用于在晶片處理系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行低溫測(cè)量的設(shè)備與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文公開(kāi)用于半導(dǎo)體處理的方法與設(shè)備。更具體地說(shuō)，本文公開(kāi)的實(shí)施方式涉及用于在膜形成工藝期間進(jìn)行分區(qū)溫度控制的方法與設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如外延術(shù)之類(lèi)的半導(dǎo)體工藝廣泛地用于半導(dǎo)體處理中，以在半導(dǎo)體基板上形成非常薄的材料層。這些層往往界定半導(dǎo)體器件的一些最小特征，并且若要求結(jié)晶材料的電氣性質(zhì)，則這些層可以具有高品質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)。一般將沉積前驅(qū)物提供至其中設(shè)置有基板的處理腔室中；該基板被加熱至有利于具有所需性質(zhì)的材料層生長(zhǎng)的溫度。
[0003]通常理想的是，膜具有非常均勻的厚度、成分與結(jié)構(gòu)。然而，由于局部基板溫度、氣流及前驅(qū)物濃度的變化，形成具有均勻及可再現(xiàn)性質(zhì)的膜是非常有挑戰(zhàn)性的。處理腔室一般是能夠維持真空(通常小于10托)的容器，并且熱量一般由安置在容器外部的熱燈來(lái)提供，以避免引入污染物。腔室部件的熱吸收與熱發(fā)射以及傳感器與腔室表面被暴露于處理腔室內(nèi)部的膜形成條件下使得對(duì)基板溫度的控制復(fù)雜化，以及因此使得對(duì)局部層形成條件的控制復(fù)雜化。仍然存在對(duì)具有改善的溫度控制的膜形成腔室以及操作此種腔室以提高均勻性與可再現(xiàn)性的方法的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本文公開(kāi)了用于半導(dǎo)體處理的方法與設(shè)備。更具體地說(shuō)，本文公開(kāi)的實(shí)施方式涉及用于在膜形成工藝期間進(jìn)行分區(qū)溫度控制的方法與設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施方式中，提供基板處理設(shè)備。該基板處理設(shè)備包括真空腔室、與多個(gè)熱燈耦接的多個(gè)電源、以及基于來(lái)自輻射傳感器的輸入而調(diào)節(jié)電源的控制器。該腔室包括側(cè)壁，該側(cè)壁界定處理區(qū)域。多個(gè)熱燈安置在該處理區(qū)域外部。窗安置在該多個(gè)熱燈與該處理區(qū)域之間。輻射源設(shè)置在該側(cè)壁中并且定向?yàn)槌徑逯渭膮^(qū)域?qū)б椛?。輻射傳感器設(shè)置在該基板支撐件的一側(cè)且在與該多個(gè)熱燈相對(duì)的(opposite)這側(cè)，以接收來(lái)自該輻射源的發(fā)射輻射。反射構(gòu)件可以安置成把來(lái)自設(shè)置在側(cè)壁中的輻射源的輻射朝向輻射傳感器導(dǎo)引。該反射構(gòu)件可以安置為靠近該窗。該反射構(gòu)件可以嵌入該窗中。該反射構(gòu)件可以被定尺寸以配合在多個(gè)熱燈中的相鄰熱燈之間。設(shè)置在側(cè)壁中的輻射傳感器可以安置在窗后方。該反射構(gòu)件可以安置在兩片密封的石英之間。該反射構(gòu)件可以是上面設(shè)置有保護(hù)層且背面被涂敷的鏡。安置在該多個(gè)熱燈與該處理區(qū)域之間的窗可以是石英。該窗可以安置在該側(cè)壁上面，并且該多個(gè)熱燈可以安置在該窗上面。該窗可以安置在該側(cè)壁下面，并且該多個(gè)熱燈可以安置在該窗下面。該窗可以是透明圓頂。
[0005]在另一個(gè)實(shí)施方式中，提供一種處理基板的方法。該方法包括:通過(guò)使來(lái)自多個(gè)燈的輻射透射穿過(guò)窗來(lái)加熱設(shè)置在具有該窗的腔室中的基板支撐件上的基板。通過(guò)使前驅(qū)物氣體在基板各處流動(dòng)而將層沉積在基板上。使用第一輻射傳感器檢測(cè)基板的第一區(qū)域處的第一溫度，該第一輻射傳感器設(shè)置在該基板支撐件的一側(cè)且在與該多個(gè)燈相對(duì)的這側(cè)。使用第二輻射傳感器檢測(cè)基板的第二區(qū)域處的第二溫度，該第二輻射傳感器設(shè)置在該基板支撐件的一側(cè)且在與該多個(gè)燈相對(duì)的這側(cè)。基于該第一溫度調(diào)節(jié)供應(yīng)至該多個(gè)燈的第一部分的電力?；谠摰诙囟日{(diào)節(jié)供應(yīng)至該多個(gè)燈的第二部分的電力。
[0006]在又一個(gè)實(shí)施方式中，提供一種基板處理設(shè)備。該基板處理設(shè)備包括真空腔室，該真空腔室包括上透明圓頂、下透明圓頂、以及安置在該上透明圓頂與該下透明圓頂之間的側(cè)壁。多個(gè)熱燈安置成鄰近該上透明圓頂或者該下透明圓頂。輻射源設(shè)置在該側(cè)壁中并且定向?yàn)槌徑逯渭膮^(qū)域?qū)б椛洹］椛鋫鞲衅髟O(shè)置在該基板支撐件的一側(cè)且在與該多個(gè)熱燈相對(duì)的這側(cè)，以接收來(lái)自該輻射源的發(fā)射輻射。多個(gè)電源與多個(gè)熱燈耦接，該多個(gè)熱燈與輻射傳感器的位置有關(guān)。控制器基于來(lái)自輻射傳感器的輸入調(diào)節(jié)該多個(gè)電源。
【附圖說(shuō)明】
[0007]因此，以可詳細(xì)理解本公開(kāi)內(nèi)容的上述特征的方式，上文簡(jiǎn)要概述的本公開(kāi)內(nèi)容的更具體描述可參照實(shí)施方式來(lái)獲得，一些實(shí)施方式圖示在附圖中。然而，應(yīng)注意的是，附圖僅圖示本公開(kāi)內(nèi)容的典型實(shí)施方式，且因此不應(yīng)被視為對(duì)本公開(kāi)內(nèi)容的范圍的限制，因?yàn)楸竟_(kāi)內(nèi)容可允許其他等效實(shí)施方式。
[0008]圖1是根據(jù)本文描述的一些實(shí)施方式的包括溫度控制系統(tǒng)的處理腔室的示意性剖視圖；
[0009]圖2是根據(jù)本文描述的一些實(shí)施方式的包括另一溫度控制系統(tǒng)的快速熱處理(RTP)腔室的一個(gè)實(shí)施方式的簡(jiǎn)化等角視圖(isometric view)；
[0010]圖3是根據(jù)本文描述的一些實(shí)施方式的包括又一個(gè)溫度控制系統(tǒng)的RTP腔室的另一實(shí)施方式的示意性剖視圖；以及
[0011]圖4是圖示根據(jù)本文描述的一些實(shí)施方式的方法的流程圖。
[0012]為便于理解，已盡可能使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)指示各圖所共有的相同元件。應(yīng)預(yù)期，在一個(gè)實(shí)施方式中所公開(kāi)的元件可以有益地用于其他實(shí)施方式而無(wú)需贅述。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如在本說(shuō)明書(shū)及所附權(quán)利要求書(shū)中所使用，除非上下文中另外清楚地進(jìn)行了指示，否則單數(shù)形式“一(a/an)”包括多個(gè)提及物。因此，例如對(duì)“一個(gè)輻射源”的提及包括兩個(gè)或更多個(gè)輻射源的組合，以及諸如此類(lèi)。
[0014]本文公開(kāi)用于半導(dǎo)體處理的方法與設(shè)備。更具體地說(shuō)，本文公開(kāi)的實(shí)施方式涉及用于在膜形成工藝中進(jìn)行分區(qū)溫度控制的方法與設(shè)備。當(dāng)前的溫度測(cè)量系統(tǒng)將高溫計(jì)安置在被導(dǎo)引為朝向基板的熱源(例如光陣列)中。在此位置中，高溫計(jì)受到來(lái)自光陣列的光的影響，這影響了對(duì)基板溫度的精密測(cè)量。本文描述的一些實(shí)施方式使用執(zhí)行透射高溫測(cè)量術(shù)(transmiss1n pyrometry)的溫度控制系統(tǒng)。該溫度控制系統(tǒng)可包括福射源與福射傳感器。輻射傳感器安置成遠(yuǎn)離熱源，以提供更精確的溫度測(cè)量。輻射傳感器可適于測(cè)量從輻射源發(fā)射并穿過(guò)基板108的輻射，以及測(cè)量由基板發(fā)射的熱輻射。輻射源可以安置在處理腔室的側(cè)壁中。輻射源可以安置成導(dǎo)引輻射穿過(guò)基板并到達(dá)輻射傳感器。反射構(gòu)件可用以重新導(dǎo)引來(lái)自處理腔室側(cè)壁中的輻射源所發(fā)射的輻射，使該輻射穿過(guò)基板并到達(dá)輻射傳感器。輻射源可以是激光器。反射構(gòu)件可以是半透明的，因而來(lái)自光陣列的光不會(huì)衰減。
[0015]溫度控制系統(tǒng)可包括透射輻射檢測(cè)器系統(tǒng)，以測(cè)量從輻射源透射穿過(guò)基板且在第一及第二個(gè)別(discrete)波長(zhǎng)下的輻射，并且把第一個(gè)別波長(zhǎng)下的透射輻射的強(qiáng)度與第二個(gè)別波長(zhǎng)下的透射輻射的強(qiáng)度相比較。
[0016]在一些實(shí)施方式中，娃的帶隙能量(bandgap energy)的溫度相依性(temperaturedependence)用以測(cè)量溫度。在一些實(shí)施方式中，測(cè)量透射穿過(guò)硅基板的能量的量，其中用于測(cè)量的源亦為腔室中的加熱元件。在另一個(gè)實(shí)施方式中，獲取兩個(gè)個(gè)別波長(zhǎng)下的兩次測(cè)量結(jié)果，并且比較這些測(cè)量結(jié)果的比率。這些實(shí)施方式可以把與帶隙吸收無(wú)關(guān)的透射的變化(即摻雜劑、非光譜變化的膜)最小化，以及補(bǔ)償源變化。在另一個(gè)實(shí)施方式中，兩個(gè)個(gè)別波長(zhǎng)源(LED或激光器)按順序地被啟動(dòng)，并(例如借助時(shí)域波長(zhǎng)調(diào)制)比較測(cè)量結(jié)果。在一些實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)孔可用以調(diào)制福射源信號(hào)。這些實(shí)施方式對(duì)于在高背景(background)輻射源存在時(shí)測(cè)量硅基板或薄膜是有用的。
[0017]在本文描述的一些實(shí)施方式中，透射高溫計(jì)用以在快速熱處理腔室中測(cè)量小于500攝氏度以及甚至小于250攝氏度的硅晶片溫度。透射高溫計(jì)可以當(dāng)來(lái)自光源的個(gè)別波長(zhǎng)的輻射被硅晶片過(guò)濾時(shí)檢測(cè)該輻射。硅對(duì)一些波長(zhǎng)帶的吸收極大地取決于晶片溫度與純度。溫度測(cè)量可以用于在不高于這些溫度下的熱處理，或者可用以控制預(yù)熱直至輻射高溫計(jì)可以測(cè)量晶片溫度的點(diǎn)例如在400至500攝氏度下。
[0018]在約350攝氏度以下有用的低溫透射高溫計(jì)可以與硅光電二極管一起實(shí)施，該硅光電二極管在I與1.2μπι之間的波長(zhǎng)帶幾乎沒(méi)有或沒(méi)有濾光(filtering)。在擴(kuò)大(extend)至500攝氏度的波長(zhǎng)范圍有用的透射高溫計(jì)包括InGaAs 二極管光電檢測(cè)器與濾光器(filter)，該濾光器阻擋大于約1.2 μπι的輻射。輻射高溫計(jì)及透射高溫計(jì)可以整合成一個(gè)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括分光器，該分光器接收來(lái)自光管(light pipe)或者其他光學(xué)光導(dǎo)向設(shè)備(optical light guide)的福射，并且將該福射分割成被導(dǎo)引于透射高溫計(jì)處以及福射高溫計(jì)的濾光器處的各個(gè)光束。
[0019]圖1是根據(jù)本文描述的一個(gè)實(shí)施方式的包括溫度控制系統(tǒng)的處理腔室100的示意性剖視圖。溫度控制系統(tǒng)包括輻射源140a、140b (總稱(chēng)為140)、輻射傳感器170a、170b (總稱(chēng)為170)、以及視需要可選的反射構(gòu)件150a、150b (總稱(chēng)為150)。輻射源140設(shè)置在側(cè)壁110中，該側(cè)壁110界定圖1的處理腔室100的處理或工藝氣體區(qū)域156。輻射傳感器170安置在基板支撐件107上方，而輻射加熱燈102安置在基板支撐件107下方。
[0020]處理腔室100可用以處理一個(gè)或多個(gè)基板，包括將材料沉積在基板108的上表面上。處理腔室100大體包括輻射加熱燈102陣列，該輻射加熱燈102陣列用于加熱設(shè)置在處理腔室100內(nèi)的基板支撐件107的背側(cè)104以及其他部件?；逯渭?07可以是如圖所示從基板邊緣支撐基板的環(huán)狀基板支撐件、盤(pán)狀(disc-like)或淺盤(pán)狀(platter-like)基板支撐件、或者多個(gè)銷(xiāo)(例如三個(gè)銷(xiāo))?；逯渭?07位于處理腔室100內(nèi)且介于上圓頂128與下圓頂114之間。基板108(未按比例繪制)可以被引入處理腔室100中，并且經(jīng)由裝載端口 103安置于基板支撐件107上。
[0021]圖示基板支撐件107處于升高的處理位置，但是可以借助致動(dòng)器(未圖示)將基板支撐件107豎直地移動(dòng)(traverse)至該處理位置下方的裝載位置，以使得升降桿105得以穿過(guò)基板支撐件107中的孔而接觸下圓頂114，且將基板108從基板支撐件107抬高。隨后機(jī)械手(未圖示)可進(jìn)入處理腔室100以經(jīng)由裝載端口 103與基板108銜接并將基板108從處理腔室100移除。然后，可將基板支撐件107向上致動(dòng)至處理位置，以將基板108放置于基板支撐件107的前側(cè)110上，使基板108的器件側(cè)116面朝上。
[0022]當(dāng)位于處理位置時(shí)，基板支撐件107將處理腔室100的內(nèi)部體積劃分為處理或工藝氣體區(qū)域156 (在基板上方)及凈化氣體區(qū)域158 (在基板支撐件107下方)。在處理期間，基板支撐件107被中心軸132旋轉(zhuǎn)，以將處理腔室1