用于在晶片处理系统内进行低温测量的设备与方法_2

文档序号:9422937阅读:来源:国知局
00内的热效应及工艺气流的空间异常最小化,及从而促进对基板108的均匀处理。基板支撑件107由中心轴132支撑,该中心轴132在基板108的装载及卸载期间以及在一些情况下基板108的处理期间在上下方向134移动基板108。基板支撑件107通常是由具有低热质量或低热容的材料形成,因此基板支撑件107吸收及发射的能量被最小化。基板支撑件107可以由碳化硅或涂覆有碳化硅的石墨形成,以吸收来自灯102的福射能并且将该福射能传导至基板108。基板支撑件107在图1中图示为具有中心开口的环,以有助于使基板暴露于来自灯102的热辐射。基板支撑件107亦可以是不具有中心开口的浅盘状构件。在一些实施方式中,基板支撑件107可以具有孔或窗状孔,这些孔或窗状孔用于透射由辐射源140所发射的辐射。
[0023]—般而言,上圆顶128与下圆顶114通常是由诸如石英之类的光学透明材料形成。上圆顶128与下圆顶114薄成将热记忆性(thermal memory)最小化,上圆顶128与下圆顶114通常具有在约3mm与约1mm之间例如是约4mm的厚度。可以借助将诸如冷却气体之类的热控制流体经由入口 126引入热控制空间136中并经由出口 130抽出热控制流体来热力地控制上圆顶128。在一些实施方式中,循环通过热控制空间136的冷却流体可以减少上圆顶128的内表面上的沉积。
[0024]诸如灯102阵列之类的一个或多个灯可以特定的、最佳期望方式被设置成绕着中心轴132邻近下圆顶114且在下圆顶114下方,以在工艺气体在上方通过时加热基板108,从而促进材料在基板108上表面上的沉积。在各个实例中,沉积于基板108上的材料可以是第III族、第IV族和/或第V族材料,或者可以是包括第III族、第IV族和/或第V族掺杂剂的材料。例如,沉积材料可包括砷化镓、氮化镓或者氮化铝镓。
[0025]灯102可以适于将基板108加热至在约200摄氏度至约1200摄氏度的范围内的温度,诸如加热至在约300摄氏度至约950摄氏度的范围内的温度。灯102可包括由可选反射体143围绕的灯泡141。每一盏灯102耦接至配电板(未图示),借助该配电板将电力供应至每一盏灯102。灯102安置在灯头145内,该灯头145可以在由例如引入通道149中的冷却流体所进行的处理期间或处理之后被冷却,该通道149位于灯102之间。灯头145传导地冷却下圆顶114,这部分地由于灯头145非常接近下圆顶114。灯头145亦可冷却灯壁以及反射体143的壁。若需要,灯头145可以与下圆顶114接触,或者不与下圆顶114接触。
[0026]圆形屏蔽物167可以视情况可选地设置在基板支撑件107周围并且耦接至腔室主体101的侧壁110。除了为处理气体提供预热区域之外,屏蔽物167还防止从灯102至基板108的器件侧116的热/光噪声的泄漏或将此泄漏最小化。屏蔽物167可以由涂敷有CVDSiC的烧结石墨、生长的SiC、或者可抵抗由工艺与清洁气体所导致的化学分解的类似不透明材料制成。
[0027]反射体122可以视情况可选地放置在上圆顶128外侧,以把从基板108辐射出的红外光反射回至基板108上。由于所反射的红外光的缘故,通过包括原本可能从处理腔室100逸出的热将提高加热效率。反射体122可以由诸如铝或不锈钢之类的金属制成。处理腔室100可以具有经机械加工的通道,以承载诸如水之类的流体流,以用于冷却反射体122。若需要,可以通过用高反射性涂层诸如用金涂敷反射体区域来提高反射效率。
[0028]温度控制系统包括辐射源140a、140b、辐射传感器170a、170b、以及视需要可选的反射构件150a、150b。福射源140a、140b可以是光源。福射传感器170a、170b可以是光学传感器。示例性辐射源包括激光器、发光二极管(LED)、低功率白炽灯泡或者其他合适的光源。温度控制系统可以包括辐射高温计系统和/或透射高温计系统。
[0029]辐射源140a、140b通常设置在侧壁110中的不同位置处,以有助于在处理期间观察(view)基板108的不同位置。福射源140a、140b可以安置在形成于侧壁110中的孔142a、142b中。在一些实施方式中,福射源140a、140b暴露于处理腔室100的环境中。在其中福射源140a、140b暴露于处理腔室100的环境中的一些实施方式中,福射源140a、140b可以涂敷有保护涂层,以保护辐射源140a、140b免于接触在处理腔室100中所使用的处理化学物质。在一些实施方式中,辐射源140a、140b与处理腔室100的环境隔离。辐射源140a、140b可以借助窗144a、144b (总称为144)与处理腔室100的环境隔离。窗144a、144b安置在孔142a、142b上。窗144a、144b可以经选择使得窗144a、144b的材料对由辐射源140a、140b所发射的辐射是可透射的、但是对由辐射加热灯所发射的辐射是反射性的。用于窗144a、144b的材料的示例性材料包括石英、蓝宝石、钽、五氧化二钽(tantala !Ta2O5-S12)、二氧化钛(titania ;T12-S12)、二氧化娃(silica ;Si02)、锌、五氧化二银(n1bia)及上述各项的组合。在一些实施方式中,窗144a、144b可以涂敷有介电涂层,该介电涂层对辐射源140a、140b的波长是有选择性的。
[0030]在一些实施方式中,辐射源140a、140b可以配有冷却,以保护辐射源140a、140b免受过度加热。用于辐射源140a、140b的冷却可以由任何合适的冷却源或冷却机构提供。示例性冷却源与冷却机构包括主动冷却源与流通(passing)冷却源(例如冷却流体、冷却(chill)板或冷却外壳、热电冷却器(TEC或Peltier)、和/或反射外壳)两者。
[0031]用于测量从辐射源140a、140b发射并穿过基板108的辐射以及由基板108所发射的热辐射的多个辐射传感器170a、170b安置在基板支撑件107的一侧且在与辐射加热灯102相对的这侧。传感器170通常设置在不同的位置,以有助于在处理期间观察基板108的不同位置。在一些实施方式中,传感器170设置在处理腔室100外部,例如在上圆顶128上方。在一些实施方式中,辐射传感器170a、170b设置在处理腔室100内部,例如在工艺气体区域156内。在一些实施方式中,传感器170可以嵌入在上圆顶128中。
[0032]感测来自基板108的不同位置的透射辐射有助于比较基板108的不同位置处的热能含量例如温度,以确定是否存在温度异常或者非均匀性。此类非均匀性可导致膜形成中诸如厚度与成分的非均匀性。辐射传感器170a、170b的数量通常对应于辐射源140a、140b的数量。使用至少一个传感器170a、170b,但是亦可以使用多于一个的传感器。不同的实施方式可以使用两个、三个、四个、五个、六个、七个或者更多个传感器170。
[0033]每一个传感器170观察基板108的一个区域,并且感测透射辐射以确定基板的区域的热状态。在一些实施方式中,这些区域可以径向地被定向。例如,在其中旋转基板108的实施方式中,传感器170可以观察或界定基板108的中央部分中的中心区域,该中心区域具有实质上与基板108的中心相同的中心,一个或多个区域围绕该中心区域并且与该中心区域同心。然而,并不要求这些区域必须是同心及径向定向的。在一些实施方式中,这些区域可以非径向方式布置在基板108的不同位置处。
[0034]传感器170可以调谐(attune)成相同波长或频谱(spectrum),或者调谐成不同波长或频谱。例如,在腔室100中所使用的基板可以是成分上均质的,或者这些基板可以具有不同成分的域。使用调谐成不同波长的传感器170可以使得允许监控具有不同并且对热能具有不同发射响应的基板域。
[0035]在某些实施方式中,反射构件150a、150b安置在处理腔室100中,以导引来自辐射源140a、140b的辐射穿过基板108并朝向辐射传感器170。每一个辐射传感器170可以具有相应的反射构件150。处理腔室100中反射构件150的数量可以与热辐射传感器170的数量相同、小于热福射传感器170的数量、或者大于热福射传感器170的数量。在某些实施方式中,每一个反射构件150可以安置成将最大量的发射辐射朝向反射构件的相应传感器170进行反射。
[0036]反射构件150a、150b包含对由辐射源140a、140b所发射的辐射而言是反射性的材料。反射构件150a、150b可包含对于由辐射加热灯102所发射的辐射而言是可透过的材料。
[0037]在某些实施方式中,反射构件150a、150b安置在基板支撑件107的一侧且在与辐射源140a、140b相同的这侧。反射构件150a、150b可以安置在处理腔室100的底部。反射构件150a、150b可以安置在下圆顶114附近。反射构件150a、150b可以安置在下圆顶114上。反射构件150a、150b可以嵌入下圆顶114中。反射构件150a、150b可以设置在福射加热灯102之间,例如设置在通道149中。在其中反射构件150a、150b对由辐射加热灯102所发射的辐射能是可透射的但是对由辐射源140a、140b所发射的辐射是反射性的某些实施方式中,反射构件150a、150b可以安置在灯头145上方。
[0038]在某些实施方式中,反射构件150a、150b被封装在石英中。石英可以是密封的。在某些实施方式中,反射构件150a、150b是背面涂敷有保护层的反射镜。
[0039]在其中反射构件150a、150b暴露于处理腔室100的环境中的一些实施方式中,反射构件150a、150b可以涂敷有保护涂层,以保护这些反射构件150a、150b免于接触在处理腔室100中所使用的处理化学物质。
[0040]在一些实施方式中,反射构件150a、150b可以配有冷却,以保护反射构件150a、150b免受过度加热。用于反射构件150a、150b的冷却可以由任何合适的冷却源或冷却机构来提供。示例性的冷却源与冷却机构包括主动冷却源与流通冷却源(例如冷却流体、冷却板或冷却外壳、热电冷却器(TECSPeltier)JP /或反射外壳)两者。
[0041]在某些实施方式中,反射构件150被定向,以便提供实质上垂直于基板108的经反射光束。在一些实施方式中,反射构件150被定
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