用于扩大温度高温测定的方法与设备技术

本发明专利技术的具体实施例是有关于在扩大温度测定范围（包含低温）下快速热处理基板的方法和设备。在此也揭露了使用扩大温度的高温测定系统（其采用穿透式辐射侦测器系统）的系统和方法。同时也叙述了结合穿透式辐射侦测器系统和发射式辐射侦测器系统的系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术有关于一种可应用于半导体晶圆处理的扩大温度高温测定。详言之，本专利技术有关于硅晶圆的快速热处理(rapid thermal processing，RTP)，和使用于RTP中的扩大温度(包括低温)高温测定技术。
技术介绍
快速热处理(RTP) —词可用于形容数种热处理型态，包括退火、掺质活化、氧化、 氮化等等。上述处理一般在高于约1000°c的相对高的温度下进行。其可在前体或蚀刻气体存在下，进一步地应用于化学气相沉积和蚀刻。后者一般在相对来说较低温度(约介于 500°C和800°C间)的RTP腔室中进行处理。RTP —般以装在灯头(Iamphead)中并朝向待处理基板的高强度白炽灯数组进行。该些灯是利用电力启动，且开关迅速，并可将其大部分辐射实质导向基板。如此可使晶圆被非常快速地加热而不会实质加热腔室，且一旦移除灯的电源时，基板可以近乎相同的速率快速降温。因此可更精确地控制在预定温度下的处理时间，并减少整体的热预算(thermalbudget)。其次，可减少整体工艺时间而提升产量。图1绘示了由Ranish等人在美国专利第6，376，804号中所述的RTP反应器10的剖面简图，其通常代表可购自美商应用材料(美国加州圣大克劳拉市)的辐射式RTP反应器(Radiance RTP reactor)。反应器10包含一处理腔室12、位于腔室12内部的一晶圆支架14，和一位于腔室12顶端的灯头16或是热源组件，一般皆围绕一中心轴18对称排列。处理腔室包含一主腔体20，和设置于主腔体20上的一窗22。窗22是由红外线可穿透的材料制成，例如，透明、融熔的二氧化硅石英。主腔体20以不锈钢制成，且可用石英作为衬里(未绘示)。一环状通道M形成于接近主腔体20的底部处。晶圆支架14包含设置于通道M内的一可旋转的磁性转子 26 (rotor)。一石英管状升降器观靠于(或耦接)磁性转子沈和支撑件30 (以一边缘环表示)上，此支撑件30靠在升降器观上，且是由镀硅的碳化硅、不透明的碳化硅或石墨制成。处理期间，晶圆32或其它基板放置于边缘环30上。一可旋转磁性定子(stator) 34设置于主腔体20的外部，且与磁性转子M轴向对齐，并经由主腔体18磁性耦接于磁性转子 24。一未绘示的马达使磁性定子34围绕中心轴18旋转，并藉此旋转磁性耦接的转子26，最终带动边缘环观和所支撑的晶圆30旋转。三或四个举升销36可滑移地与反射板38密封而形成主腔体20的底壁(bottom wall)。一未绘示的机制可升高和降低所有的举升销36， 选择性地接合晶圆22使其降低至或升高离开边缘环30，并降低至或升高离开未绘示的叶片，该叶片可用以转移晶圆32进入或离开腔室12。石英窗22安装于主腔体18的上方边缘，且在窗22和主腔体20之间设置有一 0 型环40，使二者可成气密性密合。灯头16位于窗22上方。在窗22和灯头16之间设置另一第二 0型环42，使二者可成气密式密合。夹持器44 (clamp)与0型环40、42连接而将灯头16密封至主腔体20上。灯头16包含数个灯46，通过电插座48支撑并供电。这些灯也被称作为辐射热源。这些灯46较佳为可发射出强烈红外光的高强度白炽灯，例如钨卤灯泡，其在石英灯泡中装置一钨丝，并以含卤素气体(例如溴)的气体填充并以钝气稀释，以清洁石英灯泡。每一灯泡被装入相对多孔的封装化合物50 (potting compound)中。灯46设置于反射体M中垂直设置的圆柱形灯孔52内部。反射体M内的灯孔52的开口端邻近于窗22，但灯46与窗 22隔尚。一液冷式通道56形成于反射体M内，以围绕每个灯孔52。从一入口 60将冷媒 (例如水)导入冷却通道56内并由出口 62流出以冷却反射体54，并流过灯孔52邻近处以冷却灯46。热侦测器(例如，七或更多组高温计70)分别经由光导管72 (例如，蓝宝石柱)而光学性耦合至个别的孔洞74，这些孔洞74形成于反射板38的半径范围之中并彼此间隔一段距离。一般而言，刚性的蓝宝石光导管72和高温计支撑于主腔体20之内，但其中可设置具弹性的光纤或光导引件。高温计70可侦测晶圆30的下表面和边缘环30的不同辐射部位的温度或其它热性质，如Peuse等人于美国专利第5，755，511号中所述。Adams等人在美国专利第6，406，179号中叙述了这种高温计。高温计70常见为辐射式高温计，具有一光学式窄带滤波器，其带通(bandpass)在波长小于950nm(亦即，光子能量略高于硅的能带间隙(band gap)约1. IeV(1. Iym))时约为20nm，也可表示成其光子的波长低于硅晶圆能带隙的波长。这种滤波器容易形成作为多层干涉性滤波器(multi-layer interference filter)。硅晶圆32可藉此吸收由该些灯46所发出的短波长可见辐射，使得高温计70侦测到的是发射自晶圆32的黑体辐射，而非来自该些灯46的辐射。高温计70将温度信号传送至灯电力源控制器76，其可依据所测量的温度，控制输送至红外线灯46的电力。红外线灯46可控制在辐射式排列的区域内，在一实例中为15个区域，以提供更为精致的辐射热形态，并补偿热边际效应(thermal edge effect) 0高温计 72 一起将指示晶圆22表面的温度形态的信号传送至电力源控制器76，其可依据所测量的温度来控制传送至每一区域红外线灯46的电力，藉此提供一封闭式循环热控制。处理腔室12的主腔体20包含一处理气体的入口埠80和一气体出口埠82。在使用时，在将工艺气体经由入口埠80导入之前，可将处理腔室12的压力减少至低于大气压力 (sub-atmospheric pressure)。真空泵84经由埠76和阀门88抽空处理腔室86。压力通常减低至1至160托(torr)之间。然而，某些工艺也可在大气压力下进行，虽然通常会使用特殊气体，但这种工艺不需要将处理腔室抽真空。一第二真空泵90被用来减低灯头16中的压力，特别是当处理腔室已被抽至低压时，如此可减小石英窗22两侧的压差。第二真空泵90经由埠92(包含阀门94)将气体抽出以减少灯头16的压力。埠92与反射体M (包含灯洞52)的内部空间彼此为流体可连通关系。使用一加压的导热气体源98将导热气体(例如，氦气)填充至灯头16，如此有助于灯46和液冷式通道56之间的热传导。氦气源98经由阀门100和埠102连接至灯头16。 导热气体被导引至形成在灯头罩106和各灯46的基部之间的气体歧管104 (manifold)。打开阀门100可使气体流入歧管104。因灯的封装化合物50为相对多孔性，导热气体可流过封装化合物50以及灯46外壁和灯孔52之间的缝隙，以冷却该些灯46。然而，将上述的RTP腔室应用于较低温度时会出现某些缺点。用于硅RTP中的典型辐射式高温计包含硅光二极管侦测器(silicon photodiode sensor)，用以侦测由一热体(hot body)所发出的普朗克辐射光谱中的窄带宽(bandwidth)的强度，并由所侦测的强度判定此物体的温度。然而，高温计一般是用于较高温度的量测，例如高于500°C或800°C。 在RTP反应器的组态中，腔室组件相对较温暖且辐射式灯泡会发生光本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用以处理一基板的快速热处理设备，该基板具有一前侧和一背侧，该设备包含：一腔室，包含一辐射式热源；一支撑件，用以在热处理期间将基板固持在一位置，使该基板的前侧或背侧其中之一朝向该辐射热源；一高温测定系统，包含一穿透式辐射侦测器系统，用以测量来自一辐射源并穿透该基板的在第一和第二不连续波长的辐射，并比较在该第一不连续波长的穿透辐射的强度和在该第二不连续波长的穿透辐射的强度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·M·亨特，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US