用于在晶片处理系统内进行低温测量的设备与方法
【技术领域】
[0001]本文公开用于半导体处理的方法与设备。更具体地说，本文公开的实施方式涉及用于在膜形成工艺期间进行分区温度控制的方法与设备。
【背景技术】
[0002]诸如外延术之类的半导体工艺广泛地用于半导体处理中，以在半导体基板上形成非常薄的材料层。这些层往往界定半导体器件的一些最小特征，并且若要求结晶材料的电气性质，则这些层可以具有高品质晶体结构。一般将沉积前驱物提供至其中设置有基板的处理腔室中；该基板被加热至有利于具有所需性质的材料层生长的温度。
[0003]通常理想的是，膜具有非常均匀的厚度、成分与结构。然而，由于局部基板温度、气流及前驱物浓度的变化，形成具有均匀及可再现性质的膜是非常有挑战性的。处理腔室一般是能够维持真空(通常小于10托)的容器，并且热量一般由安置在容器外部的热灯来提供，以避免引入污染物。腔室部件的热吸收与热发射以及传感器与腔室表面被暴露于处理腔室内部的膜形成条件下使得对基板温度的控制复杂化，以及因此使得对局部层形成条件的控制复杂化。仍然存在对具有改善的温度控制的膜形成腔室以及操作此种腔室以提高均匀性与可再现性的方法的需求。
【发明内容】
[0004]本文公开了用于半导体处理的方法与设备。更具体地说，本文公开的实施方式涉及用于在膜形成工艺期间进行分区温度控制的方法与设备。在一个实施方式中，提供基板处理设备。该基板处理设备包括真空腔室、与多个热灯耦接的多个电源、以及基于来自辐射传感器的输入而调节电源的控制器。该腔室包括侧壁，该侧壁界定处理区域。多个热灯安置在该处理区域外部。窗安置在该多个热灯与该处理区域之间。辐射源设置在该侧壁中并且定向为朝着邻近基板支撑件的区域导引辐射。辐射传感器设置在该基板支撑件的一侧且在与该多个热灯相对的(opposite)这侧，以接收来自该辐射源的发射辐射。反射构件可以安置成把来自设置在侧壁中的辐射源的辐射朝向辐射传感器导引。该反射构件可以安置为靠近该窗。该反射构件可以嵌入该窗中。该反射构件可以被定尺寸以配合在多个热灯中的相邻热灯之间。设置在侧壁中的辐射传感器可以安置在窗后方。该反射构件可以安置在两片密封的石英之间。该反射构件可以是上面设置有保护层且背面被涂敷的镜。安置在该多个热灯与该处理区域之间的窗可以是石英。该窗可以安置在该侧壁上面，并且该多个热灯可以安置在该窗上面。该窗可以安置在该侧壁下面，并且该多个热灯可以安置在该窗下面。该窗可以是透明圆顶。
[0005]在另一个实施方式中，提供一种处理基板的方法。该方法包括:通过使来自多个灯的辐射透射穿过窗来加热设置在具有该窗的腔室中的基板支撑件上的基板。通过使前驱物气体在基板各处流动而将层沉积在基板上。使用第一辐射传感器检测基板的第一区域处的第一温度，该第一辐射传感器设置在该基板支撑件的一侧且在与该多个灯相对的这侧。使用第二辐射传感器检测基板的第二区域处的第二温度，该第二辐射传感器设置在该基板支撑件的一侧且在与该多个灯相对的这侧。基于该第一温度调节供应至该多个灯的第一部分的电力。基于该第二温度调节供应至该多个灯的第二部分的电力。
[0006]在又一个实施方式中，提供一种基板处理设备。该基板处理设备包括真空腔室，该真空腔室包括上透明圆顶、下透明圆顶、以及安置在该上透明圆顶与该下透明圆顶之间的侧壁。多个热灯安置成邻近该上透明圆顶或者该下透明圆顶。辐射源设置在该侧壁中并且定向为朝着邻近基板支撑件的区域导引辐射。辐射传感器设置在该基板支撑件的一侧且在与该多个热灯相对的这侧，以接收来自该辐射源的发射辐射。多个电源与多个热灯耦接，该多个热灯与辐射传感器的位置有关。控制器基于来自辐射传感器的输入调节该多个电源。
【附图说明】
[0007]因此，以可详细理解本公开内容的上述特征的方式，上文简要概述的本公开内容的更具体描述可参照实施方式来获得，一些实施方式图示在附图中。然而，应注意的是，附图仅图示本公开内容的典型实施方式，且因此不应被视为对本公开内容的范围的限制，因为本公开内容可允许其他等效实施方式。
[0008]图1是根据本文描述的一些实施方式的包括温度控制系统的处理腔室的示意性剖视图；
[0009]图2是根据本文描述的一些实施方式的包括另一温度控制系统的快速热处理(RTP)腔室的一个实施方式的简化等角视图(isometric view)；
[0010]图3是根据本文描述的一些实施方式的包括又一个温度控制系统的RTP腔室的另一实施方式的示意性剖视图；以及
[0011]图4是图示根据本文描述的一些实施方式的方法的流程图。
[0012]为便于理解，已尽可能使用相同的附图标记来指示各图所共有的相同元件。应预期，在一个实施方式中所公开的元件可以有益地用于其他实施方式而无需赘述。
【具体实施方式】
[0013]如在本说明书及所附权利要求书中所使用，除非上下文中另外清楚地进行了指示，否则单数形式“一(a/an)”包括多个提及物。因此，例如对“一个辐射源”的提及包括两个或更多个辐射源的组合，以及诸如此类。
[0014]本文公开用于半导体处理的方法与设备。更具体地说，本文公开的实施方式涉及用于在膜形成工艺中进行分区温度控制的方法与设备。当前的温度测量系统将高温计安置在被导引为朝向基板的热源(例如光阵列)中。在此位置中，高温计受到来自光阵列的光的影响，这影响了对基板温度的精密测量。本文描述的一些实施方式使用执行透射高温测量术(transmiss1n pyrometry)的温度控制系统。该温度控制系统可包括福射源与福射传感器。辐射传感器安置成远离热源，以提供更精确的温度测量。辐射传感器可适于测量从辐射源发射并穿过基板108的辐射，以及测量由基板发射的热辐射。辐射源可以安置在处理腔室的侧壁中。辐射源可以安置成导引辐射穿过基板并到达辐射传感器。反射构件可用以重新导引来自处理腔室侧壁中的辐射源所发射的辐射，使该辐射穿过基板并到达辐射传感器。辐射源可以是激光器。反射构件可以是半透明的，因而来自光阵列的光不会衰减。
[0015]温度控制系统可包括透射辐射检测器系统，以测量从辐射源透射穿过基板且在第一及第二个别(discrete)波长下的辐射，并且把第一个别波长下的透射辐射的强度与第二个别波长下的透射辐射的强度相比较。
[0016]在一些实施方式中，娃的带隙能量(bandgap energy)的温度相依性(temperaturedependence)用以测量温度。在一些实施方式中，测量透射穿过硅基板的能量的量，其中用于测量的源亦为腔室中的加热元件。在另一个实施方式中，获取两个个别波长下的两次测量结果，并且比较这些测量结果的比率。这些实施方式可以把与带隙吸收无关的透射的变化(即掺杂剂、非光谱变化的膜)最小化，以及补偿源变化。在另一个实施方式中，两个个别波长源(LED或激光器)按顺序地被启动，并(例如借助时域波长调制)比较测量结果。在一些实施方式中，旋转孔可用以调制福射源信号。这些实施方式对于在高背景(background)辐射源存在时测量硅基板或薄膜是有用的。
[0017]在本文描述的一些实施方式中，透射高温计用以在快速热处理腔室中测量小于500摄氏度以及甚至小于250摄氏度的硅晶片温度。透射高温计可以当来自光源的个别波长的辐射被硅晶片过滤时检测该辐射。硅对一些波长带的吸收极大地取决于晶片温度与纯度。温度测量可以用于在不高于这些温度下的热处理，或者可用以控制预热直至辐射高温计可以测量晶片温度的点例如在400至500摄氏度下。
[0018]在约350摄氏度以下有用的低温透射高温计可以与硅光电二极管一起实施，该硅光电二极管在I与1.2μπι之间的波长带几乎没有或没有滤光(filtering)。在扩大(extend)至500摄氏度的波长范围有用的透射高温计包括InGaAs 二极管光电检测器与滤光器(filter)，该滤光器阻挡大于约1.2 μπι的辐射。辐射高温计及透射高温计可以整合成一个结构，该结构包括分光器，该分光器接收来自光管(light pipe)或者其他光学光导向设备(optical light guide)的福射，并且将该福射分割成被导引于透射高温计处以及福射高温计的滤光器处的各个光束。
[0019]图1是根据本文描述的一个实施方式的包括温度控制系统的处理腔室100的示意性剖视图。温度控制系统包括辐射源140a、140b (总称为140)、辐射传感器170a、170b (总称为170)、以及视需要可选的反射构件150a、150b (总称为150)。辐射源140设置在侧壁110中，该侧壁110界定图1的处理腔室100的处理或工艺气体区域156。辐射传感器170安置在基板支撑件107上方，而辐射加热灯102安置在基板支撑件107下方。
[0020]处理腔室100可用以处理一个或多个基板，包括将材料沉积在基板108的上表面上。处理腔室100大体包括辐射加热灯102阵列，该辐射加热灯102阵列用于加热设置在处理腔室100内的基板支撑件107的背侧104以及其他部件。基板支撑件107可以是如图所示从基板边缘支撑基板的环状基板支撑件、盘状(disc-like)或浅盘状(platter-like)基板支撑件、或者多个销(例如三个销)。基板支撑件107位于处理腔室100内且介于上圆顶128与下圆顶114之间。基板108(未按比例绘制)可以被引入处理腔室100中，并且经由装载端口 103安置于基板支撑件107上。
[0021]图示基板支撑件107处于升高的处理位置，但是可以借助致动器(未图示)将基板支撑件107竖直地移动(traverse)至该处理位置下方的装载位置，以使得升降杆105得以穿过基板支撑件107中的孔而接触下圆顶114，且将基板108从基板支撑件107抬高。随后机械手(未图示)可进入处理腔室100以经由装载端口 103与基板108衔接并将基板108从处理腔室100移除。然后，可将基板支撑件107向上致动至处理位置，以将基板108放置于基板支撑件107的前侧110上，使基板108的器件侧116面朝上。
[0022]当位于处理位置时，基板支撑件107将处理腔室100的内部体积划分为处理或工艺气体区域156 (在基板上方)及净化气体区域158 (在基板支撑件107下方)。在处理期间，基板支撑件107被中心轴132旋转，以将处理腔室1