CN1311517C - 基板的热处理方法 - Google Patents

Abstract

为了提高在待处理基板表面上的温度均匀性，提出了一种基板的热处理方法，其中基板通过多个可独立控制的加热件被加热并且分别为这些加热件拟定一个额定值分布，该方法具有以下步骤：在热处理过程中分辨定位地测量该基板的背对所述加热件的那一面的温度；分析计算在基板表面上出现的温度不均匀性；基于所测量的温度不均匀性来确定新的额定值分布；为随后的处理过程提供新的额定值分布。

Description

基板的热处理方法

技术领域

本发明涉及基板的热处理方法，其中该基板通过多个可独立控制的加热件被加热。

背景技术

例如在半导体工业领域中，这样的装置被用在基板且尤其是光掩模的涂漆工序后，以使基板硬化并对涂层的化学预处理面进行热处理。在热处理中，对基板的随后可用性很重要的是，要尽可能均匀一致地处理涂覆层。但在这里有这样的问题，即在一致控制加热件的情况下因边缘效应而不可能均匀一致地处理基板。因此，众所周知的是，在开始热处理时，在基板边缘区内的加热件强度略弱地被加热，这是因为，必须在中央区内先加热更多物质。随后，在基板边缘区内的加热件因在边缘区内的热辐射增强被强烈加热。

本申请人的DE-A-19907497提出了一种基板的热处理方法和装置，其中许多可独立控制的加热件首先加热一块加热板并接着加热放在加热板上的基板。

这些加热件分别通过一个比例积分微分(PID)调节器来调整，在此规定出成额定值分布形式的所需额定值。在这里，随时间且尤其是按时间间隔改变的额定值预给被理解为额定值分布。

在处理过程中，测量在基板的背对加热板的表面上的温度分布并且根据基板表面上的温度分布来确定相对额定值分布改变的各加热件的额定值并且将该值传输给各自的PID调节器。由此一来，就可以在热处理过程中修正额定值分布，以便超过基板表面地获得更高的温度均匀性。

可是，这样的方法存在一个问题，即该方法总是只能对已出现在基板表面上的温度不均匀性做出反应，以便通过改变独立加热件的额定值来事后修正这种温度不均匀性。人们无法预见到将来在处理中出现的温度不均匀性。而且，在一次处理中出现的问题例如在某个温度下的更严重的温度不均匀性也没有在下个基板的处理中加以考虑，这是因为，又为这些加热件规定了预定的额定值分布。因此，人们希望在下次处理中不要再犯与前次处理时一样的错误。

发明内容

基于这样的已知现有技术，本发明的任务是，提供一种基板的热处理方法，该方法能够实现自动最佳的工作过程控制，以便提高在一块待处理基板的表面上的温度均匀性。

根据本发明，在一种基板的热处理方法中完成所述任务，该方法包括以下步骤：通过多个可独立控制的加热件加热基板，其中这些加热件分别具有一个拟定的额定值分布；在热处理过程中，定位测量该基板的背对所述加热件的那一面的温度；确定在基板表面上出现的温度不均匀性；基于所测定的温度不均匀性来确定新的额定值分布；为随后的处理过程提供新的额定值分布。这种方法能够实现自动优化处理控制，因为为各加热件确定的额定值分布是新确定的并且可被用于随后的处理过程，因此，在热处理中出现的温度不均匀性在确定新的额定值分布时加以考虑并因而在下次处理中防止出现这样的温度不均匀性。由此一来，得到了额定值分布的自动最佳化并进而实现了基板的均匀热处理。

根据本发明的一个特别优选的实施形式，在确定额定值分布时，时间超前地考虑在热处理中出现的温度不均匀性。在确定新的额定值分布时，例如在某个温度下或在处理中的某个时刻出现的均匀性的突变在达到这个温度或在各时刻前予以考虑了，从而该温度不均匀性已在较低温度下或提前被消除了。因此，可以在其出现前就已开始消除测量到温度不均匀性。这种超前考虑在某个时刻或某个温度下出现的不均匀能够在处理过程中获得强得多的温度均匀性。

最好在预定的表面点上测量基板表面温度，以便相对其中要考虑所有表面点的系统减少所需的计算容量。为了提高方法的精确性，给这些表面点分配由一个该表面点所属的表面区的所有温度测量值得到的平均值。在这里，表面区配属于表面点的关系在至少一个测量周期里保持不变，以便超过整个测量周期地得到一致结果。

在本发明的一个特别优选的实施形式中，结合将表面点加权分配给各加热件的关系来进行新的额定值分布的确定，这样一来，针对不同表面点地考虑了加热件的不同影响。为了在一个测量周期内获得一致的测量结果，在至少一个测量周期里，各加热件被加权配属给表面点的关系保持不变。但在确定新的额定值分布时，可以改变各加热件被加权配属给表面点的关系，以便也与配属关系有关地获得最佳化。

额定值分布按照一定时间间隔来规定额定值变化，以便产生某个加热剖面。为了能更好地调整额定值分布，在确定新的额定值分布时，最好重新选择用于额定值变化的时间间隔。

最好只有当出现大于一预定阈值的温度不均匀性时，才进行额定值分布的重新确定，这是因为，在小于阈值的温度不均匀性的情况下，最佳化系统尽可能不再干涉这样的温度不均匀性。基板最好在热处理过程中放置在一个安置于基板和加热件之间的板上。

在将多个可独立控制的加热件的额定值分布最佳化以便热处理基板的方法中，如此完成本发明的任务，即根据当时预定的额定值分布来加热加热件，在加热过程中定位地测量基板的背对加热件的那一面的温度，根据时间来分析计算在基板表面上出现的温度不均匀性，基于在处理过程中出现的温度不均匀性来确定新的额定值分布，将新的额定值分布用于一个随后的加热处理，重复先前步骤，直到温度不均匀性在任何加热时刻都小于一个预定阈值。这样一来，如上所述，确定了一个最佳的额定值分布。

本发明的方法最好被用在光掩模中。

附图说明

以下，结合一个优选实施例并参见附图来描述本发明，附图所示为：

图1是本发明的基板热处理系统的示意侧视图；

图2a是安置在一加热板上的基板的示意图；

图2b是一张表，它示出了与基板上的某个表面点有关的独立加热件的影响；

图3表示在基板热处理过程中的、一块分区控制的加热板(有25个加热区)的独立区域的局部额定值分布情况随时间变化；

图4a是一加热板区域的额定值分布情况的表，其中基板热处理的最终温度为110℃；

图4b是这样的额定值分布的曲线图；

图5是用于额定值预定分布的自动最佳化的重复周期的示意图。

具体实施方式

图1是一个基板热处理装置1的示意侧视图。

装置1具有一块分区控制的加热板2，加热板由一块横截面大致成矩形的正方形底板3构成。底板3有一个第一平坦顶面5和一个分段的底面6。底面6分别通过四条垂直于加热板侧边延伸的槽7被分成共25个正方形区域8。槽7的深度约等于底板3厚度的一半。在加热板2的正方形区域8上，分别设有正方形加热件10，它们以适当的方式例如通过粘结与底板3的区域8连接并且和所述区域一起构成对应的加热区。通过将加热件10布置在各自通过槽7被分开的区域8上，这些加热件被相互隔热分离开，从而它们之间不相互影响，即在加热件之间没有显著的热串连。但是，加热件10通过底板3被充分地热耦合联系起来，从而在底板3的顶面5上获得了均匀的温度分布，而在顶面5的热力图中没有突显出单个加热件的热作用。给每个加热件10配备一个未示出的成热偶件形式的温度传感器，该传感器测量加热件10的实际温度。代替热偶件，也可以使用其它的传感器如光学式温度传感器。

虽然加热板2被描述成是其中形成有用于划分其顶面5的槽7的底板3，但要注意的是，底板3可以被设计成是完全扁平的，加热件直接或通过间隔件与底板3连接。本发明同样不局限于区域8和加热件10的数量及形状。

加热板2底板3的平坦顶面5被布置成与一块要加热基板12间隔一段如0.1毫米-0.5毫米的距离。基板例如被固定在加热板2的四个未示出的支座上。在加热板2和基板12的上方，设有一个成红外摄象机形式的测温装置17。红外摄象机17对准了基板12的背对加热板2的那一表面18。红外摄象机17包括一个未详细示出的并带有一活动镜子的扫描仪，通过该镜子，按顺序地扫描基板12的整个表面18。通过扫描仪，形成基板12表面18温度分布的分辨定位的图象，其中例如每秒一次地扫描整个表面。

红外摄象机17通过一条数据线20与一台成个人电脑PC22形式的计算机连接。由红外摄象机掌握的测量值在PC中接受处理并算出在基板表面18上的温度立体分布并且如以下要详细描述的那样进行处理。

在图1中还示出一台工作过程控制装置24以及一个PID调节器26，该PID调节器与单独的加热件10和未示出的温度传感器连接并且与它们构成一个封闭调节环路。该PID调节器根据由工作过程控制装置规定的额定值分布即一系列随时间变化的温度额定值，尤其是时间间隔，以及由温度传感器测定的温度实际值来调整单独加热件10的加热功率。

图2示出了加热板2和放置在加热板上的基板12如光掩模的俯视示意图。由加热件10和区域8构成的加热区如图示意所示地用标记1-25来表示。在基板12上示出了表面点1-13，它们如以下还要详细说明地被用作相关点或分配点。

如图2的俯视示意图所示，基板覆盖着加热板2的25个加热区中的中央9个加热区。因此，主要是这9个加热区参与了基板的热处理，即便其余区域也对热处理有一定影响。

图2b的表示出了独立加热区被分配给基板加热上的表面点的分配情况。图2所示的分配和权重是不准确的并且只是表明了权重原则。例如，来自1号加热区的并到达基板12的加热功率只影响到在1号表面点区域内的基板12温度。因此，该加热区100％地属于1号表面点。相反地，来自2号加热区的并到达基板12的加热功率不仅影响到在1号表面点区域内的基板温度，而且影响到在2号表面点区域内的基板温度。在这里，来自2号加热区的热比2号表面点强三倍地影响到1号表面点。因此，2号加热区按照75∶25的比例被分配给1号表面点和2号表面点。表2b示出了用于加热板2所有25个区域的权重。

图3表示在基板热处理过程中的、一块有25个加热区的分区控制的加热板的独立区域的局部额定值分布情况随时间变化的四个瞬时记录结果，这些记录结果围绕一中心曲线。该中心曲线表示在基板表面上的测量温度的平均值随时间变化的情况，其中垂直线表示时刻，用于各加热区的额定值在此变化。在中心曲线上，垂直轴表示温度℃，而水平轴时间(单位为分秒)。在定点的额定值预给的四个瞬时记录结果中，垂直轴表示各加热区的额定温度℃。另两个轴表示加热区的25个基本图案。左上方曲线图表示在开始热处理时的即在约0秒-1分钟的时间间隔内的加热板2独立区的额定值分布情况。右上方曲线图表示在约2分零5秒时的分区控制的加热板的额定值分布状况，这一时刻包含在约2分种到3分钟的第三时间间隔里。左下方曲线图表示在第六时间间隔的约5分钟时的额定值分布情况，右下方曲线图表示在约11分钟时开始的最后一个时间间隔里的额定值分布状况。

如左上方曲线图所示，在开始热处理时，中央区比其它区域更强地被加热，这是因为，在该区域内，必须先加热比较多的物质。如右上方曲线所示，中央区略弱地受到加热，这归咎于大量热辐射到基板边缘区内。相似地，如下方曲线图所示，加热板的边缘区至少局部比中央区更强地受到加热。

图4表示用于掩模热处理的典型剖面，其中要在试样表面上达到110℃的最终温度。在这里，图4a表示用于加热板区域的额定值分布的表格，其中在左栏中给出了用于当时的温度进度的各时间间隔。图4b表示额定值分布的三维曲线视图，其中垂直轴线表示温度℃，大致水平延伸的轴线表示加热区1-25，向后延伸的轴表示时间间隔R1-R9。可以从这个三维视图中看到各区域1-25的不同控制状况，其中在开始处理时，最强烈地加热中央区。

图5表示一个重复周期，它被用于加热板2各加热区的额定值分布的自动最佳化过程中。在框30中，开始处理周期，其中分别为加热板的25个区域拟定某个额定值分布。首先使用的额定值分布可以具有任意形状，例如它们都可以是一样的，或者是经过标准化的起始剖面，如以下要描述的那样。为了热处理某个基板以及根据达到预定最终温度值来设计额定值分布。

在热处理过程中，通过红外摄象机17测量在基板12的背对加热件10的那面18上的温度并且将测量值传输给计算机22。在计算机22中，给在基板表面上的一些事先命名的表面点分别分配由属于该表面点所属表面区的所有测量值得到的平均值，这种分配简化了新额定值分布的随后计算。

在框34中，在任何热处理时刻确定在基板表面上的表面点之间的温度差并且与一个预定阈值比较。如果温度差在热处理的任一个时刻小于阈值，则工作过程控制转到框36，该框表示有一个最佳的额定值分布并且不需要进一步调整。

但是，如果该温度差至少随着时间推移超过阈值，则工作过程控制转到框38，在这个框中，重新计算出用于独立加热件的额定值分布。在此所用的算法包括目的明确并加权地将基板上的表面点分配给加热面的区域。新算出的额定值分布被传给起始框30并且被用来代替原来的起始剖面。从现在起，通过新算出的额定值分布，进行重新的热处理过程，而在框32中，测量基板表面上的温度分布。这个重复周期一直重复进行，直到在基板表面上的表面点之间的温度差在某个时刻小于预定阈值为止。在这个时刻，存在最佳的额定值分布，工作过程控制不再干涉这一额定值分布。该最佳额定值分布被用于具有相同参数的基板的随后热处理过程中，所述基板要被加热到同一最终温度。

在重新计算额定值分布时，不是只能在预定时间间隔里改变温度预定值，确切地说，也可以调整各时间间隔的长短。样品表面同表面点的关联或分配或表面点同加热表面区的关联或分配可相似地改变。

根据本发明的优选实施形式，在重新计算额定值分布时，要预先考虑在某个时刻出现的温度不均匀性，以便获得一致和早期的剖面调整。当例如在某个时刻T＝50秒在某个表面点上出现温度不均匀性时，在重新计算剖面时，要在此之前如T＝30时就如此考虑到这样的不均匀性，即改变至少一个加热件的额定值分布，以便在该时刻时已进行了局部加强或局部减弱的加热。因而，温度不均匀性可以在没有出现加热件温度突变和各间隔之间的额定值预给显著变化的情况下获得。

上述最佳化必须为每种不同基板以及每个最终温度值来进行。为使用于具有不同最终温度的热处理的理想额定值分布的计算节约时间，先算出一标准化剖面。这个计算的出发点是，各种基板的热性能在不同的温度下基本上是一样的。因此，如此由一个最佳的剖面构成标准化剖面，即它除以最佳剖面的最终温度值，以得到标准化剖面。现在，为获得其它每个所需的最终温度，该标准化剖面乘以新的最终值。如此算出的额定值分布作为起始剖面被用在图5的重复周期里。这样一来，可以显著减少在达到最佳工作剖面之前的重复周期数。

这样的最佳化剖面可以供客户使用，以便例如与如DE-A-19907497所述的方法联合使用，就此而言，该文献属于本申请的内容并且为此不再描述了。或者，最佳化周期也可以在客户处进行，从而工作过程控制过一段时间后自动得到最佳化。

尽管首先结合本发明优选实施例地描述了本发明，但本发明不局限于特殊的实施形式。例如，加热板可以具有其它形状如圆形并具有圆形的或构成扇形的加热件。代替红外摄象机，也可以使用其它的分辨定位式测温装置。

Claims (15)

1、基板的热处理方法，该基板通过多个可独立控制的加热件被加热，分别为这些加热件拟定一个额定值分布，该方法有以下步骤：

a.在热处理过程中，分辨定位地测量该基板的背对所述加热件的那面的温度，

b.确定在该基板表面上出现的温度不均匀性，

c.基于所测量的温度不均匀性来确定新的额定值分布，

d.为随后的处理过程提供新的额定值分布。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定额定值分布时，时间超前地考虑在热处理中出现的温度不均匀性。

3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在预定的表面点上测量基板表面温度。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，给这些表面点分配由一个该表面点所属的表面区的所有温度测量值得到的平均值。

5、如权利要求3所述的方法，其特征在于，在至少一个测量周期里，该表面被分配给表面点的关系保持不变。

6、如权利要求3所述的方法，其特征在于，新额定值分布的确定结合将各表面点加权分配给加热件的分配关系来进行。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，加权分配关系在至少一个测量周期里保持不变。

8、如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，加权分配关系在确定新的额定值分布时改变。

9、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定新的额定值分布时，新选择用于额定值变化的时间间隔。

10、如权利要求1所述的方法，其特征在于，只有当出现大于一预定阈值的温度不均匀性时，才进行额定值分布的重新确定。

11、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在热处理中，该基板放置在一个被安置在基板和加热件之间的板上。

12、如权利要求1所述的方法，其特征在于，作为起始额定值分布，采用标准化额定值分布，它是根据一个最佳的额定值分布算出的。

13、将多个可独立控制的加热件的额定值分布最佳化以便热处理基板的方法，它具有以下步骤：

a.根据当时预定的额定值分布来加热加热件，

b.在加热过程中，分辨定位地测量基板的背对加热件的那一面的温度，

c.根据时间来确定在基板表面上出现的温度不均匀性，

d.基于在处理过程中出现的温度不均匀性来确定新的额定值分布，

e.将新的额定值分布用于一个随后的加热处理，

f.重复步骤a-e，直到温度不均匀性在任何加热时刻都小于一个预定阈值。

14、如权利要求13所述的方法，其特征在于，为不同基板和热处理的不同最终温度进行最佳化。

15、如权利要求14所述的方法，其特征在于，原先预定的额定值分布是标准化的额定值分布，它们是根据原来最佳化的额定值分布算出的。

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