TW556288B - Method for thermally treating substrates - Google Patents

Description

發明說明（1·) 本發明係關於-種熱處理基板之方法，其巾，基板將分 別藉由許多彼此分離而可調控之加熱單元來進行加熱。 在半導體工業之應職域巾，此雜置可在基板， 特別是微影鮮，塗層處雌狀後之接續處理過程中，應 用此裝置熱處S基板之過程，可以達到硬化板層及對板層進 行則置化學處理之目的。在熱處理之過程中，重要的是能儘 可能的對板層断等量並鱗之触，此對絲擔續處理 過私中之可應用性甚為重要。但是其中常會產生之問題是， 在對各個加鮮元進行等量之糖作業時，由於邊際效應， 基板往往無法得到等量之處理效果。因此，如同習知之解決 万式之建議，在減理之職酸，讓練邊緣之加熱單元 的加熱私度稍微弱-些，因為基板之中央部份在開始之時有 相對較大量之待加熱物質。經過—段時間後，基板邊緣部份 足加熱單7G即會因較高之熱輻射散逸，而對其進行較強之加 熱作業。 在由同一申清人所提出之專利申請案DE_A_199 〇7 497 中’提出熱處理基板之裝置及方法，其中將由許多彼此分離 而可調控之加鮮絲對加敵進行加熱傾，織再透過 此些加熱板，來對放置於其上方之基板進行加熱。此些單一 之加熱單元會分別經由一 PID調節器來進行調控，同時將 以應然值曲線之形式，來預定所需之應然值。此處所指之應 然值曲線是隨時間變化，特別是指在不同之時間區段，而改 變之預定數值。 在處理程序中，將量測與加熱板隔開之基板表面之溫度 556288 A7 B7 五、發明說明（2·) 刀佈狀況並參考此基板表面之溫度分你狀況，及與其相對 應之應然值曲線，來決定每一加熱單元所應改變之應然值設 疋’並分別將此資訊傳輸導向PID調節器。透過此方式， 將可以在處理過程中進行應然值曲線之修正，以便維持基板 表面之溫度均衡程度。 訂 可是採用此方法往往會產生以下之問題··此處理方式只 在基板表面出現溫度不均衡狀況時，才開始啟動進行，以使 溫度之不均衡狀況可經由每一加熱單元之應然值曲線之改 變來改善。此對處理過程中未來即將出現之溫度不均衡狀態 是無法預期而事先防制的。即使是在處理過程中已出現之問 題’例如出現一過高溫值之溫度不均衡狀況，因為每一加熱 單元所设定之應然值曲線與前一次之設定相同，因此在其下 一基板處理過程中，也無法因此而事先預防。因而在下一次 之處理中，可以預期同樣會出現與前一次處理相同之問題。 在此習知之技術基礎上，本發明之任務在於，提出能自 動進行程序控制最佳化之一熱處理基板之方法，以提高一處 理基板表面之溫度均衡程度。 根據本發明熱處理基板之方法，其中基板將分別藉由許 多彼此分離而可調控之加熱單元來進行加熱，而各個加熱單 元都分別預定有一應然值曲線，其中，本發明所提出之任務 將可透過以下方法達成：亦即在熱處理過程中，隨時區域性 地量測與加熱單元隔開之基板之表面溫度，查測基板表面出 現之溫度不均衡狀況’並根據所測得之溫度不均衡狀況來決 定新的應然值曲線，並為接下來之處理程序重新設定新的應 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G X 297公釐）— ^ mm 556288 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（3·) 然值曲線。此方法可以達成自動進行程序控制最佳化，因為 每一加熱單元之應然值曲線都會重新預定，且為接下來之處 理程序做好新的準備工作，以便於在熱處理過程中出現之溫 度不均衡狀況能在決定新的應然值曲線的同時，就已列入作 為考量因素，並藉此事先防止溫度不均衡狀況在接下來之處 理過程中再度出現。藉由此方式便可產生應然值曲線之自動 最佳化，進而對基板進行一均衡之熱處理作業。 根據本發明特別建議之實施形式，在熱處理過程中所出 現之溫度不均衡狀況’可提前在決定新的應然值曲線之過程 中，便考慮進來作為進行修正之依據。例如在一定之溫度狀 態下或在處理過程中之一特定時刻，出現不均衡之溫度落 差’便可在溫度達到此預定溫度之前，或在時間達到此一特 定時刻之前，決定新的應然值曲線時便預先將不均衡之溫度 落差列入考慮，而提早進行處理及修正作業，藉由如此之方 式便可以在較低之溫度狀態下，或此一特定時刻之前，就先 排除溫度不均衡狀況。因此在狀況發生之前，便可藉此對所 查測之溫度不均衡狀況事先進行彌補平衡措施。此種預先參 考在一特定時刻或在特定溫度狀態出現之不均衡狀況，並將 其列入考量因素之方式，可以使處理過程中所出現之溫度不 均衡狀況獲得較好之改善。 最好能利用一些預定之表面選取點來量測基板表面之 溫度，如此一來便不需將所有的表面選取點都考慮進來進行 量測，以降低相對於系統所需之溫度計算量。為提高此方法 之準確性’將從各個分配有一表面選取點之表面區域上所量 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂1·——.----線泰

556288 A7 B7 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（4·) 得之所有溫度量測值中所得之平均值，預定為此表面選取點 之溫度。其中將諸表面區域分配給表面選取點之分配方式， 在至少一量測週期内應維持固定，為在整個量測週期中可以 獲得等量之結果。 在本發明所特別建議採用之實施形式中，可依表面選取 點分配至加熱單元之比例分配方式，來決定新的應然值曲 線，藉此則可顧及加熱單元對不同表面選取點所產生之不同 影響程度。為維持一量測週期内等量之結果，將單一加熱單 元比例分配至表面選取點之分配方式，應在至少一量測週期 内維持固定。此單一加熱單元依比例分配至表面選取點之分 配方式卻可在決定新的應然值曲線時作改變，以便於根據此 分配方式來達到最佳化。 為產生一足之加熱曲線’此應然值曲線須在一定之時間 區段中進行應然值之改變。為使應然值曲線能更有彈性之變 化，最好能在決定應然值曲線的同時，重新選擇改變應然值 之時間區段之大小。 建議只在預定之臨界值出現溫度不均衡狀況時，才重新 預定新的應然值曲線，因為溫度不均衡狀況在低於一最佳化 系統之臨界值時’該系統將不再對其進行改善之處理作業。 建"*義在進行熱處理時’將基板置於介於各個加熱單元與一基 板間之一板片上。 本發明包含有用於熱處理基板之許多分離而可調控之 加熱單元，藉由對其應然值曲線進行最佳化之方法，可以達 成本發明之任務，其加熱單元將分別根據所預定之應然值曲 ---------------------訂 i·---I---線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

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五、發明說明（5·) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 線來加溫；在加熱之過程中，將選定與加熱單元隔開之基板 表面之一些表面選取點來進行溫度量測，並且隨時查測在基 板表面產生之溫度不均衡狀況；同時，在處理程序中，將根 據溫度不均衡狀況預定新的應然值曲線，並將其應用在接下 來之加熱過程中；其中此些處理步驟應不斷重覆，直到在加 熱過程中之每個時刻，溫度不均衡狀況都在先前所預定之臨 界值之下。藉由以上所說明之方式，便可決定出一最佳之應 然值曲線。 建礒在微影光罩上採用本發明所提出之方法。 本發明將藉由以下所建議之實施例並配合一些圖示來 詳細說明；其中圖示分別說明如下： 圖一為根據本發明之熱處理基板系統之一侧視圖； 圖二a為一裝設於一加熱板上方之基板之示意圖； 圖二b為一表格，顯示各個加熱單元對基板上某一特定之 表面選取點之影響； 圖三為一顯示熱處理基板過程中，各個單一區塊在時間軸 上應然值分佈之變化狀況之圖，此單一區塊為一可區 域調控之加熱板（5x5之加熱區塊）； 圖四a為一顯示加熱板上區域應然值分佈狀況之表格，其 中熱處理基板之過程將以110°C為一溫度目標值； 圖四b為一應然值曲線之圖表說明； 圖五為一預定應然值曲線之自動最佳化過程之循環流程 示意圖。 圖一顯示熱處理基板之裝置1之侧視圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G X 297公H ' -9- -------—*------------訂---------線 f請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 556288

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 裝置1中包含有-關可_式之加熱板2;此加熱板 乃由-橫城縣上為-㈣之正方縣板3雜成。此底 板3—有-平坦之頂面5及-切分之底面6。此底面6乃分別 被藉由4個與加熱板之懒垂i之槽孔7分成共25個正方 形區塊8。此槽孔7之深度大約有底板3厚度之—半。加熱 板2之正方形區塊8分別設置有正方形之加熱單元ι〇，^ 加熱單元乃以—適#之方式，例如特方式與底板3之區塊 8連接，並與之共同構成諸加熱區塊。藉由將加熱單元 分別安置於讀孔7所分·之_ 8上，此加鮮元之熱 感應區域乃是彼簡立分開，彼此之間不會互娜響，亦即 加熱單元彼此之間不會规熱料應。可是此加熱單元ι〇 經由底板3彼此會產生足夠之熱聯結，以使底板3之頂面5 可以形成均衡之溫度分佈航，而轉每—域科之熱量 直接影響到細5之溫度®。麵個加鮮元10上均設置 有-未晴出之溫度感應器，如熱電偶，用來量測加 1〇之實際溫度。其巾也可制其他光學感應之溫度=應器 來取代熱電偶。 僅管加熱板2是由-整塊底板3戶斤組成，其中包括有用 來將底板3之頂面6分成許多區塊之槽孔7，纽要特別提 出，明的是，此底板3也可以完全用拼組方式來構成，而加 熱早tgIG乃直接或經由中介單元和底板3連接。同樣的， 本發明並不限於區塊8及加鮮元1G之實卿式及數目。 加熱板1之底板3之平坦頂面5與待處理之基板12相 鄰，例如介财間之間隔大小在ο·!至a5mm之間。如此基 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵G x 297公爱） -10-

-------------1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) tT-'ϊ——；----線在 556288

五、發明說明（7·) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 板是藉由在加熱板1上方之4個未圖繪出之固定裝置來加以 固定。在加熱板1及基板12之上方設置有_紅外線像機形 式之溫度量雌置17。此紅外雜機17是轉與加熱板1 隔開之基板12之頂面18所裝設。此紅外線像機17包含有 未詳細圖繚出之-裝有可動式鏡片之掃雜置，透過此鏡片 可以循序掃喊板12之整絲面ι8。透過鱗瞄裝置可以 疋成基板12之頂面18隨不同位置量測出來之溫度分怖狀況 圖’而且整個表面每秒掃瞄一次。 此紅外線像機17乃透過一資料傳輸線2〇與一電腦22 式之計算器連接。利用電腦來對紅外線像機所測得之數值進 行计算處理，並且藉此來量測出基板表面隨空間位置變 化而改受之度分侔狀況，以下將更詳細說明其處理程序。 在圖一中可進一步看到一程序調控裝置24，及一 pjD 調節器26，其中，此pid調節器乃分別與每一加熱單元1〇 及未圖繪出之溫度感應器連接，並共同形成一調節循環。此 PID調節器在調節每一加熱單元1〇之加熱效果時，乃依據 由程序調控裝置所預定之應然值曲線，亦即隨時間，特別是 時間區段而改變之溫度應然值序列，同時也依據經溫度感應 器所量得之實際溫度值來進行。 圖一顯示出其上置有基板12,例如微影光罩之加熱板1 之頂面透視圖。其中以圖表繪出藉由加熱單元1〇及諸區塊 8所構成之諸加熱區塊，並以數字標示從丨至25。在基板 12上，表面選取點標示由1至13，乃作為分配點之用，此 在以下敘述會有更詳盡之說明。 本紙張尺度剌中國國家標準（CNS)A4規格⑽χ挪公爱） -11- nlnlllm ills — ^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 發明說明（8·) 由圖二顯示之頂面透視时可看itl，絲覆蓋了加熱板 2共25個加熱區塊之9個中央區域。因此，僅管在熱處理 過私中其他區域對熱處理絲也多少有，但有主要影響 效力的仍是此9個加熱區塊。 根據圖二b之表格說明，表中顯示每一加熱區塊分別分 配至基板上之表面選取點之分配狀況。在圖二中所列之分配 狀況及比例狀況並非精準，只是分配比例之原則性說明。例 如加熱區塊1所產生可達基板12之加熱效果只會影響基板 12於表面選取點丨之範圍之溫度。因而加熱區塊應百分之 百为配給表面選取點1。相反的，加熱區塊2所產生之可達 基板12之加熱效果則不只會影響於表面選取點丨之範圍之 /皿度’也同樣會影響表面選取點2之溫度。此外，從加熱區 塊2所散逸出之熱量對表面選取點丨之影響效果是對表面選 取點2之影響的3倍。因此，加熱區塊2上所分配給予表面 選取點1及表面選取點2之間的比例是75比25。表格二b 顯示加熱板1之所有25個區塊之分配比例。 圖三說明在4個不同時間，在熱處理基板過程中，具5 X 5之加熱區塊之調控功能的加熱板之每一區塊在不同時間 應然值分佈狀況之變化；其中此溫度分佈狀況乃群集在溫度 中間值曲線附近。此中間值曲線乃顯示在基板表面上所量得 之溫度平均值在時間軸上之變化狀況，圖中繪出之所有垂直 線標出各個加熱區塊之應然值預定作業有所更改之時間 點。在中間值曲線圖中，垂直軸表示以。C為單位之溫度t， 而水平軸則表示以秒及分為單位之時間T。在4個時間點量 556288 B7 五、發明說明（9·) 測所得之區塊性應然值分饰狀況圖中，垂直軸上每一加熱區 塊之應然溫度以。C為單位標出。其他兩軸顯示出5 X 5之加 熱區塊之基底結構。左上角之圖顯示在開始進行熱處理時， 亦即從0秒至大約1分鐘之啟始時間區段中，加熱板之各個 區塊之應然值分佈狀況。位於其右邊之圖表顯示有區域性調 控功能之加熱板從大約2分5秒之時間點開始之應然值分佈 狀況，此段時間包括了大約從2分鐘至3分鐘之第三時間區 段。左下角之圖顯示從大約5分鐘之時間點開始之第六時間 區段之應然值分佈狀況，而其右邊之曲線圖則顯示大約從 11分4里之時間點開始之最後一個時間區段之應然值分命狀 況。 由左上角之分佈圖中可觀察到，在熱處理開始進行之 時，中央區塊部份之加溫效應要比其他區塊還強，因為此區 域必須進行加熱處理的量也相對較大。從位於其右方之分佈 圖中可觀察到’中央區塊之加熱程度較低，此乃因為基板之 邊緣區塊有較大的熱能輻射散逸。同樣的，在位於下方之諸 分佈狀況圖中也可以觀察到，加熱板之邊緣區塊中之至少部 份區塊之加溫程度比中央區域強。 圖四中顯示一微影光罩之熱處理作業之標準數據圖 表’其中在樣mr測试表面之溫度目標值乃設為11〇〇C。圖四 a中表列說明加熱板各區塊之應然值分佈狀況，其中位於左 邊之欄位標示出在各個溫度進程中之每個時間區段之長 度。圖四b繪出應然值曲線之三維圖示說明，其中垂直軸上 顯示以。c為單位之溫度t，在水平軸上標示加熱區塊i至 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297^公釐： -—-------------訂 i'---*----線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 556288 五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

A7 ____Β7 ---------— 、發明說明（1〇·) 25，而向後延伸之軸則顯示時間區段R1至R9。由此三維圖 示可清楚觀察到加麵塊1至25分別有各懈同之熱量^ 控方式，其中在熱處理剛開始之時，中央加熱區塊之加熱程 度最強。 圖五顯示一循環流程，此循環流程環路顯示對加熱板^ 各個加熱區塊之應然值曲線進行自動最佳化之處理流程。循 環處理流程將從區塊30開始進行，在循環過程中加執 之25個區塊會分別預定一特定之應然值曲線。此在二開始 所採用之舰值曲線可以是任何形式，例何以全部相同: 或可以標準化後之啟始曲線，以下將對此有進一步之說明。 此些應然值曲線是用來熱處理一特定之基板，以使其達到一 預定之溫度目標值。 在熱處理之過程中，乃藉由紅外線像機17來量測與加 熱單^ 10隔開之基板12之表面18之溫度，並將其傳輸至 计算器22。由分別分配有一表面選取點之表面區域所測得 之所有溫度值，將其平均所得之平均值透過計算器22分別 分配設定予先前提過之基板表面之諸表面選取點。藉由此分 配之方式，將可簡化接下來新應然值曲線之計算工程。 在區塊34之作業過程中，將對基板表面之表面選取點 彼此間之溫度差，在熱處理過程中之每一時刻都加以確定， 並將其與-獄之轉值來比較。若在進行熱處理過程中之 任一時刻，上述溫度差值都低於此臨界值，則將進行區塊 之程序〃周控，此區塊表示處理過程呈現一最佳化應然值 曲線狀態，且不需其他進一步之調適措施。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) --------•訂 i、---.----線巍 本紙張尺度適用中準（CNS)A4 ϋ21ΰ x 297公爱） -14- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 556288 A7 --------BL.___ 五、發明說明（11,、） 若溫度差值仍偶有超過臨界值之狀況，則將進行區塊 38之程序調控，其中，此程序調控中將對每一加熱單元之 應然值曲線進行重新計算。其中所採用之運算法則包括將基 板上之表面選取點以預定及比例分配之方式分配到加熱板 面之諸區塊上。新計算得出之應然值曲線將傳輸到啟始區塊 30取代現行之啟始曲線。藉由重新計算應然值曲線之過 私，將進一步開始進行一下一次新的熱處理程序，同時基板 表面之溫度分饰狀況將在區塊32中進行量測作業。此循環 说私將會不斷繼續直到基板表面之表面選取點間之溫度差 值在任何時刻都低於預定之臨界值。同時此刻將呈現一最佳 化之應然值曲線’而在接下來之熱處理程序中，將其應用在 有相同參數而且設有相同溫度目標值之熱處理基板過程中。 在進行應然值曲線之重新計算作業時，並不只在一預定 的溫度區段中變化溫度之預定值。而每一時間區段之時間長 度也應有適應性的變化。 同木k地’試測樣品之表面區域分派至表面選取點之分配 方式及表面選取點分派到加熱板面之區塊之分配方式也同 樣應有調整改變之可能性。 根據本發明所建議採行之實施形式，在重新計算應然值 曲線之過程中，便已將定時量測作業中所會出現之溫度不均 衡狀怨預先考慮進來’以便可以提前達到合適之曲線。例如 在T=50秒之時間點上，若在一特定之表面選取點出現溫度 不均衡狀況，將會在較早之時間點，例如在Τ=3〇秒之時間 點計算新的曲線之過程中便預先考慮到；其中改變至少一加 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -15-

Ί --------------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 556288 A7 ------- B7 _— — 五、發明說明（12·) 熱單元之應然值曲線，可使其在較早之時間點便進行區域性 較強或較弱之加熱作業。如此可使加熱單元之溫度不均衡狀 況不會出現很大的溫度落差，而每一時間區段内所預定之不 同之應然值彼此間之落差也不致太大。 以上所述之最佳化過程將針對各個不同之基板以及每 一溫度目標值來分別進行其作業。在不同之溫度目標值進行 熱處理時，在量測理想應然值曲線之過程中，為節省作業時 間’首先將計算一標準化曲線。此計算乃假設，在不同之溫 度狀態下，基板類型之熱反應基本上是相同的。因此標準化 曲線便是由最佳化曲線來求得，其方式是將最佳化曲線除以 最佳化曲線的溫度目標值，以得到一標準化之曲線。對其他 各個所期望之溫度目標值，現則可將標準化曲線乘上此新的 溫度目標值。依此方式計算出來之應然值曲線將在圖五中之 循環流程中作為啟始曲線之用。藉此可以使循環流程在達到 最佳化曲線之前的循環次數明顯降低。 此種取佳化曲線也可與由專利案件DE-A-199 07 497 所揭示之方法配合應用，此也是本專利案應用範圍之對象， 為避免重覆，其内容在此不再敘述。另外此最佳化循環流程 也可讓使用者順利地在程序調控過程中隨時間讓其自動進 行最佳化作業。 本發明以上之敘述乃根據一本發明建議採用之實施例 來做說明，但本發明並不只限於用在此一特別之實施形式。 例如加熱板也可以是其他形狀，例如像圓形，包括採用圓形 或環區狀所組合成之加熱單元。採用另一種也有區域量測效 ----------------訂 L---·---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

556288 A7 B7 五、發明說明（l3·)果之溫度量測裝置也可取代紅外線像機 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 丨訂· ———'----線Φ-· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297 $釐

Claims (1)

1. 556288 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 S__ 六、申請專利範圍 熱單元之分配方式來完成。 7·根據申請專利範圍第6項所述之方法，其特徵為，此比 例之分配方式在至少一量測週期内應維持固定不變。 8·根據申請專利範圍第6項所述之方法，其特徵為，此比 例之分配方式在決定新的應然值曲線時，會有所調整改 變。 9·根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，在決 定新的應然值曲線時，調變應然值曲線之時間區段，其 選取也將重新調整。 10·根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，只有 在溫度不均衡狀況超過一預定之臨界值時，才會重新決 定應然值曲線。 11·根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，在熱 處理過程中，基板乃放置於介於各個加熱單元與基板之 間之面板上方。 12·根據申請專利範圍第丨項所述之方法，其特徵為，由一 取佳化之應然值曲線所算出之標準化應然值曲線，將被 應用作為應然值曲線之原型。 13·—種應然值曲線進行最佳化之方法，此應然值曲線乃應 用在基板進行加熱中許多彼此分離而可調控之加熱單 元，其步驟如下·· μ a·根據分別預定之應然值曲線，來對加熱單元進行加 熱； b·在進行加熱之過程中，對被各個加熱單元所隔開之 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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   六、申請專利範圍 d. f· 556288 基板表面進行區域性之溫度量測； C·定時查測在基板表面出現之溫度不均衡狀況； 在處理程序中，依據溫度不均衡狀況來決定新的應 然值曲線； 在接下來之加熱過程中，採用新的應然值曲線； 重覆步驟a·至步驟e·，直到溫度不均衡狀況在任何 加熱時刻都低於一預定之臨界值。 14·根據申請專利範圍第13項所述之方法，其特徵為，此最 佳化處理係應用在熱處理過程中不同之基板及不同之溫 度目標值。 15.根據申請專利範圍第14項所述之方法，其特徵為，所預 定之應然值曲線之原型是依據先前最佳化之應然值曲線 而算出之標準化應然值曲線。 • I I I ! J I t !1-! I I - — III — I·— «Ι — lllli — . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度朝中國®^¥^(CNS)A4規格（210 Χ 297公爱） -21