一种晶片快速热处理机台的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种晶片快速热处理机台，用以实现不同类型的晶片经相同快速热处理工艺后，晶片的表面实际温度准确升高到晶片快速热处理机台预设的晶片的表面温度值。所述晶片快速热处理机台，包括：机台主体、反应室、晶片支撑架、温度探测器，所述晶片快速热处理机台还包括晶片样片承载装置以及晶片样片；所述晶片样片承载装置，设置于所述反应室内，用于承载所述晶片样片；所述温度探测器，用于探测所述晶片样片的表面温度。
【专利说明】一种晶片快速热处理机台
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体工艺【技术领域】，尤其涉及一种晶片快速热处理机台。
【背景技术】
[0002]在半导体芯片制作工艺中，快速热氧化、金属硅化物，或快速热退火等快速热处理工艺，都需要使用到快速热处理(Rapid Thermal Processing, RTP)机台对晶片的表面进行快速热处理，随着半导体工艺朝着大面积、高密度，及单片处理的趋势发展，对快速热处理工艺的要求越来越高，相应地，晶片快速热处理机台也在不断改进。
[0003]在使用晶片快速热处理机台进行快速热处理工艺时，利用晶片快速热处理机台内的灯管进行快速加热，在数秒钟的时间内，将一整个晶片的表面均匀加热至数百摄氏度甚至一千摄氏度或以上，一般快速热处理过程中的升温速率为1(T20(TC /Sec0 一般情况下，晶片的总厚度约675 μ m (晶片总厚度=晶片衬底的厚度+衬底上生长的膜层的厚度)，其衬底上生长的膜层的厚度约0.5-3 μ m，灯管可在数秒钟的时间内将晶片表面加热至数百甚至上千摄氏度。使得晶片达到相应快速热处理工艺的目的。
[0004]在进行快速热处理工艺时，当温度计探测到反应室中晶片的表面温度达到机台上预设的温度值后进入后续工艺步骤。所述温度计一般为光测高温计，该光测高温计通过接收晶片背面反射回来的具有一定波长的光的强度来换算出探测到的晶片表面的温度值，将该探测温度值反馈给机台相关部件如温控器，温控器显示晶片表面的探测值。通过温度计准确探测晶片表面的温度，使得机台上显示的晶片的表面温度值和晶片表面的实际温度值相等是非常重要的。
[0005]对于一个确定的晶片快速热处理机台，温度计探测晶片的表面温度主要取决于晶片的吸热效率，吸热效率取决于晶片衬底的发射率(Intrinsic Thermal EmissivitV)以及所有沉积或生长于晶片衬底表面或背面的金属膜层或者绝缘膜层的外加发射率(Extrinsic Thermal Emissivity)。因此，晶片快速热处理机台的工艺温度控制受晶片本身及其上的各种膜层结构的影响。晶片衬底都为硅衬底。
[0006]所述不同晶片为具有不同膜层的晶片(如晶片A、晶片B、晶片C)，也即不同发射率的晶片。不同晶片在数秒钟相同的时间内，晶片表面的实际温度可以达到相同值，但温度计探测到的不同晶片的表面温度值差异较大，差异值在5(T300°C之间。导致温度计反馈给机台的不同晶片的表面温度值不同。如晶片A、晶片B、晶片C表面的实际温度值都为1000°C，温度计反馈给机台的晶片表面温度值相应地分别为700 V、900°C、950°C。假设机台上预设的晶片应达到的温度值为1000°C，机台在接收到低于1000°C的温度反馈信息时，继续加热，直到接收到温度接收器反馈回1000°C的晶片的表面温度信息，此时，晶片表面的实际温度已经高于1000°c，当晶片的表面温度过高时，会导致晶片的损伤甚至报废。
[0007]对于加工相同快速热处理工艺的晶片(需要升高到同一温度的不同晶片)，使用一种快速热处理工艺菜单。一种快速热处理工艺菜单是针对一种晶片开发出来，一种晶片对应一个固定发射率，如快速热处理工艺菜单针对晶片A的发射率开发，由于生产线上的晶片多样、膜层结构多样，致使同工艺的不同晶片也需要进行菜单开发，极大地增加了工程师开发工艺菜单的工作量。
[0008]综上所述，使用现有晶片快速热处理机台进行快速热处理工艺时，采用同一种快速热处理工艺菜单无法使得不同晶片表面的实际温度准确达到晶片快速热处理机台预设的温度值，导致经快速热处理工艺后的晶片性能下降，严重时可能会造成晶片报废。
【发明内容】
[0009]本发明实施例提供一种晶片快速热处理机台，用以实现不同类型的晶片经相同快速热处理工艺后，每一晶片的实际温度升高到晶片快速热处理机台预设的温度值。
[0010]本发明实施例提供的一种晶片快速热处理机台，包括:机台主体、反应室、晶片支撑架、温度探测器，所述晶片快速热处理机台还包括晶片样片承载装置以及晶片样片；
[0011]所述晶片样片承载装置，设置于所述反应室内，用于承载所述晶片样片；
[0012]所述温度探测器，用于探测所述晶片样片的表面温度。
[0013]本发明实施例，通过在晶片快速热处理机台的反应室内设置晶片样片承载装置以及晶片样片，使得所述晶片样片和晶片支撑架上的晶片被同时加热。在相同的加热时间内晶片样片的表面温度和支撑架上晶片的表面温度相同或者具有一固定的温度差。温度探测器只探测晶片样片的表面温度值，无论反应室中放置何种待加热的晶片，不会影响温度探测器探测晶片样片表面实际温度值的准确性。而晶片样片的表面温度和待加热不同类型的晶片的表面温度时刻相等或者具有一定温度差，晶片样片能够反映待加热晶片的实际温度值。使得待加热晶片表面实际达到的温度值和机台上预设的晶片的表面温度值相同。从而实现不同类型的晶片经相同快速热处理工艺后，每一晶片的实际温度升高到晶片快速热处理机台预设的温度值。提高晶片的性能，降低晶片报废的可能。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明实施例提供的晶片快速热处理机台结构示意图；
[0015]图2为本发明实施例提供的放置了待加热晶片的晶片快速热处理机台结构示意图；
[0016]图3为本发明实施例提供的晶片快速热处理机台结构示意图；
[0017]图4为本发明实施例提供的晶片快速热处理机台结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]本发明实施例提供了一种晶片快速热处理机台，用以实现不同类型的晶片经相同快速热处理工艺后，晶片的实际温度升高到晶片快速热处理机台预设的温度值，提高晶片的性能，降低晶片报废的可能。
[0019]本发明针对不同晶片使用同一快速热处理工艺使得晶片的表面温度快速升高到一定值，达到对晶片表面快速热处理的目的。不同晶片在数秒钟相同的时间内，晶片表面的实际温度可以达到相同值，而具有相同表面温度值的不同晶片，温度计根据晶片表面反射的光探测到的各晶片的表面温度值差异较大。导致温度计反馈给机台的晶片表面的实际温度值和机台预设的温度值不同。所述晶片表面的反射光的程度与晶片的发射率有关，晶片发射率不同，导致机台上显示的晶片的表面温度和实际温度值有一定偏差，一般情况下，温度偏差在50°C ?300°C之间，甚至更高。这个范围内的温度偏差会导致晶片的报废。
[0020]本发明在现有的晶片快速热处理机台的反应室内部设置一个具有固定发射率的晶片样片，该晶片样片和待加热的晶片被灯管同时加热，二者的表面温度时刻相等或者具有一固定的差值。温度探测器位于反应室外围，晶片样片正下方的位置，温度探测器只能探测晶片样片的表面温度而不会受待加热晶片的影响。相应地，快速热处理工艺菜单也针对晶片样片来开发。如果晶片样片和待加热晶片的表面温度时刻保持一固定值时，在开发工艺菜单的过程中，通过调节机台上的其他参数补偿这一固定的温度差值，利用开发出的工艺菜单，使得机台上显示的晶片的表面温度值和晶片的实际温度值相等，机台根据晶片的表面温度值与机台设定值相同后进入后续工艺步骤来完成整个工艺过程。
[0021]这样，不同类型晶片可以使用相同的工艺菜单，使得不同晶片的实际温度等于机台上预设的温度值；提高晶片的性能，降低晶片报废的可能。其中，晶片的实际温度值可以通过温度校准工具测得。
[0022]参见图1，为本发明实施例提供的一种晶片快速热处理机台，包括:机台本体1，位于机台本体I内的反应室2、位于反应室2腔体内的晶片支撑架3、以及位于反应室2腔体外的温度探测器4，其中，该晶片快速热处理机台还包括位于反应室2腔体内的晶片样片承载装置5以及晶片样片7。
[0023]参见图2，实际应用中，在加工具有相同快速热处理工艺的晶片时，晶片样片承载装置5上预先承载一晶片样片7，该晶片样片7可以是固定在晶片样片承载装置5上，也可以是在进行每次热处理工艺时，预先放置到晶片样片承载装置5上。所用的快速热处理工艺菜单也是与该晶片样片7相对应的菜单。然后通过晶片传送装置，将待加热的晶片6放置到晶片支撑架3上，机台控制加热装置如灯管对晶片支撑架3上的晶片6和晶片样片承载装置5上的晶片样片7加热。温度探测器4探测晶片样片7表面反射的一定强度的光，测得晶片样片7的表面温度值并反馈给机台，机台根据温度探测器4反馈的温度值，控制灯管的工作，使得晶片的表面温度值达到机台预设的温度值。
[0024]位于晶片样片承载装置5正下方的温度探测器4用于探测晶片样片承载装置5上的晶片样片7的温度，该温度探测器4可以但不限于为光测(光学)高温计。
[0025]一般的晶片快速热处理机台为单片机台，即每次快速热处理过程中，反应室2中晶片支撑架3上只放置一片晶片。不同晶片的快速热处理工艺过程，温度探测器4每次只探测晶片样片7的表面温度值，只针对晶片样片7的发射率进行探测，不会因为待加热的不同晶片因发射率不同导致温度探测器4探测结果发生偏差。
[0026]本发明实施例提供的晶片快速热处理机台，具体结构如图3所示，反应室2内的晶片支撑架3可以是一个托盘，晶片支撑架3位于反应室2内的中部位置，距离反应室2腔体底部有一定距离，使得机台上晶片传输手臂可以顺利地将晶片6放置到晶片支撑架3上。一般情况下，反应室2内的高度在3cm左右，长约25cm左右，宽约20cm左右，当反应室2内的高度为如图3所示的高度3cm时，晶片支撑架3位于距离反应室2底部约2cm左右的位置。晶片样片7位于距离反应室2底部至少Imm的位置比较合适，可以在高于Imm处并低于晶片支撑架3的任何位置放置，但是需要保证传输晶片的手臂不触碰晶片样片7并能够正常放置晶片6。晶片样片7位于距反应室2底部Imm之内时，影响温度探测器4对晶片样片7的温度的准确探测。
[0027]需要说明的是，温度探测器4探测晶片6的温度值与晶片6距温度探测器4的距离有关，本发明中温度探测器4探测的是晶片样片7的温度值，所以，晶片样片7和晶片支撑架3上的晶片6距温度探测器4的距离有一差值，因该距离差值引起的温度差值在开发快速热处理工艺菜单时，通过调整菜单中温度曲线的相关参数等给予补偿。
[0028]参见图4，晶片支撑架3可以由三根支柱22支撑，该支柱可以与反应室2的侧壁相连，也可以是单独的石英托盘(图4中未示出)，只要不影响传输晶片的手臂正常将晶片6放置于晶片支撑架3可上即可。
[0029]晶片样片承载装置5为至少3根与反应室2底部或侧壁相连的支柱，该支柱可以是但不限于为石英支柱，可以为与反应室2的腔体材料相一致的材料制作而成。一般情况下，反应室2的腔体为石英玻璃，若支柱也为石英玻璃，则只需要将反应室2和石英玻璃支柱经高温处理，便可固定在一起。
[0030]如图4所示，晶片样片承载装置5为3根与反应室2底部相连的支柱，所述支柱的高度至少为1_，且所有支柱等高。晶片样片承载装置5置于晶片支撑架3的下方，以及温度探测器4的上方。晶片样片承载装置5固定于反应室2的底部。相应地，晶片样片7位于晶片6下方，且晶片6和晶片样片7平行。
[0031]较佳地，晶片样片7的面积不小于晶片6的面积，使得位于其下方的温度探测器4只能接收到晶片样片7反射的光，温度由晶片样片7的发射率决定，不受晶片6的发射率的影响。
[0032]较佳地，该晶片样片7可以为一个没有生长任何膜层的晶片，也可以是生长有一定膜层的晶片，即晶片样片7的发射率和晶片6的发射率可以相同也可以不同。不论晶片样片7为何种晶片，都需要通过实验测试开发出与晶片样片7对应的快速热处理工艺菜单，该菜单参数一经确定，使用相同快速热处理工艺时不可对该菜单进行更改。只要在反应室2内固定一个具有一定发射率的晶片样片7，温度探测器4只能接收到晶片样片7发射的温度，无论晶片支撑架3上承载何种类型的晶片6，都不会影响温度探测器4探测晶片样片7的表面温度的准确性。
[0033]较佳地，晶片样片7可以为一未生长任何膜层的晶片，这样，如果晶片样片需要更新时，比较方便。
[0034]本发明实施例，通过在晶片快速热处理机台的反应室内设置晶片样片承载装置以及晶片样片，使得晶片样片承载装置上的晶片样片和晶片支撑架上的晶片被同时加热。在相同的加热时间内晶片样片的表面温度和支撑架上晶片的表面温度相同或者具有一固定的温度差。温度探测器只探测晶片样片的表面温度值，无论反应室中放置何种待加热的晶片，不会影响温度探测器探测晶片样片表面实际温度值的准确性。而晶片样片的表面温度和待加热不同类型的晶片的表面温度时刻相等或者具有一定温度差，晶片样片能够反映待加热晶片的实际温度值。使得待加热晶片表面实际达到的温度值和机台上预设的晶片的表面温度值相同。从而实现不同类型的晶片经相同快速热处理工艺后，每一晶片的实际温度升高到晶片快速热处理机台预设的温度值。提高晶片的性能，降低晶片报废的可能。
[0035]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种晶片快速热处理机台，包括:机台主体、反应室、晶片支撑架、温度探测器，其特征在于，所述晶片快速热处理机台还包括晶片样片承载装置以及晶片样片； 所述晶片样片承载装置，设置于所述反应室内，用于承载所述晶片样片； 所述温度探测器，用于探测所述晶片样片的表面温度。
2.根据权利要求1所述的晶片快速热处理机台，其特征在于，所述晶片样片承载装置为至少三根支柱。
3.根据权利要求2所述的晶片快速热处理机台，其特征在于，所述支柱等高。
4.根据权利要求3所述的晶片快速热处理机台，其特征在于，所述支柱为石英支柱。
5.根据权利要求4所述的晶片快速热处理机台，其特征在于，所述支柱的高度至少为Imm0
6.根据权利要求5所述的晶片快速热处理机台，其特征在于，所述晶片样片承载装置置于晶片支撑架的下方，以及所述温度探测器的上方。
7.根据权利要求6所述的晶片快速热处理机台，其特征在于，所述晶片样片承载装置固定于反应室的底部。
8.根据权利要求7所述的晶片快速热处理机台，其特征在于，所述晶片样片的面积不小于所述晶片支撑架上的晶片的面积。
9.根据权利要求1所述的晶片快速热处理机台，其特征在于，所述晶片样片为未生长任何膜层的晶片或者为生长有一定膜层的晶片。
10.根据权利要求1所述的晶片快速热处理机台，其特征在于，所述温度探测器为光测高温计。
【文档编号】H01L21/324GK103594392SQ201210295721
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年8月17日 优先权日:2012年8月17日
【发明者】张二雄, 胡德明, 林伟旺, 徐家俊, 陈元满 申请人:北大方正集团有限公司, 深圳方正微电子有限公司