[发明专利]灯故障检测器

说明书

技术领域

本发明的实施方式主要涉及在诸如硅晶圆的衬底上薄膜的热处理。更具体地，本发明的实施方式涉及用于为所述热处理产生辐射的灯组检测灯故障应用的方法和装置。

背景技术

快速热处理(RTP)是一种允许快速加热和冷却诸如硅晶圆的衬底的热处理技术。典型的最高处理温度可从约450℃到约1100℃范围变化并在晶圆冷却开始之前应用约15到120秒。采用的特定最高温度和加热时间取决于晶圆处理的类型。RTP晶圆处理应用包括退火、掺杂剂活化、快速热氧化和硅化等等。表现RTP的快速加热至相对高温度之后快速冷却提供更精确的晶圆处理控制。例如，掺杂剂的离子注入后RTP退火允许晶体损伤修复同时使由于较短加热时间而导致掺杂原子的扩散最小化。晶体损伤可在注入的原子从其原始位置移动之前得到修复。采用更长加热和冷却循环的其他热处理技术不能实现退化过程中的可比的掺杂扩散控制。

在MOS栅极中使用的氧化物越来越薄的趋势导致了一些器件应用需要小于100埃的氧化物厚度。所述薄氧化物需要在氧气气氛中较快加热和冷却晶圆表面来生长所述薄氧化物层。RTP系统可提供该控制级别，并用于快速热氧化处理。RTP技术使用允许快速加热和冷却的辐射加热原理。典型地，该辐射通过定位在晶圆表面上方的成阵列放置的诸多灯提供。来自诸多灯的辐射加热晶圆表面并在几秒内使其达到处理温度。由于灯是供电的，因此它们可被快速开启和断开。短的加热时间允许晶圆表面的加热而基本上不加热RTP腔室。当灯的电源断开时，这允许晶圆表面的快速冷却。快速的加热和冷却循环还降低工艺需要的热预算。减少的循环次数还可用于降低总处理时间并增加晶圆产量。RTP中采用的短的加热循环的结果是在整个晶圆表面上存在的温度梯度可能不利地影响晶圆处理。因此，在RTP中，在处理期间监控整个晶圆表面的温度并保证晶圆表面中和之上的温度均匀性很重要。因此，灯放置和单独灯的控制和监控很重要从而可控制辐射输出以有助于保证在整个晶圆表面上的温度均匀性。

图1示出RTP系统10的局部剖面正交视图。硅碳化物晶圆支撑环24支撑在旋转石英圆筒22上。晶圆支撑环具有可将晶圆(未示出)放置在其中的袋(pocket)32。灯头14面向晶圆支撑环。灯头包括形成面向晶圆的灯组的几百个钨卤素灯。用于所述灯的通常额定值是500W到650W的范围，并且钨卤素灯发射较强的红外光。灯26的灯泡部分42在图3中示出。管状灯泡通常由石英组成，填充有含卤素气体，并然后围绕两个外部灯丝引线50和52密封。在密封后保持端头46。包含在密封的灯泡内是螺旋绕线的钨灯丝44，一端连接至灯丝引线52并且另一端连接至侧臂支架48。最常见形式的灯故障是数个匝数的螺旋灯丝短路。参见图1，每个灯容纳在密封在晶圆冷却不锈钢罩18内的不锈钢套16中。灯泡延伸过套16和罩18并到前板30中，该前板具有与灯组匹配的一排通孔。反射器20嵌入在每个通孔中。薄石英窗口28放置在反射器20的开口端和晶圆上方的腔室空间12之间。

图2是前板30的另一视图，其更清楚示出灯如何排列。在该例子中，灯26是六边形排列。中心灯26A放置在晶圆旋转轴34上。将晶圆旋转使得其可实现更均匀辐射分布。灯组图形和晶圆旋转是在整个晶圆表面上产生辐射和温度更均匀分布的一种方法。然而，该方法单独通常不能产生所需的温度均匀性，并因此通常控制同心排列区中的灯，例如，15个区，从而可调整每个区的灯功率来补偿晶圆中心和边缘的热效应以产生更均匀的径向温度分布。