DE60304561T2

DE60304561T2 - Verfahren zum kalibrieren und benutzen eines systems zur herstellung von halbleitern

Info

Publication number: DE60304561T2
Application number: DE60304561T
Authority: DE
Inventors: R. Jean San Jose VATUS; K. David Santa Clara CARLSON; V. Arkadii Sunnyvale SAMOILOV; A. Lance Santa Clara SCUDDER; B. Paul Menlo Park COMITA; A. Annie Cupertino KARPATI
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2002-02-13
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2023-02-13
Also published as: EP1476903A2; EP1476903B1; US20030151733A1; WO2003069668A2; JP2005518095A; CN100334703C; WO2003069668A3; US6876442B2; KR20040078116A; CN1630941A; DE60304561D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kalibrieren und Verwenden eines Halbleiterbehandlungssystems.
Üblicherweise werden integrierte Schaltungen in und auf Halbleiterwafersubstraten hergestellt. Ein Wafersubstrat wird dann in einzelne Chips zersägt, von denen jeder eine entsprechende integrierte Schaltung trägt.
Zur Behandlung von Wafersubstraten gibt es verschiedene Systeme. Ein solches System ist das System Epi Centura^® von Applied Materials, Inc., Santa Clara, Kalifornien. Das System Epi Centura^® hat eine Überführungskammer mit einer Anzahl von Einzelwafer-Behandlungskammern, die von der Überführungskammer abgehen. Jede Waferbehandlungskammer wird von einem oberen und einem unteren Quarzfenster gebildet. Durch die Quarzfenster strahlen außerhalb der Kammer befindliche Infrarotlampen Infrarotstrahlung in die Kammer. In der Kammer ist ein Suszeptor angeordnet, auf dem ein Wafersubstrat angebracht sein kann. Das Wafersubstrat kann von oben erhitzt werden und der Suszeptor kann von unten erhitzt werden. Der Suszeptor und das Wafersubstrat sind beide relativ dünn, so dass sie in etwa die gleiche Temperatur haben.
Über dem oberen Quarzfenster ist ein oberes Pyrometer angeordnet, während ein unteres Pyrometer unter dem unteren Quarzfenster angeordnet ist. Von einer Schicht, die auf dem Wafersubstrat ausgebildet ist, strahlt Infrarotstrahlung durch das obere Quarzfenster zum oberen Pyrometer. Infrarotstrahlung strahlt auch von einer unteren Fläche des Suszeptors durch das untere Quarzfenster zum unteren Pyrometer. Die Pyrometer erzeugen Signale, die sich in der Größe entsprechend den Änderungen der Größe der Infrarotstrahlung ändern. Die Infrarotstrahlung ist ihrerseits eine grobe Anzeige für die Temperatur der Schicht und der unteren Fläche des Substrats.
Fehler im Temperaturwert treten aufgrund einer Anzahl von Faktoren auf. Ein Grund, warum Fehler im Temperaturwert auftreten, ergibt sich aus dem Film, der in der Kammer nach wie derholtem Gebrauch abgeschieden ist. An der unteren Fläche des Suszeptors und an den inneren Flächen der Quarzfenster bilden sich Schichten. Die Schicht an dem Suszeptor ändert ihr Emissionsvermögen, was zu einer Änderung des Betrags ihrer Infrarotstrahlung führt, auch wenn die Temperatur konstant bleibt. Die Schichten an den Quarzfenstern dämpfen die Infrarotstrahlung ebenfalls, so dass die Größe der Infrarotstrahlung, die die Pyrometer erreicht, auch bei der gleichen Temperatur verringert ist. Ein weiterer Grund, warum Fehler im Temperaturwert auftreten, basiert auf Änderungen im Emissionsvermögen einer Schicht, die auf einer bestimmten Art von Wafersubstrat gebildet wird. Das Emissionsvermögen der Schicht kann sich typisch ändern, wenn sie gebildet wird. Die Änderung des Emissionsvermögens der Schicht verursacht Änderungen in der Infrarotstrahlung, die von dem oberen Pyrometer auch bei einer konstanten Temperatur erfasst wird.
US-A-6 319 732 offenbart ein Verfahren zum Steuern der Temperatur einer wachsenden halbtransparenten Schicht während eines Produktionsabscheidungsprozesses auf einer Hauptfläche eines Produktwafers. Während des Fertigungsprozesses wird auf den Wafer Wärme durch eine in der Stärke einstellbare Wärmequelle aufgebracht und der Produktionswafer emittiert ein breites Lichtspektrum. Bei dem Verfahren wird ein Testabscheideprozess unter Verwendung eines Satzes von Infrarotwellenlängen von Licht ausgeführt, das von einem Testwafer emittiert wird, um einen Satz von Testparameterwerten zu bestimmen, zu denen Temperaturwerte über der Zeit für die wachsende Testschicht gehören. Dann wird der Produktionsabscheidungsprozess ausgeführt und es wird die Stärke der Infrarotlichtemissionen von dem Wafer gemessen, um einen Satz von Infrarotlicht-Produktionsstärkewerten bei dem gleichen Testlaufsatz von Infrarotwellenlängen zu bilden, der bei der Testabscheidung verwendet wird. Die Infrarotlicht-Produktionsstärkewerte und der Satz von Testparameterwerten werden dazu verwendet, einen Fehlerkorrekturwert zu berechnen, der dazu verwendet wird, die Stärke der Wärmequelle während der Produktionsabscheidung zu korrigieren.
Die US-A-4 969 748 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung eines Temperaturrückkopplungswertes in einer Waferbehandlungskammer zum automatischen Kompensieren von Änderungen in Infrarotemissionen aus einem erhitzten Halbleiterwafer aufgrund von Änderungen in der Zusammensetzung und von Beschichtungen von Wafer zu Wafer. Zur Erzeugung einer Tabelle, welche die aktuellen Wafertemperaturen auf die der Heizkörper zugeführte Leistung und von einem Pyrometer erfasste Infrarotemissionen bezieht, wird ein Kalibrierwafer mit einem darin eingebetteten Thermoelement verwendet. Da nach wird in der Kammer bei einem bekannten Leistungspegel ein Probewafer einer zu behandelnden Charge angeordnet und es wird jede Differenz zwischen dem gemessenen Infrarotemissionswert und dem Wert in der Tabelle dazu benutzt, die gesamte Tabelle entsprechend einer ersten festgelegten Formel oder Tabelle zu justieren. Bevor jeder Wafer behandelt wird, wird eine bekannte Quelle von Infrarotlicht von dem Wafer wegreflektiert und gemessen. Der reflektierte Lichtwert wird mit einer Reflexionsmessung für den Probewafer verglichen. Die Differenz der Reflexionsmessungen wird mit den Emissionen aus dem Erhitzen korreliert und es wird die Kalibrierungstabelle mit dem Korrelationswert entsprechend einer zweiten vorgegebenen Formel oder Tabelle fein abgestimmt, um Änderungen von Emissionen zwischen einzelnen Wafern aufgrund von Unterschieden in den Waferoberflächenbedingungen zu berücksichtigen.
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, bei welchem eine Testvariable einer Testschicht gemessen wird, die auf einem Testsubstrat in einer Behandlungskammer gebildet wird, die Testvariable dazu verwendet wird, eine Referenzprozessbedingung in einem konsolidierten Datensatz von Referenzvariablen gegenüber Referenzprozessvariablen auszuwählen, wobei ein Platz des Referenzprozesszustands unter den Referenzprozessvariablen von einem Platz der Testvariablen unter den Referenzvariablen abhängt, und eine Prozessschicht auf einem Prozesssubstrat in einer Behandlungskammer ausgebildet wird, wobei eine Prozessvariable zur Bildung der Prozessschicht auf dem Referenzprozesszustand basiert, und das sich dadurch auszeichnet, dass die Testvariable eine Anzeige für die Wachstumsrate der Testschicht ist und dass die Testvariable eine Anzeige für die Länge einer Periode eines Signals aus der Testschicht ist.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, bei welchem ein Temperaturfehler eines Pyrometers umgangen wird. Zum Erfassen von Infrarotstrahlung aus einer Testschicht, die auf einem Testsubstrat unter Standardbehandlungsbedingungen ausgebildet wird, wird ein oberes Pyrometer verwendet. Die Infrarotstrahlung aus der Testschicht hat eine Periode mit einer Länge, die eine Anzeige für die Wachstumsrate der Schicht ist. Die Periode ist im Allgemeinen umgekehrt proportional zu der Wachstumsrate. Die Wachstumsrate steht in direkter Beziehung zu der Temperatur. Die Periode ist somit umgekehrt proportional zur Temperatur. Ein Satz von Referenzdaten und Referenzperioden gegenüber Ist-Temperaturen wird in einem Rechner gespeichert. Die Periode der Infrarotstrahlung bei der Bildung der Testschicht wird mit den Referenzdaten verglichen, um die Ist- Temperatur zu bestimmen. Dann wird die Ist-Temperatur mit der gewünschten Temperatur verglichen, um eine Differenz in der Temperatur zwischen der Ist-Temperatur und der gewünschten Temperatur zu bestimmten. Die Differenz in der Temperatur wird dann zur Berechnung eines effektiven modifizierten Emissionsvermögens aufgrund von Verunreinigung verwendet. Die gewünschte Temperatur und das modifizierte Emissionsvermögen werden dann dazu verwendet, das Beheizen eines Suszeptors zu steuern, wenn eine tatsächliche Prozessschicht auf einem Prozesssubstrat ausgebildet wird.
Die Erfindung wird weiterhin beispielsweise unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen
1 eine Schnittansicht von Bauelementen eines Halbleiterbehandlungssystems ist, das zur Ausführung des Verfahrens der Erfindung verwendet wird,
2 ein Ablaufdiagramm ist, das die Bauelemente des Systems veranschaulicht, die zur Kalibrierung eines unteren Pyrometers verwendet werden,
3 ein Ablaufdiagramm von Komponenten des Systems ist, die zur Erzeugung von Referenzdaten von Referenzperioden gegenüber einer Ist-Temperatur eines Signals verwendet werden, das von einem oberen Pyrometer des Systems empfangen wird,
4 ein Ablaufdiagramm von Komponenten des Systems ist, die zur Berechnung eines Werts eines modifizierten Emissionsvermögens nach Verunreinigung auf dem Suszeptor und einer anderen Verunreinigung an dem System verwendet werden, und
5 ein Ablaufdiagramm von Komponenten ist, die verwendet werden, wenn eine Prozessschicht auf einem Prozesssubstrat gebildet wird.
Vorrichtung
1 der beiliegenden Zeichnungen zeigt ein Halbleiterbehandlungssystem 8, das zur Ausführung eines Verfahrens nach der Erfindung verwendet wird. Das System 8 hat eine Halbleiterbehandlungskammer 10, einen Suszeptor 12 in der Kammer 10, eine Leistungseinspeisung 14, eine Leistungssteuerung 16, Infrarotlampen-Heizeinrichtungen 18, ein unteres Pyrometer 20, ein oberes Pyrometer 22 und einen Rechner 24.
Die Kammer 10 hat einen Basisring 26, ein oberes Quarzfenster 28 und ein unteres Quarzfenster 30. Die Quarzfenster 28 und 30 haben Umfänge, die mit dem Basisring 26 eine Dichtung bilden. Der Basisring 26 bildet zusammen mit den Quarzfenstern 28 und 30 einen Innenraum 32. Durch den Basisring 26 hindurch ist ein Gaseinlass 34 in den Innenraum 32 ausgebildet, während ein Gasauslass 36 aus dem Innenraum 32 auf einer Seite des Innenraums 32 ausgebildet ist, die dem Gaseinlass 34 gegenüberliegt. Durch den Basisring 26 hindurch ist eine Schlitzventilöffnung (nicht gezeigt) ausgebildet. Durch die Schlitzventilöffnung kann ein Wafersubstrat in den Innenraum 32 eingeführt und später aus ihm entfernt werden. Der Suszeptor 12 ist in einer im Wesentlichen horizontalen Ausrichtung in dem Innenraum 32 angeordnet. Das Wafersubstrat kann auf der Oberseite des Suszeptors 12 positioniert werden.
Die Leistungseinspeisung 14 ist über eine Leistungssteuerung 16 mit den Heizeinrichtungen 18 verbunden. Aus der Leistungseinspeisung 14 kann elektrischer Strom durch die Leistungssteuerung 16 für die Heizeinrichtungen 18 bereitgestellt werden. Die Leistungssteuerung 16 kann die Größe der elektrischen Leistung variieren, die den Heizeinrichtungen 18 zugeführt wird. Die Heizeinrichtungen 18 strahlen Infrarotstrahlung 38 durch das untere Quarzfenster 30 auf die untere Fläche des Suszeptors 12. Über dem oberen Quarzfenster 28 können mehrere Heizeinrichtungen angeordnet werden, die in den Innenraum 32 strahlen.
Das untere Pyrometer 20 ist unter dem unteren Quarzfenster 30 angeordnet. Von der unteren Fläche des Suszeptors 12 strahlt Infrarotstrahlung 40 durch das untere Quarzfenster 30 ab. Das untere Pyrometer 20 befindet sich in einer Position für einen Empfang der Infrarotstrahlung 40. Die Infrarotstrahlung 40 neigt zu einer Zunahme, wenn die Temperatur des Suszeptors 12 zunimmt, und zu einer Abnahme, wenn die Temperatur des Suszeptors 12 abnimmt. Das Pyrometer 20 erzeugt ein Signal 42 ansprechend auf die Infrarotstrahlung 40. Das Signal 42 nimmt zu, wenn die Infrarotstrahlung 40 zunimmt, und nimmt ab, wenn die Infrarotstrahlung 40 abnimmt. Die Leistungssteuerung 16 ist mit dem Pyrometer 20 verbunden, so dass das Signal 42 für die Leistungssteuerung 16 bereitgestellt wird. Die Leistungssteuerung 16 ist zwischen die Leistungseinspeisung 14 und die Heizeinrichtungen 16 geschaltet und kann das Signal 42 benutzen, um die Temperatur des Suszeptors 12 stabil und konstant zu halten.
In Betrieb wird ein Wafersubstrat in den Innenraum 32 eingeführt und oben auf dem Suszeptor 12 positioniert. Das Schlitzventil schließt die Schlitzventilöffnung, durch welche der Wafer in den Innenraum 32 eingeführt wird. Eine mit dem Gasauslass 36 verbundene Pumpe (nicht gezeigt) wird in Betrieb gesetzt, so dass der Innenraum 32 auf einem geforderten konstanten Druck gehalten wird. Der Suszeptor 12 erhitzt das Wafersubstrat auf eine Waferbehandlungstemperatur. Dann werden Behandlungsgase durch den Gaseinlass 34 eingeführt. Die Behandlungsgase strömen mit einer konstanten Rate über eine obere Fläche des Wafersubstrats und dann durch den Gasauslass 36 nach außen. Die Gase gehen eine Verbindung miteinander ein und scheiden eine Schicht oben auf dem Wafersubstrat nach herkömmlichen Prinzipien ab, die sich auf die chemische Gasphasenabscheidung beziehen. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Schicht bildet, hängt von dem Druck in dem Innenraum 32 und der Temperatur des Wafersubstrats ab.
Aus der Schicht, die auf dem Wafersubstrat gebildet wird, strahlt Infrarotstrahlung 44 durch das obere Quarzfenster 34. Das obere Pyrometer 22 befindet sich in einer Position, in der es die Infrarotstrahlung 44 empfängt. Das obere Pyrometer 22 ist mit dem Rechner 24 verbunden. Das obere Pyrometer 22 erzeugt ein Signal 46 ansprechend auf die Infrarotstrahlung 44. Das Signal 46 nimmt zu, wenn die Stärke der Infrarotstrahlung 44 zunimmt, und nimmt ab, wenn die Stärke der Infrarotstrahlung 44 abnimmt.
Die Stärke der Infrarotstrahlung 44 hängt von zwei Faktoren ab: (i) der Temperatur der Schicht, die auf dem Wafersubstrat gebildet wird, und (ii) dem Emissionsvermögen der Schicht, die auf dem Wafersubstrat gebildet wird. Das Emissionsvermögen ändert sich, wenn die Schicht gebildet wird, so dass sich die Stärke der Infrarotstrahlung 44 auch bei einer konstanten Temperatur ändert, wenn die Schicht gebildet wird. Die Stärke der Infrarotstrahlung 44 ist somit kein guter Indikator für die Temperatur der Schicht. Die Erfinder haben jedoch gefunden, dass die Stärke der Infrarotstrahlung 44 zyklisch ist. Wie nachstehend näher beschrieben wird, wird die zyklische Natur der Stärke der Infrarotstrahlung 44 dazu verwendet, die Wachstumsrate der Schicht zu bestimmen. Die Wachstumsrate der Schicht kann dazu verwendet werden, die Temperatur der Schicht indirekt zu bestimmen.
Eichung des unteren Pyrometers
Das Emissionsvermögen des Suszeptors 12 ändert sich, wenn Filme darauf abgeschieden werden. Eine Schicht auf dem unteren Quarzfenster 30 dämpft ebenfalls hindurchgehende Infrarotstrahlung. Für die Zwecke der weiteren Erörterung wird die Wirkung der Schicht auf dem unteren Quarzfenster 30 mit dem Emissionsvermögen des Suszeptors 12 kombiniert.
Obwohl hier Bezug auf das Emissionsvermögen des Suszeptors 12 genommen wird, ist dies als effektives Emissionsvermögen der Kombination des Ist-Emissionsvermögens des Suszeptors 12 und der Wirkung der Schicht auf dem unteren Quarzfenster 30 zu verstehen.
2 zeigt, wie das untere Pyrometer geeicht und ein Anfangswert des Emissionsvermögens E_s des am Anfang sauberen Suszeptors 12 erhalten wird.
In den Suszeptor 12 ist ein Thermoelement 50 eingesetzt und der Suszeptor 12 wird auf eine Temperatur von beispielsweise 660°C erhitzt. Das Thermoelement 50 liefert ein Signal 51 zum Rechner 24. Das Thermoelement 50 ist so geeicht, dass das Signal 51 eine genaue Anzeige der Temperatur des Suszeptors 12 gibt.
Das Signal 42 des unteren Pyrometers 20 wird mit dem Signal 51 aus dem Thermoelement 50 verglichen. Das Signal 42 hängt von dem Grad der Infrarotstrahlung 40 ab. Der Grad der Infrarotstrahlung 40 hängt von der Temperatur des Suszeptors 12 und seinem Emissionsvermögen E_s ab. Die Stärke des Signals 42 ist somit eine Funktion der Temperatur des Suszeptors 12 und seines Emissionsvermögens E_s. Das Signal 51 ist eine Anzeige für die Temperatur des Suszeptors 12, so dass die einzige zu berechnende Variable das Emissionsvermögen E_s des Suszeptors 12 ist. Die Signale 42 und 51 werden dann verglichen – 52 – und das Emissionsvermögen E_s wird berechnet – 53 –. Das untere Pyrometer 20 wird dann kalibriert – 54 –, wobei das berechnete Emissionsvermögen E_S verwendet wird. In dem Rechner 24 ist auch eine funktionelle E-T-Beziehung gespeichert. Die E-T-Beziehung ist als eine Kurve der Ist-Temperatur T über dem Emissionsvermögen E dargestellt. Die Ist-Temperatur ist insgesamt umgekehrt proportional zum Emissionsvermögen E. Wenn das Emissionsvermögen des Suszeptors 12 zunimmt und die Stärke des Signals 42 die gleiche bleibt, ergibt das, dass die Temperatur des Suszeptors 12 abgenommen hat. Als wesentlich ist zu vermerken, dass die Kurve eine Neigung der Ist-Temperatur über dem Emissionsvermögen E nahe an dem Emissionsvermögen E_s hat.
Erzeugung von Referenzdaten
Auf dem Suszeptor 12 ist, während er noch neu ist und somit ein Emissionsvermögen E_s hat, eine Anzahl von Referenzsubstraten 56 angeordnet. Die Referenzsubstrate 56 sind auf dem Suszeptor 12 nacheinander angeordnet und ihre jeweilige Referenzschicht 57 wird auf einem entsprechenden Referenzsubstrat 56 gebildet. Da das untere Pyrometer 20 geeicht ist und da der Suszeptor 12 noch sein ursprüngliches Emissionsvermögen E_s hat, kann das Signal 42 noch verwendet werden, die Ist-Temperatur der unteren Fläche des Suszeptors 12 genau zu bestimmen. Das Signal 42 wird dem Rechner 24 zugeführt. Das Signal 42 wird auch der Leistungssteuerung 16 zugeführt, die die Heizeinrichtungen 16 auf einer stabilen Leistung hält, so dass die Heizeinrichtungen 18 einen stabilen Wärmestrom über dem Suszeptor 12 erzeugen. Der stabile Wärmestrom hält den Suszeptor 12 auf einer konstanten Temperatur.
Gleichzeitig geht Infrarotstrahlung 44 zu dem oberen Pyrometer 22 durch. Da sich das Emissionsvermögen der Referenzschicht 57 ändert, wenn sie sich bildet, ändert sich das Signal 46 auch dementsprechend. Wenn sich die Referenzschicht 57 zu bilden beginnt, nimmt das Signal 46 von einem Ausgangswert zu, dann zu dem Ausgangswert ab, dann weiter ab und anschließend zum Ausgangswert zu. Das Signal 46 hat somit eine Stärke, die periodisch ist. Eine Länge der Zeit einer Periode des Signals 46 ist die Länge der Zeit, die erforderlich ist, dass die Stärke des Signals 46 ein zweites Mal auf seinen Ursprungswert zurückkehrt. Es wurde gefunden, dass das Referenzsignal 57 jedes Mal dann die gleiche Dicke hat, wenn die Stärke des Signals 46 zu seinem Ursprungswert das zweite Mal zurückkehrt. Die Länge des Zeitraums des Signals bildet somit eine Anzeige der Wachstumsrate der Referenzschicht 57. Eine längere Periode zeigt eine langsamere Wachstumsrate an und eine kürzere Periode eine schnellere Wachstumsrate. Das Signal 46 wird dem Rechner 24 zugeführt.
Der Rechner 24 hat einen Taktgeber 58. Der Rechner 24 bestimmt, wann die Stärke des Signals 46 zu seinem Ursprungspegel das zweite Mal zurückkehrt und benutzt dann den Taktgeber 58, um eine Länge der Zeit für das Signal 46 zu bestimmen, zu seinem Ursprungswert das zweite Mal zurückzukehren. Dann wird ein Datenpunkt in dem Rechner 24 gespeichert, der die Differenzperiode aus dem Signal zur Ist-Temperatur in dem Signal 42 in Beziehung setzt. Somit hat für ein Referenzsubstrat N die Ist-Temperatur N eine spezifische Referenzperiode N.
Das Referenzsubstrat N – 56 – wird dann von dem Suszeptor 12 aus der Kammer 10 heraus entfernt und ein anderes Referenzsubstrat N+1 in die Kammer 10 und auf den Suszeptor 12 eingeführt. Der Suszeptor 12 und das Referenzsubstrat N+1 werden dann auf eine Temperatur erhitzt, die zur Ist-Referenztemperatur unterschiedlich ist, wenn die vorherige Referenzschicht auf dem vorherigen Referenzsubstrat N ausgebildet wird. Die Ist-Referenztemperatur N+1 wird dann in Beziehung zu der Referenzperiode N+1 für das Referenzsubstrat N+1 gesetzt.
Durch Wiederholen des Prozesses für aufeinander folgende Referenzsubstrate wird ein konsolidierter Satz von Referenzdaten erzeugt, wobei unterschiedliche Referenzperioden sich auf unterschiedliche Ist-Temperaturen beziehen. Die Referenzperioden sind insgesamt umgekehrt proportional zu den Ist-Temperaturen der verschiedenen Referenzsubstrate. Es gilt deshalb, dass die Idealtemperatur umso höher ist, je kürzer die Periode (und je schneller die Wachstumsrate) ist.
Ausbilden einer Testschicht auf einem Testsubstrat
Es wird wieder auf 1 Bezug genommen. Eine aufeinander folgende Verwendung des Systems 8 erzeugt Schichten auf den Innenflächen der Quarzfenster 28 und 30. Die Schicht auf dem oberen Quarzfenster 28 verringert die Fähigkeit weiter, dass das obere Pyrometer 22 genau eine Temperatur einer Schicht bestimmt, die auf einem Substrat auf dem Suszeptor 12 gebildet wird. Außerdem beeinträchtigt die Schicht auf dem unteren Quarzfenster 30 die Stärke der Infrarotstrahlung 40, so dass, wenn die Infrarotstrahlung 40 das untere Pyrometer 20 erreicht, sie eine geringere Stärke hat, als damals, als das untere Pyrometer 20 geeicht wurde. Eine Filmabscheidung auf der unteren Fläche des Suszeptors 12 ändert auch sein Emissionsvermögen. Das untere Pyrometer 20 liest somit die Temperatur auf der unteren Fläche des Suszeptors 12 „falsch".
Das obere Pyrometer 22 kann jedoch noch eine Periode der Stärke der Infrarotstrahlung 44 erfassen. Die Periode in der Stärke der Infrarotstrahlung 44 ist eine Anzeige für die Wachstumsrate der Schicht, die wiederum eine Anzeige für die Temperatur der Schicht ist. Die Periode an dem Signal 46 kann somit mit den Perioden in den Bezugsdaten verglichen werden, um die Ist-Temperatur der Schicht zu bestimmen, vorausgesetzt, dass alle anderen Prozessbedingen die gleichen sind.
4 zeigt, wie die Bildung einer Testschicht auf einem Testsubstrat verwendet werden kann, um die Temperatur des Suszeptors 12 für die Zwecke einer weiteren Modifizierung der Leistung zu bestimmen, die dem Suszeptor 12 bereitgestellt wird. Auf dem Suszeptor 12 ist ein Testsubstrat 62 angeordnet, und es wird eine Testschicht 64 auf dem Testsubstrat 62 ge bildet. Die Bedingungen zur Bildung der Testschicht 64 sind die gleichen wie die Bedingungen zur Bildung der Referenzschicht 57 in 3. Der Gesamtdruck, der Partialdruck der Gase, die Arten der verwendeten Gase und die Durchsätze sind bei der Bildung der Testschicht 64 und bei der Bildung der Referenzschicht 57 die gleichen und werden bei der Bildung der Referenzschicht 57 auf konstanten Pegeln gehalten. Der einzige Unterschied besteht darin, dass das Emissionsvermögen des Suszeptors 1-2 sich zu einem modifizierten Emissionsvermögen E_mod aufgrund der Verunreinigung auf dem Suszeptor 12 verändert. Das Signal 42 aus dem unteren Pyrometer 20 stellt eine genaue Messung der Temperatur des Suszeptors 12 bereit. Das Signal 42 wird noch von der Leistungssteuerung 16 verwendet, um die Heizeinrichtungen 18 stabil zu halten, so dass sie einen stabilen Wärmestrom über dem Suszeptor 12 erzeugen und den Suszeptor 12 somit auf einer konstanten Temperatur halten. Die Absicht ist, E_mod zu bestimmen, so dass die Temperatur des Suszeptors 12 bestimmt werden kann.
Das obere Pyrometer 22 erfasst die Infrarotstrahlung 44 auf der Testschicht 64. Der Rechner 24 verwendet dann wieder das Signal 46 aus dem oberen Pyrometer 22 und von dem Taktgeber 58, um eine Testperiode 70 des Signals 46 zu berechnen. Die Länge der Testperiode wird wieder von dem Zeitpunkt an berechnet, zu dem sich die Testschicht 64 zu bilden beginnt, bis zu dem Zeitpunkt, an dem das Signal 64 ein zweites Mal zu seinem Ursprungswert zurückkehrt.
Die Testperiode wird dann mit den Referenzdaten verglichen, die in 3 erzeugt wurden. Da alle Referenzperioden auf spezielle Ist-Temperaturen bezogen sind, entspricht die berechnete Testperiode 70 einer speziellen Ist-Temperatur. Die Bedienungsperson gibt eine gewünschte Temperatur 72 in den Rechner 24 ein. Der Rechner 24 subtrahiert dann die gewünschte Temperatur 72 von der Ist-Temperatur, die der berechneten Testperiode 70 entspricht, und die Differenz in der Temperatur ΔT ist die Temperaturdifferenz, um die der Suszeptor 12 auf die gewünschte Temperatur 72 justiert werden muss.
Die Differenz in der Temperatur ΔT wird dann mit der E-T-Beziehung verglichen, die in 2 erzeugt wird. Da die Neigung der Kurve der E-T-Beziehung in der Nähe von E_s bekannt ist, kann E_mod bestimmt werden. E_mod wird dadurch bestimmt, dass die Temperatur auf der Y-Achse um ΔT nach unten bewegt wird. ΔT kann beispielsweise 5°C sein und, wie vorher erwähnt, betrug die Temperatur bei E_s 660°C, so dass die Temperatur nach unten auf 655°C bewegt wird. E_mod ist der Emissionsvermögenswert, der 655°C entspricht. E_mod ist der Emissionsvermögenswert des Suszeptors 12 aufgrund Verunreinigung.
Ausbildung einer Prozessschicht auf einem Prozesssubstrat
Wie in 5 gezeigt ist, wird das Testsubstrat 62 von 4 von dem Suszeptor 12 entfernt und ein Prozesssubstrat auf dem Suszeptor 12 angeordnet. Dann wird auf dem Prozesssubstrat 80 eine Prozessschicht 82 bebildet. Die Prozessschicht 82 kann eine völlig andere Schicht als die Referenzschicht 57 von 3 und die Testschicht von 4 sein. Tatsächlich können alle Prozessbedingungen bei der Bildung der Prozessschicht 82 anders sein, als bei der Bildung der Referenzschichten 57 und der Testschicht 64. Wesentlich ist, dass der Emissionsvermögenswert E_mod des Suszeptors 12 bekannt ist und seine Temperatur somit berechnet werden kann. Das vom unteren Pyrometer 20 erzeugte Signal 42 ist nun von zwei Faktoren abhängig: (i) der Temperatur des Suszeptors 12 und (ii) dem Emissionsvermögen E_mod des Suszeptors 12, die beide bekannt sind. Zwischen dem gewünschten Signal L_d aus dem unteren Pyrometer 20, dem Emissionsvermögen aus dem Suszeptor 12 und der gewünschten Temperatur des Suszeptors 12 ist eine Beziehung vorhanden, wie sie in dem Steuerkasten 16 dargestellt ist. Das gewünschte Signal I_d kann dadurch berechnet werden, dass der Emissionsvermögenswert E durch E_mod ausgetauscht wird und die Temperatur T durch die gewünschte Temperatur 72 des Suszeptors 12, wie sie von der Bedienungsperson eingegeben wurde (k₁, k₂, k₃ und k₄ sind Konstante) ausgetauscht wird. Die Leistungssteuerung 16 vergleicht den Wert von I_d mit dem Signal 42. Wenn das Signal 42 unter dem Wert I_d liegt, wird für die Heizeinrichtungen 18 mehr Leistung bereitgestellt und umgekehrt. Dadurch wird der Suszeptor 12 auf einer Temperatur gehalten, die der gewünschten Temperatur 62 entspricht, die von der Bedienungsperson eingegeben wurde.
Obwohl bestimmte beispielsweise Ausführungsformen beschrieben und in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt worden sind, ist es selbstverständlich, dass solche Ausführungsformen lediglich zur Veranschaulichung dienen und die vorliegende Erfindung nicht beschränken, und dass diese Erfindung nicht auf die speziellen Konstruktionen und Anordnungen beschränkt ist, die gezeigt und beschrieben sind, da der Faschmann Modifizierungen vornehmen kann.

Claims

Verfahren, bei welchem – eine Testvariable einer Testschicht gemessen wird, die auf einem Testsubstrat in einer Behandlungskammer gebildet wird, – die Testvariable dazu verwendet wird, eine Referenzprozessbedingung in einem konsolidierten Datensatz von Referenzvariablen gegenüber Referenzprozessvariablen auszuwählen, wobei ein Platz des Referenzprozesszustands unter den Referenzprozessvariablen von einem Platz der Testvariablen unter den Referenzvariablen abhängt, und – eine Prozessschicht auf einem Prozesssubstrat in einer Behandlungskammer ausgebildet wird, wobei eine Prozessvariable zur Bildung der Prozessschicht auf dem Referenzprozesszustand basiert, dadurch gekennzeichnet, – dass die Testvariable eine Anzeige für die Wachstumsrate der Testschicht ist und – dass die Testvariable eine Anzeige für die Länge einer Periode eines Signals aus der Testschicht ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Testvariable eine Anzeige für die Länge einer Periode eines Signals aus einem Pyrometer ist, das Infrarotstrahlung aus der Testschicht erfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Testvariable eine Länge einer ersten Periode des Signals ist, die beginnt, wenn sich die Testschicht zu bilden beginnt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessvariable den Wärmestrom über einer Oberfläche des Prozesssubstrats beeinflusst.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessvariable die Leistung ist, die für eine Heizeinrichtung bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rechner bei der Ausführung des Verfahrens verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessvariable von einem Rechner ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem weiterhin – eine Heizeinrichtung so eingestellt wird, dass ein Testwärmestrom über einem Testsubstrat in einer Substratbehandlungskammer erzeugt wird, – eine Testschicht auf der Oberfläche ausgebildet wird, während die Heizeinrichtung den Testwärmestrom über der Oberfläche des Testsubstrats erzeugt, – eine Testvariable, die eine Anzeige für die Wachstumsrate der Testschicht ist, mit einer Referenzvariablen verglichen wird, die eine Anzeige für die Wachstumsrate einer Referenzschicht ist, wenn ein Referenzwärmestrom über einer Oberfläche eines Referenzsubstrats erzeugt wird, – ein Prozesssubstrat in die Behandlungskammer eingeführt wird, – die Heizeinrichtung so eingestellt wird, dass ein Prozesswärmestrom über einer Oberfläche des Prozesssubstrats erzeugt wird, wobei der Prozesswärmestrom auf der Basis des Vergleichs der Testvariablen mit der Referenzvariablen ausgewählt wird, – eine Prozessschicht auf der Oberfläche des Prozesssubstrats ausgebildet wird, während die Heizeinrichtung den Prozesswärmestrom über der Oberfläche des Prozesssubstrats erzeugt, und – das Prozesssubstrat aus der Behandlungskammer entfernt wird, nachdem die Prozessschicht ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem weiterhin – eine Heizeinrichtung so eingestellt wird, dass ein Testwärmestrom über einer Oberfläche eines Testsubstrats in einer Behandlungskammer erzeugt wird, – eine Testschicht auf der Oberfläche des Testsubstrats gebildet wird, während die Heizeinrichtung den Testwärmestrom über der Oberfläche des Testsubstrats erzeugt, – ein Pyrometer verwendet wird, um Infrarotstrahlung aus der Testschicht zu erfassen, während die Testschicht gebildet wird, wobei das Pyrometer ein Signal erzeugt, das mit Änderungen der Stärke der Infrarotstrahlung variiert, – ein Testwert berechnet wird, der eine Anzeige für die Länge einer Periode des Signals ist, – ein gewünschter Prozesswert aus den Daten der unterschiedlichen Referenzprozesswerte ausgewählt wird, – auf einen gewünschten Referenzwert aus den Daten Zugriff genommen wird, der dem gewünschten Prozesswert entspricht und sich von Referenzwerten unterscheidet, die anderen Werten der Prozesswerte entsprechen, – der Testwert mit dem gewünschten Referenzwert verglichen wird, – die Heizeinrichtung basierend auf dem Vergleich eingestellt wird, – ein Prozesssubstrat in die Behandlungskammer eingeführt wird, wobei die Heizeinrichtung das Prozesssubstrat nach dieser Einstellung erhitzt, – eine Prozessschicht auf dem Prozesssubstrat während des Erhitzens durch die Heizeinrichtung gebildet wird und – das Prozesssubstrat aus der Behandlungskammer entfernt wird, in die das Prozesssubstrat eingeführt ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Testschicht gebildet wird, während ein Testdruck und eine Konzentration eines Gases eines Materials aufrechterhalten wird, aus dem die Testschicht bei konstanten Pegeln gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des Wärmestroms über der Oberfläche des Testsubstrats konstant gehalten wird, während die Testschicht gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Oberfläche des Testsubstrats konstant bleibt, während die Testschicht gebildet wird, wobei die Testschicht ein Emissionsvermögen hat, das sich ändert, während die Testschicht ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Pyrometer außerhalb der Kammer angeordnet wird, in der sich das Testsubstrat befindet, wenn die Testschicht ausgebildet wird, wobei die Kammer eine Wand aus einem Material hat, durch das die Infrarotstrahlung hindurchstrahlt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Testwert eine Länge einer Zeit ist, die das Signal braucht, ein zweites Mal zu einem Anfangswert zurückzukehren.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Testwert eine Länge einer Zeit einer ersten Periode des Testsignals ist, die beginnt, wenn sich die Testschicht zu bilden beginnt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Größe des Signals zunimmt, wenn der Grad der Infrarotstrahlung zunimmt, und abnimmt, wenn der Grad der Infrarotstrahlung abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Prozesswerte der Daten unterschiedliche Leistungspegeleinstellungen sind.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Testwert und der Referenzwert verglichen werden, um eine Differenz zwischen ihnen zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Testwert eine Länge einer Periode des Signals ist und die Heizeinrichtung entweder durch Erhöhen des Wärmestroms aus der Heizeinrichtung, wenn der Testwert größer als der gewünschte Referenzwert ist, oder durch Verringern des Wärmestroms aus der Heizeinrichtung eingestellt wird, wenn der Testwert kleiner als der gewünschte Referenzwert ist.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem weiterhin die Daten vor der Ausbildung der Testschicht auf dem Testsubstrat kompiliert werden.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten kompiliert werden, indem wiederholt (i) ein Referenzsubstrat in eine Behandlungskammer eingeführt wird, (ii) eine Prozessvariable auf eine Referenzprozessvariable eingestellt wird, (iii) eine Referenzschicht auf dem Referenzsubstrat ausgebildet wird, (iv) ein Referenzwert der Referenzschicht berechnet wird und (v) sowohl die Referenzprozessvariable als auch der Referenzwert auf eine Weise aufgezeichnet werden, die sie zueinander in Bezug setzt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem weiterhin – ein Temperaturdetektor zum Erfassen einer Variablen verwendet wird, die zur Bestimmung einer Wachstumsrate einer Testschicht eingesetzt wird, die auf einem Testsubstrat in einer Behandlungskammer gebildet wird, und – eine Prozessschicht auf einem Prozesssubstrat in einer Behandlungskammer gebildet wird, wobei wenigstens ein Behandlungszustand zur Bildung der Prozessschicht basierend auf der Variablen eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, – dass die zur Bestimmung der Wachstumsrate einer Testschicht verwendete Variable zum Bestimmen der Wachstumsrate der Prozessschicht auf dem Prozesssubstrat eingesetzt wird und – dass die Wachstumsrate der Prozessschicht zur Bestimmung der Temperatur der Prozessschicht verwendet wird, die zum Einstellen des wenigstens einen Behandlungszustands zur Bildung der Prozessschicht eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Variable eine Anzeige für eine Periode der Infrarotstrahlung ist, die von der Testschicht ausgestrahlt wird.