DE10297368T5

DE10297368T5 - System und Verfahren zum Erwärmen von Halbleiterwafern durch Optimieren der Absorption elektromagnetischer Energie

Info

Publication number: DE10297368T5
Application number: DE10297368T
Authority: DE
Inventors: Paul Janis Mountain View Timans
Original assignee: Mattson Technology Inc
Current assignee: Mattson Technology Inc
Priority date: 2001-11-07
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-10-14
Also published as: US7015422B2; CN101350294A; CN1556910A; JP2005509281A; US8222570B2; US20090098742A1; US7847218B2; CN101350294B; WO2003040636A1; US20020137311A1; CN100415933C; US7453051B2; US20120252229A1; KR20050043755A; US8669496B2; US20080008460A1; US20080050688A1; JP4450624B2; KR100917501B1

Abstract

Verfahren zum Erwärmen von Halbleitersubstraten, umfassend die Schritte:
– Anordnen eines Halbleitersubstrats in einer Behandlungskammer;
– Richten von Lichtenergie auf das Halbleitersubstrat, um das Halbleitersubstrat zu erwärmen, wobei die Lichtenergie mit einem Einfallswinkel von mehr als 0° auf das Substrat trifft; und
– wobei die Lichtenergie in einer p-Polarisationsebene bzw. in der Nähe der p-Polarisationsebene auf das Halbleitersubstrat trifft.

Description

VERWANDTE PATENTANMELDUNGEN
Die vorliegende Erfindung ist eine teilweise Fortsetzung der Patentanmeldung der laufenden U.S.-Nr. 09/747,522, welche am 21. Dezember 2000 eingereicht wurde.
Technischer Hintergrund
Eine Wärmebehandlungskammer bedeutet gemäß Verwendung in der vorliegenden Schrift eine Vorrichtung, welche Gegenstände, wie etwa Halbleiterwafer, erwärmt. Derartige Vorrichtungen umfassen typischerweise eine Substrathalterung zum Halten eines Halbleiterwafers und eine Energiequelle, wie etwa eine Vielzahl von Lampen, welche Wärmeenergie zum Erwärmen des Wafers abstrahlt. Während einer Wärmebehandlung werden die Halbleiterwafer unter geregelten Bedingungen gemäß vorbestimmten Temperaturbedingungen erwärmt. Zum Verfolgen der Temperatur des Halbleiterwafers während einer Wärmebehandlung umfassen Wärmebehandlungskammern ferner typischerweise Temperaturerfassungsvorrichtungen, wie etwa Pyrometer, welche die Strahlung erfassen, welche durch den Halbleiterwafer in einem ausgewählten Band von Wellenlängen abgestrahlt wird. Durch Erfassen der Wärmestrahlung, welche durch den Wafer abgestrahlt wird, kann die Temperatur des Wafers mit vernünftiger Genauigkeit berechnet werden.
Bei alternativen Ausführungsbeispielen können Wärmebehandlungskammern anstelle eines Verwendens von Strahlungserfassungsvorrichtungen bzw. zusätzlich dazu ferner Thermoelemente zum Verfolgen der Temperatur der Wafer enthalten. Thermoelemente messen die Temperatur der Gegenstände durch direkten Kontakt.
Viele Halbleitererwärmungsverfahren erfordern, daß ein Wafer auf hohe Temperaturen erwärmt wird, so daß verschiedene chemische und physikalische Reaktionen erfolgen können, wenn der Wafer zu einer Vorrichtung weiterverarbeitet wird. Bei einer schnellen Wärmebehandlung, welche ein Verfahrenstyp ist, werden Halbleiterwafer typischerweise durch eine Anordnung von Lampen in Zeitperioden, welche typischerweise kürzer als einige Minuten sind, auf Temperaturen von beispielsweise etwa 400°C bis etwa 1200°C erwärmt. Bei diesen Verfahren ist es ein Hauptziel, die Wafer möglichst gleichmäßig zu erwärmen.
In der Vergangenheit traten jedoch Probleme im Hinblick darauf auf, in der Lage zu sein, eine konstante Temperatur in dem gesamten Wafer aufrechtzuerhalten und in der Lage zu sein, die Geschwindigkeit zu steuern, mit welcher der Wafer erwärmt wird. Wenn der Wafer ungleichmäßig erwärmt wird, können sich verschiedene unerwünschte Spannungen in dem Wafer entwickeln. Nicht in der Lage zu sein, die Wafer gleichmäßig zu erwärmen, begrenzt ferner die Fähigkeit, Filme gleichmäßig auf den Wafern aufzutragen, Filme gleichmäßig auf den Wafern auszuheilen und begrenzt im übrigen die Fähigkeit, verschiedene andere chemische und physikalische Bearbeitungen der Wafer durchzuführen.
Einige der Probleme, welche in der Vergangenheit auftraten, betreffen die Tatsache, daß Halbleiterwafer häufig mit Filmen aus Materialien, welche das Reflexions- und Absorptionsvermögen der Oberfläche beeinflussen, beschichtet werden. Beispielsweise können Schwankungen zwischen verschie denen Wafern bestehen, und ferner können Schwankungen in einem einzigen Wafer infolge von Strukturen, welche auf dem Wafer während des Halbleitervorrichtungsfertigungsvorgangs erzeugt werden, bestehen. Wenn Wafer mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt werden, führen diese Schwankungen der optischen Eigenschaften zu Schwankungen der Fähigkeit der Wafer, Energie zu absorbieren, und daraus folgenden Schwankungen der erreichten Temperatur. Dies kann die Wiederholbarkeit der Wärmebehandlung beeinträchtigen und kann ferner die Gleichmäßigkeit in einem gegebenen Wafer beeinträchtigen. Beispielsweise weist ein Wafer mit verschiedenen Bereichen, welche mit verschiedenen Materialien beschichtet sind, in diesen Bereichen verschiedene Energieabsorptionseigenschaften auf.
Somit besteht gegenwärtig ein Bedarf im Hinblick auf eine verbesserte Wärmebehandlungskammer und ein Verfahren, welche in der Lage sind, Halbleiterwafer wirksamer zu erwärmen, und welche in der Lage sind, Halbleiterwafer gleichmäßig zu erwärmen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Endung betrifft generell verschiedene Verfahren zum Erwärmen von Halbleiterwafern. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das Einrichten von Lichtquellen, welche Lichtenergie auf den Wafer abstrahlen, um die Absorption der Energie durch den Wafer zu optimieren. Die vorliegende Erfindung wird durch Variieren des Einfallswinkels der Lichtenergie, welche auf den Wafer trifft, unter Verwendung mehrerer Lichtwellenlängen und durch geeignetes Abstimmen der Lichtenergie, so daß diese in einem bestimmten Polarisationszustand auf den Wafer trifft, verwirklicht.
Beispielsweise umfaßt das Verfahren bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Schritte, einen Halbleiterwafer in einer Behandlungskammer anzuordnen. Lichtenergie wird auf den Wafer gerichtet, um den Wafer zu erwärmen. Die Lichtenergie trifft in einem Einfallswinkel von mehr als 0° auf den Wafer. Speziell ist der Einfallswinkel größer als 10°, und noch spezieller reicht dieser von etwa 40° bis etwa 85°.
Das Verfahren umfaßt ferner den Schritt, die Lichtenergie zu polarisieren, bevor die Lichtenergie auf den Halbleiterwafer trifft. Speziell wird die Lichtenergie derart polarisiert, daß die Lichtenergie in einem p-polarisierten Zustand auf den Halbleiterwafer trifft. Es kann jede geeignete Polarisationsvorrichtung verwendet werden, um das Licht zu polarisieren. Beispielsweise kann bei einem Ausführungsbeispiel eine Strahlteilervorrichtung verwendet werden, welche einen ersten p-polarisierten Lichtenergiestrahl und einen zweiten p-polarisierten Lichtenergiestrahl erzeugt. Der erste und der zweite p-polarisierte Lichtenergiestrahl werden sodann auf den Halbleiterwafer gerichtet. Bei einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Lichtenergie unter Verwendung einer Drahtgitter-Polarisationsvorrichtung polarisiert.
Die Lichtenergie, welche erfindungsgemäß verwendet wird, kann von einem Laser oder von einer inkohärenten Lichtquelle abgestrahlt werden. Wenn eine inkohärente Lichtquelle verwendet wird, wie etwa eine Bogenlampe oder eine Wolfram-Halogenlampe, kann das Licht kollimiert werden, bevor dieses polarisiert wird.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt das Verfahren die Schritte, einen Halbleiterwafer in einer Behandlungskammer anzuordnen und Laserstrahlen von mindestens einem ersten Laser und einem zweiten Laser auf den Halbleiterwafer zu richten. Der erste Laser emittiert Licht in einem ersten Wellenlängenbereich, und der zweite Laser emittiert Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich. Um den Wafer gleichmäßiger und wirksamer zu erwärmen, ist der erste Wellenlängenbereich von dem zweiten Wellenlängenbereich verschieden.
Außer bzw. zusätzlich zu einem Verwenden von Laserstrahlen in verschiedenen Wellenlängenbereichen können die Strahlen unter verschiedenen Einfallswinkeln auf den Wafer treffen. Speziell sollte jeder Strahl mit einem Einfallswinkel von mehr als 10° auf den Halbleiterwafer treffen, speziell mit einem Einfallswinkel von etwa 40° bis etwa 85°. Wenn Laserstrahlen verwendet werden, um Halbleiterwafer zu erwärmen, können die Laserstrahlen derart abgestimmt werden, daß diese in einem bestimmten Zustand, wie etwa einem p-polarisierten Zustand, auf den Wafer treffen.
Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welches besonders gut geeignet ist, um ein Ionenimplantations-Ausheilverfahren auszuführen, umfaßt das Verfahren der vorliegenden Erfindung das Anordnen eines Halbleiterwafers in einer Wärmebehandlungskammer. Ein gepulster Laserstrahl wird sodann auf den Halbleiterwafer gerichtet. Der gepulste Laserstrahl ist derart abgestimmt, daß dieser mit einem Einfallswinkel von mindestens 10° und in einem bestimmten Zustand, wie etwa einem p-polarisierten Zustand, auf den Wafer trifft.
Lichtenergiequellen, welche erfindungsgemäß eingerichtet sind, können alleine verwendet werden, um Wafer zu erwärmen, oder können in Verbindung mit weiteren Energiequellen verwendet werden. Beispielsweise können die Lichtenergiequellen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit anderen Lichtenergiequellen und/oder in Verbindung mit einer Heizplatte verwendet werden.
Weitere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden unten genauer erörtert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine vollständige und nachvollziehbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung, welche die beste Ausführungsweise davon umfaßt, für gewöhnlich Fachkundige wird genauer im Rest der Beschreibung dargelegt, welche auf die beigefügten Figuren verweist, wobei:
1 eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer Wärmebehandlungskammer ist, welche erfindungsgemäß verwendet werden kann.
2 ein Draufsichtsdiagramm gemäß der vorliegenden Erfindung ist, welches eine Vielzahl von Lampen darstellt, welche über einem Halbleiterwafer angeordnet sind und einen Einfallswinkel von mehr als 0° zu dem Wafer aufweisen.
3 ein erläuterndes Diagramm ist, welches vorgelegt wird, um verschiedene Ausdrücke zu erläutern, welche in der vorliegenden Patentanmeldung verwendet werden.
4 ein Graph ist, welcher das Absorptionsspektrum eines Halbleiterwafers darstellt, welcher eine untere Beschichtung aus Siliziumdioxid und eine obere Beschichtung aus Polysilizium aufweist. Die Kurven sind für einen Einfallswinkel von 45° für p-polarisierte Strahlung, s-polarisierte Strahlung und unpolarisierte Strahlung dargestellt.
5 ein Graph ist, welcher das Absorptionsspektrum für die gleiche Struktur wie in 4 darstellt. In dieser Figur stehen die Kurven jedoch für p-polarisierte Strahlung mit verschiedenen Einfallswinkeln.
6 eine Seitenansicht ist, welche einen Laser darstellt, welcher einen Laserstrahl mit einem Einfallswinkel von mehr als 0° auf einen Halbleiterwafer abstrahlt.
7(a) eine Seitenansicht von zwei verschiedenen Lasern ist, welche Laserstrahlen mit verschiedenen Einfallswinkeln auf einen Halbleiterwafer abstrahlen.
7(b) eine Seitenansicht eines Laserstrahls ist, welcher in zwei verschiedene Strahlen geteilt wird, welche mit zwei verschiedenen Einfallswinkeln auf einen Halbleiterwafer treffen.
8 eine Seitenansicht einer inkohärenten Lichtquelle ist, wobei Licht, welches von der Lichtquelle abgestrahlt wird, kollimiert und sodann polarisiert wird, wobei dieses mit einem Einfallswinkel von mehr als 0° auf einen Wafer trifft.
9 ein alternatives Ausführungsbeispiel des in 8 dargestellten Verfahrens ist, wobei die Polarisierungsvorrichtung das Licht in zwei verschiedene p-polarisierte Strahlen teilt.
Durch wiederholte Verwendung von Bezugszeichen in der vorliegenden Beschreibung und der Zeichnungen sollen gleiche bzw. analoge Merkmale bzw. Elemente der Erfindung dargestellt werden.
Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Für gewöhnlich Fachkundige ist zu bemerken, daß die vorliegende Erörterung lediglich eine Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele darstellt und die weiteren Aspekte der vorliegenden Erfindung nicht begrenzen soll, wobei diese weiteren Aspekte in der beispielhaften Konstruktion verwirklicht sind.
Eine Wärmebehandlungsvorrichtung verwendet thermische Energie, wie etwa intensives Licht, um einen Halbleiterwafer als Teil des Herstellungsverfahrens integrierter Schaltungen zu erwärmen. Das Einwirken von Lichtenergie bewirkt einen schnellen Temperaturanstieg eines Halbleiterwafers und ermöglicht es, daß die Bearbeitungszeiten relativ kurz sind. Bei Systemen mit schneller Wärmebehandlung ist es wichtig, den Wafer mit sehr intensivem Licht in einer sehr gleichmäßigen und geregelten Weise zu bestrahlen. Wie oben bemerkt, ist die Schwierigkeit bei herkömmlichen Vorrichtungen, daß die Anforderungen an die Intensität des Bestrahlungslichts und die Fähigkeit, Wafer gleichmäßig zu erwärmen, sehr schwierig zu erreichen sind.
Beispielsweise werden Halbleiterwafer häufig mit Materialien beschichtet, welche das Reflexions- und Absorptionsvermögen der Oberfläche beeinflussen. Diese Beschichtungen, welche auf den Wafern enthalten sind, können zu Wirksamkeitssbeeinträchtigungen beim Erwärmen der Wafer führen und können ferner zu Temperaturschwankungen in dem Wafer führen. Beispielsweise weist ein Wafer, welcher Bereiche aufweist, welche mit verschiedenen Materialien beschichtet sind, in diesen Bereichen verschiedene Energieabsorptionseigenschaften auf.
Generell betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum gleichmäßigen und wirksamen Erwärmen von Halbleiterwafern. Wafer, welche erfindungsgemäß bearbeitet werden, werden zumindest teilweise durch Lichtenergie erwärmt. Die vorliegende Erfindung betrifft das Optimieren des Einfallswinkels, der Polarisationsebene und der Wellenlängen der Wärmestrahlung, um das Absorptionsvermögen des Wafers zu steigern und die Wirkungen von Schwankungen der optischen Eigenschaften der Oberflächen des Wafers zu vermindern.
Genauer betrifft die vorliegende Erfindung das Anordnen von Lampen in einer Wärmebehandlungskammer zum Erwärmen von Gegenständen, wie etwa Halbleiterwafern. Die Lampen werden derart eingerichtet, daß die Lichtenergie, welche durch die Lampen abgestrahlt wird, mit einem Einfallswinkel auf den Wafer trifft, welcher die Absorption durch den Wafer optimiert.
Alternativ bzw. zusätzlich zum Optimieren des Einfallswinkels kann die Lichtenergie, welche durch die Lampe abgestrahlt wird, ferner derart abgestimmt werden, daß die Lichtenergie mit einer Polarisationsebene auf den Wafer trifft, welche gleichfalls die Absorption optimiert. Zuletzt betrifft die vorliegende Erfindung auch das Bestrahlen des Wafers mit mehreren Lichtwellenlängen, so daß zumindest bestimmte der Wellenlängen wirksam durch den Wafer absorbiert werden.
In 3 ist ein Diagramm dargestellt, welches einige Definitionen und Ausdrücke darstellt, welche in der vorliegenden Patentanmeldung verwendet werden. Wie dargestellt, ist der Einfallswinkel θ der Winkel zwischen der Lotrechten zu der Waferoberfläche und der Fortpflanzungsrichtung der Wärmestrahlung. Die Einfallsebene ist die Ebene, welche die Lotrechte zu der Waferoberfläche und den Energiestrahl, welcher auf die Waferoberfläche fällt, enthält. Die p-Polarisationsebene entspricht dem Polarisationszustand, in welchem der Vektor des elektrischen Felds der einfallenden Strahlung in der Einfallsebene liegt. Dieser Zustand ist auch als transversale magnetische Polarisation (TM-Polarisation) bekannt. Die Polarisation in rechtem Winkel zu dem p-Polarisationszustand, bei welcher der Vektor des elektrischen Felds lotrecht zu der Einfallsebene verläuft, ist als s-Polarisationszustand bzw. transversaler elektrischer Polarisationszustand (TE-Polarisationszustand) bekannt.
Die Lampen, welche erfindungsgemäß verwendet werden können, können variieren, abhängig von der speziellen Anwendung. Beispielsweise können bei einem Ausführungsbeispiel Laser verwendet werden. Laser emittieren Licht in einem sehr schmalen Wellenlängenbereich. Außer Lasern können in dem System der vorliegenden Erfindung auch verschiedene inkohärente Lichtquellen verwendet werden. Inkohärente Lichtquellen emittieren Licht im Gegensatz zu Lasern in einem breiteren Wellenlängenbereich. Inkohärente Lichtquellen, welche bei der vorliegenden Erfindung verwendet wer den können, umfassen Bogenlampen, Wolfram-Halogenlampen und ähnliches.
Lampen, welche erfindungsgemäß eingerichtet sind, können alleine verwendet werden, um Halbleiterwafer zu erwärmen, oder können alternativ in Verbindung mit weiteren Wärmeenergiequellen verwendet werden. Beispielsweise können die Lampen in Verwendung mit einer Heiz- bzw. Wärmeplatte verwendet werden, welche Wafer durch elektrischen Widerstand erwärmt. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Lampen, welche erfindungsgemäß eingerichtet sind, in Verbindung mit anderen Lampen verwendet werden, welche nicht speziell eingerichtet sind.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Systems, generell 10, dargestellt, welches erfindungsgemäß hergestellt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt das System eine Vielzahl von Lampen 40, welche erfindungsgemäß eingerichtet sind, und eine Vielzahl weiterer Lampen 24, welche über einem Halbleiterwafer 14 angeordnet sind, wie dies in der Technik herkömmlicherweise der Fall ist.
Wie dargestellt, umfaßt das System 10 eine Behandlungskammer 12, welche geeignet gestaltet ist, um Substrate, wie etwa einen Wafer 14, aufzunehmen, um verschiedene Bearbeitungen durchzuführen. Der Wafer 14 kann aus einem Halbleitermaterial hergestellt sein, wie etwa Silizium. Wie dargestellt, ist der Wafer 14 auf einer Substrathalterung 15 angeordnet, welche aus einem wärmeisolierenden Material hergestellt ist, wie etwa Quarz. Die Kammer 12 ist geeignet gestaltet, um einen Wafer 14 mit sehr hohen Geschwindigkeiten und unter sorgfältig geregelten Bedingungen zu erwärmen. Die Kammer 12 kann aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, wobei dies Metalle und Keramik umfaßt. Beispielsweise kann die Kammer 12 aus Edelstahl hergestellt werden, oder diese kann eine Kaltwandkammer sein, welche beispielsweise aus Quarz hergestellt wird.
Wenn die Kammer 12 aus einem wärmeleitenden Material hergestellt wird, umfaßt die Kammer vorzugsweise ein Kühlsystem. Beispielsweise umfaßt, wie in 1 dargestellt, die Kammer 12 eine Kühlleitung 16, welche um den Umfang der Kammer gewunden ist. Die Leitung 16 ist geeignet gestaltet, um ein Kühlfluid, wie etwa Wasser, umlaufen zu lassen, welches verwendet wird, um die Wände der Kammer 12 auf einer konstanten Temperatur zu halten.
Die Kammer 12 kann ferner einen Gaseinlaß 18 und einen Gasauslaß 20 zum Einleiten eines Gases in die Kammer und/oder zum Halten der Kammer in einem vorbestimmten Temperaturbereich umfassen. Beispielsweise kann ein Gas durch den Gaseinlaß 18 zur Reaktion mit dem Wafer 14 in die Kammer 12 eingeleitet werden. Wenn die Verarbeitung erfolgt ist, kann das Gas sodann unter Verwendung des Gasauslasses 20 aus der Kammer abgeleitet werden.
Alternativ kann ein inertes Gas durch den Gaseinlaß 18 in die Kammer 12 eingespeist werden, um zu verhindern, daß unerwünschte bzw. nicht wünschenswerte Nebenreaktionen in der Kammer erfolgen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können ein Gaseinlaß 18 und ein Gasauslaß 20 verwendet werden, um die Kammer 12 unter Druck zu setzen. Ferner kann ein Unterdruck in der Kammer 12 erzeugt werden, wenn dies erwünscht ist, wobei der Gasauslaß 20 oder ein zusätzlicher größerer Auslaß, welcher unter dem Niveau des Wafers angeordnet ist, verwendet wird.
Die Substrathalterung 15 kann bei einem Ausführungsbeispiel geeignet gestaltet sein, um den Wafer 14 unter Verwendung einer mechanischen Waferdreheinrichtung 21 während einer Bearbeitung zu drehen. Das Drehen des Wafers unterstützt eine größere Gleichmäßigkeit der Temperatur an der Oberfläche des Wafers und unterstützt einen verbesserten Kontakt zwischen dem Wafer 14 und jeglichen Gasen, welche in die Kammer eingeleitet werden. Es sei jedoch bemerkt, daß die Kammer 12 geeignet gestaltet ist, außer Wafern auch optische Bauelemente, Filme, Fasern, Bänder und andere Substrate mit spezieller Gestalt zu bearbeiten.
Eine Wärmequelle bzw. eine Erwärmungsvorrichtung 22 ist in Verbindung mit der Kammer 12 aufgenommen, um einen Wafer 14 während einer Bearbeitung zu erwärmen. Die Erwärmungsvorrichtung 22 umfaßt eine Vielzahl geradliniger Lampen 24, wie etwa Wolfram-Halogenlampen. Gemäß Verwendung in der vorliegenden Schrift bedeutet eine „geradlinige Lampe" eine Lampe, welche geeignet gestaltet ist, um den größten Teil ihrer Energie durch die Seite der längsten Ausdehnung der Lampe abzustrahlen. Beispielsweise strahlen geradlinige Lampen bei den meisten Ausführungsbeispielen den größten Teil ihrer Energie durch die Seite der Lampe ab. Wie in 1 dargestellt, sind die Lampen 24 horizontal über dem Wafer 14 ausgerichtet. Es sei jedoch bemerkt, daß die Lampen 24 an jedem speziellen Ort angeordnet werden können, wie etwa lediglich unter dem Wafer oder über und unter dem Wafer. Ferner können zusätzliche Lampen in dem System 10 aufgenommen werden, wenn dies erwünscht ist.
Außer geradlinigen Lampen kann das System der vorliegenden Erfindung auch vertikal ausgerichtete Lampen verwenden. Diese Lampen sind derart angeordnet, daß das Ende der Lampe zu den Wafern weist.
Wie in der Figur dargestellt, sind die Lampen 24 mit einem stufenweisen Energieregler 25 versehen, welcher verwendet werden kann, um die Lichtenergie, welche durch jede der Lampen abgestrahlt wird, zu steigern oder zu vermindern.
Um es zu unterstützen, die Lichtenergie, welche durch die Lampen 14 abgestrahlt wird, auf einen Wafer 14 zu richten, können die Lampen mit einem Reflektor bzw. einer Gruppe von Reflektoren verbunden werden. Beispielsweise umfaßt, wie in 1 dargestellt, die Erwärmungsvorrichtung 22 eine Reflektorplatte 36, welche über den geradlinigen Lampen 24 angeordnet ist. Die Reflektorplatte 36 kann aus einem beliebigen Material hergestellt sein, welches geeignet ist, um Lichtenergie zu reflektieren, und kann jede beliebige Gestalt aufweisen, welche es unterstützt, die Lichtenergie zu dem Wafer 14 zu lenken.
Zusätzlich zu den Lampen 24 umfaßt das System, wie in 1 dargestellt, Lichtquellen bzw. Lampen 40 gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, sind die Lampen 40 in einem Winkel zu dem Wafer 14 angeordnet, um die Absorption von Lichtenergie durch den Wafer zu optimieren. Wie unten genauer beschrieben wird, kann außer dem Einstellen des Einfallswinkels die Strahlung, welche durch die Lampen 40 abgestrahlt wird, ferner derart abgestimmt werden, daß diese in bzw. in der Nähe der p-Polarisationsebene auf den Wafer trifft.
Wie in 1 dargestellt, können Lampen 40, welche erfindungsgemäß eingerichtet sind, in Verbindung mit Lampen 28 verwendet werden. Alternativ kann, wie in 2 dargestellt, der Wafer 14 allein durch die Lampen 40 erwärmt werden. Speziell werden, wie in 2 dargestellt, die Lampen 40 derart angeordnet, daß diese den Wafer 14 in erwünschten Winkeln umgeben.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die Lampen 40 in Verwendung mit einem Heizer verwendet werden, welcher neben dem Wafer angeordnet ist. Der Heizer kann eine elektrische Widerstandsheizung zum Erwärmen des Wafers umfassen.
In 1 umfaßt die Wärmebehandlungskammer 12 bei diesem Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Strahlungserfassungsvorrichtungen, generell 27, um die Temperatur eines Wafers 14 während des Erwärmungsvorgangs zu verfolgen. Die Strahlungserfassungsvorrichtungen 27 umfassen eine Vielzahl optischer Fasern bzw. Lichtleiter 28, welche wiederum mit einer Vielzahl entsprechender Lichtdetektoren 30 verbunden sind. Die optischen Fasern 28 sind geeignet eingerichtet, um Wärmeenergie aufzunehmen, welche durch den Wafer 14 bei einer bestimmten Wellenlänge abgestrahlt wird. Die Menge der erfaßten Strahlung wird sodann zu den Lichtdetektoren 30 übertragen, welche ein geeignetes Spannungssignal zum Bestimmen der Temperatur des Wafers erzeugen, welche teilweise auf Basis des Planck'schen Gesetzes berechnet werden kann. Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt jede optische Faser 28 in Verbindung mit einem Lichtdetektor 30 ein Pyrometer. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die optischen Fasern 28 zu einer einzigen, jedoch in Multiplexbetrieb arbeitenden Strah-Iungserfassungsvorrichtung verlegt.
Generell kann die Wärmebehandlungskammer 12 eine Strahlungserfassungsvorrichtung bzw. eine Vielzahl davon enthalten. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie in 1 dargestellt, enthält die Wärmebehandlungskammer 12 eine Vielzahl von Strahlungserfassungsvorrichtungen, welche die Temperatur des Wafers an verschiedenen Stellen messen. Die Kenntnis der Temperatur des Wafers an verschiedenen Orten kann sodann verwendet werden, um die Wärmemenge zu regeln, welche auf den Wafer angewandt wird, wie nachfolgend genauer beschrieben. Die Wärmemenge, welche auf verschiedene Bereiche des Wafers angewandt wird, kann ferner in der Weise einer Steuerkette geregelt werden. Bei dieser Anordnung können die Verhältnisse zwischen den verschiedenen Erwärmungsbereichen nach einer manuellen Optimierung vorbestimmt werden.
Das System 10 umfaßt ferner ein Fenster 32, welches die Lampen 24 von der Kammer trennt. Das Fenster 32 dient dazu, die Lampen 24 von dem Wafer 14 zu isolieren und eine Verunreinigung der Kammer zu verhindern. Das Fenster 32 kann, wie in 1 dargestellt, ein Fenster sein, welches zwischen der Kammer 12 und einer Wärmequelle 22 angeordnet ist.
Außer einer Verwendung von Strahlenerfassungsvorrichtungen können andere Temperaturerfassungsvorrichtungen in dem System der vorlie genden Erfindung verwendet werden. Beispielsweise können ein oder mehrere Thermoelemente zum Verfolgen der Temperatur des Wafers an einem einzigen Ort oder an einer Vielzahl von Orten in dem System aufgenommen werden. Die Thermoelemente können in direktem Kontakt mit dem Wafer angeordnet werden oder können neben dem Wafer angeordnet werden, woraus die Temperatur extrapoliert werden kann.
Das System 10 umfaßt ferner eine Systemsteuerung 50, welche beispielsweise ein Mikroprozessor sein kann. Die Steuerung 50 empfängt Spannungssignale von den Lichtdetektoren 30, welche die Strahlungsmengen darstellen, welche an den verschiedenen Orten aufgenommen werden. Auf Basis der empfangenen Signale wird die Steuerung 50 geeignet konfiguriert, um die Temperatur eines Wafers 14 an verschiedenen Orten zu berechnen.
Die Systemsteuerung 50 kann, wie in 1 dargestellt, ferner mit einem Lampenstromregler 25 verbunden sein. Bei dieser Anordnung kann die Steuerung 50 die Temperatur eines Wafers 14 bestimmen und auf Basis dieser Information die Wärmeenergiemenge, welche durch die Lampen 24 und/oder die Lampen 40 abgestrahlt wird, regeln. In dieser Weise können sofortige Einstellungen im Hinblick auf die Bedingungen in der Reaktionskammer 12 zum Bearbeiten des Wafers 14 innerhalb sorgfältig geregelter Grenzen erfolgen.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Steuerung 50 ferner verwendet werden, um weitere Elemente in dem System automatisch zu steuern. Beispielsweise kann die Steuerung 50 verwendet werden, um den Durchfluß von Gasen, welche in die Kammer 12 eintreten, durch den Gaseinlaß 18 zu steuern. Wie dargestellt, kann die Steuerung 50 ferner verwendet werden, um die Geschwindigkeit zu steuern, mit welcher der Wafer 14 in der Kammer gedreht wird.
Wie oben beschrieben, betrifft die vorliegende Erfindung generell das Einrichten verschiedener Lichtquellen in Wärmebehandlungskammern, um die Absorption von Lichtenergie durch den Wafer, welcher erwärmt wird, zu optimieren. Es ist die Absicht der vorliegenden Erfindung, die Probleme, welche in der Vergangenheit auftraten, zu minimieren, wenn Wafer, welche verschiedene Eigenschaften aufweisen und/oder mit verschiedenen Materialien beschichtet sind, bearbeitet werden. Generell betrifft die vorliegende Erfindung das Ändern des Einfallswinkels der Lichtquellen, um die Absorption zu maximieren, das Abstimmen des Lichts, welches durch die Lichtquellen abgestrahlt wird, so daß dieses in dem p-polarisierten Zustand bzw. im wesentlichen in dem p-polarisierten Zustand angeordnet wird, um die Absorption zu optimieren und/oder das Verwenden mehrerer verschiedener Wellenlängen, um zu gewährleisten, daß zumindest ein Teil der Lichtenergie wirksam durch den Wafer absorbiert wird.
Die 4 und 5 sollen einige der Konzepte darstellen, welche mit der vorliegenden Erfindung verbunden sind. 4 stellt das Absorptionsspektrum eines Halbleiterwafers dar, welcher mit einer zweischichtigen Beschichtung beschichtet ist. Die zweischichtige Beschichtung umfaßt eine untere Beschichtung aus Siliziumdioxid und eine obere Beschichtung aus Polysilizium. Speziell war die untere Beschichtung aus Siliziumdioxid 0,5 Mikrometer dick, während die obere Beschichtung aus Polysilizium 0,2 Mikrometer dick war. Der Graph, welcher in 4 dargestellt ist, stellt dar, wie sich die Absorption mit der Wellenlänge ändert. Ferner umfaßt der Graph drei Kurven, welche das Absorptionsvermögen für Lichtenergie, welche mit einem Einfallswinkel von 45° auf den Wafer trifft, für die drei Fälle darstellen, daß sich die Lichtenergie in (1) dem p-polarisierten Zustand, (2) dem spolarisierten Zustand und (3) dem unpolarisierten Zustand befindet. Wie dargestellt, ergibt der unpolarisierte Zustand den Mittelwert des s-polarisierten und des p-polarisierten Zustands.
Wie in 4 dargestellt, wird die Schwankungsbreite des Absorptionsspektrums dadurch vermindert, daß Lichtenergie in dem p-polarisierten Zustand auf den Wafer trifft. Ferner ist das Absorptionsvermögen bei jeder gegebenen Wellenlänge für das p-polarisierte Licht größer, was eine bessere und wirksamere Energieübertragung anzeigt.
5 stellt das Absorptionsspektrum der gleichen Struktur dar, welche verwendet wird, um die Ergebnisse zu erzeugen, welche in 4 dargestellt sind. Bei dem Graph, welcher in 5 dargestellt ist, stellen jedoch sämtliche Kurven Lichtenergie in dem p-polarisierten Zustand dar. Bei diesem Graph variiert der Einfallswinkel zwischen lotrecht (0°), 45° und 60°.
Wie dargestellt, werden die Schwankungen des Absorptionsvermögens vermindert, wenn der Einfallswinkel von 0° auf 60° ansteigt. Ferner ist ein gesteigertes Absorptionsvermögen bei verschiedenen Wellenlängen zu erkennen, abhängig von dem Einfallswinkel.
Die 4 und 5 stellen dar, daß gemäß der vorliegenden Erfindung verschiedene Vorteile verwirklicht werden können, wenn (1) mehrere Lichtwellenlängen verwendet werden, (2) das Licht in dem p-polarisierten Zustand ausgerichtet ist und (3) der Einfallswinkel auf mehr als 0° erhöht wird. Ferner stellt 5 auch den möglichen Vorteil des Anordnens der Lampen mit mehr als einem Einfallswinkel für ein weiteres Optimieren der Absorption dar.
Unter Verweis auf die 6 bis 9 werden im folgenden verschiedene Anwendungen der vorliegenden Erfindung genau erörtert. Die 6 und 7 betreffen speziell die Verwendung von Lasern zum Erwärmen von Halbleiterwafern, während die 8 und 9 das Anwenden der Konzepte der vorliegenden Erfindung auf inkohärente Lichtquellen betreffen.
In 6 ist ein Laser 40 dargestellt, welcher einen Laserstrahl 60 mit einem Einfallswinkel 8 auf einen Wafer 14 abstrahlt. Generell emittieren Laser Licht in einem relativ schmalen Wellenlängenbereich. Laser können sehr wirksame Erwärmungsvorrichtungen sein, welche Licht mit sehr hoher Intensität liefern. Aufgrund des stark monochromatischen Charakters von Laserstrahlung erfolgt jedoch im Effekt eine sehr geringe spektrale Mittelung der Energieabsorption durch den Wafer, wodurch eine Lasererwärmung besonders anfällig für Energieabsorptionsschwankungen während eines einzigen Erwärmungszyklus für einen Halbleiterwafer und während der Bearbeitung verschiedener Wafer wird.
Wie in 6 dargestellt, können Absorptionsschwankungen durch Ändern des Einfallswinkels des Laserstrahls 60 minimiert werden. Wie oben beschrieben, ist das Reflexionsvermögen der meisten Oberflächen eine Funktion des Einfallswinkels. Somit kann das Ändern des Einfallswinkels des Laserlichts, welches auf den Wafer trifft, die Absorption steigern.
Für die meisten Anwendungen beim Bearbeiten von Halbleiterwafern erfolgt eine Optimierung der Absorption, wenn der Einfallswinkel größer als 10° ist, wie etwa von etwa 40° bis etwa 85° und insbesondere von etwa 60° bis etwa 85°. Insbesondere ist das Reflexionsvermögen in der Nähe eines kritischen Winkels, das bedeutet, des Brewster-Winkels, sehr klein. Für Silizium beträgt der Brewster-Winkel etwa 75°.
Besonders vorteilhaft beim Verwenden von Lasern ist, daß nicht nur die Strahlung stark gerichtet ist, sondern auch viele Typen von Laserlicht natürlicherweise linear polarisiert sind. Infolgedessen kann der Laserstrahl beim Einstellen des Einfallswinkels auch in der p-Polarisationsebene hinsichtlich der Waferoberfläche ausgerichtet werden. Wie oben in den 4 und 5 dargestellt, kann eine Optimierung der Lichtübertragung auf den Wafer erfolgen, wenn das Licht in dem p-polarisierten Zustand ausgerichtet wird.
Es sei jedoch bemerkt, daß es neben dem Ausrichten des Lichts in dem p-polarisierten Zustand bei anderen Ausführungsbeispielen bevorzugt sein kann, das Licht in anderen Ausrichtungen auszurichten. Beispielsweise kann das Licht bei einem alternativen Ausführungsbeispiel nicht in dem p-polarisierten Zustand, sondern in der Nähe des p-polarisierten Zustands ausgerichtet werden. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann elliptisch polarisiertes Licht auf den Wafer gerichtet werden. Elliptisch polarisiertes Licht bedeutet eine Polarisation einer elektromagnetischen Welle, wobei der Vektor des elektrischen Felds an jedem Raumpunkt eine Ellipse in einer Ebene, welche lotrecht zu der Fortpflanzungsrichtung verläuft, beschreibt.
Die spezielle Lichtausrichtung, welche bei einer Anwendung verwendet wird, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Beispielsweise kann die Topografie der Oberfläche, welche erwärmt wird, eine Rolle beim Bestimmen, wie das Licht, welches auf den Wafer trifft, ausgerichtet werden soll, spielen. Rillen, Winkel und andere nicht glatte Merkmale einer Oberfläche können beispielsweise einen Einfluß auf die Absorptionseigenschaften des Wafers ausüben. Beim Umgang mit einem Substrat mit einer dreidimensionalen Oberfläche kann bei einem Ausführungsbeispiel eine ebene Oberfläche definiert werden, welche die Oberflächenunregelmäßigkeiten am besten berücksichtigt. Wenn die ebene Oberfläche definiert ist, können die Polarisation, der Einfallswinkel und die Wellenlänge des Lichts, welches auf die Oberfläche treffen soll, ausgewählt werden.
Es können verschiedene Verfahren verwendet werden, um die Laservorrichtung geeignet auszurichten, um zu gewährleisten, daß der Laserstrahl 60 in der p-Polarisationsebene oder in einer anderen wünschenswerten Ausrichtung auf den Wafer 14 trifft. Beispielsweise kann, um den Laserstrahl auf den p-polarisierten Zustand einzustellen, der Laser gedreht werden, oder der Laserstrahl kann unter Verwendung von Spiegeln und/oder optischen Systemen manipuliert werden. Bei einem Beispiel kann beispielsweise ein Halb- Wellenlängenplättchen verwendet werden, um den Laserstrahl in einer definierten Ebene auszurichten, wie etwa einer p-Polarisationsebene.
Alternativ bzw. zusätzlich zu dem Einstellen des Einfallswinkels und dem Ausrichten des Laserstrahls in einem p-polarisierten Zustand können mehrere verschiedene Typen von Lasern in der Wärmebehandlungskammer verwendet werden, welche jeweils Licht mit verschiedenen Wellenlängen emittieren. Beispielsweise können, wie in 7(a) dargestellt, ein erster Laser 40 und ein zweiter Laser 140 Licht mit verschiedenen Wellenlängen auf den Wafer 14 abstrahlen.
Somit kann, wenn ein bestimmtes Substrat ein hohes Reflexionsvermögen bei der Wellenlänge, bei welcher ein Laser arbeitet, der zweite Laser, welcher bei einer anderen Wellenlänge arbeitet, verwendet werden, um den Wafer zu erwärmen. Die Strahlung von den verschiedenen Lasern kann optisch kombiniert werden, bevor diese auf den Wafer trifft. Alternativ können verschiedene Lichtstrahlen von den verschiedenen Lasern einen ausgewählten Bereich des Wafers beleuchten. Bei einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel können verschiedene Lichtstrahlen den gleichen Waferradius bestrahlen, wenn der Wafer gedreht wird. Die Laser können geeignet angeordnet werden, um die Vorderseite und/oder die Rückseite des Wafers zu beleuchten. Ferner kann bei einem Ausführungsbeispiel die Vorderseite des Wafers mit einer bestimmten Wellenlänge bzw. einem bestimmten Wellenlängenbereich erwärmt werden, während die Rückseite des Wafers durch Licht mit einer verschiedenen Wellenlänge bzw. einem verschiedenen Wellenlängenbereich erwärmt werden kann.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können einstellbare Laser verwendet werden, um den Wafer zu erwärmen. Beispielsweise können Laser verwendet werden, welche eine einstellbare Wellenlängenfestlegung zum Einstellen der Wellenlänge während eines bestimmten Erwärmungszyklus oder zwischen Erwärmungszyklen aufweisen.
Neben dem Einstellen der Wellenlänge können Laser, welche bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ferner beweglich sein, um den Einfallswinkel während einer Bearbeitung einzustellen. In dieser Weise kann eine optimale Energieübertragung zwischen den Lichtquellen und dem Wafer erfolgen, wenn sich die Merkmale und Eigenschaften der Oberfläche des Wafers, welcher erwärmt wird, ändern.
Neben dem Verwenden von Lasern, welche bei verschiedenen Wellenlängen arbeiten, können, wie in 7(a) dargestellt, die Einfallswinkel jedes Lasers 40 und 140 verschieden sein, um zu gewährleisten, daß mindestens einer der Laser während des Erwärmungsvorgangs einen hohen Absorptionsgrad aufweist.
Mehrere Einfallswinkel können unter Verwendung mehrerer Laser erzeugt werden, wie in 7(a) dargestellt, oder können unter Verwendung eines einzigen Lasers verwirklicht werden, wie in 7(b) dargestellt. Wie in 7(b) dargestellt, emittiert ein Laser 40 einen Laserstrahl 60, welcher durch eine Strahlteilervorrichtung 70 in zwei Strahlen 62 und 64 geteilt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird sodann ein Spiegel 72 verwendet, um den Laserstrahl 64 mit einem Einfallswinkel, welcher von dem Einfallswinkel des Laserstrahls 62 verschieden ist, auf den Wafer 14 zu richten. Es sei jedoch bemerkt, daß der Laserstrahl außer durch einen Spiegel 72 beispielsweise unter Verwendung faseroptischer Systeme, Linsen, Lichtleitern und ähnlichem auf den Wafer gerichtet werden kann.
Generell kann bei der vorliegenden Erfindung jeder geeignete Lasertyp verwendet werden, wobei dies sowohl kontinuierliche Laser als auch Impulslaser umfaßt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird eine Laserdiode verwendet. Laserdioden wandeln Elektrizität wirksam in Laserstrahlung um und sind mit hohen Nennleistungen verfügbar. Beispielsweise sind Hochleistungsvorrichtungen, welche eine kontinuierliche Leistung von mehr als 10 Watt liefern, gegenwärtig im Handel erhältlich, mit Emissionswellenlängen zwischen 400 nm und 4000 nm. Die oben beschriebenen Laser können mit optischen Strahlleitsystemen kombiniert werden, welche den emittierten Strahl umformen und diesen auf den Wafer richten. Beispielsweise kann der Laser mit faseroptischen Systemen verbunden werden, um das Licht auf einen bestimmten Ort des Wafers zu leiten.
Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde entdeckt, daß die Verwendung von Impulslasern verschiedene Vorteile bieten kann. Impulslaser erzeugen große Energiemengen in unterbrochener Weise. Derartige Laser können besonders gut zur Verwendung bei Ausheilverfahren geeignet sein, besonders bei Ionenimplantationsbeschädigungs-Ausheilverfahren. Es wird erwartet, daß Impulslaser eine gesteuerte Schadensausheilung zum Erzeugen von Filmen mit überlegener Güte ermöglichen können.
Wie oben beschrieben, emittieren Laser stark gerichtetes Licht. Um die gesamte Oberfläche eines Halbleiterwafers unter Verwendung von Lasern zu erwärmen, können verschiedene Techniken verwendet werden. Beispielsweise kann bei einem Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Lasern in der Wärmebehandlungskammer angeordnet werden, um auf verschiedene Bereiche des Wafers zu treffen. Wenn dies erwünscht ist, können die Laserstrahlen, welche durch die Laser emittiert werden, auch unter Verwendung optischer Systeme geformt werden, solange das Formen des Strahls die in der vorliegenden Schrift beschriebenen Optimierungstechniken nicht stört. Alternativ kann der Laserstrahl über die gesamte Oberfläche des Wafers bzw. über einen ausgewählten Bereich geführt werden.
Neben dem Abstimmen von Laserstrahlen ist die vorliegende Erfindung ferner auf Lichtstrahlen anwendbar, welche durch inkohärente Lichtquellen emittiert werden, wie etwa Wolfram-Halogenlampen oder Bogenlampen. Die Lichtquellen können kontinuierliches Licht oder Impulslicht abstrahlen. Inkohärente Lichtquellen strahlen Lichtenergie typischerweise in einem breiteren Spektrum ab als Laser. Infolgedessen erfolgen geringere Schwankungen der Energieübertragung, wenn inkohärente Lichtquellen verwendet werden, aufgrund eines größeren Wellenlängenbereichs und normalerweise eines breiteren Einfallswinkelbereichs. Dennoch kann die vorliegende Erfindung verwendet werden, um die Energieübertragung zwischen inkohärenten Lichtquellen und einem Wafer, welcher erwärmt wird, weiter zu verbessern.
Beispielsweise kann bei einem Ausführungsbeispiel Licht, welches durch eine inkohärente Lichtquelle abgestrahlt wird, erfindungsgemäß kollimiert, polarisiert und geeignet ausgerichtet werden, um mit einem Einfallswinkel von mehr als 0°, speziell von mehr als 10°, auf den Wafer zu treffen.
Beispielsweise ist in 8 eine inkohärente Lichtquelle 40 dargestellt, welche Lichtenergie auf den Wafer 14 abstrahlt. Die inkohärente Lichtquelle 40 kann beispielsweise eine Bogenlampe, eine Wolfram-Halogenlampe und ähnliches sein. Wie in der Figur dargestellt, wird das Licht, welches von der Lampe 40 abgestrahlt wird, unter Verwendung eines Reflektors 80 kollimiert, so daß der größte Teil des Lichts mit einem bestimmten Einfallswinkel auf den Wafer 14 trifft.
Der Reflektor 80 umgibt die Lichtquelle 40 und kann verschiedene Gestalten aufweisen. Generell jedoch erzeugt eine parabolische Gestalt, wie dargestellt, einen kollimierten Ausgangsstrahl.
Neben dem Verwenden eines Reflektors können verschiedene andere Vorrichtungen verwendet werden, um das Licht zu kollimieren, welches durch die Lampe 40 abgestrahlt wird. Beispielsweise können bei einem alternativen Ausführungsbeispiel optische Linsen verwendet werden, um das Licht besser auf den Wafer zu richten. Beispielsweise können eine Sammellinse, eine zylindrische Linse oder eine Zonenplatte alleine oder in Verbindung mit Reflektoren verwendet werden, um das Licht zu kollimieren.
Neben dem Kollimieren des Lichts, welches durch die Lampe 40 abgestrahlt wird, kann, wie in 8 dargestellt, das System der vorliegenden Erfindung ferner eine Polarisationsvorrichtung 82 umfassen. Die Polarisationsvorrichtung 82 wird derart ausgewählt, daß sich das Licht, welches aus der Polarisationsvorrichtung austritt, in dem p-polarisierten Zustand befindet. Als Ergebnis dieser Anordnung trifft die Lichtenergie, welche durch die Lampe 40 abgestrahlt wird, in einem erwünschten Einfallswinkel und in dem p-polarisierten Zustand auf den Wafer 14, um die Absorption durch den Wafer zu optimieren.
Neben dem Ausrichten des Lichts in dem p-polarisierten Zustand kann die Polarisationsvorrichtung 82 ferner verwendet werden, um das Licht in einem annähernd p-polarisierten Zustand auszurichten, oder kann verwendet werden, um elliptisch polarisiertes Licht zu erzeugen, wie dies erwünscht ist.
Viele Polarisationsvorrichtungen 82, wie in 8 dargestellt, können jedoch die Menge der Lichtenergie, welche den Wafer erreicht, bedeutend vermindern. Beispielsweise entfernen einige Polarisationsvorrichtungen bis zu etwa 50% der Energie, welche durch die Lampe 40 abgestrahlt wird. Um das Licht, welches von der Lampe 40 abgestrahlt wird, wirksamer zu polarisieren, kann bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eine polarisierende Strahlteilervorrichtung 84 verwendet werden, wie in 9 dargestellt. Die polarisierende Strahlteilervorrichtung 84 empfängt das kollimierte Licht, welches durch die Lampe 40 abgestrahlt wird, und teilt das Licht in zwei Strahlen 90 und 92. Die polarisierende Strahlteilervorrichtung 84 ist derart eingerichtet, daß sich der Strahl 90 in dem p-polarisierten Zustand befindet. Wie dargestellt, trifft der Strahl 90 mit einem ersten Einfallswinkel auf den Wafer 14.
Demgegenüber wird der Strahl 92 sodann unter Verwendung eines Spiegels, optischer Systeme, eines Halbwellenlängenplättchens oder einer anderen geeigneten optischen Vorrichtung 86 weiter umgelenkt. Speziell wird der Lichtstrahl 92 gedreht, ausgerichtet oder anders manipuliert und auf den Wafer 14 als Lichtstrahl 94 in dem p-polarisierten Zustand oder in einer anderen erwünschten Ausrichtung mit einem zweiten Einfallswinkel umgelenkt. Die Einfallswinkel der Strahlen 90 und 94 können gleich oder verschieden sein.
Bei der vorliegenden Erfindung können mehrere verschiedene Polarisationsvorrichtungen verwendet werden. Die polarisierende Strahlteilervorrichtung 84 kann beispielsweise ein Drahtgitterpolarisator, eine mit einem dünnen Film beschichtete Vorrichtung, wie etwa eine mit einem dielektrischen Film beschichtete Vorrichtung, ein Strahlteilungswürfel oder eine andere geeignete Vorrichtung sein.
In 1 wiederum kann, wie oben beschrieben, das System der vorliegenden Erfindung eine Steuerung 50 umfassen. Die Steuerung 50 kann verwendet werden, um die Temperatur des Wafers zu verfolgen und die Menge der Lichtenergie zu regeln, welche dementsprechend auf den Wafer abgestrahlt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Steuerung 50 in Verbindung mit einem oder mehreren Sensoren 98 angeordnet werden. Die Sensoren 98 können verwendet werden, um die Strahlungsmenge zu erfassen, welche von dem Wafer reflektiert wird. Speziell können die Sensoren dazu beitragen, die reflektierte Leistungsmenge zu schätzen, um die Eingangsleistung einzustellen, welche zu dem Wafer geschickt wird. Die Sensoren 98 sind besonders bei einem System anwendbar, welches Laserbeleuchtung verwendet, wobei eine einfache Schätzung der Übertragung aus der Intensität des reflektierten Strahls erhalten werden kann. Diese Schätzung kann vor einer Bearbeitung unter Verwendung eines Strahls mit niedrigerer Leistung oder während einer Bearbeitung aus dem tatsächlichen Strahl erhalten werden.
Neben dem Ändern der Energiemenge, welche zu dem Wafer geschickt wird, kann ferner die Information, welche von den Sensoren gesammelt wird, verwendet werden, um die Wellenlänge des Lichts, welches auf den Wafer trifft, zu ändern und/oder den Einfallswinkel des Lichts, welches auf den Wafer trifft, zu ändern.
Die Sensoren 98 können eine beliebige geeignete Vorrichtung sein, welche in der Lage ist, reflektiertes Licht zu erfassen. Beispielsweise können die Sensoren 98 Photodetektoren oder Wärmedetektoren sein.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das System Reflektoren umfassen, welche in der Wärmebehandlungskammer angeordnet sind. Die Reflektoren können verwendet werden, um Lichtenergie, welche von dem Wafer reflektiert wird, zurück auf den Wafer zu reflektieren. Wiederum sind derartige Reflektoren besonders gut zur Verwendung in Systemen geeignet, welche Laserstrahlen verwenden. Ein Beispiel eines Reflektors, welcher verwendet werden kann, ist ein Würfeleckenrückstrahler, welcher Licht, welches von dem Wafer reflektiert wird, mit dem gleichen Reflexionswinkel auf den Wafer zurückschickt. Durch Reflektieren des Lichts zurück auf den Wafer wird beim Erwärmen weitere Lichtenergie durch den Wafer absorbiert.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die Techniken und Vorteile der vorliegenden Endung verwendet werden, um nicht nur den Wafer 14, sondern auch einen schlupffreien Ring 99, wie in 1 dargestellt, zu erwärmen. Ein schlupffreier Ring bedeutet eine Vorrichtung, welche die Kanten eines Wafers vollständig umschließt bzw. zumindest im wesentlichen umgibt und weitere Energie liefert, um die Kanten des Wafers beim Bearbeiten zu erwärmen. Schlupffreie Ringe werden generell verwendet, um Wärmeverlusten entgegenzuwirken, welche an der Kante des Wafers erfolgen.
Erfindungsgemäß kann ein schlupffreier Ring 99, wie in 1 dargestellt, durch die Lichtvorrichtungen 40 in einer Weise erwärmt werden, welche die Wärmeübertragung optimiert. Beispielsweise können die Lichtvorrich tungen 40 Licht mit einem bestimmten Einfallswinkel und in einem bestimmten Polarisationszustand abstrahlen, um die Wärmeenergiemenge zu optimieren, welche durch den schlupffreien Ring 99 absorbiert wird. Der spezielle Einfallswinkel, die Lichtwellenlänge und der Polarisationszustand des Lichts, welches den schlupffreien Ring erwärmt, hängen von dem Material ab, aus welchem der schlupffreie Ring hergestellt ist. Beispielsweise kann der schlupffreie Ring aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, wobei dies Silizium, Siliziumkarbid, Graphit, mit Siliziumkarbid beschichtetes Graphit und Quarz neben verschiedenen anderen Materialien umfaßt.
Erfindungsgemäß kann der schlupffreie Ring 99 ferner mit verschiedenen Materialien beschichtet werden, um die Lichtabsorption zu optimieren. Beispielsweise kann der schlupffreie Ring mit reflexionsdämpfenden Materialien beschichtet werden. Beispielsweise kann bei einem Ausführungsbeispiel ein Siliziumring mit Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid beschichtet werden.
Diese und weitere Abwandlungen und Variationen der vorliegenden Erfindung können durch gewöhnlich Fachkundige ausgeführt werden, ohne Prinzip und Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, welche in den beigefügten Ansprüchen genauer dargelegt sind. Ferner sei darauf hingewiesen, daß Aspekte der verschiedenen Ausführungsbeispiele sowohl vollständig als auch teilweise ausgetauscht werden können. Ferner ist für gewöhnlich Fachkundige zu ersehen, daß die vorangehende Beschreibung lediglich beispielhaft erfolgt und die Erfindung nicht begrenzen soll, welche in den beigefügten Ansprüchen weiter beschrieben ist.
Zusammenfassung
Vorrichtung zum Wärmebehandeln von Halbleiterwafern (14), welche eine Erwärmungsvorrichtung (22) umfaßt, welche eine Anordnung geradliniger Lampen (24) zum Abstrahlen von Lichtenergie auf einen Wafer (14) enthält. Die geradlinigen Lampen (24) können in verschiedenen Anordnungen angeordnet werden. Erfindungsgemäß sind Abstimmungsvorrichtungen (40), welche verwendet werden, um die Gesamtstrahlungsverteilung der Lichtenergiequellen einzustellen, in der Erwärmungsvorrichtung (22) aufgenommen. Die Abstimmungsvorrichtungen (40) können beispielsweise Lampen oder Laser sein.
(1)

Claims

Verfahren zum Erwärmen von Halbleitersubstraten, umfassend die Schritte: – Anordnen eines Halbleitersubstrats in einer Behandlungskammer; – Richten von Lichtenergie auf das Halbleitersubstrat, um das Halbleitersubstrat zu erwärmen, wobei die Lichtenergie mit einem Einfallswinkel von mehr als 0° auf das Substrat trifft; und – wobei die Lichtenergie in einer p-Polarisationsebene bzw. in der Nähe der p-Polarisationsebene auf das Halbleitersubstrat trifft.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lichtenergie von einer inkohärenten Lichtquelle abgestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lichtenergie mit einem Einfallswinkel von mehr als 10° auf das Halbleitersubstrat trifft.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lichtenergie polarisiert wird, wobei ein erster p-polarisierter Lichtenergiestrahl und ein zweiter p-polarisierter Lichtenergiestrahl erzeugt werden, wobei der erste und der zweite p-polarisierte Lichtenergiestrahl auf das Halbleitersubstrat gerichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt des Kollimierens der Lichtenergie vor dem Polarisieren der Lichtenergie.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Lichtenergie unter Verwendung einer Reflexionsvorrichtung kollimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Lichtenergie unter Verwendung einer optischen Linse kollimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lichtenergie unter Verwendung einer Drahtgitter-Polarisationsvorrichtung polarisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Halbleitersubstrat durch die Lichtenergie in Verbindung mit weiteren Energiequellen erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die weiteren Energiequellen Lichtenergiequellen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lichtenergie durch eine Bogenlampe oder eine Wolfram-Halogenlampe abgestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lichtenergie mit einem Einfallswinkel von etwa 40° bis etwa 85° auf das Halbleitersubstrat trifft.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt des Erfassens der Menge der Lichtenergie, welche von dem Halbleitersubstrat reflektiert wird und des Änderns der Abstimmung der Lichtenergie auf Basis dieser Information, um die Menge der Lichtenergie, welche durch das Halbleitersubstrat absorbiert wird, zu ändern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Halbleitersubstrat durch die Lichtenergie in Verbindung mit einem elektrischen Widerstandsheizelement erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Schritt des Umlenkens eines Anteils der Lichtenergie, welcher von dem Halbleitersubstrat reflektiert wird, auf das Halbleitersubstrat.
Verfahren zum Erwärmen von Halbleitersubstraten, umfassend die Schritte: – Anordnen eines Halbleitersubstrats in einer Behandlungskammer; und – Richten von Laserstrahlen von mindestens einem ersten Laser und einem zweiten Laser auf das Halbleitersubstrat, wobei der erste Laser Licht in einem ersten Wellenlängenbereich emittiert und der zweite Laser Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich emittiert, wobei der erste Wellenlängenbereich von dem zweiten Wellenlängenbereich verschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der erste Wellenlängenbereich und der zweite Wellenlängenbereich nicht überlappen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei sich die Laserstrahlen in einem p-polarisierten Zustand befinden.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der erste Laser einen ersten Laserstrahl emittiert und der zweite Laser einen zweiten Laserstrahl emittiert und wobei der erste und der zweite Laserstrahl mit einem Einfallswinkel von mehr als 10° auf das Halbleitersubstrat treffen.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der erste und der zweite Laserstrahl mit einem Einfallswinkel von etwa 40° bis etwa 85° auf das Halbleitersubstrat treffen.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der erste Laserstrahl mit einem ersten Einfallswinkel auf das Halbleitersubstrat trifft und der zweite Laserstrahl mit einem zweiten Einfallswinkel auf das Halbleitersubstrat trifft, wobei der erste Einfallswinkel und der zweite Einfallswinkel verschieden sind.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Halbleitersubstrat zusätzlich zu den Laserstrahlen durch weitere Energiequellen erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei zumindest bestimmte der Laserstrahlen Impulslaserstrahlen sind.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Halbleitersubstrat neben Laserstrahlen durch ein elektrisches Widerstandsheizelement erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend den Schritt des Umlenkens eines Anteils der Laserstrahlen, welcher von dem Halbleitersubstrat reflektiert wird, zurück auf das Halbleitersubstrat.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend den Schritt des Erfassens der Menge der Lichtenergie von einem der Laser, welche von dem Halbleitersubstrat reflektiert wird, und des Änderns der Abstimmung mindestens eines der Laser, um die Menge der Lichtenergie, welche durch das Halbleitersubstrat absorbiert wird, zu ändern.
Verfahren zum Erwärmen von Halbleitersubstraten, umfassend die Schritte: – Anordnen eines Halbleitersubstrats in einer Behandlungskammer; – Richten eines Impulslaserstrahls auf das Halbleitersubstrat; – Einrichten des Impulslaserstrahls, welcher auf das Substrat trifft, mit einem Einfallswinkel von mindestens 10°; und – Einrichten des Impulslaserstrahls, welcher auf das Substrat trifft, so daß der Impulslaserstrahl in einer p-Polarisationsebene auf das Substrat trifft.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei der Impulslaserstrahl auf das Halbleitersubstrat trifft, um ein Ionenimplantations-Ausheilverfahren auszuführen.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei der Impulslaserstrahl mit einem Einfallswinkel von etwa 40° bis etwa 85° auf das Substrat trifft.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei das Halbleitersubstrat neben dem Impulslaserstrahl durch weitere Energiequellen erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei zusätzlich zu dem Impulslaserstrahl mindestens ein weiterer Laserstrahl auf das Halbleitersubstrat trifft, wobei der weitere Laserstrahl mit einem Einfallswinkel auf das Halbleitersubstrat trifft, welcher von dem Einfallswinkel verschieden ist, mit welchem der Impulslaserstrahl auf das Halbleitersubstrat trifft.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei der weitere Laserstrahl gleichfalls ein Impulslaserstrahl ist.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei zusätzlich zu dem Impulslaserstrahl mindestens ein weiterer Laserstrahl auf das Halbleitersubstrat trifft, wobei der weitere Laserstrahl einen Wellenlängenbereich aufweist, welcher von dem Wellenlängenbereich des Impulslaserstrahls verschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 27, ferner umfassend den Schritt des Umlenkens eines Anteils des Impulslaserstrahls, welcher von dem Halbleitersubstrat reflektiert wird, auf das Halbleitersubstrat.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei das Halbleitersubstrat neben einem Laserstrahl durch ein elektrisches Widerstands-Heizelement erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 27, ferner umfassend den Schritt des Erfassens der Stärke des Impulslaserstrahls, welche von dem Halbleitersubstrat reflektiert wird, und des Änderns der Abstimmung des Impulslaserstrahls auf Basis dieser Information, um die Menge der Lichtenergie, welche durch das Halbleitersubstrat absorbiert wird, zu ändern.
Verfahren zum Erwärmen von Halbleitersubstraten, umfassend die Schritte: – Anordnen eines Halbleitersubstrats in einer Behandlungskammer; und – Richten mindestens eines ersten Laserstrahls und eines zweiten Laserstrahls auf das Halbleitersubstrat, um das Substrat zu erwärmen, wobei der erste Laserstrahl mit einem ersten Einfallswinkel auf das Halbleitersubstrat trifft, der zweite Laserstrahl mit einem zweiten Einfallswinkel auf das Halbleitersubstrat trifft, der erste Einfallswinkel von dem zweiten Einfallswinkel verschieden ist und der erste und der zweite Laserstrahl jeweils in einem p-polarisierten Zustand auf das Halbleitersubstrat treffen.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei der erste Laserstrahl und der zweite Laserstrahl von dem gleichen Laser emittiert werden.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei der erste Laserstrahl von einem ersten Laser emittiert wird und der zweite Laserstrahl von einem zweiten Laser emittiert wird.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei mindestens der erste Laserstrahl einen Impulslaserstrahl umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei der erste Einfallswinkel und der zweite Einfallswinkel größer als 10° sind.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei der erste Einfallswinkel und der zweite Einfallswinkel von etwa 40° bis 85° reichen.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei der erste Laserstrahl einen ersten Wellenlängenbereich aufweist und der zweite Laserstrahl einen zweiten Wel lenlängenbereich aufweist und wobei der erste Wellenlängenbereich von dem zweiten Wellenlängenbereich verschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei das Halbleitersubstrat zusätzlich zu dem ersten Laserstrahl und dem zweiten Laserstrahl durch weitere Energiequellen erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 37, ferner umfassend den Schritt des Erfassens der Stärke der Laserstrahlen, welche von dem Halbleitersubstrat reflektiert wird, und des Änderns der Abstimmung mindestens eines der Laser auf Basis dieser Information, um die Menge der Lichtenergie, welche durch das Halbleitersubstrat absorbiert wird, zu ändern.
Verfahren nach Anspruch 37, ferner umfassend den Schritt des Erfassens der Menge der Lichtenergie von einem der Laser, welche von dem Halbleitersubstrat reflektiert wird, und des Änderns der Abstimmung mindestens eines der Laser auf Basis dieser Information, um die Menge der Lichtenergie, welche durch das Halbleitersubstrat absorbiert wird, zu ändern.
Verfahren zum Erwärmen von Halbleitersubstraten, umfassend die Schritte: – Anordnen eines Halbleitersubstrats in einer Behandlungskammer, wobei das Substrat zumindest im wesentlichen durch einen schlupffreien Ring umgeben ist; und – Richten von Lichtenergie auf den schlupffreien Ring, um das Halbleitersubstrat zu erwärmen, wobei die Lichtenergie mit einem Einfallswinkel von mehr als 0° auf den schlupffreien Ring trifft, wobei die Lichtenergie ferner in einem p-polarisierten Zustand, einem elliptisch polarisierten Zustand oder einem annähernd p-polarisierten Zustand auf den schlupffreien Ring trifft.
Verfahren nach Anspruch 47, wobei das Halbleitersubstrat ferner durch ein elektrisches Widerstandsheizelement erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 47, wobei der schlupffreie Ring mindestens durch einen Laser erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 47, wobei die Lichtenergie gleichfalls auf das Halbleitersubstrat gerichtet wird und dieses erwärmt.
Verfahren nach Anspruch 47, wobei der schlupffreie Ring mit einer reflexionsdämpfenden Beschichtung beschichtet ist.
Verfahren zum Erwärmen von Halbleitersubstraten, umfassend die Schritte: – Anordnen eines Halbleitersubstrats in einer Behandlungskammer; – Drehen des Halbleitersubstrats in der Behandlungskammer; – Richten von Lichtenergie auf das Halbleitersubstrat, um das Halbleitersubstrat zu erwärmen, wobei die Lichtenergie mit einem Einfallswinkel von mehr als 0° auf das Halbleitersubstrat trifft, die Lichtenergie ferner in einem p-polarisierten Zustand, einem elliptisch polarisierten Zustand oder einem annähernd p-polarisierten Zustand auf das Halbleitersubstrat trifft, die Lichtenergie an einem Ort auf einem Radius des Substrats auf das Halbleitersubstrat trifft und wobei durch die Drehung des Wafers der gesamte Radius des Substrats erwärmt wird.