CN113571398A - 温度监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种温度监测方法，用于监测离子注入机台的晶圆托盘的温度，包括：获取离子注入机台正常工作情况下，用于晶圆托盘冷却的制冷机设置的第一温度范围；在所述第一温度范围内，调节所述制冷机的温度至至少两个温度节点，以在不同的温度节点下分别对不同样本晶圆进行离子注入工艺，并以热波测量所述样本晶圆表面以获得所述样本晶圆的热波值，确定热波值的标准范围；选取所述第一温度范围中一设定温度，在与所述样本晶圆相同的工艺参数的条件下，对测试晶圆进行离子注入工艺，并以热波测量所述测试晶圆表面以获得所述测试晶圆的热波值；根据所述测试晶圆的热波值与所述热波值的标准范围的关系，判断所述晶圆托盘的温度是否异常。

Description

温度监测方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种温度监测方法。
背景技术
随着半导体技术向大规模集成电路(Large Scale Integrated circuit，LSI)或超大规模集成电路(Very Large Scale Integrated circuit，VLSI)发展，半导体器件尺寸越来越小，对离子注入的精准度要求越来越高，同时对离子注入时晶圆的温度控制要求也越来越高。晶圆的温度不仅受离子注入的束流影响，还受到晶圆托盘的冷却效果的影响。
晶圆托盘的冷却通常采用水冷方式，参阅图1，所述晶圆托盘1内设置有冷却管路，所述冷却管路连接一循环管路2并最终接入制冷机3，所述制冷机3将水降温，再通过所述循环管路2将冷却后的水传送至所述晶圆托盘1，并通过调节制冷机1的温度设定控制循环管路2中的水温，从而调整晶圆托盘3的温度，使其符合制程要求。然而，在进行离子注入的过程中，离子注入机台的反应腔内形成一个高电压高真空的环境，此时，设置于所述反应腔内的晶圆托盘的温度无法直接测量，从而无法确认晶圆托盘的温度是否符合制程要求。同时，循环管路或晶圆托盘内部的冷却管路出现堵塞或漏水等异常情况也会对晶圆托盘的温度造成影响，因此，需要一种方法在离子注入过程中监测晶圆托盘的温度。
目前常用温度试纸对晶圆托盘的温度进行监测，具体的监控方法包括：参阅图2，将五片温度试纸41分别粘贴在一晶圆4表面的不同位置处，通过离子注入机台的传送单元将所述晶圆4放置在晶圆托盘上并进行离子注入工艺，观察完成离子注入后的晶圆4表面的温度试纸41的颜色变化情况，从而判断所述晶圆托盘的温度是否符合制程要求。参阅图3，所述温度试纸41包括四个温度阈值不同的测试区域T1-T4(参阅表1)，当环境温度超过所述测试区域的温度阈值时，所述测试区域变色。
表1.不同测试区域的温度阈值：
测试区域 温度阈值
T1 71℃
T2 77℃
T3 82℃
T4 88℃
然而，由于所述温度试纸41粘贴在晶圆的表面，因此，所述晶圆在完成温度测试后报废。同时，所述温度试纸的测试精度有限，且需要手动粘贴，可操作性差。
鉴于此，需要一种方法提高晶圆托盘的温度测试的精度和可操作性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种温度监测方法，简化了晶圆托盘温度的监测流程，控制方便，可操作性强。
为了达到上述目的，本发明提供了一种温度监测方法，用于监测离子注入机台的晶圆托盘的温度，包括：
获取离子注入机台正常工作情况下，用于所述晶圆托盘冷却的制冷机设置的第一温度范围；
在所述第一温度范围内，调节所述制冷机的温度至至少两个温度节点，以在不同的所述温度节点下分别对不同样本晶圆进行离子注入工艺，并以热波测量所述样本晶圆表面以获得所述样本晶圆的热波值，确定热波值的标准范围；
选取所述第一温度范围中一设定温度，在与所述样本晶圆相同的工艺参数的条件下，对测试晶圆进行离子注入工艺，并以热波测量所述测试晶圆表面以获得所述测试晶圆的热波值；
根据所述测试晶圆的热波值与所述热波值的标准范围的关系，判断所述晶圆托盘的温度是否异常。
可选的，在进行离子注入工艺之前，对所述样本晶圆和所述测试晶圆均进行快速热退火。
可选的，对所述样本晶圆和所述测试晶圆均进行快速热退火之后，进行离子注入工艺之前，还包括：
以热波测量所述样本晶圆和所述测试晶圆的表面以获得所述样本晶圆和所述测试晶圆的前值热波值；
根据所述样本晶圆和所述测试晶圆的前值热波值与一设定的前值热波值范围的关系，筛选出合格的所述样本晶圆和所述测试晶圆。
可选的，所述快速热退火的工艺温度为1050℃～1150℃，工艺时间为10s～30s，工艺气体包括氮气和氧气。
可选的，所述设定的前值热波值范围的包括600～700。
可选的，所述第一温度范围包括15℃～25℃，所述设定温度为20℃。
可选的，所述温度节点至少包括所述第一温度范围的最大值和最小值。
可选的，所述样本晶圆和所述测试晶圆均为P型晶圆。
可选的，所述离子注入工艺注入的离子包括硼离子。
可选的，所述工艺参数包括：注入能量为30KeV，注入剂量为6×1013。
综上所述，本发明提供一种温度监测方法，用于监测离子注入机台的晶圆托盘的温度，包括：获取离子注入机台正常工作情况下，用于所述晶圆托盘冷却的制冷机设置的第一温度范围；在所述第一温度范围内，调节所述制冷机的温度至至少两个温度节点，以在不同的所述温度节点下分别对不同样本晶圆进行离子注入工艺，并以热波测量所述样本晶圆表面以获得所述样本晶圆的热波值，确定热波值的标准范围；选取所述第一温度范围中一设定温度，在与所述样本晶圆相同的工艺参数的条件下，对测试晶圆进行离子注入工艺，并以热波测量所述测试晶圆表面以获得所述测试晶圆的热波值；根据所述测试晶圆的热波值与所述热波值的标准范围的关系，判断所述晶圆托盘的温度是否异常。本发明简化了晶圆托盘温度的监测流程，控制方便，可操作性强。此外，本发明还提高了晶圆托盘温度的监测精度。
附图说明
图1为一离子注入机台的水冷循环结构示意图；
图2为一粘贴有温度试纸的晶圆的示意图；
图3为一温度试纸的结构示意图；
图4为本发明一实施例所述的温度监测方法的流程图；
图5为本发明一实施例所述的温度监测方法中采样温度与样本热波值的关系曲线；
其中，附图标记如下：
1-晶圆托盘；2-循环管路；3-制冷机；4-晶圆；41-温度试纸。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
图4为本发明一实施例所述的温度监测方法的流程图。参阅图4，本实施例所述的温度监测方法用于监测离子注入机台的晶圆托盘的温度，包括：
步骤S01：获取离子注入机台正常工作情况下，用于所述晶圆托盘冷却的制冷机设置的第一温度范围；
步骤S02：在所述第一温度范围内，调节所述制冷机的温度至至少两个温度节点，以在不同的所述温度节点下分别对不同样本晶圆进行离子注入工艺，并以热波测量所述样本晶圆表面以获得所述样本晶圆的热波值，确定热波值的标准范围；
步骤S03：选取所述第一温度范围中一设定温度，在与所述样本晶圆相同的工艺参数的条件下，对测试晶圆进行离子注入工艺，并以热波测量所述测试晶圆表面以获得所述测试晶圆的热波值；
步骤S04：根据所述测试晶圆的热波值与所述热波值的标准范围的关系，判断所述晶圆托盘的温度是否异常。
下面结合图5详细说明本实施例所述的温度监测方法。
首先，执行步骤S01，获取离子注入机台正常工作情况下，用于所述晶圆托盘冷却的制冷机设置的第一温度范围。需要说明的是，所述第一温度范围为符合工艺制程要求的温度范围，本实施例中，所述第一温度范围为15℃～25℃，在本发明的其他实施例中，所述第一温度范围可以根据离子注入机台的相关参数及离子注入工艺的工艺参数进行调整，本发明对此不作限制。
随后，执行步骤S02，在所述第一温度范围内，调节所述制冷机的温度至至少两个温度节点，以在不同的所述温度节点下分别对不同样本晶圆进行离子注入工艺，并以热波测量所述样本晶圆表面以获得所述样本晶圆的热波值，确定热波值的标准范围。可选的，所述温度节点至少包括所述第一温度范围的最大值和最小值，即15℃和25℃。需要说明的是，所述温度节点的个数和具体取值可以根据实际需要进行调整，本发明对此不作限制。
示例性的，选取三个温度节点15℃、20℃和25℃，在三个不同的所述温度节点下分别对三个样本晶圆进行离子注入工艺，并以热波测量所述样本晶圆表面以获得所述样本晶圆的热波值，详见表2。
表2.不同温度节点下的离子注入工艺后不同样本晶圆对应的热波值：
采样温度 样本晶圆的热波值
15℃ 7889.93
20℃ 7750.86
25℃ 7601.63
接着，获取热波值的标准范围，所述标准范围的最大值和最小值分别为所有的所述样本晶圆的热波值的最大值和最小值。根据表2可知，所述热波值的最大值和最小值分别为7889.93和7601.63，因此，所述热波值的标准范围为7601.63～7889.93。
图5为根据所述表2绘制而成的温度节点与样本晶圆的热波值的关系曲线。参阅图5，温度节点与样本晶圆的热波值的标准曲线为：
y＝-28.83x+8324.1 (1)
R2＝0.9996
其中，x为温度节点，且x的取值范围为所述第一温度范围，即15℃～25℃，y为所述样本晶圆的热波值，所述标准曲线的R2为0.9996，十分接近于1，可知所述标准曲线的拟合程度较好。
需要说明的是，在本发明的其它实施例中，若所有温度节点的取值均不是所述第一温度范围的最大值和最小值，则在所有的所述温度节点下测量得到的热波值的范围会小于本实施例中测量得到的所述热波值的标准范围，此时，可以通过数据处理得到温度节点与样本晶圆的热波值的标准曲线，并将所述第一温度范围的最大值和最小值代入所述标准曲线，从而得到相应的热波值的标准范围。例如，若所述第一温度范围为15℃～25℃，所述温度节点包括18℃和20℃，则实际测量得到的热波值的范围为18℃～20℃对应的热波值的范围，小于所述第一温度范围对应的热波值的标准范围，此时，可以根据所述温度节点及其对应的热波值绘制相应的标准曲线，并将所述第一温度范围的最大值(即25℃)和最小值(15℃)代入所述标准曲线，从而得到所述第一温度范围对应的热波值的标准范围。
随后，执行步骤S03，选取所述第一温度范围中一设定温度，在与所述样本晶圆相同的工艺参数的条件下，对测试晶圆进行离子注入工艺，并以热波测量所述测试晶圆表面以获得所述测试晶圆的热波值。本实施例中，所述样本晶圆和所述测试晶圆的离子注入工艺的工艺条件相同，以排除离子注入工艺的工艺条件变化对样本热波值的影响。示例性的，所述离子注入工艺注入的离子包括硼离子，所述离子注入工艺的工艺参数还包括：注入能量为30KeV，注入剂量为6×1013。本实施例中，所述样本晶圆和所述测试晶圆均为P型晶圆，在本发明的其他实施例中，所述样本晶圆和所述测试晶圆的种类也可以根据实际需要进行选择，例如均为N型晶圆，本发明对此不作限制。
此外，在对所述样本晶圆和所述测试晶圆进行离子注入工艺之前，可以对所有的所述样本晶圆和所述测试晶圆进行快速热退火，以修复晶格缺陷，使所有的所述样本晶圆和所述测试晶圆的晶格初始状态一致。示例性的，所述快速热退火的工艺温度为1050℃～1150℃，工艺时间为10s～30s，工艺气体包括氮气和氧气，且氧气在反应腔内的气体百分比浓度为5％。
可选的，对所述样本晶圆和所述测试晶圆进行快速热退火之后，进行离子注入工艺之前，还包括：以热波测量所述样本晶圆和所述测试晶圆的表面以获得所述样本晶圆和所述测试晶圆的前值热波值；根据所述样本晶圆和所述测试晶圆的前值热波值与一设定的前值热波值范围的关系，筛选出合格的所述样本晶圆和所述测试晶圆。示例性的，所述设定的前值热波值范围为600～700，即前值热波值在所述设定的前值热波值范围内的样本晶圆和测试晶圆为合格晶圆。需要说明的是，所述快速热退火和前值热波值的测量过程的主要目的在于筛选合格且品质相同的样本晶圆和测试晶圆，若所述样本晶圆和测试晶圆的来源稳定，则可省略上述过程。
接着，执行步骤S04，根据所述测试晶圆的热波值与所述热波值的标准范围的关系，判断所述晶圆托盘的温度是否异常。当所述测试晶圆的热波值在所述热波值的标准范围内时，说明循环管路或晶圆托盘内部的冷却管路未出现堵塞或漏水等异常情况，所述制冷机可以正常调节所述晶圆托盘的温度，且所述晶圆托盘的温度正常。
此外，可以将所述测试晶圆的热波值代入所述标准曲线(即公式(1))，反推出所述测试晶圆进行离子注入工艺时所述晶圆托盘的实际温度，对比所述设定温度和所述实际温度的差值即可判断所述晶圆托盘的温度是否正常以及所述制冷机对所述晶圆托盘的温度调节情况，从而判断循环管路或晶圆托盘内部的冷却管路是否出现堵塞或漏水等异常情况。与现有方法相比，本实施例所述的温度监测方法可以通过标准曲线推算所述晶圆托盘的实际温度，极大提高了晶圆托盘温度的监测精度，简化了监测流程，控制方便，可操作性强。
相应地，可以根据所述温度监测方法预设一种控片流程，按照离子注入工艺和热波测量的周期和频率控制晶圆的传送速率；在一个工艺周期内，系统自动分配一片晶圆进入离子注入机台，以预先设置的工艺条件进行离子注入工艺；随后，将所述晶圆传送至热波测量机台以量测所述晶圆的热波值；接着，将所述热波值输入统计过程控制(StatisticalProcess Control，SPC)中，根据预设好的热波值的标准范围范围自动判断所述热波值是否符合规格，若不符合规格，则系统会给出提示。
综上，本发明提供一种温度监测方法，用于监测离子注入机台的晶圆托盘的温度，包括：获取离子注入机台正常工作情况下，用于所述晶圆托盘冷却的制冷机设置的第一温度范围；在所述第一温度范围内，调节所述制冷机的温度至至少两个温度节点，以在不同的所述温度节点下分别对不同样本晶圆进行离子注入工艺，并以热波测量所述样本晶圆表面以获得所述样本晶圆的热波值，确定热波值的标准范围；选取所述第一温度范围中一设定温度，在与所述样本晶圆相同的工艺参数的条件下，对测试晶圆进行离子注入工艺，并以热波测量所述测试晶圆表面以获得所述测试晶圆的热波值；根据所述测试晶圆的热波值与所述热波值的标准范围的关系，判断所述晶圆托盘的温度是否异常。本发明简化了晶圆托盘温度的监测流程，控制方便，可操作性强。此外，本发明还提高了晶圆托盘温度的监测精度。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种温度监测方法，用于监测离子注入机台的晶圆托盘的温度，其特征在于，包括：
获取离子注入机台正常工作情况下，用于所述晶圆托盘冷却的制冷机设置的第一温度范围；
在所述第一温度范围内，调节所述制冷机的温度至至少两个温度节点，以在不同的所述温度节点下分别对不同样本晶圆进行离子注入工艺，并以热波测量所述样本晶圆表面以获得所述样本晶圆的热波值，确定热波值的标准范围；
选取所述第一温度范围中一设定温度，在与所述样本晶圆相同的工艺参数的条件下，对测试晶圆进行离子注入工艺，并以热波测量所述测试晶圆表面以获得所述测试晶圆的热波值；
根据所述测试晶圆的热波值与所述热波值的标准范围的关系，判断所述晶圆托盘的温度是否异常。
2.如权利要求1所述的温度监测方法，其特征在于，在进行离子注入工艺之前，对所述样本晶圆和所述测试晶圆均进行快速热退火。
3.如权利要求2所述的温度监测方法，其特征在于，对所述样本晶圆和所述测试晶圆均进行快速热退火之后，进行离子注入工艺之前，还包括：
以热波测量所述样本晶圆和所述测试晶圆的表面以获得所述样本晶圆和所述测试晶圆的前值热波值；
根据所述样本晶圆和所述测试晶圆的前值热波值与一设定的前值热波值范围的关系，筛选出合格的所述样本晶圆和所述测试晶圆。
4.如权利要求2所述的温度监测方法，其特征在于，所述快速热退火的工艺温度为1050℃～1150℃，工艺时间为10s～30s，工艺气体包括氮气和氧气。
5.如权利要求3或4所述的温度监测方法，其特征在于，所述设定的前值热波值范围的包括600～700。
6.如权利要求1所述的温度监测方法，其特征在于，所述第一温度范围包括15℃～25℃，所述设定温度为20℃。
7.如权利要求1所述的温度监测方法，其特征在于，所述温度节点至少包括所述第一温度范围的最大值和最小值。
8.如权利要求1所述的温度监测方法，其特征在于，所述样本晶圆和所述测试晶圆均为P型晶圆。
9.如权利要求8所述的温度监测方法，其特征在于，所述离子注入工艺注入的离子包括硼离子。
10.如权利要求9所述的温度监测方法，其特征在于，所述工艺参数包括：注入能量为30KeV，注入剂量为6×1013。
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