專利名稱：用于旋轉基板的非徑向溫度控制系統的制作方法
技術領域：
本發明的實施例大致涉及處理半導體基板的設備與方法。具體而言，本發明的 實施例與快速熱處理腔室中的基板處理有關。
背景技術：
快速熱處(RTP)是半導體處理中的一種基板退火程序。在RTP期間，基板一 般是由靠近邊緣區域的支撐裝置予以支撐，并在受一個或更多個熱源加熱時由其加以旋 轉。在RTP期間，一般是使用熱輻射將受控制環境中的基板快速加熱至最大溫度(高達 約1350°C)，根據處理所需而使此最大溫度保持一段特定時間(從一秒以下至數分鐘)； 接著將基板冷卻至室溫以進行其它處理。一般會使用高強度鎢鹵素燈作為熱輻射源，也 可由傳導耦接至基板的加熱臺來提供額外熱能給基板。半導體制程中有多種RTP的應用，這些應用包括熱氧化、高溫浸泡退火、低溫 浸泡退火、以及尖峰退火。在熱氧化中，基板在氧、臭氧、或氧與氫的組合中進行加 熱，其使硅基板氧化而形成氧化硅；在高溫浸泡退火中，基板被暴露至不同的氣體混合 物(例如氮、氨、或氧)；低溫浸泡退火一般是用來退火沉積有金屬的基板；尖峰退火用 于當基板需要在非常短時間中暴露于高溫時，在尖峰退火期間，基板會被快速加熱至足 以活化摻質的最大溫度，并快速冷卻，在摻質實質擴散之前結束活化程序。RTP通常需要整個基板上實質均勻的溫度輪廓。在現有技術中，溫度均勻性可 通過控制熱源(例如激光、燈泡陣列)而提升，其中熱源經配置以在前側加熱基板，而在 背側的反射表面則將熱反射回基板。也已使用發射率測量與補償方法來改善整個基板上 的溫度梯度。由于半導體工業的發展，對于RTP中溫度均勻性的要求也隨之增加。在某些處 理中，從基板邊緣內2mm處開始具有實質上小之溫度梯度是重要的；特別是，可能需要 以溫度變化約1°C至1.5°C的條件來加熱基板達到介于約200°C至約1350°C。公知RTP系 統的情形是結合了可徑向控制區以改善沿著處理基板的半徑的均勻性；然而，不均勻性 會因各種理由而以各種態樣產生，不均勻性比較像是非徑向的不均勻性，其中在相同半 徑上不同位置處的溫度會有所變化。非徑向的不均勻性無法通過根據其半徑位置調整加 熱源而解決。圖1A-1D示意性說明了示例非徑向的不均勻性。在RTP系統中，通常使用邊緣 環在周圍附近支撐基板。邊緣環與基板重疊而在靠近基板邊緣處產生復雜的加熱情形。 一方面，基板在靠近邊緣處會具有不同的熱性質，這大部分是指經圖案化的基板、或絕 緣層上覆硅(SOI)基板。在另一方面，基板與邊緣環在邊緣附近重疊，因此難以通過單 獨測量與調整基板的溫度而在靠近邊緣處達到均勻的溫度輪廓；根據邊緣環的熱性質相 對于基板的熱與光學性質，基板的溫度輪廓一般在邊緣為高或在邊緣為低。圖IA示意性說明了在RTP腔室中處理的基板的一般溫度輪廓的兩種類型；垂直 軸代表在基板上所測量的溫度，水平軸代表離基板邊緣的距離。輪廓1是邊緣為高的輪廓，其中基板的邊緣具有最高的溫度測量值；輪廓1是邊緣為低的輪廓，其中基板的邊 緣具有最低的溫度測量值。要去除公知RTP系統狀態中的基板邊緣附近的溫度差異是很 困難的。圖IA是置于支撐環101上的基板102的示意性俯視圖。支撐環101沿中心(一 般與整個系統的中心一致)旋轉，基板102的中心需與支撐環101的中心對齊，然而，基 板102可能會基于各種理由而未與支撐環101對齊。當熱處理的需求增加時，基板102 與支撐環101之間微小的不對齊都會產生如圖IB所示的不均勻性。在尖峰處理中，Imm 的移位會產生約30°C的溫度變化。公知熱處理系統的狀態是具有約0.18mm的基板放置 精確度，因此其因對齊限制所導致的溫度變化約為5°C。圖IB是該基板102于熱處理期間的示意溫度圖，其中基板102未與支撐環101 對齊。基板102通常沿著邊緣區105具有高溫區103與低溫區104兩者。圖IC是基板107在快速熱處理期間的示意溫度圖。基板107具有沿著水平方向 106的溫度梯度。圖IC所示的溫度梯度會因各種理由而產生，例如離子植入、腔室不對 稱性、固有基板特性以及制程組的變化性。圖ID是經圖案化的基板108的示意溫度圖，該基板108具有由與基板108不同 的材料所形成的表面結構109。線111是基板108在整個直徑上的溫度輪廓。溫度會產 生變化是因為表面結構109的特性與基板108不同。由于熱處理中的大部分基板都具有 形成于其上的結構，因此由局部圖案所產生的溫度變化是常見的現象。故，需要一種用在RTP中以減少非徑向的溫度不均勻性的設備與方法。
發明內容
本發明的實施例提供了一種在熱處理期間減少不均勻性的設備與方法。特別 是，本發明的實施例提供了用于減少熱處理期間非徑向的不均勻性的設備與方法。本發明的實施例提供了一種用于處理基板的設備，其包括腔室主體，其限定 處理容積；基板支撐件，其置于該處理容積中，其中該基板支撐件被配置以旋轉該基 板；傳感器組件，其被配置以測量該基板在多個位置處的溫度；以及一個或更多個脈沖 加熱組件，其被配置以對該處理容積提供脈沖式能量。本發明的另一實施例提供了一種用于處理基板的方法，包括放置基板在基板 支撐件上，該基板支撐件被置于處理腔室的處理容積中；旋轉該基板；以及通過將輻射 能量導向該處理容積來加熱該基板，其中該輻射能量的至少一部分是脈沖式能量，其頻 率由該基板的轉速所決定。本發明的又一實施例提供了一種熱處理腔室，包括腔室主體，其具有由數個 腔室壁、石英窗與反射板限定的處理容積，其中該石英窗與該反射板被置于該處理容積 的相對側上；基板支撐件，其置于該處理容積中，其中該基板支撐件被配置以支持并旋 轉基板；加熱源，其置于該石英窗外部，并配置以將能量經由該石英窗導向該處理容 積，其中該加熱源包括多個加熱組件，且這些加熱組件中的至少一部分是被配置以對該 處理容積提供脈沖式能量的脈沖加熱組件；傳感器組件，其通過該反射板設置，并經配 置以測量該處理容積中沿著不同半徑位置處的溫度；以及系統控制器，其被配置以調整 來自該加熱源的脈沖式能量的頻率、相位與振幅中至少一者。
參照描述了本發明一部分實施例的附圖，即可進一步詳細了解本發明的上述特 征與詳細內容。然而，應注意附圖僅說明了本發明的一般實施例，本發明還涵蓋其它等 效實施例，因而附圖不應視為構成對其范圍的限制。圖IA是于熱處理期間置于支撐環上的基板的示意俯視圖。圖IB是熱處理期間的基板示意溫度圖，該溫度圖顯示因未對齊而產生的非徑向 的不均勻性。圖IC是熱處理期間的基板示意溫度圖，該溫度圖顯示整個基板的溫度梯度。圖ID是經圖案化的基板的示意截面側視圖以及整個直徑上的溫度輪廓，其顯示 了因圖案所產生的變化。圖2為根據本發明的一個實施例的熱處理腔室的示意截面側視圖。圖3為基板的示意俯視圖，其根據本發明的一個實施例而描述了一種取得溫度 圖的方法。圖4為根據本發明的一個實施例的加熱源的示意圖，該加熱源具有脈沖區與脈 沖加熱組件。圖5為示意流程圖，其說明了根據本發明的一個實施例的基板處理方法。圖6A是示意圖表，其說明在一個相位的脈沖式激光加熱源的作用。圖6B是示意圖表，其說明在一個相位的脈沖式激光加熱源的作用。圖6C是示意圖表，其說明在一個相位的脈沖式激光加熱源的作用。圖6D是示意圖表，其說明在一個相位的脈沖式激光加熱源的作用。圖6E-6F示意說明了通過激光加熱源的相位與振幅調整來改善均勻性。圖7A為具有三個脈沖區的燈泡組件的示意俯視圖。圖7B示意說明了在相應于基板中間區附近的脈沖燈泡區的作用。圖7C示意說明了在相應于基板邊緣區附近的脈沖燈泡區的作用。圖7D示意說明了在相應于基板邊緣區外部附近的脈沖燈泡區的作用。圖7E是示意圖表，其說明了調整相應于基板邊緣區外部附近的脈沖區中燈泡的 相位與振幅的熱處理。圖8為根據本發明實施例的熱處理腔室的示意截面側視圖。圖9為根據本發明實施例的熱處理腔室的示意截面側視圖。圖IOA為具有方格板圖案的測試基板的示意俯視圖。圖IOB為示意圖表，其說明了對圖IOA的基板所執行的熱處理。圖IOC為示意圖表，其說明了在加熱基板的經圖案化側的熱處理期間，測試基 板整個直徑上的溫度輪廓。圖IOD為示意圖表，其說明了在加熱基板的非圖案化側的熱處理期間，測試基 板整個直徑上的溫度輪廓。為幫助了解，附圖中盡可能使用一致的組件符號來代表相同的組件。但是一個 實施例中的組件也可用于其它實施例，不需特別加以說明。
具體實施例方式本發明的實施例提供了減少熱處理期間不均勻性的設備與方法。特別是，本發 明的實施例提供了減少熱處理期間非徑向的不均勻性的設備與方法。本發明的一個實施例提供了一種具有一個或更多個脈沖加熱組件的熱處理腔 室。本發明的一個實施例提供了一種通過調整該一個或更多個脈沖加熱組件的功率源頻 率、相位與振幅中至少一者以減少不均勻性的方法。在一個實施例中，調整功率源的相 位及/或振幅是以由基板旋轉頻率所決定的頻率加以執行。在一個實施例中，功率源的 頻率與基板的旋轉頻率相同。在一個實施例中，功率源的相位是由得自多個傳感器之溫 度圖所決定。在一個實施例中，熱處理腔室包括多個加熱組件，其分組成一個或更多個方位 角控制區。在實施例中，各方位角控制區包括一個或更多個加熱組件，其可通過調整功 率源的相位及/或振幅而加以控制。在另一實施例中，除主加熱源外，熱處理腔室還包括一個或更多個輔助加熱組 件。在一個實施例中，該一個或更多個輔助加熱組件可通過調整其功率源的相位及/或 振幅而加以控制。本發明的另一實施例提供了一種熱處理腔室，其包括加熱源，該加熱源被配置 以加熱處理基板的背側。在熱處理期間從背側加熱基板可減少因基板圖案而引起的不均 勻性。圖2示意性說明了根據本發明的一個實施例的快速熱處理系統10的截面圖。快 速熱處理系統10包括腔室主體35，其限定了處理容積14，處理容積14被建構用于對其 中的碟形基板12進行退火。腔室主體35由不銹鋼制成且襯以石英。處理容積14被配 置以被加熱燈泡組件16輻射加熱，該加熱燈泡組件16被置于該快速熱處理系統10的石 英窗18上。在一個實施例中，石英窗18為水冷式。在腔室主體35的一側形成有狹縫閥30，其提供通道供基板12進入處理容積 14。進氣口 44連接至氣體來源45以對處理容積14提供處理氣體、清除氣體及/或清潔 氣體。真空泵13通過出口 11而流體連接至處理容積14，以抽送出處理容積14之外。圓形通道27形成于靠近腔室主體35底部處，在圓形通道27中布置有磁性轉子 21。管狀升降器39停置在磁性轉子21上或與其耦接。基板12受該管狀升降器39上的 邊緣環20支撐于周圍邊緣。磁性定子23位于磁性轉子21外部，并通過腔室主體35磁 性耦接，以誘發磁性轉子21的旋轉，因而帶動邊緣環20與支撐于其上的基板12旋轉。 磁性定子23也可配置以調整磁性轉子21的升降，由此抬升處理基板12。腔室主體35可包括靠近基板12背側的反射板22，反射板22具有光學反射表面 28，其面向基板12的背側以提升基板12的發射率。在實施例中，反射板22為水冷式。 反射表面28與基板12的背側限定了反射腔15。在一個實施例中，反射板22的直徑略大 于受處理基板12的直徑。舉例而言，當快速熱處理系統10被配置以處理12英寸的基板 時，反射板22的直徑為約13英寸。清除氣體通過與清除氣體來源46連接的清除進氣口 48而提供至反射板22。注 入反射板22的清除氣體有助于反射板22的冷卻，特別是在靠近未將熱反射回基板12的 孔洞25處。
在一個實施例中，外環19耦接于腔室主體35與邊緣環20之間，以隔離反射腔 15與處理容積14。反射腔15與處理容積14具有不同的環境。加熱燈泡組件16包括加熱組件陣列37。加熱組件陣列37可以是UV燈、鹵素 燈、激光二極管、電阻式加熱器、微波驅動加熱器、發光二極管(LEDs)、或任何其它適 當的單獨或組合加熱組件。加熱組件陣列37被置于反射主體43中所形成的垂直孔洞中。 在一個實施例中，加熱組件37被排列為六邊形。在反射主體43中形成有冷卻通道40， 冷卻劑(例如水)會從入口 41進入反射主體43，毗鄰通過垂直孔洞而冷卻加熱組件陣列 47，然后從出口 42離開反射主體43。加熱組件陣列37被連接至控制器52，其可調整加熱組件陣列37的加熱作用。 在一個實施例中，加熱組件陣列37被分為多個群組以通過多個同心圓區來加熱基板12。 每個加熱群組都可獨立控制以于基板12的整個半徑上提供所需溫度輪廓。在一個實施例中，加熱燈泡組件16包括一個或更多個區域群組57與一個或更多 個脈沖群組53。各區域群組57被連接至功率源55，且可獨立加以控制。在一個實施 例中，提供至各區域群組57的功率源的振幅可被獨立控制以調整導至對應區域的輻射能 量。各脈沖群組53分別包括一個或更多個加熱組件37，且其連接至可通過相位及/或振 幅而加以控制的功率源54。功率源54的相位可經調整以控制導向徑向區的區段的輻射能 量。圖4是示意圖，其說明將圖2的加熱燈泡組件16分組的實施例。加熱燈泡組件 16的加熱組件分組成彼此同心的多個區域群組57。各區域群組57包括多個加熱組件。 在加熱燈泡組件16中也形成有一個或更多個脈沖群組53。各脈沖群組53包括一個或更多個加熱組件。在實施例中，脈沖群組53相應于 不同半徑位置而形成。在圖4的實施例中，各脈沖群組53具有相同半徑涵蓋范圍的對應 區域群組57。在一個實施例中，脈沖群組53中的加熱組件可在不同于對應區域群組57中加熱 組件的相位而驅動，因而能夠在處理基板旋轉時，調整導向半徑涵蓋范圍不同位置處的
輻射能量。在另一實施例中，區域群組57中的加熱組件對旋轉基板的整個半徑區域提供了 固定的能量等級，而脈沖區域53中的加熱組件的能量等級是脈沖式、且隨旋轉基板的半 徑區域中的區域而改變。通過調整脈沖群組53的能量等級脈沖的相位與振幅，即可調整 旋轉基板的半徑區域內的不均勻性。脈沖群組53可沿著相同的半徑而形成，并對齊以形成圓形區段，如圖4所示。 脈沖群組53也可散開于不同的方位角，以更有彈性地加以控制。再次參閱圖2，功率源55與功率源54被連接至控制器52，其可原位(in_situ)取 得基板溫度圖，并根據所得溫度圖來調整功率源55、56。快速熱處理系統10還包括多個熱探針24，其被配置以測量基板12不同半徑位 置處的熱性質。在一個實施例中，所述多個熱探針24為多個高溫計，其光學地耦接于并 置于形成于反射板22中的多個孔洞25內，以偵測基板12不同半徑部分的溫度或其它熱 性質。所述多個孔洞25沿著半徑而放置(如圖2所示)，或位于不同半徑處(如圖4所 示)°
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在以特定頻率取樣時，所述多個熱探針24可用以取得基板12在處理期間的溫度 圖，因此各探針24可在基板12旋轉的不同時間對基板12的不同位置進行測量。在一個 實施例中，此特定頻率高于基板旋轉的頻率數倍，因此當基板12轉完整圈時，各探針24 可對圈上均勻分布的位置進行測量。圖3是根據本發明的一個實施例的基板的示意俯視圖，其示出了取得溫度圖的 方法。圖5是基板12的示例圖，其顯示當基板以4Hz旋轉并以IOOHz進行數據取樣時， 基板上獲得溫度數據處的位置。可以獲得整個基板12上的溫度圖。再次參照圖2，熱處理系統10包括一個或更多個輔助加熱源51，其被配置以于 處理期間加熱基板12。與脈沖群組53類似的是，輔助加熱源51被連接至功率源56，其 可調整相位及/或振幅而加以控制。輔助加熱源51被配置以通過沿對應圓形區域，對較 低溫位置施加比較高溫位置更多的輻射能量，來減少溫度不均勻性。在一個實施例中，輔助加熱源51被置于加熱燈泡組件16的相對側上。各輔助 加熱源51與脈沖群組53可獨立或結合使用。在一個實施例中，該輔助加熱源51是輻射源，其在探針24的帶寬中不產生輻 射。在另一實施例中，孔洞25是從輔助加熱源被遮蔽，因此探針24不會受來自輔助加 熱源51的輻射的影響。在一個實施例中，輔助加熱源51為激光(例如二極管激光、紅 寶石激光、CO2激光或其它)二極管、或線發光體(lineemitter)。在一個實施例中，輔 助加熱源51可設置在處理腔室外部，且來自輔助加熱源51的能量經由光纖、導光管、鏡 體、或全內反射棱鏡而導向該處理容積。圖5示出了根據本發明的一個實施例用于處理基板的方法200的示意流程圖。方 法200被配置以減少不均勻性，包括徑向的不均勻性與非徑向的不均勻性。在一個實施 例中，方法200使用根據本發明實施例的熱處理系統來被執行。在方塊210中，待處理的基板被置于熱處理腔室中，例如圖2所示的熱處理系統 10。在一個實施例中，可通過在邊緣環上的機械裝置來放置基板。在方塊220中，基板在熱處理腔室內被旋轉。在方塊230中，基板由加熱源進行加熱，該加熱源具有一個或更多個脈沖組 件，其可由相位或振幅其中一者加以調整。示例脈沖組件為圖2的輔助加熱源51與脈沖 群組53。在方塊240中，基板的溫度可利用多個傳感器加以測量，例如熱處理系統10的 探針24。當基板旋轉時，可通過使用特定取樣速率來測量多個位置。在方塊250中，可從方塊240的測量產生基板溫度圖。在一個實施例中，溫度 圖由控制器中的軟件產生，例如圖2中的控制器52。在方塊260中，可由方塊250中所得的溫度圖來決定溫度不均勻性的特性。這 些特性為整體變化、與加熱區相應之區域間的變化、加熱區內的變化(例如具有高與低 溫度的角度)等。在步驟270中，可調整一個或更多個脈沖組件的相位及/或振幅以減少溫度變 化。詳細的調整根據下述圖6A-6E與圖7A-7E來說明。方塊230、240、250、260與270可重復執行，直到完成處理為止。圖6A是顯示脈沖式激光加熱源303的作用的示意圖表，脈沖式激光加熱源303被配置以將輻射能量導向基板304a的邊緣區域。基板304a由主加熱源(例如圖2所示 的加熱燈泡組件16)以及脈沖式激光加熱源303加熱。加熱源303與圖2的輔助加熱源 51相似。線301說明了基板304a相對于加熱源303的旋轉角，曲線302a說明了供應至 加熱源303的功率。供應至加熱源303的功率具有與基板304a旋轉頻率相同的頻率，因此，當基板 旋轉時，最高的功率等級會重復導向位置307a，該位置307a與加熱源303開始旋轉前呈 90度。相同的，最低的功率等級會重復導向位置305a，該位置305a與加熱源303呈270度。因此，供應至加熱源303的功率被調整使得當低溫位置通過加熱源303時達到其 峰值，以對該低溫位置提供額外加熱。雖然本文中說明了供應至加熱源303的功率為正弦脈沖，但也可使用任何適當 的脈沖。此外，供應至加熱源303的功率的頻率也可與旋轉頻率不同。舉例而言，功率 頻率可為旋轉頻率的分數比，例如一半、三分之一、或四分之一，以實現所需用途。圖6B是顯示脈沖式激光加熱源303的作用的示意圖表，脈沖式激光加熱源303 被配置以在加熱源啟動于功率302b時將輻射能量導向基板304b。最高功率等級被重復導 向位置307b，該位置307b與加熱源303開始旋轉前呈180度。類似的，最低功率等級被 重復導向位置305b，該位置305b與加熱源303呈0度。圖6C是顯示脈沖式激光加熱源303的作用的示意圖，脈沖式激光加熱源303被 配置以在加熱源啟動于功率302c時將輻射能量導向基板304c。最高功率等級被重復導向 位置307c，該位置307c與加熱源303開始旋轉前呈270度。類似的，最低功率等級被重 復導向位置305c，該位置305c與加熱源303呈90度。圖6D是顯示脈沖式激光加熱源303的作用的示意圖，脈沖式激光加熱源303被 配置以在加熱源啟動于功率302d時將輻射能量導向基板304d。最高功率等級被重復導向 位置307d，該位置307d與加熱源303開始旋轉前呈0度。類似的，最低功率等級被重復 導向位置305d，該位置305d與加熱源303呈180度。圖6E-6F示意說明了通過調整激光加熱源的相位與振幅的均勻性的改善。如圖 6E所示，在未調整激光加熱源的相位與振幅時，沿著處理基板邊緣處會有非徑向的不均 勻性。圖6F示意說明了經相位與振幅調整的處理基板的溫度圖，其非徑向的不均勻性通 過調整激光加熱源的相位而實質降低。圖7A是加熱燈泡組件16a的示意俯視圖，其具有三個脈沖區51a、51b、51c。 脈沖區51a包括多個加熱組件37a，其置于相應于基板邊緣外部區域的區域上。各脈沖 區51a、51b、51c中的加熱組件通過調整對應功率源的相位與振幅，獨立于加熱燈泡組件 16a中的其它加熱組件而控制。脈沖區51b包括多個加熱組件37a，其置于與靠近基板邊 緣的區域對應的區域上。脈沖區51c包括多個加熱組件，其置于與靠近基板中間的區域 對應的區域上。燈泡組件16a被用于圖2的熱處理系統10中。圖7B示意說明了脈沖區51c的作用。如圖7B所示，調整脈沖區51c的相位可 改變基板的中間區域內的溫度變化。圖7C示意說明了脈沖區51b的作用。如圖7C所示，調整脈沖區51b的相位可改變基板的邊緣區域內的溫度變化。圖7D示意說明了脈沖區51a的作用。如圖7D所示，調整脈沖區51a的相位可 改變基板的斜邊邊緣區域內的溫度變化。圖7E為顯示調整圖7A脈沖區51a的相位與振幅的熱處理示意圖。在處理期間， 基板是以4Hz的頻率加以旋轉。使用對應于基板中央至邊緣的七個高溫計，以IOOHz的 取樣頻率測量溫度。此熱處理像是尖峰退火，其具有高升溫與降溫率。曲線321反應了基板的旋轉周期。曲線322反應了供應至脈沖區51a的功率的 相位與振幅。曲線323反應了供應至非位在脈沖區51a中的加熱組件37a的功率。曲線 325指示了不同傳感器在不同位置處所測量的溫度。曲線324指示了在處理期間支持基板 的邊緣環的溫度。脈沖功率的振幅與主功率同步，這種配置使主加熱裝置與脈沖區使用相同的功
率供應。圖8是根據本發明的一個實施例的熱處理系統IOb的示意截面側視圖。熱處理 系統IOb與熱處理系統10相似，除了加熱燈泡組件16位于腔室主體35的底側上，而反 射板27位于腔室頂部上。熱處理系統IOb的配置使基板可由加熱燈泡組件16自背側加熱。基板12需要面 向上方以將經圖案化一側暴露于傳送至處理容積14的處理氣體。使用熱處理系統IOb的 背側加熱降低了因組件側上的圖案而產生的溫度變化。圖10A-10D說明了背側加熱的優
點ο圖IOA是具有方格板圖案的測試基板401的示意俯視圖。區塊402覆以1700埃 的氧化硅。區塊403覆以570埃的多晶硅。圖IOB是顯示對圖IOA的測試基板所執行的熱處理的示意圖。線404說明了加 熱組件的平均溫度。線405說明了基板的平均溫度。在熱處理期間氧是流動的，因此氧 化硅系形成于基板的背側。基板背側產生的氧化硅的厚度反應了基板的溫度。圖IOC為曲線406的示意圖，其說明了當測試基板從經圖案化一側加熱時，測試 基板背側的氧化硅厚度。氧化硅厚度的變化反應了基板溫度的變化。溫度的變化則受到 圖案的極大影響。圖IOD為曲線407的示意圖，其說明了通過加熱基板的非圖案化一側(例如使用 類似于圖8的熱處理系統IOb的熱處理系統)的熱處理期間，測試基板整個直徑上的氧化
硅厚度。根據本發明的溫度控制方法也可延伸至控制邊緣環的溫度，該邊緣環被配置以 于處理期間支撐基板。圖9是根據本發明實施例的熱處理腔室10。的示意截面側視圖。除了熱處理腔 室IOe還包括邊緣環20的傳感器、加熱與冷卻裝置之外，該熱處理腔室IOe與熱處理腔室 IOb相似。邊緣環20被設計以根據待處理的基板12的熱性質而具有如熱質量、發射率與吸 收率等熱性質，以改善基板溫度輪廓。邊緣環20的熱性質可通過選擇不同材料、不同厚 度與不同涂層而調整。在一個實施例中，主要被配置用以加熱邊緣環20的邊緣環加熱裝置61，被置于加熱燈泡組件16的加熱組件陣列37外部。邊緣環加熱裝置61被連接至控制器52，其調 整邊緣環加熱裝置61的加熱功率62。邊緣環加熱裝置61可獨立于加熱組件陣列37而控 制，因此邊緣環20的溫度獨立于基板12的溫度而控制。熱處理系統IOc還包括邊緣環熱探針63，其耦接至且置于靠近邊緣環20處反射 板22上的孔洞32中。邊緣環熱探針63是高溫計，其被配置以測量邊緣環20的溫度或 其它熱性質。邊緣環熱探針63與控制器52連接，控制器52連接至邊緣環加熱裝置61。熱處理系統IOc還包括輔助加熱源67，其被配置以調整邊緣環20的非徑向的溫
度變化。氣體噴嘴65可被布置靠近邊緣環20處以冷卻邊緣環20。在一個實施例中，氣 體噴嘴65共享相同的清除氣體來源66。氣體噴嘴65導向邊緣環20并放出冷卻氣體(例 如氦氣)以冷卻邊緣環20。氣體噴嘴65通過閥68而連接至氣體來源66，閥68由控制 器52控制。因此，控制器52包括邊緣環20的封閉回路的溫度控制中氣體噴嘴66的冷 卻作用。自傳感器63的測量可以類似于使用探針24產生基板12的溫度圖的方式，而產 生邊緣環20的溫度圖。可使用例如方法200的方法來調整邊緣環加熱裝置61及/或輔 助加熱源67的相位及/或振幅，以減少邊緣環20中的不均勻性。此外，自氣體噴嘴65 的流率根據邊緣環20的旋轉角度而調整，以提供可調整的冷卻。雖然本文中說明了半導體基板的處理，本發明的實施例也可用于任何適當情形 以控制受熱處理的對象的溫度。本發明的實施例也可用于控制冷卻設備中的冷卻處理。前述雖與本發明的實施例有關，也可在不背離其基本范圍的前提下獲得本發明 的其它實施例，所述基本范圍由所附權利要求限定。
權利要求
1.一種用于處理基板的設備，其包括 腔室主體，其限定處理容積；基板支撐件，其置于該處理容積中，其中該基板支撐件被配置以旋轉該基板； 傳感器組件，其被配置以測量該基板在多個位置的溫度；以及 一個或更多個脈沖加熱組件，其被配置以對該處理容積提供脈沖式能量。
2.如權利要求1所述的設備，還包括主加熱源，其被配置以對該處理容積提供能量。
3.如權利要求2所述的設備，還包括系統控制器，其被配置以調整該一個或更多個脈 沖加熱組件的頻率、相位與振幅中至少一者，并調整對該主加熱源的功率級，其中，該 控制器被配置以使用該傳感器組件而產生在該基板支撐件上旋轉的基板的溫度圖，并根 據該溫度圖調整該一個或更多個脈沖加熱組件以及該主加熱源。
4.如權利要求3所述的設備，其中該主加熱源包括多個加熱組件，這些加熱組件被分 組成多個同心加熱區，各個同心加熱區系經獨立控制，且該一個或更多個脈沖加熱組件 被置于一個或更多個同心加熱區內。
5.如權利要求3所述的設備，其中該一個或更多個脈沖加熱組件被分組成一個或更多 個方位角控制區。
6.如權利要求2所述的設備，還包括輔助加熱源，其被配置以對該處理容積提供脈沖 式能量，其中該脈沖式能量的頻率、相位、或振幅為可調整。
7.如權利要求6所述的設備，其中該基板支撐件包括邊緣環，其被配置以于靠近邊緣 區域處支撐基板，且該輔助加熱源被配置將能量導向該邊緣環。
8.如權利要求6所述的設備，其中該主加熱源與該一個或更多個脈沖加熱組件被置于 該容積的第一側上，且該輔助加熱源被置于該處理容積的相對側上，該主加熱源與該一 個或更多個脈沖加熱組件被配置以將能量導向被處理的基板的背側，且該輔助加熱源被 配置以將能量導向該基板的前側。
9.一種用于處理基板的方法，其包括以下步驟放置基板在基板支撐件上，該基板支撐件被置于處理腔室的處理容積中； 旋轉該基板；以及通過將輻射能量導向該處理容積來加熱該基板，其中該輻射能量的至少一部分是脈 沖式能量，其頻率由該基板的轉速來決定。
10.如權利要求9所述的方法，其中加熱該基板包括 從主加熱源將非脈沖式能量導向該處理容積；以及 從一個或更多個脈沖加熱組件將脈沖式能量導向該處理容積。
11.如權利要求10所述的方法，其中該主加熱源包括多個同心區，其各自可獨立加以 控制，并且該一個或更多個脈沖加熱組件被分組成一個或更多個方位角控制區。
12.如權利要求10所述的方法，還包括 測量該基板在多個位置的溫度；以及根據溫度測量來調整該一個或更多個脈沖加熱組件的頻率、相位與振幅中至少一者。
13.如權利要求10所述的方法，還包括在加熱該基板的同時從輔助加熱源加熱支撐該 基板的邊緣區域的邊緣環，其中該輔助加熱源被配置以對該處理容積提供脈沖式能量；當該邊緣環旋轉時，測量該邊緣環上不同位置的溫度；以及根據測量的邊緣環溫度，調整該輔助加熱源的頻率、相位與振幅中至少一者。
14.一種熱處理腔室，其包括腔室主體，其具有由數個腔室壁、石英窗與反射板限定的處理容積，其中該石英窗 與該反射板被置于該處理容積的相對側上；基板支撐件，其置于該處理容積中，其中該基板支撐件被配置以支持并旋轉基板；加熱源，其置于該石英窗外部，并配置以將能量經由該石英窗導向該處理容積，其 中該加熱源包括多個加熱組件，且這些加熱組件中的至少一部分是被配置以對該處理容 積提供脈沖式能量的脈沖加熱組件；傳感器組件，其通過該反射板設置，并被配置以測量該處理容積中沿著不同半徑位 置的溫度；以及系統控制器，其被配置以調整來自該加熱源的脈沖式能量的頻率、相位與振幅中至 少一者，其中該加熱源的所述多個加熱組件被分組成多個同心區，且這些脈沖加熱組件被分 組成一個或更多個方位角控制區。
15.如權利要求14所述的熱處理腔室，還包括輔助加熱組件，其被配置以將脈沖式能 量導向支持該基板的邊緣環。
全文摘要
本發明的實施例提供了降低熱處理期間不均勻性的設備與方法。一個實施例提供了種處理基板的設備，包括腔室主體，其限定處理容積；基板支撐件，其置于該處理容積中，其中該基板支撐件被配置以旋轉該基板；傳感器組件，其被配置以測量該基板在多個位置處的溫度；以及一個或更多個脈沖加熱組件，其被配置以對該處理容積提供脈沖式能量。
文檔編號H01L21/683GK102017101SQ200980115810
公開日2011年4月13日 申請日期2009年5月1日 優先權日2008年5月2日
發明者亞倫·亨特, 沃爾夫岡·R·阿得厚德, 約瑟夫·R·拉尼什 申請人:應用材料公司