TWI757261B - 用於毫秒退火系統之室壁加熱及其相關系統與方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供用來降低毫秒退火系統中，存在於室壁上所安放之反射鏡上污染的系統及方法。在一示範性實例中，反射鏡能夠藉由一或更多以下者來加熱：(1)加熱在用來調節反射鏡溫度之封閉流體系統中的流體；(2)依附在反射鏡上的電匣加熱器、或加熱帶；及/或(3)使用處理室內部的燈光。

Description

用於毫秒退火系統之室壁加熱及其相關系統與方法
本申請案請求主張2015年12月30日提申之美國臨時專利申請案第62/272,915號之優先權，該申請案發明名稱係”用於亳秒退火系統之室壁加熱/Chamber Wall Heating for a Millisecond Anneal System”，其內容在本文中併入以供參考。
本發明一般關於熱處理室，尤其是毫秒退火熱處理室，其用於處理(例如)半導體基板。
毫秒退火系統能夠用於半導體處理，進行基板(例如矽晶圓)的超快熱處理。在半導體處理時，快速熱處理能夠使用作為退火步驟，以便修復佈植損害，改良沉積層體的品質，改良界面層的品質，以便活化摻雜物，取得其他效果，同時，控制該摻雜物物種的擴散。
半導體基板的毫秒(或稱為超快)溫度處理，能夠由以下來取得：使用密集而短暫的曝光，以超過104℃/秒的速率，加熱整個基板的頂表面。僅在基板一表面上的快速加熱，能夠產生一巨大溫度梯度通過該基板的厚度，同時該基板的體積，係維持曝光前溫度。因此，該基板體積係作為散熱器，造 成頂表面的快速冷卻速率。
本發明實施例的觀點及優點，將部分地敍述於下文，或可由該敍述來習得，或可經由實施例之實行來取習得。
本發明一示範性觀點，係針對一毫秒退火系統。該毫秒退火系統包含一處理室，其設有一室壁。該室壁包含一反射鏡。該系統包含一流體冷卻系統，其係被配置來流動流體進入該反射鏡。該系統進一步包含一加熱系統，其係被配置來加熱該反射鏡，以便降低在毫秒退火處理期間該反射鏡的污染。
本發明其他示範性觀點，係針對一毫秒退火系統中，降低存在於一室壁上所安放之反射鏡上污染的方法。該方法包含：將流體流經一毫秒退火系統中室壁上所安放的反射鏡；決定相關聯於一或更多反射鏡或流體的溫度；及至少部分地基於溫度，來調整一或更多流經該反射鏡之流體的特色，以便取得一反射鏡溫度，其係足以降低毫秒退火處理期間在反射鏡上的污染。
對本發明示範性觀點，能夠進行變型及修改。本發明其他示範性觀點，係針對被用來熱處理半導體基板的系統、方法、裝置及製程。
這些及其他許多實施例的特色、觀點與優點，在參考後文描述及附圖之下，將更佳地讓人明瞭。合併在本文中並構成本說明書一部分的附圖，係用來圖解本發明的實施例，其連同本說明書，用來解釋相關的原理。
60‧‧‧semiconductor substrate 半導體基板
80‧‧‧millisecond anneal system 毫秒退火系統
100‧‧‧temperature profile 溫度曲線
102‧‧‧ramp phase 升降溫期
104‧‧‧Curve 曲線
110‧‧‧Window 視窗
112‧‧‧Curve 曲線
114‧‧‧Curve 曲線
116‧‧‧Curve 曲線
150‧‧‧temperature measurement system 溫度測量系統
152‧‧‧Temperature sensor 溫度感測器
154‧‧‧Temperature sensor 溫度感測器
156‧‧‧diagnostic flash 診斷閃光
158‧‧‧reference temperature sensor 參考溫度感測器
160‧‧‧processor circuit 處理器電路
200‧‧‧millisecond anneal system/process chamber 毫秒退火系統/處理 室
202‧‧‧top chamber 頂室
204‧‧‧bottom chamber 底室
210:wafer plane plate 晶圓平面板
212:support pins 支架針
220:arc lamps 弧光燈
222:cathode 陰極
225:quartz tube 石英管
226:Plasma 電漿
228:Water wall 水壁
229:Argon gas column 氬氣柱
230:Anode 陽極
232:Tip 尖端
234:copper heat sink 銅散熱器
235:brass base 黃銅基底
236:water cooling channels 水冷卻通道
240:are lamps 弧光燈
250:process chamber walls 處理室壁
252:upper chamber wall 上室壁
254:lower chamber wall 下室壁
260:water windows 水視窗
262:reflector 反射器
264:edge reflector 邊緣反射器
270:reflective mirrors 反射鏡
272:wedge reflectors 楔形反射器
274:reflective element 反射元件
300:closed loop system 封閉迴路系統
301:high purity water 高純度水
302:main fluid supply manifold 主流體供應歧管
304:main fluid retum manifold 主流體返回歧管
303:Argon 氬
306:gas/water mixture 氣/水混合物
310:separator 分離器
312:separate connection 分離連接件
314:separate connection 分離連接件
320:Heater 加熱器
321:water driven jet pump 水驅動噴射泵
330:high power electric pump 高功率電泵
340:temperature sensor 溫度感測器
341:coalescing filter 凝聚過濾器
351:Argon source 氬源
350:control device 控制裝置
353:particle filters 微粒過濾器
360:heater ribbon 加熱帶
370:heater cartridge 加熱匣
371:mixed bed ion exchange filters 混合床離子交換濾器
372:inlet valve 入口閥
380:activated carbon filter bypass loop 活性碳濾器旁通迴路
390:heat exchanger 熱交換器
Ti:intermediate temperature 中間溫度
針對熟習本項技藝人士所做之實施例詳細討論，係參照附圖而敍述於說明書內，其中：第一圖係依照本發明示範性實施例的毫秒加熱曲線例子的示意圖；第二圖係依照本發明示範性實施例的毫秒退火系統所用的溫度測量系統例子的示意圖；第三圖係依照本發明示範性實施例的毫秒退火系統例子之部分的範例性立體透視圖；第四圖係依照本發明示範性實施例的毫秒退火系統例子的分解視圖；第五圖係依照本發明示範性實施例的毫秒退火系統例子的橫斷面視圖；第六圖係依照本發明示範性實施例的毫秒退火系統中所使用的燈例子的示意圖；第七圖係依照本發明示範性實施例的毫秒退火系統之晶圓平面板中所使用的邊緣反射器例子的示意圖；第八圖係依照本發明示範性實施例的毫秒退火系 統中所能使用的楔形反射器例子的示意圖；第九圖係依照本發明示範性實施例的毫秒退火系統中所能使用的弧光燈例子的示意圖；第十~十一圖係依照本發明示範性實施例之弧光燈操作例子的示意圖；第十二圖係依照本發明示範性實施例之電極例子的橫斷面視圖；第十三圖係示範性封閉迴路系統的示意圖，其用於供應水及氬氣至依照本發明示範性實施例之毫秒退火系統中所用的示範性弧光燈；第十四圖係示範性封閉迴路水電路的示意圖，其設有依照本發明示範性實施例之毫秒退火系統中的加熱器；第十五及十六圖係示範性電加熱器的示意圖，其被配置來加熱一依照本發明示範性實施例之反射鏡；及第十七圖係一依照本發明示範性實施例之示範性方法的流程圖。
現在詳細地參照實施例，其一或更多的例子係圖解於圖式中。每一個例子係為了解釋實施例而提供，而非本發明之限制。事實上，對於一般熟習本項技藝人士而言很明顯的是，在不離開本發明範圍或精神之下，能夠完成許多實施例的修改及變型。例如，被圖解成或描述成一實施例的一部分特色，能被使到另一實施例，產生另一個實施例。因此，吾人想要的是，本發明的觀點涵蓋這類的修改及變型。
概述
本發明示範性觀點，係針對降低存在於毫秒退火系統處理室之室壁上的氣態污染。基於解釋及討論的緣故，本發明的觀點係參照「晶圓」或半導體晶圓來討論。利用在本文中所提供的揭示內容，一般熟習本項技藝人士將明瞭的是，本發明的示範性觀點，能夠與任何工件、半導體基板、或其他合適的基板，一起結合使用。結合一數值之術語「約」的使用，係指所述數值的10%範圍內。
半導體的毫秒(或稱超快)熱處理係能夠如下述來取得：使用強烈且短暫曝光(例如「閃光」)，以超過104℃/秒的速率，來加熱晶圓全部頂表面。一典型的熱處理周期能夠包含：(a)將冷半導體基板負載至室中；(b)以(例如)氮氣(大氣壓下)來沖洗該室；(c)加熱半導體基板，至一中間溫度(Ti)；(d)藉由半導體基板頂表面的閃光曝照，進行毫秒加熱，同時晶圓的大部分維持在Ti；(e)以大部分的半導體基板作為傳導性耦合之散熱器，藉由傳導性冷卻該半導體基板的頂表面迅速降溫；(f)以大氣壓下的處理氣體作為冷卻劑，藉由熱輻射及對流，緩慢地降溫該半導體基板體積；及(g)將半導體基板運回晶圓匣。
一毫秒退火系統中的處理室，能由一晶圓平面板 分隔成為兩個次室：一頂室及一底室。每一次室的牆壁能夠在四側上包含反射鏡。這些反射鏡能經由內部通道，以流體冷卻(如水冷卻)。典型地，該流體溫度係約15℃~約23℃。每一反射鏡能擁有其自身的入口及出口連接。流體供應計劃係能如此，以致主供應歧管係供應水至晶圓平面板及鏡歧管。然後該鏡歧管供應該底室零件及頂室反射鏡。換句話說，底室零件、頂室零件及晶圓平面板，係能夠並接，其中每一個次室的四個反射鏡能夠串接。該水返回連接配置，能用相同方式來完成。第十四圖係一依照本發明示範性實施例之毫秒退火系統中的封閉迴路流體電路例子的示意圖。
在熱處理期間，氣態污染物能夠從基板表面來蒸發。該污染物能夠沉積於室零件上。典型地，在較冷的表面上該沉積速率係較高。該反射鏡上的污染能夠負面性地影響到基板的輻照度，其結果係影響到基板溫度均勻性。由於反射鏡受到塗覆，溫度均勻性降級，所以需要經常性的機械清潔維修，來回復原來的溫度均勻性。在某些情況下，該污染係能夠藉由加熱該處於富含氧氣氛圍中的處理室，來加以移除。然而，這樣做會降低該系統的整體產量度量(overall throughput metric)，因為在氧清潔期間裝置基板可能無法被加以處理。
依照本發明示範性實施例，在反射鏡上的氣態污染產物沉積，能藉由加熱該反射鏡到溫度約100℃以上，例如約150℃，而被降低。在某些實施例中，該反射鏡係能夠由一或更多之以下者來加熱：(1)加熱該用於調節反射鏡溫度之封閉流體系統中的流體；(2)依附在反射鏡上的電匣加熱器(electrical cartridge heater(s))、或加熱帶(heater ribbon(s))；及/或(3)使用處理室內部的燈光。
例如，一示範性實施例係針對一毫秒退火系統。該系統包含一處理室，其設有一室壁。該室壁包含一反射鏡。該系統包含一流體冷卻系統，其係加以配置，以便流動流體進入該反射鏡。該系統進一步包含一加熱系統，其係被配置來加熱該反射鏡，以便降低該毫秒退火期間在反射鏡上的污染。例如，在某些實施例中，該加熱系統係加以配置，來加熱該反射鏡至100℃或更高的溫度，例如150℃。
在某些實施例中，該加熱系統係加以配置，以便藉由流體冷卻系統來加熱流入該反射鏡的流體。例如，該加熱系統能夠包含一加熱器，其被配置來加熱流入一供應線中的流體，該供應線係被配置來供應流體至該反射鏡。該加熱器也能夠被配置，以便加熱該流入一流體返回線的流體，該流體返回線係被配置而從該反射鏡來接收流體。該加熱系統能夠包含一或更多的控制裝置，其係被配置來控制該加熱器的操作。該一或更多控制裝置係能夠被加以配置，以便基於指示流體溫度的資料，及/或指示反射鏡的溫度資料，來控制加熱器的操作。
在某些實施例中，該加熱系統包含與該反射鏡進行熱連通的電加熱器。該電加熱器能包含一或更多加熱帶或加 熱匣。該加熱系統能包含一溫度感測器，係被配置來測量反射鏡溫度；及一或更多控制裝置，係被配置至少部分地基於反射鏡溫度，控制一通過已耦合至該反射鏡之電加熱器的電流。
在某些實施例中，該加熱系統包含一或更多控制裝置。該一或更多控制裝置係被配置，而至少部分地基於反射鏡溫度，來控制流經該流體冷卻系統之流體(例如經由一或更多的閥)。
本發明另一示範性實施例，係針對降低存在於毫秒退火系統中安置在室壁上之反射鏡之污染的方法。該方法可包含，使一流體流經毫秒退火系統中安放在室壁上的反射鏡。該方法可包含，決定與一或更多反射鏡或流體相關聯的溫度。該方法可包含，至少部分地基於在毫秒退火處理期間(例如100℃或更高的溫度，如150℃)，達到足以降低該反射鏡之污染的反射鏡溫度，用以調節流經該反射鏡之流體的一或更多的特性。
在某些實施例中，調節該流經該反射鏡之流體的一或更多的特性係包含，加熱該流經該反射鏡之流體。該流體能夠使用一加熱器來加熱，該加熱器係被配置來加熱流入相關聯於反射鏡之一流體供應線及/或一流體返回線的流體。
在某些實施例中，調節該流經該反射鏡之流體的一或更多的特色係包含，調節流經該反射鏡之流體的流動。例如，調節該流體的流動係能夠包含，當相關聯於反射鏡之溫度 係大於上臨界值時開啟該流體流動、及當相關聯於反射鏡之溫度係小於下臨界值時關閉該流體流動。
示範性毫秒退火系統
一示範性毫秒退火系統係能夠加以配置，以便提供一強烈而短暫的曝光，而能夠以超過(例如)約104℃/S的速率，來加熱晶圓的頂表面。第一圖係一使用毫秒退火系統來取得之半導體基板的示範性溫度曲線100的示意圖。如第一圖所示，半導體基板(例如矽晶圓)的體積，係在升降溫期102，被加熱到一中間溫度Ti。該中間溫度係能夠在約450℃~約900℃範圍之內。當到達中間溫度Ti時，半導體基板的頂側邊可以曝照一非常短而強烈的閃光，形成高達約104℃/s的加熱速率。視窗110圖解該半導體基板在短而強烈閃光期間的溫度曲線。曲線112代表半導體基板頂表面在閃光曝照期間的快速加熱。曲線116圖解在閃光曝照期間，該半導體基板其餘部分或大部分的溫度。曲線114代表半導體基板頂表面藉由傳導的快速冷卻，此係藉由半導體基板的大部分作為散熱器。以大部分的半導體作為一散熱器，針對該基板產生一高頂側邊冷卻速率。曲線114代表大部分半導體基板的緩慢冷卻，係藉由熱輻射及對流，使用一處理氣體作為冷卻劑來進行。如在本文中所使用者，當字詞「約」被使用來指稱數值時，係指在該所述數值30%的範圍之內。
一示範性的毫秒退火系統，其可包含多數弧光燈 (例如四個氬弧光燈)作為光源，可供半導體基板頂表面的強烈毫秒長曝照-即所謂的「閃光」。當基板已經被加熱到中間溫度時(例如約450℃~約900℃)，該閃光能夠被施加到半導體基板。多數個連續模式弧光燈(例如兩個氬燈)，能夠用來加熱該半導體基板至該中間溫度。在某些實施例中，半導體基板加熱到中間溫度，係透過半導體底表面，以加熱全部晶圓體積的升降溫速率來完成。
第二~五圖係依照本發明示範性實施例之數種毫秒退火系統80觀點例子的示意圖。如第二~四圖所示，一毫秒退火系統80能包含一處理室200。該處理室200能由一晶圓平面板210加以分隔，成為一頂室202及一底室204。一半導體基板60(例如二氧化矽晶圓)，能夠由固設在晶圓支架板214(例如插入晶圓平面板210的石英玻璃板)上的支架針212(例如石英支架針)加以支撐。
如第二及四圖所示，該毫秒退火系統80能包含多數個弧光燈220(例如四個氬弧光燈)，其被排列在頂室202附近，作為光源，用於強烈毫秒長之該半導體基板60的頂表面曝照(所謂「閃光」)。當基板已經被加熱到中間溫度時(例如約450℃~約900℃)，該閃光能夠被施加到半導體基板。
多數個連續模式弧光燈240(例如兩個氬弧光燈)，係安置在底室204附近，能夠用來加熱該半導體基板60至中間溫度。在某些實施例中，該半導體基板60加熱到中間溫度，係從底室204透過半導體基板底表面，以加熱該半導體基板60全部體積的升降溫速率，加以完成。
如第三圖所示，來自底弧光燈240(例如，用於加熱半導體基板至中間溫度)及來自頂弧光燈220(例如，藉由閃光用於提供毫秒加熱)之用於加熱半導體基板60的光，能夠經由水視窗260(如水冷卻石英玻璃窗)，進入該處理室200。在某些實施例中，該水視窗260能包含兩個石英玻璃板的夾層，其間一個約4mm厚的水層，係加以循環以便冷卻該石英板，且並提供針對例如約1400nm以上波長的光學過濾。
進一步如第三圖所示，處理室壁250能包含反射鏡270，用於反射加熱光。該反射鏡270能夠是(例如)水冷卻的、抛光的鋁板。在某些實施例中，使用於毫秒退火系統中的該弧光燈主體，能包含針對燈輻射的反射器。例如第五圖係圖示一頂燈陣列220及底燈陣列240的立體透視圖，其皆能夠使用於毫秒退火系統80。如圖所示，每一燈陣列220及240的主體，能包含一反射器262，可供反射該加熱光。這些反射器262能夠形成毫秒退火系統80之處理室200的反射表面的一部分。
該半導體基板的溫度均勻性，能夠藉由操縱在不同半導體基板區域內所落下的光密度，來加以控制。在某些實施例中，均勻性調控係能夠藉由以下來完成：將小尺寸反射器的反射等級更換成主要反射器，及/或使用被固設在晶圓周圍之晶圓支架平面上的邊緣反射器。
例如，邊緣反射器能夠用來使光從底燈240重導向到半導體基板60的邊緣。例如，第六圖係圖示邊緣反射器264的例子，其形成一部分的晶圓平面板210，能夠用來使光從底燈240導向到半導體基板60的邊緣。該邊緣反射器264能夠安裝在晶圓平面板210上，並可包圍或至少部分地包圍該半導體基板60。
在某些實施例中，額外的反射器也能夠被安裝在室壁上，靠近晶圓平面板210。例如，第七圖圖示反射器的例子，其能夠被安裝在處理室壁上，作為針對加熱光的反射鏡。更具體地，第七圖顯示，一被安裝在下室壁254的楔形反射器272例子。第七圖也圖示，一被安裝在上室壁252之反射器270上的反射元件274。半導體基板60的處理均勻性，能夠藉由以下加以調控：改變該處理室200內的楔形反射器272、及/或其他反射元件(如反射元件274)的反射等級。
第八~十一圖係圖解示範實例之上弧燈220的觀點，其能夠作為光源，用於強烈毫秒長曝照半導體基板60的頂表面(如「閃光」)。例如，第八圖係一示範性弧光燈220的橫斷面視圖。該弧光燈220能夠(例如)是一個開放流動式(open flow)弧光燈，其中在弧光放電期間，該加壓的氬氣(或其他合適氣體)被轉變成為高壓力電漿。弧光放電的發生，係在石英管225內，介於負電性陰極222與互相隔開之正電性陽極230之間(例如相隔約300mm)。一旦正電性陽極230及負電性陰極222 之間的電壓到達氬或其他氣體的崩潰電壓(例如約30kV)，一穩定而低傳導性的電漿就立刻形成，發射出可見光、及電磁光譜UV範圍的光。如第九圖所示，該燈能包含燈反射器262，其能用來反射該燈提供來處理半導體基板60的光。
第十及十一圖係依照本發明示範性實施例之毫秒退火系統80內的弧光燈220示範性操作的示意圖。更具體地，一電漿226係收容於石英管225內，其內部藉由水壁228加以水冷卻。該水壁228係高流速注射到燈200的陰極端，及於陽極端排放。對於氬氣229亦相同真實的是，其亦於陰極端進入燈220，及從陽極端排出。形成水壁228的水，係垂直於燈軸加以注射，以致於該離心作用產生一水渦流。因此，沿著燈的中心線，形成氬氣229所用的通道。該氬氣柱229以相同於水壁228的方向來旋轉。形成電漿226後，該水壁228保護該石英管225，並拘限該電漿226於中心軸。只有水壁228及電極(陰極230及陽極222)直接接觸該高能電漿226。
第十一圖係依照本發明示範性實施例弧光燈所用電極例子(如陰極230)的橫斷面視圖。第十一圖圖示一陰極230。然而，相似的結構亦能使用於陽極222。
在某些實施例中，如經歷高熱負載的電極，一或更多的電極能夠分別包含一尖端232。該尖端能夠由鎢製成。該尖端能耦合到及/或融合至一水冷式銅散熱器234。該銅散熱器234能夠包含至少一部分的電極內部冷卻系統(如一或更多 的水冷通道236)。該電極能進一步包含一具有水冷通道236的黃銅基底235，以便提供水循環或其他流體循環，及冷卻電極。
使用於依照本發明觀點之示範性毫秒退火系統的弧光燈，能夠是一種針對水及氬氣的開放流動系統。然而，基於環保理由，此兩種介質都能夠在某些實施例的封閉迴路系統中加以循環。
第十二圖係一封閉迴路系統300的示意圖，其用於供應在依照本發明示範性實施例毫秒退火系統中所用之氬弧光燈於操作時所必需的水及氬氣。
更具體地，高純度水301及氬303被餵入燈220之內。該高度純水301係用於提供水壁，及冷卻電極。遺留在燈內的是氣/水混合物306。該氣/水混合物306，在其被重新餵入燈220入口之前，係藉由分離器310被分離成為水302及乾氬303。為了在燈220上產生所需的壓降，該氣/水混合物306係藉由水驅動噴射泵321來泵出。
一高功率電泵331，供應水壓來驅動燈220內的水壁、燈電極的冷卻水、及噴射泵321的動力流。噴射泵321下游的分離器310，係能夠從混合物(氬)，來抽出液相及氣相。在重新進入燈220之前，氬進一步地在凝聚過濾器341中加以乾燥。如果需要，額外的氬能從氬源351加以供應。
水通過一或更多微粒濾器353，移除由弧光放電而噴濺在水中的微粒。離子性污染係由離子交換樹脂加以移除。 一部分的水係流過混合床離子交換濾器371。通至該離子交換濾器371的入口閥372，能由水阻能力加以控制。如果水阻能力下降到低值以下，該閥372被開啟，當其到達一高值時，閥372關閉。該系統能包含一活性碳濾器旁通迴路380，其中一部分的水係額外地加以過濾，以便移除有機污染。為了維持水溫，水能夠通過熱交換器390。
依照本發明示範性實施例之毫秒退火系統，能包含獨立地測量半導體基板兩表面(如頂及底表面)溫度的能力。第十三圖圖示毫秒退火系統200所用之溫度測量系統150範例。
一簡化的毫秒退火系統200的代表圖，係圖示於第十三圖。該半導體基板60兩側的溫度，能夠獨立地藉由溫度感測器來測量，例如，溫度感測器152及154。該溫度感測器152能測量半導體基板60頂表面的溫度。該溫度感測器154能測量半導體基板60底表面。在某些實施例中，測量波長係約1400nm的窄幅示溫感測器，係能用來作為溫度感測器152及/或154，以便測量(例如)半導體基板60中心區的溫度。在某些實施例中，該溫度感測器152、154能為超快幅射計(UFR)，其取樣速率係足夠地高，以致能夠解析由該閃光加熱造成的毫秒溫度峰值。
該溫度感測器152、154的讀數，可經發射率補償(emissivity compensated)。如第十三圖所示，發射率補償計劃 能包含診斷閃光156、參考溫度感測器158、及溫度感測器152、154，其係被配置來測量半導體晶圓頂及底表面。診斷性加熱及測量，係能夠使用診斷閃光156(例如測試閃光)來進行。取自參考溫度感測器158的測值，能用來作為溫度感測器152及154之發射率補償。
在某些實施例中，毫秒退火系統200能包含水視窗。該水視窗能提供光學過濾器，壓抑該溫度感測器152、154測量帶內的燈輻射，以致該溫度感測器152、154僅測得來自半導體基板的輻射。
溫度感測器152、154的讀數，能被提供到一處理器電路160。該處理器電路160係位在該毫秒退火系統200之外罩之內，可替換地，儘管該處理器電路160可遙遠地距離該毫秒退火系統200放置。如果想要的話，本文所述的許多功能係可由單一處理器電路來執行，或藉由其他的局部及/或遠端處理器電路組合來執行。
如將於下文詳細討論者，該溫度測量系統能包含其他的溫度感測器，例如被配置來取得一或更多晶圓支架板(如第十六圖所示)溫度量測值之溫度感測器，及/或被配置來取得一或更多溫度低於(例如)450℃之半導體基板的溫度量測值的遠紅外線溫度感測器(如第二十二圖所示)。該處理器電路160能夠加以配置，以便處理從該溫度感測器所取得的量測值，進而判定半導體基板與/或晶圓支架板的溫度。
毫秒退火系統中的室壁加熱例子
依照本發明示範性實施例，反射鏡上的氣態污染產物沉積，係能夠藉由加熱該反射鏡至100℃或更高之溫度(例如約150℃)，來降低。在某些實施例中，一加熱系統係被配置，以便加熱該反射鏡表面，進而降低毫秒退火處理期間該反射鏡上的污染。
在某些示範性實例中，該室壁將藉由以下來加熱：連接一封閉迴路加熱系統至一流體冷卻系統(其被配置來流動一流體經過該反射鏡)之鏡歧管的供應及返回迴路。
第十四圖係依照本發明示範性實施例之毫秒退火系統例子之反射鏡270及晶圓平面板210所用的冷卻系統300例子的示意圖。如圖所示，該系統能循環一冷卻流體(如水或其他流體)，流經該毫秒退火系統的晶圓平面板210及反射鏡270。該流體能夠源自一主流體供應歧管302。該流體能回流至一主流體返回歧管304。在熱處理期間，該流體能夠冷卻該晶圓平面板210及反射鏡270的溫度。
該冷卻系統300能夠是一種封閉迴路系統，用於流動流體經過該反射鏡270及/或毫秒退火系統的其他元件。如第三圖所示，該反射鏡270能夠分別針對每一室壁之水的流入及流出，設置有分離連接件312及314。
回到第十四圖，該冷卻系統300包含一加熱器320，係被配置來加熱該流經該冷卻系統的流體(如水或其他流 體)。該加熱器320能夠係任何適用於加熱流體的裝置，例如電加熱器、氣體加熱器、燈加熱器、或其他合適的熱源。該加熱器320能被配置，以便加熱流入一供應線的流體，該供應線係被配置將流體從流體供應歧管320供應到反射鏡270。該加熱器320也能被配置而加熱流入一返回線的流體，該返回線係被配置將流體從反射鏡270送回該流體返回歧管304。一封閉迴路系統係有優點的，在於其能夠被加壓並可到達約100℃以上的溫度。該反射鏡270能夠承擔已加熱流體的溫度。
在某些實施例中，該加熱器320能被耦合至一或更多的控制裝置350(例如控制器、微控制器、處理器電路、邏輯裝置、特殊應用積體電路等等)，其係被配置來控制加熱器320(例如，當加熱器施加熱至該流入冷卻系統300中的流體時的控制)。在某些實施例中，該一或更多控制裝置能包含一或更多處理器，其係被配置來執行已儲存在一或更多記憶體裝置內的電腦可讀指令。該一或更多控制裝置350，可為毫秒退火系統所用之控制系統的一部分，及/或是遠離該毫秒退火系統安置。
在某些實施例中，控制裝置350能夠被加以配置，以便基於指示該等流經該冷卻系統之流體的流體溫度資料，或基於指示一或更多反射鏡270之溫度的資料，進而控制該加熱器320的操作。例如，該加熱器320能夠被配置來加熱流入該冷卻系統300中的流體，一直到該流體的溫度，及/或該反射鏡270的溫度到達一臨界溫度(如約150℃)時為止。舉例來說，指示流體溫度的資料，可被接受作為來自溫度感測器340(被配置來測量流體溫度)的一或更多訊號。例如，指示該反射鏡270溫度的資料，可被接收作為來自溫度感測器340(被配置來測量反射鏡270溫度)的一或更多訊號。
在某些實施例中，該加熱器可以是一以水供應線連接至該鏡歧管的連續式流體加熱器。在本實施例中，熱水能經由該返回歧管來傾倒而不再循環。
在某些實施例中，該反射鏡能夠由熱連通至該反射鏡的電加熱器來加熱。例如，該反射鏡能夠由一或更多依附在反射鏡上的電匣加熱器及/或加熱帶來加熱。在這些示範性實施例中，反射鏡的溫度控制，係能夠基於附加在反射鏡的溫度感測器，而藉由控制該流至該加熱器的電流而予以完成。
例如，第十五圖係一示範性反射鏡270的示意圖，其能夠被安置在毫秒退火系統的一室壁上。該反射鏡270包含一加熱帶360，其被安置在反射鏡270的表面上。流經該加熱帶360的電流，能由一或更多的控制裝置350來控制。(如控制器、微控制器、處理器電路、特殊應用積體電路等等)。在某些實施例中，該一或更多控制裝置350能包含一或更多處理器，其係被配置來執行已儲存於一或更多記憶體裝置內的電腦可讀指令。該一或更多控制裝置350能夠是毫秒退火系統所用之控制系統的一部分，及/或是遠離該毫秒退火系統安置。
在某些實施例中，該控制裝置350，基於來自溫度感測器340(被配置來測量反射鏡270的溫度)的溫度量測值，係能夠控制被供應流經該加熱帶360的電流。例如，當反射鏡270的溫度係小於一臨界值時(如150℃)，該控制裝置350能夠提供電流流經該加熱帶360，以便加熱該反射鏡270。當反射鏡270的溫度係大於該臨界值時，該控制裝置350能夠停止提供電流流經該加熱帶360(例如將加熱帶360關閉)。
如另一例子，第十六圖係示範性反射鏡270的示意圖，其能夠被安置在毫秒退火系統的室壁上。該反射鏡270包含一加熱匣370，係被安置在反射鏡270的表面上。流經該加熱匣370的電流，能夠藉由一或更多的控制裝置350來控制。(如控制器、微控制器、處理器電路、特殊應用積體電路等等)。在某些實施例中，該一或更多控制裝置350能包含一或更多處理器，其係被配置來執行已儲存於一或更多記憶體裝置內的電腦可讀指令。該一或更多控制裝置350能夠是毫秒退火系統所用之控制系統的一部分，及/或是遠離該毫秒退火系統放置。
在某些實施例中，該控制裝置350，基於來自溫度感測器340(被配置來測量反射鏡270的溫度)的溫度量測值，係能夠控制被供應流經該加熱匣370的電流。例如，當反射鏡270的溫度係小於一臨界值時(如150℃)，該控制裝置350能夠提供電流流經該加熱匣370，以便加熱該反射鏡270。當反射鏡270的溫度係大於該臨界值時，該控制裝置350能夠停止提供電流流經該加熱匣370(例如將加熱匣370關閉)。
在另一實施例中，該室壁能由該室內部的燈光來加熱。例如，來自毫秒退火系統操作的燈光，能夠加熱該反射鏡至一臨界溫度(如150℃)。一流體冷卻系統(如第十四圖的冷卻系統300)，能夠基於該反射鏡的溫度來加以控制，以致該反射鏡維持一個足以降低該鏡表面污染的溫度(如100℃或更高)。
第十七圖係一示範性處理(400)的流程圖，其用於降低依照本發明示範性實施例之毫秒退火系統的室壁上所安置之反射鏡上的污染。該處理(400)能夠使用任何本文所述的示範性毫秒退火系統來實行。基於說明及討論的理由，第十七圖圖解了以特定順序來執行的步驟。一般熟習本項技藝人士，在使用本文所提供的揭示內容之下，將瞭解的是，本文中所描述之任何方法或製程的各種步驟，係能夠被改編、修改、再安排、省略、擴張、同時執行、或在不偏離本發明範圍之下進行其他改編。
在步驟(402)，該程序可包含將一流體(如水)流經一安置於毫秒退火系統中之室壁上的反射鏡。例如，一冷卻系統300能夠使液體流動經過一毫秒退火系統之反射鏡270。
在步驟(404)，反射鏡的溫度係能被測定。例如，被配置用來測量反射鏡溫度之溫度感測器所發出的訊號，可經處理以決定反射鏡的溫度。
在步驟(406)，反射鏡的溫度可與一上臨界值做比較。當該溫度係大於該上臨界值時，該冷卻系統能被控制，以便使流體流經該反射鏡。該冷卻系統能夠維持現有的流體流動，或者，為了回應溫度係大於上臨界值，啟動流體流動。
當溫度並未大於該上臨界值時，可將該反射鏡的溫度與一下臨界值做比較，如(408)所示。當溫度不小於下臨界值時，該製程能返回(404)並可持續進行，以便決定該反射鏡的溫度。當溫度係小於該下臨界值時，該製程可包含在毫秒退火處理期間，停止流體流經該反射鏡(410)，以便允許反射鏡被加熱升溫。接著該製程將返回(404)並可持續進行，以便決定該反射鏡的溫度。
第十七圖的製程(400)，基於示範的理由，係在參考該反射鏡溫度與上及下臨界值之間的比較之下來進行討論。在某些實施例中，該溫度可與單一臨界值做比較。如果溫度係大於該單一臨界值，則冷卻系統能被控制，以便將流體循環經過該反射鏡，來冷卻該反射鏡。當溫度係小於該單一臨界值時，該冷卻系統能停止流體循環經過該反射鏡，進而允許反射鏡在毫秒退火處理期間被加熱升溫。
雖然本發明主題係相關於特定示範性具體實施例來詳加描述，然而那些熟悉此技術領域者於瞭解前文後，將可理解的是，這類實施例的許多改造、變化及其等效物，係能夠輕易地被製造產生。因此，於此技術領域具通常知識者，應可 輕易得見本發明說明書揭示範圍僅係作為示範之用，而非對其進行限制，且該主要揭示內容並未排除對本發明標的的此類修飾、變化與/或添加等納入其中。
210:wafer plane plate 晶圓平面板
270:reflective mirrors 反射鏡
272:wedge reflectors 楔形反射器
274:reflective element 反射元件
300:closed loop system 封閉迴路系統
302:high purity water 高純度水
302:main fluid supply manifold 主流體供應歧管
304:main fluid return manifold/Argon 主流體返回歧管/氬
320:Heater/temperature sensor/water driven jet pump 加熱器/溫度感測器/水驅動噴射泵
330:high power electric pump 高功率電泵
340:coalescing filter 凝聚過濾器
350:Argon source 氬源

Claims (15)

  1. 一種用於加熱一基板的熱處理系統，包含：一支架板，係配置用以在一處理室中支撐該基板，該處理室包含一室壁，該室壁包含一反射鏡；複數加熱源，係配置用來加熱該基板；一流體冷卻系統，係配置用以將流體流入該反射鏡；一加熱系統，係配置用以加熱流入該反射鏡的該流體，進而降低熱處理期間來自該基板至少一表面的蒸發所導致該反射鏡上的污染，其中該加熱系統包含一或更多的控制裝置，其係配置用以根據至少部分來自一配置用於測量該反射鏡之溫度的溫度感測器的一或更多訊號，調整流入該反射鏡之該流體的溫度。
  2. 如申請專利範圍第1項的熱處理系統，其中該加熱系統係配置用以加熱該反射鏡至約100℃或更高的溫度。
  3. 如申請專利範圍第1項的熱處理系統，其中該加熱系統係能夠加熱該反射鏡至約150℃的溫度。
  4. 如申請專利範圍第1項的熱處理系統，其中該加熱系統包括一加熱器，其係被配置來加熱在一流體供應線內流動的流體，該流體供應線係被置配來供應流體至該反射鏡。
  5. 如申請專利範圍第4項的熱處理系統，其中該加熱器係被加以配置，以便加熱在一流體返回線內流動的流體，該流體 返回線係被配置用以接收從反射鏡而來的流體。
  6. 如申請專利範圍第4項的熱處理系統，其中該一或更多控制裝置係被配置用以控制該加熱器的操作。
  7. 如申請專利範圍第6項的熱處理系統，其中該一或更多控制裝置係加以配置，以便至少部分基於指示流體溫度的資料，控制加熱器的操作。
  8. 如申請專利範圍第6項的熱處理系統，其中該一或更多控制裝置係加以配置，以便至少部分基於指示該反射鏡溫度的資料，控制加熱器的操作。
  9. 如申請專利範圍第1項的熱處理系統，其中該一或更多控制裝置係加以配置，以便至少部分基於該反射鏡的該溫度，控制流經該流體冷卻系統之流體的流動。
  10. 一種降低一用於加熱一基板之熱處理系統中安置於室壁上之反射鏡的污染的方法，該方法包含：將該基板置於一支架板上；加熱該基板；執行一毫秒退火熱處理；使一流體流經該熱處理系統中安置於該室壁上的一反射鏡；決定相關聯於一或更多反射鏡或流體的溫度；及至少部分地基於該溫度，調整一或更多流經該反射鏡之該流體的特性，以達成一反射鏡溫度，其係足以降低毫 秒退火熱處理期間來自該基板至少一表面的蒸發所導致該反射鏡上的污染；其中調整一或更多流經該反射鏡之該流體的特性，包含至少部分基於來自配置用以測量該反射鏡之該溫度的一溫度感測器的一或更多訊號，調整流經該反射鏡之該流體的溫度。
  11. 如申請專利範圍第10項的方法，其中調整一或更多流經該反射鏡之流體的特性，包括加熱流經該反射鏡的該流體。
  12. 如申請專利範圍第10項的方法，其中該流體係使用一經配置用來加熱流入一流體供應線之流體的加熱器來加熱，該流體供應線係經配置以便供應流體至該反射鏡。
  13. 如申請專利範圍第12項的方法，其中該加熱器係加以配置，以便加熱流入一流體返回線的流體，該流體返回線係經配置而從該反射鏡來接收流體。
  14. 如申請專利範圍第10項的方法，其中調整一或更多流經該反射鏡之流體的特性，包括調整一流經該反射鏡之該流體的流動。
  15. 如申請專利範圍第14項的方法，其中調整一流經該反射鏡之該流體的流動，其包括：當相關聯於該反射鏡之溫度係大於一上臨界值時，開啟該流體的流動；及當相關聯於該反射鏡之溫度係小於一下臨界值時，關 閉該流體的流動。
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