用于旋轉基板的非徑向溫度控制系統技術方案

本發明專利技術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。

【技術實現步驟摘要】
用于旋轉基板的非徑向溫度控制系統 本申請為申請日為2009年05月01日、申請號為200980115810. 9、名稱為用于 旋轉基板的非徑向溫度控制系統的專利技術專利申請的分案申請。
本專利技術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，本專利技術的實 施例與快速熱處理腔室中的基板處理有關。
技術介紹
快速熱處理（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1A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1A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1B所示的不均勻性。在尖峰處理中，1mm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1B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1C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1C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1D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。
技術實現思路
本專利技術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， 本專利技術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。 本專利技術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。 本專利技術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。 本專利技術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；力口 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。 【附圖說明】 參照描述了本專利技術一部分實施例的附圖，即可進一步詳細了解本專利技術的上述特征 與詳細內容。然而，應注意附圖僅說明了本專利技術的一般實施例，本專利技術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1A是于熱處理期間置于支撐環上的基板的示意俯視圖。 圖1B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1C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1D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為根據本專利技術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，其根據本專利技術的一個實施例而描述了一種取得溫度圖 的方法。 圖4為根據本專利技術的一個本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于處理基板的設備，所述設備包括：腔室主體，所述腔室主體限定處理容積；基板支撐件，所述基板支撐件置于所述處理容積中，其中所述基板支撐件包括邊緣環，以在邊緣區域處容納和支撐基板；傳感器組件，所述傳感器組件放置為測量所述基板和所述邊緣環在一個或更多個位置處的溫度；第一加熱源，所述第一加熱源對所述處理容積提供能量，其中所述第一加熱源包括多個加熱組件，這些加熱組件被分組成多個加熱區；和第二加熱源，所述第二加熱源對所述處理容積中的所述邊緣環提供脈沖式能量。

【技術特征摘要】
2008.05.02 US 61/050,167;2008.05.23 US 61/055,8141. 一種用于處理基板的設備，所述設備包括： 腔室主體，所述腔室主體限定處理容積； 基板支撐件，所述基板支撐件置于所述處理容積中，其中所述基板支撐件包括邊緣環， 以在邊緣區域處容納和支撐基板； 傳感器組件，所述傳感器組件放置為測量所述基板和所述邊緣環在一個或更多個位置 處的溫度； 第一加熱源，所述第一加熱源對所述處理容積提供能量，其中所述第一加熱源包括多 個加熱組件，這些加熱組件被分組成多個加熱區；和 第二加熱源，所述第二加熱源對所述處理容積中的所述邊緣環提供脈沖式能量。2. 如權利要求1所述的設備，其中所述第二加熱組件包括激光二極管或線發光體。3. 如權利要求1所述的設備，其中所述第二加熱源的頻率、相位與振幅中的至少一者 為可調整。4. 如權利要求1所述的設備，其中所述第一加熱源和所述第二加熱源放置于所述基板 支撐件的相對側上。5. 如權利要求1所述的設備，進一步包括置于所述處理容積與所述第二加熱源之間的 光纖、導光管、鏡體和內反射棱鏡之一，以將能量從所述第二加熱源導向至所述處理容積。6. 如權利要求1所述的設備，其中所述第一加熱源的所述多個加熱區是同心區，并且 在每個同心加熱區中的加熱組件中的一部分是脈沖加熱組件。7. 如權利要求6所述的設備，其中所述脈沖加熱組件的頻率、相位與振幅中的至少一 者為可調整。8. 如權利要求7所述的設備，進一步包括系統控制器，所述系統控制器可操作為調整 來自所述第一加熱源的所述脈沖加熱組件和所述第二加熱源的脈沖式能量的頻率、相位與 振幅中的至少一者。9. 如權利要求1所述的設備，進一步包括系統控制器，所述系統控制器可操作為調整 來自所述第二加熱源的脈沖式能量的頻率、相位與振幅中的至少一者。10. -...

【專利技術屬性】
技術研發人員：沃爾夫岡·R·阿得厚德，亞倫·亨特，約瑟夫·R·拉尼什，
申請(專利權)人：應用材料公司，
類型：發明
國別省市：美國;US