使用二次工藝平面快速傳導(dǎo)冷卻的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了一種用于熱處理襯底的方法和裝置。該裝置包括配置為通過磁驅(qū)動線性移動和/或旋轉(zhuǎn)移動的襯底支架。該襯底支架還配置為接收輻射熱源在腔室的一部分中提供加熱區(qū)。包括冷卻板的有源冷卻區(qū)與加熱區(qū)相對設(shè)置。襯底可以在該兩個區(qū)域之間移動以便于襯底的快速可控加熱和冷卻。
【專利說明】使用二次工藝平面快速傳導(dǎo)冷卻
[0001]本申請是中國專利申請200710163593.3的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明實施方式主要涉及一種用于處理半導(dǎo)體襯底的方法和裝置。更具體地，涉及一種用于熱處理半導(dǎo)體襯底的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]集成電路已發(fā)展成可在單個芯片上包含數(shù)百萬個晶體管、電容器和電阻器的復(fù)雜器件。芯片設(shè)計的發(fā)展不斷需要更快的電路和更大的電路密度，這就要求不斷增加的精確制造工藝。常采用的一種制造工藝是離子注入。
[0004]離子注入對在半導(dǎo)體襯底上形成晶體硅結(jié)構(gòu)尤其重要并且可以在芯片制造期間重復(fù)多次。在離子注入期間，典型地包括硅材料和/或含硅膜的半導(dǎo)體襯底通常稱為摻雜劑的帶電離子束轟擊。離子注入改變材料的屬性，其中將摻雜劑注入該材料中從而獲得特定級別的電學(xué)性能。摻雜濃度可以通過控制投射在襯底上的能量束中的離子數(shù)量和襯底經(jīng)過所述能量束的次數(shù)來確定。將摻雜劑加速至能使摻雜劑進入硅材料或注入到膜預(yù)設(shè)深度的能量級別。束的能量級別典型地確定放置摻雜劑的深度。
[0005]在離子注入期間，所注入的膜可以形成高級別的內(nèi)應(yīng)力。為了消除該應(yīng)力并進一步控制所注入的膜的生成屬性，該膜通常經(jīng)受諸如退火的熱處理。通常在快速熱處理(RTP)腔室中實施過離子注入退火，使襯底經(jīng)受非常短暫的、但高度可控的熱循環(huán)，該熱循環(huán)能將襯底從室溫加熱到大約450°C到約1400°C。RTP通常最小化或消除注入過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，并可以用于進一步修改膜屬性，諸如通過控制摻雜擴散而改變該膜的電性。
[0006]RTP加熱機制一般包括來自諸如燈和/或電阻加熱元件的輻射熱源的加熱。在傳統(tǒng)的RTP系統(tǒng)中，將襯底加熱至預(yù)期溫度，并然后關(guān)閉該輻射熱源，使得襯底冷卻。在一些系統(tǒng)中，可以將氣體流入到襯底上以加速冷卻。然而，由于處理參數(shù)持續(xù)衍變，RTP期間溫度上升和加熱均勻性需要更緊密的監(jiān)控和控制。雖然傳統(tǒng)的RTP腔室依賴于熱源來將襯底快速地加熱至預(yù)期溫度，但當(dāng)襯底需要冷卻以改善加熱均勻性時，和/或當(dāng)襯底需要快速冷卻時，將面臨挑戰(zhàn)。例如，如果整個襯底存在明顯的溫度梯度，襯底可能塑性形變或彎曲，這可能不利于在襯底上實施的后續(xù)工藝。況且，襯底的更快的冷卻和/或改善的溫度控制可以得到更高的產(chǎn)量和增強的摻雜劑均勻性。
[0007]因此，需要一種具有改善的熱均勻性控制的一種用于半導(dǎo)體襯底的快速加熱和冷卻的裝置和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明主要描述一種用于處理襯底的裝置和方法。該裝置包括具有有源加熱裝置的腔室和設(shè)置在其中的有源冷卻裝置。該腔室還包括在加熱裝置和冷卻裝置之間可移動的襯底支架。在一個實施方式中，有源冷卻裝置是具有其中設(shè)置有至少一個流體管道的冷卻板。在另一實施方式中，有源冷卻裝置包括與入口連接的冷卻劑源，該入口用于將冷卻氣體提供給腔室的內(nèi)容積。在一個實施方式中，加熱裝置是與冷卻裝置相對設(shè)置的多個加熱燈。
[0009]在一個實施方式中，描述了 一種襯底處理裝置。該裝置包括腔室，設(shè)置在腔室中的磁驅(qū)動襯底支架，該支架包括配置為在其上表面上支撐襯底的環(huán)形體，以及與環(huán)形體相連的窗口，其中該窗口設(shè)置在襯底下方并透光和透熱。
[0010]在另一實施方式中，描述了一種襯底處理裝置。該裝置包括具有內(nèi)容積的腔室，該內(nèi)容積包括上部分和下部分，設(shè)置在內(nèi)容積中的冷卻板和熱源，該冷卻板與熱源相對，以及配置為使襯底在上部分和下部分之間移動的懸浮襯底支架。
[0011]在另一實施方式中，描述了一種用于熱處理襯底的方法。該方法包括提供具有其中設(shè)置懸浮襯底支架的腔室，朝第一位置移動襯底，加熱位于第一位置的襯底，將襯底移動至與有源冷卻裝置相鄰的第二位置，并冷卻位于第二位置的襯底，其中第一和第二位置設(shè)置在腔室中。
[0012]在另一實施方式中，描述了一種用于熱處理襯底的方法。該方法包括在第一溫度下將襯底提供給腔室，在第一時間周期將襯底加熱至第二溫度，在第二時間周期將襯底加熱至第三溫度，在第二時間周期將襯底冷卻至第二溫度，以及在第三時間周期將襯底冷卻至第一溫度，其中第二時間周期小于約2秒。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]為了可以詳細地理解本發(fā)明的上述特征，將參照附圖中示出的實施例對以上簡述的本發(fā)明進行更具體描述。然而，應(yīng)該注意，附圖中只示出了本發(fā)明典型的實施例，因此不能認為是對本發(fā)明范圍的限定，本發(fā)明可以允許其他等同的有效實施例。
[0014]圖1是快速熱處理(RTP)腔室的一個實施方式的簡化等角視圖；
[0015]圖2是襯底支架的一個實施方式的等角視圖；
[0016]圖3是RTP腔室的另一實施方式的示意性等角視圖；和
[0017]圖4是RTP腔室的另一實施方式的部分示意性側(cè)視圖。
[0018]為了便于理解，盡可能采用相同的附圖標記表示附圖中共同的相同元件。預(yù)期在一個實施方式中公開的元件可以有利地在其他實施方式采用，而不做具體的敘述。
【具體實施方式】
[0019]圖1是快速熱處理(RTP)腔室100的一個實施方式的簡化等角視圖?？梢赃m于從本發(fā)明受益的快速熱處理腔室的實施例是Quantum X plus和CENTURA熱處理系統(tǒng)，都可以從 Santa Clara, California(加利福尼亞州，圣克拉拉)的 Applied Materials, Inc.(應(yīng)用材料股份有限公司)購買得到。雖然該裝置描述為應(yīng)用在快速熱處理腔室中，但在此描述的實施方式可用于在一個處理區(qū)域內(nèi)需要至少兩個溫度區(qū)的其他處理系統(tǒng)和裝置中，諸如襯底支架平臺，適于機械手切換、定位裝置、沉積腔室、刻蝕腔室，電化學(xué)處理裝置和化學(xué)機械拋光裝置等，尤其在需要顆粒生成最小化情形下。
[0020]處理腔室100包括無接觸或磁懸浮襯底支架104、腔體102，具有壁108、底部110和限定內(nèi)容積102的頂部112。壁108通常包括至少一個襯底進出口 148以便于襯底140(在圖1中示出其中一部分)的進出。進出口可以耦合至傳送腔室(未示出)或真空交換腔(未示出)并可以選擇性用諸如狹口閥(未示出)的閥門密封。在一個實施方式中，襯底支架104是環(huán)形以及腔室100包括設(shè)置在襯底支架104的內(nèi)徑中的輻射熱源106。在2002年3月29日遞交的并在2004年10月5日授予的美國專利N0.6，800，833，在2004年2月27日遞交的美國專利申請序列號N0.10/788, 979并在2005年9月I日公布為美國專利出版號N0.2005/0191044中描述了可以修改的RTP腔室和可以采用的襯底支架的實施例，在此引入其全部內(nèi)容作為參考。
[0021]襯底支架104適于在內(nèi)容積120內(nèi)磁懸浮和旋轉(zhuǎn)。襯底支架104能在處理期間旋轉(zhuǎn)同時垂直上升并降低，并且還可以在處理之前、期間或之后上升或降低而不旋轉(zhuǎn)。由于為提升/降低和/或旋轉(zhuǎn)襯底支架通常所需的移動零件的缺失或減少，因此所述磁懸浮和/或磁旋轉(zhuǎn)防止或最小化顆粒生成。
[0022]腔室100還包括由對不同波長光，包括紅外(IR)光譜的光，和熱透明的材料形成的窗口 114，通過該窗口來自輻射熱源106的光子可以加熱襯底140。在一個實施方式中，窗口 114由石英材料形成，雖然可以使用其他透光材料，諸如藍寶石。窗口 114還可包括多個耦合至窗口 114的上表面的升降桿144，該升降桿144適于選擇性接觸和支撐襯底140，以便于傳送襯底進出腔室100。多個升降桿144每個配置為使來自輻射熱源106的能量吸收最小化，以及可以由與用于窗口 114的相同材料，諸如石英材料形成?？梢远ㄎ欢鄠€升降桿144并彼此徑向分隔以有利于與傳送機械手(未示出)耦接的端受動器的通行?？蛇x地，端受動器和/或機械手可以水平和垂直移動以便于襯底140的傳送。
[0023]在一個實施方式中，輻射熱源106包括燈組件，該燈組件由包括在冷卻劑組件360(圖3中示出)中與冷卻劑源183耦接的多個蜂窩管160的罩形成。冷卻劑源183可以是水、乙二醇、氮(N2)和氦(He)其中之一或組合。罩可以由銅材料或其他合適材料形成，并具有在其中形成的適合冷卻劑管道，用于來自冷卻劑源183的冷卻劑的流動。每個管160可以包含發(fā)生器和高強度燈組件或IR發(fā)射器，由其形成蜂窩形管排列。管的所述緊密六角形排列提供具有高能量密度和優(yōu)良空間分辨率的輻射能源。在一個實施方式中，輻射熱源106提供充足的輻射能來熱處理襯底，例如，退火沉積在襯底140上的硅層。輻射熱源106可進一步包括環(huán)形區(qū)，其中通過控制器124提供給多個管160的電壓可以變化以改善來自管160的能量的徑向分布。襯底140的加熱動態(tài)控制可以受適于測量襯底140表面溫度的一個或多個溫度傳感器117 (下文更詳細描述)的影響。
[0024]定子組件118圍繞腔體102的壁108并與一個或多個致動器組件122連接，該致動器控制定子組件118沿著腔體102的外部上升。在一個實施方式中(未示出)，腔室100包括圍繞腔體徑向設(shè)置的三個致動器組件122，例如圍繞腔體102成約120°角。定子組件118與設(shè)置在腔體102的內(nèi)容積120內(nèi)的襯底支架104磁耦合。襯底支架104可以包含或包括起到轉(zhuǎn)子功能的磁性部分，從而構(gòu)成磁懸浮軸承組件以提升和/或旋轉(zhuǎn)襯底支架104。在一個實施方式中，至少部分襯底支架104由槽412 (圖4示出)部分包圍，該槽連接到可以包括水、乙二醇、氮(N2)和氦(He)其中之一或組合的流體源186，適于作為用于襯底支架的熱交換媒介。定子組件118還可包括包圍定子組件118的多個零件和部件的罩190。在一個實施方式中，定子組件118包括層疊在懸掛線圈組件170上的驅(qū)動線圈組件168。驅(qū)動線圈組件168適于旋轉(zhuǎn)和/或提升/降低襯底支架104，而懸掛線圈組件170可以適于在處理腔室100內(nèi)將襯底支架104被動地居中?？蛇x地，旋轉(zhuǎn)和居中功能可以通過具有單個線圈組件的定子實施。
[0025]空氣控制系統(tǒng)164還與腔體102的內(nèi)容積120耦接。空氣控制系統(tǒng)164 —般包括用于控制腔室壓力的節(jié)流閥和真空泵。空氣控制系統(tǒng)164可額外地包括用于向內(nèi)容積120提供工藝氣體或其他氣體的氣體源?？諝饪刂葡到y(tǒng)164還可適于輸送氣體用于熱沉積工藝。
[0026]腔室100還包括控制器124，該控制器124—般包括中央處理器(CPU)130、輔助電路128和內(nèi)存126。CPU130可以是一種任意形式的計算機處理器，可在工業(yè)設(shè)置中使用，用于控制多種操作和子處理。存儲器126，或計算機可讀媒介，可以是一種或多種可讀存儲器，諸如隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、軟盤、硬盤或任意其他形式的數(shù)字存儲器、本地或遠程的，并且通常與CPU130連接。輔助電路128與CPU130耦接用于以傳統(tǒng)方式輔助控制器124。這些電路包括緩存、電源、時鐘電路、輸入/輸出電路、子系統(tǒng)等。
[0027]在一個實施方式中，每一個致動器組件122 —般包括從腔體102的壁108延伸的兩個凸緣134之間耦接的高精度導(dǎo)螺桿132。導(dǎo)螺桿132具有隨著螺桿旋轉(zhuǎn)沿著導(dǎo)螺桿132軸向運動的螺母158。聯(lián)軸器(coupling) 136稱合在定子118和螺母158之間，從而當(dāng)導(dǎo)螺桿132旋轉(zhuǎn)時，聯(lián)軸器136沿著導(dǎo)螺桿132移動以控制與聯(lián)軸器136接觸處定子118的上升。因此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)其中一個致動器122的導(dǎo)螺桿132在其他致動器122的螺母158之間產(chǎn)生相對位移時，定子118的水平面相對腔體102的中心軸改變。
[0028]在一個實施方式中，電機138諸如步進電機或伺服電機，與導(dǎo)螺桿132連接以通過控制器124提供響應(yīng)于信號的可控旋轉(zhuǎn)?？蛇x地，其他類型的致動器122可用于控制定子118的線性位置，諸如氣壓缸、液壓缸、滾珠螺旋、螺線管、線性致動器和凸輪隨動件等。
[0029]腔室100還包括一個或多個傳感器116，所述傳感器116—般適于檢測腔體102的內(nèi)容積120內(nèi)襯底支架104 (或襯底140)的上升。傳感器116可耦接至腔體102和/或處理腔室100的其他部分并適于提供襯底支架104和腔體102的頂部112和/或底部110之間的距離的輸出指示，以及還可檢測襯底支架104和/或襯底140的錯位。
[0030]所述一個或多個傳感器116耦接至控制器124，該控制器接收來自傳感器116的輸出度量并為一個或多個致動器組件122提供信號以提升或降低至少部分襯底支架104?？刂破?24可利用從傳感器116獲得的位置度量來調(diào)節(jié)每個致動器組件122處的定子118的上升從而襯底支架104和固定在其上的襯底140的上升和平面都可以相對于RTP腔室100的中心軸和/或輻射源106進行調(diào)節(jié)。例如，控制器124可提供信號以通過一個致動器122的操作提升襯底支架來校正襯底支架104的軸錯位，或控制器可以為所有致動器122提供信號以便于襯底支架104的同步垂直移動。
[0031]所述一個或多個傳感器116可以是超聲波、激光、電感、電容或可檢測腔體102內(nèi)的襯底支架104的接近度的其他類型的傳感器。傳感器116，可以靠近頂部112與腔體102耦接或與壁108耦接，雖然腔體102內(nèi)和圍繞腔體的其他位置可以是合適的，諸如連接到腔室100外部的定子118。在一個實施方式中，一個或多個傳感器116可以耦接至定子118并適于通過壁108感測襯底支架104 (或襯底140)的上升和/或位置。在該實施方式中，壁108可包括較薄的截面以便于通過壁108的位置感測。
[0032]腔室100還包括一個或多個溫度傳感器117，所述溫度傳感器117可適于在處理之前、期間和之后感測襯底140溫度。在圖1所示的實施方式中，溫度傳感器117穿過頂部112設(shè)置，雖然可以使用腔體102內(nèi)和圍繞腔體102的其他位置。溫度傳感器117可以是光學(xué)高溫計，作為示例，具有光學(xué)探頭的高溫計。傳感器117可適于成與頂部112耦接的結(jié)構(gòu)以感測襯底的整個直徑或部分襯底。傳感器117可以包括限定基本上等于襯底直徑的感測區(qū)域或者基本上等于襯底半徑的感應(yīng)區(qū)域的圖案。例如，多個傳感器117可以與頂部112成徑向或直線結(jié)構(gòu)耦接以形成貫穿襯底的半徑或直徑的感應(yīng)區(qū)域。在一個實施方式中(未示出)，多個傳感器117可以設(shè)置在從圍繞頂部112的中心到頂部112的外圍部分延伸的直線上。以該方式，襯底的半徑可以通過能夠在旋轉(zhuǎn)期間感測襯底的直徑的傳感器117監(jiān)控。
[0033]RTP腔室100還包括與頂部112相鄰、連接或在頂部112中形成的冷卻區(qū)180。一般地，冷卻區(qū)180與輻射熱源106隔開并相對。冷卻區(qū)180包括一個或多個與入口 181A和出口 181B連接的冷卻劑管道184。冷卻區(qū)180可以由諸如不銹鋼、鋁、聚合物或陶瓷材料的工藝耐腐蝕材料形成。冷卻劑管道184可包括螺旋形圖案、矩形圖案、圓形圖案或其組合以及管道184可以集成地形成在冷卻區(qū)180內(nèi)，例如，通過澆鑄冷卻區(qū)180和/或由兩件或多件制造冷卻區(qū)180并將這些件接合。另外地或可選地，冷卻劑管道184可以埋入冷卻區(qū)180 中。
[0034]如本文所述，腔室100適于接收“面朝上”定位的襯底，其中襯底的沉積物接收側(cè)面或表面朝冷卻區(qū)180定位并且襯底的“背面”面向輻射熱源106?！懊娉稀倍ㄎ豢梢允沟脕碜暂椛錈嵩?06的能量更快地被襯底140吸收，原因在于襯底的背面通常比襯底的正面具有較低的反射性。
[0035]雖然冷卻區(qū)180和輻射熱源106如所描述的分別位于內(nèi)容積120的上部和下部，但冷卻區(qū)180和輻射熱源106的位置可以倒置。例如，冷卻區(qū)180可以設(shè)計尺寸并配置為位于襯底支架104的內(nèi)徑中，以及輻射熱源106可以與頂部112耦接。以該設(shè)置，石英窗口114可以設(shè)置在輻射熱源106和襯底支架104之間，諸如與腔室100的上部中的輻射熱源106相鄰。雖然當(dāng)襯底背面朝向輻射熱源106時，襯底140可更快地吸收熱量，但襯底140可以面朝上方向或面朝下方向定位的任一結(jié)構(gòu)。
[0036]入口 181A和出口 181B可以通過閥和適合的管子與冷卻劑源182耦接以及冷卻劑源182與控制器124相通以便于控制位于其中的流體的壓力和/或流動。該流體可以是水、乙二醇、氮(N2)、氦(He)或其他用作熱交換媒介的流體。
[0037]在一個實施方式中，腔室100適于實施襯底140的熱處理。該方法包括將襯底140移動至與輻射熱源106相鄰的第一位置以加熱位于第一位置的襯底140。其上具有加熱的襯底140的襯底支架104隨后移動至與有源冷卻裝置相鄰的第二位置，諸如冷卻區(qū)180，以冷卻位于第二位置的襯底。
[0038]圖2是襯底支架104的一個實施方式的等角視圖。襯底支架104包括環(huán)形體220，該環(huán)形體220具有尺寸上接收輻射熱源和其他硬件(未在該視圖中示出)的內(nèi)徑209。襯底支架104至少部分由磁環(huán)部分208和支撐部分212組成。磁環(huán)部分208可以是至少部分由磁性材料，諸如含鐵材料組成以利于襯底支架104與定子118磁耦合。含鐵材料包括低碳鋼、不銹鋼，其可包括諸如鎳電鍍的電鍍金屬。在一個實施方式中，磁環(huán)部分208由多個圍繞中心軸成極性陣列設(shè)置的永久磁鐵組成。磁環(huán)部分208可額外包括具有形成在其中的一個或多個管道223的外表面。在一個實施方式中，磁環(huán)部分208包括諸如具有一個或多個形成在其中的管道223的“E”形或“C”形的成形形狀。[0039]支撐部分212 —般適于最小化來自輻射熱源106的能量諸如，熱和/或光的損失，從而來自輻射熱源106的主要部分的能量包含在襯底140的下表面和輻射熱源106的上端之間的區(qū)域內(nèi)(未在該圖中示出)。支撐部分212可以是從磁環(huán)部分208的上表面延伸的環(huán)形延伸214。支撐部分212還可包括支撐環(huán)210，在一個實施方式中，該支撐環(huán)210有利于對準并為襯底140提供密封表面202。在一個實施方式中，至少部分支撐環(huán)210由對來自輻射熱源106的能量透明的材料諸如石英材料形成。在另一實施方式中，支撐環(huán)210包括可熔結(jié)的碳化硅材料。支撐環(huán)210可進一步包括氧化物涂層或氧化層，其可包括氮。在2004年2月5日遞交的并在2005年5月3日授予的美國專利N0.6，888，104描述了可以使用的支撐環(huán)210的示例，在此引入其全部內(nèi)容作為參考。
[0040]支撐環(huán)210—般包括內(nèi)壁222和從內(nèi)壁222向內(nèi)延伸的支撐唇(support lip)219。內(nèi)壁222可以分級的或傾斜的形式在尺寸上略大于襯底以及當(dāng)襯底支架104提升時便于襯底140的對準和/或居中。襯底隨后可以固定在支架唇219上以及在襯底支架104提升和/或旋轉(zhuǎn)期間維持襯底居中。支撐環(huán)210還可包括與內(nèi)壁222相對的從支撐環(huán)210的上表面向下延伸的外壁223。外壁223和內(nèi)壁222之間的區(qū)域形成便于環(huán)形延伸214上的支撐環(huán)210對準的管道224。支撐部分212可通過緊固、粘接或重力連接至磁環(huán)部分208，并適于在處理期間支撐襯底140。在一個實施方式中，支撐環(huán)210起到邊緣環(huán)功能以及為了方便移除和置換可以重力附接于環(huán)形部分214。
[0041]支撐部分212可以由減少潛在刮擦、化學(xué)或物理污染、和/或襯底的損傷的材料形成，例如，諸如碳化硅、不銹鋼、鋁、陶瓷的材料，或者可使用高溫聚合物?？蛇x地，支撐部分212可以由磁環(huán)部分208的材料制造為整體構(gòu)件。至少部分支撐部分212可以用反射性材料制造或涂覆，或根據(jù)工藝參數(shù)由黑色材料形成或涂覆類似于黑體吸收熱量。應(yīng)當(dāng)注意在此使用的黑色材料可包括諸如黑顏色的暗色，但不限于暗色材料或涂層。更具體地，黑色材料、黑色拋光面或黑色涂層指類似于黑體無反射率或缺乏吸收能量，諸如熱和/或光的能力的材料、涂飾或涂層。
[0042]圖3是包括腔體102，并具有限定如圖1所示的內(nèi)容積120的壁108、底部110和頂部112的RTP腔室300的另一實施方式的側(cè)視圖的示意圖。腔室300還包括如圖1所示的無接觸或磁懸浮襯底支架104，但為簡單起見未示出腔室200外部的定子和其他部件。在該實施方式中，襯底支架104顯示為位于交換的位置，其中多個升降桿144支撐襯底140以便于襯底的傳送。
[0043]在該實施方式中，部分襯底支架104和/或磁環(huán)部分208可擱在或接近腔體102的底部Iio的上表面。以及窗口 114通過其中一個磁環(huán)部分208的上表面和/或耦接的延伸312來支撐或否則通過底部110的上表面支撐。延伸312可以是圍繞設(shè)置在襯底支架104的內(nèi)徑中的部分輻射熱源106的冷卻劑組件360的側(cè)壁，或者延伸312可以是與襯底支架104的內(nèi)徑中和冷卻劑組件360的外部的底部的上表面連接接的支撐構(gòu)件。適配器板315還可耦接至腔室底部110以便于用于輻射熱源106和/或冷卻劑組件360的電線和其他支撐裝置的連接。
[0044]支撐部分212可以是從襯底支架104或磁環(huán)部分208延伸的環(huán)形延伸214。支撐部分還可包括為襯底140提供對準和密封表面的支撐環(huán)210。支撐環(huán)210包括內(nèi)壁222和從內(nèi)壁222向內(nèi)延伸的支撐唇219。內(nèi)壁222可以尺寸上略大于襯底以及當(dāng)襯底支架104提升時便于襯底140的對準和/或居中。襯底140可隨后固定在支撐唇219上以及在襯底支架104的提升和/或旋轉(zhuǎn)期間維持襯底居中。
[0045]在一個實施方式中，冷卻區(qū)180包括用于如上所述循環(huán)冷卻液的多個冷卻劑管道348A-348C。冷卻劑管道可以是分立的管道或離散的流徑，或者冷卻劑管道包括多個與冷卻劑源182耦接的閉合的流徑。在一個實施方式中，冷卻區(qū)180包括多個冷卻區(qū)域，諸如一般通過冷卻劑管道348A限定的外區(qū)，一般通過冷卻劑管道348C限定的內(nèi)區(qū)，以及通過冷卻劑管道348B限定的中間區(qū)。外區(qū)可對應(yīng)于襯底140的外圍，而內(nèi)區(qū)和中間區(qū)可對應(yīng)于襯底140的中央部分。冷卻劑溫度和/或冷卻劑流動可以在這些區(qū)域中進行控制，例如，相對于襯底的中央，在襯底140的外圍上提供更多的冷卻。以該方式，冷卻區(qū)180可通過在需要或預(yù)期冷卻的襯底的區(qū)域中提供更多或更少的冷卻來提供改善的襯底140的溫度控制。
[0046]冷卻區(qū)180可以由諸如鋁、不銹鋼、鎳、陶瓷或工藝耐腐蝕聚合物的材料形成。冷卻區(qū)180可包括反射性材料，或包括配置為將熱量反射至襯底表面上的反射涂層。可選地，冷卻區(qū)180可包括黑色材料(諸如配置為基本類似于黑體吸收能量的黑色材料)或另外用黑色材料涂覆或拋光或表面配置為吸收來自襯底和/或內(nèi)容積120的熱量。冷卻區(qū)180還可包括表面或外表面332，所述表面或外表面332可粗糙化或拋光以增加以熱和/或光形式的輻射能量的反射率或吸收。外表面332還可包括涂層或光潔面根據(jù)工藝參數(shù)增加反射率或吸收。一個實施方式中，冷卻區(qū)180可以是黑色材料或類似于黑色材料的材料，或另外用黑色材料或類似于黑色材料涂覆或拋光，以具有接近I的發(fā)射率或發(fā)射度，諸如約0.70到約
0.95之間的發(fā)射率。
[0047]如圖3所示，內(nèi)容積120包括溫度轉(zhuǎn)變區(qū)305，或者描述為距離D3的處理區(qū)，其包括加熱區(qū)306A和冷卻區(qū)306B，從而在處理期間可以暴露襯底。區(qū)域306A、306B能使襯底140在處理期間在內(nèi)容積120中快速加熱和快速冷卻。作為示例，加熱區(qū)306A可以使得處理期間襯底140的表面上的溫度在約450°C到約1400°C之間，以及冷卻區(qū)306B根據(jù)工藝參數(shù)在處理期間可以使襯底140的表面冷卻至室溫或更低。
[0048]例如，可以在室溫或真空交換腔或其他外圍腔室或傳送裝置中的加熱裝置提供的高于室溫的某個溫度將襯底140傳送到RTP腔室。襯底140的溫度在襯底傳送至RTP腔室之前、期間或之后可稱為第一或?qū)霚囟?，可以從所述溫度開始RTP工藝。在一個實施方式中第一或?qū)霚囟瓤梢栽诩s室溫到約600°C之間。一旦襯底140導(dǎo)入至腔室，襯底可以快速加熱，使襯底的溫度從導(dǎo)入的溫度至約800 V到約1200 V之間，諸如900 V到約1150 V的第二溫度。在一個實施方式中，使用來自傳感器117的反饋改變和監(jiān)控輻射熱源的功率，以在加熱步驟或第一加熱周期使襯底表面能在約900°C到約1150°C的第二溫度。
[0049]在一個實施方式中，第一加熱周期設(shè)置為使襯底的溫度在約2分鐘或更少時間，諸如從50秒和約90秒，例如約55秒和約75秒之間在整個襯底上從導(dǎo)入溫度提高到約900°C到約1150°C。在襯底在加熱周期已達到第二溫度之后，尖峰或轉(zhuǎn)變階段可能開始，其中包括第二加熱周期。該第二加熱周期可包括將襯底加熱比第二溫度高約25°C到約100°C的第三溫度。轉(zhuǎn)變階段還包括將襯底溫度降低至比第三溫度低約25°C到約100°C的第四溫度。在一個實施方式中，第三溫度和第四溫度彼此在約5°C到約20°C內(nèi)，以及在一個實施方式中，第三溫度和第四溫度基本上相同。轉(zhuǎn)變階段可包括約3秒或更少的第三周期，諸如約
0.1秒到約2秒，例如，約0.3秒到約1.8秒之間。[0050]在轉(zhuǎn)變階段之后，襯底可放置在鄰近冷卻區(qū)180區(qū)并通過冷卻區(qū)180和冷卻劑源315其中之一或兩者進行快速冷卻(以下將更詳細描述)。在第四周期中襯底可冷卻至基本上等于第一或?qū)霚囟鹊臏囟?，第四周期可以小?0秒，諸如約2秒到約6秒。襯底可快速冷卻至預(yù)期的溫度，包括在或近似室溫的溫度，或冷卻至能進行傳送的高于室溫的溫度，從而可提高產(chǎn)量。
[0051]在一個應(yīng)用中，一種用于通過如本文所述的RTP腔室進行熱處理襯底的方法。該方法包括以第一溫度向腔室提供襯底140，諸如室溫，或高于室溫的某個溫度，以及在第一時間周期諸如約2分鐘或更少加熱襯底至第二溫度，該第二溫度是約900°C到約1150°C。該方法還包括在可能少于約2秒的第二時間周期將襯底140加熱至比第二溫度高諸如約25°C到約100°C的第三溫度。該方法還包括在第二時間周期將襯底140冷卻至第二溫度，以及在可能少于約3秒的第三時間周期將襯底冷卻至第一溫度。
[0052]襯底的快速加熱和冷卻，如上所述，具有許多優(yōu)點。通過來自傳感器117的反饋持續(xù)監(jiān)控襯底的溫度，以及可以通過相對于冷卻區(qū)180和/或加熱源106移動襯底便于襯底溫度的改進控制。摻雜劑擴散控制可以通過襯底的快速并可控的加熱和冷卻來改善，并且可以改善器件性能。另外地，減少的加熱和冷卻時間可以增加產(chǎn)量。
[0053]為了使得襯底能夠快速加熱和冷卻，襯底可以在溫度轉(zhuǎn)變區(qū)305中移動。內(nèi)容積120和區(qū)域306A、306B中襯底140的移動促使在襯底加熱和冷卻之間的銳轉(zhuǎn)變和/或較少的停留時間。在一個示例中，一旦襯底140放置在處理位置，溫度轉(zhuǎn)變區(qū)305的加熱區(qū)306A可包括對于襯底140(或襯底支架104)的移動距離D1，例如，約0.5英寸到約1.5英寸之間。溫度轉(zhuǎn)變區(qū)的冷卻區(qū)306B可包括對于襯底140 (或襯底支架104)的移動距離D2，約0.5英寸到約1.5英寸之間。在一個實施方式中，內(nèi)容積內(nèi)的襯底140 (或襯底支架104)的總移動，諸如在輻射熱源106和冷卻區(qū)180之間，是約0.75英寸到約3.25英寸之間，例如，約1.0英寸和約2.75英寸之間，諸如約2英寸。在一個實施方式中，距離D1包括距離D3的約二分之一，以及距離D2包括距離D3的約二分之一。根據(jù)襯底的平整度和襯底的其他物理特征，以及襯底支架的機械性質(zhì)，襯底支架104可配置為將襯底提升至緊鄰襯底140的位置。假設(shè)襯底具有適合的平整度，以及襯底支架104和設(shè)置在其上的襯底基本平行于冷卻區(qū)180，襯底可以從冷卻區(qū)180的下表面在約0.005英寸到約0.025英寸內(nèi)提升。將襯底放到緊鄰冷卻區(qū)能夠使得襯底的快速熱傳遞和改善冷卻。
[0054]在一個實施方式中，腔室300包括與冷卻劑源315相連的氣孔310。氣孔310可以是歧管或形成的多個開口，或另外與腔室壁108的上部分連接，以及可以形成為，或適于連接至能夠使得層流經(jīng)過冷卻區(qū)306B的噴嘴，例如，鄰近冷卻區(qū)180的外表面332。為了能形成增強的流動通道，腔室還包括在腔室壁108形成的出口 320，通常與氣孔310相對。出口320可連接到配置為輔助空氣控制系統(tǒng)164 (圖1)的真空源以及通過氣孔310去除過量氣體。冷卻劑源315包括冷卻液，諸如氦(He)、氮(N2)或其他適合冷卻液，并定向或配置為在冷卻區(qū)306B內(nèi)流動。當(dāng)襯底處于冷卻區(qū)306B中時，來自氣孔310的冷卻液能夠快速冷卻襯底140。
[0055]如參照圖1所示，輻射熱源106耦接至冷卻劑組件360，該冷卻劑組件適于維持適合溫度和/或冷卻輻射熱源106的蜂窩管160。冷卻劑組件360包括側(cè)壁312和底部314，適于包含流體。底部314包括孔322和324，所述孔322和324配置為提供及去除來自冷卻劑源183的冷卻劑流體，所述冷卻液可以是水、乙二醇或其他適合冷卻液。冷卻劑組件360還可包括多個在其中形成的多個流體管道(參照圖4所示)，用于改善來自冷卻液和輻射熱源106的熱傳遞。
[0056]圖4是處理位置中的RTP腔室400另一實施方式的部分側(cè)視圖以及并將對冷卻劑組件360的詳細內(nèi)容進行描述。冷卻劑組件360包括底部322和側(cè)壁312，如圖其他附圖中所示，以及還包括主體427，其包括分隔多個蜂窩管160的多個隔離物426。該主體還可包括與底部322相對的平板423使得在二者之間形成空隙(void) 446，該平板設(shè)計為包含來自第一冷卻劑源485A的冷卻劑以及將空隙446與多個蜂窩管160隔離?？障?46通過與底部322連接的孔324與冷卻劑源485A相通，并且孔324與氣室445相通，該氣室445通過氣室孔415與空隙446流體相通。平板423可包括在其中形成的多個管道或凹槽428以增加可用于冷卻液的表面積，從而增強來自輻射熱源106的散熱。
[0057]在操作中，通過孔322將來自第一源485A的冷卻液提供給空隙446，以及冷卻劑至少部分地填充空隙446。冷卻劑可持續(xù)流入空隙以散熱并通過氣室孔415排放至氣室445。冷卻劑可通過孔324從氣室445去除并返回至第一源485A。冷卻劑可以在經(jīng)過空隙446循環(huán)之前補充和/或冷卻。以該方式，輻射熱源106的溫度得到控制。
[0058]冷卻劑組件360還可包括多個在多個隔離物426中的至少一部分形成的多個流體管道425。配置流體管道425使得來自第二流體源485A的冷卻液，諸如水、乙二醇、氮(N2)、氦(He)或其他作為熱交換媒介的流體流動。流體管道425通過至少一個入口和出口(未示出)耦接至第二流體源485B。來自第一和第二源485A、485B的冷卻劑的流動便于改善輻射熱源106的溫度控制。
[0059]腔室100還包括具有支撐構(gòu)件210的磁懸浮或無接觸襯底支架104和與設(shè)置在管道或槽412中的環(huán)形體220耦接的環(huán)形延伸212。槽412通過用于將冷卻劑提供給槽的孔420連接至流體源186，從而可將從輻射熱源106傳遞的熱量和/或處理期間由于環(huán)形體220的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量散失。流體源186可包括冷卻液，諸如水、乙二醇、氮(N2)、氦(He)或其他用作熱交換媒介的流體。間隙418還可在冷卻劑組件360的側(cè)壁312和槽412的側(cè)壁之間形成以便于襯底支架104的環(huán)形體220和輻射熱源106之間的絕熱。
[0060]雖然前述涉及本發(fā)明的實施方式，但在不偏離本發(fā)明的基本精神范圍內(nèi)可以涉及本發(fā)明其他和進一步的實施方式，并且其范圍通過以下權(quán)利要求書確定。
【權(quán)利要求】
1.一種襯底處理裝置，包括: 具有內(nèi)容積的腔室， 以相對的關(guān)系設(shè)置在內(nèi)容積中的熱源和冷卻源；所述冷卻源包括獨立控制的多個冷卻區(qū)，所述多個冷卻區(qū)對應(yīng)于襯底的外區(qū)、中間區(qū)和內(nèi)區(qū)； 設(shè)置在內(nèi)容積中的磁驅(qū)動襯底支架，所述襯底支架具有環(huán)形體，該環(huán)形體在其上表面上支撐襯底；以及 在內(nèi)容積中設(shè)置在熱源與襯底之間的透明窗口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述熱源設(shè)置在所述窗口之下。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述熱源設(shè)置在所述環(huán)形體的內(nèi)徑中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括: 與所述環(huán)形體耦接的環(huán)形延伸；和 與所述環(huán)形延伸可拆卸地耦合的環(huán)形環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述環(huán)形體與定子組件磁耦合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括: 從所述窗口的上表面延伸的多個升降桿。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述冷卻源包括冷卻板。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述冷卻板含有黑色材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述冷卻板具有0.70到0.95之間的發(fā)射率。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述冷卻板具有至少一個流體管道，所述流體管道用于冷卻劑在其中流動。
11.一種襯底處理裝置，包括: 腔室，具有包括上部分和下部分的內(nèi)容積； 設(shè)置在內(nèi)容積中的冷卻板和熱源；所述冷卻板具有多個冷卻區(qū)并與所述熱源相對，所述多個冷卻區(qū)獨立控制并對應(yīng)于襯底的外區(qū)、中間區(qū)和內(nèi)區(qū)； 懸浮的可旋轉(zhuǎn)襯底支架，在所述上部分和所述下部分之間移動所述襯底；以及 設(shè)置在熱源和襯底之間的窗口，其中所述窗口能透過紅外光譜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述冷卻板設(shè)置在所述內(nèi)容積的上部分，而所述熱源設(shè)置在所述內(nèi)容積的下部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述冷卻板含有黑色材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述冷卻板包括至少一個流體管道，所述流體管道用于冷卻劑在其中流動。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述襯底支架具有接收所述熱源的內(nèi)徑尺寸。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述襯底支架具有接收并支撐所述襯底的支撐環(huán)。
17.一種襯底處理裝置，包括: 腔室，具有包括上部分和下部分的內(nèi)容積； 設(shè)置在所述下部分中的熱源； 設(shè)置在所述上部分中的冷卻板；所述冷卻板具有多個冷卻區(qū)，所述多個冷卻區(qū)獨立控制并對應(yīng)于襯底的外區(qū)、中間區(qū)和內(nèi)區(qū)；至少部分設(shè)置在內(nèi)容積中的磁驅(qū)動襯底支架，所述襯底支架具有環(huán)形體，該環(huán)形體在其上表面上支撐襯底；以及 設(shè)置在所述熱源和襯底之間的窗口，其中該窗口能透過紅外光譜。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述窗口包括從其上表面延伸的多個升降桿。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述冷卻源包括冷卻板。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述冷卻板含有黑色材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述冷卻板具有0.70到0.95之間的發(fā)射率。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述冷卻源包括至少一個流體管道，所述流體管道用于流體在其中流動。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述熱源設(shè)置在所述環(huán)形體的內(nèi)徑中。
【文檔編號】H01L21/67GK103943537SQ201410136512
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2007年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2006年12月14日
【發(fā)明者】庫赫斯特·索瑞伯基, 亞歷山大·N·勒納 申請人:應(yīng)用材料公司