專利名稱：熱處理設(shè)備校準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對包括加熱裝置并用于對多層基板進(jìn)行熱處理的熱處理設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)的方法。本發(fā)明還涉及一種校準(zhǔn)測試基板以及制造該校準(zhǔn)測試基板的方法。
背景技術(shù)：
熱處理設(shè)備通常用于在氫、氬或氧環(huán)境中對晶片進(jìn)行熱處理，以例如形成氧化層或使晶片表面平滑。為了在晶片上獲得均勻的溫度，需要對該設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。為此目的，在晶片下面放置多個溫度傳感器，晶片通常水平放置在爐腔內(nèi)。這些傳感器對晶片的局部溫度進(jìn)行測量，并連接至控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)允許對提供至晶片的熱量進(jìn)行局部改變。
對處理塊狀(bulk)硅晶片時的這種設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)的常規(guī)方法包括，在對于所有探針將偏移量設(shè)為“0”的情況下采用快速熱氧化以形成大約100的SiO2。然后測量晶片上的氧化物厚度分布，顯示腔內(nèi)的熱非均勻性，因為實際上氧化物厚度取決于溫度。此后，調(diào)節(jié)偏移量以校準(zhǔn)溫度非均勻性，并且重復(fù)該處理直到在晶片上形成具有平坦的或者均勻的厚度分布的氧化物層，并且該厚度分布對應(yīng)于腔內(nèi)的均勻溫度。
然而，這種對熱處理設(shè)備的直接校準(zhǔn)并不適用于多層類型的基板，例如，絕緣體上硅(SOI)晶片。美國專利US 6,853,802揭示了以下問題，如SOI的結(jié)構(gòu)在邊緣上表現(xiàn)出非勻質(zhì)(non-homogenous)結(jié)構(gòu)，因此在熱吸收系數(shù)方面表現(xiàn)出局部差異。因此，在熱處理設(shè)備中處理該基板時，必須考慮這種局部差異，這通常是相對于施加給塊狀晶片的處理，減小施加給晶片邊緣的溫度來實現(xiàn)的。這樣就可以使滑移線和晶片變形最小化，否則就會出現(xiàn)這些問題。US 6,853,802提出了通過確定待處理的結(jié)構(gòu)的熱吸收系數(shù)以及相應(yīng)地調(diào)節(jié)該設(shè)備的加熱燈的功率，來調(diào)節(jié)熱處理。然而，該方法存在以下問題，并不是直接進(jìn)行校準(zhǔn)，并且實際上需要建立熱吸收系數(shù)與設(shè)備參數(shù)之間的相關(guān)性。
校準(zhǔn)設(shè)備的第二種方式是對實際SOI晶片進(jìn)行校準(zhǔn)實驗，以不斷地調(diào)節(jié)加熱功率，從而使滑移線和晶片變形最小。例如，我們可以啟動已經(jīng)針對塊狀硅晶片進(jìn)行過校準(zhǔn)(如上所述)的設(shè)備，然后考慮到SOI晶片和塊狀晶片的不同性質(zhì)，尤其對最外側(cè)的傳感器偏移量進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了調(diào)節(jié)傳感器偏移量，使用具有相同設(shè)備層和氧化物層厚度的大量SOI晶片來得到傳感器偏移量的不同值，然后使用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)來測量滑移線和/或晶片變形。最后選擇提供最佳結(jié)果的傳感器偏移量。
盡管該方法是直接進(jìn)行校準(zhǔn)，但是其仍然存在以下缺陷為了獲得校準(zhǔn)，需要昂貴的SOI晶片，這些SOI晶片在校準(zhǔn)結(jié)束后就報廢。由于熱處理設(shè)備需要定期校準(zhǔn)，并且這些SOI晶片經(jīng)受連續(xù)的漂移(drift)，所以使用SOI晶片的校準(zhǔn)方法變得成本太高，無法被常規(guī)使用。最后，該第二方法基于對滑移線和/或晶片變形的測量和識別能力，這種測量和識別相對來講是麻煩的，因此并不適用于在通常情況下執(zhí)行。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種校準(zhǔn)方法，用于對要用于對多層基板進(jìn)行熱處理的熱處理設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，利用該方法，可以容易地創(chuàng)建設(shè)備參數(shù)，而無需過多地使用多層基板。
利用根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于對以下熱處理設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)的方法來實現(xiàn)該目的，該熱處理設(shè)備包括加熱裝置，并且用于對多層基板進(jìn)行熱處理。
本發(fā)明基于以下意外的效果測試基板上的經(jīng)過熱處理的層的預(yù)定厚度分布(也稱作“黃金分布”)可以與各種類型的多層基板相關(guān)聯(lián)。測試基板較之多層基板具有不同的結(jié)構(gòu)，并且通常比針對其要進(jìn)行熱處理設(shè)備校準(zhǔn)的多層基板更廉價。該黃金分布與在測試基板的直徑上獲得的層厚分布相對應(yīng)，其中該測試基板已經(jīng)由熱處理設(shè)備進(jìn)行了處理，而該熱處理設(shè)備已經(jīng)針對所討論的那種類型的多層基板進(jìn)行了校準(zhǔn)，其中在校準(zhǔn)過程中，在使用該設(shè)備在多層基板上形成多層的情況下，在該多層基板上實現(xiàn)了具有均勻厚度分布的層，或者在以平滑為目的而使用該設(shè)備的情況下，與在未校準(zhǔn)設(shè)備中所處理的多層相比，獲得了滑移線數(shù)目減少(特別是幾乎沒有或沒有)和/或晶片變形減少的多層基板。
可以通過本領(lǐng)域公知的任何適當(dāng)技術(shù)，例如橢圓對稱法，來獲得該預(yù)定的厚度分布，下文中也稱作黃金分布。
一旦為給定的多層基板創(chuàng)建了黃金分布，就可以在需要對熱處理設(shè)備進(jìn)行新校準(zhǔn)的任意時刻使用測試基板。實際上，為了校準(zhǔn)熱處理設(shè)備，在新測試基板上形成一層就足夠了，以對所獲得的厚度分布進(jìn)行測量，并且將其與相應(yīng)的黃金分布進(jìn)行比較。如果觀察到差異，就可以考慮到該差異對處理參數(shù)進(jìn)行修正。知道修正過的一組熱處理參數(shù)會導(dǎo)致在與黃金分布相對應(yīng)的測試基板上的厚度分布之后，也就確定了將利用修正過的一組熱處理參數(shù)，在相應(yīng)的多層基板上獲得均勻的厚度分布或者獲得具有減少的滑移線和/或減少的晶片變形的多層基板。
因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以使用更加廉價的測試基板進(jìn)行校準(zhǔn)，而不是使用昂貴的多層基板。另外，可以利用厚度分布的特性來調(diào)節(jié)加熱裝置，對于該加熱裝置的相關(guān)性的建立較之現(xiàn)有技術(shù)方法之一中使用的熱吸收系數(shù)，更容易實現(xiàn)。最終，對于測試基板的厚度分布測量，較之滑移線和/或晶片變形測量，可以更容易地執(zhí)行，并且因此有益于普通使用。
在本文的上下文中，測試基板和校準(zhǔn)測試基板是指具有相同結(jié)構(gòu)的基板，但是其中校準(zhǔn)測試基板是用于生成校準(zhǔn)層的預(yù)定厚度分布(黃金分布)的測試基板，該校準(zhǔn)層已經(jīng)使用相同的熱處理條件在校準(zhǔn)測試基板上形成，對于該校準(zhǔn)層，對于形成在多層基板上的層已經(jīng)獲得了均勻的厚度分布，或者對于該校準(zhǔn)層已經(jīng)觀察到了減少的、尤其是幾乎沒有或者沒有滑移線和/或減少的晶片變形。術(shù)語“熱處理參數(shù)”涉及容易影響設(shè)備中的熱量分布的該設(shè)備的任意參數(shù)。
優(yōu)選地，步驟B的一組熱處理參數(shù)可以對應(yīng)于一組預(yù)定熱處理條件。通常，漂移以緩慢而平穩(wěn)的方式改變處理條件，所以經(jīng)過優(yōu)化的熱處理參數(shù)應(yīng)該與該多個預(yù)定熱處理條件接近。
根據(jù)優(yōu)選實施例，可以在不同的熱處理設(shè)備中獲得該預(yù)定厚度分布。如果在某個設(shè)備中，黃金分布與在多層基板上形成額外層之后的多層基板上的平坦厚度分布相對應(yīng)，或者與平滑之后具有減少的滑移線和/或減少的晶片變形的多層基板相對應(yīng)，則只要使用了同一多層基板，對于不同設(shè)備也成立。這意味著本質(zhì)上，對于一種類型的設(shè)備，僅需要確定一次黃金分布，并且隨后可以重新用于所有使用的其他處理設(shè)備，這進(jìn)一步降低了對該設(shè)備執(zhí)行校準(zhǔn)的成本。
根據(jù)一變型例，可以提供第二測試基板并根據(jù)步驟d)之后經(jīng)過修正的一組熱處理參數(shù)對該第二測試基板進(jìn)行熱處理，以使校準(zhǔn)生效。為了防止用仍未優(yōu)化的校準(zhǔn)對多層基板進(jìn)行處理，優(yōu)選地再利用另外一塊也經(jīng)過了熱處理的測試基板來驗證對于熱處理參數(shù)的修正，然后將所獲得的厚度分布再次與黃金分布進(jìn)行比較，以檢查是否正確地執(zhí)行了修正。在仍存在差異的情況下，隨后還可以對加熱裝置的熱處理參數(shù)的修正進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)。
優(yōu)選地，加熱裝置可以包括多個加熱器，用于對測試基板進(jìn)行局部加熱；以及多個探針，用于對該測試基板的溫度進(jìn)行局部測量，其中在步驟d)中，對由多個加熱器中的每一個所提供的加熱功率進(jìn)行單獨調(diào)節(jié)。實際上，一個加熱器或者一組加熱器可以歸屬于各個探針，并且根據(jù)在厚度分布的哪個位置觀察到相對于黃金分布的差異，可以局部地對加熱裝置執(zhí)行修正。
優(yōu)選地，可以通過對多個探針的偏移值進(jìn)行單獨修正，來單獨調(diào)節(jié)各個加熱器的加熱功率。這是對提供給基板的加熱功率進(jìn)行局部調(diào)節(jié)的相對容易的方法。
有利的是，多層基板和測試基板的表面層可以由相同材料制成。在這種情況下，對層形成進(jìn)行支配的物理和/或化學(xué)特性是可比較的，從而可以將黃金分布與多層基板上的均勻分布之間的差異保持得相對較小，這使得該方法更加精確并進(jìn)一步改進(jìn)了該校準(zhǔn)方法。
更優(yōu)選地，多層基板和測試基板的表面層可以具有相同的晶體結(jié)構(gòu)。由于在表面上的額外層的生長中晶體結(jié)構(gòu)起到很重要的作用，所以可比較的晶體結(jié)構(gòu)也使得可以將黃金分布與均勻厚度分布之間的差異保持為最小，從而實際上可以將利用多層基板的校準(zhǔn)與利用測試基板的校準(zhǔn)之間的差異保持為很小。
根據(jù)有利實施例，多層基板可以是絕緣體上硅(SOI)型晶片，而測試基板可以是硅晶片。目前，硅晶片是能夠以高質(zhì)量和低價格輕松獲得的標(biāo)準(zhǔn)大批量產(chǎn)品，而SOI晶片仍然是昂貴的基板。
根據(jù)一變型例，熱處理可以是快速熱退火處理或者快速熱氧化處理。由于這些處理中所使用的高溫以及短的處理時間，經(jīng)校準(zhǔn)的處理設(shè)備對于應(yīng)用的成功至關(guān)重要，因為溫度的很小的局部差異可能導(dǎo)致對要處理的產(chǎn)品的負(fù)面影響。因此，利用所提出的廉價且易于執(zhí)行的校準(zhǔn)方法，可以實現(xiàn)高產(chǎn)量，并且該校準(zhǔn)方法既可以用于膜形成還可以用于平滑。
本新發(fā)明還涉及根據(jù)權(quán)利要求11的一種用于產(chǎn)生校準(zhǔn)厚度分布的方法，該校準(zhǔn)厚度分布用于對熱處理設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，具體地，被用于根據(jù)權(quán)利要求1至10之一的校準(zhǔn)方法，其中該熱處理設(shè)備包括用于對多層基板進(jìn)行熱處理的加熱裝置。
該方法用于獲得預(yù)定的厚度分布(黃金分布)，在如上所述的熱處理設(shè)備的校準(zhǔn)中優(yōu)先采用該預(yù)定的厚度分布?？梢允褂脴?biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有技術(shù)，如橢圓對稱法，來測量一次獲得的該厚度分布。
優(yōu)選地，可以將校準(zhǔn)厚度分布確定為校準(zhǔn)測試基板的邊緣處的分辨率高于該校準(zhǔn)測試基板的中心區(qū)域的分辨率。如上所述，多層基板與塊狀測試基板之間的主要差異在于邊緣區(qū)域。因此人們的興趣在于，在該區(qū)域中獲得更多可用的數(shù)據(jù)，以便此后獲得對熱處理設(shè)備更好的校準(zhǔn)(尤其是臨界的邊緣區(qū)域)。因此可以對熱處理參數(shù)執(zhí)行更精細(xì)的調(diào)節(jié)，該更精細(xì)的調(diào)節(jié)基于更多可以與黃金分布相比的測量點。
優(yōu)選地，可以對于多個不同的多層基板確定校準(zhǔn)厚度分布。應(yīng)該根據(jù)不同層的不同材料和厚度，為所有類型的多層確定黃金分布，從而對于每個產(chǎn)品，都可以使用最優(yōu)的黃金分布對熱處理設(shè)備的加熱裝置進(jìn)行校準(zhǔn)。另外，可以針對用于形成額外層的設(shè)備和/或用于平滑操作的設(shè)備確定黃金分布。
優(yōu)選地，可以將校準(zhǔn)厚度分布存儲在數(shù)據(jù)庫中。在這種情況下，只要需要對于給定的多層基板而校準(zhǔn)熱處理設(shè)備，操作人員或者該設(shè)備自身就可以選擇相應(yīng)的黃金分布并執(zhí)行校準(zhǔn)。這進(jìn)一步有助于減少執(zhí)行校準(zhǔn)所需的時間，因為所需數(shù)據(jù)可以隨時從數(shù)據(jù)庫中讀出。
有利地，多層基板是SOI型晶片，而測試基板是硅晶片。目前，硅晶片是能夠以高質(zhì)量和低價格輕松獲得的標(biāo)準(zhǔn)大批量產(chǎn)品，而SOI晶片仍然是昂貴的基板。
此外，本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求16所述的校準(zhǔn)測試基板，其包括位于其主表面上的、具有預(yù)定厚度分布的熱形成層。使用該校準(zhǔn)測試基板的預(yù)定厚度分布，可以執(zhí)行如上所述的有利的校準(zhǔn)方法。
優(yōu)選地，多層基板可以是SOI型晶片，而測試基板可以是硅晶片。目前，硅晶片是能夠以高質(zhì)量和低價格輕松獲得的標(biāo)準(zhǔn)大批量產(chǎn)品，而SOI晶片仍然是昂貴的基板。


通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明，本發(fā)明的具體實施例將變得明了，附圖中圖1示意性示出了熱處理設(shè)備，圖2a示出了多層基板，其具有通過熱處理而獲得的層并具有均勻的厚度分布，圖2b示出了具有預(yù)定厚度分布的測試基板，獲得該測試基板的處理條件與在圖2a的多層基板上實現(xiàn)了均勻厚度分布的處理條件相同，圖3a的流程圖示出了用于確定預(yù)定厚度分布(黃金分布)的方法的第一實施例，圖3b和3c分別示出了多層基板上的均勻厚度分布，以及測試基板的相應(yīng)預(yù)定厚度分布(黃金分布)，圖3d的流程圖示出了用于確定該預(yù)定厚度分布的方法的第二實施例，
圖4a的流程圖示出了本發(fā)明的校準(zhǔn)方法，以及圖4b示出了與圖3c所示的黃金分布相比，在測試晶片上獲得的厚度分布。
具體實施例方式
圖1示出了典型的熱處理設(shè)備，該熱處理設(shè)備用于半導(dǎo)體工業(yè)以對基板(特別是晶片)進(jìn)行熱處理，這些基板用于形成層或者用于退火。在多層基板制造中，它們在表面平滑方面也扮演重要角色。
圖示的熱處理設(shè)備1可以是垂直或者水平熱反應(yīng)器型，并且可以是成批的或者單晶片類型。熱處理設(shè)備1包括爐腔3，其中排布有構(gòu)成加熱裝置的多個加熱器5；多個探針7，用于對放置在支撐裝置11上的基板9的溫度進(jìn)行局部測量。如圖1所示，探針7的數(shù)量不必與各個加熱器5的數(shù)量相等。此處示出的探針7多于各個加熱器5。爐子1還包括控制單元13，其基于由探針7測出的各個溫度，來控制各個加熱器5所提供的熱量。
對于熱處理設(shè)備1的使用，使加熱器5在基板9上提供均勻的溫度分布是至關(guān)重要的，這樣使得利用該設(shè)備進(jìn)行的層生長或者退火進(jìn)而也是均勻的或者至少是優(yōu)化的。在這種情況下，當(dāng)用于在基板9上形成層時，所獲得的層將表現(xiàn)出均勻的厚度分布。例如，通過向腔內(nèi)提供氧氣來獲得氧化層。在通過將氧氣換為氫氣或氬氣來實現(xiàn)平滑目的時，基板9將表現(xiàn)出滑移線數(shù)量的減少，特別是幾乎沒有或者沒有滑移線，和/或變形減少。
經(jīng)常需要對如圖1所示類似的熱處理設(shè)備進(jìn)行重新校準(zhǔn)，以校正漂移特性。在制造條件下，通常需要至少一周進(jìn)行一次這種校準(zhǔn)。
圖2a示出了多層基板15，例如，絕緣體上硅(SOI)型基板，其中裝置層17位于氧化層19上，氧化層19進(jìn)而設(shè)置在硅基板21上。然而，該SOI基板15僅用于示例，也可以考慮其他多層結(jié)構(gòu)，例如經(jīng)拉伸的絕緣體上硅或者絕緣體上鍺多層基板。該多層基板15已經(jīng)在氧氣環(huán)境中在熱處理設(shè)備1中被進(jìn)行了熱處理，如參照圖1所述，從而在多層基板15，即裝置層17上形成層23，例如氧化層。在使用經(jīng)正確校準(zhǔn)的熱處理設(shè)備時，該層23在多層基板15的整個表面上表現(xiàn)出基本均勻的厚度分布。
圖2b示出了測試基板25，此處為硅(Si)晶片，在其上使用相同的熱處理設(shè)備1在相同的熱處理參數(shù)下并且在經(jīng)過校準(zhǔn)的狀態(tài)下，形成了層27。與具有均勻厚度分布的層23相比，該層25表現(xiàn)出不同的厚度分布，如圖2b的放大方式所示。這是由于在層27、23的生長方面，塊狀硅基板25與多層基板15分別表現(xiàn)出不同的特性。在本領(lǐng)域中，這種差異歸因于熱吸收系數(shù)的局部差異，如US 6,853,802所述。
如前所述，需要在首次使用之前對熱處理設(shè)備1進(jìn)行校準(zhǔn)，此后經(jīng)常還要進(jìn)行校準(zhǔn)。在現(xiàn)有技術(shù)中，這是通過如下操作來進(jìn)行的使用多層基板13；在其上生長氧化層；然后測量厚度分布，并且通過例如改變相應(yīng)探針的偏移來分別調(diào)節(jié)加熱器5。另一種方法是，局部地識別熱吸收系數(shù)，并據(jù)此對局部提供的熱量進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明，使用與多層基板不同的測試基板25，來對熱處理設(shè)備1進(jìn)行校準(zhǔn)。由此無需再使用更加昂貴的多層基板13來進(jìn)行校準(zhǔn)。
下面將對于在多層基板上形成如圖2a的層23的層的情況進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的校準(zhǔn)方法基于以下想法，層27的厚度分布可以用來對熱處理設(shè)備1進(jìn)行校準(zhǔn)，因為在利用測試基板25實現(xiàn)該厚度分布時，保證了可以在多層基板13上實現(xiàn)均勻的厚度分布。
圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的用于產(chǎn)生校準(zhǔn)厚度分布的方法的一個實施例，該校準(zhǔn)厚度分布用于對熱處理設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。下面將參照圖1、2a和2b中所示的設(shè)備和基板。此處將不再重復(fù)其特性，而是通過引用而并入。然而，當(dāng)然也可以使用其他熱處理設(shè)備(例如外延淀積工具)和其他基板。
在步驟S1中，將多層基板15設(shè)置在待校準(zhǔn)的熱處理設(shè)備1中并放置在支撐裝置11上。然后在步驟S2中，對控制單元13提供一組熱處理參數(shù)。然后在步驟S3中，在多層基板15上熱形成氧化層，該氧化層例如是厚度大約100的層。這是通過向腔3中提供氧氣而實現(xiàn)的。
然后在步驟S4中，確定熱形成層23的厚度分布。這是通過使用標(biāo)準(zhǔn)的厚度測量方法，例如橢圓對稱法而實現(xiàn)的。圖3b以虛線示出了未校準(zhǔn)狀態(tài)下的這種厚度分布31。在圖3b中，厚度d(以為單位測量)繪制在y軸上，而在x軸上繪制了到多層基板15中心的距離。實際上示出了在多層基板15的直徑方向上的厚度，當(dāng)然也可以創(chuàng)建二維厚度分布。從圖3b可以看出，在未校準(zhǔn)狀態(tài)下，厚度在寬度值100附近變化，這表示熱量分布不均勻。
在步驟S5中，檢查是否已經(jīng)實現(xiàn)了平坦的分布。如果獲得了不均勻的厚度分布31(圖3b中的虛線)，就確定為“否”，從而處理繼續(xù)至步驟S6，其中在控制單元13中對熱處理參數(shù)設(shè)置進(jìn)行修正。對于厚度大于100的位置，相應(yīng)的加熱器5必須提供較少的熱能，這例如可以通過改變探針的偏移來實現(xiàn)，而在厚度小于100的位置，必須需要由相應(yīng)的加熱器5提供更多熱能。
在步驟S7中，將新的多層基板15放置在熱處理設(shè)備1中并利用修正后的一組熱處理參數(shù)來重復(fù)步驟S3和S4。實際上，重復(fù)步驟S3至S7，直到在步驟S5中觀察到平坦的厚度分布33。圖3b中用實線示出了多層基板15上的這種平坦或均勻的厚度分布33。在這種情況下，該熱處理設(shè)備1處于校準(zhǔn)狀態(tài)。
在步驟S8中，提供下文稱為校準(zhǔn)測試基板的測試基板25，并將其放置在經(jīng)校準(zhǔn)的熱處理設(shè)備1中。然后(步驟S9)，使用如圖3b(實線)所示已經(jīng)在多層基板15上實現(xiàn)了的均勻厚度分布33的一組熱處理參數(shù)，在校準(zhǔn)測試晶片25上形成層27。
然后，在步驟S10中，按照與形成在多層基板15上的層相同的方式，確定形成在校準(zhǔn)測試基板25上的層27的厚度分布。相應(yīng)的厚度分布35示于圖3c，其中再次將測出的厚度繪制在y軸上，而將到校準(zhǔn)測試基板25中心的距離繪制在x軸上。從圖3c可以看出，對于相同的熱處理參數(shù)(利用該熱處理參數(shù)已經(jīng)在多層基板15上實現(xiàn)了均勻的厚度分布33)，在校準(zhǔn)測試基板25上實現(xiàn)了不同的厚度分布35。這是由于兩個基板之間的熱吸收系數(shù)的差異而導(dǎo)致的，而熱吸收系數(shù)的差異又是由于測試基板25與多層基板之間的不同結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的。
以下將該厚度分布35用作校準(zhǔn)厚度分布，當(dāng)對熱處理設(shè)備進(jìn)行重新校準(zhǔn)時，此處也稱作黃金分布或預(yù)定厚度分布。當(dāng)在邊緣區(qū)域(圖3c的陰影部分)中發(fā)現(xiàn)圖3c所示的厚度分布35與圖3b所示的均勻厚度分布33之間的主要差異時，優(yōu)選地利用校準(zhǔn)測試基板的該邊緣區(qū)域中的更高分辨率來測量厚度分布。
然后可以將測得的黃金分布35存儲在數(shù)據(jù)庫中，從而可以將該黃金分布35容易地從一個熱處理設(shè)備傳送至另一熱處理設(shè)備。此外，該數(shù)據(jù)庫可以包括針對不同類型的多層基板的黃金分布。具體地，針對不同材料和厚度的裝置層17、針對不同厚度的氧化層19以及針對不同基板21的黃金分布。
圖3d示出了根據(jù)本發(fā)明的用于創(chuàng)建校準(zhǔn)厚度分布的方法的第二實施例，該校準(zhǔn)厚度分布用于對熱處理設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。實際上，當(dāng)熱處理設(shè)備用于平滑目的時，相對于第一實施例中的相應(yīng)處理步驟，對處理步驟S3、S4、S5和S9進(jìn)行修正。其他步驟與第一實施例的相同，并且不再重復(fù)其說明而是通過引用而并入。
在本實施例中，并不是向爐腔3提供氧氣，而是提供氫氣(H2)或氬氣(Ar)，從而在步驟S3′中執(zhí)行表面平滑步驟。在SOI基板生產(chǎn)中，例如執(zhí)行該步驟以提高產(chǎn)品的表面質(zhì)量。然而，由于未校準(zhǔn)設(shè)備中存在的熱非均勻性導(dǎo)致滑移線的形成和/或晶片變形，所以校準(zhǔn)也是必需的。因此，在步驟S4′中，對多層基板進(jìn)行分析，以測量晶片變形和滑移線形成。這是通過使用標(biāo)準(zhǔn)方法而實現(xiàn)的。然后，在步驟S5′中，檢查結(jié)果是否足夠好，以確保必需的產(chǎn)品質(zhì)量，具體地，與由于熱非均勻性而出現(xiàn)滑移線和/或晶片變形的未校準(zhǔn)設(shè)備中所獲得的滑移線的數(shù)量和/或晶片變形相比，滑移線的數(shù)量是否減少以及/或者是否觀察到減少的晶片變形。如果檢測結(jié)果為肯定，則處理繼續(xù)至步驟S8，其中在步驟S9′的過程中，氣體供應(yīng)切換回氧氣(O2)以在測試基板上形成氧化層。如果檢測結(jié)果為否定，則處理繼續(xù)至步驟S6，如上所述。
通常使用檢查工具來測量滑移線。測量值以基板(晶片)上的總毫米數(shù)來表示。根據(jù)本實施例的校準(zhǔn)的目的是實現(xiàn)滑移線的最小量，特別地為零滑移線。
通常通過翹曲和彎曲測量來測量晶片變形，并且如果在校準(zhǔn)期間考慮了晶片變形，則目的也是通過使變形(表現(xiàn)為μm)最小化來對校準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化，或者甚至實現(xiàn)零變形。
圖4a示出了根據(jù)本發(fā)明的用于對熱處理設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)的方法的實施例。下面再次參照圖1、2a和2b所示的熱處理設(shè)備1、多層基板15和測試基板25。下面不再重復(fù)其特性而是通過引用來并入。然而，當(dāng)然也可以使用其他熱處理設(shè)備和基板。
本發(fā)明的校準(zhǔn)方法利用通過上述處理而實現(xiàn)的黃金分布35(參見圖3a至3c)。在步驟S20中，將測試基板25設(shè)置在熱處理設(shè)備1中，該熱處理設(shè)備1可以與已經(jīng)在校準(zhǔn)測試基板上實現(xiàn)了黃金分布35的熱處理設(shè)備相同，或者可以是另一熱處理設(shè)備。然后，在步驟S21中，向熱處理設(shè)備1的控制單元13提供一組熱處理參數(shù)，該控制單元13用于控制具有多個加熱器5的加熱裝置。在一變型例中，該組熱處理參數(shù)可以是上述參照圖3a所述用于產(chǎn)生校準(zhǔn)厚度分布的方法中已經(jīng)實現(xiàn)的黃金分布所用的該組熱處理參數(shù)。當(dāng)然，這僅在待校準(zhǔn)的熱處理設(shè)備是與已經(jīng)獲得黃金分布的熱處理設(shè)備相同的類型的情況下才有可能。
隨后在步驟S22中對測試基板15進(jìn)行熱處理，從而在其上形成層。然后在步驟S23中，使用標(biāo)準(zhǔn)厚度測量，例如橢圓對稱法，來確定該層的厚度分布。相應(yīng)的厚度分布37示于圖4b中，其中層的厚度繪制在y軸上，而相對于測試基板15的中心的距離繪制在x軸上。在圖4b上以虛線對所確定的厚度分布37進(jìn)行示蹤。相應(yīng)的黃金分布35用連續(xù)線繪出，并且對應(yīng)于圖3c中已經(jīng)示蹤的黃金分布。通過這兩個分布的差異，可以推斷出需要對熱處理設(shè)備進(jìn)行重新校準(zhǔn)。實際上，僅在測試基板上的層的虛線厚度分布37與校準(zhǔn)測試基板上的校準(zhǔn)層的實線所表示的預(yù)定厚度分布35彼此對應(yīng)的情況下，才可以利用熱處理設(shè)備在多層基板上實現(xiàn)均勻的厚度分布33，或者根據(jù)變型例，實現(xiàn)滑移線的數(shù)量減少(特別的為幾乎沒有或者沒有)和/或晶片變形減少的多層基板。
在步驟S25中，確定兩個厚度分布是否彼此對應(yīng)。如果觀察到差異，則用于對熱處理設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)的方法繼續(xù)至步驟S26。該步驟包括對該組熱處理參數(shù)進(jìn)行修正，從而對加熱裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)以對厚度分布37和校準(zhǔn)層的預(yù)定厚度分布35之間觀察到的差異進(jìn)行補(bǔ)償。一旦進(jìn)行了補(bǔ)償，則校準(zhǔn)準(zhǔn)備完畢(步驟S27)，并且用于校準(zhǔn)的處理結(jié)束。然而，如果兩個分布35、37彼此對應(yīng)，則校準(zhǔn)立即結(jié)束，因為無需進(jìn)行重新校準(zhǔn)。
根據(jù)一變型例，在已經(jīng)對該組熱處理參數(shù)進(jìn)行了修正的情況下，也可以提供額外的測試基板(步驟S28)，并再次執(zhí)行步驟S22至S24，以驗證經(jīng)修正的熱處理參數(shù)確實使得在該額外測試基板上獲得與黃金分布相對應(yīng)的厚度分布。
通過對由熱處理設(shè)備1的加熱裝置的加熱器5提供的熱能進(jìn)行改變來執(zhí)行熱處理參數(shù)的調(diào)整。實際上，可以對每個加熱器5進(jìn)行單獨控制，從而可以實現(xiàn)局部改動。可以通過直接影響加熱器或者通過改變對基板上的溫度進(jìn)行測量的相應(yīng)探針7的偏移，來改變熱能。
附圖中，使用SOI多層基板和硅晶片作為測試基板25對用于校準(zhǔn)熱處理設(shè)備1的方法和用于產(chǎn)生校準(zhǔn)厚度分布的方法進(jìn)行了說明。然而，本發(fā)明并不限于該材料選擇，而是可以按照相同的方式使用其他多層基板或測試基板。在這種情況下，優(yōu)選地利用具有與多層基板的表面層相同材料的測試基板來執(zhí)行校準(zhǔn)，或者使測試基板具有與多層基板的表面層相同的晶體結(jié)構(gòu)。在塊狀基板不可用或者比較昂貴的情況下，仍可使用低成本的硅晶片作為測試基板。
當(dāng)熱處理設(shè)備用于例如在氫氣(H)或氬氣或H和Ar的混合環(huán)境中的快速熱退火處理中時，或者快速熱氧化處理時，所公開的用于對該熱處理設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)以及用于產(chǎn)生校準(zhǔn)厚度分布的方法尤其有利。對于這些處理，經(jīng)過良好校準(zhǔn)的設(shè)備是必需的，因為涉及高溫并且相對于均勻溫度分布的很小偏離就能夠?qū)λ纬苫蛲嘶鸬膶拥馁|(zhì)量產(chǎn)生影響。
最后，如圖2b所示，帶有層27(其具有黃金分布)的測試基板25表示根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)測試基板的一個實施例，因為利用下述一組熱處理參數(shù)獲得了其上的熱形成層，利用該組熱處理參數(shù)在圖2a所示的多層基板15上實現(xiàn)了具有均勻厚度分布的層23。
權(quán)利要求
1.一種對熱處理設(shè)備(1)進(jìn)行校準(zhǔn)的方法，該熱處理設(shè)備(1)包括加熱裝置(5)并且用于對多層基板(15)進(jìn)行熱處理，該方法的特征在于包括以下步驟a)提供與多層基板(15)相比具有不同結(jié)構(gòu)的測試基板(25)，b)使用一組熱處理參數(shù)對所述測試基板(25)進(jìn)行熱處理，由此在所述測試基板(25)上形成具有厚度分布(37)的層(27)，c)將所述厚度分布(37)與校準(zhǔn)測試基板上的校準(zhǔn)層的預(yù)定厚度分布(35)進(jìn)行比較，以及d)對所述一組熱處理參數(shù)進(jìn)行修正，使得所述加熱裝置(5)適于對所述厚度分布(37)與所述預(yù)定厚度分布(35)之間的差異進(jìn)行補(bǔ)償，其中在利用同一組預(yù)定熱處理條件進(jìn)行處理時，所述校準(zhǔn)測試基板上的所述校準(zhǔn)層的預(yù)定厚度分布(35)與多層基板(15)上的層(23)的均勻厚度分布(33)相對應(yīng)，或者與觀察到減小的滑移線和/或減小的變形的多層基板(15)相對應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟b)的所述一組熱處理參數(shù)與該組預(yù)定熱處理條件相對應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述預(yù)定厚度分布(35)是在不同的熱處理設(shè)備(1)中獲得的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的一項所述的方法，其中步驟d)之后，提供第二測試基板，并根據(jù)經(jīng)修正的該組熱處理參數(shù)進(jìn)行熱處理，以使校準(zhǔn)生效。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的一項所述的方法，其中所述加熱裝置包括用于對所述測試基板(25)進(jìn)行局部加熱的多個加熱器(5)；以及用于局部測量所述測試基板(25)的溫度的多個探針(7)，并且其中在步驟d)中，對由所述多個加熱器(5)中每一個所提供的熱能進(jìn)行單獨調(diào)節(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中通過對所述多個探針(7)的偏移值進(jìn)行單獨修正，對各個加熱器(5)的熱能進(jìn)行單獨調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的一項所述的方法，其中所述多層基板(15)的表面層(17)和所述測試基板(25)是相同的材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的一項所述的方法，其中所述多層基板(15)的表面層(17)和所述測試基板(25)具有相同的晶體結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的一項所述的方法，其中所述多層基板(15)是絕緣體上硅(SOI)型晶片，而所述測試基板(25)是硅晶片。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的一項所述的方法，其中所述熱處理是快速熱退火處理或者快速熱氧化處理。
11.一種用于產(chǎn)生校準(zhǔn)厚度分布的方法，該校準(zhǔn)厚度分布用于對熱處理設(shè)備(1)進(jìn)行校準(zhǔn)，具體地，被用于根據(jù)權(quán)利要求1至10之一的校準(zhǔn)方法中，其中該熱處理設(shè)備(1)包括用于對多層基板(15)進(jìn)行熱處理的加熱裝置(5)，該方法包括以下步驟a)對所述加熱裝置(5)進(jìn)行校準(zhǔn)，使得在熱處理期間，在多層基板(15)上形成具有均勻厚度分布(33)的層(23)，或者獲得具有減少的滑移線和/或減少的變形的多層基板(15)，b)識別出相應(yīng)的一組熱處理參數(shù)，c)提供與所述多層基板(15)相比具有不同結(jié)構(gòu)的校準(zhǔn)測試基板(25)，d)使用所述相應(yīng)的一組熱處理參數(shù)對所述校準(zhǔn)測試基板(25)進(jìn)行熱處理，由此在所述校準(zhǔn)測試基板(25)上形成具有校準(zhǔn)厚度分布(35)的層(27)，以及e)確定校準(zhǔn)厚度分布(35)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在步驟e)中，所述校準(zhǔn)厚度分布(35)被確定為校準(zhǔn)測試基板(25)的邊緣處的分辨率高于該校準(zhǔn)測試基板(25)的中心區(qū)域的分辨率。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其中對于多個不同的多層基板(15)確定所述校準(zhǔn)厚度分布(35)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中的一項所述的方法，還包括將所述校準(zhǔn)厚度分布(35)存儲在數(shù)據(jù)庫中的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中的一項所述的方法，其中所述多層基板(15)是絕緣體上硅型晶片，而所述測試基板(25)是硅晶片。
16.一種校準(zhǔn)測試基板，其包括熱形成在其主表面上的、具有預(yù)定厚度分布(35)的層(27)，該校準(zhǔn)測試基板的特征在于，利用一組熱處理參數(shù)來獲得熱形成層(27)，對于該組熱處理參數(shù)，在多層基板(15)上實現(xiàn)了具有均勻厚度分布(33)的層(23)，或者獲得了具有減少的滑移線和/或減少的變形的多層基板。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的校準(zhǔn)測試基板，其中所述多層基板(15)是絕緣體上硅型晶片，而所述測試基板(25)是硅晶片。
全文摘要
一種對包括加熱裝置并用于對多層基板進(jìn)行熱處理的熱處理設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)的方法。為了能優(yōu)化校準(zhǔn)方法同時使用更廉價材料，本發(fā)明的方法特征在于包括以下步驟提供結(jié)構(gòu)不同于多層基板的測試基板；使用一組熱處理參數(shù)對測試基板進(jìn)行熱處理以在測試基板上得到具有厚度分布的層；將該厚度分布與校準(zhǔn)測試基板上的校準(zhǔn)層的預(yù)定厚度分布相比；以及修正該組熱處理參數(shù)，使加熱裝置適于補(bǔ)償該厚度分布與該預(yù)定厚度分布間的差異，其中校準(zhǔn)測試基板上的校準(zhǔn)層的預(yù)定厚度分布與多層基板上的層的均勻厚度分布(均利用同組預(yù)定處理條件獲得)對應(yīng)，或者與觀察到多層基板上的減少的滑移線和/或減少的晶片變形的熱處理條件對應(yīng)。本發(fā)明還涉及產(chǎn)生校準(zhǔn)厚度分布的方法，以及校準(zhǔn)測試基板，其包括位于其主表面之一上的具有預(yù)定厚度分布的熱形成層。
文檔編號H01L21/324GK1877791SQ20051013781
公開日2006年12月13日 申請日期2005年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月10日
發(fā)明者馬琳·布拉 申請人:硅絕緣體技術(shù)有限公司