[发明专利]提升辐射加热基板的冷却的设备及方法

说明书

背景

本发明的实施例一般涉及半导体处理的领域。更具体地说，本发明的实施例涉及用于提升基板的冷却的方法与设备，该基板已经通过辐射工艺来加热。

许多应用涉及半导体与其它材料的热处理，它需要材料的温度的精确测量和控制。例如，半导体基板的处理需要在广范围温度的温度的精确测量和控制。一个这样处理的实例是用在许多制造工艺中的快速热处理(RTP)，所述快速热处理包括快速热退火(RTA)、快速热清洁(RTC)、快速热化学气相沉积(RTCVD)、快速热氧化(RTO)与快速热氮化(RTN)。在通过RTO或RTN形成的CMOS栅极电解质的特定应用中，栅极电解质的厚度、生长温度与均匀性是会影响整体装置效能与制造产量的参数。这些工艺的一些工艺需要使基板各处的温度的变化小于几摄氏度。

根据国际半导体技术蓝图(International Technology Roadmap for Semiconductors)，下一节点需要11nm的晶体管SDE结深。随着现有技术使温度处的时间被限于约一秒，快速热处理峰值退火达到了极限。毫秒退火是潜在的解决方式，但难以整合(除非和某些RTP组合)。作为立即的解决方式，如果温度处的时间可进一步地被减少，则RTP可被延伸。

期望在基板的热处理期间温度在基板中是尽量可行地均匀。此外，期望减少在完成了某些工艺(例如，峰值退火)之后需要冷却基板的时间的量。实践中，基板的边缘区域比基板的其它区域更会受到RTP腔室的周边所影响，导致了存在于边缘区域中的长期(chronic)温度非均匀性。标准控制算法被设计为响应于一旦检测到的径向温度非均匀性。对于非常短的工艺(例如峰值退火工艺)，控制算法可能无法足够快速地补偿，造成了靠近基板边缘处的温度非均匀性。此外，由于现有的RTO腔室设计是着眼在圆形基板上的径向温度非均匀性，温度控制的方法无法校正非径向温度非均匀性(例如在基板上非对称地位于中心的“冷点(cold spot)”)。

所以，仍需要用于控制基板的快速热处理的方法与设备，所述方法与设备可用于宽范围的基板且提升基板的冷却速率。

概述

因此，本发明的一个或更多个实施例涉及用于处理基板的设备，所述基板具有前侧与背侧。所述设备包括工艺区域，所述工艺区域位于腔室内，且所述工艺区域的一侧由邻近辐射热源的窗来限定，所述辐射热源设置在所述工艺区域外面。动态热沉定位在所述工艺区域中，且对于来自所述辐射热源的光是实质上透明的。基板支撑件在所述工艺区域中，以在热处理期间将所述基板保持成邻近所述动态热沉。所述基板支撑件将所述基板保持在一个位置，使得所述基板的所述前侧与所述背侧的至少一个面对所述辐射热源且使得所述动态热沉耦接到所述基板以从所述基板吸收热。

在详细实施例中，所述动态热沉是半透明板，所述半透明板对于来自所述辐射热源的辐射是实质上透明的，且具有传导耦接到所述基板以吸收热的预选择热吸收，所述半透明板在热处理期间被定位成和所述基板相隔一段间隙距离，使得在所述基板的加热期间所述半透明板维持成比所述基板更冷。

在详细实施例中，在基板的热处理期间，在所述动态热沉与所述基板之间存在有间隙。在详细实施例中，所述间隙高达约1mm宽。本发明的详细实施例进一步包括传导流体源，所述传导流体源与所述间隙流体连通，使得所述间隙可被传导流体来填充或以现存流体来取代或与其混合，并且可以被维持成实质上静止的。在特定实施例中，所述流体是选自由氮气、氧气、氦气、氩气、氢气及它们的组合构成的组。

根据本发明的某些实施例，在热处理期间，所述动态热沉定位成邻近所述基板而位于与所述辐射热源相对的侧上。

在本发明的某些实施例中，在热处理期间，所述动态热沉被定位成邻近所述基板而位于与所述辐射热源相同的侧上且位于所述辐射热源与所述基板之间。

在详细实施例中，所述动态热沉由所述基板支撑件所支撑。

根据某些详细实施例，所述动态热沉由独立的热沉支撑件所支撑，并且所述独立的热沉支撑件与所述基板支撑件是可分别地移动。在特定实施例中，在基板的热处理期间，所述独立的热沉支撑件是可操作以移动所述动态热沉，使得在所述动态热沉与所述基板之间存在有可改变的间隙。

在某些实施例中，所述设备进一步包括反射器板，所述反射器板反射来自所述辐射热源的光，所述反射器板定位成使得所述前侧与所述背侧的一个面对所述辐射热源且所述前侧与所述背侧的另一个面对所述反射器板。

在详细实施例中，所述动态热沉选自由石英、蓝宝石与透明YAG构成的组。