DE102008037663A1

DE102008037663A1 - Aufbau eines Impulslaser-Ausheilsystems

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Publication number: DE102008037663A1
Application number: DE102008037663A
Authority: DE
Inventors: Alexander N. San Jose Lerner; Timothy N. Portland Thomas; Sundar Fremont Ramamurthy
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2007-08-15
Filing date: 2008-08-14
Publication date: 2009-04-02
Also published as: US7923660B2; CN101369526A; JP2009049413A; CN101369526B; TWI446479B; KR101019929B1; KR20090018006A; TW200929423A; US20090045182A1

Abstract

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausheilen von Halbleitersubstraten bereit. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine Halbleiterbehandlungskammer 205 bereit, die eine erste Substrathalterung 213, die dazu gestaltet ist, ein Substrat zu halten, eine zweite Substrathalterung 214, die dazu gestaltet ist, ein Substrat zu halten, und einen Pendelzubringer 215, der mit der ersten Substrathalterung 213 gekoppelt ist und dazu gestaltet ist, die erste Substrathalterung zwischen einer Behandlungszone 217 und einer ersten Ladezone 206 zu bewegen, umfasst, wobei die Behandlungszone 207 einen Behandlungsraum aufweist, der dazu gung 213 und die zweite Substrathalterung 214 aufzunehmen.

Description

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen im Allgemeinen eine Vorrichtung zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung. Genauer betreffen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Substrats. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen auch eine Halbleiterbehandlungskammer und ein Ausheilungssystem, das eine Behandlungskammer umfasst, und ein Verfahren zum Behandeln von Halbleitersubstraten.
Während der Halbleiterbehandlung kann es sein, dass Substrate auf hohe Temperaturen erhitzt werden, damit verschiedenste chemische und/oder physikalische Reaktionen stattfinden können. Gewöhnlich werden thermische Prozesse verwendet, um die Substrate zu erhitzen. Ein typischer thermischer Prozess wie etwa Ausheilen erfordert, dass dem Substrat in einem kurzen Zeitraum eine verhältnismäßig große Menge an Wärmeenergie bereitgestellt wird und der Wafer danach schnell abgekühlt wird, um den thermischen Prozess zu beenden. Beispiele für thermische Prozesse, die gegenwärtig in Verwendung stehen, beinhalten das schnelle thermische Behandeln (Rapid Thermal Processing, RTP) und das Impuls(spitzen)Ausheilen. Obwohl diese Prozesse verbreitet verwendet werden, ist die gegenwärtige Technologie nicht ideal. Sie neigt dazu, die Temperatur des Wafers zu langsam ansteigen zu lassen und den Wafer zu lange erhöhten Temperaturen auszusetzen. Diese Probleme werden mit zunehmenden Wafergrößen, zunehmenden Schaltgeschwindigkeiten und/oder abnehmenden Merkmalsgrößen schwerwiegender.
Im Allgemeinen erhitzen diese thermischen Prozesse die Substrate unter gesteuerten Bedingungen nach einem vorbestimmten thermischen Rezept. Diese thermischen Rezepte bestehen im Grunde aus einer Temperatur, auf die das Halbleitersubstrat erhitzt werden muss, der Geschwindigkeit der Temperaturveränderung, d. h., der Temperaturanstiegs- und -abnahmegeschwindigkeit, und der Zeit, für die das thermische Behandlungssystem bei einer bestimmten Temperatur verbleibt. Zum Beispiel können thermische Rezepte erfordern, dass das Substrat für Behandlungszeiten bei jeder bestimmten Temperatur, die bis zu 60 Sekunden oder länger dauern, von der Raumtemperatur auf bestimmte Temperaturen von 1200°C oder mehr erhitzt wird.
Überdies muss das Zeitausmaß, für das jedes Halbleitersubstrat hohen Temperaturen ausgesetzt wird, zur Erfüllung bestimmter Zielvorgaben wie etwa einer minimalen Interdiffusion von Materialien zwischen unterschiedlichen Bereichen eines Halbleitersubstrats beschränkt werden. Um dies zu bewerkstelligen, sind die Temperaturveränderungsgeschwindigkeiten, sowohl aufwärts als auch abwärts, vorzugsweise hoch. Mit anderen Worten ist die Fähigkeit erwünscht, die Temperatur des Substrats in einer so kurzen Zeit als möglich von einer niedrigen zu einer hohen Temperatur, oder umgekehrt, zu regulieren.
Die Erfordernis hoher Temperaturveränderungsgeschwindigkeiten führte zur Entwicklung des schnellen thermischen Behandelns (RTP), bei dem typische Temperaturanstiegsgeschwindigkeiten im Vergleich zu den 5 bis 15°C/Minute bei herkömmlichen Öfen von 200 bis 400°C/Sekunde reichen. Die typischen Abnahmegeschwindigkeiten liegen im Bereich von 80 bis 150°C/Sekunde. Ein Nachteil des RTP ist, dass es den gesamten Wafer erhitzt, selbst wenn sich die IC-Vorrichtungen nur in den oberen wenigen Mikron des Siliziumwafers befinden. Dies beschränkt, wie schnell der Wafer erhitzt und gekühlt werden kann. Überdies kann sich die Hitze nur in den umgebenden Raum und die umgebenden Aufbauten zerstreuen, sobald sich der gesamte Wafer bei einer erhöhten Temperatur befindet. Als Ergebnis kämpfen die heutigen RTP-Systeme des Stands der Technik damit, eine Anstiegsgeschwindigkeit von 400°C/Sekunde und eine Abnahmegeschwindigkeit von 150°C/Sekunde zu erzielen.
Um einige der Probleme, die bei herkömmlichen Prozessen des RTP-Typs auftreten, zu lösen, wurden verschiedenste Abtastlaser-Ausheiltechniken verwendet, um die Oberflächen) des Substrats auszuheilen. Im Allgemeinen liefern diese Techniken einen konstanten Energiefluss zu einem kleinen Bereich an der Oberfläche des Substrats, während das Substrat in Bezug auf die Energie, die zum kleinen Bereich geliefert wird, versetzt oder abgetastet wird. Aufgrund der strengen Gleichförmigkeitsanforderungen und der Komplexität des Minimierens der Überlappung der abgetasteten Bereiche über die Substratoberfläche hinweg sind diese Arten von Prozessen für Vorrichtungen an der Kontaktebene der thermischen Behandlung, die an der Oberfläche des Substrats gebildet sind, nicht wirksam.
Impulslaser-Ausheiltechniken projizieren im Allgemeinen eine elektromagnetische Impulsenergie auf einen kleinen Bereich auf dem Substrat und bewegen dann das Substrat in Bezug auf die Energiequelle und setzen einen anderen kleinen Bereich einer elektromagnetischen Impulsenergie aus. Die Impulslaser-Ausheiltechniken minimieren die Überlappung zwischen den Behandlungsbereichen auf dem Substrat, weshalb die Gleichmäßigkeit der thermischen Ausheilung verbessert wird. Doch die Energiequellen, die bei den Impulslaser-Ausheiltechniken verwendet werden, müssen fähig sein, in einem verhältnismäßig kurzen Zeitraum eine verhältnismäßig große Menge an Energie zu liefern, und sind daher teuer.
Angesichts des Obigen besteht ein Bedarf an einer Vorrichtung zum Ausheilen eines Halbleitersubstrats mit erhöhter Gleichförmigkeit und verringerten Kosten für den Eigentümer.
Angesichts des Obigen werden eine Halbleiterbehandlungskammer nach Anspruch 1, ein Ausheilungssystem nach Anspruch 7 und ein Verfahren zum Behandeln von Halbleitersubstraten nach Anspruch 12 bereitgestellt. Weitere Vorteile, Merkmale, Gesichtspunkte und Einzelheiten der Erfindung sind aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen offensichtlich.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen im Allgemeinen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln von Halbleitersubstraten bereit. Im Besonderen stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausheilen von Halbleitersubstraten bereit.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine Halbleiterbehandlungskammer bereit, die eine erste Substrathalterung, die dazu gestaltet ist, ein Substrat zu halten, eine zweite Substrathalterung, die dazu gestaltet ist, ein Substrat zu halten, und einen Pendelzubringer, der mit der ersten Substrathalterung gekoppelt ist und dazu gestaltet ist, die erste Substrathalterung zwischen einer Behandlungszone und einer ersten Ladezone zu bewegen, umfasst, wobei die Behandlungszone einen Behandlungsraum aufweist, der dazu gestaltet ist, die erste Substrathalterung und die zweite Substrathalterung abwechselnd aufzunehmen.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Ausheilungssystem bereit, das eine Behandlungskammer mit einer Behandlungszone, einer ersten Ladezone und einer zweiten Ladezone, einen ersten Substrathalterungsaufbau, der dazu gestaltet ist, ein Substrat zu halten und zwischen der ersten Ladezone und der Behandlungszone zu übertragen, einen zweiten Substrataufbau, der dazu gestaltet ist, ein Substrat zu halten und zwischen der zweiten Ladezone und der Behandlungszone zu übertragen, einen Pendelzubringer, der dazu gestaltet ist, den ersten und den zweiten Substrataufbau abwechselnd in der Behandlungszone zu positionieren, und eine Energiequelle, die dazu gestaltet ist, eine Energie auf einen Ausheilbereich in der Behandlungszone zu projizieren, umfasst.
Noch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Behandeln von Halbleitersubstraten bereit, das das Laden eines ersten Substrats auf einen ersten Substrathalterungsaufbau, der in einer ersten Ladezone positioniert ist, das Vorerhitzen des ersten Substrats in der ersten Ladezone, das Bewegen des ersten Substrathalterungsaufbaus zu einer Behandlungszone, um das erste Substrat in der Behandlungszone zu positionieren, das Ausrichten eines ersten Bereichs des ersten Substrats mit einem Ausheilungsbereich einer Energiequelle, die in der Behandlungszone angeordnet ist, und das Projizieren einer Impulsenergie unter Verwendung der Energiequelle auf den ersten Bereich des ersten Substrats umfasst.
Die Erfindung richtet sich auch auf Vorrichtungen zum Ausführen der offenbarten Verfahren und beinhaltet Vorrichtungsteile zum Durchführen jedes beschriebenen Verfahrensschritts. Diese Verfahrensschritte können durch Hardwarebestandteile, einen Computer, der durch passende Software programmiert ist, durch jede beliebige Kombination der beiden, oder auf jede beliebige andere Weise durchgeführt werden. Darüber hinaus richtet sich die Erfindung auch auf Verfahren, nach denen die beschriebene Vorrichtung arbeitet. Sie beinhaltet Verfahrensschritte zum Ausführen jeder Funktion der Vorrichtung oder zum Herstellen jedes Teils der Vorrichtung.
Damit die Weise, auf die die oben angeführten Merkmale der vorliegenden Erfindung (ausgeführt werden können), im Einzelnen verstanden werden kann, ist eine genauere Beschreibung der oben kurz zusammengefassten Erfindung unter Bezugnahme auf Ausführungsformen erhältlich, wovon einige in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht sind. Es muss jedoch bemerkt werden, dass die beiliegenden Zeichnungen nur typische Ausführungsformen dieser Erfindung veranschaulichen und daher nicht als Beschränkung ihres Umfangs betrachtet werden sollen, da die Erfindung andere gleichermaßen wirksame Ausführungsformen zulassen kann. In den beiliegenden Zeichnungen
veranschaulicht 1 eine isometrische Ansicht eines Impulslaser-Ausheilungsprozesses nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch.
2A veranschaulicht eine Draufsicht auf ein in Behandlung stehendes Substrat, die eine relative Bewegung zwischen dem in Behandlung stehenden Substrat und einem Ausheilbereich einer Energiequelle zeigt, schematisch.
2B veranschaulicht ein Ablaufdiagramm von Energieimpulsen und der relativen Bewegung zwischen einem Substrat und der Energiequelle nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch.
2C veranschaulicht eine Ausheilkammer 402 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch.
3 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm, das typische Schritte zum Durchführen eines Ausheilprozesses nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet, schematisch.
4A veranschaulicht eine Draufsicht auf eine erste Behandlungsposition eines ImpulsAusheilsystems nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch.
4B veranschaulicht eine Draufsicht auf eine zweite Behandlungsposition des ImpulsAusheilsystems von 4A schematisch.
5A veranschaulicht eine isometrische Ansicht eines Substrathalterungsaufbaus nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch.
5B bis E veranschaulichen Draufsichten auf den Substrathalterungsaufbau von 5A in Behandlungspositionen.
6 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm eines ImpulsAusheilungsprozesses nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Um das Verständnis zu erleichtern, wurden identische Bezugszeichen verwendet, wo dies möglich ist, um identische Elemente, die den Figuren gemeinsam sind, zu bezeichnen. Es ist ins Auge gefasst, dass Elemente, die in einer Ausführungsform verwendet werden, ohne ausdrückliches Anführen vorteilhaft in anderen Ausführungsformen verwendet werden können.
Die vorliegende Erfindung stellt im Allgemeinen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Durchführen eines Impuls-Ausheilprozesses bereit. In einer Ausführungsform umfasst ein Ausheilbehandlungssystem zwei Substrathalterungsaufbauten und eine Energiequelle. Die beiden Halterungsaufbauten werden abwechselnd verwendet, um Substrate für den Ausheilungsprozess zu positionieren und vorzubereiten und die Systemdurchlaufleistung zu verbessern.
1 veranschaulicht ein Ausheilsystem 1 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch. Das Ausheilsystem 1 umfasst eine Energiequelle 20, die dazu geeignet ist, eine Energiemenge auf einen defi nierten Bereich, oder einen Ausheilbereich 12, eines Substrats 10 zu projizieren, um bevorzugt bestimmte gewünschte Bereiche im Ausheilbereich 12 zu schmelzen.
In einem Beispiel wird wie in 1 gezeigt zu jeder beliebigen gegebenen Zeit nur ein definierter Bereich des Substrats 10, wie etwa ein Ausheilbereich 12, der Strahlung von der Energiequelle 20 ausgesetzt. Das Substrat 10 bewegt sich in Bezug auf die Energiequelle 20, so dass der Reihe nach andere Bereiche des Substrats 10 der Energiequelle 20 ausgesetzt werden können.
Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung werden mehrere Bereiche des Substrats 10 der Reihe nach einer gewünschten Energiemenge, die von der Energiequelle 20 geliefert wird, ausgesetzt, um das bevorzugte Schmelzen von gewünschten Bereichen auf dem Substrat 10 zu verursachen.
Im Allgemeinen können die Bereiche an der Oberfläche des Substrats 10 der Reihe nach ausgesetzt werden, indem das Substrat 10 in Bezug auf den Ausgang der Energiequelle 20 versetzt wird (z. B. unter Verwendung herkömmlicher X/Y-Tische, Präzisionstische) und/oder der Ausgang der Energiequelle 20 in Bezug auf das Substrat 10 versetzt wird.
Das Substrat 10 kann auf einer Wärmeaustauschvorrichtung 15 positioniert sein, die dazu gestaltet ist, die gesamte Temperatur des Substrats 10 zu steuern. Die Wärmeaustauschvorrichtung 15 kann auf einer oder mehreren herkömmlichen elektrischen Betätigungsvorrichtungen 17 (z. B. einem Linearmotor, einer Leitspindel und einem Servomotor) positioniert sein, die Teil eines gesonderten Präzisionstischs (nicht gezeigt) sein kann bzw. können, welcher dazu gestaltet ist, die Bewegung und die Position des Substrats 10 zu steuern. Herkömmliche Präzisionstische, die verwendet werden können, um das Substrat 10 zu halten und zu positionieren, und die Wärmeaustauschvorrichtung 15 können von der Parker Hannifin Corporation, Rohnert Park, Kalifornien, erworben werden.
Nach einem Gesichtspunkt ist der Ausheilbereich 12 so in der Größe bemessen, dass er der Größe der Rohchips 13 (z. B. sind in 1 40 „Rohchips" gezeigt) oder von Halbleitervorrichtungen (z. B. Speicherchips), die an der Oberfläche des Substrats 10 gebildet sind, entspricht. Nach einem Gesichtspunkt ist die Grenze des Ausheilbereichs 12 so ausgerichtet und in der Größe bemessen, dass sie in die „Schnitt-„ oder „Anreiß"linien 10A, die die Grenze jedes Rohchips 13 definieren, passt.
Ein derartiges aufeinanderfolgendes Anordnen der Ausheilbereiche 12, dass sie einander nur in den natürlich auftretenden unverwendeten Räumen/Grenzen zwischen den Rohchips 13 wie etwa den Anreiß- oder Schnittlinien 10A überlappen, verringert die Notwendigkeit, die Energie in den Bereichen, in denen die Vorrichtungen auf dem Substrat 10 gebildet sind, zu überlappen, und verringert daher die Schwankungen in den Behandlungsergebnissen zwischen den überlappenden Ausheilbereichen 12.
In einer Ausführungsform wird das Substrat 10 vor dem Durchführen des Ausheilungsprozesses unter Verwendung von Ausrichtungsmarkierungen, die sich typischerweise an der Oberfläche des Substrats 10 finden, und anderer herkömmlicher Techniken mit dem Ausgang der Energiequelle 20 ausgerichtet, so dass der Ausheilbereich 12 passend mit dem Rohchip 13 ausgerichtet werden kann.
Diese Technik weist gegenüber herkömmlichen Prozessen, die eine Energiequelle über die Oberfläche eines Substrats streichen lassen, Vorteile auf, da die Notwendigkeit, die Überlappung zwischen benachbart abgetasteten Bereichen streng zu steuern, um über die gewünschten Bereiche des Substrats eine gleichförmige Ausheilung sicherzu stellen, aufgrund der Beschränkung der Überlappung auf den unverwendeten Raum zwischen Rohchips 13 kein Thema ist.
Das Beschränken der Überlappung auf den unverwendeten Raum/die unverwendete Grenze zwischen Rohchips 13 verbessert auch die Prozessgleichförmigkeitsergebnisse verglichen mit herkömmlichen Verfahren des AbtastAusheiltyps, die benachbarte überlappende Bereiche benutzen, welche über alle Bereiche des Substrats verlaufen. Daher wird das Ausmaß der Prozessschwankungen infolge der unterschiedlichen Ausmaße der Einwirkung der Energie, die von der Energiequelle 20 geliefert wird, um kritische Bereiche des Substrats zu behandeln, minimiert, da jedwede Überlappung der gelieferten Energie zwischen den der Reihe nach angeordneten Ausheilbereichen 12 minimiert werden kann. In einem Beispiel ist jeder der Ausheilbereiche 12, die der Reihe nach angeordnet werden, ein rechteckiger Bereich.
Die Energiequelle 20 ist im Allgemeinen dazu geeignet, elektromagnetische Energie zu liefern, um bevorzugt bestimmte gewünschte Bereiche der Substratoberfläche zu schmelzen. Typische Quellen für elektromagnetische Energie beinhalten eine optische Strahlungsquelle (z. B. einen Laser), eine Elektronenstrahlquelle, eine Ionenstrahlquelle und/oder eine Mikrowellenenergiequelle, sind aber nicht darauf beschränkt.
In einer Ausführungsform wird das Substrat 10 einem Energieimpuls von einem Laser ausgesetzt, der für einen gewünschten Zeitraum eine Strahlung mit einer oder mehreren passenden Wellenlängen abstrahlt. In einer Ausführungsform ist der Energieimpuls von der Energiequelle 20 derart zugeschnitten, dass die Energiemenge, die über den Ausheilbereich 12 geliefert wird, und/oder die Energiemenge, die über den Zeitraum des Impulses geliefert wird, dazu optimiert ist, das bevorzugte Schmelzen bestimmter gewünschter Bereiche zu verbessern. In einer Ausführungsform ist die Wellenlänge des Lasers derart abgestimmt, dass ein erheblicher Anteil der Strahlung durch eine Siliziumschicht, die auf dem Substrat 10 angeordnet ist, absorbiert wird.
Für einen Laser-Ausheilprozess, der an einem siliziumhaltigen Substrat durchgeführt wird, ist die Wellenlänge der Strahlung typischerweise geringer als 800 nm, und kann sie mit tief ultravioletten (UV), infraroten (IR) oder anderen erwünschten Wellenlängen geliefert werden. In einer Ausführungsform ist die Energiequelle 20 eine starke Lichtquelle wie etwa ein Laser, die dazu geeignet ist, Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen etwa 500 nm und etwa 11 Mikrometern zu liefern. In jedem Fall findet der Ausheilprozess im Allgemeinen für eine verhältnismäßig kurze Zeit wie etwa in der Größenordnung von etwa einer Sekunde oder kürzer auf einem gegebenen Bereich des Substrats statt.
In einer Ausführungsform wird Energie für einen sehr kurzen Zeitraum zu jedem Ausheilbereich 12 geliefert, um die Oberfläche des Substrats 10 bis zu einer scharf definierten Tiefe, zum Beispiel weniger als 0,5 Mikrometer, zu schmelzen. Die genaue Tiefe wird durch die Größe der elektronischen Vorrichtung, die hergestellt wird, und/oder den tatsächlichen Ausheilungsprozess bestimmt. Zum Beispiel ist die Energiemenge, die zur Oberfläche des Substrats 10 geliefert wird, in einem ImplantationsAusheilungsprozess so gestaltet, dass sich die Schmelztiefe nicht über die amorphe Tiefe, die durch den Amorphisierungsimplantationsschritt definiert wird, hinaus erstreckt. Tiefere Schmelztiefen erleichtern die Diffusion des Dotierungsmittels von den dotierten amorphen Schichten in die undotierten geschmolzenen Schichten. Eine derartige unterwünschte Diffusion würde die elektrischen Eigenschaften der Schaltungen auf dem Halbleitersubstrat scharf und schädlich verändern.
Im Allgemeinen wird das Substrat 10 in einer abgeschlossenen Behandlungsumgebung (nicht gezeigt) einer Behandlungskammer (nicht gezeigt), die die Wärmeaustauschvorrichtung 15 enthält, angeordnet. Die Behandlungsumgebung, in der sich das Substrat 10 während der Behandlung befindet, kann evakuiert sein oder ein träges Gas enthalten, das einen niedrigen Teildruck von Gasen, die während der Behandlung unerwünscht sind, wie etwa Sauerstoff enthält.
In einer Ausführungsform kann es erwünscht sein, die Temperatur des Substrats 10 während der thermischen Behandlung zu steuern, indem eine Fläche des Substrats 10, die in 1 veranschaulicht ist, in einem thermischen Kontakt mit einer Substrathaltefläche 16 der Wärmeaustauschvorrichtung 15 angeordnet wird. Die Wärmeaustauschvorrichtung 15 ist im Allgemeinen dazu geeignet, das Substrat 10 vor oder während des Ausheilungsprozesses zu erhitzen und/oder zu kühlen. In dieser Gestaltung kann die Wärmeaustauschvorrichtung 15, wie etwa eine herkömmliche Substraterhitzungsvorrichtung, die von Applied Materials Inc., Santa Clara, Kalifornien, erhältlich ist, verwendet werden, um die Nachbehandlungseigenschaften der ausgeheilten Bereiche des Substrats 10 zu verbessern.
In einer Ausführungsform kann das Substrat vor dem Durchführen des Ausheilungsprozesses vorerhitzt werden, damit die Energie, die benötigt wird, um die Schmelztemperatur zu erreichen, minimiert wird, was jedwede induzierte Beanspruchung aufgrund des schnellen Erhitzens und Kühlens des Substrats 10 verringern kann und auch möglicherweise die Fehlerdichte in den wiederverfestigten Bereichen des Substrats 10 verringern kann. Nach einem Gesichtspunkt enthält die Wärmeaustauschvorrichtung 15 Widerstandsheizelemente 15A und eine Temperatursteuerung 15C, die dazu geeignet sind, ein Substrat 10, das auf der Substrathaltefläche 16 angeordnet ist, zu erhitzen. Die Temperatursteue rung 15C steht mit der Steuerung 21 (nachstehend besprochen) in Verbindung.
Nach einem Gesichtspunkt kann es erwünscht sein, das Substrat auf eine Temperatur zwischen etwa 20°C und etwa 750°C vorzuerhitzen. In einer Ausführungsform, bei der das Substrat aus einem siliziumhaltigen Material gebildet ist, kann es erwünscht sein, das Substrat auf eine Temperatur zwischen etwa 20°C und etwa 500°C vorzuerhitzen. In einer anderen Ausführungsform, bei der das Substrat aus einem siliziumhaltigen Material gebildet ist, kann es erwünscht sein, das Substrat auf eine Temperatur zwischen etwa 200°C und etwa 480°C vorzuerhitzen. In einer anderen Ausführungsform, bei der das Substrat aus einem siliziumhaltigen Material gebildet ist, kann es erwünscht sein, das Substrat auf eine Temperatur zwischen etwa 250°C und etwa 300°C vorzuerhitzen.
In einer anderen Ausführungsform kann es erwünscht sein, das Substrat während der Behandlung zu kühlen, um jedwede Interdiffusion aufgrund der Energie, die während des Ausheilungsprozesses an das Substrat angelegt wird, zu verringern und/oder die Wiederwachstumsgeschwindigkeit nach dem Schmelzen zu erhöhen, um die Amorphisierung der verschiedenen Bereiche während der Behandlung zu erhöhen. In einer Gestaltung enthält die Wärmeaustauschvorrichtung 15 einen oder mehrere Fluidkanäle 15B und einen kryogenen Kühler 15D, die dazu geeignet sind, ein auf der Substrathaltefläche 16 angeordnetes Substrat zu kühlen. In einer Ausführungsform ist ein herkömmlicher kryogener Kühler 15D, der mit der Steuerung 21 in Verbindung steht, dazu geeignet, ein Kühlfluid durch den einen oder die mehreren Fluidkanäle 15B zu liefern. Nach einem Gesichtspunkt kann es erwünscht sein, das Substrat auf eine Temperatur zwischen etwa –240°C und etwa 20°C zu kühlen.
Eine nähere Beschreibung des ImpulsAusheilungsprozesses lässt sich in der am 25. Juli 2006 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 11/459,847 (Anwaltsverzeichnisnummer 005635) und der Bezeichnung „Method of Thermal Processing Structures Formed an a Substrate", die hierin durch Nennung aufgenommen ist, finden.
Während eines Impulslaser-Ausheilprozesses bewegt sich ein in Behandlung stehendes Substrat in Bezug auf eine Energiequelle, so dass Teile des Substrats der Reihe nach der Energiequelle ausgesetzt werden. Die relative Bewegung kann eine Schrittbewegung sein. Zum Beispiel kann das Substrat in eine erste Position bewegt und an dieser behalten werden, so dass ein erster Bereich auf dem Substrat mit der Energiequelle ausgerichtet ist. Die Energiequelle projiziert dann die gewünschte Energiemenge zum ersten Bereich auf dem Substrat. Dann wird das Substrat in eine zweite Position zu einem zweiten Bereich mit der Energiequelle bewegt. Die relative Bewegung zwischen dem Substrat und der Energiequelle wird zeitweilig angehalten, wenn die Energiequelle Energie auf das Substrat projiziert, so dass die Energie genau und gleichmäßig auf einen gewünschten Bereich projiziert wird. Doch diese Schrittbewegung umfasst bei jedem Schritt ein Beschleunigen und ein Verlangsamen, was den Prozess erheblich verlangsamt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen das Bewegen eines Substrats mit einer konstanten Geschwindigkeit in Bezug auf eine Energiequelle, wenn eine Impulsenergie auf das Substrat projiziert wird. Die Systemdurchlaufleistung wird durch das Beseitigen des Beschleunigens, Verlangsamens und Anhaltens für jeden Bereich auf dem Substrat erheblich gesteigert.
2A veranschaulicht eine Draufsicht auf ein Substrat 10, das vierzig quadratisch geformte Rohchips 13 enthält, die in einer Anordnung angeordnet sind, schema tisch. Die Rohchips 13 sind voneinander durch Bereiche, die durch Anreißlinien 10A markiert sind, getrennt. Der Energieprojektionsbereich 20A gibt den Bereich an, über den die Energiequelle 20 (in 1 gezeigt) zur Lieferung eines Energieimpulses geeignet ist. Im Allgemeinen kann der Energieprojektionsbereich 20A einen Bereich abdecken, der gleich oder größer als der Bereich jedes Rohchips 13, aber kleiner als der Bereich jedes Rohchips 13 zuzüglich des Bereichs der umgebenden Anreißlinien 10A ist, so dass der im Energieprojektionsbereich 20A gelieferte Energieimpuls den Rohchip 13 vollständig abdeckt, während er nicht mit den benachbarten Rohchips 13 überlappt.
Um den Ausheilungsprozess an mehreren Rohchips 13, die über die Substratfläche verteilt sind, durchzuführen, müssen das Substrat und/oder der Ausgang der Energiequelle 20 in Bezug auf jeden Rohchip positioniert und ausgerichtet werden. In einer Ausführungsform veranschaulicht die Kurve 20B eine relative Bewegung zwischen den Rohchips 13 des Substrats 10 und dem Energieprojektionsbereich 20A der Energiequelle 20 während einer Abfolge eines Ausheilungsprozesses, wie er an jedem Rohchip 13 an der Oberfläche des Substrats durchgeführt wird. In einer Ausführungsform kann die relative Bewegung durch derartiges Versetzen des Substrats in der x- und der y-Richtung, dass es der Kurve 20B folgt, erzielt werden. In einer anderen Ausführungsform kann die relative Bewegung durch Bewegen des Energieprojektionsbereichs 20A in Bezug auf ein stationäres Substrat 10 erzielt werden.
Zusätzlich kann abhängig von einer bestimmten Anordnung der Rohchips ein anderer Weg als 20B verwendet werden, um die Durchgangsleistung und die Prozessqualität zu optimieren.
In einer Ausführungsform bewegt sich das Substrat 10 während eines Ausheilungsprozesses wie durch die Kurve 20B von 2A gezeigt in Bezug auf den Energieprojektionsbereich 20A. Wenn ein bestimmter Rohchip 13 im Energieprojektionsbereich 20A positioniert und ausgerichtet ist, projiziert die Energiequelle 20 einen Energiepuls zum Substrat 10, so dass der Rohchip 13 gemäß dem bestimmten Ausheilprozessrezept über eine bestimmte Dauer einer bestimmten Energiemenge ausgesetzt wird. Die Dauer der Impulsenergie von der Energiequelle 20 ist typischerweise kurz genug, dass die relative Bewegung zwischen dem Substrat 10 und dem Energieprojektionsbereich 20A keinerlei „Unschärfe", d. h., ungleichmäßige Energieverteilung, über jeden Rohchip 13 verursacht und keinen Schaden am Substrat verursachen wird.
2B veranschaulicht ein Beispiel eines Zeittaktdiagramms für einen ImpulsAusheilungsprozess, der nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an mehreren Rohchips 13 auf einem Substrat 10 durchgeführt wird, schematisch. Das Diagramm (a) veranschaulicht eine relative Geschwindigkeit des Substrats 10 zum Energieprojektionsbereich 20A entlang der x-Richtung schematisch. Das Diagramm (b) veranschaulicht eine relative Geschwindigkeit des Substrats 10 und des Energieprojektionsbereichs 20A entlang der y-Richtung schematisch. Das Diagramm (c) veranschaulicht mehrere Impulse 20C, die von der Energiequelle 20 geliefert werden. Wie in 2B gezeigt unterhält das Substrat 10 während des Ausheilungsprozesses eine im Wesentlichen beständige Bewegung in Bezug auf die Energiequelle 20, und projiziert die Energiequelle 20 nur Impulse von kurzer Dauer auf die verschiedenen Rohchips 13, die sich auf dem sich bewegenden Substrat 10 finden. Das Substrat 10 bewegt sich während der durch die gestrichelten Linien markierten Energieimpulse 20C mit einer konstanten Geschwindigkeit in Bezug auf die Energiequelle 20. Die konstante Geschwindigkeit macht es leichter, den Zeittakt der Impulse 20C und die Gleichmäßigkeit der Energie, die auf jeden Rohchip 13 projiziert wird, zu steuern. Die Senkungen in Diagramm (b) veranschaulichen, dass das Sub strat 10 entlang der y-Richtung beschleunigt und verlangsamt, damit die Energiequelle 20 mit Rohchips 13 in einer neuen Reihe ausgerichtet werden kann. Die Neigungslinien in Diagramm (a) veranschaulichen, dass das Substrat nach dem Erreichen eines Endes einer Reihe von Rohchips 13 die Bewegungsrichtung ändert. Dadurch beschleunigt und/oder verlangsamt das Substrat 10 nur, wenn es sich von einer Reihe von Rohchips 13 zu einer anderen Reihe von Rohchips 13 bewegt, was die Systemdurchgangsleistung erhöht.
In einer anderen Ausführungsform kann die relative Bewegung zwischen dem Substrat 10 und der Energiequelle 20 verlangsamt oder angehalten werden, so dass die Energiequelle 20 einen Energieimpuls auf einen Rohchip 13 projizieren kann, und dann beschleunigt und verlangsamt oder angehalten werden, so dass die Energiequelle 20 einen Energieimpuls auf einen benachbarten Rohchip 13 projizieren kann.
2C veranschaulicht eine Ausheilkammer 403 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch. Das oben beschriebene ImpulsAusheilungsverfahren kann in der Ausheilkammer 403 durchgeführt werden. Die Ausheilkammer 403 umfasst ein optisch transparentes Fenster 428, das an einem Kammerkörper 426 gebildet ist. Der Kammerkörper 426 definiert einen Behandlungsraum 427. In einer Ausführungsform kann der Behandlungsraum 427 eine träge Umgebung aufweisen, die durch eine Quelle 425 für ein träges Gas und eine mit dem Behandlungsraum 427 verbundene Vakuumpumpe 424 aufrechterhalten wird.
Im Behandlungsraum 427 ist eine Substrathalterung 414 angeordnet. Die Substrathalterung 414 ist dazu gestaltet, ein Substrat 401, das an einer oberen Fläche 416 angeordnet ist, zu halten und zu bewegen. Eine Energiequelle 402 ist außerhalb des Kammerkörpers 426 positioniert und dazu gestaltet, Energie durch das optisch transparente Fenster 428 zu projizieren. Die Substrathalterung 414 ist mit einer Temperatursteuereinheit 415 verbunden, die eine Kühl- und eine Heizfähigkeit für das auf der Substrathalterung 414 angeordnete Substrat 401 aufweist. Die Substrathalterung 414 kann mit Hochpräzisionstischen 411 verbunden sein, die die Ausrichtung und die relative Bewegung zwischen dem Substrat 401 und der Energiequelle 402 während des Ausheilens genau gestalten.
In einer Ausführungsform kann ein optischer Sensor 404 verwendet werden, um die Ausrichtung des Substrats 401 mit der Energiequelle 402 zu unterstützen. Der optische Sensor 404 kann in der Nähe des optisch transparenten Fensters 428 positioniert sein und mit einer Steuereinheit 408 verbunden sein, die ferner mit dem Hochpräzisionstisch 411 verbunden ist. Während der Ausrichtung kann der optische Sensor 404 durch das optisch transparente Fenster 428 „blicken", um Sichtmarkierungen auf dem Substrat 401, zum Beispiel eine Kerbe und eine Anreißlinie um einen Rohchip, ausfindig zu machen. Die Steuereinheit 408 verarbeitet das Signal vom optischen Sensor 404 und erzeugt Steuersignale an den Hochpräzisionstisch 411 zur Regulierung der Ausrichtung.
3 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm, das typische Schritte zum Durchführen eines Ausheilprozesses nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.
In Schritt 110 wird ein in Behandlung stehendes Substrat auf eine Substrathaltefläche 16 einer Prozesskammer geladen. Das Laden des Substrats wird typischerweise durch einen Roboter durchgeführt, der zum Handhaben von Substraten gestaltet ist.
In Schritt 120 kann das Substrat vor dem Durchführen des Ausheilungsprozesses auf eine gewünschte Temperatur vorerhitzt werden. In einer Ausführungsform, wie sie in 1 gezeigt ist, wird der Vorerhitzungsschritt abgeschlossen, indem das Substrat 10 auf einer erhitzten Substrathaltefläche 16 angeordnet wird. Das Vorerhitzen des Substrats kann die Energie, die von der Energiequelle 20 in jedem Energieimpuls benötigt wird, minimieren, was gestatten kann, dass eine kleinere Energiequelle verwendet wird, und/oder die Impulsdauer verkürzen kann, wodurch die Durchlaufleistung verbessert wird. Das Vorerhitzen kann erreicht werden, indem Widerstandsheizelemente, die in die Substrathalterung eingebettet sind, bestromt werden.
In Schritt 130 kann das vorerhitzte Substrat mit der Energiequelle ausgerichtet werden, so dass ein Energieprojektionsbereich 20A der Energiequelle 20 bei jedem Energieimpuls verlässlich einen gewünschten Bereich auf der Substrathaltefläche 16 wie etwa einen Rohchip 13 auf dem Substrat abdecken kann. Die Ausrichtung kann erreicht werden, indem Merkmale auf dem Substrat 10 wie etwa eine Substratkerbe oder eine formelle Ausrichtungsmarkierung unter Verwendung eines Sichtverfahrens identifiziert werden. Aufgrund der Anforderung einer verhältnismäßig hohen Genauigkeit der Ausrichtung des Energieprojektionsbereichs 20A und jedes Rohchips 13 dauert der Ausrichtungsschritt gewöhnlich eine lange Zeit.
In Schritt 140 kann der Ausheilungsprozess durchgeführt werden, indem die gewünschten Bereiche wie etwa die Rohchips 13 einzeln oder in Gruppen der Energiequelle ausgesetzt werden.
In Schritt 150 kann das Substrat 10 nach dem Durchführen des Ausheilungsprozesses an allen Rohchips 13 durch einen Roboter von der Substrathaltefläche 16 abgeladen werden.
Der oben beschriebene ImpulsAusheilprozess erfordert im Allgemeinen eine Energiequelle 20, die eine hohe Leistungsdichte liefern kann. Eine Energiequelle nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine optische Strahlungsquelle, z. B. einen Laser, eine Elektronenstrahlquelle, eine Ionenstrahlquelle oder eine Mikrowellenenergiequelle beinhalten, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Energiequelle ist dazu gestaltet, elektromagnetische Energie mit einer gewünschten Energiedichte (W/cm²) und/oder Impulsdauer zu einem bestimmten gewünschten Bereich auszustrahlen. Energiequellen dieser Art können teuer sein. Daher ist es erwünscht, die Stillstandszeit der Energiequelle zu verringern und dadurch die Durchlaufleistung zu erhöhen und die Systemkosten für den Eigentümer zu verringern.
In einem typischen Ausheilungsprozess wie etwa dem in 3 beschriebenen Ausheilungsprozess befindet sich die Energiequelle während der Schritte des Ladens, des Vorerhitzens, des Ausrichtens und des Abladens im Stillstand. 4A und 45 veranschaulichen ein Ausheilbehandlungssystem 200 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch. Das Ausheilbehandlungssystem 200 ist dazu gestaltet, die Stillstandszeit einer Energiequelle zu minimieren und die Durchlaufleistung zu verbessern.
4A veranschaulicht eine Draufsicht auf das Ausheilbehandlungssystem 200 in einer ersten Behandlungsposition schematisch.
Das Ausheilbehandlungssystem 200 umfasst eine Vorfeldumgebung 202 (auch als Fabrikkopplungsstelle oder Factory Interface, FI, bezeichnet). Ein oder mehrere Halter 201 sind mit der Vorfeldumgebung 202 gekoppelt. Der eine oder die mehreren Halter 201 sind dazu gestaltet, mehrere Substrate zu lagern und zu halten. Die Vorfeldumgebung 202 steht in einer selektiven Verbindung mit einer Behandlungs kammer 205, die dazu gestaltet ist, dass darin ein Ausheilungsprozess durchgeführt wird.
In der Vorfeldumgebung 202 ist ein Fabrikkopplungsstellenroboter 203 angeordnet. Der Fabrikkopplungsstellenroboter 203 ist dazu gestaltet, Substrate zwischen den Haltern 201 und der Behandlungskammer 205 zu übertragen. Der Fabrikkopplungsstellenroboter 203 kann entlang einer Bahn 204 beweglich sein.
Das Ausheilbehandlungssystem 200 umfasst ferner zwei Substrathalterungsaufbauten 213, 214, die in der Behandlungskammer 205 beweglich angeordnet sind, und jeweils dazu gestaltet sind, ein Substrat zu halten und in die Behandlungskammer 205 zu übertragen.
In einer Ausführungsform umfasst die Behandlungskammer 205 einen Kammerkörper 219, der eine Behandlungszone 207 bildet, die mit Ladezonen 206, 208 verbunden ist, welche an entgegengesetzten Seiten der Behandlungszone 207 angeordnet sind. Die Substrathalterungsaufbauten 213, 214 sind zwischen der Behandlungszone 207 und den Ladezonen 206, 208 beweglich. Die Behandlungszone 207 ist dazu gestaltet, die Substrathalterungsaufbauten 213, 214 während der Behandlung abwechselnd aufzunehmen. Die Ladezonen 206, 208 sind dazu gestaltet, die Substrathalterungsaufbauten 213, 214 aufzunehmen und mit dem Fabrikkopplungsstellenroboter 203 in Verbindung zu bringen. Die Ladezonen 206, 208 sind dazu gestaltet, die Substrathalterungsaufbauten 213, 214 jeweils während des Ladens und Abladens von Substraten aufzunehmen.
In einer Ausführungsform können die Substrathalterungsaufbauten 213, 214 mit einem Pendelzubringer 215 gekoppelt sein, und sind sie voneinander um einen festen Abstand beabstandet. Der Pendelzubringer 215 ist dazu gestaltet, die Substrathalterungsaufbauten 213, 214 gleich zeitig zu bewegen, so dass einer der Substrathalterungsaufbauten 213, 214 in der Behandlungszone 207 positioniert wird, während der andere in seiner jeweiligen Ladezone, d. h. den Ladezonen 206, 208, positioniert wird. In einer anderen Ausführungsform können die Substrathalterungsaufbauten 213, 214 in Bezug zueinander unabhängig beweglich sein.
In einer Ausführungsform kann sich die Behandlungskammer 205 während der Behandlung in einer gesteuerten Umgebung befinden. Die Behandlungskammer 205 kann sich über Schlitzventiltüren 209, 210 in einer selektiven Kommunikation mit der Vorfeldumgebung 202 befinden. Die Schlitzventiltüren 209, 210 können so positioniert sein, dass der Fabrikkopplungsstellenroboter 203 ein Substrat auf den Substrathalterungsaufbauten 213, 214, die jeweils in den Ladezonen 206, 208 positioniert sind, ablegen und davon abnehmen kann.
In einer Ausführungsform kann sich die Behandlungszone 207 während der Behandlung in einer gesteuerten Umgebung befinden. Die Ladezonen 206, 208 können über Türen 211, 212 mit der Behandlungszone 207 verbunden sein. Die Türen 211, 212 können während der Behandlung geschlossen und abgedichtet sein, so dass die Behandlungszone strömungstechnisch von den Ladezonen 206, 208 isoliert ist. Die Türen 211, 212 können geschlossen werden, um unerwünschte Arten, die während der thermischen Behandlung erzeugt werden, in der Behandlungszone 207 zu behalten und/oder Arten in den Ladezonen 206, 208 von einem Betreten der Behandlungszone 207 abzuhalten. In einer Ausführungsform kann in der Behandlungszone 207 eine träge Raumumgebung gebildet werden, indem ein oder mehrere träge Gase hineingeleitet werden. In einer anderen Ausführungsform wird die Umgebung der Behandlungszone 207 durch den Fluss eines trägen Gases von einer Quelle für das träge Gas und ein Vakuumpumpensystem gesteuert. In einer Ausführungsform kann die Behandlungszone 207 überwiegend Stickstoff mit einer Sauerstoffkonzentration von weniger als 100 ppm enthalten. Während der Behandlung kann im Behandlungsbereich 207 eine Gasumgebung aufrechterhalten werden, während die Ladestationen 206, 208 zur Atmosphäre hin offen sind. In einer Ausführungsform kann zwischen dem Behandlungsbereich 207 und jeder Ladestation 206, 208 eine Ladungsschleuse positioniert sein. In einer anderen Ausführungsform können die Ladestationen 206, 208 als Ladungsschleusen dienen.
Das Ausheilbehandlungssystem 200 umfasst ferner eine Energiequelle 216, die dazu gestaltet ist, elektromagnetische Impulsenergie zur Behandlungszone 207 zu liefern. In einer Ausführungsform kann die Energiequelle 216 außerhalb der Behandlungskammer 205 angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann die Energiequelle 216 dazu gestaltet sein, elektromagnetische Impulsenergie über eine Lichtbahn 217 zu einem Ausheilbereich 218 in der Behandlungszone 207 zu liefern. Die Lichtbahn 217 ist mit der Energiequelle 216 verbunden und dazu gestaltet, eine Impulsenergie zur Behandlungszone 207 zu übertragen.
In einer Ausführungsform kann die Energiequelle 216 eine Laserquelle sein, die dazu geeignet ist, Energie mit einer Wellenlänge von 532 nm oder 1064 nm oder 748 nm zu liefern. In einer Ausführungsform kann die Energiequelle 216 Impulsenergie mit einer Impulslänge zwischen etwa 8 ns und etwa 30 ns projizieren. In einer anderen Ausführungsform kann die Impulslänge der Energiequelle etwa 20 ns betragen. In einer Ausführungsform kann die Energiequelle 216 in jedem Impuls elektromagnetische Energie mit einem Energiepegel von etwa 5 Joule bis etwa 15 Joule zum Ausheilbereich 218, der über einem Rohchip 13 positioniert ist, projizieren. In einer Ausführungsform kann der Ausheilbereich 218 eine Größe zwischen 10 mm mal 10 mm und etwa 26 mm mal 26 mm aufweisen. In einer Ausführungsform kann die Energiequelle 216 Impulsenergie mit einer Dichte von etwa 0,5 Joule/cm² bis etwa 1,5 Joule/cm² zum Ausheilbereich 218 projizieren.
Das Ausheilbehandlungssystem 200 ist dazu gestaltet, die Stillstandszeit der Energiequelle 216 zu minimieren und die Systemdurchlaufleistung zu erhöhen. Die beiden Substrathalterungsaufbauten 213, 214 werden abwechselnd in der Behandlungszone 207 und in den Ladezonen 206, 208 positioniert, so dass die Energiequelle 216 während der Schritte des Substratladens und des -abladens nicht untätig bleibt. In einer Ausführungsform beinhalten die Ladeschritte das Erhalten eines Substrats, das Vorerhitzen des Substrats, das Aufspannen des Substrats und das Ausrichten des Substrats.
In einer Ausführungsform können die Schritte des Ladens, des Vorerhitzens, des Aufspannens und des Abladens in den Ladezonen 206, 208 durchgeführt werden. In einer anderen Ausführungsform kann in den Ladezonen 206, 208 auch ein Grobausrichtungsschritt durchgeführt werden, um den anschließenden Ausrichtungsschritt, der in der Behandlungszone 207 durchgeführt wird, zu beschleunigen, wodurch die Stillstandszeit der Energiequelle 216 weiter verringert wird.
In der Behandlungszone 207 kann ein Ausrichtungsschritt durchgeführt werden, um ein in Behandlung stehendes Substrat mit dem Ausheilbereich 218 der Energiequelle auszurichten. Das Ausheilen kann nach dem Ausrichten bereichsweise durchgeführt werden, während das Substrat in Bezug auf den Ausheilbereich 218 bewegt wird. Das Ausrichten kann ein Versetzen und Drehen des Substrats erfordern.
4A veranschaulicht eine erste Position des Ausheilbehandlungssystems 200, wobei der Substrathalterungsaufbau 213 in der Ladezone 206 positioniert ist, und der Substrathalterungsaufbau 214 in der Behandlungszone 207 positioniert ist. 4B veranschaulicht eine zweite Position des Ausheilbehandlungssystems 200, wobei der Substrathalterungsaufbau 214 in der Ladezone 208 positioniert ist, und der Substrathalterungsaufbau 213 in der Behandlungszone 207 positioniert ist, so dass ein Substrat auf den Substrathalterungsaufbau 214 geladen und davon abladen werden kann und der Ausheilprozess an einem Substrat, das auf dem Substrathalterungsaufbau 213 positioniert ist, durchgeführt werden kann. Der Übergang zwischen der ersten Position und der zweiten Position kann durch eine lineare Bewegung des Pendelzubringers 215, auf dem die Substrathalterungsaufbauten 213, 214 positioniert sind, erreicht werden.
5A veranschaulicht eine isometrische Ansicht eines Substrathalterungsaufbaus 313 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch. Beim Substrathalterungsaufbau 313 kann es sich um die Substrathalterungsaufbauten 213, 214 handeln, die mit dem Pendelzubringer 215 des in 2A veranschaulichten Ausheilbehandlungssystem 200 gekoppelt sind.
Der Substrathalterungsaufbau 313 umfasst eine Substrataufspannvorrichtung 320, die eine obere Fläche 321 aufweist, welche dazu gestaltet ist, ein Substrat zu halten und zu befestigen. In einer Ausführungsform umfasst die Substrataufspannvorrichtung 320 ein Temperatursteuermittel, das dazu gestaltet ist, ein Substrat, das auf der oberen Fläche 321 positioniert ist, zu erhitzen und/oder zu kühlen. Die Substrataufspannvorrichtung 320 kann eine oder mehrere eingebettete Widerstandsheizvorrichtungen (nicht gezeigt) verwenden, um ein Substrat zu erhitzen. Die Substrataufspannvorrichtung 320 kann Kühlrohre (nicht gezeigt) umfassen, die dazu gestaltet sind, das Substrat zu kühlen, indem ein Kühlfluid hineingeleitet wird. In einer Ausführungsform kann die Substrataufspannvorrichtung 320 ein Substrat auf einen Temperaturbereich zwischen etwa 20°C und etwa 500°C erhitzen. In einer Ausführungsform können die Kühlrohre in der Substrataufspannvorrichtung 320 verwendet werden, um dem Substrat während des Ausheilens eine Kühlung bereitzustellen, um eine Überhitzung zu vermeiden.
In einer Ausführungsform kann die Substrataufspannvorrichtung 320 mit einem Vakuummittel gekoppelt sein, um ein Substrat an die obere Fläche 321 zu spannen. Mehrere Öffnungen 328, die mit einer Vakuumquelle verbunden sind, sind in der oberen Fläche 321 ausgebildet, um ein Substrat daran zu befestigen. In einer anderen Ausführungsform kann ein elektrostatisches Mittel verwendet werden, um ein Substrat an der oberen Fläche 321 zu befestigen.
In einer Ausführungsform können drei oder mehr einziehbare Stifte 329 gleichmäßig über die obere Fläche 321 angeordnet sein. Die einziehbaren Stifte 329 können verwendet werden, um Substrate mit einem Roboter zu erhalten und zu übertragen. In einer Ausführungsform können die einziehbaren Stifte 329 ein Substrat während eines Erhitzungsprozesses geringfügig von der oberen Fläche 321 angehoben halten, so dass die Wärmeausdehnung des Substrats während des Erhitzens keine Reibung zwischen einer Rückseite des Substrats und der oberen Fläche 321 erzeugt, wodurch die Teilchenerzeugung und die Wärmebeanspruchung im Substrat verringert werden.
In einer Ausführungsform ist die Substrataufspannvorrichtung 320 mit einer Theta-Platte 330 gekoppelt. Die Theta-Platte 330 ist beweglich mit einer ersten Tischplatte 325 gekoppelt. Die Theta-Platte 330 ist zusammen mit der Substrataufspannvorrichtung 320 um eine Mittelachse 331 in Bezug auf die erste Tischplatte 325 drehbar. In einer Ausführungsform kann sich die Theta-Platte 330 um mehrere Grad in Bezug auf die erste Tischplatte 325 drehen, um die winkelige Ausrichtung zwischen einem Rohchip und dem Ener gieprojektionsbereich 20A (2A), der von einer Impulsenergiequelle geliefert wird, zu unterstützen.
Die erste Tischplatte 325 ist beweglich mit einer zweiten Tischplatte 326 gekoppelt. Ein erster Tisch 324 ist mit der ersten Tischplatte 325 gekoppelt, und die zweite Tischplatte 326 ist mit einem zweiten Tisch 323 gekoppelt. Der erste Tisch 324 ist dazu gestaltet, die erste Tischplatte 325 entlang einer ersten Richtung, z. B. der y-Richtung, in Bezug auf die zweite Tischplatte 326 zu versetzen.
Die zweite Tischplatte 326 ist durch den zweiten Tisch 323 beweglich mit einer Bodenplatte 327 gekoppelt und dazu geeignet, die zweite Tischplatte 326 entlang der zweiten Richtung, z. B. der x-Richtung, zu bewegen. Der zweite Tisch 323 ist dazu gestaltet, die zweite Tischplatte 326, die die erste Tischplatte 325 und den ersten Tisch 324 in Bezug auf die Bodenplatte 327 zu versetzen. In einer Ausführungsform kann der erste Tisch 324 rechtwinkelig zum zweiten Tisch 323 positioniert sein. In einer Ausführungsform verläuft die Mittelachse 331 rechtwinkelig sowohl zum ersten Tisch 324 als auch zum zweiten Tisch 323.
Der Substrathalterungsaufbau 313 ist fähig, ein Substrat durch Drehen des Substrats um die Mittelachse 331 und Versetzen des Substrats entlang des ersten Tischs 324 und des zweiten Tischs 324 in einer Behandlungskammer auszurichten. Der erste und der zweite Tisch 324, 323 können beliebige geeignete Hochpräzisionstische sein.
Die Bodenplatte 327 kann ferner mit einem Mechanismus wie etwa dem Pendelzubringer 215, der dazu gestaltet ist, den gesamten Substrathalterungsaufbau 313 zu bewegen, gekoppelt sein.
5B und C veranschaulichen Draufsichten auf den Substrathalterungsaufbau 313 von 5A in verschiedenen Behandlungspositionen mit der Behandlungszone 207 schematisch. Wie in 5B gezeigt ist der Substrathalterungsaufbau 313 in einer Behandlungskammer 307 positioniert, die der oben besprochenen Behandlungskammer 205 ähnlich sein kann. In einer Ausführungsform kann der Substrathalterungsaufbau 313 durch einen Pendelzubringer 315, der dem oben besprochenen Pendelzubringer 215 ähnlich sein kann, in die Behandlungskammer 307 und daraus heraus übertragen werden. Der Substrathalterungsaufbau 313 kann verwendet werden, um ein Substrat während des Prozesses zu versetzen, so dass Bereiche des Substrats mit einem Behandlungsbereich 318, z. B. einem Energieprojektionsbereich 20A, der sich in der Behandlungskammer 307 findet, ausgerichtet werden können. In einer Ausführungsform kann die Behandlungskammer 307 eine ImpulsAusheilkammer sein und kann der Behandlungsbereich 318 ein Ausheilbereich sein. In einer Ausführungsform kann die Behandlungskammer 307 groß genug sein, um dem Substrathalterungsaufbau 313 zu gestatten, so positioniert zu werden, dass jeder beliebige Rohchip 13 auf einem Substrat mit dem Behandlungsbereich 318 ausgerichtet werden kann.
Der Behandlungsbereich 318 kann derart positioniert werden, dass jeder beliebige Teil des Substrats, das auf dem Substrathalterungsaufbau 313 positioniert ist, mit dem Behandlungsbereich 318 ausgerichtet werden kann. 5B veranschaulicht die Ausrichtung des Behandlungsbereichs 318 mit dem Substrat am äußersten rechten Bereich. 5C veranschaulicht die Ausrichtung des Behandlungsbereichs mit dem Substrat am äußersten linken Bereich des Substrats. 5D veranschaulicht die Ausrichtung des Behandlungsbereichs 318 mit dem Substrat am oberen Bereich des Substrats. 5E veranschaulicht die Ausrichtung des Behandlungsbereichs 318 mit dem Substrat am unteren Bereich des Substrats. Der Behandlungsbereich 318 kann mit jedem beliebigen Bereich des Substrats zwischen dem äußersten linken Bereich und dem äußersten rechten Bereich und dem oberen Bereich und dem unteren Bereich ausgerichtet werden.
In einer Ausführungsform kann die Ausrichtung des Substrats und des Behandlungsbereichs 318 unter Verwendung eines Sichtverfahrens durchgeführt werden. Ein optischer Sensor wie etwa eine Kamera kann so positioniert sein, dass er das in der Behandlungskammer 307 positionierte Substrat sieht, und verwendet werden, um eine oder mehrere Markierungen auf dem Substrat zu erkennen, um eine Ausrichtung zu erzielen. In einer Ausführungsform kann die Markierung eine Kerbe sein, die an einem Rand des in Behandlung stehenden Substrats gebildet ist. In einer anderen Ausführungsform kann die Markierung ein Muster sein, das an einer Fläche des in Behandlung stehenden Substrats gebildet ist.
6 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm eines ImpulsAusheilprozesses 400 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der ImpulsAusheilprozess 400 kann in einem System durchgeführt werden, das eine in einer Behandlungszone positionierte Energiequelle umfasst und dazu gestaltet ist, Substrate, die durch eine Substrathalterung A oder eine Substrathalterung B gehalten werden, zu behandeln. Jede der Substrathalterungen A und B ist zwischen einer Ladeposition und der Behandlungszone beweglich. In einer Ausführungsform kann der ImpulsAusheilprozess 400 im Ausheilbehandlungssystem 200, das in 4A gezeigt ist, durchgeführt werden, und sind die Substrathalterungen A und B die Substrathalteaufbauten 213, 214, die unter Verwendung des Pendelzubringers 215 bewegt werden können.
In Schritt 410 wird die Substrathalterung A in eine Ladeposition bewegt, während die Substrathalterung B zur Behandlungszone bewegt wird.
Die Schritte 420, 430, 440, 450, 460, 470 können in der Ladeposition durchgeführt werden, während die Schritte 480, 490 in der Behandlungszone durchgeführt werden.
In Schritt 420 wird ein vorhergehend behandeltes Substrat von der Substrathalterung A entfernt.
In Schritt 430 wird ein neues Substrat auf die Substrathalterung A geladen.
In Schritt 440 kann am neuen Substrat A ein Vorerhitzungsprozess durchgeführt werden. In einer Ausführungsform kann das neue Substrat locker auf der Substrathalterung A angeordnet werden, so dass die Wärmedehnung des Substrats während der Erhitzung keine Beanspruchung im Substrat hervorruft. Der Vorerhitzungsprozess kann durch eine erhitzte Fläche, auf der das Substrat angeordnet wird, durchgeführt werden. In einer anderen Ausführungsform kann der Vorerhitzungsprozess durch einen Erhitzungsaufbau, der an der Ladeposition positioniert ist, wie etwa einen Strahlungsheizaufbau durchgeführt werden.
In Schritt 450 kann das erhitzte Substrat auf die Substrathalterung gespannt werden. Das Aufspannen kann durch jede beliebige geeignete Technik wie etwa Vakuumaufspannen und/oder elektrostatisches Aufspannen erreicht werden.
In Schritt 460 kann ein optionaler Ausrichtungsschritt durchgeführt werden. Die Ausrichtung kann eine Grobausrichtung sein, um das Substrat in einer Position zu positionieren, die zumindest ungefähr mit dem Energieprojektionsbereich in der Behandlungszone in Übereinstimmung steht. In einer Ausführungsform kann die Ausrichtung ein Drehen und/oder Versetzen des Substrats umfassen. Die Ausrichtung kann in Bezug auf eine Kerbe auf dem Substrat oder andere Ausrichtungsmarkierungen durchgeführt werden.
Das Substrat kann in der Ladeposition warten oder gereiht werden, bis die Behandlungszone verfügbar wird, wie in Schritt 470 gezeigt ist.
In Schritt 495 kann die Substrathalterung A, die ein erhitztes und vorausgerichtetes Substrat enthält, zur Behandlungszone übertragen werden und die Substrathalterung B, die sich vorher in der Behandlungszone befand, zu ihrer Ladeposition übertragen werden. In einer Ausführungsform weisen die Substrathalterung A und die Substrathalterung B jeweils eine Ladeposition auf, wie etwa beim Ausheilbehandlungssystem 200 von 4A. In einer anderen Ausführungsform teilen sich die Substrathalterungen A und B eine gemeinsame Ladeposition.
Nach der Übertragung zur Behandlungszone kann das auf der Substrathalterung A positionierte Substrat mit dem Energieprojektionsbereich der Energiequelle ausgerichtet werden, wie in Schritt 480 gezeigt ist. In einer Ausführungsform umfasst die Ausrichtung das Positionieren eines Rohchips auf dem Substrat mit dem Energieprojektionsbereich. Die Ausrichtung kann durch Drehen des Substrats und genaues Versetzen des Substrats unter Verwendung der Substrathalterung durchgeführt werden.
Nach der Ausrichtung kann ein Ausheilprozess durchgeführt werden, wie in Schritt 490 gezeigt ist. Der Ausheilprozess kann erzielt werden, indem die Energiequelle verwendet wird, um das Substrat bereichsweise oder rohchipweise einer Impulsenergie auszusetzen. In einer Ausführungsform kann das Substrat fortlaufend in Bezug auf den Ausheilbereich der Energiequelle bewegt werden, während Energieimpulse auf das Substrat projiziert werden, während ein neuer Bereich in die Ausrichtung des Ausheilbereichs bewegt wird.
Obwohl das Obige auf Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet ist, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung erdacht werden, ohne von ihrem grundlegenden Umfang abzuweichen, und ist ihr Umfang durch die folgenden Ansprüche bestimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 11/459847 [0047]

Claims

Halbleiterbehandlungskammer, umfassend: eine erste Substrathalterung (213), die dazu gestaltet ist, ein Substrat (10) zu halten; eine zweite Substrathalterung (214), die dazu gestaltet ist, ein Substrat (10) zu halten; einen Pendelzubringer (215), der mit der ersten Substrathalterung (213) gekoppelt ist und dazu gestaltet ist, die erste Substrathalterung zwischen einer Behandlungszone (207) und einer ersten Ladezone (206) zu bewegen, wobei die Behandlungszone einen Behandlungsraum aufweist, der dazu gestaltet ist, die erste Substrathalterung (213) und die zweite Substrathalterung (214) abwechselnd aufzunehmen.
Halbleiterbehandlungskammer nach Anspruch 1, wobei der Pendelzubringer (215) auch mit der zweiten Substrathalterung (214) gekoppelt ist und dazu gestaltet ist, die erste und die zweite Substrathalterung (213, 214) gleichzeitig zu bewegen, wobei der Pendelzubringer eine erste Position und eine zweite Position aufweist, wobei sich die erste Substrathalterung (213) in der ersten Ladezone (206) und die zweite Substrathalterung (214) in der Behandlungszone (207) befindet, wenn sich der Pendelzubringer in der ersten Position befindet, und sich die erste Substrathalterung (213) in der Behandlungszone (207) und die zweite Substrathalterung (214) in der zweiten Ladezone (208) befindet, wenn sich der Pendelzubringer in der zweiten Position befindet.
Halbleiterbehandlungskammer nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: eine Energiequelle (216), die in der Behandlungszone angeordnet ist, wobei die Energiequelle dazu gestaltet ist, Energie auf einen Ausheilbereich (218) zu projizieren, wobei die erste und die zweite Substrathalterung dazu gestaltet sind, einen gewünschten Bereich eines Substrats mit dem Ausheilbereich auszurichten.
Halbleiterbehandlungskammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine, und vorzugsweise jede, aus der ersten und der zweiten Substrathalterung (213, 214) Folgendes umfasst: eine Substrataufspannvorrichtung (320), die zur Befestigung eines Substrats darauf gestaltet ist; einen ersten Tisch (324), der dazu gestaltet ist, die Substrataufspannvorrichtung (320) entlang einer ersten Richtung zu versetzen; einen zweiten Tisch (323), der dazu gestaltet ist, die Substrataufspannvorrichtung (320) entlang einer zweiten Richtung zu versetzen; und einen Drehmechanismus, der dazu gestaltet ist, die Substrataufspannvorrichtung entlang einer Mittelachse (331) der Substrataufspannvorrichtung zu drehen.
Halbleiterbehandlungskammer nach Anspruch 4, wobei eine, und vorzugsweise jede, aus der ersten und der zweiten Substrathalterung (213, 214) ferner einen Temperatursteuerungsaufbau umfasst, der dazu gestaltet ist, ein auf der Substrataufspannvorrichtung positioniertes Substrat zu erhitzen oder zu kühlen.
Halbleiterbehandlungskammer nach Anspruch 3, wobei die Energiequelle (216) dazu gestaltet ist, Impulslaserenergie zu projizieren.
Ausheilungssystem (1), umfassend: eine Behandlungskammer (205) mit einer Behandlungszone (207), einer ersten Ladezone (206) und einer zweiten Ladezone (208); einen ersten Substrathalterungsaufbau (213), der dazu gestaltet ist, ein Substrat zu halten und zwischen der ersten Ladezone (206) und der Behandlungszone (207) zu übertragen; einen zweiten Substrataufbau (214), der dazu gestaltet ist, ein Substrat zu halten und zwischen der zweiten Ladezone (208) und der Behandlungszone (207) zu übertragen; einen Pendelzubringer (215), der dazu gestaltet ist, den ersten und den zweiten Substrataufbau (213, 214) abwechselnd in der Behandlungszone zu positionieren; und eine Energiequelle (216), die dazu gestaltet ist, eine Energie auf einen Ausheilbereich (218) in der Behandlungszone (207) zu projizieren.
Ausheilungssystem nach Anspruch 7, wobei die erste Ladezone (206) und die zweite Ladezone (208) an entgegengesetzten Seiten der Behandlungszone (207) positioniert sind, der Pendelzubringer (215) eine erste Position und eine zweite Position aufweist, sich der erste Substrathalterungsaufbau in der ersten Ladezone und der zweite Substrathalterungsaufbau in der Behandlungszone befindet, wenn sich der Pendelzubringer in der ersten Position befindet, und sich der erste Substrathalterungsaufbau in der Behandlungszone und der zweite Substrathalterungsaufbau in der zweiten Lade zone befindet, wenn sich der Pendelzubringer in der zweiten Position befindet.
Ausheilungssystem nach Anspruch 7 oder 8, ferner umfassend Türen (211, 212), um die Behandlungszone selektiv von der ersten und der zweiten Ladezone zu isolieren.
Ausheilungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei einer, und vorzugsweise jeder, aus dem ersten und dem zweiten Substrathalterungsaufbau (213, 214) Folgendes umfasst: eine Substrataufspannvorrichtung (320), die zur Befestigung eines Substrats darauf gestaltet ist; einen ersten Tisch (324), der dazu gestaltet ist, die Substrataufspannvorrichtung (320) entlang einer ersten Richtung zu versetzen; einen zweiten Tisch (323), der dazu gestaltet ist, die Substrataufspannvorrichtung (320) entlang einer zweiten Richtung zu versetzen; und einen Drehmechanismus, der dazu gestaltet ist, die Substrataufspannvorrichtung entlang einer Mittelachse (331) der Substrataufspannvorrichtung zu drehen.
Ausheilungssystem nach Anspruch 10, wobei einer, und vorzugsweise jeder, aus dem ersten und dem zweiten Substrathalterungsaufbau (213, 214) ferner einen Temperatursteuerungsaufbau umfasst, der dazu gestaltet ist, ein auf der Substrataufspannvorrichtung (320) positioniertes Substrat zu erhitzen oder zu kühlen.
Verfahren zum Behandeln von Halbleitersubstraten, umfassend: Laden eines ersten Substrats auf einen ersten Substrathalterungsaufbau (213), der in einer ersten Ladezone (206) positioniert ist; Vorerhitzen des ersten Substrats in der ersten Ladezone; Bewegen des ersten Substrathalterungsaufbaus zu einer Behandlungszone (207), um das erste Substrat in der Behandlungszone zu positionieren; Ausrichten eines ersten Bereichs des ersten Substrats mit einem Ausheilungsbereich (218) einer Energiequelle (216), die in der Behandlungszone (207) angeordnet ist; und Projizieren einer Impulsenergie unter Verwendung der Energiequelle auf den ersten Bereich des ersten Substrats.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend: Ausrichten eines zweiten Bereichs des ersten Substrats mit dem Ausheilungsbereich der Energiequelle; und Projizieren einer Impulsenergie unter Verwendung der Energiequelle auf den zweiten Bereich des ersten Substrats.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, ferner umfassend: Laden eines zweiten Substrats auf einen zweiten Substrathalterungsaufbau (214) und Vorerhitzen des zweiten Substrats, während das erste Substrat mit der Energiequelle ausgerichtet wird und eine Impulsenergie auf das erste Substrat projiziert wird; und Bewegen des ersten Substrats von der Behandlungszone (207) zur ersten Ladezone (206), indem der erste Substrathalterungsaufbau (213) von der Behandlungszone zur ersten Ladezone bewegt wird, und gleichzeitig Positionieren des zweiten Substrats in der Behandlungszone (207), indem der zweite Substrathalterungsaufbau (214) zur Behandlungszone bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Ausrichten des ersten Bereichs des ersten Substrats mit dem Ausheilbereich Folgendes umfasst: Versetzen des ersten Substrats unter Verwendung eines ersten Tischs (324), der am ersten Substrathalterungsaufbau (213) positioniert ist, entlang einer ersten Richtung; und Versetzen des ersten Substrats unter Verwendung eines zweiten Tischs (323), der im ersten Substrathalterungsaufbau (213) positioniert ist, entlang einer zweiten Richtung.