使用紅外線攝影機的低溫快速熱處理控制的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明的實施方式一般關于用于處理基板(諸如半導體基板)的快速熱處理腔室中的視覺反饋。
【背景技術】
[0002]快速熱處理腔室其中包含多個燈，所述燈用于在允許所述基板冷卻前，將基板快速地加熱至所需溫度。需要橫越基板的均勻加熱，以確保基板間的均勻性，以及橫越單個基板的均勻處理。通常，利用多個高溫計量測基板加熱均勻性，所述高溫計被導向以在橫越所述基板表面的多個點上量測基板溫度。然而，所述高溫計僅提供基板溫度的點量測，且加熱均勻性必須從此有限數量的高溫計量測推斷。此外，空間上和成本上不允許將高溫計增加至足以提供準確、整體的基板溫度均勻性指示的數量。
[0003]因此，存在對用于監控基板溫度均勻性的改進的方法及裝置的需求。
【發明內容】
[0004]本發明的實施方式一般關于用于在處理腔室(諸如RTP腔室)中監控基板溫度均勻性的方法及裝置。基板溫度的監控利用耦合至具有廣角透鏡的探頭的紅外線攝影機。所述廣角透鏡被定位于所述探頭中并利用彈簧固定，且所述廣角透鏡能夠承受高溫處理。所述廣角透鏡促成了在單一圖像中觀察所述基板的實質上整個表面。所述基板的所述圖像可與參考圖像比較，以促成燈的調整，若必要的話，以產生所述基板的均勻加熱。
[0005]—個實施方式中，處理腔室包括腔室主體，設置于所述腔室主體中的燈陣列，設置于所述腔室主體上的蓋，設置穿過所述腔室蓋中的開口的探頭，所述探頭在所述探頭的第一端具有廣角透鏡陣列，及耦合至所述探頭的第二端的紅外線攝影機。
[0006]另一個實施方式中，在處理腔室中監控燈性能的方法包括利用紅外線攝影機與廣角透鏡陣列拍攝(capture)處理腔室內的基板的圖像、將所述拍攝的圖像傳輸至控制單元，并將所述拍攝的圖像與參考圖像比較以確定所述基板是否具有所需溫度均勻性。
[0007]另一個實施方式中，處理腔室包括腔室主體;設置于所述腔室主體中的燈陣列;設置于所述腔室主體上的蓋;設置穿過所述腔室蓋中的開口的探頭，所述探頭在所述探頭的第一端具有廣角陣列，其中所述探頭包括外殼及彈簧定位于其中，且其中所述廣角透鏡陣列包括多個透鏡;及耦合至所述探頭的第二端的攝影機。
【附圖說明】
[0008]通過參考實施方式(一些實施方式在附圖中說明)，可獲得在上文中簡要總結的本發明的更具體的說明，而能詳細了解上述的本發明的特征。然而應注意，附圖僅說明本發明的典型實施方式，因而不應將這些附圖視為限制本發明的范圍，因為本發明可容許其它等效實施方式。
[0009]圖1A及圖1B為依據本發明的一個實施方式的處理腔室的示意圖。
[0010]圖2為依據本發明的一個實施方式的探頭的剖面示意圖。
[0011]圖3A繪示耦合至攝影機的光學組件的探頭。
[0012]圖3B繪示依據本發明的另一個實施方式的廣角透鏡組件。
[0013]圖4繪示依據本發明的一個實施方式的監控燈性能的方法的流程圖。
[0014]圖5繪示由本發明的紅外線攝影機拍攝的基板的圖像。
[0015]為了助于理解，已盡可能使用相同的附圖標記指定各圖共有的相同元件。應考慮一個實施方式的元件與特征可有利地并入其它實施方式而無需進一步說明。
【具體實施方式】
[0016]本發明的實施方式一般關于用于在處理腔室(諸如RTP腔室)中監控基板溫度均勻性的方法及裝置。利用耦合至具有廣角透鏡的探頭的紅外線攝影機監控基板溫度。所述廣角透鏡定位于所述探頭內并利用彈簧固定，且所述廣角透鏡能夠承受高溫處理。所述廣角透鏡促成了在單一圖像中觀察所述基板的實質上整個表面。所述基板的所述圖像可與參考圖像比較，以促成燈調整，若必要的話，以產生所述基板的均勻加熱。
[0017]圖1A及圖1B為依據本發明一個實施方式的處理腔室端點示意圖。處理腔室100可為快速熱處理(RTP)腔室，所述快速熱處理腔室可從加利福尼亞州圣克拉拉(Santa Clara,California)的應用材料公司取得。處理腔室100包含主體102，所述主體由，舉例而言，不銹鋼或鋁所形成，且所述主體適于在其上支撐腔室蓋104。處理區域106定義于腔室主體102與腔室蓋104之間。基板支撐件109定位于腔室主體102內的處理區域106的下部分。基板支撐件109適于在處理腔室100內處理時于其上支撐基板，諸如半導體基板。基板支撐件109可由透光材料形成，諸如石英，以促成利用光輻射的基板108的所述加熱。
[0018]氣室110耦合至腔室主體102且適于在處理時提供并移除一或更多個處理氣體至/離開處理區域106。一個范例中，第一氣室110可適于將處理氣體提供至處理區域106，而第二氣室110可適于從處理區域106移除反應副產物及未反應的處理氣體。通過氣室110進入處理腔室100的處理氣體在進入處理區域106前導引經過預熱環112。預熱環112可由碳化硅或石墨而形成，且所述預熱環在提供邊緣保護給基板108的同時促成了所述處理氣體的加熱。預熱環112包含設置于穿透中央的圓形開口。為了在處理時覆蓋基板108的所述邊緣，所述開口的直徑小于基板108，諸如大約小于I毫米至大約小于10毫米。因此，預熱環112也可作用為夾環。預熱環112可致動于處理位置(如圖1A中所示)與所述處理位置上方的提升位置之間，所述提升位置促成基板108從處理腔室100移除。
[0019]處理腔室100也包含燈陣列114，所述燈陣列設置于腔室主體102的下部分中。燈陣列114包含多個以緊密堆積(closepacked)的六邊形陣列安排的燈116，諸如白熾燈。燈陣列114可細分為可獨立控制的燈116的區域。燈陣列114適于將光輻射導向基板108，以快速地將基板108的溫度提升至所需的處理溫度。舉例而言，基板108可從大約攝氏20度加熱至大約攝氏800度或大約攝氏1200度，以在基板108上執行退火處理。另一個范例中，基板108可加熱至小于大約攝氏400度或小于大約攝氏300度的溫度。
[0020]蓋104包含設置于所述蓋的下表面上的反射板118，所述下表面相鄰于所述處理區域106。反射板118適于將光輻射反射回基板108的所述上表面以提供基板108更有效的加熱并促成蓋104的溫度控制。為了進一步促成蓋104的溫度控制，蓋104包含形成于冷卻主體121中的冷卻通道120，以允許冷卻流體流過所述蓋以通過熱交換器(未顯示)從蓋104移除熱。
[0021]蓋104包含穿過所述蓋的開口，以容納探頭122。容納探頭122的所述開口可相對于基板108與燈陣列114而設置于中央，或可從其中央偏離。探頭122在其內包含光學元件以促成將所述內部腔室空間的圖像，舉例而言，基板108的上表面的圖像，傳輸至諸如紅外線(IR)攝影機的攝影機124。廣角透鏡123(例如“魚眼”透鏡)設置于探頭122的下端上。廣角透鏡123可具有大約160度至大約170度的視角，諸如大約163度以促成基板108實質上整個所述上表面，或至少不被預熱環或夾環覆蓋的基板108的部分的觀察。所述探頭可由，舉例而言，鋁或其合金所形成。
[0022]探頭122穿過反射板118和冷卻主體121而設置，且探頭122促成攝影機124的圖像拍攝。探頭122通過支架126固定到位，所述支架耦合至蓋104的上表面。密封件128環繞探頭122而設置于探頭122與支架126之間以減輕處理氣體從處理區域106的泄漏。所述探頭可具有大約2英寸至大約I英尺的長度，舉例而言，大約5英寸至大約7英寸，以將攝影機124遠離處理區域106，從而使攝影機124經受較少的熱，因此減少攝影機124熱相關損壞的可能性。
[0023]攝影機124適于拍攝基板108的圖像并將所述圖像傳輸至控制單元130。控制單元130可為，舉例而言，計算機，且包含一或更多個處理器或內存以促成數據的計算。一個范例中，控制單元130適于從攝影機124接收數據，諸如圖像，并將所述圖像與儲存在所述計算機內存中的第二圖像(例如參考圖像)比較。基于比較結果，控制單元130可透過閉環(closed-1oop)控制而產生處理條件的改變。舉例而言，控制單元130可增加施加至一或更多個燈的功率，因此增加燈強度與局部加熱。
[0024]圖2為依據本發明一個實施方式的探頭122的剖面示意圖。探頭122包含外殼234，諸如不銹鋼管。廣角透鏡陣列223設置于相鄰于孔236的所述外殼的下部分中。孔236可具有相對小的直徑，例如大約3毫米至大約7毫米，以限制進到探頭122的光輻射的量，從而減少探頭122所不期望的加熱。廣角透鏡陣列223包含五個透鏡223a-223e，所述透鏡垂直定位在彼此上方。透鏡223a-223e可由玻璃或石英形成且由間隔器238所分離，所述間隔器沿著外殼234的所述內部表面設置。廣角透鏡陣列223的利用促成了比單一透鏡更廣的視角，所述單一透鏡具有結合(combined)的厚度與相同的曲率。應理解到包含五個透鏡僅為范例，且多于或少于五個透鏡可被利用于探頭122中。
[0025]每個透鏡223a_223e利用彈簧240固定到位，所述彈簧盤繞于外殼234的所述內部表面。彈簧240的如果不通過剖面