专利名称：校准和使用半导体处理系统的方法
技术领域：
本发明涉及一种校准和使用半导体处理系统的方法。
2).背景技术通常在半导体晶片基底的内部和上面制造集成电路。然后将晶片基底切割成单独的小片，每个小片承载着各自的集成电路。
有各种用于处理晶片基底的系统。一种上述系统是由美国加利福尼亚州Santa Clara的应用材料有限公司制造的Epi Centura系统。EpiCentura系统具有传送腔，有若干单晶片处理腔导出该传送腔。各晶片处理腔是用上部和下部石英窗口来形成的。处理腔外部的红外灯通过上述石英窗口将红外辐射射入该处理腔中。在处理腔中设置有基座，可将晶片基底置于其上。可以从上方加热晶片基底，而且可以从下方加热基座。基座和晶片基底都相对较薄，因此它们的温度大致相同。
上部高温计被设置于上部石英窗口之上，而下部高温计被设置于下部石英窗口之下。红外辐射通过上部石英窗口，从形成在晶片基底上的一层射到上部高温计上。红外辐射还通过下部石英窗口，从基座的下表面射向下部高温计。各上述高温计产生信号，这些信号的强度根据红外辐射的强度而改变。因而，红外辐射大致表示出基底的上述层以及下表面的温度。
温度值的错误是由多种因素造成的。造成温度值错误的一个原因是由于重复使用之后在腔室内部淀积的薄膜造成的。在基座的下表面和石英窗口的内表面上形成多个层。在基座上的层改变了它的发射率，即使温度保持不变，也将导致从其上发射的红外辐射量改变。石英窗口上的层也会衰减红外辐射，以致即使在相同温度下，到达高温计的红外辐射的强度也被减弱。造成温度值错误的另一原因是由于在某些类型的晶片基底上所形成的层的发射率改变造成的。层的发射率通常可能在它形成时就改变了。即使在不变的温度下，层的发射率的改变也会引起上部高温计所检测到的红外辐射改变。
发明内容
提供了一种避免高温计的温度错误的方法。使用上部高温计在标准处理条件下检测来自形成在测试基底上的测试层的红外辐射。来自测试层的红外辐射具有一定周期，该周期所具有的长度表示该层的生长速率。上述周期一般与生长速率成反比。而生长速率直接与温度相关。因此上述周期就与温度成反比。一组相对于实际温度的参考周期的参考数据被储存在计算机中。形成测试层时的红外辐射的周期与参考数据相比较以确定实际温度。然后该实际温度与期望温度相比较以确定实际温度和期望温度之间的温度差。然后使用该温度差计算由于污染造成的有效的修正发射率。然后在处理基底上形成实际处理层时使用期望温度和修正发射率来控制基座的加热。
下面将参照附图通过实施例进一步介绍本发明，其中图1是用于实施本发明的方法的半导体处理系统的各部件的侧面剖视图；图2是表示系统各部件的方框图，这些部件被用于校准系统的下部高温计；图3是一个系统各部件的方框图，这些部件被用来根据由系统的上部高温计所接收的信号的实际温度，而产生参考周期的参考数据；图4是一个系统各部件的方框图，这些部件被用于在基座上的污染和系统上的其它污染之后计算修正的发射率值；而图5是在处理基底上形成处理层时所使用的部件的方框图。
具体实施例方式
设备图1是表示半导体处理系统8的附图，该系统被用于实施依据本发明的方法。系统8包括半导体处理腔10、位于处理腔10内的基座12、电源14、电源控制器16、红外灯加热器18、下部高温计20、上部高温计22和计算机24。
处理腔10包括基础环26、上部石英窗口28和下部石英窗口30。石英窗口28、30具有用基础环26密封的周边。基础环26和石英窗口28、30一起限定了内部容积32。形成穿过基础环26进入内部容积32的气体入口34，而在内部容积32的与气体入口34相对的一侧则形成通向内部容积32外部的气体出口36。形成穿过基础环26的槽阀(slitvalve)开口(未示出)。晶片基底可通过槽阀开口插入内部容积32，然后再通过槽阀开口从内部容积32中取出。基座12基本上以水平取向安装在内部容积32之内。晶片基底可以设置在基座12的顶部。
电源14通过电源控制器16连接到加热器18。电源14通过电源控制器16向加热器18提供功率。电源控制器16可以改变提供给加热器18的电量。加热器18通过下部石英窗口30而将红外辐射38投射到基座12的下表面上。可以在上部石英窗口28的上面设置更多的加热器并向内部容积32里面辐射。
下部高温计20位于下部石英窗口30的下面。红外辐射40从基座12的下表面穿过下部石英窗口30辐射。下部高温计20被置于可接收红外辐射40的位置。红外辐射40当基座12的温度上升时趋于增加，而当基座12的温度下降时趋于降低。高温计20响应红外辐射40而产生信号42。信号42在红外辐射40增加的时候增强，而在红外辐射40降低的时候减弱。电源控制器16连接到高温计20，以使得信号42被提供给电源控制器16。电源控制器16连接在电源14和加热器18之间，并且能利用信号42来保持基座12的温度稳定和不变。
在使用时，将晶片基底插入内部容积32中并安置在基座12的顶部。槽阀则闭合槽阀开口(晶片是通过该槽阀开口插入到内部容积32中的)。连接到气体出口36的泵(未示出)工作，而使得内部容积32保持在所要求的恒定压力。基座12将晶片基底加热到晶片处理温度。然后通过气体入口34引入处理气体。处理气体以恒定速度流过晶片基底的上表面，然后从气体出口36流出。这些气体彼此混合并依据与化学汽相淀积有关的常规原理而在晶片基底的顶部淀积成层。形成层的速度取决于内部容积32内的压力和晶片基底的温度。
红外辐射44从形成在晶片基底上的层通过上部石英窗口28辐射。上部高温计22被置于可以接收红外辐射44的位置。上部高温计22连接到计算机24。上部高温计22响应红外辐射40而产生信号46。信号46当红外辐射44的强度增加时增强，而当红外辐射44的强度减弱时减弱。
红外辐射44的强度取决于两个因素(i)在晶片基底上形成的层的温度，和(ii)在晶片基底上形成的层的发射率。该发射率随着所述层的形成而改变，以致红外辐射44的强度也随着层的形成而改变——即使是在恒定温度下。因此红外辐射44的强度不是层的温度的良好指示器。但是，本发明人已经发现红外辐射44的强度是有周期性的。如将在下面更详细说明的，红外辐射44的强度的周期性被用来确定层的生长速率。而层的生长速率可以用于间接地确定层的温度。
下部高温计校准基座12的发射率随着薄膜在其上淀积而改变。下部石英窗口30上的层也使穿过该窗口的红外辐射衰减。为便于进一步讨论，将下部石英窗口30上的层的影响与基座12的发射率结合起来。尽管后面对基座12的发射率进行论述，应该意识到的是，它是基座12的实际发射率和下部石英窗口30上的层的影响相结合的有效发射率。
图2表示下部高温计如何被校准以及如何获得最初的干净基座12的初始发射率数值εs。
将热电偶50插入基座12，并且将基座12加热到例如660℃的温度。热电偶50给计算机24提供信号51。热电偶50受到校准，而令信号51提供基座12的温度的准确表示。
下部高温计20的信号42与来自热电偶50的信号51相比较。信号42与红外辐射40的强度相关。红外辐射40的强度取决于基座12的温度及其发射率εs。因此信号42的强度是基座12的温度及其发射率εs的函数。而信号51提供了基座12的温度的表示，所以要计算的唯一变量是基座12的发射率εs。因此将信号42和51比较52，并计算发射率εs53。然后利用计算出的发射率εs来校准54下部高温计20。函数关系ε-T也被储存在计算机24中。ε-T关系表示为实际温度T相对于发射率ε的曲线。实际温度与发射率ε通常成反比。若基座12的发射率增加而信号42的强度保持不变，则表明基座12的温度已经下降。重要的是应注意到，上述曲线提供了在发射率εs附近实际温度相对于发射率ε的斜率。
参考数据的产生在基座12仍然是新的且因此而具有发射率εs的时候，将多个参考基底56放在基座12上。参考基底56是一个接一个地放置在基座12上的，并且在相应的参考基底56上形成它们各自的参考层57。由于下部高温计20是经过校准的，并且由于基座12仍然具有其初始发射率εs，因此信号42仍然可以被用来精确地确定基座12的下表面的实际温度。将信号42提供给计算机24。信号42还被提供给电源控制器16，该电源控制器16使加热器18保持在稳定功率上，因此加热器18产生流经基座12的稳定热流。该稳定热流使基座12保持在恒定温度。
红外辐射44同时发射到上部高温计22。由于参考层57的发射率随着它的形成而改变，因此信号46也相应改变。在参考层57开始形成时，信号46从一个开始值增强，然后减弱到该开始值，然后进一步减弱，且随后再增强到上述开始值。因此信号46具有周期性变化的强度。信号46的周期的时间长度就是信号46的强度第二次返回到其初始值所需的时间长度。已经发现，每次信号46的强度第二次返回到其初始值时，参考层57都具有相同的厚度。因此该信号的周期长度提供了参考层57的生长速率的一种指示。较长的周期指示较慢的生长速率，而较短的周期则指示出较快的生长速率。信号46被提供给计算机24。
计算机24具有时钟58。计算机24确定信号46的强度第二次返回到其初始水平的时间，然后利用时钟58确定信号46第二次返回到其初始值的时间长度。然后在计算机24中储存一个数据点，该数据点使得得自信号46的参考周期与用信号42表示的实际温度相关联。因此，对于参考基底N，实际温度N具有特定的参考周期N。
然后从基座12将参考基底56取出到腔室10之外，再将另一个参考基底N+1插入腔室10中并放在基座12上。然后基座12和参考基底N+1被加热到一定温度，该温度不同于在前一个参考基底N上形成前一个参考层时的实际参考温度。因此实际参考温度N+1就与参考基底N+1的参考周期N+1有关。
通过对后续的参考基底重复上述过程，就产生了一个统一的参考数据集，其中不同的参考周期相对于不同的实际温度。参考周期一般与不同参考基底的实际温度成反比。因此，实际温度越高，该周期就越短(而且生长速率越快)。
在测试基底上形成测试层再次参照图1。接着使用系统8在石英窗口28、30的内表面上形成层。上部石英窗口28上的层进一步降低了上部高温计22精确地确定形成在基座12上的基底上的层的温度的能力。而且，下部石英窗口30上的层影响了红外辐射40的强度，因此当红外辐射40到达下部高温计20时，它所具有的强度比下部高温计20被校准时要低。在基座12的下表面上的薄膜淀积也改变了它的发射率。因此下部高温计20“错误读取”基座12的下表面的温度。
然而，上部高温计22仍然能够检测红外辐射44的强度的周期。红外辐射44的强度的周期表示层的生长速率，而生长速率又表示层的温度。因此假定所有其它处理条件相同，就可将信号46的周期与参考数据的周期相比较，从而确定层的实际温度。
图4示出了在测试基底上测试层的形成如何可以用于确定基座12的温度，以便进一步修正提供给基座12的功率。测试基底62被置于基座12上，并且在测试基底62上形成测试层64。用于形成测试层64的条件与用于形成图3中的参考层57的条件相同。形成测试层64时的总压力、气体分压、所用气体的种类和流速都与形成参考层57时相同，并且与形成参考层57时一样，都保持在恒定值。唯一的差别是基座12的发射率改变为修正的发射率εmod，这是由于基座12上的污染物造成的。来自下部高温计20的信号42并不提供基座12的温度的准确测量值。信号42仍然被电源控制器16用来保持加热器18稳定，以便这些加热器产生流经基座12的稳定热流，并因此而使基座12保持于恒定温度。意图是确定εmod，从而可以确定基座12的温度。
上部高温计22检测来自测试层64的红外辐射44。然后计算机24再次利用来自上部高温计22的信号46和时钟58，以计算出信号46的测试周期70。从测试层64开始形成的时刻开始，直到信号46第二次返回到其初始值为止，再次计算测试周期的长度。
然后将上述测试周期与图3中产生的参考数据相比较。由于所有参考周期都与特定的实际温度有关，因此计算的测试周期70对应特定的实际温度。操作者将期望温度72输入计算机24。然后计算机24从对应计算测试周期70的实际温度中减去期望温度72，而温度差ΔT，就是基座12必须被调整到期望温度72的温度差。
然后将温度差ΔT与图2中产生的关系ε-T相比较。由于所述ε-T关系的曲线的斜率已知是在εs附近，因此可以确定εmod。εmod是通过沿着Y轴向下使温度移动ΔT来确定的。举例来说，ΔT可以是5℃并且如前所述在εs处的温度为660℃，因此温度向下移动到655℃。εmod就是对应于655℃的发射率值。εmod是由于污染造成的基座12的发射率值。在处理基底上形成处理层如图5所示，从基座12取出图4的测试基底62，并将处理基底80置于基座12上。然后在处理基底80上形成处理层82。处理层82可以是完全不同于图3的参考层57和图4的测试层64的层。实际上，形成处理层82时的所有处理条件都可以不同于形成参考层57和测试层64时的处理条件。重要的是基座12的发射率值εmod是已知的，而且因此可以计算其温度。由下部高温计20产生的信号42现在取决于两个因素(i)基座12的温度，和(ii)基座12的发射率εmod，这两者都是已知的。在来自下部高温计20的期望信号Id、来自基座12的发射率以及基座12的期望温度之间存在一定关系，该关系如电源控制器16方框中所示。通过用εmod替换发射率值ε并用基座12的期望温度72替换温度T，如同操作者进行输入一样，就可以计算出期望信号Id(k1、k2、k3、和k4是常数)。电源控制器16将Id的值与信号42加以比较。如果信号42在值Id以下，则给加热器18提供更大功率，反之亦然。因此，基座12保持在与操作者所输入的期望温度72一致的温度上。
前面已经参照附图介绍和表示了一些典型实施例，应该理解这些实施例只是示意性的而不限制本发明，本发明不限于所示和所述的具体结构和设置，这是因为本领域技术人员可以对本发明进行修改。
权利要求
1.一种方法，包括测量测试层的测试变量，该测试层形成于处理腔中的测试基底上；使用该测试变量，以相对于参考处理变量，而在参考变量的统一数据集中选择一种参考处理条件，所述参考处理条件在所述参考变量中的位置取决于所述测试变量在所述参考变量中的位置；和在处理腔中的处理基底上形成处理层，用以形成该处理层的处理变量是以所述参考处理条件为基础的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述测试变量表示所述测试层的生长速率。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述测试变量表示来自一种高温计的信号的周期长度，其中所述高温计检测来自所述测试层的红外辐射。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述测试变量是当所述测试层开始形成时开始的所述信号的第一周期的长度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述处理变量影响流过所述处理基底的表面的热流。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述处理变量是提供给加热器的功率。
7.一种以计算机执行的方法，包括测量测试层的测试变量，该测试层形成于处理腔中的测试基底上；使用该测试变量，以相对于参考处理变量，而在参考变量的统一数据集中选择一种参考处理条件，所述参考处理条件在所述参考变量中的位置取决于所述测试变量在所述参考变量中的位置；和在处理腔中的处理基底上形成处理层，用以形成该处理层的处理变量是以所述参考处理条件为基础的。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述处理变量是由计算机选择的。
9.一种方法，包括设定加热器，以产生流经基底处理腔中的测试基底的测试热流；在所述加热器产生流过所述测试基底的表面的所述测试热流的同时，在该表面上形成测试层；在产生流过所述参考基底的表面的参考热流的同时，将表示所述测试层的生长速率的测试变量与表示参考层的生长速率的参考变量相比较；将处理基底插入所述处理腔中；设定所述加热器，以产生流过所述处理基底的表面的处理热流，该处理热流是基于所述测试变量与所述参考变量的比较而选择的；在所述处理基底的表面上形成处理层，同时所述加热器产生流过所述处理基底的表面的处理热流；而且在所述处理层形成之后，将所述处理基底从所述处理腔取出。
10.一种方法，包括设定加热器，以产生流过处理腔中的测试基底的表面的测试热流；在所述加热器产生流过所述测试基底的表面的测试热流的同时，在所述测试基底的表面上形成测试层；在所述测试层正在形成的同时，利用高温计来检测发自该测试层的红外辐射，该高温计产生信号，该信号随着所述红外辐射的强度的变化而变化；计算表示所述信号的周期长度的测试值；从不同的参考处理值的数据中选择期望处理值；根据对应所述期望处理值，且不同于对应其它所述处理值的参考值的数据，来存取期望参考值；比较所述测试值与所述期望参考值；基于所述比较来调整所述加热器；在所述调整之后，将处理基底插入所述处理腔中，由所述加热器加热该处理基底；在所述处理基底被所述加热器加热的同时，在所述处理基底上形成处理层；而且从所述处理基底被插入的所述处理腔中，取出所述处理基底。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述测试层是在保持一种材料的气体的测试压力和浓度为恒定值的同时形成的，所述材料是以恒定水平形成所述测试层的材料。
12.根据权利要求11所述的方法，其中在形成所述测试层时，使得所述流过测试基底的表面的热流的大小保持恒定。
13.根据权利要求10所述的方法，其中在形成所述测试层时，使得所述测试基底的表面的温度保持不变，所述测试层所具有的发射率在该测试层被形成时改变。
14.根据权利要求10所述的方法，其中在形成所述测试层时，所述高温计位于所述测试基底所处的所述处理腔的外部，所述处理腔具有所述红外辐射可以辐射穿过的材料壁。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述测试值是所述信号第二次返回到初始值所需的时间长度。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述测试值是所述测试层开始形成时所述测试信号开始的第一周期的时间长度。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述信号的强度当所述红外辐射的强度增加时增加，而当所述红外辐射的强度减弱时减弱。
18.根据权利要求10所述的方法，其中所述数据的不同处理值是不同的功率水平设定值。
19.根据权利要求10所述的方法，其中所述测试值和所述参考值受到比较，为的是确定它们之间的差值。
20.根据权利要求10所述的方法，其中所述测试值是所述信号的周期长度，并且通过当所述测试值大于所述期望参考值时增加来自所述加热器的热流、或者当所述测试值小于所述期望参考值时减少来自所述加热器的热流来调整加热器。
21.根据权利要求10所述的方法，进一步包括在所述测试基底上形成所述测试层之前，先搜集所述数据。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述数据是通过重复以下步骤来搜集的(i)将参考基底插入处理腔中；(ii)将处理变量调整到参考处理值；(iii)在所述参考基底上形成参考层；(iv)计算所述参考层的参考值；和(v)以使它们彼此相关的方式记录所述参考处理变量和所述参考值。
23.一种方法，包括使用温度检测器来检测变量，该变量不同于形成在处理腔中的测试基底上的测试层的温度；而且在处理腔中的处理基底上形成处理层，用以形成所述处理层的至少一种处理条件是基于所述变量而设定的。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述温度检测器不检测所述处理层的温度。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述变量表示由所述测试层辐射出的红外辐射的周期。
全文摘要
提供了一种避免高温计温度读取错误的方法。上部高温计用于检测来自在标准处理条件下形成在测试基底上的测试层的红外辐射。来自测试层的红外辐射具有周期，该周期的长度表示该层的生长速率。该周期一般与生长速率成反比。则生长速率直接与温度有关。
文档编号H01L21/66GK1630941SQ03803764
公开日2005年6月22日 申请日期2003年2月12日 优先权日2002年2月13日
发明者J·R·瓦图斯, D·K·卡尔森, A·V·萨莫伊洛夫, L·A·斯卡德, P·B·科米塔, A·A·卡尔帕蒂 申请人:应用材料有限公司