專利名稱：在熱處理期間用于測量輻射能的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上與半導(dǎo)體處理領(lǐng)域有關(guān)；特別是，本發(fā)明與用于熱處理半導(dǎo)體基板 的方法與設(shè)備有關(guān)。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體處理中，基板被加熱至高溫以使各種化學(xué)及/或物理反應(yīng)得以發(fā)生。熱 處理通常用于加熱基板；典型的熱處理(例如退火)需要在短時間內(nèi)對基板提供相對大 量的熱能，并接著快速冷卻晶片而結(jié)束熱處理。近來所使用的熱處理實例包括快速熱處理 (RTP)與脈沖式(尖峰)退火。一般而言，這些熱處理根據(jù)預(yù)定的熱需求而在受控制條件下加熱基板。這些熱需 求基本上包括半導(dǎo)體基板必須加熱至溫度變化率(也即溫度上升率與下降率)的溫度、以 及熱處理系統(tǒng)保持在特定溫度的時間。為控制該處理以達(dá)到所需結(jié)果、以及為維持基板在熱處理期間的整體均勻性，精 確的溫度測量是必須的。處理的基板或腔室組件的溫度測量一般是藉由非接觸方式而在原 處進(jìn)行，例如使用高溫溫度計來感測來自標(biāo)的物體的輻射能。高溫溫度計一般是偵測來自 標(biāo)的物體的輻射能的特定波長的能量級以決定標(biāo)的物體的溫度。熱處理期間高溫溫度計所進(jìn)行的溫度測量的精確性通常受到輻射能中所接收的 噪聲的影響。舉例而言，在測量處理基板的溫度時，除了基板所發(fā)出的輻射能之外，傳感器 也會直接或通過反射而接收到來自能量源的輻射能。已使用了各種方法來避免不需要的輻射能進(jìn)入溫度傳感器。舉例而言，可使用覆 蓋物或遮蔽物來避免背景噪聲(例如來自能量源的輻射能)進(jìn)入傳感器；然而，覆蓋物與遮 蔽物不只會增加系統(tǒng)復(fù)雜度、降低系統(tǒng)靈活性，也會限制傳感器的較低范圍。光譜過濾器也可用以濾出輻射傳感器的工作波長內(nèi)的背景輻射能；工作波長一般 是落在用于測量熱處理期間半導(dǎo)體基板的限制范圍內(nèi)。適當(dāng)?shù)墓庾V過濾器(例如含有稀土 元素的光譜過濾器)通常都很昂貴；此外，光譜過濾器通常會吸收工作波長內(nèi)的加熱源的 輻射能。這種吸收不僅導(dǎo)致加熱源的輻射能的浪費，也會使光譜過濾器本身過熱。因此，需要一種改良的設(shè)備與方法來進(jìn)行熱處理期間的有效及精確的溫度測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例大致提供了用于在熱處理期間進(jìn)行精確溫度測量的設(shè)備與方法。 特別是，本發(fā)明的實施例提供用于減少熱處理期間溫度測量中的背景噪聲(例如來自加熱 源的輻射)的設(shè)備與方法。本發(fā)明的一實施例提供了一種用于處理基板的腔室，其包括腔室外殼，其界定處 理容積；能量源，其配置以將輻射能引導(dǎo)向該處理容積；光譜裝置，其配置以標(biāo)記來自該能 量源至該處理容積的輻射能；基板支座，其配置以在該處理容積中支撐該基板；參考傳感 器，其位于該處理容積中以接收輻射能；標(biāo)的傳感器，其位于該處理容積內(nèi)以接收測量波長的輻射能；以及控制器，其配置以利用該參考傳感器的測量來決定來自該能量源的輻射能 的特性，并利用該標(biāo)的傳感器的測量與該能量源的輻射能的該特性來決定該基板的溫度。本發(fā)明的另一實施例提供了一種用于處理基板的方法，其包括自能量源引導(dǎo)輻 射能至熱處理腔室的處理容積；標(biāo)記從該能量源引導(dǎo)至該處理容積的輻射能；在該處理容 積內(nèi)定位該基板；測量該處理容積內(nèi)的輻射能；利用在該處理容積內(nèi)所測量的輻射能以及 來自該能量源的輻射能的標(biāo)記來決定來自該能量源的輻射能的特性；以及利用在該處理容 積內(nèi)所測量的輻射能以及所決定的來自該能量源的輻射能特性來決定該基板的溫度。本發(fā)明的又一實施例提供了一種用于處理基板的方法，其包括自能量源引導(dǎo)輻 射能至熱處理腔室的處理容積；標(biāo)記從該能量源引導(dǎo)至該處理容積的輻射能；在該處理容 積內(nèi)定位該基板；測量該處理容積內(nèi)參考波長的輻射能；從該參考波長的測量，決定該輻 射能的特性；測量該處理容積內(nèi)測量波長的輻射能；以及利用該測量波長的測量以及所決 定的來自該能量源的輻射能特性來決定該基板的溫度。


為詳細(xì)了解本發(fā)明的前述特征，可參照如附圖中所描述的實施例來進(jìn)一步描述上 文中所簡述的本發(fā)明。然而，應(yīng)當(dāng)注意，附圖僅說明了本發(fā)明的典型實施例，因而非用以限 制本發(fā)明的范疇；本發(fā)明允許其它的等效實施例。圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的熱處理腔室的示意圖。圖2是標(biāo)的物與加熱源的輻射光譜示意圖，其說明了本發(fā)明一實施例的方法。圖3是標(biāo)的物與加熱源的輻射光譜示意圖，其說明了本發(fā)明一實施例的方法。圖4是一示意圖，其說明了加熱源在不同溫度時的光譜特征。圖5是一示意流程圖，其說明了根據(jù)本發(fā)明一實施例的熱處理期間測量標(biāo)的物溫 度的方法。圖6是一流程圖，其說明了根據(jù)本發(fā)明一實施例的熱處理期間測量溫度的方法。圖7是一流程圖，其示意說明了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的用于測量標(biāo)的物溫度的 方法。圖8是一流程圖，其示意說明了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的用于測量標(biāo)的物溫度 的方法。圖9是根據(jù)本發(fā)明一實施例的快速熱處理腔室的示意截面測視圖。為助于理解，在圖中盡可能使用了相同的組件符號來代表相同的組件。應(yīng)當(dāng)理解， 如非特別說明，在一實施例中所揭露的組件也可有益地用于其它實施例。
具體實施例方式本發(fā)明的實施例提供了用于對熱處理期間在溫度測量中辨識與特性化加熱源輻 射的設(shè)備與方法。在本發(fā)明一實施例中，背景輻射能(例如熱處理腔室的能量源)被標(biāo)記 在選擇光譜內(nèi)；接著藉由測量該選擇光譜內(nèi)的參考波長的輻射能和恰在該選擇光譜外的比 較波長的輻射能來決定背景的特性。在一實施例中，標(biāo)的物(例如處理基板)的溫度是藉 由測量該選擇光譜外的測量波長的輻射能以及背景的特性而決定。因為參考波長與測量波 長不同，背景是以具有受限熱損失的光譜予以標(biāo)記，同時標(biāo)的物能以高熱可視性的波長予以測量。圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的熱處理腔室100的示意圖。處理腔室100 —般包括 腔室主體101，其界定了處理容積110，基板102是在處理容積110中進(jìn)行熱處理。能量源 103置于腔室主體101外，且配置以通過窗口 104而將輻射能105引導(dǎo)至處理容積110。傳感器組件108置于能夠測量腔室主體101內(nèi)的組件的貢獻(xiàn)的位置。在一實施例 中，傳感器組件108配置以藉由取得及測量來自基板102的輻射能而測量基板102的溫度。 傳感器組件108連接至系統(tǒng)控制器109，其配置以根據(jù)傳感器組件108所接收的輻射能而決 定腔室主體101中組件的溫度或其它特性。在一實施例中，系統(tǒng)控制器109也可根據(jù)傳感 器組件108的測量而調(diào)整能量源103。在一實施例中，來自能量源103的輻射能105在進(jìn)入處理容積110作為輻射能 106前、或進(jìn)入處理容積110作為輻射能106時，經(jīng)過處理或標(biāo)記；因此，在處理期間，傳感 器108可以從輻射能106中區(qū)分及/或分離出標(biāo)的物體(例如基板10 所產(chǎn)生的輻射能 107。輻射能105可經(jīng)由偏極化、反射、吸收、加入標(biāo)記、或其組合而加以處理。來自能量 源103的輻射能105在整體光譜上進(jìn)行處理，或僅處理選擇光譜的輻射能105。在一實施例中，來自能量源103的輻射能是在進(jìn)入處理容積110時在選擇光譜內(nèi) 被標(biāo)記。能量源的標(biāo)記是利用經(jīng)配置以吸收、反射、或偏極化該選擇光譜內(nèi)的輻射能的吸收 器、反射器、或極化器而達(dá)成。在一實施例中，吸收器、反射器、或極化器可配置在窗口 104的內(nèi)部或外部。因此，能量源103中僅有經(jīng)標(biāo)記的輻射能106會進(jìn)入處理容積110。在一實施例 中，如圖1所示，選擇光譜114中僅有一部分的輻射能進(jìn)入處理容積110中。傳感器組件108接收來自基板102的輻射能107以及來自能量源103的經(jīng)標(biāo)記的 輻射能106兩者。在一實施例中，傳感器組件108包括參考傳感器與比較傳感器，參考傳感 器作用于選擇光譜114內(nèi)的參考波長115，而比較傳感器作用于恰落在選擇光譜114外的比 較波長111。在一實施例中，比較波長111與參考波長115實質(zhì)上接近，因此可忽略原始輻 射能105、107在這些波長處的強(qiáng)度差異。所接收的輻射的特性(例如來自能量源103與來自基板102在比較波長111的輻 射能的比率)是利用傳感器組件108在參考波長115與比較波長111的測量而決定。決定 特性的方法描述在圖2-8。當(dāng)標(biāo)記的效應(yīng)(例如吸收的輻射能比率)為已知時，可由參考波長115及比較波 長111處的測量而概略計算出比較波長111的輻射能的強(qiáng)度。在一實施例中，基板102的 溫度可由比較波長111的輻射能117的估算強(qiáng)度而決定。在一實施例中，可由測量一測量波長112的輻射能而得到更精確的基板102的溫 度測量，在測量波長112處基板102的輻射能107相對較高且易于偵測。在測量波長處，輻 射能117的強(qiáng)度等于輻射能測量減去根據(jù)參考波長115處與比較波長111處的測量所得的 輻射能106強(qiáng)度。在一實施例中，系統(tǒng)控制器109連接至能量源103的功率源113。系統(tǒng)控制器109 可監(jiān)視功率源113的功率級；功率源113的功率級可在處理期間產(chǎn)生能量源103的光譜特 征。舉例而言，，黑體源的調(diào)和色彩溫度已知是功率級的函數(shù)。光譜特征可用于與參考波長115及比較波長111處的測量結(jié)合，以決定整個光譜中的輻射能105強(qiáng)度，包括在測量波長 112處的強(qiáng)度。圖2示出了熱處理腔室中輻射光譜的示意圖，其中χ軸代表波長，而y軸代表輻射 能的相對強(qiáng)度。圖2說明了來自加熱源(例如圖1所示的能量源10 的輻射能206的相 對強(qiáng)度以及來自標(biāo)的物(例如圖1所示的基板10 的輻射能207的相對強(qiáng)度。圖2也說 明了加熱源與標(biāo)的物的結(jié)合輻射能208的強(qiáng)度。熱傳感器一般會接收結(jié)合輻射能208，而輻 射能207需要辨識出標(biāo)的物的貢獻(xiàn)(例如溫度)。本發(fā)明的實施例提供了可藉由測量結(jié)合 輻射能208而精確取得輻射能207的設(shè)備與方法。在本發(fā)明一實施例中，來自加熱源的輻射能206的選擇光譜209藉由標(biāo)記裝置 (例如吸收器、或反射器)予以標(biāo)記。輻射能206的標(biāo)記是藉由在加熱源與處理腔室之間 以標(biāo)記裝置襯入窗口而實施。在一實施例中，標(biāo)記裝置的衰減為已知；如圖2所示，輻射能 207的已知部分自該處理腔室中被濾出，因此，結(jié)合能208也會在選擇光譜209處被刻痕記。在一實施例中，第一熱傳感器被配置以測量落在選擇光譜209內(nèi)的參考波長201 的結(jié)合輻射能208 ；第一熱傳感器的測量可表示為S1 =W1 +L1 =W1+ 噸式 1其中S1是測量，W1為來自標(biāo)的物的輻射能的強(qiáng)度，L1為衰減后來自加熱源的輻射 能的強(qiáng)度，R為標(biāo)記裝置的衰減且為已知，而4為衰減前來自加熱源的輻射能的強(qiáng)度。在一 實施例中，標(biāo)記裝置的衰減約為0. 3至0. 01。第二熱傳感器被配置以測量落在選擇光譜209外、且與參考波長201實質(zhì)上接近 的比較波長202處的結(jié)合輻射能208。第二熱傳感器的測量可表示為S2 = W2+L2 式 2其中&是測量，W2為來自標(biāo)的物的輻射能207的強(qiáng)度，L2為來自加熱源的輻射能 的強(qiáng)度。在一實施例中，來自標(biāo)的物的輻射能207的強(qiáng)度(W2)是由測量31與&估算而得， 當(dāng)參考波長與比較波長夠接近時，在波長201與波長202處的輻射能206、207的強(qiáng)度大概 相同，也即W2 ≈W1且L2≈L01; 因此W2 ≈ W1 = (S「RS2)/(I-R) 式 3圖6是一流程圖，其說明了如圖2所示的在熱處理期間用于測量溫度的方法300。在方塊310中，在熱處理腔室中定位基板以進(jìn)行熱處理。在方塊320中，標(biāo)記來自加熱源(例如燈泡組件)的在選擇光譜(例如圖2的選 擇光譜209)處的輻射能。標(biāo)記可藉由吸收、反射或偏振化而進(jìn)行。在方塊330中，將來自加熱源的輻射能導(dǎo)向熱處理腔室。在一實施例中，可通過熱 處理腔室的石英窗口而將輻射能導(dǎo)向熱處理腔室，而標(biāo)記裝置可為襯在石英窗口上的過濾器。在方塊340中，測量熱處理腔室中的該選擇光譜內(nèi)的參考波長處的輻射能。在方塊350中，測量熱處理腔室中的恰在該選擇光譜外的比較波長處的輻射能。在方塊360中，從在參考波長與比較波長處的輻射能測量取得基板的輻射能。在 一實施例中，可利用式3得到基板的輻射能，基板的貢獻(xiàn)(例如溫度)可從計算的輻射能獲
在一實施例中，可藉由在輻射能207相對較強(qiáng)的波長處進(jìn)行測量來增加熱測量的 精確度。然而，測量輻射能207的理想波長可能與用于標(biāo)記加熱源的輻射能206的理想波 長不同。圖3說明了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的可在不同波長進(jìn)行標(biāo)記與測量的方法。圖3是來自圖2的標(biāo)的物與加熱源的輻射光譜示意圖。類似于圖2，來自加熱源的 輻射能206被標(biāo)記在選擇光譜209，且第一與第二傳感器用以測量選擇光譜209內(nèi)的參考波 長201以及恰落在選擇光譜209外的比較波長202的輻射能。此外，來自加熱源的輻射能206被以相同方式標(biāo)記于與選擇光譜209不同的第二 選擇光譜210。第三傳感器用以測量第二選擇光譜210內(nèi)的第二參考波長203的輻射能 208。第四傳感器用以測量恰落在該第二選擇光譜210外的第二比較波長204的輻射能208。藉由標(biāo)記加熱源的兩個選擇光譜并使用四個熱傳感器，可沿光譜計算出來自標(biāo)的 物的輻射能206與來自加熱源的輻射能207的比率，因而可獲得從落在選擇光譜209、210 外的波長處測量的標(biāo)的物的輻射能207。根據(jù)式1與式2、以及W2 W1且Z2 4的估算式，比較波長202處輻射能206為L2=(S2-S1Vd-R) 式 4第三熱傳感器的測量可表示為
S} =Wi+L3 =W3+ 及’4式 5其中&為測量，W3為來自標(biāo)的物的輻射能207的強(qiáng)度，L3為衰減后加熱源的輻射 能強(qiáng)度，4為衰減前加熱源的輻射能強(qiáng)度，而R’為第二標(biāo)記裝置的衰減。第四熱傳感器的測量可表示為S4 = ff4+L4 式 6其中、為測量，W4是來自標(biāo)的物的輻射能207的強(qiáng)度，而L4為來自加熱源的輻射 能的強(qiáng)度。根據(jù)式5與式6、以及W3 W4且、 砧的估算式，比較波長204處輻射能206為L4 = (S4-S3)/(I-R') 式 7在一實施例中，測量波長205的輻射能206可以L2與L4的波長函數(shù)加以計算，因 此Lp = F(p, L2, L4) 式 8其中ρ是Lp的對應(yīng)波長。F為可反映輻射能206的光譜特性的任一適當(dāng)函數(shù)。在 一實施例中，函數(shù)F是線性插值(linear interpolation)；在另一實施例中，F(xiàn)可來自蒲朗 克定律(Plank’ s Law)或以經(jīng)驗決定。在一實施例中，使用第五傳感器來測量測量波長205的輻射能，測量波長選擇為 理想用于測量來自標(biāo)的物(例如基板)的輻射能。第五傳感器在測量波長205的測量可表 示為Sp = ffp+Lp 式 9其中Sp為測量、Wp是來自標(biāo)的物的輻射能207的強(qiáng)度，而Lp為來自加熱源的輻
射能的強(qiáng)度。來自標(biāo)的物的輻射能207的強(qiáng)度(Wp)可由測量Sp與輻射能Lp估算而得，因此Wp = Sp-Lp 式 10
圖7是一流程圖，其說明了如圖3中所述的在熱處理期間測量溫度的方法400。在方塊410中，將基板定位在熱處理腔室中以進(jìn)行熱處理。在方塊420中，標(biāo)記來自加熱源(例如燈泡裝置)的在兩個選擇光譜處(例如圖 2的選擇光譜209、210)的輻射能。標(biāo)記可藉由吸收、反射、或偏極化而進(jìn)行。在方塊430中，將來自加熱源的輻射能引導(dǎo)至熱處理腔室。在一實施例中，輻射能 通過熱處理腔室的石英窗口而被引導(dǎo)至熱處理腔室，而標(biāo)記裝置可為襯在該石英窗口上的 過濾器ο在方塊440中，分別測量熱處理腔室中的在兩個選擇光譜內(nèi)的兩個參考波長處的 輻射能。在步驟450中，在恰落在相應(yīng)的選擇光譜外的兩個比較波長處測量熱處理腔室中 的輻射能。在方塊460中，從整個光譜上參考波長與比較波長處的測量取得來自加熱源的輻 射能。利用式4、式7與式8可得到整個光譜上來自能量源的輻射能。在方塊470中，在測量波長處測量輻射能，測量波長是選擇為輻射能最有效反映 基板貢獻(xiàn)的波長。在方塊480中，利用在測量波長處的測量以及從能量源所得的輻射能，決定來自 基板的在測量波長處的輻射能?？衫檬?0來決定。在另一實施例中，可在熱處理期間利用不同于標(biāo)記波長的波長處的測量與加熱源 的光譜特征來測量基板的溫度或其它貢獻(xiàn)，如圖4與圖5所示。圖4是一示意圖，其說明了加熱源在不同溫度時的光譜特征；其中χ軸代表波長， y軸代表輻射的相對強(qiáng)度。由圖可知熱輻射是發(fā)生在大范圍的頻率處。對于特定物體而言， 發(fā)射的輻射的主要頻率會隨著溫度增加而增加，且對于不同溫度而言，整個光譜的輻射相 對強(qiáng)度具有特定的形狀。整個光譜上輻射相對強(qiáng)度的不同形狀即光譜特征。如圖4的示意 說明，加熱源(例如燈泡裝置)在整個光譜上具有獨特的相對強(qiáng)度形狀。在圖4中，T1、T2、 Τ3與Τ4為不同的溫度，且Tl高于Τ2、Τ2高于Τ3、Τ3高于Τ4。因此，當(dāng)加熱源的溫度為已知、且在特定波長的加熱源輻射強(qiáng)度也為已知時，在整 個光譜中來自加熱源的輻射強(qiáng)度可根據(jù)光譜特征來計算。圖5是一示意流程圖，其說明了當(dāng)特定波長221處的輻射強(qiáng)度220為已知時，用于 取得整個光譜上輻射輪廓(profile)的方法，其中χ軸代表波長，y軸代表輻射能的相對強(qiáng) 度。如圖5所示，當(dāng)加熱源的溫度已知時，輻射能的輪廓可由波長221處的已知強(qiáng)度220決 定。圖5中的曲線是得自圖4中的光譜特征。在一實施例中，藉由比例化可從圖4的光譜 特征得到圖5所示曲線。再次參閱圖2，加熱源在比較波長202處的輻射能206可由式4計算而得L2=(S2-S1Vd-R) 式 4加熱源的溫度可由各種方法取得，例如藉由監(jiān)控加熱源的功率級。因此，來自加熱 源的輻射能206可以下式加以計算Lp = G(L2，T，p) 式 11其中G為相應(yīng)于加熱源的光譜特征的函數(shù)，而T為加熱源的溫度，ρ為隨機(jī)波長。 加熱源的光譜特征可藉由經(jīng)驗方法獲得。
再次參照圖2，傳感器用以測量測量波長205處的輻射能，其是選擇為理想用于測 量標(biāo)的物(例如基板)的輻射能。第五傳感器在測量波長205的測量可表示為式9。來自標(biāo)的物的輻射能207的強(qiáng)度(Wp)可利用式10 (Wp = Sp-Lp)而由測量值Sp與 輻射能Lp估算而得。圖8是一流程圖，其說明了在圖4至圖5所述的熱處理期間用于測量溫度的方法 500。在方塊505中，可以獲得熱處理腔室的加熱源的光譜特征。在一實施例中，可以獲 得加熱源的溫度與功率源對加熱源的功率級之間的關(guān)系。在另一實施例中，可以經(jīng)驗式?jīng)Q 定加熱源光譜特征是功率源的功率級或功率級的函數(shù)。在另一實施例中，當(dāng)使用多區(qū)域加熱時，可從區(qū)域影響決定加熱源光譜特征。在多 區(qū)域加熱中，加熱源包括多個加熱組件，其各配置以將輻射能引導(dǎo)至處理容積的一部分。多 區(qū)域控制器是個別控制或藉由群組方式控制多個加熱組件，以達(dá)到所需的加熱輪廓。多區(qū) 域加熱源的光譜特征可憑經(jīng)驗決定。多區(qū)域加熱源的光譜特征包括了與多個區(qū)域相應(yīng)的多 個光譜特征。在一實施例中，可以經(jīng)驗決定多區(qū)域的影響矩陣以反映各區(qū)域?qū)ζ渌麉^(qū)域、或 受其它區(qū)域的影響，而每一個多區(qū)域的光譜特征是基于影響矩陣的考慮而決定。舉例而言， 影響矩陣可由決定對各區(qū)域的測量半徑的相對貢獻(xiàn)、并因此對各區(qū)域的光譜加權(quán)而決定。在另一實施例中，使用兩組以上的傳感器來決定具有兩個以上區(qū)域的加熱源的光 譜特征，其中每一組傳感器與一加熱區(qū)域?qū)?yīng)。在方塊510中，將基板定位在熱處理腔室中以進(jìn)行熱處理。在方塊520中，標(biāo)記來自加熱源(例如燈泡組件)的一或多個選擇光譜(例如圖 2的選擇光譜209)處的輻射能。標(biāo)記可藉由吸收、反射、偏極化、或在整個光譜上不同波長 處加入峰值而進(jìn)行。在方塊530中，將來自加熱源的輻射能引導(dǎo)至熱處理腔室。在一實施例中，輻射能 是通過熱處理腔室的石英窗口而引導(dǎo)至熱處理腔室，而標(biāo)記裝置可為襯在該石英窗口上的 過濾器ο在方塊MO中，測量熱處理腔室中的該一或多個選擇光譜內(nèi)的參考波長處以及恰 落在該一或多個選擇光譜外的比較波長處的輻射能。在方塊550中，從參考波長與比較波長處的測量計算出加熱源的比較波長處的輻 射能。在方塊560中，監(jiān)控加熱源的功率源以根據(jù)功率級與溫度之間的所得關(guān)系或根據(jù) 適當(dāng)?shù)募訜嵩垂庾V來決定加熱源的溫度。在方塊570中，在測量波長處測量輻射能，測量波長選擇為輻射能最有效反映基 板貢獻(xiàn)的波長。在方塊580中，從加熱源的溫度、加熱源的光譜特征以及加熱源在比較波長處的 所得輻射能決定來自加熱源的測量波長處的輻射能。在方塊590中，利用在測量波長處的測量以及所得的加熱源的測量波長處的輻射 能，決定來自基板的測量波長處的輻射能。圖9是根據(jù)本發(fā)明一實施例的快速熱處理系統(tǒng)10的示意截面測視圖。快速熱處 理系統(tǒng)10包括腔室主體35，其界定了處理容積14以退火位于其內(nèi)的碟形基板12。腔室主體35由不銹鋼所制成且可以石英為襯里。處理容積14配置以通過置于快速熱處理系統(tǒng)10 的石英窗口 18上的加熱組件16進(jìn)行加熱。在一實施例中，石英窗口 18可為水冷式。在腔室主體35的一側(cè)上形成有狹縫閥30，以提供基板12至處理容積14的通道。 進(jìn)氣口 44連接至氣體源45以提供處理氣體、清除氣體及/或清潔氣體至處理容積14。真 空泵55通過出口 11而與處理容積14流體連接以泵送出處理容積14。環(huán)形通道22形成在靠近腔室主體35的底部。在環(huán)形信道22中配置有磁性轉(zhuǎn)子 21，管狀上升器39停置在磁性轉(zhuǎn)子21上、或與其耦合?；?2受到置于該管狀上升器39 的邊緣環(huán)20的周邊邊緣的支撐；磁性定子23位于磁性轉(zhuǎn)子21外，且通過腔室主體35磁性 耦合以誘發(fā)磁性轉(zhuǎn)子21、因而誘發(fā)邊緣環(huán)20與支撐于其上的基板12的旋轉(zhuǎn)。磁性定子23 也可配置以調(diào)整磁性轉(zhuǎn)子21的升降，因而舉升處理的基板12。美國專利號第6，800, 833號 中提出了其它的磁性旋轉(zhuǎn)與舉升信息，其藉由引用方式并入本文。腔室主體35包括靠近基板12背側(cè)的反射板27，反射板27具有面向基板12背側(cè) 的光學(xué)反射表面觀，以提升基板12的發(fā)射性。在一實施例中，反射板27是水冷式。反射表 面觀與基板12的背側(cè)界定了反射室15。在一實施例中，反射板27的直徑稍微大于處理的 基板12的直徑；舉例而言，若快速熱處理系統(tǒng)10配置以處理12時基板，反射板27的直徑 約為13時。在一實施例中，外環(huán)19耦合在腔室主體35與邊緣環(huán)20之間以分隔反射室15及 處理容積14。反射室15與處理容積14具有不同的環(huán)境。加熱組件16包括加熱元件37的陣列。加熱元件37的陣列是UV燈、鹵素?zé)?、激?二極管、電阻加熱器、微波功率加熱器、發(fā)光二極管(LEDs)、或其它可單獨或結(jié)合使用的適 當(dāng)加熱元件。加熱元件37的陣列配置在反射器主體53中所形成的垂直孔洞中。在一實施 例中，加熱元件37配置為六邊形圖案。冷卻通道40形成于反射器主體53中。冷劑(例如 水)是從入口 41進(jìn)入反射器主體53、運行在垂直孔洞附近以冷卻加熱元件37的陣列，并從 出口 42離開反射器主體。加熱元件37的陣列是由連接至控制器52的功率源60供以功率；控制器52可調(diào) 整加熱元件37的陣列的加熱效果。在一實施例中，加熱元件37的陣列是分為多個加熱群 組以藉由多個同心區(qū)域加熱基板12。每一個加熱群組可獨立受控制以在基板12的半徑上 提供需要的溫度分布。加熱組件16的細(xì)節(jié)可見于美國專利第6，350，964號與第6，927，169 號，其都藉由引用形式而并入本文。在一實施例中，控制器52配置以監(jiān)控功率源60的功率級，以決定加熱元件37的 溫度或光譜。在一實施例中，石英窗口 18具有與其連接的標(biāo)記裝置47。標(biāo)記裝置47配置以在 選擇光譜內(nèi)對來自加熱元件37的陣列的輻射能加以標(biāo)記。在一實施例中，標(biāo)記裝置47為吸 收器或反射器，其配置以衰減該選擇光譜內(nèi)來自加熱元件37的輻射能。在其它實施例中， 標(biāo)記裝置47可使導(dǎo)向處理容積14的輻射能偏極化或?qū)ζ浼尤霕?biāo)記物?？焖贌崽幚硐到y(tǒng)10包括一或多個熱探針組件對，其配置以測量基板12在不同半 徑位置處的熱性質(zhì)。在一實施例中，熱探針組件M是多個高溫計，其光學(xué)上耦合至反射板 27內(nèi)所形成的多個孔洞25、并配置在其中，以偵測基板12在不同半徑位置處的溫度或其它 熱性質(zhì)。類似的溫度探針的詳細(xì)描述可見于美國專利號第5，755，511號，其在此藉由引用形式并入本文。在一實施例中，每一個探針組件M經(jīng)配置以測量不同波長的輻射能，例如標(biāo)記裝 置47的選擇光譜內(nèi)的參考波長、選擇光譜內(nèi)的比較波長、以及根據(jù)基板12的性質(zhì)所選擇的 測量波長。多個熱探針裝置M與控制器52連接，其可加以編程以根據(jù)圖2-8所述實施例來 計算基板12的性質(zhì)。在另一實施例中，控制器52配置以引導(dǎo)封閉回路控制以調(diào)整對加熱元件37的陣 列的功率供應(yīng)，進(jìn)而提供整個基板12合適的徑向熱分布。雖然上述說明是針對在熱處理腔室中測量基板溫度，但本發(fā)明的設(shè)備與方法也可 用于任何適當(dāng)應(yīng)用，以從取樣信號的測量中移除背景輻射噪聲。前文是關(guān)于本發(fā)明的實施例，然而本發(fā)明的其它實施例也不背離其基本范疇。本 發(fā)明的范疇是由所附權(quán)利要求書所決定。
權(quán)利要求
1.一種用于處理基板的腔室，其包括 腔室外殼，其界定處理容積；能量源，其配置以將輻射能引導(dǎo)向所述處理容積； 光譜裝置，其配置以標(biāo)記從所述能量源至所述處理容積的輻射能； 基板支座，其配置以在所述處理容積中支撐所述基板； 參考傳感器，其位于所述處理容積中以接收輻射能； 標(biāo)的傳感器，其位于所述處理容積內(nèi)以接收測量波長處的輻射能；以及 控制器，其配置以利用所述參考傳感器的測量決定來自所述能量源的輻射能的特性， 并利用所述標(biāo)的傳感器的測量與所述能量源的輻射能的所述特性來決定所述基板的溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的腔室，其中所述光譜裝置包括配置以吸收在吸收光譜內(nèi)的輻射 能的吸收器、配置以反射在反射光譜內(nèi)的輻射能的反射器、配置以偏振化在預(yù)定光譜處的 輻射能的偏振器或配置以給多個選擇波長處的輻射能增加標(biāo)記的灑布器中之一，且所述測 量波長是落在所述吸收光譜、所述反射光譜或所述預(yù)定光譜外。
3.如權(quán)利要求1所述的腔室，其中所述光譜裝置包括吸收過濾器，其配置以吸收在吸 收光譜處的輻射能。
4.如權(quán)利要求3所述的腔室，其中所述參考傳感器包括第一傳感器，其配置以測量所述吸收光譜內(nèi)的參考波長處的輻射能；以及 第二傳感器，其配置以測量所述吸收光譜外的比較波長處的輻射能，其中所述比較波 長實質(zhì)上接近所述參考波長。
5.如權(quán)利要求4所述的腔室，其中所述特性為來自所述能量源的所述比較波長處的輻 射能與來自所述基板的所述比較波長處的輻射能的比率，且所述測量波長是經(jīng)選擇使得來 自所述基板的輻射能相對為高，以及所述吸收光譜是經(jīng)選擇為不同于主要加熱光譜。
6.如權(quán)利要求1所述的腔室，還包括監(jiān)視器，用于監(jiān)視提供至所述能量源的一或多個 功率級，其中所述監(jiān)視器與所述控制器連接，所述控制器使用所述能量源的所述一或多個 功率級和所述參考傳感器的測量來決定來自所述能量源的輻射能的特性，其中所述能量源 包括多個區(qū)域，來自所述能量源的輻射能的特性包括來自各區(qū)域的輻射能的特性，且所述 控制器使用所述能量源的一或多個功率級、所述參考傳感器的測量以及在所述多個區(qū)域間 反映彼此的影響的影響矩陣，來決定來自各區(qū)域的輻射能的特性。
7.如權(quán)利要求1所述的腔室，還包括一或多個附加參考傳感器，其位于所述處理容積中以接收輻射能；以及 一或多個附加標(biāo)的傳感器，其位于所述處理容積中，各用以接收測量波長處的輻射能， 且各附加標(biāo)的傳感器相應(yīng)于附加參考傳感器；其中所述能量源包括多個加熱區(qū)，且每一對參考傳感器與標(biāo)的傳感器相應(yīng)于每個加熱區(qū)。
8.一種用于處理基板的方法，其包括自能量源引導(dǎo)輻射能至熱處理腔室的處理容積； 標(biāo)記從所述能量源引導(dǎo)至所述處理容積的輻射能； 在所述處理容積內(nèi)定位所述基板； 測量所述處理容積內(nèi)的輻射能；利用所述處理容積內(nèi)所測量的輻射能以及來自所述能量源的輻射能的標(biāo)記來決定來 自所述能量源的輻射能的特性；以及利用所述處理容積內(nèi)所測量的輻射能以及所決定的來自所述能量源的輻射能的特性 來決定所述基板的溫度。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中標(biāo)記來自所述能量源的輻射能包括吸收來自所述能量 源的吸收光譜處的輻射能，以及測量所述處理容積內(nèi)的輻射能包括測量所述吸收光譜內(nèi)的參考波長處的輻射能；以及測量所述吸收光譜外的比較波長處的輻射能，其中所述比較波長與所述參考波長實質(zhì) 上接近。
10.如權(quán)利要求9的方法，其中測量所述處理空間內(nèi)的輻射能還包含測量在測量波長處的輻射能，其中所述測量波長不同于所述參考波長與所述比較波 長；以及決定來自所述能量源的輻射能的特性包括從所述參考波長與所述比較波長處的測量來決定來自所述能量源的所述比較波長處 的輻射能與來自所述基板的所述比較波長處的輻射能的比率，及利用所述能量源的功率級與所述參考波長與所述比較波長處的測量，來決定所述能量 源的光譜特征；及決定所述基板的所述溫度包括根據(jù)來自所述基板的所述測量波長處的輻射能的強(qiáng)度 來決定所述基板的所述溫度。
11.一種用于處理基板的方法，其包括自能量源引導(dǎo)輻射能至熱處理腔室的處理容積； 標(biāo)記從所述能量源引導(dǎo)至所述處理容積的輻射能； 在所述處理容積內(nèi)定位所述基板； 測量所述處理容積內(nèi)的參考波長處的輻射能； 自所述參考波長處的測量來決定所述輻射能的特性； 測量所述處理容積內(nèi)的測量波長處的輻射能；以及利用在所述測量波長處的測量以及所決定的來自所述能量源的輻射能的特性來決定 所述基板的溫度。
12.如權(quán)利要求11的方法，其中標(biāo)記來自所述能量源的輻射能包括通過吸收、反射或 偏振化其中之一來過濾來自所述能量源的選擇光譜內(nèi)的輻射能，且所述參考波長是落在所 述選擇光譜內(nèi)，而所述測量波長是位于所述選擇光譜外。
13.如權(quán)利要求12的方法，還包括測量所述處理容積內(nèi)的比較波長處的輻射能，其中 所述比較波長是落在所述選擇光譜外且實質(zhì)上接近所述參考光譜；以及，決定輻射能的特 性包括決定來自所述能量源的所述比較波長處的輻射能與來自所述基板的所述比較波長 處的輻射能的比率。
14.如權(quán)利要求11的方法，其中來自所述能量源的輻射能的特性是所述能量源的光譜 特征，且決定所述特性包括監(jiān)控所述能量源的功率級；以及利用所述參考波長處的測量與所監(jiān)控的所述能量源的功率級來決定所述能量源的光譜特征。
15.如權(quán)利要求14的方法，其中決定所述基板的所述溫度包括 利用所決定的所述能量源的光譜特征來決定所述能量源的所述測量波長處的輻射能;以及通過從所測量的所述測量波長處的輻射能減去所述能量源的所述測量波長處的輻射 能，決定所述基板的所述測量波長處的輻射能。
全文摘要
本發(fā)明的實施例提供在熱處理期間在溫度測量中減少加熱源輻射影響的設(shè)備與方法。在本發(fā)明的一實施例中，背景輻射能，例如熱處理腔室的能量源，在選擇光譜中被標(biāo)記，接著藉由測量所述選擇光譜內(nèi)的參考波長與恰好落在所述選擇光譜外的比較波長處的輻射能，來決定背景的特性。
文檔編號H01L21/324GK102077335SQ200980124536
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月1日
發(fā)明者布萊克·凱爾梅爾, 約瑟夫·M·拉內(nèi)什, 阿倫·亨特 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司