JP5718809B2 - 加工品の破壊を防止する方法および装置 - Google Patents
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Description
本発明は、加工品、例えば半導体ウェーハを熱処理するための方法および装置に関する。
加工品の熱処理に多数の出願が、関係している。例えばマイクロプロセッサのような半導体チップの製造にあたり、加工品は、アニールまたは他の熱処理目的のための熱処理チャンバ内に支持された半導体ウェーハを一般に含む。本願出願人が権利者の1人となっている米国特許第7,501,607号(本明細書ではこの米国特許を参考例として援用する)は、かかる半導体ウェーハをアニールするための熱処理技術の例について述べている。ここでウェーハは、まず中間温度となるように予備的に加熱され、その後、表の面またはデバイス側の面がアニール温度まで急速に加熱される。初期の予備的な加熱ステージは、ウェーハを通過する熱伝導時間よりもかなり低いレートで行われ、この予備的な加熱ステージは、アークランプまたは他の照射デバイス(irradiance device)を用いてウェーハの裏面または基板側の面を照射し、例えば毎秒400℃未満のランプ関数レートでウェーハを加熱することによって達成される。その後の表面加熱ステージは、ウェーハのバルクがより低温の中間温度の近くに維持された状態で、デバイスの側面だけを最終アニール温度まで加熱するように、ウェーハを通る熱伝導時間よりもかなり急速に行われる。かかる表面加熱はフラッシュランプまたはフラッシュランプのバンクからの、例えば1ミリ秒のような比較的短い時間長さを有する、大パワーの照射フラッシュ(irradiance flash)にデバイスの側面を露出することによって達成できる。次に、ウェーハのより低温のバルクは、デバイスの側面の急速な冷却を促進するためのヒートシンクとして働く。
ウェーハが更に径方向内側に位置している支持ピンによって支持されている場合、ウェーハのエッジは急激に下向きに弓状に変化し、ウェーハを上方に支持している支持プレートに衝突し、潜在的にウェーハを損傷または破壊し得る。更に、かかる熱による弓状変化が生じる急速性に起因し、ウェーハの種々の領域に加えられる初期速度は、ウェーハが平衡最小応力形状をオーバーシュートし、急激に振動するように働き、この結果、更に応力が生じ、ウェーハは潜在的に破損または破壊され得る。
照射フラッシュの結果生じる、半導体ウェーハの急激な熱変形の他に、半導体ウェーハは、加熱中の他の状況でも熱変形し得る。
例えば(ウェーハの片面だけの照射または等しくないパワーでの双方の面の照射の結果として)比較的低速の予備的加熱ステージ中に、ウェーハの厚み方向に熱勾配が存在する場合、ウェーハのより高温の面のほうがより低温の面よりも大きく熱膨張し、よってウェーハはドーム形状となるように変形され、この場合、ドームの外側表面にある面がより高温となる。
更に別の例として、ウェーハの一表面にフィルムが貼付されている場合、この膜がウェーハの反対の面の上にある材料(この反対の面は、ウェーハの基板でもよいし、反対の面に貼付された別の異なるフィルムでもよい)とは異なる熱膨張係数(CTE)を有することがあり得る。このことも、ウェーハの熱変形を生じさせるように働く。
添付図面は本発明の実施形態を示す。
図1を参照すると、本発明の第1実施形態に係わる加工品を熱処理するための装置は、全体が番号100で示されている。この実施形態では、装置100は、加工品106を熱処理するようになっている熱処理システムと、熱処理システムによる加工品の熱処理中の加工品の変形を測定するようになっている測定システムと、プロセッサ回路110とを備える。プロセッサ回路110は、熱処理システムおよび測定システムと協働し、測定システムによる加工品の変形の測定に応答し、加工品の熱処理に関するある行動をとるようになっている。
この実施形態では、加工品106は、半導体ウェーハ120を含み、熱処理システムは熱プロセッシングシステムを含む。より詳細にはこの実施形態では、ウェーハ120は、例えばマイクロプロセッサのような半導体チップを製造するのに使用するための300ミリ径のシリコン半導体ウェーハである。この実施形態では、加工品106の第1表面104は、ウェーハ120の表の面、すなわちデバイス側の面122を含む。同様に、この実施形態では、加工品の第2表面118は、ウェーハ120の背面、すなわち基板側の面124を含む。
この実施形態では、装置100の測定システムは、ウェーハ120の曲率を測定し、すなわち後により詳細に説明するように、ウェーハがドーム形状に変形したときの曲率半径を測定するようになっている。
一般に本明細書に説明したものを除き、本実施形態の装置100は、本明細書で参考例として援用する、本願出願人が譲受人の1人となっている米国公開特許出願第2007/0069161号に記載の熱処理装置と同一である。従って、簡潔にするために米国公開特許出願第2007/0069161号に開示されている装置100の多数の細部については省略する。
図1および2を参照する。図2には、あるRTPシステムコンピュータ(RSC)112がより詳細に示されている。この実施形態ではRSCは、プロセッサ回路110を含み、このプロセッサ回路は、本実施形態ではマイクロプロセッサ210を含む。しかしながら、より一般的には、この実施形態では「プロセッサ回路」なる用語は、本明細書に記載の機能を実行するために、本明細書および一般的な知識に基づき当業者がマイクロプロセッサ210の代わりに使用できる任意のタイプのデバイスまたはそれらの組み合わせを広義に含み得る。かかるデバイスは、例えば、他のタイプのマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、他の集積回路、他のタイプの回路もしくは回路の組み合わせ、ロジックゲートまたはゲートアレイ、もしくは任意の種類のプログラマブルデバイスのうちの単独、もしくは同一ロケーションにあるか、または離間したロケーションにある他のかかるデバイスとの組み合わせを含むことができるが、これらに限定されない。
熱処理および変形制御ルーチン
図2および3を参照すると、図3には、熱処理および変形制御ルーチンの全体が番号240で示されている。
上記記載は、熱処理中の加工品の変形を測定する説明上の方法について記載しているが、これとは異なり、かかる変形を測定するための別の方法に置き換えてもよい。
は、qおよびcによって示されるラインに平行な単位ベクトルであり、
は、rとcとの間の未知の距離を示す。この実施形態では、表面の法線を決定できるようにするために制限されているのはこの単一のパラメータsである。
によって示されることに留意されたい。次に、入射光線と反射光線の方向を示す単位ベクトルについて検討する。これら単位ベクトルの間の差は、法線ベクトルnrに垂直なベクトルである。この差ベクトルと主平面npへの法線とのクロス積は、nrであり、次の式で示される。
を示している。次のようにドット積を使用して2つの法線の間の角度を決定できる。
Claims (28)
- a)半導体加工品の熱処理中に半導体加工品の変形を測定するステップであって、当該加工品は半導体ウェーハを含み、加工品の変形の測定は前記ウェーハの熱処理中の変形の測定を含み、かつ変形の測定はウェーハの曲率の測定を含み、
b)前記ウェーハの前記変形の測定に応答し、前記ウェーハの熱処理に関連した行動をとるステップであって、当該行動をとるステップは、前記熱処理中の前記ウェーハの温度測定に対し、変形補正を実施することを含む
方法。 - 変形補正を実施する前記ステップは、前記温度測定値を得るのに使用した反射率の測定値に変形補正を実施することを含む、請求項1に記載の方法。
- 行動をとる前記ステップは、前記ウェーハの熱処理を変更することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記熱処理を変更する前記ステップは、前記ウェーハの所望する変形の測定に応答し、前記ウェーハの表面に入射する照射フラッシュを開始することを含む、請求項3に記載の方法。
- 前記熱処理を変更する前記ステップは、前記ウェーハ内の熱暴走を防止するステップを含み、当該熱暴走を防止するステップは、前記ウェーハの裏側に供給されている照射パワーを増加させること、および前記ウェーハの上側に供給されている照射パワーを減少させることの内の少なくとも1つを含む
請求項3に記載の方法。 - 前記熱処理を変更する前記ステップは、前記ウェーハと、このウェーハの下方にある支持プレートとの間の間隔を広げることを含む、請求項3に記載の方法。
- 前記熱処理を変更する前記ステップは、ウェーハの初期形状に対する前記ウェーハの変形を小さくするステップを含み、当該変形を小さくするステップは、前記ウェーハのより低温側に供給されている照射パワーを増加させること、および前記ウェーハのより高温側に供給されている照射パワーを減少させることの内の少なくとも1つを含む
前記請求項3に記載の方法。 - 曲率を測定する前記ステップは、前記ウェーハが反射した像の変化を測定することを含む、請求項1に記載の方法。
- 像の変化を測定する前記ステップは、前記ウェーハが反射した像の倍率の変化を測定することを含む、請求項8に記載の方法。
- 像の変化を測定する前記ステップは、前記ウェーハの表面に対する少なくとも2つの法線を識別することを含む、請求項8に記載の方法。
- 前記変形の測定は、前記ウェーハの表面上の複数の位置のウェーハの変形を測定することを含む、請求項1に記載の方法。
- 行動をとる前記ステップは、前記ウェーハの1つの側に供給されている照射パワーを選択的に増加させることにより、前記ウェーハの所望する変形を誘導することを含む、請求項1に記載の方法。
- 変形を誘導する前記ステップは、前記ウェーハをドーム形状に変形させることを含む、請求項12に記載の方法。
- 前記ウェーハの所望する変形が誘導されたときに、前記ウェーハの表面に入射する照射フラッシュを開始するステップを更に含む、請求項12に記載の方法。
- a)半導体加工品を熱処理するように構成されている熱処理システムであって、当該加工品は半導体ウェーハを含み、
b)熱処理システムによるウェーハの熱処理中に前記ウェーハの変形を測定するように構成されている測定システムであって、当該測定システムは前記ウェーハの曲率を測定するよう構成され、
c)前記熱処理システムおよび前記測定システムと協働し、前記ウェーハの前記変形を測定する前記測定システムに応答し、前記ウェーハの前記熱処理に関連した行動をとるように構成されているプロセッサ回路とを備え、当該プロセッサ回路は、前記熱処理中の前記ウェーハの温度測定に対し、変形補正を実施するように構成されている
半導体加工品を熱処理するための装置。 - 前記プロセス回路は、前記温度測定値を得るために使用される、反射率の測定値に対して変形補正を実施するように構成されている、請求項15に記載の装置。
- 前記プロセッサ回路は、前記測定システムによる前記ウェーハの変形の測定に応答し、前記ウェーハの前記熱処理を変更するように構成されている、請求項15に記載の装置。
- 前記熱処理システムは、照射フラッシュ源を含み、前記プロセッサ回路は、前記熱処理システムを制御し、前記測定システムによる前記ウェーハの所望する変形の測定に応答し、前記ウェーハの表面に入射する照射フラッシュを開始するように構成されている、請求項17に記載の装置。
- 前記プロセッサ回路は、前記熱処理システムを制御し、前記ウェーハの裏側に供給されている照射パワーを増加させること、および前記ウェーハの上側に供給されている照射パワーを減少させることの内の少なくとも1つにより、前記ウェーハにおける熱暴走を防止するように構成されている、請求項17に記載の装置。
- 前記プロセッサ回路は、前記熱処理システムを制御し、前記ウェーハと前記ウェーハの下方に位置する支持プレートとの間の間隔を広げるように構成されている、請求項17に記載の装置。
- 前記プロセッサ回路は、前記熱処理システムを制御し、前記ウェーハのより低温側に供給されている照射パワーを増加させること、および前記ウェーハのより高温側に供給されている照射パワーを減少させることの内の少なくとも1つにより、その初期形状に対する前記ウェーハの変形を低減するように構成されている、請求項17に記載の装置。
- 前記測定システムは、前記ウェーハが反射した像の変化を測定するように構成されている、請求項15に記載の装置。
- 前記測定システムは、前記ウェーハが反射した像の倍率の変化を測定するように構成されている、請求項22に記載の装置。
- 前記測定システムは、前記ウェーハの表面に対する少なくとも2つの法線を識別するように構成されている、請求項15に記載の装置。
- 前記測定システムは、像源と前記ウェーハの表面による前記像源の反射を検出するように構成されている検出器とを含む、請求項15に記載の装置。
- 前記測定システムは、前記ウェーハの表面上の複数の位置におけるウェーハの変形を測定するよう構成されている、請求項15に記載の装置。
- 前記プロセッサ回路は、前記ウェーハの所望する変形を誘導するように前記ウェーハの1つの側に供給されている照射パワーを選択的に増加させることにより、前記熱処理システムを制御するように構成されている、請求項15に記載の装置。
- 前記プロセッサ回路は、前記熱処理システムを制御し、前記ウェーハの所望する変形が誘導されたときに、前記ウェーハの表面に入射する照射フラッシュを開始するように構成されている、請求項27に記載の装置。
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