JP2018536284A - 熱処理システムにおける基板破損検出 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2015年12月30日に出願された、米国仮特許出願第62/272,826号、発明の名称「Wafer Breakage Detection in a Millisecond Anneal System」の優先権の利益を主張するものであり、この文献は参照によって本願に組み込まれる。
本発明は、一般的に、基板、例えば半導体基板を処理するために使用される熱プロセスチャンバに関し、より詳細にはミリ秒アニール熱プロセスチャンバに関する。
本発明の例示的な態様は、熱処理中の基板破損(例えばウェハ破損)の検出に関する。説明および考察を目的として、本発明の態様を、「ウェハ」または半導体ウェハを参照しながら考察する。当業者であれば、本明細書における開示内容によって、本発明の例示的な態様を、任意の半導体基板または他の適切な基板に関連させて使用できることを理解するであろう。さらに、数値と関連させた「約」という語の使用は、記載された数値の10%以内を表すことが意図されている。
続いて、継続する歪みは、衝撃力として作用する応力を惹起する虞があり、ウェハの運動を制限または限定するために配置されている機構が存在しなければ、この応力によって、ウェハに振動がもたらされる。結果として生じるそれらのウェハの振動によって、ウェハが破断または破損する危険が高まると考えられる。例えば、ウェハの振動によって、ウェハがそのウェハを支持することが意図されている構造に衝撃を与えることになるか、またはウェハの運動を制限する可能性が高まると考えられる。振動は、ウェハに残存している熱勾配によって惹起される歪みに対抗するようにウェハを歪ませるので、それによって応力が高まり、熱応力のみから生じた応力を上回る応力が生じる。
例示的なミリ秒アニールシステムは、集中的で短時間の露光を提供して、例えば約104℃/sを上回ることができる割合で、ウェハの上面を加熱するように構成することができる。図1には、ミリ秒アニールシステムを使用して達成される、半導体基板の例示的な温度プロフィール100が示されている。図1に図示されているように、半導体基板(例えば、シリコンウェハ)のバルクが、傾斜フェーズ102中に中間温度TIに加熱される。中間温度TIは、約450℃〜約900℃の範囲であってよい。中間温度TIに達すると、半導体基板の上面を、非常に短い集中的な閃光に晒すことができ、その結果、約104℃/sまでの加熱の割合が得られる。窓110は、短い集中的な閃光中の、半導体基板の温度プロフィールを示す。曲線112は、閃光による露光中の、半導体基板の上面の急速な加熱を示す。曲線116は、閃光による露光中の、半導体基板のその他の部分またはバルクの温度を表す。曲線114は、ヒートシンクとして機能する半導体基板のバルクを介する、半導体基板の上面の伝導冷却による急速な冷却を示す。半導体基板のバルクは、基板に関する高速な上面冷却速度を生じさせるヒートシンクとして機能する。曲線104は、冷却剤としてのプロセスガスを用いる、熱放射および熱対流による半導体基板のバルクの緩慢な冷却を示す。
本発明の例示的な態様によれば、推定された冷却モデルパラメータの値の所定の偏差の検出によって、かつ/またはウェハ冷却期間(例えば、図1の曲線104に対応する期間)中にウェハの温度測定データから取得された値を有しているモデルフィッティング誤差メトリックによって、ウェハ破損検出を達成することができる。幾つかの実施の形態においては、ウェハ温度測定データが、ウェハから熱的に放出された放射の非接触式の測定値(例えば、図13のセンサ152および154によって取得された非接触式の測定値)に基づくものであってよい。
Claims (20)
- 熱処理システムにおける破損検出のための方法において、
熱処理の間の基板のための冷却期間中に取得された、前記基板に関する複数の温度測定値を表すデータにアクセスするステップと、
前記複数の温度測定値を表す前記データに少なくとも部分的に基づいて、冷却モデルに関連付けられた1つまたは複数のメトリックを推定するステップと、
前記冷却モデルに関連付けられた前記1つまたは複数のメトリックに少なくとも部分的に基づいて、前記基板が熱処理中に破損したか否かを表す破損検出信号を求めるステップと、
を含む方法。 - 前記破損検出信号が、基板は破損していないことを表した場合、前記方法は、前記熱処理システムにおいて次の基板を処理するステップを含む、
請求項1記載の方法。 - 前記破損検出信号が、基板は破損していることを表した場合、前記方法は、前記熱処理システムにおける次の基板の処理に先行して修正動作を実行するステップを含む、
請求項1記載の方法。 - 前記修正動作は、
熱処理のための次の基板を再びカセットに戻すステップと、
熱プロセスチャンバのドアを開放するステップと、
前記プロセスチャンバから前記破損した基板の1つまたは複数の破片を除去するステップと、
を含む、
請求項3記載の方法。 - 前記複数の温度測定値は、前記基板の上面に関連付けられた1つまたは複数の温度測定値、および、前記基板の下面に関連付けられた1つまたは複数の温度測定値を含む、
請求項1記載の方法。 - 前記1つまたは複数のメトリックは、冷却モデルパラメータを含む、
請求項1記載の方法。 - 前記1つまたは複数のメトリックは、モデルフィッティング誤差を含む、
請求項1記載の方法。 - 前記冷却モデルは、ニュートンの冷却の法則に少なくとも部分的に基づく、
請求項1記載の方法。 - 前記1つまたは複数のメトリックは、ニュートンの冷却の法則における指数関数的な冷却定数を含む冷却モデルパラメータを含む、
請求項8記載の方法。 - 前記モデルフィッティング誤差は、平均平方二乗誤差を含む、
請求項7記載の方法。 - 前記冷却モデルに関連付けられた前記1つまたは複数のメトリックに少なくとも部分的に基づいて破損検出信号を求めるステップは、
前記1つまたは複数のメトリックをメトリックの所定の範囲と比較するステップと、
前記1つまたは複数のメトリックが前記メトリックの所定の範囲に属するか否かに少なくとも部分的に基づいて前記破損検出信号を求めるステップと、
を含む、
請求項1記載の方法。 - 前記メトリックの所定の範囲は、破損していない基板に関連付けられたメトリックの範囲を含む、
請求項11記載の方法。 - 前記メトリックの所定の範囲は、破損した基板に関連付けられたメトリックの範囲を含む、
請求項11記載の方法。 - 前記冷却モデルに関連付けられた前記1つまたは複数のメトリックに少なくとも部分的に基づいて破損検出信号を求めるステップは、
前記複数の温度測定値を表す前記データを、それぞれが所定の期間に関連付けられている複数のセットに分割するステップと、
各セットに関して前記冷却モデルに関連付けられた1つまたは複数のメトリックを求めるステップと、
各セットに関して求められた前記1つまたは複数のメトリックに関連付けられた少なくとも1つの値を求めるステップと、
前記値を、値の所定の範囲と比較するステップと、
前記少なくとも1つの値が前記値の所定の範囲に属するか否かに少なくとも部分的に基づいて前記破損検出信号を求めるステップと、
を含む、
請求項11記載の方法。 - 前記値を、各セットに関して求められた前記1つまたは複数のメトリックの平均偏差または標準偏差に少なくとも部分的に基づいて求める、
請求項14記載の方法。 - ミリ秒アニールシステムのための温度測定システムにおいて、前記温度測定システムは、
ミリ秒アニールシステムにおいて半導体基板の上面に関連付けられた複数の温度測定値を取得するように構成されている第1の温度センサと、
ミリ秒アニールシステムにおいて半導体基板の下面に関連付けられた複数の温度測定値を取得するように構成されている第2の温度センサと、
種々の動作を実行するように構成されている少なくとも1つの処理回路と、
を含み、
前記動作は、
ミリ秒アニールパルスの前記半導体基板への適用に続く冷却期間中に、前記第1の温度センサおよび前記第2の温度センサから取得した複数の温度測定値を表すデータにアクセスするステップと、
前記複数の温度測定値を表す前記データに少なくとも部分的に基づいて、冷却モデルに関連付けられた1つまたは複数のメトリックを推定するステップと、
前記冷却モデルに関連付けられた前記1つまたは複数のメトリックに少なくとも部分的に基づいて、前記半導体基板が熱処理中に破損したか否かを表す破損検出信号を求めるステップと、
を含む温度測定システム。 - 前記第1の温度センサおよび前記第2の温度センサは、前記半導体基板からの放射を測定することによって温度を測定するように構成されている、
請求項16記載の温度測定システム。 - 前記1つまたは複数のメトリックは、冷却モデルパラメータまたはモデルフィッティング誤差を含む、
請求項16記載の温度測定システム。 - 前記冷却モデルパラメータは、ニュートンの冷却の法則における指数関数的な冷却定数を含む、
請求項18記載の温度測定システム。 - ミリ秒アニールシステムにおいて、前記ミリ秒アニールシステムは、
プロセスチャンバと、
半導体基板を支持するように構成されており、かつ、前記プロセスチャンバを上部チャンバおよび下部チャンバに分割する、ウェハ面プレートと、
前記半導体基板の上面にミリ秒アニールパルスを供給するように構成されている1つまたは複数の熱源と、
前記半導体基板の上面に関連付けられた複数の温度測定値を取得するように構成されている第1の温度センサと、
前記半導体基板の下面に関連付けられた複数の温度測定値を取得するように構成されている第2の温度センサと、
種々の動作を実行するように構成されている少なくとも1つの処理回路と、
を含み、
前記動作は、
前記ミリ秒アニールパルスの前記半導体基板への適用に続く冷却期間中に、前記第1の温度センサおよび前記第2の温度センサから取得した複数の温度測定値を表すデータにアクセスするステップと、
前記複数の温度測定値を表す前記データに少なくとも部分的に基づいて、冷却モデルに関連付けられた1つまたは複数のメトリックを推定するステップと、
前記冷却モデルに関連付けられた前記1つまたは複数のメトリックに少なくとも部分的に基づいて、前記半導体基板が熱処理中に破損したか否かを表す破損検出信号を求めるステップと、
を含むミリ秒アニールシステム。
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