角視圖。類似於在第1圖中描繪的溫度控制系統，第2圖的溫度控制系統包括輻射源140、輻射感測器170，以及視需要選用的反射構件150。
處理腔室200包括基板支撐件204、腔室主體202，該腔室主體202具有側壁208、底部210及頂端212以界定內部體積220。處理區域215界定在側壁208、基板支撐件204與頂端212之間。側壁208通常包括至少一個基板出入口248以有助於基板240(該基板之部分圖示在第2圖中)進出。該出入口可以耦接至移送室(未圖示)或負載鎖定腔室(未圖示)，以及可以選擇性地用閥(諸如，流量閥(未圖示))密封。
在一個實施例中，基板支撐件204是環形的，並且腔室200包括設置在基板支撐件204的內徑範圍中的輻射熱源206。基板支撐件204包括環形側壁252，該環形側壁252上設置有基板支撐環254以用於支撐基板240。輻射熱源206 通常包括複數個燈。在美國專利第7,112,763號、美國專利第8,254,767號以及美國專利申請公告第2005/0191044號中描述可以與本文描述的實施例一起使用的示例性RTP腔室以及高溫量測術之方法。
在一個實施例中，腔室200包括含有氣體分配出口的板250，以將氣體均勻地分配至基板上方，從而允許對基板進行快速及可控的加熱與冷卻。板250可以是吸收性的、反射性的，或者具有吸收性區域與反射性區域的組合。在一個實施例中，板250可以具有多個區域，該等區域中的一些在輻射感測器170的觀測範圍內，而另一些則在高溫計的觀測範圍外部。在輻射感測器170的觀測範圍內的區域若根據需要是圓形或其他形狀及大小，則可以具有約一吋的直徑。在輻射感測器170的觀測範圍內的區域可以是對由輻射感測器170觀測到的波長範圍為極高反射性的。在輻射感測器170的波長範圍及觀測範圍外部，板250可以從最小化放射性熱損失之反射性部分變化至最大化放射性熱損失之吸收性部分，從而允許更短的熱暴露。
輻射源140可以設置在處理腔室200的側壁208中。在其中使用多個輻射源的一些實施例中，輻射源140通常設置在側壁208中的不同位置處以有助於在處理期間觀察基板240的不同位置。輻射源140可以安置在形成於側壁208中的孔242內。在一些實施例中，輻射源140暴露於處理腔室200的處理環境中。在其中輻射源140暴露於處理腔室200的環境的一些實施例中，輻射源140可以塗敷有保護塗層以 保護輻射源140不接觸在處理腔室100中使用的處理化學物質。在一些實施例中，輻射源140與處理腔室100的環境隔離。輻射源140可以藉由放置在孔242上方的視窗144與處理腔室200的環境隔離。在一些實施例中，輻射源140可以配有冷卻以保護輻射源140免於過度加熱，如本文先前所描述。
基板支撐件204的環形側壁252亦可具有孔，該孔中設置有視窗256以允許來自輻射源140的光束到達反射構件150。視窗256可以包括如上所述用於視窗144的任何材料。
在某些實施例中，反射構件150安置在處理腔室100中以導引來自輻射源140的輻射穿過基板240並朝向輻射感測器170。如上所述，每一輻射感測器140可以具有一相應的反射構件150。處理腔室200中反射構件150的數量可以與輻射感測器170的數量相同，小於輻射感測器170的數量，或者大於輻射感測器170的數量。在某些實施例中，每一反射構件150可以安置成將最大量的發射輻射朝向反射構件的相應輻射感測器170反射。
在某些實施例中，反射構件150安置在基板支撐件204上與輻射源140相同的側面上。反射構件150可以安置在處理腔室200的底部。反射構件150可以安置成靠近視窗214。反射構件150可以安置成在視窗214上。反射構件150可以嵌入視窗214中。反射構件150可以設置在輻射熱源206的蜂巢狀管道260之間。在某些實施例中，反射構件150可以安置在輻射熱源206的蜂巢狀管道260上方。
RTP腔室200亦包括冷卻塊280，該冷卻塊280靠近、耦接至或者形成於頂端212中。通常，冷卻塊280是與輻射熱源206間隔開並且相對的。冷卻塊280包括一或多個冷卻劑通道284，該等冷卻劑通道284耦接至入口281A與出口281B。冷卻塊280可以由製程耐蝕材料製成，諸如由不銹鋼、鋁、聚合物或者陶瓷材料製成。冷卻劑通道284可以包括螺旋型式、矩形型式、環形型式或其組合，並且通道284可以整合地形成在冷卻塊280內，例如藉由澆鑄冷卻塊280及/或將冷卻塊280製造成兩個或者兩個以上零件並且將該等零件接合到一起而形成。另外或替代地，冷卻劑通道284可以鑽鑿於冷卻塊280中。
入口281A與出口281B可以藉由閥與合適的管線耦接至冷卻劑來源282，並且冷卻劑來源282與控制器224通訊以有助於控制設置在冷卻劑來源282中的流體的壓力及/或流量。流體可以是水、乙二醇、氮(N2)、氦(He)，或者用作熱交換介質的其他流體。
在所圖示的實施例中，基板支撐件204視需要經調適以在內部體積220內磁性地懸浮與旋轉。所圖示的基板支撐件204能夠旋轉並同時在處理期間垂直上升及垂直下降，並且在處理之前、在處理期間或者在處理之後亦可上升或下降而不旋轉。此磁懸浮及/或磁旋轉防止或最小化由於使基板支撐件上升/下降及/或旋轉通常所需的移動部件的缺乏或減少而導致的粒子產生。
腔室200亦包括視窗214，視窗214由各種波長的 可透熱和光的材料製成，該等熱和光可包括紅外(IR)頻譜的光，穿過視窗214的來自輻射熱源206的光子可加熱基板240。在一個實施例中，視窗214由石英材料製成，但是亦可使用可透光的其他材料，諸如藍寶石。在一個實施例中，視窗214經選擇為使得視窗214的材料對由輻射熱源206發射的輻射而言是可透射的但是對由輻射源140發射的輻射而言是反射性的。視窗214亦可包括複數個升舉銷244，該等升舉銷244耦接至視窗214的上表面，該等升舉銷244經調適以選擇性地接觸並支撐基板240，從而有助於將基板移送進及移送出腔室200。複數個升舉銷244中的每一者配置成最小化對來自輻射熱源206的能量的吸收，並且可以由與用於視窗214的相同之材料(諸如，石英材料)製成。複數個升舉銷244可以安置成徑向地彼此間隔，以有助於耦接至移送機器人(未圖示)之端效器的傳遞。或者，端效器及/或機器人可以能夠水平及垂直移動，以有助於移送基板240。
在一個實施例中，輻射熱源206包括燈總成，該燈總成由包括在冷卻劑總成(未圖示)中的複數個蜂巢狀管道260之外殼形成，該冷卻劑總成耦接至第二冷卻劑來源283。第二冷卻劑來源283可以是水、乙二醇、氮(N2)及氦(He)中的一者或組合。外殼壁208、210可以由銅材料或者其他合適的材料製成，該等外殼壁具有形成於其中的合適的冷卻劑通道，以用於來自第二冷卻劑來源283之冷卻劑的流動。冷卻劑冷卻腔室200的外殼，以便使該外殼比基板240更冷。每一管道260可以含有反射體及高強度燈總成或者IR發射器， 由該等部件形成蜂巢狀管道配置。管道的此種密排六方晶格配置提供具有高功率密度與好的空間解析度的輻射能來源。在一個實施例中，輻射熱源206提供足夠的輻射能以熱處理基板，例如使設置在基板240上的矽層退火。輻射熱源206可以進一步包括環形區域，其中可以藉由控制器224改變供應至複數個管道260的電壓以增強來自管道260之能量的徑向分佈。
對基板240之加熱的動態控制可受一或多個輻射感測器170的影響，該等輻射感測器170經調適以測量基板240之各處的溫度。
在如圖所示的實施例中，可選定子總成218環繞腔室主體202的壁208並且耦接至一或多個致動器總成222，該等致動器總成222控制定子總成218沿著腔室主體202的外部的升高。在一個實施例(未圖示)中，腔室200包括三個致動器總成222，該等致動器總成222設置為徑向地圍繞腔室主體，例如以約120度的角度圍繞腔室主體202。定子總成218磁性地耦接至設置在腔室主體202的內部體積220中的基板支撐件204。基板支撐件204可包括或包含磁性部分以充當轉子，從而建立磁性軸承總成以升舉及/或旋轉基板支撐件204。在一個實施例中，基板支撐件204的至少一部分被凹槽(未圖示)部分地環繞，該凹槽耦接至流體源286，該流體源286可包含水、乙二醇、氮(N2)、氦(He)或其組合且經調適以作為基板支撐件的熱交換介質。定子總成218亦可包含外殼290以封裝定子總成218的各種部件及組件。在一個實施例 中，定子總成218包含堆疊在懸吊線圈總成270上的驅動線圈總成268。驅動線圈總成268經調適以使基板支撐件204旋轉及/或上升/下降，而懸吊線圈總成270可經調適以被動地將基板支撐件204置於處理腔室200的中心處。替代地，可藉由具有單線圈總成的定子來執行旋轉與置於中心之功能。
氣氛參數控制系統264亦耦接至腔室主體202的內部體積220。氣氛參數控制系統264通常包含節流閥與真空泵，以用於控制腔室壓力。氣氛參數控制系統264可以另外包含氣源以將製程氣體或其他氣體提供至內部體積220。氣氛參數控制系統264亦可經調適以遞送製程氣體用於熱沉積製程、熱蝕刻製程及腔室組件的原位清洗。氣氛參數控制系統264與蓮蓬頭氣體遞送系統一起工作。
處理腔室200亦包含控制器224，控制器224通常包含中央處理器(CPU)230、支援電路228與記憶體226。CPU 230可以是可在工業設置中用於控制各種動作和子處理器的任何形式的電腦處理器之一。記憶體226或電腦可讀取媒體可為一或多個隨時可用記憶體：諸如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟性磁碟、硬碟，或任何其他形式的數位儲存器(本端或遠端)，並且通常耦接至CPU 230。支援電路228耦接至CPU 230以用習知方式支援控制器224。該等電路包含快取、電源、時脈電路、輸入/輸出電路系統、子系統等等。
在一個實施例中，致動器總成222中的每一者通常包括精密導螺桿232，該精密導螺桿232耦接在從腔室主體 202的壁208延伸出的兩個凸緣234之間。導螺桿232具有當螺釘旋轉時沿著導螺桿232軸向行進的螺母258。聯結器236耦接在定子218與螺母258之間，以便當導螺桿232旋轉時，聯結器236沿著導螺桿232移動以在與聯結器236之介面處控制定子218之升高。因此，當致動器222中的一個致動器的導螺桿232旋轉以產生其他致動器222的螺母258之間的相對位移時，定子218的水平面相對於腔室主體202之中心軸而變化。
在一個實施例中，諸如步進電動機或伺服電動機的電動機238係耦接至導螺桿232以回應於控制器224發出的信號而提供可控的旋轉。替代地，其他類型的致動器222可用以控制定子218的線性位置，其他類型的致動器222諸如有氣動缸、液壓缸、滾珠螺桿、螺線管、線性致動器與凸輪從動件及其他致動器。
處理腔室200亦包含一或多個輻射感測器170，該等輻射感測器170可經調適以在處理之前，在處理期間以及在處理之後感測從輻射源140發射並穿過基板240的輻射以及由基板240發射的熱輻射。在第2圖描繪的實施例中，輻射感測器170設置成穿過頂端212，但是亦可使用在腔室主體202內以及圍繞腔室主體202的其他位置。輻射感測器170可以經調適而以一配置耦接至頂端212，從而感測基板的整個直徑，或者基板的部分。輻射感測器170可以包括界定感測區域的模式，該感測區域實質上等於基板240的直徑，或者該感測區域實質上等於基板240的半徑。例如，複數個輻射 感測器170可以徑向或線性配置耦接至頂端212，從而使得感測區域能夠佔據基板240的半徑或直徑。在一個實施例(未圖示)中，複數個輻射感測器170可以設置在從頂端212的約中心處徑向延伸至頂端212的邊緣部分的線條中。以此方式，可以藉由輻射感測器170監控基板240的半徑，從而將使得能夠在基板240旋轉期間感測該基板之直徑。
如本文所描述的，腔室200經調適以接收在「面朝上」定向中的基板，其中該基板的沉積接收側或表面定向為朝向板250，並且該基板的「背側」面向輻射熱源206。該「面朝上」定向可以允許來自輻射熱源206的能量由基板240更快速地吸收，因為基板的背側可比基板的表面反射性小。
控制器224從輻射感測器170接收資料，並且基於該資料而單獨地調節遞送至輻射熱源206的每一燈或個別的燈組或者燈區域的電力。控制器224可包括電源(未圖示)，該電源獨立地給各種燈或者燈區域供電。控制器224可配置成具有所需的溫度分佈，並且基於比較從感測器170接收到的資料來配置；控制器224調節供應至燈及/或燈區域的電力，以使所觀測到的熱資料與所需的溫度分佈一致。在一些腔室特性隨時間而變化的情況下，控制器224亦可調節供應至該等燈及/或燈區域的電力，以使一個基板的熱處理與另一基板的熱處理一致。
輻射感測器170的數量通常對應於輻射源140的數量。雖然在第2圖中描繪僅一個感測器，但是可以使用任何數量的感測器170。例如，不同的實施例可以使用兩個、三個、 四個、五個、六個、七個或七個以上感測器170。
第3圖是根據本文描述的一些實施例的包括又一個溫度控制系統之RTP腔室312的另一實施例的示意性剖視圖。第3圖示意性地圖示由Ranish等人於美國專利第6,376,804號中描述的RTP反應器310的剖面，並且該RTP反應器310通常代表可購自加利福尼亞州，聖克拉拉市的應用材料公司(Applied Materials,Inc.)的輻射式RTP反應器。反應器310包含處理腔室312、安置在腔室312內的基板支撐件314，以及位於腔室312之頂端上的燈頭或輻射熱源總成316，所有組件圍繞中心軸317大體上對稱地設置。
類似於在第1圖與第2圖中描繪的溫度控制系統，第3圖的溫度控制系統包括輻射源140、輻射感測器170，以及視需要選用的反射構件150。
處理腔室312包含主體318，該主體318具有側壁319以及安放在主體318的側壁319上的視窗320。該主體與視窗界定處理區域321。視窗320可以由可透紅外光的材料(例如，透明熔融矽石石英)製成。在一個實施例中，視窗320經選擇為使得視窗320的材料對由輻射熱源總成316發射的輻射而言是可透射的但是對由輻射源140發射的輻射而言是反射性的。
主體318是由不銹鋼製成的並且可以鑲襯石英(未圖示)。環形通道322形成在主體318的底部附近。基板支撐件314包含在通道322內的磁性轉子324，安放在磁性轉子324上或者以其他方式耦接至磁性轉子324的石英管狀升流 管326，以及安放在升流管326上之鍍矽的碳化矽、不透明碳化矽或石墨邊緣環328。在處理期間，基板330或其他基板安放在邊緣環328上。磁性定子332定位在磁性轉子324外部，並且經由主體318而磁性地耦接以誘導磁性轉子324之旋轉，且由此誘導邊緣環328與受支撐基板330圍繞中心軸317之旋轉。
視窗320安放在主體318的上緣上，並且定位在視窗320與主體318之間的O形環334提供在視窗320與主體318之間的氣密性密封。輻射熱源總成316上覆於視窗320上面。定位在視窗320與燈頭316之間另一O形環335提供在視窗320與燈頭316之間的氣密性密封。輻射熱源總成316包含複數個燈336，該複數個燈336由電氣插座338支撐並且經由電氣插座338供電。燈336較佳地是發射強烈紅外線的白熾燈泡，諸如鎢鹵素燈泡，該鎢鹵素燈泡在石英燈泡內具有鎢絲，該石英燈泡充滿含有鹵素氣體(諸如，溴)之氣體並且由惰性氣體稀釋以淨化石英燈泡。用陶瓷封裝化合物337封裝每一燈泡，該陶瓷封裝化合物337是相對多孔的。燈336定位在垂直定向的圓柱形燈孔339內，該等燈孔339形成在反射體主體340上。反射體結構的更多細節將在下文提供。反射體主體340的燈孔339的開口端定位成靠近視窗320但是與視窗320分隔開。
輻射源140可以設置在處理腔室312的側壁319中。在其中使用多個輻射源的一些實施例中，輻射源140通常設置在側壁319中的不同位置處以有助於在處理期間觀察 基板330的不同位置。輻射源140可以安置在形成於側壁319中的孔382內。在一些實施例中，輻射源140暴露於處理腔室312的環境中。在其中輻射源140暴露於處理腔室312的環境的一些實施例中，輻射源140可以塗敷有保護塗層以保護輻射源140不接觸在處理腔室312中使用的處理化學物質。在一些實施例中，輻射源140與處理腔室312的環境隔離。輻射源140可以藉由安置在孔382上方的視窗144而與處理腔室312的環境隔離。在一些實施例中，輻射源140可以配有冷卻以保護輻射源140免於過度加熱，如本文先前所描述。
在某些實施例中，反射構件150安置在處理腔室312中以導引來自輻射源140的輻射穿過基板330並朝向輻射感測器170。每一輻射感測器140可以具有一相應的反射構件150。處理腔室100中反射構件150的數量可以與輻射感測器170的數量相同，小於輻射感測器170的數量，或者大於輻射感測器170的數量。在某些實施例中，每一反射構件150可以安置成將最大輻射量朝向反射構件的相應輻射感測器170反射。
在某些實施例中，反射構件150安置在基板支撐件314上與輻射源140相同的側面上。反射構件150可以安置成在處理腔室312的頂端處。反射構件150可以安置成在視窗320上。反射構件150可以安置成靠近視窗320。反射構件150可以嵌入視窗320中。反射構件150可以設置在輻射熱源總成316的燈孔339之間。在某些實施例中，反射構件150可 以安置在輻射熱源總成316的燈孔339上方。
冷卻腔室342由上腔室壁344及下腔室壁346與圓柱形壁348界定於反射體主體340內，並且環繞燈孔339中的每一者。經由入口350引入腔室中並且在出口352處移除的冷卻劑(諸如，水)使反射體主體340冷卻，以及在燈孔339附近行進的冷卻劑使燈336冷卻。可以包含擋板354以確保穿過腔室之冷卻劑的適當流動。夾鉗356使視窗320、輻射熱源總成316及主腔室主體318固定及彼此密封。
輻射感測器170可以光學地耦接至以及設置在反射板359中的各個孔358附近，並且支撐在主體318中以偵測基板330的下表面之不同徑向部分的溫度或其他熱性質。輻射感測器170連接至供電控制器360，該供電控制器360回應於所測得的溫度而控制供應至紅外燈336的電力。可以在徑向設置的區域(例如，十五個區域)中控制紅外燈336，以提供更特製的徑向熱分佈來解決熱邊緣效應。輻射感測器170將指示基板330各處之溫度分佈的信號提供至供電控制器360，該供電控制器360回應於所測得的溫度而控制供應至紅外燈336的每一區域的電力。在一些實施例中，反應器310包括七個或七個以上輻射感測器170。
處理腔室312的主體318包含處理氣體入口埠362與氣體出口埠364。在操作中，在經由進氣埠362引入製程氣體之前，可以將處理腔室312內的壓力減少至亞大氣壓。藉由用真空泵367與閥363經由埠366抽吸而將處理腔室抽真空。壓力通常被減少至約1托與160托之間。然而，雖然對 於某些製程往往存在指定氣體，但是此類製程可以在大氣壓力下執行並且處理腔室不需要針對此等製程來抽真空。
另一真空泵368減少燈頭316內的壓力，特別是當處理腔室312抽吸至減壓時如此，從而減小視窗320之各處的壓力差。藉由經由包含閥365的埠369抽吸來減少燈頭316內的壓力，該埠369延伸穿過冷卻腔室342並且與反射體主體的內部空間流體連通。
導熱氣體(諸如，氦)的加壓來源375用導熱氣體填充輻射熱源總成316，以促進燈336與冷卻通道342之間的熱移送。加壓來源375經由埠376與閥377連接至輻射熱源總成316。導熱氣體被引入形成在每一燈336的燈頭罩380與基座之間的空間378中。打開閥377使得氣體流入該空間378。因為燈封裝化合物337是多孔的，所以導熱氣體流動穿過封裝化合物337並圍繞每一燈336的壁以冷卻燈。
控制器360從輻射感測器170接收資料，並且基於該資料而單獨地調節遞送至輻射熱源總成316的每一燈336或個別的燈組或者燈區域的電力。控制器360可包括電源(未圖示)，該電源獨立地給各種燈或者燈區域供電。控制器360可配置成具有所需的溫度分佈，並且基於比較從感測器170接收到的資料來配置；控制器360調節供應至燈及/或燈區域的電力，以使所觀測到的熱資料與所需的溫度分佈一致。在一些腔室特性隨時間而變化的情況下，控制器360亦可調節供應至該等燈及/或燈區域的電力，以使一個基板的熱處理與另一基板的熱處理一致。
第4圖是圖示根據本文描述的實施例的方法的流程圖。第4圖是概述根據另一實施例的方法400的流程圖。在方塊402，將基板安置在處理腔室中的基板支撐件上。在第1圖、第2圖及第3圖中描述了示例性處理腔室。基板支撐件實質上是可透熱輻射的並且具有低的熱質量。熱燈經安置以提供熱量至基板。熱燈可以安置在基板支撐件之上方或下方。
在方塊404，將製程氣體引入處理腔室中。處理腔室的壓力可以設置在約0.01托與約10托之間。製程氣體可以是任何氣體，可在基板上由該氣體形成一層。製程氣體可以含有第IV族前驅物及/或第III族與第V族前驅物，從該等前驅物可以形成第IV族材料(諸如，矽或者鍺)或者第III/V族化合物材料(諸如，氮化鋁)。亦可以使用此類前驅物的混合物。製程氣體可以與非反應性的稀釋劑或者載氣一起流動，並且可以提供成實質上平行於基板表面的層狀流或類層狀流。
在方塊406，可以將基板加熱至在約400℃與約1200℃之間的溫度，例如約600℃。可以藉由加熱源(例如，如上所述的複數個燈)來加熱基板。前驅物接觸受熱的基板表面並在該基板表面上形成一層。可以旋轉基板以改良薄膜性質的均勻性。
在方塊408，藉由第一輻射感測器測量基板的第一區域的第一溫度，並且藉由第二輻射感測器測量基板的第二區域的第二溫度。輻射感測器是與本文描述的輻射源與可選反射構件一起使用。在一些實施例中，可以調節從輻射感測 器接收到的信號以補償從燈發散以及從基板反射的背景輻射。隨溫度變化的基板光學性質可與由燈發射的已知光強度一起用於模型化反射光強度，並且模型化的強度用於調節來自輻射感測器的信號，從而改良感測器的訊雜比。在一些實施例中，用於補償由輻射感測器接收到的外部輻射的另一技術係以不同於加熱源的一頻率截斷輻射源140之輻射或者使輻射源140發射脈衝，以及使用濾光電子器件(例如，鎖定放大器及/或軟體)來從背景輻射中分離脈衝信號。
在方塊410，基於第一溫度與第二溫度讀數調節供應至熱源的電力，以使第一溫度與第一目標溫度一致並且使第二溫度與第二目標溫度一致。第一目標溫度與第二目標溫度可以是相同或不同的。例如，為補償在基板的邊緣處比基板的中心處更快的薄膜形成，可以在基板的中心處測量第一溫度，可以在基板的邊緣處測量第二溫度，並且調節燈功率以在基板的中心處提供比基板的邊緣處更高的基板溫度。若需要，可以使用大於兩個區域來監控在基板上的大於兩個位置處的溫度，從而增加局部溫度控制的特異性。
在方塊412，停止處理以及從處理腔室移除基板。在方塊414，提供清洗氣體至腔室中以從腔室表面移除沉積物。移除沉積物校正了腔室組件對燈輻射及基板放射之透射率的減小，且維持從一基板至另一基板之薄膜性質的再現性。清洗氣體通常是含有氯、溴或碘之氣體。往往使用諸如Cl2、Br2、I2、HCl、HBr及HI的氣體。當使用單質鹵素時，腔室的溫度可以保持大致恆定或者稍微增加以清洗腔室。當 使用鹵化氫時，腔室的溫度通常會增加，以補償鹵素清洗劑的降低濃度。在用鹵化氫進行清洗期間，腔室的溫度可以增加至在約800℃與約1200℃之間，例如約900℃。在清洗30秒至10分鐘之後，可以取決於所需的清洗效果來處理另一基板。
儘管上述內容是針對本揭示案的實施例，但可在不脫離本揭示案的基本範疇的情況下設計本揭示案的其他及進一步實施例，且本揭示案的範疇是由以下申請專利範圍來決定。

Claims (23)

  1. 一種基板處理設備，包括：一真空腔室，該真空腔室包括：一側壁，該側壁界定一處理區域，該處理區域中設置有一基板支撐件以用於支撐在一水平定向中的一基板；複數個熱燈，該複數個熱燈安置在該處理區域的外部並在該基板支撐件之下；一視窗，該視窗安置在該複數個熱燈與該處理區域之間；一輻射源，該輻射源設置在該側壁內並且定向為朝著鄰近該基板支撐件之一區域導引輻射；一輻射感測器，該輻射感測器相對於該複數個熱燈而設置在該基板支撐件之上，以接收來自該輻射源之發射輻射；以及一反射構件，該反射構件經安置在該複數個熱燈及該基板支撐件之間，以用於將該輻射從設置在該側壁內的該輻射源朝向該輻射感測器導引；複數個電源，該複數個電源與該複數個熱燈耦接；以及一控制器，該控制器基於來自該輻射感測器之輸入調節該等電源。
  2. 如請求項1所述之基板處理設備，其中該反射構件安置為鄰近該視窗。
  3. 如請求項1所述之基板處理設備，其中該反射構件嵌入該視窗中。
  4. 如請求項2所述之基板處理設備，其中該反射構件定尺寸以配合在該複數個熱燈中的相鄰熱燈之間。
  5. 如請求項1所述之基板處理設備，其中設置在該側壁內的該輻射源可以安置在一視窗後方。
  6. 如請求項1所述之基板處理設備，其中該反射構件安置在兩塊密封石英之間。
  7. 如請求項1所述之基板處理設備，其中該反射構件是其上設置有一保護層之一背面塗敷反射鏡。
  8. 如請求項1所述之基板處理設備，其中該視窗是石英。
  9. 如請求項1所述之基板處理設備，其中該視窗安置在該側壁下方，以及該複數個熱燈安置在該視窗下方。
  10. 如請求項1所述之基板處理設備，其中該視窗是一透明圓頂。
  11. 一種處理一基板的方法，包括以下步驟：在具有一視窗之一腔室中，藉由使來自複數個燈之輻射透射穿過該視窗來加熱設置在該腔室中的一基板支撐件上之一基板；藉由使一前驅物氣體在該基板各處流動以將一層沉積在該基板上；使用一第一輻射感測器偵測該基板之一第一區域處的一第一溫度，該第一輻射感測器設置在該基板支撐件的與該複數個燈相對的一側面上；使用一第二輻射感測器偵測該基板之一第二區域處的一第二溫度，該第二輻射感測器設置在該基板支撐件的與該複數個燈相對的該側面上；基於該第一溫度調節供應至該複數個燈的一第一部分的電力；以及基於該第二溫度調節供應至該複數個燈的一第二部分的電力。
  12. 如請求項11所述之方法，進一步包括以下步驟：從該腔室移除該基板；使包括氯、溴或者碘的一清洗氣體流入該腔室內；從該腔室移除該清洗氣體；以及在該腔室中設置一第二基板以用於處理。
  13. 如請求項12所述之方法，其中當該清洗氣體流入該腔室中時，維持或升高該腔室的一溫度。
  14. 如請求項13所述之方法，其中該第一區域定位為距該基板的一中心達一第一徑向距離，該第二區域定位為距該基板的該中心達一第二徑向距離，並且該第一徑向距離不同於該第二徑向距離。
  15. 如請求項14所述之方法，進一步包含以下步驟：維持該基板各處的一溫度梯度。
  16. 一種基板處理設備，包括：一真空腔室，該真空腔室包括一上透明圓頂、一下透明圓頂，以及安置在該上透明圓頂與該下透明圓頂之間的一側壁；複數個熱燈，該複數個熱燈安置在該下透明圓頂之下；一基板支撐件，該基板支撐件經定位在該真空腔室內以用於支撐在一水平定向中的一基板；一輻射源，該輻射源設置在該側壁內並且定向為朝著鄰近該基板支撐件之一區域導引輻射；一輻射感測器，該輻射感測器相對於該複數個熱燈而設置在該基板支撐件之上，以接收來自該輻射源之發射輻射；一反射構件，該反射構件安置在該複數個熱燈及該基板支撐件之間以用於將該發射輻射從設置在該側壁內的該輻射源朝向該輻射感測器導引；複數個電源，該複數個電源與該複數個熱燈耦接，該複數個熱燈與該輻射感測器的位置有關；以及一控制器，該控制器基於來自該輻射感測器之輸入調節該複數個電源。
  17. 如請求項16所述之基板處理設備，其中該反射構件安置為鄰近該下透明圓頂。
  18. 如請求項16所述之基板處理設備，其中該反射構件經嵌入該下透明圓頂中。
  19. 如請求項16所述之基板處理設備，其中該反射構件定尺寸以配合在該複數個熱燈中的相鄰熱燈之間。
  20. 如請求項16所述之基板處理設備，其中設置在該側壁內的該輻射源經安置在一視窗後方。
  21. 如請求項16所述之基板處理設備，其中該反射構件安置在兩塊密封石英之間。
  22. 如請求項16所述之基板處理設備，其中該反射構件是其上設置有一保護層之一背面塗敷反射鏡。
  23. 如請求項16所述之基板處理設備，其中該下透明圓頂是石英。
TW103113567A 2013-05-01 2014-04-14 在晶圓處理系統內進行低溫測量的設備與方法 TWI649821B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361818338P 2013-05-01 2013-05-01
US61/818,338 2013-05-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201505115A TW201505115A (zh) 2015-02-01
TWI649821B true TWI649821B (zh) 2019-02-01

Family

ID=51841888

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103113567A TWI649821B (zh) 2013-05-01 2014-04-14 在晶圓處理系統內進行低溫測量的設備與方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10409306B2 (zh)
KR (1) KR102242822B1 (zh)
CN (1) CN105144355B (zh)
TW (1) TWI649821B (zh)
WO (1) WO2014179010A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI723618B (zh) * 2019-09-12 2021-04-01 大陸商長江存儲科技有限責任公司 包括具有熱指示器的基底的電子部件
US11543296B2 (en) 2019-05-31 2023-01-03 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for calibration of substrate temperature using pyrometer

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103017691B (zh) * 2012-11-30 2015-09-30 上海华力微电子有限公司 一种侦测硅片平坦度的装置及方法
CN107342252B (zh) * 2013-09-30 2020-08-11 应用材料公司 具有封装的光阻隔件的支撑环
GB201500541D0 (en) * 2015-01-14 2015-02-25 Uhv Design Ltd Support stage for vacuum apparatus
JP6579974B2 (ja) * 2015-02-25 2019-09-25 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 基板処理装置、温度センサ及び半導体装置の製造方法
US10422691B2 (en) * 2015-03-03 2019-09-24 Asml Netherlands B.V. Radiation sensor apparatus
US20160282886A1 (en) * 2015-03-27 2016-09-29 Applied Materials, Inc. Upper dome temperature closed loop control
US10781533B2 (en) * 2015-07-31 2020-09-22 Applied Materials, Inc. Batch processing chamber
KR102576702B1 (ko) * 2016-07-06 2023-09-08 삼성전자주식회사 증착 공정 모니터링 시스템, 및 그 시스템을 이용한 증착 공정 제어방법과 반도체 소자 제조방법
JP6847199B2 (ja) * 2016-07-22 2021-03-24 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ エピの均一性調整を改善するための加熱変調器
JP6656200B2 (ja) * 2017-04-12 2020-03-04 東京エレクトロン株式会社 位置検出システム及び処理装置
SG10201705708YA (en) * 2017-05-26 2018-12-28 Applied Materials Inc Detector for low temperature transmission pyrometry
US10281335B2 (en) 2017-05-26 2019-05-07 Applied Materials, Inc. Pulsed radiation sources for transmission pyrometry
US10571337B2 (en) 2017-05-26 2020-02-25 Applied Materials, Inc. Thermal cooling member with low temperature control
CN109725494A (zh) * 2017-10-31 2019-05-07 上海微电子装备（集团）股份有限公司 气浴装置、该气浴装置的制备方法以及光刻设备
CN111630650B (zh) * 2018-02-23 2023-07-14 应用材料公司 通过脉冲或轮廓点加热执行的外延（epi）厚度调节
DE112019004191T5 (de) * 2018-08-22 2021-06-10 Beijing E-town Semiconductor Technology Co., Ltd. Systeme und Verfahren zum thermischen Verarbeiten und zur Temperaturmessung eines Werkstücksbei niedrigen Temperaturen
US11189508B2 (en) * 2018-10-01 2021-11-30 Applied Materials, Inc. Purged viewport for quartz dome in epitaxy reactor
GB201900912D0 (en) * 2019-01-23 2019-03-13 Lam Res Ag Apparatus for processing a wafer, and method of controlling such an apparatus
CN111403308A (zh) * 2020-03-30 2020-07-10 上海华力集成电路制造有限公司 热预算自动控制方法及其自动控制系统
CN111599722B (zh) * 2020-05-25 2023-04-14 北京北方华创微电子装备有限公司 一种半导体工艺设备
US11355368B2 (en) * 2020-07-13 2022-06-07 Applied Materials, Inc. Decentralized substrate handling and processing system
US11261538B1 (en) 2020-09-21 2022-03-01 Applied Materials, Inc. In-situ temperature mapping for epi chamber
US20240234175A9 (en) * 2022-10-21 2024-07-11 Applied Materials, Inc. Heat source arrangements, processing chambers, and related methods to facilitate deposition process adjustability

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6047107A (en) * 1996-12-20 2000-04-04 U.S. Philips Corporation Furnace for rapid thermal processing with optical switching film disposed between heater and reflector
US6310328B1 (en) * 1998-12-10 2001-10-30 Mattson Technologies, Inc. Rapid thermal processing chamber for processing multiple wafers
US20060289434A1 (en) * 2002-11-05 2006-12-28 Timans Paul J Apparatus and method for reducing stray light in substrate processing chambers
US20100124248A1 (en) * 2008-11-19 2010-05-20 Applied Materials, Inc. Pyrometry for substrate processing
US20120201267A1 (en) * 2011-02-07 2012-08-09 Applied Materials, Inc. Low temperature measurement and control using low temperature pyrometry

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4804633A (en) 1988-02-18 1989-02-14 Northern Telecom Limited Silicon-on-insulator substrates annealed in polysilicon tube
US6099648A (en) * 1997-08-06 2000-08-08 Applied Materials, Inc. Domed wafer reactor vessel window with reduced stress at atmospheric and above atmospheric pressures
US6780657B2 (en) 1998-03-19 2004-08-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Temperature measuring method and apparatus, measuring method for the thickness of the formed film, measuring apparatus for the thickness of the formed film thermometer for wafers
US6876442B2 (en) 2002-02-13 2005-04-05 Applied Materials, Inc. Method of calibrating and using a semiconductor processing system
US6576565B1 (en) * 2002-02-14 2003-06-10 Infineon Technologies, Ag RTCVD process and reactor for improved conformality and step-coverage
JP2006093218A (ja) 2004-09-21 2006-04-06 Sharp Corp ランプ加熱装置および半導体装置の製造方法
US7509035B2 (en) 2004-09-27 2009-03-24 Applied Materials, Inc. Lamp array for thermal processing exhibiting improved radial uniformity
US7112763B2 (en) 2004-10-26 2006-09-26 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for low temperature pyrometry useful for thermally processing silicon wafers
US7656250B1 (en) * 2008-08-04 2010-02-02 Mayo Foundation For Medical Education And Research Differential signal termination block
JP4667158B2 (ja) 2005-08-09 2011-04-06 パナソニック株式会社 ウェーハレベルバーンイン方法
JP2007066923A (ja) * 2005-08-29 2007-03-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd ウェーハレベルバーンイン方法およびウェーハレベルバーンイン装置
US7804042B2 (en) 2007-06-18 2010-09-28 Applied Materials, Inc. Pryometer for laser annealing system compatible with amorphous carbon optical absorber layer
CN101911253B (zh) * 2008-01-31 2012-08-22 应用材料公司 闭环mocvd沉积控制
US8283607B2 (en) * 2008-04-09 2012-10-09 Applied Materials, Inc. Apparatus including heating source reflective filter for pyrometry
US8548311B2 (en) * 2008-04-09 2013-10-01 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for improved control of heating and cooling of substrates
US8367983B2 (en) * 2008-04-09 2013-02-05 Applied Materials, Inc. Apparatus including heating source reflective filter for pyrometry
US20090298300A1 (en) * 2008-05-09 2009-12-03 Applied Materials, Inc. Apparatus and Methods for Hyperbaric Rapid Thermal Processing
US8111978B2 (en) 2008-07-11 2012-02-07 Applied Materials, Inc. Rapid thermal processing chamber with shower head
US8254767B2 (en) 2008-08-29 2012-08-28 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for extended temperature pyrometry
KR101514098B1 (ko) * 2009-02-02 2015-04-21 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리 장치와 온도 측정 방법 및 장치
US8461022B2 (en) * 2009-04-20 2013-06-11 Applied Materials, Inc. Methods and apparatus for aligning a substrate in a process chamber
US8404499B2 (en) 2009-04-20 2013-03-26 Applied Materials, Inc. LED substrate processing
US8356644B2 (en) * 2009-08-07 2013-01-22 Medtronic Minimed, Inc. Transfer guard systems and methods
US20120118225A1 (en) 2010-09-16 2012-05-17 Applied Materials, Inc. Epitaxial growth temperature control in led manufacture
US20120227665A1 (en) 2011-03-11 2012-09-13 Applied Materials, Inc. Apparatus for monitoring and controlling substrate temperature
US8582963B2 (en) * 2011-06-03 2013-11-12 Applied Materials, Inc. Detection of substrate warping during rapid thermal processing

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6047107A (en) * 1996-12-20 2000-04-04 U.S. Philips Corporation Furnace for rapid thermal processing with optical switching film disposed between heater and reflector
US6310328B1 (en) * 1998-12-10 2001-10-30 Mattson Technologies, Inc. Rapid thermal processing chamber for processing multiple wafers
US20060289434A1 (en) * 2002-11-05 2006-12-28 Timans Paul J Apparatus and method for reducing stray light in substrate processing chambers
US20100124248A1 (en) * 2008-11-19 2010-05-20 Applied Materials, Inc. Pyrometry for substrate processing
US20120201267A1 (en) * 2011-02-07 2012-08-09 Applied Materials, Inc. Low temperature measurement and control using low temperature pyrometry

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11543296B2 (en) 2019-05-31 2023-01-03 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for calibration of substrate temperature using pyrometer
TWI799700B (zh) * 2019-05-31 2023-04-21 美商應用材料股份有限公司 利用高溫計校正基板溫度的方法及非暫時性計算機可讀存儲介質
TWI723618B (zh) * 2019-09-12 2021-04-01 大陸商長江存儲科技有限責任公司 包括具有熱指示器的基底的電子部件
US11469153B2 (en) 2019-09-12 2022-10-11 Yangtze Memory Technologies Co., Ltd. Electronic component comprising substrate with thermal indicator

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014179010A1 (en) 2014-11-06
US10409306B2 (en) 2019-09-10
CN105144355B (zh) 2018-02-06
US20140330422A1 (en) 2014-11-06
KR102242822B1 (ko) 2021-04-21
TW201505115A (zh) 2015-02-01
KR20160003847A (ko) 2016-01-11
CN105144355A (zh) 2015-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI649821B (zh) 在晶圓處理系統內進行低溫測量的設備與方法
US9580835B2 (en) Multizone control of lamps in a conical lamphead using pyrometers
US11495479B2 (en) Light pipe window structure for thermal chamber applications and processes
US11337277B2 (en) Circular lamp arrays
TWI805498B (zh) 用於半導體製程腔室的表面塗層的襯套組件
KR20140006858A (ko) 제위치에서의 파이로미터 교정을 위한 방법 및 시스템
WO2009122913A1 (ja) 熱処理装置
US10727093B2 (en) Light pipe window structure for low pressure thermal processes
TW202225646A (zh) 利用能帶間隙吸收法之溫度校正
TW202309357A (zh) 原位膜生長感測器組件、設備及方法
TWI613715B (zh) 反射性襯墊
TW202243068A (zh) 具有熱處理系統的工件處理設備
TW201501207A (zh) 用於熱腔室應用及製程的光管窗口結構
JP2005012073A (ja) 基板処理装置