CN113939720A - 利用高温计校正衬底温度的方法以及装置 - Google Patents

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Abstract

一种方法可包括将位于第一腔室中的衬底加热到台板温度，加热包括对位于台板上的衬底进行加热；利用接触式温度测量来测量第一腔室中的台板温度；在加热之后将衬底转移到第二腔室；以及在将衬底转移到第二腔室之后利用光学高温计测量电压衰减，以测量高温计电压随时间的变化。

Description

利用高温计校正衬底温度的方法以及装置
相关申请
本申请主张2019年5月31日提出申请的标题为“利用高温计校正衬底温度的方法(METHOD FOR CALIBRATION OF SUBSTRATE TEMPERATURE USING PYROMETER)”的美国临时专利申请第62/855,465号的优先权，且所述美国临时专利申请的全文并入本案供参考。
技术领域
本发明实施例涉及在升高的温度下进行衬底处理，且更确切来说涉及准确的衬底温度测量及控制。
背景技术
在高温下处理衬底经常需要在处理之前对衬底进行预加热。举例来说，可在工艺工具的第一腔室(预加热腔室或站)中对衬底进行预加热，且随后将衬底转移到第二腔室(工艺腔室)或站以实行给定操作，例如离子植入、化学气相沉积(chemical vapordeposition，CVD)、物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)、衬底蚀刻或其他适合的工艺。
在预加热腔室(或预加热站)中对衬底进行加热常常涉及与在工艺腔室中进行加热不同的加热装置。举例来说，工艺腔室可采用电阻式加热或类似加热，其中对台板进行加热并通过传导、对流和/或辐照的组合将热量转移到衬底。可通过加热灯或其他非接触式方法来对预加热腔室进行加热。
同样地，可在不同的腔室中通过不同的技术实行衬底温度测量。举例来说，可通过接触式方法实行衬底温度测量，例如利用热电偶(thermocouple，TC)来直接测量从衬底或台板传导到热电偶的热量(TC接触式方法)。此TC接触式方法要求衬底的表面或晶片的表面与TC之间具有良好的热传导性。在高真空环境中，TC的表面与晶片之间的微小间隙可显著地减弱此传导性。此种减小可导致在接触期间TC温度与晶片表面温度之间存在大的偏差。TC温度与晶片温度之间的偏差可根据接触压力而变化，所述变化继而可致使需要更复杂的系统来控制TC接触力。
可通过使气体(例如，N2)在TC与晶片表面之间流动来减小热传导偏差。注意，此种对流动气体的利用会因引入递送及控制气流的系统而增大系统复杂性及成本。
另外，当用户改变工艺晶片的背侧的厚度或材料涂层时，此TC接触偏差可发生意料之外的变动。这些涂层可为客户所特有，且可不对负责设定衬底温度控制的工具(工艺设备)制造商公开。因此，制造商可难以帮助客户解决与衬底上的背侧涂层的改变有关的温度偏差。
此外，在包括预加热腔室或站的工艺工具中，工艺协议可要求将衬底加热到接近所期望衬底或目标衬底的温度以对衬底进行处理，所述温度在本文中可被称为“工艺温度”。与此同时，可利用测量工具(例如，热电偶)将工艺腔室中的衬底固持器或台板的衬底温度设定为在工艺腔室中的工艺温度，以确立工艺温度。注意，当在预加热腔室与工艺腔室之间转移衬底时，实际的衬底温度可发生改变。另外，在预加热阶段中利用接触式方法测量衬底温度可对衬底造成不期望出现的损坏，例如划伤。举例来说，将TC以机械方式按压到晶片中经常需要附加的电动机及机构，这些装置可增大预加热站的成本及复杂性。另外，在校正期间将TC按压到晶片表面中的操作可对晶片表面造成微小划伤，这种损坏可在校正之后造成污染工艺晶片的粒子。
另外，因TC自身质量所带来的折衷也可需要考虑在内。TC越重，温度将越稳定且越准确，但经常也会造成响应越缓慢，此响应可减小机器的总吞吐量。TC越轻，温度响应越迅速，但信号也可能会越嘈杂且越不稳定。
鉴于这些考虑及其他考虑，提供本公开。
发明内容
在一个实施例中，一种方法可包括对位于第一腔室中的台板上的衬底进行加热，其中所述台板由台板温度进行表征。所述方法可包括利用接触式温度测量来测量所述第一腔室中的所述台板温度；在所述加热之后将所述衬底转移到第二腔室；以及在将所述衬底转移到所述第二腔室之后利用光学高温计测量电压衰减，以测量高温计电压随时间的变化。
在另一实施例中，一种方法可包括：发送加热信号以将工艺腔室中的衬底台板加热到台板温度；通过接触式温度测量来测量所述台板温度；以及当所述衬底台板处于所述台板温度时，发送第一转移信号以将衬底转移到所述工艺腔室中的所述衬底台板。所述方法可包括：在温度稳定化间隔之后，在转移时刻，发送第二转移信号以将所述衬底从所述工艺腔室转移并将所述衬底放置在预加热站中的衬底位置上。所述方法可还包括从光学高温计接收随时间变化的多个电压读数，所述光学高温计在所述衬底放置在所述衬底位置上时测量所述衬底；以及产生包括多个读数的电压衰减曲线达预定时间间隔。
在又一实施例中，提供一种存储计算机可读程序代码的非暂时性计算机可读存储介质，所述计算机可读程序代码可由处理器执行以发送加热信号，以将位于工艺腔室中的衬底台板加热到工艺温度。所述计算机可读程序代码可由处理器执行以发送记录信号，以通过接触式温度测量来记录所述台板温度；以及当所述衬底台板处于所述台板温度时，发送第一转移信号，以将衬底转移到所述工艺腔室中的所述衬底台板。所述计算机可读程序代码可由处理器执行以在温度稳定化间隔之后，在转移时刻，发送第二转移信号，以将所述衬底从所述工艺腔室转移并将所述衬底放置在预加热站中的衬底位置上。所述计算机可读程序代码可由处理器执行以从光学高温计接收随时间变化的多个电压读数，所述光学高温计在所述衬底放置在所述衬底位置上时测量所述衬底；以及产生包括多个读数的电压衰减曲线达预定时间间隔。
附图说明
图1-3一起说明根据本公开实施例的高温计温度衰减校正(Pyrometer TempDecay Calibration，PTDC)方法。
图4呈现示出基于图3的校正点的温度对高温计电压的简单趋势线的图表。
图5是呈现示出从高温计得出的晶片温度估计对TC晶片所测量的实际温度的示例性曲线的曲线图。
图6说明示例性电压对温度曲线，示出在假设晶片的开始温度与工艺台板的开始温度之间的偏差为零的情况下对初始校正趋势线(虚线)做出修正的修正(实线)趋势线。
图7呈现根据本公开实施例的工艺流程。
图8示出根据本公开实施例的控制器。
具体实施方式
在本发明实施例中，不使用接触测量(例如TC)，而是可采用高温计来测量预加热阶段期间的晶片温度。利用非接触式技术(例如，光学高温计(或仅称为“高温计”))来测量衬底可避免例如划伤衬底等问题以及上文所述的其他问题。虽然利用非接触式方法测量预加热腔室中的衬底温度的同时利用接触式方法测量工艺腔室中的衬底温度在原则上可能会造成测量不确定性，但本文中所公开的实施例提供新颖方法来将高温计校正到恰当温度，从而避免前述问题。
根据本发明实施例，为先校正高温计的输出，首先利用直接或间接接触衬底或晶片的TC。此方法的新颖性在于在高温计校正期间避免在预加热站中利用TC，而是利用远程工艺站处的台板中的嵌置式TC进行间接温度测量，以将处于已知温度的晶片递送到预加热站。在常见配置中，远程工艺台板可已配备有在台板表面与晶片之间递送惰性气体(例如N2)以改善热传导的系统，因此嵌置式TC将提供对实际晶片温度的较好估计。因此，本发明实施例可使用工艺腔室台板中的已有硬件来将衬底提供到预加热腔室，其中在借助工艺腔室中存在的硬件将衬底递送到预加热站时，衬底温度是已知的，因而在预加热站中不需要TC。
简言之，在利用高温计测量晶片温度之前，利用在已知温度范围内被加热的晶片来校正高温计的输出。在本发明实施例未采用的一种可能方法中，校正高温计将要求预加热站配备有高温计，且还具有将TC连接到处于不同温度的晶片的构件，因此同时测量高温计输出(例如，0V到10V)及TC温度。
理想情况是，在高温计校正期间，准确测量晶片温度的方式是利用晶片表面永久地嵌置或附接有TC的TC测试晶片。注意，利用TC测试晶片进行高温计校正存在数个缺点：A)由于一组给定晶片中的工艺晶片可专供给某一客户，因此针对构成具有不同辐射率的不同晶片类型的每一组待处理晶片，客户将需要提供单独的TC测试晶片。此方法可过于耗时且昂贵。B)TC测试晶片的无线版本是庞大的且无法适配地穿过晶片处置腔室中的晶片站之间的狭窄开口。C)TC测试晶片的有线版本具有附属配件(attached harness)，这会局限晶片在处置腔室中的行进。D)庞大的无线版本及有线版本两者皆可需要在校正之前给衬底处理工具开孔，以先将TC测试晶片放置就位，才可将晶片放回到高真空中。由于开孔会导致机器从开孔到“恢复高真空(re-hivac)”长周期地停机，且要进行清理在真空循环期间激起的粒子的过程，因此不期望给衬底处理工具(例如半导体工具)开孔。E)替代方法是在高温计校正期间将TC按压到晶片中。此方法避免TC嵌置式测试晶片方法的真空循环停机及晶片运动局限，且可用于校正具有不同辐射率的每一客户晶片类型。然而，此方法也有缺点。这些缺点包括上文所论述的前述问题，包括利用TC的传统晶片温度测量技术的缺点。
在本公开的各种实施例中，呈现高温计温度衰减校正(PTDC)方法以在预加热站中不使用TC测试晶片或温度探针的情况下校正预加热站高温计。在衬底处理工具中在高温(例如，200℃到800℃)下处理的晶片可在递送到工艺腔室或工艺站中的工艺台板之前在预加热站处被预加热。为实现工艺可重复性，可需要在预加热阶段期间测量衬底温度。以下实施例详述在校正期间无需将热电偶(TC)附接或按压到晶片中的情况下针对工艺晶片(例如，热辐射率未知的专供工艺晶片)校正预加热站高温计的方法。由于这些方法是非浸入性的，因此可在满负荷衬底生产运行期间重复使用所述方法，以周期性地验证系统校正。
概括地说，采用PTDC方法的本发明实施例测量聚焦于晶片(本文中所利用的用语“晶片”一般来说可用于意指“衬底”，除非有不同指示)的高温计的信号衰减响应。在将晶片从远程站或工艺腔室移除之后在冷却的过程中将晶片定位在本地预加热站中时，测量信号衰减，其中已通过已知手段对晶片进行预先加热且已通过已知方法测量初始温度。举例来说，可首先在离子植入器的植入站中或另一选择为在专用晶片加热腔室中将晶片加热到所测量的晶片温度，其中这些地点中的任一者皆可被视为工艺腔室。在本发明实施例中，测量或校正系统可使曲线拟合此高温计冷却衰减响应(伏特)，且可外推到代表已从高温计读取的电压值的电压电平，所述电压值是在高温计直接指向在被移除之前定位在处于稳定温度的植入站或工艺腔室中时的晶片的情况下读取。此外推为预加热站提供高温计(伏特)对晶片温度(℃)校正点。结果是在给定校正曲线循环内，每一已知开始温度及后续衰减响应将有单个校正点(V对℃)。有利的是，在于所期望温度范围(例如，350℃到600℃)内采集足够数目的校正点且计算这些点之间的趋势线之后，处理系统能够从预加热站中的高温计读数确定晶片温度。
注意，在校正期间所利用的特定类型晶片的红外线(infrared，IR)辐射率可改变冷却衰减响应曲线。举例来说，高辐射率晶片(碳)将比辐射率较低的标准硅晶片更快地冷却。因此，碳晶片冷却的衰减响应将比硅晶片的衰减响应快。鉴于以上内容且根据本公开实施例，可使红外线辐射率显著不同的每一晶片类型经受校正过程，以针对具有所述红外线辐射率的所述晶片类型产生特定校正曲线。因此，在各种实施例中，系统可包括存储所述特定晶片类型的高温计校正数据(例如，高温计校正曲线)的一个(或多个)非暂时性计算机可读存储介质，如此处理工具可在处理之前进行切换，以在所述特定晶片类型到达预加热站时利用特定的高温计校正曲线。
在各种实施例中，在加载所存储的特定类型晶片的校正曲线之后，处理系统能够利用给定高温计读数将晶片预加热到可重复温度。可对此预加热温度加以控制以达到最优吞吐量及工艺结果。此外，由于此方法是非浸入性的且可对实际工艺晶片起作用，因此可在满负荷生产期间周期性地测量此冷却衰减响应，以确保校正处于工艺控制限度内。根据本公开的一些实施例，此周期性“健康检查(health check)”可在高温计电子器件、配线、光学对齐等存在问题的情况下停止系统并向操作者发出警报。此外，在一个实施例中，可对每一盒的第一晶片使用此健康检查，以在启用对应的校正曲线时确保晶片所属的晶片类型具有正确的温度响应。
以下各图及流程图示出用于定位在处理工具(例如，被设计成在远程植入站处处理晶片的离子植入器)的预加热腔室中的高温计的高温计温度衰减校正(PTDC)方法的实例。本发明实施例的校正操作在将晶片递送到预加热站(处于稳定的温热温度)以得到冷却衰减响应之前，使晶片从工艺腔室中的工艺台板上的已知且稳定的衬底温度开始“反向”循环。简言之，本发明实施例可用于促使利用光学高温计所记录的衬底的实验衬底温度来在腔室(例如，预加热腔室)中将工艺衬底(产品衬底)准确地加热到目标温度。继而，通过以下方式确定实验衬底温度：输出由来自工艺衬底的辐射而在光学高温计中产生的实验电压，并将所述实验电压映射到校正曲线上的对应衬底温度。在以下实施例中详述此种校正曲线的形成。
图1-3一起说明根据本公开实施例的高温计温度衰减校正(PTDC)方法。确切来说，PTDC方法用于获得针对550℃的高温计校正点(伏特)。图1中示出处理系统，所述处理系统被示出为系统100，包括加载锁102、转移腔室104、预加热站106及工艺腔室或工艺站108。根据下文进一步详述的一些实施例，可通过控制系统或控制器110控制PTDC方法的一个或多个操作。
在第一操作(阶段1)中，将晶片(未单独示出)放置在远程加热站上，例如放置在工艺腔室(例如，工艺站108)中的衬底台板(被示出为工艺台板101)上，其中衬底台板已被加热到高达550℃。可根据已知技术(例如，对台板进行电阻式或电感式加热及利用例如TC等接触式温度测量进行的测量)在远程加热站中对晶片实行加热及对晶片温度实行测量。还可在于台板表面与晶片之间施加背侧气体的同时使用嵌置在台板中的TC实现加热及温度测量。如此，视远程加热站中的确切的装置及条件而定，晶片已达到平衡温度，例如比工艺台板温度低近似10℃到50℃。注意，此10℃到50℃的晶片温度偏差可主要取决于利用斯特藩-玻尔兹曼定律(Stefan-Boltzmann law)的红外线辐照。影响开始台板温度与晶片温度之间的此偏差的其他因素包括存在于晶片上的背侧气体压力、将晶片夹钳到衬底台板的力及晶片类型辐射率。为说明的简单起见且根据一些实施例，此偏差可被假定为零。根据其他实施例(稍后加以阐述)，可实行附加操作以将此偏差考虑在内从而提高总校正准确性。
在晶片的温度稳定在近似550℃之后，将此550℃的晶片(假定无偏差)尽可能快地移动到预加热站106并放置在晶片位置103上，以获得初始高温计读数及后续冷却衰减响应。将温度稳定在550℃的晶片定位在工艺台板101上时与将晶片放置在预加热站106处并进行初始测量之间所经过的时间或转移间隔可为近似7.5秒。然而，实施例并不仅限于此情景，而是转移时间可以是更少的秒数或更多秒。
在各种实施例中，在将衬底放置在预加热站中之前，可将预加热站预加温到目标预加温温度，其中可将此目标预加温温度设定在一定温度范围中。举例来说，为进行每一校正点测量，可将预加热站中的加热灯设定为“保温”值，因此周围壁热稳定在50℃到150℃之间的温度。在其他实施例中，预加热站可被放置在室温下，或可被加热到高于150℃。此种对周围壁的加热确保背景红外线辐照对高温计读数的效应对于每一校正点来说不会显著不同。在其他实施例，在校正期间可使预加热站保持在“冷”室温，以在校正期间减少背景红外线辐照，否则背景辐照可能会给高温计读数增加不期望出现的伪影。
在此晶片转移间隔(例如，7.5秒)期间，高温计105可聚焦于预加热站106的晶片位置103，而注意由于晶片尚未到达预加热站106，因此高温计105上尚无读数(例如，高温计的读数可接近零伏特)。由于高温计读数的此间隙，冷却衰减曲线稍后被外推(下文予以阐述)到零时间以获得校正点，其中零时间代表加热衬底从工艺台板101到预加热站106的转移开始的转移时刻。
一旦将晶片转移到预加热站106中，则已通电并运行的高温计105开始读取晶片温度，如电压的急剧增大所代表的。确切来说，高温计105的高温计信号电压跃升到初始值，如图2中的曲线202(实线)的垂直部分或陡峭部分所示。
然后，通过高温计测量晶片的温度衰减响应。换句话说，当晶片留在预加热站106中时，晶片将从刚被放置在预加热站106中的初始温度自然冷却(由时间＝7.5秒代表(图2中的线201))。在一些实施例中，随后将晶片维持在预加热站106中达30秒到数分钟，如此可记录高温计的温度衰减响应(参见曲线203)。如所示，曲线203实际上是电压衰减响应，代表在晶片温度降低时高温计电压随时间的衰减。
根据一些实施例，应用曲线拟合，例如将最小二乘法、多项式曲线拟合(polynomial curve fit)应用到高温计电压衰减信号(曲线203)，如此可在转移间隔0到7.5秒内(线201)(在此期间没有高温计读数)将曲线203外推(曲线204)回到时间＝0的转移时刻(点205)，如曲线204(虚线)所示。
结果是产生曲线204(虚线)，其中通过将水平线(206)从垂直线在T＝0秒处与曲线204的交叉点延伸到Y轴来确定外推得出的T＝0秒(点205)处的高温计电压值，所述高温计电压值对应于晶片转移时刻。
在一些实施例中，在与T＝0秒(点205)对应的转移时刻，将提供给工艺站108中的衬底的背侧气体(backside gas，BSG)关断，随后将衬底从衬底固持器松开(此时晶片开始冷却)。如图2的实例中所说明，此一系列操作可使得产生高温计校正数据点，以使得如果在晶片位于工艺站108中的处于550℃的工艺台板101上时进行测量，则晶片的高温计读数将是近似8伏特。
注意，测量工艺腔室中的台板温度、在加热之后将衬底转移到预加热腔室及在转移衬底之后测量电压衰减可被视为构成校正循环。此外，曲线拟合(例如，多项式函数拟合)、将电压衰减曲线外推到零时间及确定零时间高温计电压的组合可被视为构成校正曲线循环。如下文详述，可重复所述循环以基于给定的高温计读数来产生用于确定给定衬底的衬底温度的趋势线。
图3示出如何利用此同一种方法在不同的衬底温度下获得更多校正点。举例来说：针对已开始位于工艺站中的处于500℃的工艺温度(意指准确测量的工艺台板温度)下的工艺台板上的晶片计算高温计衰减曲线，如由标示为301的操作序列代表。针对已开始位于处于450℃下的工艺台板上的晶片计算高温计衰减曲线，如由标示为302的操作序列代表。针对已开始位于处于400℃下的工艺台板上的晶片计算高温计衰减曲线，如由标示为303的操作序列代表。针对已开始位于处于350℃下的工艺台板上的晶片计算高温计衰减曲线，如由标示为304的操作序列代表。在每一种情形中，基本情况皆涉及从处于给定工艺温度的工艺台板转移，其中转移间隔(线201)为7.5秒。在高温计电压读数(曲线202)的初始跃升(即在发起转移工艺之后的7.5秒处给定衬底温度的特性)之后的是，随着衬底冷却，电压随时间而衰减。
图4呈现示出基于电压-台板温度数据点的衬底温度对高温计电压的趋势线401或校正曲线的图表，所述电压-台板温度数据点是由将Y轴的截距对应到截取在T＝0秒处的高温计值的水平线而获取。继而，在T＝0秒处的高温计电压值代表垂直线在T＝0秒处与经外推曲线(虚曲线)的交叉点，所述经外推曲线是从以实线示出的图3所示所测量的高温计电压曲线中的每一者外推而来。如图4中所说明，随衬底温度升高，高温计电压发生线性增大。利用随温度变化的一组高温计电压值，系统100可基于给定的高温计电压读数来估计预加热站106中的晶片温度。可针对具有显著不同的辐射率(温度衰减曲线)的每一晶片类型重复进行此校正例程。然后，当系统100将处理新晶片类型时，控制系统110可将与新晶片类型对应的对应趋势线(趋势线401或校正曲线)加载到系统100中。然后，系统100可调整预加热站106中的输出和/或控制，如此基于来自高温计105的实时高温计电压读数来获得对预加热站106中的衬底温度或衬底温度读数的准确控制。
图5是呈现示出从高温计获取的晶片温度估计对TC晶片所测量的实际温度的示例性曲线的曲线图。图5中的图表示出来自高温计的晶片温度估计对TC晶片所测量的实际温度。高温计读数(实曲线502)假定当晶片达到平衡时晶片温度与台板温度501相同。此种零偏差的初始假定可不准确。在达到平衡之后，晶片温度一般来说比台板温度小近似10℃到50℃。虚线507示出在此实例中当台板处于500℃时，实际晶片温度(TC晶片)比台板温度小近似15度。然后，在将晶片从台板移除且晶片冷却之后，由于随着温度降低晶片(硅晶片)变得对负责产生高温计电压的红外线(IR)辐照越来越透明，因此高温计读数(实曲线502)将比实际晶片温度(虚线503)更快地衰减。在冷却期间晶片对IR辐照的透明度增大致使高温计开始“透视”晶片且测得预加热腔室的背景温度。由于此背景辐照比晶片本身冷，因此高温计校正(实线)表明晶片比晶片的实际温度(虚线)冷。
然而，只要两条曲线(电压、℃)在冷却间隔的前30秒左右紧密地拟合(由灰色框504代表)，则校正例程应具有足够的时间测量适合于外推回到T＝0(点505)的准确的高温计电压对时间趋势，从而在晶片开始冷却之前估计与台板温度对应的电压。
图6说明示例性电压对温度曲线，示出在初始校正线(虚线)假定晶片的开始温度与工艺台板之间的偏差为零的情况下对初始校正趋势线602(虚线)做出修正的修正(实线)趋势线601。在图6中，在假定晶片的开始温度与工艺台板之间的偏差为零的情况下对初始校正趋势线做出修正(实线)。
可利用依据红外线辐照的斯特藩-玻尔兹曼定律的方程式计算此偏差。所述偏差还可在不同的温度(0℃到800℃)下且在不同的背侧气体压力及夹钳力下在植入台板上使用装设有TC的测试晶片而凭经验进行测量并表征。如果具有不同辐射率的晶片类型在相同条件下表现出显著不同的偏差，则标准纯硅机械晶片的此偏差表征可对这些晶片重复进行。在各种实施例中，由于此方法需要装设有TC的特殊晶片，因此在实际衬底正被处理的工艺条件下，将不在原位重复进行此偏差测量。因此，以利用偏差过程为基础的假定是，此偏差(就每一条件来说)随时间推移而相对稳定。
图6还示出在应用偏差趋势线之后的经修正温度603。这些值用于对预加热站中的高温计进行电压-温度转换。因此，形成图6的前述方法生成基于高温计电压读数来预测预加热站106中的晶片温度的校正曲线。如图6中所示，对于给定高温计电压读数(例如8V)，在进行修正的情况下所预测的衬底温度低于在不进行修正的情况下的衬底温度。
换句话说，当修正偏差时，8V的高温计电压将对应于较低的衬底温度(例如，535℃)而非550℃的较高的未经修正的衬底温度。
注意，图6示出具有某一红外线辐射率的一种特定晶片类型的校正趋势线。可重复使用此同一种方法来获得对客户打算利用的辐射率显著不同的每一晶片类型的校正。根据本公开实施例，可将此晶片类型(或校正曲线本身)输入到方案中，如此系统100将获悉在利用高温计来预测预加热期间的晶片温度之前应用哪一校正曲线。
注意，高温计通常被编程为预料特定晶片(目标)的红外线辐射率。高温计辐射率程序的改变会将高温计的内部校正切换到不同的输出电压范围。在本实施例的方法中，由于所述方法涉及简单测量在冷却期间高温计的电压衰减，因此可针对所有的晶片类型将高温计预料辐射率程序设定到相同的值。此考虑意味着，默认辐射率程序应针对高温计做出选择且不会改变。举例来说，可选择未经处理硅机械晶片的0.7的辐射率作为默认值。通过使高温计辐射率程序保持恒定，移除了工艺可重复性中一个较小的潜在变量。
作为图1到图6中所强调的过程的结果，由于每一晶片类型的高温计校正是已知的，因此在处理实际产品晶片期间，可在预加热站中将待处理晶片预加热到一致的温度以改善工艺控制。在附加实施例中，还可改变上文所概述的此校正过程的用途以为高温测定系统以及衬底工艺台板提供周期性健康检查，以探测各种问题。在一些非限制性实施例中，这些问题包括：a)判断高温计是否被设定在错误的辐射率默认值；b)高温计具有光学不对齐或机械不对齐；c)增加的碎片或工艺膜遮挡高温计窗。问题可还包括：d)在用于处理晶片的方案中，晶片被识别为错误的晶片类型；e)由于背侧气体(BSG)线路中有障碍物，因此工艺站中存在减少的衬底工艺台板BSG；f)由于台板翘曲或静电夹钳劣化，因此存在减小的工艺台板夹钳力。
图7以流程图呈现根据本公开实施例的工艺流程700，且确切来说呈现上文所述的操作的细节。工艺流程700涉及一系列操作，所述一系列操作中的一些操作可重复，如所示。在方框702处，在期望进行校正处确立工艺台板温度，例如最低目标工艺温度。工艺台板可位于处理工具的工艺腔室或工艺站中，例如离子植入器的植入站或对衬底进行加热的任何其他工艺工具。举例来说，工艺台板的温度可斜升到最低目标温度。
在方框704处，将用于对晶片进行预加热的预加热站预加温。举例来说，在非限制性实施例中，可利用加热灯来将预加热站的组件(例如内壁)预加温到处于50℃到150℃范围中的温度。在某些实施例中，预加热站还可处于室温下或可能比150℃更热。
在其他实施例中，预加热站的内壁在校正期间可保持接近室温。
在方框706处，可将工艺台板及预加热站保持在恒定的条件下达预定间隔，以允许工艺台板温度稳定在目标温度下，且允许预加热站温度稳定在预加热温度下。
在方框708处，将给定晶片转移到预加热站。给定晶片可代表将用于校正同一晶片类型的产品晶片的特定晶片类型。
在方框710处，在开环控制模式中，在预加热站中对给定晶片进行预加热。此开环控制模式可以是简单的基于时间的查找表，以基于工艺台板的温度以某一灯功率且在某一时间量内对晶片进行预加热。当对半导体晶片进行加热时，半导体晶片将经受热膨胀。如果将室温晶片直接加载到工艺台板上，而所述台板已处于高的T0校正温度下，则将在工艺台板上发生全部的热膨胀。在晶片被夹钳到被布置成利用直接接触对晶片进行加热的的工艺台板时，此状况可导致在热膨胀期间来自晶片背侧的粒子刮擦台板表面。因此，为避免粒子造成的此热膨胀刮擦，可使晶片在使用非接触式灯对晶片进行加热的预加热站经受其大多数热膨胀。由于高温计校正尚未完成，因此此经预加热晶片的精确温度是未知的。然而，可基于晶片在灯下以特定功率被加热的时长来估计晶片的大致温度范围。此开环控制模式依据查找表简单地预加热晶片，所述查找表被布置成基于工艺台板温度在某一时间量内向晶片递送某一量的灯功率。总之，此过程允许在将晶片递送到工艺台板之前使用非接触式灯来使晶片经受大多数热膨胀，以通过直接的热接触来稳定到准确的T0温度。
在方框712处，将经预加热晶片从预加热站转移到工艺腔室中的工艺台板。注意，在经预加热晶片被转移到工艺台板时，工艺台板具有目标温度。
在方框714处，实行温度稳定化工艺，所述工艺可包括将背侧气体提供到衬底或衬底台板，其中所述稳定化工艺可需要高达数分钟。因此，背侧气体可使晶片与嵌置在工艺台板中的TC之间的热电偶改善。
在方框716处，关闭晶片冷却截止阀，且记录或存储关闭截止阀的时间(时刻)。
在方框718处，将经加热晶片从工艺台板转移到预加热站，例如放置在预加热站的晶片位置上。所述晶片位置可对应于在预加热站中对工艺晶片进行加热时放置工艺晶片的同一位置。
在方框720处，在从首次测量到有效读数开始达数秒或更长的持续时间(例如在一些非限制性实施例中，高达60秒)的时间间隔内记录高温计读数。当经加热晶片进入高温计的视场中时记录有效读数，其中在将经加热晶片从工艺站转移到预加热站中之前将高温计接通并瞄准晶片位置。如此，有效读数可被记录为足以产生代表随时间变化的高温计电压的曲线的多个读数。
在方框722处，对一组有效高温计电压读数应用曲线拟合过程。举例来说，二阶多项式可拟合有效高温计读数。举例来说，多项式可产生代表在所期望的温度间隔内电压对时间的曲线。
在方框724处，利用多项式估计t＝0处的高温计电压。举例来说，可利用多项式曲线将实际电压对时间数据外推回到t＝0，如此可确定晶片转移工艺开始时的高温计电压读数。在一些实施例中，晶片转移工艺的起始时刻可对应于关闭晶片冷却截止阀的时间。
在决策方框726处，判断刚刚对工艺台板施加的目标温度是否是待校正的最热工艺台板温度。如果是，则流程继续进行到方框730，在方框730处计算提供电压-温度转换的曲线图或数据结构。举例来说，Y轴可代表台板温度，而X轴代表高温计电压。
如果在决策方框726处，用于产生对应高温计电压的当前工艺台板温度不代表待校正的最热工艺台板温度，则流程继续进行到方框728，在方框728处升高工艺台板的温度。在一些实施例中，可以规律的温度增量(例如，50度的增量、25度的增量、10度的增量等)升高工艺台板温度。对于实际的实施方案来说，25度的增量可足矣。
然后，流程继续进行回到方框704。
在各种实施例中，上文中所公开的操作中的至少一些操作可以是自动的。举例来说，控制器110可包括使前述操作的任何组合自动化的各种组件。图8示出根据本公开各种实施例的控制器110的实施方案的示意图。控制器110可包括存储器件，例如存储器802。在一些非限制性实施例中，可将控制器110实施为计算机、桌上型计算机、膝上型计算机或其他电子器件。控制器110可包括与包括工艺站108、预加热站106及高温计105的各种其他组件介接的界面806。控制器110可包括处理器808，处理器808包括实施下文结合存储器802所详述的各种操作的电路系统。根据本公开实施例，存储器802可包括对图7中所概述的操作实施自动化控制的组件。举例来说，存储器802可包含校正例程804，校正例程804在处理器808上执行以实行图7所示操作中的至少一些操作。举例来说，当要校正新衬底类型时，校正例程可执行图7中所概述的操作中的所有操作或一些操作。
存储器802可还包括数据库810，数据库810包含多个衬底类型条目。衬底类型条目可识别衬底的物理特性，且可包括针对所述衬底类型确定的对应的校正曲线，如前述实施例中所详述。如此，操作者可通过输入产品衬底的衬底类型来采用控制器110加载参数以控制对产品衬底的加热，因此提示控制器自动检索恰当的校正曲线，以将所记录的预加热站中的高温计电压映射到衬底温度。然后，可在将衬底加载到工艺站中的工艺台板中之前对衬底实行预加热，以基于所记录的高温计电压产生准确的衬底温度。
总之，本方法提供以下优点：在不需要晶片接触式热电偶的情况下使用非接触式高温计来测量半导体工具预加热站中的晶片温度，以在生产之前校正高温计。被布置成在处理之前将晶片加热到极限温度的半导体处理设备需要在从室温开始进行初始加热期间可靠地测量晶片的温度。本发明实施例提供的独特优点是在预加热阶段期间获得可靠的晶片温度测量的结果，从而允许客户指定一致的预加热温度以达到最优吞吐量及工艺结果。本发明实施例中提供的另一优点是能够在不接触的情况下容易地确定衬底温度。由于高温计校正是以非接触方式实行，且不需要触及工艺晶片的任何TC，因此背侧粒子的产生及晶片的损坏不是问题。此外，由于本发明实施例不需要装设有TC的晶片或TC接触，因此如本文中所公开的相同方法能够在满负荷生产的中断最小的情况下检查校正或实行系统健康检查。又一优点是，可在处理之前部署本发明实施例来探测在何时将错误的晶片辐射率类型归到特定的晶片批次。
提供前述说明来说明及阐释本发明实施例。然而，上文中的说明不应被视为限制随附权利要求中所述的实施例的范围。

Claims (15)

1.一种方法，包括：
对位于第一腔室中的台板上的衬底进行加热，所述台板的特征在于具有台板温度；
利用接触式温度测量来测量所述第一腔室中的所述台板温度；
在所述加热之后将所述衬底转移到第二腔室；以及
在将所述衬底转移到所述第二腔室之后利用光学高温计测量电压衰减，以测量高温计电压随时间的变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述台板包括工艺台板，所述方法还包括：记录零时间，所述零时间代表所述衬底从所述工艺台板到所述第二腔室的转移开始的转移时刻。
3.根据权利要求2所述的方法，所述转移包括在所述转移时刻之后的第二时刻将所述衬底放置在所述第二腔室中的衬底位置处，所述测量所述电压衰减包括在多个时刻测量所述高温计电压以产生多个电压数据，所述方法还包括：
使多项式函数拟合所述多个电压数据，以产生电压衰减曲线；
将所述电压衰减曲线外推到所述零时间；
通过确定与所述电压衰减曲线在零时间处与水平线的交叉点对应的高温计电压来确定零时间高温计电压；以及
将所述零时间高温计电压映射到所述台板温度，以产生电压-台板温度数据点。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二腔室包括预加热站，所述方法还包括：
在所述对位于所述第一腔室中的所述衬底进行加热之前，将所述衬底放置在所述预加热站中；以及
在所述放置所述衬底之前，将所述预加热站预加温到目标预加温温度。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述对位于所述第一腔室中的所述衬底进行加热、所述测量所述第一腔室中的所述台板温度、所述在所述加热之后将所述衬底转移到所述第二腔室、以及所述在将所述衬底转移到所述第二腔室之后测量所述电压衰减构成第一校正循环，所述方法还包括：
执行至少一个附加校正循环，其中在所述第一校正循环与所述至少一个附加校正循环之间所述台板温度升高。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述拟合所述多项式函数、所述将所述电压衰减曲线外推到所述零时间以及所述确定所述零时间高温计电压构成第一校正曲线循环，所述方法还包括：
执行至少一个附加校正曲线循环，其中在所述第一校正曲线循环与所述至少一个附加校正曲线循环之间所述台板温度升高，其中所述第一校正循环及所述至少一个附加校正循环中的每一校正循环产生电压-台板温度数据点；以及
基于所述第一校正循环及至少一个附加校正循环而产生校正趋势线，所述校正趋势线包括多个电压-台板温度数据点。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
记录所述衬底的第一衬底类型；
将工艺衬底加载到所述第二腔室中；
利用由光学高温计记录的所述衬底的实验衬底温度将所述第二腔室中的所述工艺衬底加热到目标温度，其中所述实验衬底温度是通过以下方式确定：
输出由来自所述工艺衬底的辐射而在所述高温计中产生的实验电压；以及
将所述实验电压映射到校正曲线上的对应的衬底温度。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括：
当所述衬底设置在所述台板上时，针对目标温度范围确定台板温度与衬底温度之间的偏差；以及
基于所述校正曲线及所述偏差产生经修正校正曲线。
9.一种方法，包括：
发送加热信号以将工艺腔室中的衬底台板加热到台板温度；
通过接触式温度测量来测量所述台板温度；
当所述衬底台板处于所述台板温度时，发送第一转移信号以将衬底转移到所述工艺腔室中的所述衬底台板；
在温度稳定化间隔之后，在转移时刻，发送第二转移信号以将所述衬底从所述工艺腔室转移并将所述衬底放置在预加热站中的衬底位置上；
从光学高温计接收随时间变化的多个电压读数，所述光学高温计在所述衬底放置在所述衬底位置上时测量所述衬底；以及
产生包括所述多个电压读数的电压衰减曲线达预定时间间隔。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
记录零时间，所述零时间代表所述衬底从所述工艺台板到所述预加热站的转移开始的转移时刻；
使多项式函数拟合所述多个电压读数，以产生所述电压衰减曲线；
将所述电压衰减曲线外推到所述零时间；以及
通过确定与所述电压衰减曲线在零时间处与水平线的交叉点对应的高温计电压来确定与所述工艺温度对应的零时间高温计电压数据。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述发送所述加热信号以将所述衬底台板加热、所述测量所述台板温度、所述发送所述第一转移信号、所述发送所述第二转移信号以及所述确定所述零时间高温计电压数据构成第一校正循环，所述方法还包括：
执行至少一个附加校正循环，其中在所述第一校正循环与所述至少一个附加校正循环之间所述第一温度升高。
12.根据权利要求11所述的方法，其中在所述至少一个附加校正循环中的每一校正循环中，产生附加零时间高温计电压数据，所述方法还包括：基于所述第一校正循环及至少一个附加校正循环产生校正曲线，所述校正曲线包括多个电压-台板温度数据点。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：
记录所述衬底的第一衬底类型；
将工艺衬底加载到所述预加热站中；
确定所述工艺衬底对应于所述第一衬底类型；
利用由光学高温计记录的所述衬底的实验衬底温度将所述预加热站中的所述工艺衬底加热到目标温度，其中所述实验温度是通过以下方式确定：
输出由来自所述工艺衬底的辐射而在所述光学高温计中产生的实验电压；以及
将所述实验电压映射到所述校正曲线上的对应的衬底温度。
14.一种存储计算机可读程序代码的非暂时性计算机可读存储介质，所述计算机可读程序代码能够由处理器执行以：
(a)发送加热信号，以将位于工艺腔室中的衬底台板加热到台板温度；
(b)发送记录信号，以通过接触式温度测量来记录所述台板温度；
(c)当所述衬底台板处于所述台板温度时，发送第一转移信号，以将衬底转移到所述工艺腔室中的所述衬底台板；
(d)在温度稳定化间隔之后，在转移时刻，发送第二转移信号以将所述衬底从所述工艺腔室转移并将所述衬底放置在预加热站中的衬底位置上；
(e)从光学高温计接收随时间变化的多个电压读数，所述光学高温计在所述衬底放置在所述衬底位置上时测量所述衬底；以及
(f)产生包括所述多个电压读数的电压衰减曲线达预定时间间隔。
15.根据权利要求14所述的非暂时性计算机可读存储介质，所述计算机可读程序代码：
(g)记录零时间，所述零时间代表所述衬底从所述衬底台板到所述预加热站的转移开始的转移时刻；
(h)使多项式函数拟合所述多个电压读数，以产生所述电压衰减曲线；
(i)将所述电压衰减曲线外推到所述零时间；以及
(j)通过确定与所述电压衰减曲线在零时间处与水平线的交叉点对应的高温计电压来确定与所述工艺温度对应的零时间高温计电压数据。
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