专利名称：在热处理期间用于测量辐射能的设备和方法
技术领域：
本发明总体上与半导体处理领域有关；特别是，本发明与用于热处理半导体基板 的方法与设备有关。
背景技术：
在半导体处理中，基板被加热至高温以使各种化学及/或物理反应得以发生。热 处理通常用于加热基板；典型的热处理(例如退火)需要在短时间内对基板提供相对大 量的热能，并接着快速冷却晶片而结束热处理。近来所使用的热处理实例包括快速热处理 (RTP)与脉冲式(尖峰)退火。一般而言，这些热处理根据预定的热需求而在受控制条件下加热基板。这些热需 求基本上包括半导体基板必须加热至温度变化率(也即温度上升率与下降率)的温度、以 及热处理系统保持在特定温度的时间。为控制该处理以达到所需结果、以及为维持基板在热处理期间的整体均勻性，精 确的温度测量是必须的。处理的基板或腔室组件的温度测量一般是藉由非接触方式而在原 处进行，例如使用高温温度计来感测来自标的物体的辐射能。高温温度计一般是侦测来自 标的物体的辐射能的特定波长的能量级以决定标的物体的温度。热处理期间高温温度计所进行的温度测量的精确性通常受到辐射能中所接收的 噪声的影响。举例而言，在测量处理基板的温度时，除了基板所发出的辐射能之外，传感器 也会直接或通过反射而接收到来自能量源的辐射能。已使用了各种方法来避免不需要的辐射能进入温度传感器。举例而言，可使用覆 盖物或遮蔽物来避免背景噪声(例如来自能量源的辐射能)进入传感器；然而，覆盖物与遮 蔽物不只会增加系统复杂度、降低系统灵活性，也会限制传感器的较低范围。光谱过滤器也可用以滤出辐射传感器的工作波长内的背景辐射能；工作波长一般 是落在用于测量热处理期间半导体基板的限制范围内。适当的光谱过滤器(例如含有稀土 元素的光谱过滤器)通常都很昂贵；此外，光谱过滤器通常会吸收工作波长内的加热源的 辐射能。这种吸收不仅导致加热源的辐射能的浪费，也会使光谱过滤器本身过热。因此，需要一种改良的设备与方法来进行热处理期间的有效及精确的温度测量。
发明内容
本发明的实施例大致提供了用于在热处理期间进行精确温度测量的设备与方法。 特别是，本发明的实施例提供用于减少热处理期间温度测量中的背景噪声(例如来自加热 源的辐射)的设备与方法。本发明的一实施例提供了一种用于处理基板的腔室，其包括腔室外壳，其界定处 理容积；能量源，其配置以将辐射能引导向该处理容积；光谱装置，其配置以标记来自该能 量源至该处理容积的辐射能；基板支座，其配置以在该处理容积中支撑该基板；参考传感 器，其位于该处理容积中以接收辐射能；标的传感器，其位于该处理容积内以接收测量波长的辐射能；以及控制器，其配置以利用该参考传感器的测量来决定来自该能量源的辐射能 的特性，并利用该标的传感器的测量与该能量源的辐射能的该特性来决定该基板的温度。本发明的另一实施例提供了一种用于处理基板的方法，其包括自能量源引导辐 射能至热处理腔室的处理容积；标记从该能量源引导至该处理容积的辐射能；在该处理容 积内定位该基板；测量该处理容积内的辐射能；利用在该处理容积内所测量的辐射能以及 来自该能量源的辐射能的标记来决定来自该能量源的辐射能的特性；以及利用在该处理容 积内所测量的辐射能以及所决定的来自该能量源的辐射能特性来决定该基板的温度。本发明的又一实施例提供了一种用于处理基板的方法，其包括自能量源引导辐 射能至热处理腔室的处理容积；标记从该能量源引导至该处理容积的辐射能；在该处理容 积内定位该基板；测量该处理容积内参考波长的辐射能；从该参考波长的测量，决定该辐 射能的特性；测量该处理容积内测量波长的辐射能；以及利用该测量波长的测量以及所决 定的来自该能量源的辐射能特性来决定该基板的温度。
为详细了解本发明的前述特征，可参照如附图中所描述的实施例来进一步描述上 文中所简述的本发明。然而，应当注意，附图仅说明了本发明的典型实施例，因而非用以限 制本发明的范畴；本发明允许其它的等效实施例。图1是根据本发明一实施例的热处理腔室的示意图。图2是标的物与加热源的辐射光谱示意图，其说明了本发明一实施例的方法。图3是标的物与加热源的辐射光谱示意图，其说明了本发明一实施例的方法。图4是一示意图，其说明了加热源在不同温度时的光谱特征。图5是一示意流程图，其说明了根据本发明一实施例的热处理期间测量标的物温 度的方法。图6是一流程图，其说明了根据本发明一实施例的热处理期间测量温度的方法。图7是一流程图，其示意说明了根据本发明的一实施例的用于测量标的物温度的 方法。图8是一流程图，其示意说明了根据本发明的另一实施例的用于测量标的物温度 的方法。图9是根据本发明一实施例的快速热处理腔室的示意截面测视图。为助于理解，在图中尽可能使用了相同的组件符号来代表相同的组件。应当理解， 如非特别说明，在一实施例中所揭露的组件也可有益地用于其它实施例。
具体实施例方式本发明的实施例提供了用于对热处理期间在温度测量中辨识与特性化加热源辐 射的设备与方法。在本发明一实施例中，背景辐射能(例如热处理腔室的能量源)被标记 在选择光谱内；接着藉由测量该选择光谱内的参考波长的辐射能和恰在该选择光谱外的比 较波长的辐射能来决定背景的特性。在一实施例中，标的物(例如处理基板)的温度是藉 由测量该选择光谱外的测量波长的辐射能以及背景的特性而决定。因为参考波长与测量波 长不同，背景是以具有受限热损失的光谱予以标记，同时标的物能以高热可视性的波长予以测量。图1是根据本发明一实施例的热处理腔室100的示意图。处理腔室100 —般包括 腔室主体101，其界定了处理容积110，基板102是在处理容积110中进行热处理。能量源 103置于腔室主体101外，且配置以通过窗口 104而将辐射能105引导至处理容积110。传感器组件108置于能够测量腔室主体101内的组件的贡献的位置。在一实施例 中，传感器组件108配置以藉由取得及测量来自基板102的辐射能而测量基板102的温度。 传感器组件108连接至系统控制器109，其配置以根据传感器组件108所接收的辐射能而决 定腔室主体101中组件的温度或其它特性。在一实施例中，系统控制器109也可根据传感 器组件108的测量而调整能量源103。在一实施例中，来自能量源103的辐射能105在进入处理容积110作为辐射能 106前、或进入处理容积110作为辐射能106时，经过处理或标记；因此，在处理期间，传感 器108可以从辐射能106中区分及/或分离出标的物体(例如基板10 所产生的辐射能 107。辐射能105可经由偏极化、反射、吸收、加入标记、或其组合而加以处理。来自能量 源103的辐射能105在整体光谱上进行处理，或仅处理选择光谱的辐射能105。在一实施例中，来自能量源103的辐射能是在进入处理容积110时在选择光谱内 被标记。能量源的标记是利用经配置以吸收、反射、或偏极化该选择光谱内的辐射能的吸收 器、反射器、或极化器而达成。在一实施例中，吸收器、反射器、或极化器可配置在窗口 104的内部或外部。因此，能量源103中仅有经标记的辐射能106会进入处理容积110。在一实施例 中，如图1所示，选择光谱114中仅有一部分的辐射能进入处理容积110中。传感器组件108接收来自基板102的辐射能107以及来自能量源103的经标记的 辐射能106两者。在一实施例中，传感器组件108包括参考传感器与比较传感器，参考传感 器作用于选择光谱114内的参考波长115，而比较传感器作用于恰落在选择光谱114外的比 较波长111。在一实施例中，比较波长111与参考波长115实质上接近，因此可忽略原始辐 射能105、107在这些波长处的强度差异。所接收的辐射的特性(例如来自能量源103与来自基板102在比较波长111的辐 射能的比率)是利用传感器组件108在参考波长115与比较波长111的测量而决定。决定 特性的方法描述在图2-8。当标记的效应(例如吸收的辐射能比率)为已知时，可由参考波长115及比较波 长111处的测量而概略计算出比较波长111的辐射能的强度。在一实施例中，基板102的 温度可由比较波长111的辐射能117的估算强度而决定。在一实施例中，可由测量一测量波长112的辐射能而得到更精确的基板102的温 度测量，在测量波长112处基板102的辐射能107相对较高且易于侦测。在测量波长处，辐 射能117的强度等于辐射能测量减去根据参考波长115处与比较波长111处的测量所得的 辐射能106强度。在一实施例中，系统控制器109连接至能量源103的功率源113。系统控制器109 可监视功率源113的功率级；功率源113的功率级可在处理期间产生能量源103的光谱特 征。举例而言，，黑体源的调和色彩温度已知是功率级的函数。光谱特征可用于与参考波长115及比较波长111处的测量结合，以决定整个光谱中的辐射能105强度，包括在测量波长 112处的强度。图2示出了热处理腔室中辐射光谱的示意图，其中χ轴代表波长，而y轴代表辐射 能的相对强度。图2说明了来自加热源(例如图1所示的能量源10 的辐射能206的相 对强度以及来自标的物(例如图1所示的基板10 的辐射能207的相对强度。图2也说 明了加热源与标的物的结合辐射能208的强度。热传感器一般会接收结合辐射能208，而辐 射能207需要辨识出标的物的贡献(例如温度)。本发明的实施例提供了可藉由测量结合 辐射能208而精确取得辐射能207的设备与方法。在本发明一实施例中，来自加热源的辐射能206的选择光谱209藉由标记装置 (例如吸收器、或反射器)予以标记。辐射能206的标记是藉由在加热源与处理腔室之间 以标记装置衬入窗口而实施。在一实施例中，标记装置的衰减为已知；如图2所示，辐射能 207的已知部分自该处理腔室中被滤出，因此，结合能208也会在选择光谱209处被刻痕记。在一实施例中，第一热传感器被配置以测量落在选择光谱209内的参考波长201 的结合辐射能208 ；第一热传感器的测量可表示为S1 =W1 +L1 =W1+ 吨式 1其中S1是测量，W1为来自标的物的辐射能的强度，L1为衰减后来自加热源的辐射 能的强度，R为标记装置的衰减且为已知，而4为衰减前来自加热源的辐射能的强度。在一 实施例中，标记装置的衰减约为0. 3至0. 01。第二热传感器被配置以测量落在选择光谱209外、且与参考波长201实质上接近 的比较波长202处的结合辐射能208。第二热传感器的测量可表示为S2 = W2+L2 式 2其中&是测量，W2为来自标的物的辐射能207的强度，L2为来自加热源的辐射能 的强度。在一实施例中，来自标的物的辐射能207的强度(W2)是由测量31与&估算而得， 当参考波长与比较波长够接近时，在波长201与波长202处的辐射能206、207的强度大概 相同，也即W2 ≈W1且L2≈L01; 因此W2 ≈ W1 = (S「RS2)/(I-R) 式 3图6是一流程图，其说明了如图2所示的在热处理期间用于测量温度的方法300。在方块310中，在热处理腔室中定位基板以进行热处理。在方块320中，标记来自加热源(例如灯泡组件)的在选择光谱(例如图2的选 择光谱209)处的辐射能。标记可藉由吸收、反射或偏振化而进行。在方块330中，将来自加热源的辐射能导向热处理腔室。在一实施例中，可通过热 处理腔室的石英窗口而将辐射能导向热处理腔室，而标记装置可为衬在石英窗口上的过滤器。在方块340中，测量热处理腔室中的该选择光谱内的参考波长处的辐射能。在方块350中，测量热处理腔室中的恰在该选择光谱外的比较波长处的辐射能。在方块360中，从在参考波长与比较波长处的辐射能测量取得基板的辐射能。在 一实施例中，可利用式3得到基板的辐射能，基板的贡献(例如温度)可从计算的辐射能获
在一实施例中，可藉由在辐射能207相对较强的波长处进行测量来增加热测量的 精确度。然而，测量辐射能207的理想波长可能与用于标记加热源的辐射能206的理想波 长不同。图3说明了根据本发明另一实施例的可在不同波长进行标记与测量的方法。图3是来自图2的标的物与加热源的辐射光谱示意图。类似于图2，来自加热源的 辐射能206被标记在选择光谱209，且第一与第二传感器用以测量选择光谱209内的参考波 长201以及恰落在选择光谱209外的比较波长202的辐射能。此外，来自加热源的辐射能206被以相同方式标记于与选择光谱209不同的第二 选择光谱210。第三传感器用以测量第二选择光谱210内的第二参考波长203的辐射能 208。第四传感器用以测量恰落在该第二选择光谱210外的第二比较波长204的辐射能208。藉由标记加热源的两个选择光谱并使用四个热传感器，可沿光谱计算出来自标的 物的辐射能206与来自加热源的辐射能207的比率，因而可获得从落在选择光谱209、210 外的波长处测量的标的物的辐射能207。根据式1与式2、以及W2 W1且Z2 4的估算式，比较波长202处辐射能206为L2=(S2-S1Vd-R) 式 4第三热传感器的测量可表示为
S} =Wi+L3 =W3+ 及’4式 5其中&为测量，W3为来自标的物的辐射能207的强度，L3为衰减后加热源的辐射 能强度，4为衰减前加热源的辐射能强度，而R’为第二标记装置的衰减。第四热传感器的测量可表示为S4 = ff4+L4 式 6其中、为测量，W4是来自标的物的辐射能207的强度，而L4为来自加热源的辐射 能的强度。根据式5与式6、以及W3 W4且、 砧的估算式，比较波长204处辐射能206为L4 = (S4-S3)/(I-R') 式 7在一实施例中，测量波长205的辐射能206可以L2与L4的波长函数加以计算，因 此Lp = F(p, L2, L4) 式 8其中ρ是Lp的对应波长。F为可反映辐射能206的光谱特性的任一适当函数。在 一实施例中，函数F是线性插值(linear interpolation)；在另一实施例中，F可来自蒲朗 克定律(Plank’ s Law)或以经验决定。在一实施例中，使用第五传感器来测量测量波长205的辐射能，测量波长选择为 理想用于测量来自标的物(例如基板)的辐射能。第五传感器在测量波长205的测量可表 示为Sp = ffp+Lp 式 9其中Sp为测量、Wp是来自标的物的辐射能207的强度，而Lp为来自加热源的辐
射能的强度。来自标的物的辐射能207的强度(Wp)可由测量Sp与辐射能Lp估算而得，因此Wp = Sp-Lp 式 10
图7是一流程图，其说明了如图3中所述的在热处理期间测量温度的方法400。在方块410中，将基板定位在热处理腔室中以进行热处理。在方块420中，标记来自加热源(例如灯泡装置)的在两个选择光谱处(例如图 2的选择光谱209、210)的辐射能。标记可藉由吸收、反射、或偏极化而进行。在方块430中，将来自加热源的辐射能引导至热处理腔室。在一实施例中，辐射能 通过热处理腔室的石英窗口而被引导至热处理腔室，而标记装置可为衬在该石英窗口上的 过滤器ο在方块440中，分别测量热处理腔室中的在两个选择光谱内的两个参考波长处的 辐射能。在步骤450中，在恰落在相应的选择光谱外的两个比较波长处测量热处理腔室中 的辐射能。在方块460中，从整个光谱上参考波长与比较波长处的测量取得来自加热源的辐 射能。利用式4、式7与式8可得到整个光谱上来自能量源的辐射能。在方块470中，在测量波长处测量辐射能，测量波长是选择为辐射能最有效反映 基板贡献的波长。在方块480中，利用在测量波长处的测量以及从能量源所得的辐射能，决定来自 基板的在测量波长处的辐射能。可利用式10来决定。在另一实施例中，可在热处理期间利用不同于标记波长的波长处的测量与加热源 的光谱特征来测量基板的温度或其它贡献，如图4与图5所示。图4是一示意图，其说明了加热源在不同温度时的光谱特征；其中χ轴代表波长， y轴代表辐射的相对强度。由图可知热辐射是发生在大范围的频率处。对于特定物体而言， 发射的辐射的主要频率会随着温度增加而增加，且对于不同温度而言，整个光谱的辐射相 对强度具有特定的形状。整个光谱上辐射相对强度的不同形状即光谱特征。如图4的示意 说明，加热源(例如灯泡装置)在整个光谱上具有独特的相对强度形状。在图4中，T1、T2、 Τ3与Τ4为不同的温度，且Tl高于Τ2、Τ2高于Τ3、Τ3高于Τ4。因此，当加热源的温度为已知、且在特定波长的加热源辐射强度也为已知时，在整 个光谱中来自加热源的辐射强度可根据光谱特征来计算。图5是一示意流程图，其说明了当特定波长221处的辐射强度220为已知时，用于 取得整个光谱上辐射轮廓(profile)的方法，其中χ轴代表波长，y轴代表辐射能的相对强 度。如图5所示，当加热源的温度已知时，辐射能的轮廓可由波长221处的已知强度220决 定。图5中的曲线是得自图4中的光谱特征。在一实施例中，藉由比例化可从图4的光谱 特征得到图5所示曲线。再次参阅图2，加热源在比较波长202处的辐射能206可由式4计算而得L2=(S2-S1Vd-R) 式 4加热源的温度可由各种方法取得，例如藉由监控加热源的功率级。因此，来自加热 源的辐射能206可以下式加以计算Lp = G(L2，T，p) 式 11其中G为相应于加热源的光谱特征的函数，而T为加热源的温度，ρ为随机波长。 加热源的光谱特征可藉由经验方法获得。
再次参照图2，传感器用以测量测量波长205处的辐射能，其是选择为理想用于测 量标的物(例如基板)的辐射能。第五传感器在测量波长205的测量可表示为式9。来自标的物的辐射能207的强度(Wp)可利用式10 (Wp = Sp-Lp)而由测量值Sp与 辐射能Lp估算而得。图8是一流程图，其说明了在图4至图5所述的热处理期间用于测量温度的方法 500。在方块505中，可以获得热处理腔室的加热源的光谱特征。在一实施例中，可以获 得加热源的温度与功率源对加热源的功率级之间的关系。在另一实施例中，可以经验式决 定加热源光谱特征是功率源的功率级或功率级的函数。在另一实施例中，当使用多区域加热时，可从区域影响决定加热源光谱特征。在多 区域加热中，加热源包括多个加热组件，其各配置以将辐射能引导至处理容积的一部分。多 区域控制器是个别控制或藉由群组方式控制多个加热组件，以达到所需的加热轮廓。多区 域加热源的光谱特征可凭经验决定。多区域加热源的光谱特征包括了与多个区域相应的多 个光谱特征。在一实施例中，可以经验决定多区域的影响矩阵以反映各区域对其他区域、或 受其它区域的影响，而每一个多区域的光谱特征是基于影响矩阵的考虑而决定。举例而言， 影响矩阵可由决定对各区域的测量半径的相对贡献、并因此对各区域的光谱加权而决定。在另一实施例中，使用两组以上的传感器来决定具有两个以上区域的加热源的光 谱特征，其中每一组传感器与一加热区域对应。在方块510中，将基板定位在热处理腔室中以进行热处理。在方块520中，标记来自加热源(例如灯泡组件)的一或多个选择光谱(例如图 2的选择光谱209)处的辐射能。标记可藉由吸收、反射、偏极化、或在整个光谱上不同波长 处加入峰值而进行。在方块530中，将来自加热源的辐射能引导至热处理腔室。在一实施例中，辐射能 是通过热处理腔室的石英窗口而引导至热处理腔室，而标记装置可为衬在该石英窗口上的 过滤器ο在方块MO中，测量热处理腔室中的该一或多个选择光谱内的参考波长处以及恰 落在该一或多个选择光谱外的比较波长处的辐射能。在方块550中，从参考波长与比较波长处的测量计算出加热源的比较波长处的辐 射能。在方块560中，监控加热源的功率源以根据功率级与温度之间的所得关系或根据 适当的加热源光谱来决定加热源的温度。在方块570中，在测量波长处测量辐射能，测量波长选择为辐射能最有效反映基 板贡献的波长。在方块580中，从加热源的温度、加热源的光谱特征以及加热源在比较波长处的 所得辐射能决定来自加热源的测量波长处的辐射能。在方块590中，利用在测量波长处的测量以及所得的加热源的测量波长处的辐射 能，决定来自基板的测量波长处的辐射能。图9是根据本发明一实施例的快速热处理系统10的示意截面测视图。快速热处 理系统10包括腔室主体35，其界定了处理容积14以退火位于其内的碟形基板12。腔室主体35由不锈钢所制成且可以石英为衬里。处理容积14配置以通过置于快速热处理系统10 的石英窗口 18上的加热组件16进行加热。在一实施例中，石英窗口 18可为水冷式。在腔室主体35的一侧上形成有狭缝阀30，以提供基板12至处理容积14的通道。 进气口 44连接至气体源45以提供处理气体、清除气体及/或清洁气体至处理容积14。真 空泵55通过出口 11而与处理容积14流体连接以泵送出处理容积14。环形通道22形成在靠近腔室主体35的底部。在环形信道22中配置有磁性转子 21，管状上升器39停置在磁性转子21上、或与其耦合。基板12受到置于该管状上升器39 的边缘环20的周边边缘的支撑；磁性定子23位于磁性转子21外，且通过腔室主体35磁性 耦合以诱发磁性转子21、因而诱发边缘环20与支撑于其上的基板12的旋转。磁性定子23 也可配置以调整磁性转子21的升降，因而举升处理的基板12。美国专利号第6，800, 833号 中提出了其它的磁性旋转与举升信息，其藉由引用方式并入本文。腔室主体35包括靠近基板12背侧的反射板27，反射板27具有面向基板12背侧 的光学反射表面观，以提升基板12的发射性。在一实施例中，反射板27是水冷式。反射表 面观与基板12的背侧界定了反射室15。在一实施例中，反射板27的直径稍微大于处理的 基板12的直径；举例而言，若快速热处理系统10配置以处理12时基板，反射板27的直径 约为13时。在一实施例中，外环19耦合在腔室主体35与边缘环20之间以分隔反射室15及 处理容积14。反射室15与处理容积14具有不同的环境。加热组件16包括加热元件37的阵列。加热元件37的阵列是UV灯、卤素灯、激光 二极管、电阻加热器、微波功率加热器、发光二极管(LEDs)、或其它可单独或结合使用的适 当加热元件。加热元件37的阵列配置在反射器主体53中所形成的垂直孔洞中。在一实施 例中，加热元件37配置为六边形图案。冷却通道40形成于反射器主体53中。冷剂(例如 水)是从入口 41进入反射器主体53、运行在垂直孔洞附近以冷却加热元件37的阵列，并从 出口 42离开反射器主体。加热元件37的阵列是由连接至控制器52的功率源60供以功率；控制器52可调 整加热元件37的阵列的加热效果。在一实施例中，加热元件37的阵列是分为多个加热群 组以藉由多个同心区域加热基板12。每一个加热群组可独立受控制以在基板12的半径上 提供需要的温度分布。加热组件16的细节可见于美国专利第6，350，964号与第6，927，169 号，其都藉由引用形式而并入本文。在一实施例中，控制器52配置以监控功率源60的功率级，以决定加热元件37的 温度或光谱。在一实施例中，石英窗口 18具有与其连接的标记装置47。标记装置47配置以在 选择光谱内对来自加热元件37的阵列的辐射能加以标记。在一实施例中，标记装置47为吸 收器或反射器，其配置以衰减该选择光谱内来自加热元件37的辐射能。在其它实施例中， 标记装置47可使导向处理容积14的辐射能偏极化或对其加入标记物。快速热处理系统10包括一或多个热探针组件对，其配置以测量基板12在不同半 径位置处的热性质。在一实施例中，热探针组件M是多个高温计，其光学上耦合至反射板 27内所形成的多个孔洞25、并配置在其中，以侦测基板12在不同半径位置处的温度或其它 热性质。类似的温度探针的详细描述可见于美国专利号第5，755，511号，其在此藉由引用形式并入本文。在一实施例中，每一个探针组件M经配置以测量不同波长的辐射能，例如标记装 置47的选择光谱内的参考波长、选择光谱内的比较波长、以及根据基板12的性质所选择的 测量波长。多个热探针装置M与控制器52连接，其可加以编程以根据图2-8所述实施例来 计算基板12的性质。在另一实施例中，控制器52配置以引导封闭回路控制以调整对加热元件37的阵 列的功率供应，进而提供整个基板12合适的径向热分布。虽然上述说明是针对在热处理腔室中测量基板温度，但本发明的设备与方法也可 用于任何适当应用，以从取样信号的测量中移除背景辐射噪声。前文是关于本发明的实施例，然而本发明的其它实施例也不背离其基本范畴。本 发明的范畴是由所附权利要求书所决定。
权利要求
1.一种用于处理基板的腔室，其包括 腔室外壳，其界定处理容积；能量源，其配置以将辐射能引导向所述处理容积； 光谱装置，其配置以标记从所述能量源至所述处理容积的辐射能； 基板支座，其配置以在所述处理容积中支撑所述基板； 参考传感器，其位于所述处理容积中以接收辐射能； 标的传感器，其位于所述处理容积内以接收测量波长处的辐射能；以及 控制器，其配置以利用所述参考传感器的测量决定来自所述能量源的辐射能的特性， 并利用所述标的传感器的测量与所述能量源的辐射能的所述特性来决定所述基板的温度。
2.如权利要求1所述的腔室，其中所述光谱装置包括配置以吸收在吸收光谱内的辐射 能的吸收器、配置以反射在反射光谱内的辐射能的反射器、配置以偏振化在预定光谱处的 辐射能的偏振器或配置以给多个选择波长处的辐射能增加标记的洒布器中之一，且所述测 量波长是落在所述吸收光谱、所述反射光谱或所述预定光谱外。
3.如权利要求1所述的腔室，其中所述光谱装置包括吸收过滤器，其配置以吸收在吸 收光谱处的辐射能。
4.如权利要求3所述的腔室，其中所述参考传感器包括第一传感器，其配置以测量所述吸收光谱内的参考波长处的辐射能；以及 第二传感器，其配置以测量所述吸收光谱外的比较波长处的辐射能，其中所述比较波 长实质上接近所述参考波长。
5.如权利要求4所述的腔室，其中所述特性为来自所述能量源的所述比较波长处的辐 射能与来自所述基板的所述比较波长处的辐射能的比率，且所述测量波长是经选择使得来 自所述基板的辐射能相对为高，以及所述吸收光谱是经选择为不同于主要加热光谱。
6.如权利要求1所述的腔室，还包括监视器，用于监视提供至所述能量源的一或多个 功率级，其中所述监视器与所述控制器连接，所述控制器使用所述能量源的所述一或多个 功率级和所述参考传感器的测量来决定来自所述能量源的辐射能的特性，其中所述能量源 包括多个区域，来自所述能量源的辐射能的特性包括来自各区域的辐射能的特性，且所述 控制器使用所述能量源的一或多个功率级、所述参考传感器的测量以及在所述多个区域间 反映彼此的影响的影响矩阵，来决定来自各区域的辐射能的特性。
7.如权利要求1所述的腔室，还包括一或多个附加参考传感器，其位于所述处理容积中以接收辐射能；以及 一或多个附加标的传感器，其位于所述处理容积中，各用以接收测量波长处的辐射能， 且各附加标的传感器相应于附加参考传感器；其中所述能量源包括多个加热区，且每一对参考传感器与标的传感器相应于每个加热区。
8.一种用于处理基板的方法，其包括自能量源引导辐射能至热处理腔室的处理容积； 标记从所述能量源引导至所述处理容积的辐射能； 在所述处理容积内定位所述基板； 测量所述处理容积内的辐射能；利用所述处理容积内所测量的辐射能以及来自所述能量源的辐射能的标记来决定来 自所述能量源的辐射能的特性；以及利用所述处理容积内所测量的辐射能以及所决定的来自所述能量源的辐射能的特性 来决定所述基板的温度。
9.如权利要求8的方法，其中标记来自所述能量源的辐射能包括吸收来自所述能量 源的吸收光谱处的辐射能，以及测量所述处理容积内的辐射能包括测量所述吸收光谱内的参考波长处的辐射能；以及测量所述吸收光谱外的比较波长处的辐射能，其中所述比较波长与所述参考波长实质 上接近。
10.如权利要求9的方法，其中测量所述处理空间内的辐射能还包含测量在测量波长处的辐射能，其中所述测量波长不同于所述参考波长与所述比较波 长；以及决定来自所述能量源的辐射能的特性包括从所述参考波长与所述比较波长处的测量来决定来自所述能量源的所述比较波长处 的辐射能与来自所述基板的所述比较波长处的辐射能的比率，及利用所述能量源的功率级与所述参考波长与所述比较波长处的测量，来决定所述能量 源的光谱特征；及决定所述基板的所述温度包括根据来自所述基板的所述测量波长处的辐射能的强度 来决定所述基板的所述温度。
11.一种用于处理基板的方法，其包括自能量源引导辐射能至热处理腔室的处理容积； 标记从所述能量源引导至所述处理容积的辐射能； 在所述处理容积内定位所述基板； 测量所述处理容积内的参考波长处的辐射能； 自所述参考波长处的测量来决定所述辐射能的特性； 测量所述处理容积内的测量波长处的辐射能；以及利用在所述测量波长处的测量以及所决定的来自所述能量源的辐射能的特性来决定 所述基板的温度。
12.如权利要求11的方法，其中标记来自所述能量源的辐射能包括通过吸收、反射或 偏振化其中之一来过滤来自所述能量源的选择光谱内的辐射能，且所述参考波长是落在所 述选择光谱内，而所述测量波长是位于所述选择光谱外。
13.如权利要求12的方法，还包括测量所述处理容积内的比较波长处的辐射能，其中 所述比较波长是落在所述选择光谱外且实质上接近所述参考光谱；以及，决定辐射能的特 性包括决定来自所述能量源的所述比较波长处的辐射能与来自所述基板的所述比较波长 处的辐射能的比率。
14.如权利要求11的方法，其中来自所述能量源的辐射能的特性是所述能量源的光谱 特征，且决定所述特性包括监控所述能量源的功率级；以及利用所述参考波长处的测量与所监控的所述能量源的功率级来决定所述能量源的光谱特征。
15.如权利要求14的方法，其中决定所述基板的所述温度包括 利用所决定的所述能量源的光谱特征来决定所述能量源的所述测量波长处的辐射能;以及通过从所测量的所述测量波长处的辐射能减去所述能量源的所述测量波长处的辐射 能，决定所述基板的所述测量波长处的辐射能。
全文摘要
本发明的实施例提供在热处理期间在温度测量中减少加热源辐射影响的设备与方法。在本发明的一实施例中，背景辐射能，例如热处理腔室的能量源，在选择光谱中被标记，接着藉由测量所述选择光谱内的参考波长与恰好落在所述选择光谱外的比较波长处的辐射能，来决定背景的特性。
文档编号H01L21/324GK102077335SQ200980124536
公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月26日 优先权日2008年7月1日
发明者布莱克·凯尔梅尔, 约瑟夫·M·拉内什, 阿伦·亨特 申请人:应用材料股份有限公司