DE102006036585B4

DE102006036585B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln von Messwerten

Info

Publication number: DE102006036585B4
Application number: DE102006036585A
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr. Merkl
Original assignee: Mattson Thermal Products GmbH
Current assignee: Beijing E Town Semiconductor Technology Co Ltd; Mattson Technology Inc
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2026-08-05
Also published as: US8335658B2; KR20090035613A; WO2008015658A3; KR101444906B1; WO2008015658A2; DE102006036585A1; US20110125443A1

Abstract

Verfahren zum Ermitteln von Meßwerten, die mit wenigstens einem Parameter eines Objekts (2) in einem Schnellheizsystem (1) in Beziehung stehen, bei dem die Meßwerte anhand wenigstens einer über die Zeit hinweg gemessenen Meßgröße in einem Meßsystem (80) ermittelt werden, und bei dem Vorhersagewerte für die Meßwerte in wenigstens einem Modellsystem (100) berechnet werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
a) Berechnen eines ersten Meßwerts (f_t1) anhand der wenigstens einen Meßgröße, die zu einem ersten Zeitpunkt (t1) erfaßt wurde;
b) Berechnen eines ersten Vorhersagewerts (g_t1) für den Meßwert zum ersten Zeitpunkt (t1),
c) Berechnen eines zweiten Meßwerts (f_t2) anhand der wenigstens einen Meßgröße, die zu einem zweiten Zeitpunkt (t2) erfaßt wurde;
d) Berechnen eines zweiten Vorhersagewerts (g_t2) für den Meßwert zum zweiten Zeitpunkt (t2);
e) Vergleichen der zeitlichen Entwicklung zwischen erstem und zweitem Meßwert (f_t1, f_t2) mit der zeitlichen Entwicklung zwischen erstem und zweitem Vorhersagewert...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln von Meßwerten, die mit wenigstens einem Parameter eines Objekts in einem Schnellheizsystem in Beziehung stehen. Dabei betrifft die Erfindung insbesondere die Ermittlung von Temperatur- oder Strahlungsmeßwerten von Objekten während eines thermischen Behandlungszyklus dieser Objekte in einer Prozeßkammer eines Schnellheizsystems.
Schnellheizsysteme, auch RTP-Systeme, RTP-Anlagen oder Schnellheizanlagen genannt, sind bei der Halbleiterfertigung weitgehend bekannt, und beispielsweise in der US 5,359,693 A oder der US 5,580,830 A beschrieben. Sie werden zur thermischen Behandlung von Substraten, insbesondere scheibenförmigen Substraten, wie beispielsweise Halbleiterwafern eingesetzt. Schnellheizsysteme sind fester Bestandteil vieler Halbleiterfertigungsstraßen. Zum Erhalten der gewünschten Prozeßergebnisse müssen sie einen zu behandelnden Wafer nach einer vorgegebenen Temperatur-Zeitkurve aufheizen, das Halbleitersubstrat für eine vorgegebene Zeitdauer auf einer bestimmten Temperatur halten, und schließlich das Substrat ebenfalls meist nach einer vorgegebenen Temperatur-Zeitkurve wieder abkühlen können. Während dieser Prozesse ist es von besonderer Bedeutung, dass die Temperatur des Halbleiterwafers möglichst genau der jeweils vorgegebenen Temperatur entspricht, und diese Temperatur über den Wafer hinweg möglichst homogen ist. Neben den Anforderungen hinsichtlich der Temperaturgenauigkeit, ist auch die Dynamik der Heizprozesse sehr wichtig, da mittlerweile viele industrielle Halbleiterfestigungsverfahren rasche Aufheiz- und Abkühlzyklen erfordern. Die aktiven Elemente eines Schnellheizsystems müssen daher hinreichend kurze Reaktionszeiten aufweisen. Aus diesem Grund werden bei Schnellheizsystemen in den meisten Fällen Lampen (Halogenlampen oder Bogenlampen) oder auch Laser als Heizelemente eingesetzt, da sie sich einerseits exakt ansteuern lassen und andererseits sehr schnelle Heizzyklen zulassen.
Infolge der schnellen thermischen Prozesse muß auch eine Temperaturmessung in den Prozeßkammern von Schnellheizsystemen während eines thermischen Prozesses sehr schnell erfolgen, um die Einhaltung vorgegebener Temperaturen sicherzu stellen, und ggf. die Ansteuerung der Heizelemente anzupassen. Dabei ist es ferner wichtig, dass die Temperaturmessung die thermische Behandlung der Wafer selbst nicht beeinträchtigt. In vielen Fällen kommen daher nur berührungslose, insbesondere pyrometrische Temperaturmeßsysteme in Frage. Thermoelemente reagieren zu träge und werden daher hauptsächlich zu Kalibrationsprozessen von pyrometrischen Temperaturmeßsystemen verwendet.
Berührungslose Temperaturmeßsysteme ermitteln die Temperatur beispielsweise dadurch, daß sie direkt oder indirekt eine Abstrahlung des Objekts (Eigenstrahlung), dessen Temperatur zu bestimmen ist, messen. Bei Anwendungen, bei welchen hohe Temperaturen gemessen werden müssen, wie beispielsweise in Schnellheizsystemen, kommen meist Pyrometer zum Einsatz. Als Detektoren für Pyrometer, die in diesem Bereich eingesetzt werden, kommen unter anderem Bolometer, pyroelektrische Sensoren, temperaturabhängige Widerstände, (z.B. Thermosäulen) oder photoelektrische Detektoren in Frage. Pyrometer wandeln die detektierte Strahlung mittelbar oder unmittelbar in ein elektrisches Meßsignal um und haben in den meisten Fällen darüber hinaus den Vorteil, daß sie auf Änderungen der vom zu behandelnden Substrat emittierten thermischen Strahlung während des thermischen Prozesses hinreichend schnell reagieren können. Pyrometer können, je nach Anwendungsgebiet, in Umgebungen mit sehr niedriger, wie auch sehr hoher Strahlungsdichte eingesetzt werden, und somit in Bereichen zwischen einem Kelvin und mehreren tausend Kelvin die Temperatur von Objekten bestimmen.
Beim Einsatz von Pyrometern in Schnellheizsystemen nimmt das Pyrometer in der Regel jedoch nicht nur die Eigenstrahlung des thermisch zu behandelnden Substrats, auf das er gerichtet ist, auf, sondern auch direkte und indirekte (reflektierte und mehrfach reflektierte) Strahlungsanteile aus der Substratumgebung, die beispielsweise von den das Substrat aufheizenden Elementen (Lampen, Laser, Widerstandsheizelementen etc.) emittiert wird, sowie die Abstrahlung benachbarter Objekte. Es ist daher eine Herausforderung, aus dem auf das Pyrometer auftreffenden Gesamtsignal den Anteil der vom Substrat tatsächlich emittierten thermischen Strahlung zu extrahieren, um aus diesem Anteil die Substrattemperatur zu ermitteln.
In der Literatur sind zahlreiche Verfahren zur kontaktlosen Bestimmung der Temperatur von Substraten, wie zum Beispiel Wafern während eines thermischen Prozesses bekannt. Obgleich viele dieser Verfahren vorwiegend bei der Bestimmung der Temperatur eines Halbleiterwafers in einer Schnellheizanlage zur Anwendung kommen, können sie auch auf die Bestimmung der Temperatur von Objekten in Öfen übertragen werden.
Ein Verfahren zur kontaktlosen Temperaturbestimmung ist beispielsweise in den auf die Anmelderin zurückgehenden Patenten US 6,191,392 B1 und US 6,396,363 B1 offenbart. Bei dieser kontaktlosen Temperaturmessung ist ein erstes Pyrometer vorgesehen, das auf eine Seite des Wafers gerichtet ist, um die vom Wafer kommende Strahlung zu erfassen. Diese Strahlung beinhaltet sowohl die Wärmestrahlung des Wafers selbst, als auch die am Wafer reflektierte Strahlung der Strahlungsquellen. Ist der Wafer für den selektierten Strahlungsbereich transparent oder zumindest semitransparent, kann sie auch Anteile der in Transmission durch den Wafer hindurch gemessenen Strahlung der Strahlungsquellen beinhalten. Ferner ist ein zweites Pyrometer vorgesehen, das direkt auf die Strahlungsquellen gerichtet ist, um die von den Strahlungsquellen ausgehende Strahlung zu erfassen. Um die Eigenstrahlung des Wafers von der direkten, reflektierten oder durch den Wafer hindurchgehenden Strahlung unterscheiden zu können, wird die Lampenstrahlung moduliert. Dies ermöglicht, dass der Strahlungsquellenanteil, den das erste Pyrometer beispielsweise aufgrund einer Reflektion am Wafer detektiert, bestimmt und von der gesamt detektierten Strahlung subtrahiert werden kann.
Die Modulation der Strahlungsquellen ist dabei derart gewählt, daß sie zwar in der am Wafer reflektierten oder in der durch den Wafer hindurchgehenden Strahlung der Strahlungsquellen meßbar ist, sich jedoch auf Grund der thermischen Trägheit des Wafers nicht in einer Modulation der Eigenstrahlung des Wafers niederschlägt. Anhand eines bestimmten Algorithmus läßt sich mit diesem Verfahren die am zweiten Pyrometer gemessene Lampenstrahlung bestimmen und von der am ersten Pyrometer gemessenen Gesamtstrahlung subtrahieren, so daß auf diese Weise im wesentlichen die Eigenstrahlung des Wafers aus dem Gesamtsignal ermittelt werden kann. Aus der verbleibenden Eigenstrahlung läßt sich dann die Temperatur des Wafers ermitteln. Das obige Verfahren ist auch als Ripple-Technik bekannt.
Die Ripple-Technik besitzt den Vorteil, dass sie im Wesentlichen von den optischen Eigenschaften des Wafers unabhängig ist, da sie die Eigenstrahlung des Wafers unabhängig von dessen optischen Eigenschaften ermittelt. Bei sehr dynamischen Heizprozessen stößt die Technik jedoch an ihre Grenzen, und es kann zu in der Regel kurzzeitigen Abweichungen zwischen der tatsächlichen Temperatur eines Wafers und der ermittelten Temperatur kommen. Solche Abweichungen können wiederum zu einer falschen Regelung der Heizelemente führen, die auf der Grundlage der ermittelten Temperatur erfolgt. Auch bei plötzlichen Änderungen der optischen Eigenschaften des Wafers, wie sie beispielsweise bei Rekristallisationsprozessen auftreten, kann diese plötzliche Änderung kurzfristig die korrekte Temperaturermittlung beeinträchtigen, was wiederum zu einer falschen Regelung der Heizelemente führen kann.
Bei einem alternativen Verfahren wird die Messung der Lampenstrahlung anhand eines zweiten Pyrometers, wie es oben beschrieben ist, durch ein Modell ersetzt, das beispielsweise aufgrund der jeweiligen Ansteuerleistung der Heizelemente die resultierende modulierte Lampenstrahlung berechnet. Kennt man beispielsweise die Eigenschaften der Prozeßkammer, sowie der Heizelemente und die Eigenschaften des aufzuheizenden Wafers sehr gut, kann ein mathematisches Modell zur in-situ-Bestimmung der Temperatur des aufzuheizenden Wafers entwickelt werden. Mit einem hinreichend exakten Modell des Substrats und seiner Umgebung ist es möglich, Lampenhintergrundstrahlung anhand beispielsweise der Ansteuerparameter der Heizelemente zu berechnen, um somit die Substrattemperatur aus der detektierten Wärmestrahlung (also der Summe aus der detektierten Eigenstrahlung des Wafers und der detektierten Lampenhintergrundstrahlung) direkt zu bestimmen. Unter der Lampenhintergrundstrahlung soll hier die gesamte vom Strahlungsdetektor detektierte Strahlung abzüglich der Eigenstrahlung des Objekts, dessen Temperatur bestimmt werden soll, verstanden werden.
Die WO 2004/059271 A1 der Anmelderin offenbart ein modellbasiertes Verfahren (Modellverfahren) zur Bestimmung wenigstens einer Zustandsvariablen (beispielsweise der Temperatur eines Halbleiterwafers) aus einem Modell eines RTP-Systems, mittels wenigstens einem am RTP-System abgegriffenen Meßsignal, das eine Abhängigkeit von der zu bestimmenden Zustandsvariablen aufweist und mittels einem entsprechenden Vorhersagewert des Modells.
Die Qualität von Modellvorhersagen hängt davon ab, wie genau sie durch die Realität beschrieben werden. Daher sollten alle auf das Modell einwirkenden Parameterwerte und Randbedingungen hinreichend genau bekannt sein, oder sich zumindest hinreichend genau bestimmen lassen. Modelle für Schnellheizsysteme umfassen deshalb zumindest die Eigenschaften des aufzuheizenden Substrats, (wie z.B. dessen physikalische Parameter), so daß sie in der Lage sind, "Antwortfunktionen" auf thermische Anregungen einigermaßen realitätsgetreu wiederzugeben. Andererseits wirken aber auch Kammer- und Lampeneigenschaften, wie beispielsweise Kammerreflektivität, Lampenstrahlung, Lampenreaktionszeiten, die Lampenantwort auf elektrische Impulse, Effekte der Lampenhintergrundstrahlung etc. auf die thermische Anregung des aufzuheizenden Substrats ein. Diese bestimmen die tatsächlich auf den Wafer einwirkende thermische Energie und die Energie, die der Wafer als Eigenstrahlung pro Zeiteinheit wieder an seine Umgebung abgeben kann. Diese Werte sind nur über die dem Gesamtsystem pro Zeiteinheit zu- und abführbare Energie beeinflußbar. Da jedoch diese Parameter die Antwortfunktion des aufzuheizenden Substrats mitbestimmen, muß ein vollständiges Modell diese Parameter ebenfalls erfassen, also zumindest ein Modell der Substratumgebung beinhalten.
Aus Gründen der Echtzeitanforderung, aber auch weil nicht alle notwendigen Parameter hinreichend genau bestimmt werden können, sind vollständige Modellbeschreibungen im allgemeinen nicht realisierbar, weshalb es sich bei den zur Verwendung kommenden Systemmodellen immer um reduzierte Modelle handelt, die sich auf eine reduzierte Anzahl mehr oder minder genau bestimmbarer Zustandsvariablen beschränken. Oft können auch nur Teilsysteme modelliert werden, die fehlenden Aspekte müssen in vielen Fällen durch eine entsprechende Anzahl von zum Teil aufwendigen Messungen ergänzt und gegebenenfalls korrigiert werden, wobei meist nicht alle erforderlichen Größen der direkten Messung zugänglich sind. So ist beispielsweise eine hinreichend genaue Messung der auf das aufzuheizende Objekt einwirkenden Lampenhintergrundstrahlung sehr aufwendig, da ihre exakte Bestimmung zusätzliche Meßmittel, wie beispielsweise weitere Pyrometer erfordert, um sich unter anderem eine genaue Kenntnis der Beschaffenheit der Waferrückseite zu verschaffen. In den bisher verwendeten Modellsystemen wird die Lampenhintergrundstrahlung daher berechnet.
Nimmt man an, daß der Anfangszustand eines realen Systems und der Anfangszustand eines dieses System darstellenden Systemmodells exakt gleich sind, und nimmt man weiter an, daß das Systemmodell das dynamische Verhalten des realen Systems exakt nachbildet und daß keine Störgrößen auf das reale System einwirken, so werden sich die Zustände des realen Systems und des dieses System abbildenden Systemmodells bei gleichen Ansteuergrößen immer gleich entwickeln. Da das Systemmodell jedoch nur Teilaspekte des Gesamtsystems erfaßt, muß es um eine Regelung ergänzt werden, die ggf. auftretenden Störgrößen Rechnung trägt. Bei der oben genannten WO 2004/059271 A1 werden daher Ausgangsvariablen (Meßgrößen) einer Regelstrecke (reales System) mit denen eines Systemmodells (Beobachter) verglichen und Differenzen dazwischen wirken über einen Regler auf den Zustand des Beobachters zurück. Über diese Zustandskorrektur wird der Zustand des Systemmodells an den des realen Systems angepaßt, mit anderen Worten wird die Regelgröße zur Anpassung des Systemmodells durch einen Algorithmus ermittelt, der eine erfaßte Meßgröße eines Objekts in der Schnellheizanlage mit einem Vorhersagewert der Meßgröße des Objekts vergleicht und darauf gerichtet ist, die Differenz zwischen diesen zwei Werten zu minimieren. Dieses Verfahren ermöglicht in den meisten Fällen eine sehr genaue Bestimmung des thermischen Verhaltens eines Wafers während seiner thermischen Behandlung.
Wenn die Störgrößen jedoch ein unerwartetes dynamisches Verhalten zeigen, welches die typischerweise verwendeten Algorithmen überfordert, kann es zu Fehlern durch Modellfehlinterpretationen kommen. Solche Fälle können insbesondere bei sehr dynamischen Schnellheizvorgängen auftreten und/oder wenn Wafer eine sehr hohe Reflektivität aufweisen. Sie können zum Beispiel auch auftreten, wenn sich während der thermischen Behandlung des Wafers eine optische Eigenschaft, wie beispielsweise die Reflektivität plötzlich ändert, was z. B. bei Rekristallisationsprozessen während einer thermischen Behandlung beobachtet wurde. Besonders erschwert ist eine genaue Modellvorhersage natürlich dann, wenn solche Vorgänge kombiniert auftreten, wenn beispielsweise ein sehr dynamischer Schnellheizprozeß bei einem Wafer mit hoher Reflektivität stattfindet. Ein Grund hierfür ist, daß solche Vorgänge in Systemmodellen meist nicht berücksichtigt werden, weil sie sporadisch, und auch nicht bei allen prozessierten Wafern auftreten. Ein weiter Grund liegt in einem Zeitverzug, der dadurch entsteht, daß die aktuell gemessenen Signale, die in der Regel starkes Rauschen aufweisen, zum Zweck einer hohen Signalgenauigkeit in Filtern geglättet werden, um statistische Schwankungen, welche zwischen zeitlich unmittelbar aufeinander folgenden Meßwerten auftreten, auszumitteln. Der ermittelte Wert der Lampenhintergrundstrahlung (direkte und indirekte in das Pyrometer einfallende Lampenstrahlung), welche nicht unabhängig von der Substratstrahlung gemessen wird, kann daher zumindest kurzfristig mit einem für die Temperaturvermessung relevanten Fehler behaftet sein. Dies kann zu einer fehlerhaften Temperaturermittlung führen, da beispielsweise wenigstens Teile der Lampenhintergrundstrahlung der Eigenstrahlung des Wafers zugeordnet werden. Dies hat zur Folge, daß die Parameterwerte des Modells falsch korrigiert werden, was wiederum fehlerhafte Reaktionen des Gesamtsystems zur Folge hat, wie beispielsweise eine Oszillation der Strahlungsquellen, da das Gesamtsystem nun versucht, die auf diese Weise bestimmte Temperatur des Wafers nachzuregeln. Hierdurch verursachte Folgemeßfehler können zu einer über viele Einzelmeßschritte fehlerhaften Temperaturbestimmung und damit zu einer Instabilität der gesamten Systemregelung führen.
Das obige System ist darüber hinaus bei hochreflektiven (beispielsweise metallbeschichteten) Wafern problematisch. Bei diesen Wafern dominiert eine Änderung in der Lampenhintergrundstrahlung gegenüber einer Änderung der Eigenstrahlung des Wafers sehr stark. Kleine Fehler bei der Bestimmung der Lampenhintergrundstrahlung führen zu großen Fehlern bei der Bestimmung der Eigenstrahlung (und somit der Temperatur) des Wafers, da das Differenzsignal aus Gesamtstrahlung und abgezogener Lampenhintergrundstrahlung sehr klein ist. Ein möglicherweise bereits vorhandener Fehler in der Wafertemperatur kann zu einer weiteren Destabilisierung des Regelalgorithmus auf Grund einer hohen Lampendynamik führen.
Wenn sich bei einem hochreflektierenden Wafer während eines thermischen Behandlungszyklus die Reflektivität sprungartig verändert, kann das daraus resultierende pyrometrische Meßsignal von der Auswerteinheit erheblich fehlinterpretiert werden (fehlerhafte Änderungen in den Reflektivitätsmeßwerten werden als Änderung der Waferemissivität interpretiert) und es kommt zu einer nicht realistischen Temperaturermittlung. Solche Sprünge können beispielsweise durch Phasentransformationen in aufgebrachten Schichten, Abdampfungen oder auch Legierungsbildungen verursacht sein und werden im allgemeinen in Modellsystemen nicht berücksichtigt, weil solche Ereignisse je nach Waferrückseitenbeschichtung von Wafer zu Wafer verschieden sein können und darum nicht vorhersehbar auftreten. Obwohl das System in der Regel über die Zeit hinweg den Reflektivitätssprung erkennt und dementsprechend in die Temperaturbestimmung einbezieht, kann es in der Zwischenzeit zu einem instabilen Betrieb des Systems mit erheblichen Schwankungen hinsichtlich der eingebrachten Lampenstrahlung kommen.
Sind thermische Bearbeitungsschritte in einem Temperaturbereich vorgesehen, in dem das zu bearbeitende Halbleitersubstrat nahezu transparent für thermische Strahlung ist, tritt das gleiche Problem wie bei einem hochreflektierenden Wafer auf: Ist der Anteil der vom Wafer transmittierten Lampenhintergrundstrahlung verglichen mit der thermischen Strahlung des Wafers sehr hoch, führen kleine Änderungen der Lampenstrahlung zu großen relativen Änderungen bei der Bestimmung der thermischen Eigenstrahlung des Wafers, wenn das Meßsystem die Summe aus der sehr kleinen Eigenstrahlung des Wafers und dem Transmissionssignal der Lampenstrahlung detektiert. Relative Meßfehler bei der Ermittlung des Gesamtsignals erhöhen den relativen Fehler bei der Bestimmung der Eigenstrahlung des Wafers, die durch die Differenzbildung aus zwei annähernd gleich großen Werten, nämlich aus dem Gesamtsignal und dem Lampenhintergrundsignal gebildet wird. Auch in diesem Fall ist die genaue direkte pyrometrische Messung der Eigenstrahlung des Wafers erschwert.
Ferner sei auf die DE 10 2004 021 923 A1 hingewiesen, die ein Mess- und Auswertesystem für eine Temperaturmessung mit einem trägen Temperatursensor zeigt, bei der eine Auswerteeinheit vorgesehen ist zur zeitlich aufeinander folgenden Ermittlung aktuell gemessener, aufgrund der Trägheit des Temperatursensors gegenüber dem tatsächlichen Messwert nacheilender Messwerte aus dem Messsignal des Temperatursensors, sowie eine Recheneinheit zur laufenden Ermittlung vorausberechneter, sich an den tatsächlichen Messwert schneller als der gemessene Messwert annähernder Endmesswerte.
Aus der DE 37 51 708 T2 ist darüber hinaus ein elektronisches Fieberthermometer mit einer Vorberechnungseinheit und einer Direktmesseinheit bekannt.
Die DE 199 64 183 B4 zeigt wiederum eine Temperaturmeßvorrichtung für ein Schnellheizsystem mittels elektromagnetischer Strahlung von einem zu messenden Objekt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln von Meßwerten eines Meßsystems, die mit wenigstens einem Parameter eines Objekts in einer Schnellheizanlage in Beziehung stehen, vorzusehen, das unabhängig von einer dynamischen Prozeßführung oder plötzlichen Änderungen innerhalb der Schnellheizanlage eine zuverlässige Ermittlung der Meßwerte gewährleistet. Insbesondere soll eine genaue Temperaturermittlung eines Objekts in der Schnellheizanlage auch bei hoch dynamischen Prozessen und bei sprunghaften Änderungen der optischen Eigenschaften des Objekts gewährleistet werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. eine Vorrichtung gemäß Anspruch 36 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Insbesondere sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln von Meßwerten vor, die mit wenigstens einem Parameter eines Objekts in einem Schnellheizsystem in Beziehung stehen. Bei dem Verfahren werden die Meßwerte anhand wenigstens einer über die Zeit hinweg gemessenen Meßgröße in einem Meßsystem ermittelt und Vorhersagewerte für die Meßwerte in wenigstens einem Modellsystem berechnet. Ferner weist das Verfahren folgende Schritte auf: Berechnen eines Meßwerts anhand der wenigstens einer Meßgröße, die zu einem ersten Zeitpunkt erfasst wurde, berechnen eines ersten Vorhersagewertes für den Meßwert zum ersten Zeitpunkt, Berechnen eines zweiten Meßwerts anhand der wenigstens einen Meßgröße, die zu einem zweiten Zeitpunkt erfasst wurde, Berechnen eines zweiten Vorhersagewerts für den Meßwert zum zweiten Zeitpunkt, Vergleichen der zeitlichen Entwicklung zwischen erstem und zweitem Meßwert mit der zeitlichen Entwicklung zwischen erstem und zweitem Vorhersagewert, Ermitteln eines korrigierten zweiten Meßwerts, wenn sich die zeitliche Entwicklung zwischen erstem und zweitem Meßwert von der zeitlichen Entwicklung zwischen erstem und zweitem Vorhersagewert unterscheidet und Ausgeben des korrigierten zweiten Meßwerts aus dem Meßsystem.
Durch das obige Verfahren lässt sich eine zeitliche Entwicklung zwischen tatsächlichen Meßwerten und Vorhersagewerten für diese Meßwerte vergleichen, wodurch Fehler, die innerhalb des Meßsystems auftreten, erkannt und korrigiert werden können. Auch wenn die Vorhersagewerte des Modelsystems die (Absolut)Meßwerte nicht exakt abbilden können, so geben sie doch hinreichend genau an, wie sich die Meßwerte über die Zeit hinweg entwickeln, können. Auch wenn sich die Absolutwerte gegebenenfalls stärker unterscheiden, würde eine Differenz in der jeweiligen zeitlichen Entwicklung zwischen Meß- und Vorhersagewerten auf einen „Fehler" im Meßsystem hinweisen, den es zu korrigieren gilt. Bezogen auf die thermische Behandlung von Halbleiterwafern, könnte eine plötzliche Reflektivitätsänderung des Wafers beispielsweise zunächst eine inkorrekte Berechnung der Wafertemperatur zur Folge haben, da das Meßsystem diese Reflektivitätsänderung und den gegebenenfalls damit zusammenhängenden stärkeren Strahlungseinfall in das Pyrometer mit einer entsprechenden sprunghaften Temperaturveränderung in Beziehung setzt. Erst nach einer bestimmten Zeit würde das Meßsystem erkennen, dass die plötzliche Änderung der in das Pyrometer einfallenden Strahlung nicht auf einer entsprechenden Temperaturänderung beruht, und würde beispielsweise anhand der Ripple-Technik eine entsprechende Korrektur vornehmen. Um jedoch eine zwischenzeitliche falsche Temperaturausgabe, die wiederum das Regelverhalten des Gesamtsystems beeinflussen kann, zu vermeiden, kann das oben beschriebene Verfahren übermäßig starke Änderungen der Meßwerte, die auf einer falschen Interpretation ihrer Ursache beruhen, korrigieren anhand der Vorhersagewerten des Modellsystems.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Ermitteln eines korrigierten zweiten Meßwerts nur dann, wenn der Unterschied in der zeitlichen Entwicklung zwischen erstem und zweitem Meßwert und der zeitlichen Entwicklung zwischen erstem und zweitem Vorhersagewert einen vorbestimmten Wert übersteigt, um nur bei wesentlichen Unterschieden eine Korrektur vorzunehmen. Geringfügige Abweichungen könnten eher darauf hinweisen, dass das Modellsystem nicht ganz exakt die Verhältnisse innerhalb des Schnellheizsystems nachbilden kann.
Vorzugsweise verwendet das Meßsystem als Meßgröße ein Ausgangssignal eines Strahlungsdetektors, der eine Temperaturstrahlung eines sich im Schnellheizsystem befindlichen Objekts erfasst, da das obige System insbesondere für Temperaturstrahlungsmessungen und damit in Beziehung stehende Parameter geeignet ist. Dabei stellt der berechnete Meßwert vorzugsweise einen Wert für die Temperatur, Strahlung, Emissivität, Transmissivität und/oder die Reflektivität des Objekts dar. Beispielsweise kann das Meßsystem den Meßwert unabhängig von der Emissivität des Objekts berechnen. Ein Beispiel für eine von der Emissivität unabhängige Meßwertbestimmung ist beispielsweise eine Temperaturbestimmung mittels der oben beschriebenen "Ripple-Technik" oder eine Modellbasierte Technik, wie sie in der WO 2004/059271 A beschrieben ist, die insofern zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird..
Vorzugsweise wird die Temperaturstrahlung des sich im Schnellheizsystem befindlichen Objekts während des thermischen Aufheizprozesses eines sich im Schnellheizsystem befindenden Halbleiterwafers erfasst, da das obige System insbesondere für die Temperatursteuerung eines Halbleiterwafers in einem Schnellheizsystem geeignet ist.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird zur Korrektur des zweiten Meßwerts dieser durch den zweiten Vorhersagewert ersetzt. Bei einer alternativen Ausführungsform wird ein korrigierter zweiter Meßwert anhand des ersten Meßwerts und einem Verhältnis zwischen erstem und zweitem Vorhersagewert berechnet. Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform wird der korrigierte zweite Meßwert anhand der ersten und zweiten Meßwerte sowie den ersten und zweiten Vorhersagewerten berechnet. Dabei wird der zweite Meßwert vorzugsweise anhand der Formel
berechnet, wobei f*_t2 den korrigierten Meßwert, f_t1 den ersten Meßwert, f_t2 den zweiten Meßwert, g_t1 den ersten Vorhersagewert und g_t2 den zweiten Vorhersagewert darstellt.
Um über den Prozess hinweg eine entsprechende Korrektur vorzusehen, können weitere Meßwerte und Vorhersagewerte wiederholt berechnet werden, wobei für einen nachfolgenden Vergleich jeweils ein zuvor korrigierter Meßwert zugrunde gelegt werden kann, sofern eine Korrektur erfolgt ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Modellsystem wenigstens ein Modell eines Halbleiterwafers und/oder ein Modell einer Prozesskammer des Schnellheizsystems und/oder wenigstens einen Modellwert für die Reflektivität des Objekts auf. Dabei berechnet das Modellsystem vorzugsweise den Wert der das Objekt umgebenden Hintergrundstrahlung. Ferner weist das Modellsystem vorzugsweise wenigstens einen ersten und/oder zweiten veränderbaren Modellwert auf, um das Modellsystem gegebenenfalls während eines Prozesses anpassen zu können. Dabei wird vorzugsweise der erste veränderbare Modellwert geändert, wenn der Betrag der Differenz zwischen dem zweiten Meßwert des Meßsystems und dem zweiten Vorhersagewert des Modellsystems kleiner ist als ein vorgegebener Wert. Der zweite veränderbare Modellwert wird hingegen vorzugsweise geändert, wenn der Betrag der Differenz zwischen dem zweiten Meßwert des Meßsystems und dem zweiten Vorhersagewert des Modellsystems größer/gleich einem vorgegebenen Wert ist. Dabei beeinflußt vorzugsweise der zweite veränderbare Modellwert den Modellwert für die Reflektivität des Objekts. Wenn sich die Reflektivität des Objekts sprunghaft verändert, sollte dies auch innerhalb des Modellsystems berücksichtigt werden, was durch eine entsprechende Modellwertveränderung möglich ist. Alternativ und/oder zusätzlich könnte der zweite veränderbare Modelwert einen Modellwert für die das Objekt umgebende Hintergrundstrahlung beeinflussen, wodurch wiederum eine Anpassung des Modellsystems an beispielsweise eine Reflektivitätsänderung des Objekts möglich ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung berechnet das Modellsystem den Vorhersagewert für die vom Detektor erfasste Temperaturstrahlung. Dabei hängt der erste veränderbare Modellwert funktional vorzugsweise vom Vorhersagewert der berechneten Temperaturstrahlung des Meßsystems ab. Bei geringfügigen Abweichungen kann durch eine entsprechende Änderung des ersten veränderbaren Modellwerts daher eine Anpassung des Modellsystems an tatsächliche Messungen erfolgen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur eines Objekts in einem Schnellheizsystem mit wenigstens einem Meßsystem, das als Meßgröße wenigstens eine Temperaturstrahlung eines sich im Schnellheizsystem befindlichen Objekts erfasst und anhand der Meßgröße einen Temperaturmeßwert ermittelt, gelöst, wobei der Temperaturmeßwert selektiv durch ein Korrekturverfahren, wie oben beschrieben, korrigierbar ist.
Die zuvor genannte Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung zum Ermitteln wenigstens eines Meßwerts, der mit einem Parameter eines Objekts in einem Schnellheizsystem in Beziehung steht, gelöst, wobei die Vorrichtung wenigstens ein Meßsystem zum Erfassen von zeitlich aufeinander folgenden Meßgrößen des Objekts und zum Bestimmen von Meßwerten aus den Meßgrößen, wenigstens ein Modellsystem des Schnellheizsystems, das Vorhersagewerte für die Meßwert in Abhängigkeit von der Zeit berechnet, Mittel zum Vergleichen einer zeitlichen Entwicklung der Meßwerte mit der zeitlichen Entwicklung der Vorhersagewerte, und Mittel zum Korrigieren der Meßwerte aufweist, wenn sich die zeitliche Entwicklung zwischen zwei Meßwerten von der zeitlichen Entwicklung zwischen zwei Vorhersagewerten unterscheidet. Eine solche Vorrichtung ermöglicht die Durchführung des zuvor genannten Verfahrens mit den entsprechenden Vorteilen.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; in den Zeichnungen zeigt:
1 eine schematische Schnittansicht einer Schnellheizanlage, die in Kombination mit dem Verfahren bzw. der Vorrichtung gemäß der Erfindung eingesetzt werden kann;
2 ein Blockdiagramm der Vorrichtung gemäß der Erfindung in der Form einer Temperaturbestimmungsvorrichtung für eine Temperaturregelung in einer Schnellheizanlage;
3 ein Flußdiagramm das ein Modellkorrekturverfahren darstellt;
4a Temperatur-Zeit-Kurven eines Wafers dessen Reflektivität sich während einer thermischen Behandlung ändert;
4b Reflektivität-Zeit-Kurven eines Wafers dessen Reflektivität sich während einer thermischen Behandlung ändert;
5 Temperatur-Zeit-Kurven eines Wafers während einer thermischen Behandlung, wobei eine Kurve die Temperatur des Wafers während einer herkömmlichen thermischen Behandlung und eine Kurve die Temperatur während einer Behandlung, die ein Temperaturermittlungsverfahren der vorliegenden Erfindung anwendet, zeigt.
1 zeigt die eine schematische Schnittansicht einer Schnellheizanlage (RTP-System) 1 für die thermische Behandlung eines Objekts 2, wie beispielsweise eines Halbleiterwafers. Die Schnellheizanlage 1 besitzt ein Gehäuse 5 mit oberen und unteren Wandelementen 7, 8 sowie seitlichen Wandelementen (Seitenwänden) 9, 10 (in 1 sind nur linke und rechte Seitenwände dargestellt, obwohl natürlich auch vordere und hintere Seitenwände vorgesehen sind). Die Wandelemente bilden einen Innenraum und die zum Innenraum weisenden Oberflächen der Wandelemente sind reflektierend ausgebildet.
Der Innenraum des Gehäuses 5 ist durch transparente Elemente (z.B. Quarzplatten) 15, 16 in einen Prozeßraum 20 und obere und untere Lampenräume 22, 23 unterteilt. Im Prozeßraum 20 ist eine Objekthaltevorrichtung in der Form von Auflagestiften 25, die auch als Pins bezeichnet werden, vorgesehen. In der einen Seitenwand 9 des Gehäuses 5 ist im Bereiche der Prozeßkammer 20 eine Türöffnung vorgesehen, die durch eine Tür 30 geöffnet oder verschlossen werden kann, um ein Be- und Entladen des Objekts 2 zu ermöglichen. In der gegenüberliegenden Seitenwand 10 ist ein in den Prozeßraum 20 führender Gaseinlaß 35 vorgesehen, der das Einleiten von Gas in den Prozeßraum 20 ermöglicht.
In den oberen und unteren Lampenräumen 22, 23 sind Heizlampen (z.B. Halogenlampen) 40 vorgesehen. Die transparenten Elemente 15, 16 sind für die von den Heizlampen 40 emittierte Strahlung im wesentlichen durchlässig und sehen eine gasdicht Trennung der Lampenräume 22, 23 zum Prozeßraum 22 vor. In der unteren Wand 8 des Gehäuses 5 ist eine Öffnung 45 vorgesehen, die das Auskoppeln eines Teils der Wärmestrahlung aus der Schnellheizanlage 1 ermöglicht. Benachbart zur Öffnung 45 ist ein Strahlungsdetektor (z.B. ein Pyrometer) 50 vorgesehen, um ausgekoppelte Wärmestrahlung zu erfassen.
Der Betrieb der Schnellheizanlage wird nachfolgend beschrieben. Nach dem Beladen der Prozeßkammer 20 mit einem zu behandelnden Objekt 2 werden die Heizlampen 40 angeschaltet, um Strahlungsenergie zu emittieren. Ein Teil der Strahlungsenergie geht durch die transparenten Elemente 15, 16 hindurch und trifft direkt auf das aufzuheizende Objekt 2. Ein anderer Teil wird zunächst an den reflektierenden Oberflächen der Wandelemente 7, 8, 9 und 10 einfach oder mehrfach reflektiert, und trifft nach wenigstens einmaligem Durchgang durch wenigstens eines der transparenten Elemente 15, 16 auf das aufzuheizende Objekt 2. Ein kleiner Teil der Strahlung wird bei jedem Durchgang durch ein transparentes Element 15, 16 absorbiert. Die auf das aufzuheizende Objekt 2 auftreffende Strahlung wird teilweise absorbiert, teilweise reflektiert und kann teilweise durch das aufzuheizende Objekt 2 hindurchgehen. Der Anteil der absorbierten Strahlung heizt das Objekt 2 auf, und sorgt dafür, daß dieses gemäß seiner Temperatur selbst Strahlung emittiert (Eigenstrahlung des Objekts).
Der Strahlungsdetektor 50 nimmt durch die Öffnung 45 ausgekoppelte Strahlung auf, die sowohl Eigenstrahlung des Objekts als auch direkte und indirekte (d.h. einfach oder mehrfach reflektierte) Lampenstrahlung enthält. Der Strahlungsdetektor erzeugt aufgrund der aufgenommenen Strahlung ein elektrisches Signal aus dem die Temperatur des aufzuheizenden Objekts 2 bestimmt und einem Regelkreis zur Ansteuerung der Heizlampen zur Verfügung gestellt werden kann.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines Regelkreises für eine Temperaturregelung in einer Schnellheizanlage, wie beispielsweise der Schnellheizanlage 1 gemäß 1. 2 zeigt einen Block 1 für eine Schnellheizanlage, einen Block 60 für eine Temperaturbestimmung (nachfolgend als Temperaturbestimmungseinheit bezeichnet), und einen Block 70 für eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Heizlampen der Schnellheizanlage. Ein Signalausgang des Strahlungsdetektors 50 der Schnellheizanlage 1 steht über eine Signalleitung 75 mit der Temperaturbestimmungseinheit 60 in Verbindung. Eine Signalleitung 76 stellt eine Verbindung zwischen der Temperaturbestimmungseinheit 60 und der Steuereinheit 70 dar, um eine in der Temperaturbestimmungseinheit 60 ermittelte Ist-Temperatur an die Steuereinheit 70 zu übertragen. Über eine weiter Signalleitung 77 wird der Steuereinheit 70 eine Soll-Temperatur zur Verfügung gestellt. Über eine Signalleitung 78 steuert die Steuereinheit 70 die Heizlampen der Schnellheizanlage an.
Die Temperaturbestimmungseinheit 60, besitzt einen Block 80 (nachfolgend als Meßsystem bezeichnet), der mit der Signalleitung 75 verbunden ist. Im Meßsystem 80 wird aus dem Ausgangssignal des Pyrometers 50 der Schnellheizanlage 1 ein Temperatursignal für die derzeitige Temperatur des Objekts 2 ermittelt, wobei diese Ermittlung beispielsweise durch die eingangs beschriebene Ripple-Technik (dann muß ein zweites Pyrometer und ggf. eine entsprechend Signalleitung zur Verfügung gestellt werden), oder das Modellverfahren erfolgen kann. Das Meßsystem 80 steht auch mit der Signalleitung 76 in Verbindung, über die die ermittelte Temperatur für das Objekt 2 als Ist-Temperatur ausgegeben werden kann.
Über eine Signalleitung 82 steht der Block mit einem Meßwerteblock 85 in Verbindung, der zur Aufnahme von Meßwerten aus dem Meßsystem 80 dient. Meßwerte können in diesem Fall beispielsweise die Ausgangssignale des Pyrometers 50, die im Block 80 ermittelte Temperatur des Objekts, oder damit in Verbindung stehende Werte sein, wobei in der folgenden Beschreibung die im Block 80 ermittelte Temperatur des Objekts als Meßwert angesehen wird.
Der Meßwerteblock 85 steht über eine Signalleitung 87 mit einem Vergleichs- und Korrekturblock 90 (nachfolgend als Korrektureinheit bezeichnet) in Verbindung, dessen Funktion nachfolgend noch näher erläutert wird.
Die Temperaturbestimmungseinheit 60 besitzt ferner einen Modellblock 100 (nachfolgend als Modellsystem bezeichnet), in dem Vorhersagewerte für die im Meßwerteblock 85 aufgenommenen Meßwerte (im vorliegenden Fall die ermittelte Temperatur des Objekts) berechnet werden. Genauer gesagt beinhaltet das Modellsystem 100 ein Modell für die Schnellheizanlage und das aufzuheizende Objekt. Anhand der Modelle und von Ansteuerwerten für die Heizlampen, die dem Modellsystem 100 über eine nicht dargestellte Signalleitung zur Verfügung gestellt werden, werden entsprechende Vorhersagewerte für die Temperatur des aufzuheizenden Objektes als Funktion der Zeit berechnet.
Das Modellsystem 100 steht über eine Signalleitung 102 mit einem Vorhersagewerteblock 105 in Verbindung, in dem die berechneten Vorhersagewerte aufgenommen werden. Der Vorhersagewerteblock 105 steht über eine weitere Signalleitung 107 mit der Korrektureinheit 90 in Verbindung.
Die Korrektureinheit 90 steht über eine Signalleitung 112 mit der Temperaturbestimmungseinheit 60 in Verbindung, wobei die Signalleitung durch einen Schaltblock 115 hindurchgeht, der die Signalleitung 112 öffnen oder schließen kann.
Ferner ist eine Signalleitung 117 vorgesehen, die das Meßsystem 80 mit dem Modellsystem 100 verbindet. Da diese Verbindung für die Erfindung nicht zwingend ist, ist sie gestrichelt dargestellt.
Nachfolgen wird nunmehr der Betrieb des in 2 dargestellten Regelkreises mit der erfindungsgemäßen Temperaturbestimmungseinheit 60 näher erläutert.
In der Schnellheizanlage 1 ist ein zu behandelndes Objekt aufgenommen und wird über die Heizlampen 40 der Schnellheizanlage 1, die über die Steuereinheit 70 angesteuert werden, erwärmt. Das Pyrometer 50 der Schnellheizanlage empfängt aus dem Innenraum der Schnellheizanlage ausgekoppelte Wärmestrahlung und erzeugt ein entsprechendes zeitabhängiges Ausgangssignal (Pyrometersignal). Das Pyrometersignal wird über die Signalleitung 75 in das Meßsystem 80 der Temperaturbestimmungseinheit 60 eingegeben. Anhand des Pyrometersignals wird im Meßsystem 80 ein Meßwert (im beschriebenen Fall eine Temperatur für das Objekt 2 in der Schnellheizanlage 1) ermittelt. Dabei wird im Meßsystem 80 zu einem ersten Zeitpunkt t1 ein erster Meßwert f(t1) und zu einem zweiten Zeitpunkt t2 ein zweiter Meßwert f(t2) ermittelt und anschließend werden diese Meßwerte an den Meßwerteblock 85 übermittelt.
Gleichzeitig berechnet das Modellsystem 100 einen ersten Vorhersagewert g(t1) für den Zeitpunkt t1 und einen zweiten Vorhersagewert g(t2) für den zweiten Zeitpunkt t2 und übermittelt diese Werte an den Vorhersagewerteblock 105. Die Meßwerte f(t1) und f(t2) und die Vorhersagewerte g(t1) und g(t2) werden dann an die Korrektureinheit 90 übermittelt. In der Korrektureinheit 90 wird im Wesentlichen die zeitliche Entwicklung der Meßwerte f(t1), f(t2) zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 mit der zeitlichen Entwicklung der Vorhersagewerte g(t1), g(t2) zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 verglichen, und bei einer Abweichung hinsichtlich der zeitlichen Entwicklung ein korrigierter Wert f*(t2) oder ein Korrekturwert h(f, g) für den zweiten Meßwert f(t2) ermittelt, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Die Ermittlung eines korrigierten Werts f*(t2) oder eines Korrekturwertes h(f, g) kann bei jeder Abweichung der zeitlichen Entwicklung zwischen Meßwerten f(t1), f(t2) und Vorhersagewerten g(t1), g(t2) erfolgen oder nur dann, wenn diese über einem bestimmten Schwellenwert, oder zwischen zwei Schwellenwerten liegt.
Der korrigierte Wert f*(t2) oder der Korrekturwert h(f, g) werden dann über die Signalleitung 112 an das Meßsystem übertragen, in dem der zweite Meßwert f(t2) durch den korrigierten Wert f*(t2) ersetzt oder anhand des Korrekturwerts h(f, g) korrigiert wird. Wenn die Meßwerte die Temperatur T_ist des Objekts 2 in der Schnellheizanlage darstellen, kann nun der zweite Meßwert f(t2) (in korrigierter Form, wenn ein Korrektur notwendig war, oder in unkorrigierter Form, wenn keine Korrektur notwendig war) als Ist-Temperatur T_ist(t2) an die Steuereinheit ausgegeben werden. Wenn die Meßwerte nicht die Temperatur T_ist des Objekts 2 in der Schnellheizanlage darstellen, kann diese im Meßsystem 80 anhand des zweiten Meßwerts f(t2) (in korrigierter Form, wenn ein Korrektur notwendig war, oder in unkorrigierter Form, wenn keine Korrektur notwendig war) ermittelt und anschließend als Ist-Temperatur T_ist(t2) an die Steuereinheit ausgegeben werden. Dort wird die Ist-Temperatur T_ist(t2) dann mit einem entsprechenden Temperatur-Sollwert T_soll(t2) für den Zeitpunkt t2 verglichen und eine entsprechende Ansteuerung für die Heizlampen ermittelt, gemäß der diese dann angesteuert werden.
Der gegebenenfalls korrigierte zweite Meßwert f(t2) wird ferner an den Meßwerteblock 85 übertragen, um den ursprünglichen zweiten Meßwert zu ersetzen. Ein zu einem dritten Zeitpunkt t3 im Meßsystem 80 ermittelter dritter Meßwert f(t3) wird an den Meßwerteblock 85 übertragen, und anschließend der Korrektureinheit 90 zugeführt. Dort erfolgt wiederum ein Vergleich zwischen der zeitlichen Entwicklung zwischen den zweiten und dritten Meßwerten f(t2), f(t3) und entsprechenden Vorhersagewerten g(t2), g(t3) und ggf. die Ermittlung eines korrigierten dritten Meßwert f*(t3) oder eines Korrekturwerts hierfür, der an das Meßsystem 80 weitergeleitet wird. Der obige Vorgang wird dann iterativ für weitere Meßwerte, die zu weiteren Zeitpunkten t4, t5, ...tn ermittelt werden und entsprechenden Vorhersagewerten wiederholt.
Über den Schaltblock 115 kann das Verfahren jedoch auch mittels extern vorgebbaren Bedingungen zu- oder abgeschaltet werden: Ist daher beispielsweise bekannt, daß sich unter den thermisch zu prozessierenden Wafern solche befinden können, bei welchen bei einer kritischen Temperatur Tc plötzliche Reflektivitätsänderungen auftreten können, so kann z.B. eine erste Temperatur T1 < Tc (beispielsweise extern) vorgegeben werden, bei deren Erreichen das Verfahren über den Schaltblock 115 zugeschaltet wird. Zusätzlich kann eine zweite Temperatur T2 > Tc vorgegeben werden, bei deren Erreichen das Verfahren über Block 115 wieder abgeschaltet wird.
Nachfolgend wird die Ermittlung eines Korrekturwertes h(f, g) und eines korrigierten zweiten Meßwerts f*(t2) näher erläutert.
Unter der Bedingung, daß die Werte f(t1), f(t2), g(t1) und g(t2) größer als Null sind, kann der Korrekturwert h(f, g) beispielsweise folgendermaßen berechnet werden: h = (g(t2) – g(t1))/g(t2) – (f(t2) – f(t1))/f(t2) (1)
Mittels einer Transformation f*(t2) = f(t2, h), wobei zum Beispiel f(t2, h) = f(t2)·(1 + h) (2)gesetzt wird, wird der zum Zeitpunkt t2 ermittelte Meßwert f(t2) auf einen Wert f*(t2) korrigiert. Setzt man Gleichung 1 in Gleichung 2 ein, so ergibt sich: f*(t2) = f(t1) + f(t2)·(1 – g(t1)/g(t2)) (3)
Dieser funktionale Zusammenhang zeigt, daß f*(t2) immer dann gleich f(t1) ist, wenn auch die erwarteten Vorhersagewerte g(t1) und g(t2) gleich sind. Ist das Verhältnis der ermittelten Meßwerte f(t1)/f(t2) gleich dem Verhältnis der Vorhersagewerte g(t1)/g(t2), so ergibt sich: f*(t2) = f(t2), und es findet keine Korrektur des Meßwerts f(t2) statt.
Eine Umstellung von Gleichung 3 liefert schließlich: (f*(t2) – g(t2)) = (f(t2) – g(t2))·(1 – g(t1)/g(t2)) für alle f(t1) = g(t1) (4)
Bei übereinstimmenden Meßwerten f(t1) und Vorhersagewerten g(t1) liegt, wenn sich der Meßwert f(t2) und der Vorhersagewert g(t2) unterscheiden, der korrigierte Meßwert f*(t2) immer zwischen f(t2) und g(t2), sofern g(t2) größer ist als g(t1)/2. Bei hinreichend kleinen zeitlichen Schritten zwischen t1 und t2 kann diese Bedingung immer erfüllt werden. Die obige Bestimmung kann natürlich in entsprechender Weise für weitere Meßwertepaare f(ti), f(ti + 1) und entsprechende Vorhersagewertepaare g(ti), g(ti + 1) eingesetzt werden.
Ein alternatives Verfahren zur Bestimmung des Korrekturwerts f*(t2) kann beispielsweise gewichtete Werte von f(t1) und f(t2) verwenden. Seien beispielsweise a und b zwei vorgegebene nichtnegative Konstanten, und sei zumindest eine der beiden Konstanten positiv. Dann kann zur Bestimmung von f*(t2) auch folgende Funktion gewählt werden: f*(t2) = f(t1) + [(a/(a + b))·f(t2) + (b/(a + b))·f(t1)]·[1 – g(t1)/g(t2)] (5)
Ohne Beschränkung des erfinderischen Gedankens könnten a und b jedoch auch zeitabhängige Gewichtsfunktionen sein, deren Werte als Funktion der gewählten Zeitpunkte t1 und t2 berechnet werden können.
Auch eine einfache Beziehung von f*(t2) = f(t1)·g(t2)/g(t1) oder weitere werden sich dem Fachmann für die Ermittlung eines korrigierten Meßwerts ergeben, und daher ist die vorliegende Erfindung nicht auf die konkreten Formeln beschränkt, obwohl die Formel (3) eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Durch die Verwendung geeigneter Korrekturfunktionen kann erreicht werden, daß die gemessenen Werte stärker an die berechneten Modellwerte koppeln, so daß unerwartete Sprünge in der gemessenen Strahlung einem bisher unbeobachteten und bislang als fehlerlos angenommenen Teil der Gesamtstrahlung zugeordnet werden können, und so nicht zu einer Berechnung fehlerhafter Temperaturen im Meßsystem führen.
Treten solche Sprünge in der gemessenen Strahlung während eines thermischen Prozesses auf, so können sie bei Modellsystemen mit mehreren Parametern zuverlässiger der richtigen Ursache bzw. dem richtigen Parameter zugeordnet werden. So können unerwartete Änderungen in der gemessenen Strahlung bei hochreflektiven Wafern beispielsweise einer plötzlichen Änderung der Reflektivität des Wafers zugeordnet werden. Bei sehr schnellen Aufheizprozessen (z.B. bei Spike-Annealing) können unerwartete Änderungen in der gemessenen Strahlung einem Fehler in der Lampenhintergrundstrahlung zugeordnet werden, der durch den zeitlichen Versatz zwischen dem gefilterten aktuellen Meßwert und dem Modellvorhersagewert des an frühere Meßwerte angepaßten Modellsystems entstehen kann. Je nach gewähltem Prozeß und Wafertyp können somit bei Schnellheizsystemen aus plötzlichen Änderungen der gemessenen Strahlung die richtigen Schlüsse gezogen werden und diese Änderungen den richtigen Parametern des Modellsystems zugeordnet werden.
Bei einer entsprechenden Zuordnung kann daher auch eine Änderung des Modellsystems 100 erfolgen, wobei die relevante Information beispielsweise aus dem Meßsystem 80 über die Signalleitung 117 übermittelt werden kann. Zur Veranschaulichung dieses Funktionsprinzips zeigt 3 ein Flussdiagramm, das ein oben beschriebenes Korrekturverfahren für die Meßwerte und eine entsprechende Modellkorrektur beschreibt, wobei das System gemäß 2 zugrundegelegt wird.
Das Verfahren startet mit dem Schritt 300, wobei der Start des Verfahrens durch ein entsprechendes Auslösesignal bedingt sein kann. Im Schritt 305 wird zum Zeitpunkt ti der Wert eines zeitabhängigen Meßsignals erfaßt. Das zeitabhängige Meßsignal kann beispielsweise das Ausgangssignal des Pyrometers 50 gemäß 2 sein. Aus dem Meßsignal wird im Schritt 310 ein Meßwert f(ti) ermittelt (beispielsweise durch Eingabe des Meßwerts in das Meßsystem 80 und eine entsprechende Meßwertermittlung darinnen). Der Meßwert kann beispielsweise der Strahlungsmeßwert eines detektierten Strahlungssignals sein oder ein aus dem Meßsignal ermittelter Temperaturmeßwert eines beliebigen Objekts in einem RTP-System, auf welches der das Meßsignal liefernde Temperatursensor zum Zeitpunkt ti gerichtet ist. Vorzugsweise repräsentieren die Meßwerte die von einem pyrometrischen Detektor gemessene Wärmestrahlung, welche aus der Summe aus der von einem Wafer emittierten Strahlung und der Lampenhintergrundstrahlung besteht.
Im Schritt 320 wird für den Zeitpunkte ti ein dem Meßwert f(ti) entsprechender Vorhersagewert g(ti) anhand eines Modells (beispielsweise durch das Modellsystem 100) berechnet. In die Berechnung geht beispielsweise ein Modell des aufzuheizenden Objekts, also z.B. ein Wafermodell und/oder ein Modell der Schnellheizvorrichtung und/oder die aktuellen Ansteuerwerte für die Heizlampen ein. Der Vorhersagewert ist somit beispielsweise ein im Modellsystem 100 berechneter Vorhersagewert, der berechnet wird aus der aus Waferstrahlung und Lampenhintergrundstrahlung bestehenden Gesamtstrahlung, die am Pyrometer 50 detektiert wird.
Im Schritt 325 wird nun zum Zeitpunkten ti + 1 ein weiterer Wert des zeitabhängigen Meßsignals erfaßt. Aus diesem weiteren Meßsignal wird im Schritt 330 ein weiterer Meßwert f(ti + 1) in der oben beschriebenen Art und Weise ermittelt. Anschließend wird im Schritt 335 für den Zeitpunkte ti + 1 ein dem Meßwert f(ti + 1) entsprechender Vorhersagewert g(ti + 1) anhand des oben beschriebenen Modells ermittelt.
Im Schritt 340 wird die zeitliche Entwicklung zwischen den Meßwerten f(ti) und f(ti + 1) einerseits und den Vorhersagewerten g(ti) und g(ti + 1) andererseits ermittelt und verglichen. Wenn eine Abweichung hinsichtlich der zeitlichen Entwicklung vorliegt, wird ein Korrekturwert h anhand dieser Abweichung der zeitlichen Entwicklung ermittelt. Diese Ermittlung erfolgt beispielsweise im Korrekturblock 90 gemäß 2.
Im Schritt 345 wird dieser Korrekturwert h dann mit einem Wert c(ti + 1) verglichen. Der Wert c(ti + 1) stellt beispielsweise einen zeitabhängigen Schwellenwert zum Zeitpunkt ti + 1 dar. Alternativ kann allerdings auch ein fixer Schwellenwert vorgesehen sein. Der Schwellenwert repräsentiert zum Beispiel einen vorgegebenen Temperatur- oder Strahlungswert. Er kann eine vorgegebene Konstante oder eine Variable sein, über die die beispielsweise maximale und minimale Differenzen zwischen den zeitlichen Entwicklungen der Meßwerte und der zeitlichen Entwicklung der Vorhersagewerte definiert werden. Der Schwellenwert bildt ein Entscheidungskriterium dafür, ob eine Korrektur des Meßwerts und gegebenenfalls eine Korrektur des Modellsystems erfolgen soll oder nicht.
Wenn im Schritt 345 festgestellt wird, dass der Wert c(ti + 1) kleiner als h ist, dann geht die Prozesssteuerung zum Schritt 350 über.
Im Schritt 350 wird ein Parameter P1(ti + 1) des Modells für die Vorhersagewerte anhand des Meßwerts f(ti + 1) korrigiert. Wenn der Korrekturwert h kleiner als der Schwellenwert c(ti + 1) ist, dann zeigt dies an, dass die Abweichung der zeitlichen Entwicklung zwischen den Meßwerten und den Vorhersagewerten relativ gering ist, und beispielsweise auf keine plötzlichen Veränderungen innerhalb der Prozesskam mer eines RTP-Systems zurückzuführen sind. Eine solche plötzliche Veränderung kann beispielsweise ein Sprung hinsichtlich der Reflektivität eines thermisch behandelnden Objekts, wie beispielsweise eines Halbleiterwafers sein. Liegt nur eine geringe Abweichung der zeitlichen Entwicklung zwischen Meßwerten und Vorhersagewerten vor, geht man davon aus, dass das Modellsystem nicht ganz genau ist, und daher wird bei geringen Abweichungen der zeitlichen Entwicklung zwischen Meßwerten und Vorhersagewerten eine Korrektur eines Parameters P1(ti + 1) durchgeführt. Bei dem Parameter P1(ti + 1) kann es sich um einen zeitlich variablen Wert handeln, wie durch den Zusatz ti + 1 dargestellt ist. P1(ti + 1) kann beispielsweise ein vom Modell vorhergesagter Strahlungswert sein, der sich aus der Summe einer Waferstrahlung und einer Lampenhintergrundstrahlung in einem RTP-System gemäß 2 ergibt, wenn die Strahlung des Wafers oder eines anderen sich im RTP-System befindlichen Objekts mit einem Pyrometer gemessen wird. Allgemein kann der Parameter P1 als ein veränderbarer Modellwert angesehen werden, der funktional vom Vorhersagewert der berechneten Temperaturstrahlung eines Meßsystems abhängt.
Nach der Korrektur des Parameters P1(ti + 1) im Schritt 350 geht die Prozesssteuerung zum Schritt 355 über. Im Schritt 355 wird der Meßwert f(ti + 1) für den Zeitpunkt ti + 1 ausgegeben. D.h. der Meßwert wird ohne weitere Korrektur ausgegeben und beispielsweise für eine Temperaturregelung als Ist-Wert verwendet.
Anschließend geht die Steuerung zum Schritt 360 über, wo der Wert i um eins erhöht wird, wobei der Wert eins ein bestimmtes Zeitintervall darstellt. Ferner wird im Schritt 360 der Wert von f(ti) gleich dem Wert von f(ti + 1), und der Wert von g(ti) gleich dem Wert von g(ti + 1) gesetzt.
Anschließend wird im Schritt 365 überprüft, ob der Wert i größer als ein Wert X ist, der beispielsweise einen Schwellenwert darstellt, der das Ende einer thermischen Behandlung signalisiert.
Wenn i größer als X ist, dann geht die Prozesssteuerung zum Schritt 370 über und die Prozessroutine wird beendet.
Wenn i kleiner als X ist, dann geht die Prozesssteuerung zum Schritt 325 zurück, in dem ein noch weiteres Meßsignal zum Zeitpunkten ti + 1 erfasst wird, wobei der Zeitpunkt ti + 1 nunmehr dem Zeitpunkt ti + 2 entspricht, da der Wert i um eins erhöht wurde.
Anschließend folgt die Prozesssteuerung wieder dem vorgegebenen Pfad, wobei zu bemerken ist, dass bei dem Vergleich im Schritt 340, die Werte von f(ti) und g(ti) als untere Werte für die Ermittlung der zeitlichen Entwicklung den Werten f(ti + 1) und g(ti + 1) des vorangegangenen Zyklus entsprechen. Somit erfolgt nunmehr ein Vergleich der zeitlichen Entwicklung der jeweiligen Werte zwischen den Zeitpunkten ti + 1 und ti + 2.
Wenn im Schritt Block 345 oben festgestellt wurde, dass der Korrekturwert h größer gleich dem Wert c(ti + 1) ist, dann geht die Prozeßsteuerung statt zum Schritt 350 zum Schritt 375 über. Im Schritt 375 wird ein Parameter P2(ti + 1) anhand von f(ti + 1) korrigiert. Wenn der Korrekturwert h größer als der Wert c(ti + 1) ist, dann zeigt dies beispielsweise an, dass ein unvorhergesehener Sprung bei der Erfassung des Meßsignals aufgetreten ist. Dies kann beispielsweise durch eine plötzliche Reflektivitätsänderung eines Wafers bedingt sein, wie zuvor beschrieben. Um dem Modell zur Berechnung der Vorhersagewerte zu ermöglichen, sich an eine solche plötzliche Reflektivitätsänderung anzupassen, wird daher der Parameter P2(ti + 1) anhand von f(ti + 1) korrigiert. Dabei stellt der Wert P2(ti + 1) beispielsweise einen Wert der Reflektivität eines Wafers zum Zeitpunkt ti + 1 dar. Der Parameter P2(ti + 1) kann beispielsweise auch ein Korrekturparameter sein, der eine Modellkorrektur über die Zustandswerte eines Modellsystems zu verschiedenen Zeiten berechnet oder ein Parameter, aus dem der Wert der Lampenhintergrundstrahlung berechnet werden kann.
Nach der Korrektur des Parameters P2(ti + 1) geht die Prozesssteuerung zum Schritt 380 über. Im Schritt 380 wird ein korrigierter Meßwert f*(ti + 1) aus f(ti + 1) und h berechnet (f*(ti + 1) = f(ti + 1, h)). Diese Berechnung kann beispielsweise in der zuvor unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen Art und Weise erfolgen.
Anschließend geht die Prozeßsteuerung zum Schritt 385 über, wo der Wert von f(ti + 1) durch den korrigierten Wert f*(ti + 1) ersetzt wird.
Anschließend geht die Prozeßsteuerung entweder zum Schritt 355 oder zum Schritt 340 über, wodurch unterschiedliche Optionen für den weiteren Verlauf des Prozesses vorgesehen werden. Die Prozeßsteuerung kann so ausgebildet sein, dass sie grundsätzlich nur einen Prozeßablauf oder parallel beide Prozeßabläufe als Optionen vorsieht, von denen eine auswählbar ist. Dabei kann die Auswahl beispielsweise durch einen Bediener vorab für einen jeweiligen Prozeß bestimmt sein. Es ist auch denkbar, dass in den Prozeß eine Entscheidungslogik vorgesehen ist, die beispielsweise anhand des Korrekturparameters oder weiterer Informationen entscheidet, ob zum Schritt 355 oder zum Schritt 340 übergegangen wird.
Im Schritt 355 würde f(ti + 1) direkt (mit dem korrigierten Wert von f*(ti + 1)) als Meßwert für den Zeitpunkt ti + 1 ausgegeben und anschließend würde die Prozeßsteuerung dem schon oben beschriebenen Prozeßablauf folgen.
Im Schritt 340 würde nochmals die zeitliche Entwicklung zwischen den Meßwerten f(ti) und f(ti + 1) einerseits und den Vorhersagewerten g(ti) und g(ti + 1) andererseits ermittelt und verglichen, wobei bei diesem Vergleich f(ti + 1) den korrigierten Wert von f*(ti + 1) besitzt. Anschließend würde wiederum dem schon oben beschriebenen weiteren Prozeßablauf gefolgt. Die zuletzt genannte Variante ermöglicht eine Überprüfung dahingehend, ob der korrigierte Meßwert eine ausreichende Korrektur vorsieht, und dieser Wert mit dem Modell ausreichend übereinstimmen würde. Wenn dies der Fall ist, wäre im Schritt 345 h < c(ti + 1), sodaß die Prozeßsteuerung über den Schritt 350 zum Schritt 355 übergehen und dort f(ti + 1) in korrigierter Form ausgegeben würde.
Als weitere Alternative wäre es auch möglich vom Schritt 385 zum Schritt 335 überzugehen, wo zunächst ein neuer Vorhersagewert g(ti + 1) unter Berücksichtigung des korrigierten Parameters P2(ti + 1) bestimmt würde, und dieser anschließend für den Vergleich im Schritt 340 verwendet würde. Dies würde nicht nur eine Überprüfung des korrigierten Meßwerts f(ti + 1) sondern auch des korrigierten Parameters P2(ti + 1) vorsehen. Um zu verhindern, dass sich die Prozeßsteuerung in einer Schleife bestehend aus den Schritten 340, 345, 375, 380, 385, (335), 340 aufhängt, könnte eine entsprechende Logik vorgesehen sein, dass diese Schleife für einen bestimmten Wert von i nur Y mal durchlaufen wird, wobei Y für eine normale Zahl, wie beispielsweise 1, 2 oder 3 steht. Beim Erreichen dieser Anzahl von Durchläufen für die obige Schleife für einen bestimmten Wert i würde die Prozeßsteuerung im Schritt 385 automatisch die Option des Schritts 355 wählen.
Nachfolgend wird eine weitere, geringfügige Variation des Flussdiagramms gem. 3 beschrieben. Könnten zum Beispiel unter einer Anzahl von Wafern mit bekannten Eigenschaften sich Wafer befinden, die mit einer Schicht versehen sind, welche bei einer bekannten Temperatur Tk einem Kristallisationsprozeß unterliegen, könnte beispielsweise h die aktuell gemessenen oder der aktuell berechneten Temperatur T entsprechen. Der Wert c(ti + 1) könnte eine erste extern vorgebbare Schwellenwerttemperatur T1 sein, welche kleiner ist als Tk und ein Wert d(ti) könnte eine zweite extern vorgebbare Schwellwerttemperatur T2 sein, die größer ist, als Tk. Die Abfrage im Schritt 340 könnte nun lauten: Liegt T zwischen T1 und T2 (d(ti + 1) ≥ h ≥ c(ti + 1)). Die Prozeßsteuerung würde dann wie in 3 gezeigt weiterlaufen.
4a zeigt Temperatur-Zeit-Kurven und 4b Reflektivität-Zeit-Kurven eines Wafers, dessen Reflektivität sich während einer thermischen Behandlung in einer Schnellheizanlage ändert. In 4a ist der Temperaturverlauf des Wafers gegen die Zeit aufgetragen. Die Kurve 400 zeigt die Soll-Temperatur in Grad Celsius nach der eine Temperaturregelung erfolgt. Die Kurve 410 zeigt die ermittelte Temperatur des Wafers als Funktion der Zeit bei einem herkömmlichen Temperaturermittlungsverfahren. Die Kurve 420 zeigt die ermittelte Temperatur des Wafers als Funktion der Zeit bei dem erfindungsgemäßen Temperaturermittlungsverfahren.
In 4b ist die zu diesem Prozess gehörende Reflektivität des Wafers in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen. Die Kurve 430 zeigt die ermittelten Rohdatenwerte für die Reflektivität des Wafers als Funktion der Zeit während des Aufheizvorgangs. Die Kurve 440 zeigt die Reflektivität des Wafers während des Aufheizvorgangs bei dem das herkömmliches Temperaturermittlungsverfahrens eingesetzt wurde, und die Kurve 450 zeigt die Reflektivität des Wafers während des Aufheizvorgangs bei dem das erfindungsgemäße Temperaturermittlungsverfahrens eingesetzt wurde.
Die Kurve 440 erscheint gegenüber den Rohdaten 430 in der Kurvenflanke zeitlich nach rechts versetzt. Grund dafür ist, daß Kurve 440 den Verlauf der Rohdaten nach der Glättung durch Filter darstellt. Da die bereits gemessenen Rohdaten 430 zu diesem Zweck über eine Anzahl von dem letzten Meßwert vorausgehenden Meßwerten gemittelt werden, verschiebt sich die resultierende Filterkurve 440 gegenüber den Rohdaten nach rechts. Demgegenüber erscheint die berechnete Reflektivität in Kurve 450 gegenüber den Rohdaten nach links versetzt.
Das Beispiel zeigt in 4a, daß bei Verwendung des Temperaturermittlungsverfahrens gemäß der Erfindung die ermittelte Temperaturkurve 420 einen der Realität besser entsprechenden Verlauf zeigt, als die Temperaturkurve 410. Die Kurve 410 zeigt einen Temperatureinbruch während der Reflektivitätsänderung des Wafers und reagiert zudem zeitlich erst nach Änderung der Reflektivität des Wafers mit einer Temperaturerhöhung. Ein solcher Temperatureinbruch tritt in der Realität aber nicht auf und ist darauf zurückzuführen, dass die Reflektivitätsänderung beim herkömmliche Temperaturermittlungsverfahren zu einer zeitweisen fehlerhaften Temperaturermittlung führt. Bei beiden Kurven entspricht im späteren Verlauf die ermittelte Temperatur der Soll-Temperatur (Kurve 400). Kurve 420 gibt den tatsächlichen Temperaturverlauf des Wafers realistischer wieder, als Kurve 410, da sie keinen Temperatureinbruch während der Heizphase aufweist.
5 zeigt Temperatur-Zeit-Kurven eines Wafers während seiner thermischen Behandlung, wobei der Wafer während der thermischen Behandlung eine Reflektivitätsänderung erfährt. Dabei zeigt die Kurve 460 den Verlauf der Soll-Temperatur des Wafers während einer thermischen Behandlung. Die Kurve 470 zeigt den entsprechenden tatsächlichen Verlauf der Temperatur des Wafers, während der thermischen Behandlung, wobei die Temperaturregelung auf der Grundlage eines herkömmlichen Temperaturermittlungsverfahrens erfolgt ist. Die Kurve 480 zeigt zeitlich Versetzt den gleichen Verlauf einer Soll-Temperatur wie Kurve 460. Die Kurve 490 zeigt den entsprechenden tatsächlichen Verlauf der Temperatur des Wafers, während der thermischen Behandlung, wobei die Temperaturregelung auf der Grundlage eines Temperaturermittlungsverfahrens gemäß der Erfindung erfolgt ist.
Anhand der Kurven läßt sich die Auswirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Temperaturregelung während einer thermischen Behandlung bei einem Wafer, der während der thermischen Behandlung eine Reflektivitätsänderung erfährt, erläutern. Ein Vergleich der beiden Kurvenpaare zeigt deutlich, daß ohne Verwendung des Temperaturermittlungsverfahrens gemäß der Erfindung im thermischen Plateau hohe Regelschwankungen auftreten, die bei Verwendung des Temperaturermittlungsverfahrens gemäß der Erfindung nicht auftreten. Dies läßt sich damit erklären, dass bei dem Temperaturermittlungsverfahrens gemäß der Erfindung eine Korrektur von Meßwerten durchgeführt wird, wenn deren zeitliche Entwicklung von der zeitlichen Entwicklung von durch ein Modellsystem berechneten Vorhersagewerten abweicht. Hierdurch kann verhindert werden, dass Parameteränderungen, wie z.B. die oben beschriebene Reflektivitätsänderung, einen fehlerhaften Einfluß auf die Bestimmung der Meßwerte (z.B. der Temperatur) hat.
Obgleich die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht auf die konkret dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere ist sie nicht auf die direkte Temperaturbestimmung eines zu behandelnden Objekts beschränkt. Beispielsweise kann bei dem oben beschriebenen System das Pyrometer auch auf einen anderen Gegenstand als dem zu behandelnden Objekt gerichtet sein (z.B. auf einen benachbart zum Objekt liegenden Hotliner), um dessen Temperatur zu ermitteln, die wiederum einen Rückschluß auf die Temperatur des zu behandelnden Objekts zuläßt. Auch lassen sich andere Parameter des Objekts oder eines anderen Gegenstands ermitteln. Insbesondere ist auch nicht notwendig, dass die Vorhersagewerte jeweils genau für die Zeitpunkte berechnet werden zu denen die jeweiligen Meßgrößen erfaßt werden. Die Vorhersagewerte müssen nur eine ausreichende zeitliche Nähe zu den jeweiligen Zeitpunkten der Meßwerterfassung aufweisen. Somit könnten die Vorhersagewerte auch für Zeitpunkte berechnet werden, die zwischen aufeinanderfolgenden, relevanten Meßwerterfassungen liegen.
Die Erfindung umfaßt auch Ausführungsformen, die sich durch die Kombination und/oder den Austausch von Merkmalen der beschriebenen Ausführungsformen ergeben. Das erfinderische Verfahren kann auch bei andern als den oben angesprochenen Systemen zur Temperaturbestimmung eines thermisch zu prozessierenden Objektes eingesetzt werden.

Claims

Verfahren zum Ermitteln von Meßwerten, die mit wenigstens einem Parameter eines Objekts (2) in einem Schnellheizsystem (1) in Beziehung stehen, bei dem die Meßwerte anhand wenigstens einer über die Zeit hinweg gemessenen Meßgröße in einem Meßsystem (80) ermittelt werden, und bei dem Vorhersagewerte für die Meßwerte in wenigstens einem Modellsystem (100) berechnet werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Berechnen eines ersten Meßwerts (f_t1) anhand der wenigstens einen Meßgröße, die zu einem ersten Zeitpunkt (t1) erfaßt wurde; b) Berechnen eines ersten Vorhersagewerts (g_t1) für den Meßwert zum ersten Zeitpunkt (t1), c) Berechnen eines zweiten Meßwerts (f_t2) anhand der wenigstens einen Meßgröße, die zu einem zweiten Zeitpunkt (t2) erfaßt wurde; d) Berechnen eines zweiten Vorhersagewerts (g_t2) für den Meßwert zum zweiten Zeitpunkt (t2); e) Vergleichen der zeitlichen Entwicklung zwischen erstem und zweitem Meßwert (f_t1, f_t2) mit der zeitlichen Entwicklung zwischen erstem und zweitem Vorhersagewert (g_t1, g_t2); f) Ermitteln eines korrigierten zweiten Meßwerts (f*_t2), wenn sich die zeitliche Entwicklung zwischen erstem und zweitem Meßwert (f_t1, f_t2) von der zeitlichen Entwicklung zwischen erstem und zweitem Vorhersagewert (g_t1, g_t2) unterscheidet; und g) Ausgeben des korrigierten zweiten Meßwerts (f*_t2) aus dem Meßsystem (80).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des korrigierten zweiten Meßwerts (f*_t2) nur dann erfolgt, wenn der Unterschied in der zeitlichen Entwicklung zwischen erstem und zweitem Meßwert (f_t1, f_t2) und der zeitlichen Entwicklung zwischen erstem und zweitem Vorhersagewert (g_t1, g_t2) einen vorbestimmten Wert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Meßsystem (80) als Meßgröße ein Ausgangssignal eines Strahlungsdetektors (50) ver wendet, der eine Temperaturstrahlung des sich im Schnellheizsystem befindenden Objektes (2) erfaßt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der berechnete Meßwert einen Wert für die Temperatur, Strahlung, Emissivität, Transmissivität und/oder die Reflektivität des Objekts (2) darstellt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Meßsystem (80) den Meßwert unabhängig von der Emissivität des Objekts (2) berechnet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturstrahlung des sich im Schnellheizsystem (1) befindlichen Objektes (2) während des thermischen Aufheizprozesses eines sich im Schnellheizsystem (1) befindenden Halbleiterwafers erfaßt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt f) der zweite Meßwert (f_t2) durch den zweiten Vorhersagewert (g_t2) ersetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt f) der korrigierte zweiter Meßwert (f*_t2) anhand des ersten Meßwerts (f_t1) und einem Verhältnis zwischen erstem und zweitem Vorhersagewert (g_t1; g_t2) berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt f) der korrigierte zweiter Meßwert (f*_t2) anhand der ersten und zweiten Meßwerte (f_t1; f_t2) sowie der ersten und zweiten Vorhersagewerte (g_t1; g_t2) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der korrigierte zweite Meßwert (f*_t2) anhand der folgenden Formel berechnet wird:
wobei f*_t2 den korrigierten zweiten Meßwert, f_t1 den ersten Meßwert, f_t2 den zweiten Meßwert, g_t1 den ersten Vorhersagewert und g_t2 den zweiten Vorhersagewert darstellt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte c) bis f) für weitere Meßwerte (f_{t3, 4, ...n}) und Vorhersagewerte (g_{t3, 4, ...n}) wiederholt werden, wobei der korrigierte zweite Meßwert (f*_t2), sofern eine Korrektur vorgenommen wurde, oder der zweite Meßwert (f_t2), sofern keine Korrektur vorgenommen wurde, als erster Meßwert (f_t1) und der zweite Vorhersagewert (g_t2) als erster Vorhersagewert (g_t1) genommen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Modellsystem (100) wenigstens ein Modell eines Halbleiterwafers umfaßt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Modellsystem (100) ein Modell einer Prozeßkammer des Schnellheizsystems (1) umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Modellsystem (100) wenigstens einen Modellwert für die Reflektivität des Objekts (2) beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Modellsystem (100) den Wert der das Objekt (2) umgebenden Hintergrundstrahlung berechnet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Modellsystem (100) wenigstens einen ersten veränderbaren Modellwert aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Modellsystem (100) wenigstens einen zweiten veränderbaren Modellwert aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17 dadurch gekennzeichnet, daß der erste veränderbare Modellwert geändert wird, wenn der Betrag der Differenz zwischen dem zweiten Meßwert (f_t2) des Meßsystems (80) und dem zweiten Vorhersagewert (g_t2) des Modellsystems (100) kleiner ist, als ein vorgegebener Wert.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18 dadurch gekennzeichnet, daß der zweite veränderbare Modellwert geändert wird, wenn der Betrag der Differenz zwischen dem zweiten Meßwert (f_t2) des Meßsystems (80) und dem zweiten Vorhersagewert (g_t2) des Modellsystems (100) größer ist, als ein vorgegebener Wert.
Verfahren nach Anspruch 14 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite veränderbare Modellwert den Modellwert für die Reflektivität des Objekts (2) beeinflußt.
Verfahren nach Anspruch 15 und 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite veränderbare Modellwert den Modellwert für die das Objekt (2) umgebende Hintergrundstrahlung beeinflußt.
Verfahren nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 4 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Modellsystem den Vorhersagewert für die vom Strahlungsdetektor (50) erfaßte Temperaturstrahlung berechnet.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der erste veränderbare Modellwert funktional vom Vorhersagewert der berechneten Temperaturstrahlung des Meßsystems abhängt.
Verfahren zur Bestimmung der Temperatur eines Objekts in einem Schnellheizsystem mit wenigstens einem Meßsystem das als Meßgröße wenigstens eine Temperaturstrahlung eines sich im Schnellheizsystem befindlichen Objektes erfaßt und anhand der Meßgröße einen Temperaturmeßwert ermittelt, wobei der Temperaturmeßwert durch ein Korrekturverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche korrigierbar ist.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrektur nur dann erfolgt, wenn der Temperaturmeßwert über einem vorbestimmten ersten Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrektur nur dann erfolgt, wenn einer der Vorhersagewerte des Modellsystems (100) über einem vorbestimmten ersten Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrektur nicht erfolgt, wenn der Temperaturmeßwert über einem vorbestimmten zweiten Schwellenwert liegt, der höher ist als der vorbestimmte erste Schwellenwert.
Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrektur nicht erfolgt, wenn einer der Vorhersagewerte des Modellsystems über einem vorbestimmten zweiten Schwellenwert liegt, der höher ist als der vorbestimmte erste Schwellenwert.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrektur nur dann erfolgt, wenn sich die Reflektivität des Objekts (2) um einen Wert ändert, der höher ist, als ein vorgegebener Wert.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrektur nur dann erfolgt, wenn ein gemessenes und/oder berechnetes Verhältnis aus Temperaturstrahlung des Objekts (2) zu einer insgesamt erfaßten Temperaturstrahlung einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 30, wobei das Objekt (2) ein Halbleiterwafer, ein Hotliner oder ein einen Halbleiterwafer umschließender Behälter ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 30, wobei das Objekt (2) zumindest zum Teil aus Quarz besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 30, wobei das Objekt (2) wenigstens ein Heizelement des Schnellheizsystems ist.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei das Heizelement eine Halogenlampe, eine Bogenlampe oder ein Laser ist.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei das Heizelement ein Widerstandsheizelement ist.
Vorrichtung zum Ermitteln wenigstens eines Meßwerts, der mit einem Parameter eines Objekts (2) in einem Schnellheizsystem (1) in Beziehung steht, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: wenigstens ein Meßsystem (80) zum Erfassen von zeitlich aufeinanderfolgenden Meßgrößen des Objekts (2) und zum Bestimmen von Meßwerten aus den Meßgrößen; wenigstens ein Modellsystem (100) des Schnellheizsystems, das Vorhersagewerte für die Meßwerte in Abhängigkeit von der Zeit berechnet; Mittel zum Vergleichen einer zeitlichen Entwicklung der Meßwerte mit der zeitlichen Entwicklung der Vorhersagewerte; und Mittel zum Korrigieren der Meßwerte, wenn sich die zeitliche Entwicklung zwischen zwei Meßwerten (f_t1, f_t2) von der zeitlichen Entwicklung zwischen zwei entsprechenden Vorhersagewerten (g_t1, g_t2) unterscheidet.