TW202245074A - 基板處理設備、溫度量測方法及溫度控制方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種基板處理設備、溫度量測方法及溫度控制方法。基板處理設備包括一腔體、一基座使得基板可放置在基座上、用於加熱基座的一加熱單元、用於測量基板溫度的一溫度量測單元以及用於使用基板溫度來控制加熱單元的一控制器，溫度量測單元包括用於測量該基板位於該腔體內部的溫度的一第一量測單元、用於測量基板位於腔室外部的溫度的一第二量測單元、用於儲存第一量測單元所測量的第一資料、第二量測單元所測量的第二資料以及利用該第一資料與該第二資料計算的第三資料的一儲存單元，以及用於使用第三資料來計算基板溫度的一判定單元。

Description

基板處理設備、溫度量測方法及溫度控制方法
本發明係關於一種基板處理設備、溫度量測方法及溫度控制方法，特別是指一種藉由測量從腔體所排出的基板之腔體溫度以及透過將預先儲存的校正值反映在腔體測量到的溫度以計算腔體內部的基板之溫度，且控制用以加熱基板的一單元之方法。
一般來說，為了製造半導體元件、顯示裝置或薄膜太陽能電池，會進行讓特定材料形成的薄膜形成於基板上的薄膜沉積製程、使用光敏材料讓薄膜的選定區域曝光或受遮擋的微影製程，以及透過圖案化從選定區域移除薄膜的蝕刻製程。其中，薄膜沉積製程與蝕刻製程是在於真空狀態內優化的基板處理設備內部進行。
在於真空狀態內優化的基板處理設備中，會透過加熱單元加熱基板，以及透過將製程氣體供應至腔體的反應空間中來進行薄膜沉積製程或蝕刻製程。在基板處理製程中，基板的溫度會影響產物的品質，因此，基板的溫度應被精準測量。
一般而言，基板的溫度是使用非接觸式溫度量測裝置(例如光學溫度計)來測量。當光學溫度計在製程中經歷了長時間的使用，在基板處理製程中因製程氣體的反應而形成的異物可累積在光學溫度計上。當異物累積在溫度量測裝置上時，精準地測量基板溫度將會變得困難。因此，會需要一種設備及方法來精準地測量基板的溫度。
鑒於上述，本發明提供一種基板處理設備、溫度量測方法及溫度控制方法，其可解決上述因先前技術的缺陷或缺點所導致的問題。
本發明之一目的在於提供一種可精準測量腔體內的基板之溫度的基板處理設備、溫度量測方法及溫度控制方法，因此可控制整個基板的溫度。
本發明的其他優點、目的和特徵將部分的在下方的描述中闡述，且部分對於本領域具有通常知識者來說在檢查以下內容後將變得顯而易見，或可以從本發明的實踐中習得。本發明的目的及其他優點可以透過文字描述和申請專利範圍及附加圖式所特定指出的結構來了解與實現。
為了達成上述目標與其他優點以及根據本發明之目的，如本文所體現和廣泛描述的，基板處理裝置包括用於提供處理空間的腔體、用於放置一基板的一基座、用於加熱基座的一加熱單元、用於測量該基板溫度的一溫度量測單元，以及用於藉由該基板溫度來控制加熱單元的一控制器，其中溫度量測單元包括用於測量該基板位於腔體內部之溫度的第一量測單元、用於測量該基板位於腔體外部之溫度的第二量測單元、用於儲存第一測量單元所量測之第一資料、第二測量單元所量測之第二資料以及利用該第一資料與第二資料計算得到之第三資料的儲存單元，以及用於使用該第三資料計算該基板溫度的判定單元。
第三資料可包括上述第一資料與第二資料的差值。
判定單元可藉由將第三資料與第二資料相加以計算上述基板的溫度。
第二量測單元可設置在一槽閥門上。
第二量測單元可包括多個溫度量測裝置。
依據本發明另一實施例的溫度量測方法，包含將放置在一腔體內的基板從腔體內取出，測量該基板在腔體外部的溫度，以及透過將預先儲存的校正值反映在腔體外部測量的基板溫度中來確定基板在腔體內部的溫度。
在測量該基板位於腔體外部的溫度時，該基板的溫度可以在一槽閥門被測量。
上述校正值可以藉由儲存另一個位於腔體內部的基板的溫度所取得的第一資料、儲存位於腔體外部的基板的溫度所取得的第二資料、以及儲存藉由作為溫度量測用的校正值的上述第一資料與第二資料所計算得到的第三資料被產生。
第三資料可被計算為上述第一資料與第二資料的差值。
依據本發明的再一實施例，一種溫度控制方法控制了一單元的溫度，其中此單元是用於利用一基板的溫度來加熱上述基板，上述基板的溫度是利用上述溫度量測方法被判定。
應理解的是，本發明以上的概略描述以及以下的詳細描述係用以示範與解釋並提供請求項所請發明更進一步之解釋。
將示例性給出以下敘述中闡述的本發明之實施例中的具體結構或功能描述以描述本發明的實施例，且本發明的實施例並不以於此揭露的態樣為限且可以各種不同的形式實施。
本發明可以進行各種修改並以各種形式實施，因此，將在下描述中詳細描述具體實施例，其釋例在圖式中示出。然而，本發明不應被解釋為以於此闡述的實施例為限，並且應理解的是，本發明涵蓋落入本發明的範圍和技術範圍內的修改、等同物或替代物。
在實施例的以下描述中，如「第一」和「第二」之類的術語僅用於描述各種元件，並且這些元件不應被解釋為受這些術語的限制。這些術語僅用於辨認元件。舉例來說，在不脫離本發明的範圍的情況下，下文描述的第一元件可以被稱為第二元件，類似地，第二元件可以被稱為第一元件。
當元件或層體被稱為「連接到」或「耦接到」另一元件或層體時，它可以直接連接或耦接到另一元件或層體，或者可以存在中間元件或層體。相反地，當元件或層體被稱為「直接連接到」或「直接耦接到」另一元件或層體時，則可以沒有存在中間元件或層體。用於描述元件之間關係的其他用詞應以類似的方式解釋，舉例來說，「位於…之間」對「直接位於…之間」、「相鄰」對「直接相鄰」等。
本文使用的術語僅出於描述特定實施例的目的，目的並不在進行限制。如本文所用，除非上下文另有明確指示，否則單數形式也可包含複數形式。用語「包括」、「包含」及「具有」為開放性的，因此指定了所述特徵、整數(integer)、步驟、操作、元素、元件和/或上述之組合的存在，但不排除一個或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元素、元件和/或上述的組合之存在或增加。
除非另有定義，否則包括在以下描述中使用的技術或科學術語的所有術語具有與本領域技術人員通常理解的術語相同的含意。在通用辭典中定義的術語將被解釋為具有與相關技術中的上下文含義一致的含義，並且除非在描述中明確定義，否則不應被解釋為具有理想化或過度正式的含義。
以下，將參照圖式描述根據本發明的基板處理設備、溫度量測方法及溫度控制方法。圖1是根據本發明的基板處理設備的一些元件的示意圖。圖2是根據本發明的基板處理設備的構造的方塊示意圖。
根據本發明一實施例的基板處理設備100可以包括提供有在其中形成反應空間的腔體110、被提供在腔體110中並用於支撐至少一基板10的基座120、被提供於基座120之下並用於加熱基座120的加熱單元130、被提供在腔體110內部的一側以面對基座120並用以噴射製程氣體之氣體分配器140、被提供在腔體110外部並用以將製程氣體供應給氣體分配器140的氣體供應器150，以及用以排出腔體110內部的氣體的排氣器160。
腔體110可被提供成被配置為使得用於基板10上的沉積製程的空間形成在其中的容器類型。根據基板10的形狀，腔體110可以被提供成各種形狀。這裡，基板10可以採用用於製造半導體的矽基板或用於製造平板顯示器的玻璃基板。即，當諸如矽基板的基板10為圓形時，腔體110可以被提供為具有圓形橫截面的圓柱型，並且當諸如玻璃基板的基板10為矩形時，腔體110可以被提供成具有矩形橫截面的六面體形狀。
在腔體110內部，基座120及氣體分配器140可被提供成彼此面對。舉例來說，基座120可被提供在腔體110的下方區域中，而氣體分配器140可被提供在腔體110的上方區域中。此外，基板10進入及離開腔體110所經過的基板入口111可被提供在腔體110的一側。與用於將製程氣體供應至腔體110內部之氣體供應器150連接的進氣口151可被提供在腔體110中。
此外，排氣器160可連接至被提供在腔體的底部中的排氣埠112以調整腔體110的內部壓力或用來排出腔體110中的製程氣體或異物。
舉例來說，基板入口111可設置在腔體110的一側表面中，以具有足以使基板10能夠透過基板入口111進入或離開腔體110的尺寸，進氣口151可穿過腔體110的上壁而形成，且排氣埠112可穿過位置比基座120低的腔體110的下壁而形成。
基座120可被提供在腔體內部，且至少有一個已進入腔體110的基板10被放置在基座120上。基座120被提供在面對氣體分配器140的位置。舉例來說，基座120可被提供在腔體110內部的底區域，且氣體分配器140可被提供在腔體110內部的頂區域。
舉例來說，基座120可被提供有靜電吸盤，以使用靜電力保持基板10對其的吸附以支撐放置在基座120上的基板10，或者可以使用真空吸附或機械力來支撐基板10。此外，基座120可被提供成對應於基板10的形狀之平面狀(如圓形或矩形)且可相較基板10之尺寸來說具有較大的尺寸。
用以上下移動基座120的升降裝置121可被提供在基座120之下。升降裝置121可被提供於支撐基座120的至少一區域(例如，基座120的中央部分)，並且在基板10被放置在基座120上的時候將基座120移動成更接近氣體分配器140。
當然，加熱單元130可被安裝在基座120中或之下。加熱單元130可產生預設溫度的熱以加熱基板10，藉此讓薄膜沉積和堆疊製程、蝕刻製程等能輕易在基板10上進行。冷卻劑供應路徑(圖未示)可被提供在基座120中，且冷卻劑可透過上述冷卻劑供給路徑被供應以降低基板10之溫度。
氣體分配器140被提供在腔體110內部的頂區域，並向放置在基座120上的基板10噴射製程氣體。氣體分配器140與基座120可用相同的方式被提供成對應於基板10的形狀之平面狀(如圓形或矩形)。
槽閥門(slot valve)221於形成於腔體110上的基板入口111的周圍被設置在腔體110外部，且第二量測單元220位於槽閥門221上。第二量測單元220可包含多個光學溫度計。當基板10從腔體110被取出時，第二量測單元220可量測基板10多個區域的表面溫度。
除了如圖1所示的腔體110外，根據本發明的基板處理設備100更包含如圖2所示的溫度量測單元200及控制器300。溫度量測單元200包含用於測量位於腔體110內部的基板10的溫度的第一量測單元210、用於測量位於腔體110外部的基板10的溫度的第二量測單元220、用於儲存由第一量測單元210所測量的第一資料、由第二測量單元所量測的第二資料以及使用第一資料與第二資料所計算的第三資料的儲存單元230以及使用第三資料計算基板之溫度的判定單元240。
第一量測單元210在基板10設置在腔體110內部之情況下測量基板10的溫度，且第二量測單元220被設置在槽閥門221的上端並在基板10從腔體110被取出的時候測量基板10的表面溫度。
在接下來的敘述中，第一量測單元210所測量的基板10的溫度資料以及第二量測單元220所測量的基板10的溫度資料將被分別稱為「第一資料」及「第二資料」。第一資料及第二資料是被儲存於儲存單元230中。溫度量測單元200的判定單元240使用儲存在儲存單元230的第一資料及第二資料計算第三資料。第三資料可以包含第一資料與第二資料之間的差值。由判定單元240所計算並儲存在儲存單元230的第三資料於接下來的敘述中被稱為「校正值」。
控制器300使用校正值控制腔體110內部的加熱單元130。
根據本發明的溫度量測方法是在上述溫度校正值事先被設定後才被執行，且設定溫度校正值的流程如圖3所示。如圖3所示，此流程包含藉由測量腔體內部的基板的溫度取得第一資料（步驟S11）、藉由測量腔體外部的基板的溫度所取得第二資料（步驟S12）、使用第一資料及第二資料來計算出第三資料（步驟S13），以及將第三資料儲存為校正值（即溫度校正值）。
第一資料的取得（步驟S11）是透過如圖4所示的流程進行。首先，第一基板被放置在基座120上。熱電偶(TC)晶圓可作為第一基板使用。上述TC晶圓表示用於透過測量腔體中的晶圓的特定位置的溫度來取得溫度資料的晶圓。晶圓中形成有具有指定深度的多個孔洞，熱電偶被設置在孔洞中，且熱電偶藉由熱阻測量溫度。
設置在第一基板中以測量基板的多個區域的表面溫度的熱電偶對應於圖2中的第一量測單元210。此外，除了使用TC晶圓作為第一基板外，第一量測單元210還可被實施為包含被提供在腔體的上方之多個溫度量測裝置以測量基板的溫度。舉例來說，第一量測單元120可被實施為包含設置在鄰近被提供在腔體110內部的頂區域之氣體分配器140的位置之非接觸式溫度量測裝置(如光學溫度計)以測量上述基板的溫度。
在腔體110中，TC晶圓在與基板製造流程相同的條件下被設置在基座120上，且被稱為基板（步驟S111）。
腔體110被加熱至指定溫度，接著，會使腔體110的溫度（步驟S112）穩定。
在腔體110的溫度穩定的情況下，會使用第一量測單元210測量第一基板的溫度（S113）。
由第一量測單元210測量到的基板的溫度資訊被儲存在儲存單元230中作為第一資料。舉例來說，假設是以將基板分為2x2矩陣的四塊區域的方式進行溫度量測，第一量測單元210所測量到的資料會被儲存在儲存單元230中作為TP 11至TP 22的值，如以下所示（步驟S114）。
Figure 02_image001
當已經完成溫度量測時，腔體110會處於預備狀態直到腔體110的溫度冷卻至室溫，並且當腔體110的溫度穩定時，第一基板會被從腔體110中取出（S115）。藉此，已完成產生第一資料的流程。
進一步，第二資料的取得（步驟S12）是透過如圖5所示的流程執行。首先，第二基板被放置在腔體110內部的基座120上。這裡，第二基板是指用於生成計算校正值所需的第二資料的基板，並且以與第一基板相同的方式，第二基板在與基板製造流程相同的條件被設置在腔體110中的基座120上，且被稱為一基板。第一資料可藉由使用第一量測單元測量第一基板的溫度來產生，且第二資料可使用第二量測單元產生（步驟S121）。
腔體110被加熱至製程所需的溫度，接著，會使腔體110的溫度穩定（步驟S122）。
在腔體110溫度穩定的條件下，基座120上的基板被抬升，接著，設置在腔體110一側的槽閥門221被打開。
透過被槽閥門221打開的基板入口111，基板被真空機械臂從腔體110取出。因為自基座120被抬升、基板入口111被槽閥門221打開，以及使用真空機械臂(圖未示)移動基板，所以基板的溫度會下降（步驟S124）。
在將基板從腔體110中取出的同時，會藉由設置在槽閥門221的上表面上的第二量測單元220測量基板的溫度。第二量測單元220可包括多個光學溫度計，並可以考慮將基板移動到腔體110外部的時間來判定測量作業週期。舉例來說，當第二量測單元220包括兩個光學溫度計時，為了測量透過將基板分為2x2矩陣取得的四個區域的溫度，第二量測單元220可以沿基板移動到腔體110外部之方向測量基板的溫度。也就是說，在將基板從腔體110取出的過程中，第二量測單元220可以在第一時間點測量第一點位的溫度，並在第二時間點測量第二點位的溫度（步驟S125）。
由第二量測單元220測量的基板的多個區域的溫度資訊可以作為第二資料儲存在儲存單元230中。以與第一資料相同的方式，透過測量基板分成的四個區域的溫度而取得的溫度資料被儲存為TR11至TR22的值，如下所述（步驟S126），並且由此已完成生成第二資料的流程。
Figure 02_image003
溫度量測單元200的判定單元240使用透過上述流程產生的第一資料及第二資料來計算第三資料。第三資料可以包括第一資料和第二資料之間的差值。
Figure 02_image005
溫度量測單元200的判定單元240儲存上述第三資料作為校正值。
如圖6所示，在進行上述用於前處理資料以計算校正值的流程之後，會執行溫度量測方法及溫度控制方法。
在基板10被放置在基座120上之後，腔體110被加熱以至於腔體110的內部溫度可被升高。於此，基板10指用於基板處理設備製程中的基板。在腔體110的內部溫度穩定的情況下，基座120上的基板10會被抬升，且設置在腔體110一側的槽閥門221會被打開。在使用真空機器臂透過槽閥門221將基板10從腔體110中取出的同時，基板10的溫度會由設置在槽閥門221上端的第二量測單元220測量。包含多個光學溫度計的第二量測單元220會測量基板10的多個區域的溫度。此作業是採用與生成第二資料的方式一樣的方式來進行。從腔體110取出的基板10的溫度資料TS 11至TS 22可被儲存在記憶體中（步驟S1）。
Figure 02_image007
當將基板10運送至腔體110的外部之同時完成基板10的溫度量測時，控制器300會讀取儲存在儲存單元230的校正值。藉由將校正值加至儲存於記憶體中的基板10的溫度資料（步驟S2），控制器300可計算出估計為基板10位於腔室110內部的溫度之基板10的溫度值TS i11至TS i22。
Figure 02_image009
此後，控制器300會判定基板10的各個區域的溫度資料的均勻性。控制器300會確認基板10的各個區域之間的溫度差是否在誤差範圍內。控制器300將透過反映校正值計算出的溫度值TS i11至TS i22與第一資料TP 11至TP 22(即使用TC晶圓測量到的溫度值)進行比較。舉例來說，控制器300可以將各自對應於基板10的相同位置的兩個溫度值TP 11與TS i11、TP 12與TS i12、TP 21與TS i21，以及TP 22與TS i22進行相互比較。或者，控制器300可以計算溫度值TS i11到TS i22的平均值AVR Tsi，並且可以判定基板10的各個區域的溫度值TS i11到TS i22中的每一個與平均值AVR Tsi之間的差是否偏離指定範圍。於此，可以根據基板10的材料、用途、尺寸或腔體110的沉積條件等來設定指定範圍（步驟S3）。
控制器300可以根據比較的結果來判定溫度的均勻性和溫度的分布方式，並可以使用溫度的均勻性來計算用於控制加熱單元130的溫度補償值(步驟S4)。舉例來說，在溫度值TS i11比平均值AVR Tsi低10 °C的情況下，控制器130可以將用於加熱基板10的相應區域下方的基座120的加熱單元130的溫度補償值設為10 °C。透過上述控制方式，整個基板10的溫度可被均勻化。
如上所述，根據本發明的溫度控制方法中，可預先計算及儲存溫度校正值，可在基板從腔體被取出時測量基板的溫度，可以藉由將校正值反映在測量到的基板之溫度來計算基板位於腔體內部時的溫度，且可利用估計出來的基板溫度控制用於加熱基板的加熱單元，藉此能夠補償基板的溫度以使基板整體的溫度均勻化。
如從以上描述中顯而易見的，根據本發明的基板溫度控制裝置和方法可以準確地測量腔體內部的基板之溫度，並且可以基於測量到的溫度控制用於加熱基板的加熱單元，從而能夠使整個基板的溫度均勻化。
對於本領域具通常知識者來說顯而易見的是，在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，可以對本發明進行各種修改和變化。因此，本發明旨在涵蓋本發明的修改及變化，只要它們落入申請專利範圍及其均等的範圍內。
10:基板 100:基板處理設備 110:腔體 111:基板入口 112:排氣埠 120:基座 121:升降裝置 130:加熱單元 140:氣體分配器 150:氣體供應器 151:進氣口 160:排氣器 200:溫度量測單元 210:第一量測單元 220:第二量測單元 221:槽閥門 230:儲存單元 240:判定單元 300:控制器 S11~S14、S111~S115、S121~S126、S1~S4:步驟
被包含以提供本發明進一步的理解且併入及構成本發明的一部分之所附圖式、本發明的說明實施例以及敘述用於解釋本發明的原理。於圖式中： 圖1是根據本發明的基板處理設備的一些元件的示意圖； 圖2是根據本發明的基板處理設備的構造的方塊示意圖； 圖3是根據本發明之溫度量測方法中產生校正值的流程的流程圖； 圖4是根據本發明之溫度量測方法在圖3中產生第一資料的流程的流程圖； 圖5是根據本發明之溫度量測方法在圖3中產生第二資料的流程的流程圖；以及 圖6是根據本發明的溫度量測方法及溫度控制方法的流程圖。
10:基板
100:基板處理設備
110:腔體
111:基板入口
112:排氣埠
120:基座
121:升降裝置
130:加熱單元
140:氣體分配器
150:氣體供應器
151:進氣口
160:排氣器
220:第二量測單元
221:槽閥門

Claims (10)

  1. 一種基板處理設備，包含：一腔體，用於提供一處理空間；一基座，用於讓一基板放置在該基座上；一加熱單元，用於加熱該基座；一溫度量測單元，用於測量該基板的溫度；以及一控制器，用於使用該基板的溫度控制該加熱單元，其中該溫度量測單元包含：一第一量測單元，用於測量該腔體內部的該基板的溫度；一第二量測單元，用於測量位於該腔體外部的該基板的溫度；一儲存單元，用於儲存由該第一量測單元所測量到的一第一資料、由該第二量測單元所測量到的一第二資料，以及使用該第一資料與該第二資料所計算出的一第三資料；以及一判定單元，用於使用該第三資料計算該基板的溫度。
  2. 如請求項1所述的基板處理設備，其中該第三資料包含該第一資料與該第二資料之間的多個差值。
  3. 如請求項2所述的基板處理設備，其中該判定單元透過將該第三資料加至該第二資料計算出該基板的溫度。
  4. 如請求項1所述的基板處理設備，其中該第二量測單元設置在一槽閥門上。
  5. 如請求項4所述的基板處理設備，其中該第二量測單元包含多個溫度量測裝置。
  6. 一種溫度量測方法，包含：將放置於一腔體內部的一基板從該腔體內部取出；測量該腔體外部之該基板的溫度；以及透過將預先儲存的校正值反映在該腔體外部測量到的該基板之溫度中，來判定基板的溫度。
  7. 如請求項6所述的溫度量測方法，其中，在測量位於該腔體外部的該基板的溫度時，該基板的溫度是於一槽閥門測量。
  8. 如請求項6所述的溫度量測方法，其中該校正值透過以下方法產生：儲存透過測量腔體內部的另一基板的溫度取得的該第一資料；儲存透過測量腔體外部的該基板的溫度取得的該第二資料；儲存使用該第一資料及該第二資料計算的一第三資料作為溫度量測必要的多個校正值。
  9. 如請求項8所述的溫度量測方法，其中該第三資料包含該第一資料與該第二資料之間的多個差值。
  10. 一種溫度控制方法，用於控制被配置為使用如請求項6至9中任一項所述的溫度測量方法所判定的該基板之溫度來加熱該基板的一單元的溫度。
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