专利名称：衬底热处理的装置及方法
技术领域：
本发明涉及用加热板加热的衬底热处理的装置和方法，以及涉及指向背离加热板的衬底表面上的分辨地点的温度测量装置。
为了热处理衬底用于层的硬化和化学预处理，这种装置例如应用在半导体工业领域内紧随衬底尤其是光掩模上胶过程后。在热处理时，为了衬底随后的可应用性，对涂覆层尽可能均匀和均质地处理是重要的。然而这时出现的问题是，基于提高的热幅射，在矩形衬底的角区内或圆衬底的边缘区内均匀的热处理不能保障均匀的处理。
从JP-A-04-239120获悉一种用于通过热板对衬底热处理的装置，该热板通过各个分段不同的、可控制的热丝加热。此外，该装置根据权利要求1的前序部分具有背离加热板的衬底表面上的地点分辨的温度测量装置。然而在这种装置产生的问题是不能保证衬底的均匀热处理。尤其产生的问题是每个热丝段频繁超控制，因为通过它在衬底上引起的加热效应要延迟地通过地点分辨的温度量测装置感触到。因此这导致通过加热丝的不同段实际上必要的加热温度的持续不断地猛长和迅落。
JP-A-01-050717示出具有下加热板、侧加热板和用于测量加热板温度的温度传感器的一种衬底热处理装置。为了调节加热板的加热功率，由温度传感器测量的温度被传递给相应的调节单元。可是在技术上广泛熟知的这样一种调节单元加热装置不可能实现对衬底温度匹配，因此必须只是有条件地适于提供均匀的热处理。
从US-A-5715361获悉一种半导体晶片的快速加热设备。晶片通过加热灯加热，晶片的温度通过在晶片表面上的多个高温计求得。依据晶片表面上求得的温度值控制每个加热灯。在该装置产生与JP-A-04-239120也出现的相同问题。
因此本发明的任务是在衬底热处理期间提供改善的均匀性。
根据本发明，在具有加热板的衬底热处理装置中所提出的任务通过如下特征解决在背离衬底的加热板一侧上多个单独可控制的加热元件、用于读出加热元件温度的至少一只温度传感器、与加热元件和至少一只温度传感器连接的至少一个PID调节器、与温度量测装置连接的计算机单元求出在衬底表面上温度分布、与计算机单元连接的过程控制单元，该单元依据温度分布求出每个加热元件的温度额定值并且传递到PID调节器。通过具有上述特征的装置，借助外部的量测结果实现调节回路的调节参量的有效匹配，使得衬底经受均匀的热处理。从量测的温度值产生衬底表面的温度分布，由此必要时可以求出加热元件改变的温度额定值。这储存到由PID调节器、加热元件和温度传感器组成的调节回路内。因此每个加热元件被如此调节，使得在衬底内达到均匀的温度分布是可能的。尤其是可以对在成问题的边缘或棱角区内的加热元件提供较高的温度。
为了抑止在各个加热元件之间的热串扰，在加热板背离衬底一侧上的加热元件相互拉开距离。这时加热元件优先安排在加热板的突出部上。加热元件的形状和数目与待处理的衬底形状匹配，使得它们有利地沿着待处理的衬底的外轮廓延伸。为了简化控制，最好所有加热元件具有相同的形状和大小。
为了最佳调节参与有问题的边缘区的加热的加热元件，衬底对加热板的位置最好是可改变的。
在本发明的优选实施例中，给每个加热元件提供一个PID。首先计算机单元、过程控制单元和/或PID调节器合并成一单元。
在本发明另一优选实施例中，温度量测装置具有用于顺序采集衬底背离加热板一侧的采集装置，以便以简单方式得到衬底表面温度的可分辨地点的量测。这时采集装置首先具有一可运动的反射镜，以便无需使整个装置来回运动，温度测量装置的视野掠过衬底表面。温度量测装置优先是红外(IR)摄像机。
在本装置的优选应用形态中，衬底是一光掩模。
在用于衬底热处理方法中，其中，衬底用加热板加热，并且分辨地点地测量背离加热板的衬底表面温度，本发明的任务通过下述处理步骤解决经许多单独可控制的加热元件对加热板加热，量测加热元件的温度，用PID调节器对加热过程调节，依据测量的温度求得在衬底表面上的温度分布，求得每个加热元件的温度额定值，以及向PID调节器传递温度额定值。在该方法中，通过有效的反馈产生衬底的均匀热处理的上面已述优点。这时，每个加热元件优先经每个附属的PID调节器调节。
在本发明的一种优选实施结构中，背离加热板的衬底的一侧，在量测温度时被顺序扫描，以便有可能以简单方式实现分辨地点的温度量测。在此，该扫描优先通过反射镜的运动实现。
在本发明的一个特别优选的实施例中，背离加热板的衬底一侧的温度用IR摄像机测量。本发明的方法主要用于光掩模。
本发明依靠优选的实施例参考附图详细说明如下，这些附图是
图1a示出对本明的加热板从下看的视图和图1b示出加热板侧视图；图2示出具有其上安排的衬底的、对图1加热板从上看的视图；图3示出本发明的、用于衬底热处理装置的简图；图4示出本发明的、用于衬底热处理装置的另一实施例的简图；图5示出具有加热板不同区记录的实际和额定温度的加热板的简图。
在图1a和1b示出本发明的分区控制加热板1的从下看的视图和侧视图。
加热板1由具有主要呈矩形截面的正方基板3组成。基板3具有第1平面的上侧5和第2分段的上侧6。上侧6通过各4个垂直于加热板侧棱伸延的槽7分为总共25个正方段8。槽7的深度大体相当于基板3的一半厚度。在加热板3的正方段8上各安排正方形加热元件10，该元件以合适方式，例如通过粘贴与基板3的段8相连，并且形成与段8相应的加热区。通过加热元件10在各由槽分开的段8上的安排，它们彼此是热分离的，因此它们互相不影响，即在加热元件之间不出现热串扰。然而加热元件10在基板3上方彼此充分的热耦合，因此在基板3的上侧5达到均匀的热分布，而不会在上侧5的热图象内突出单个加热元件。测量加热元件10的实际温度的未示出的温度传感器以热偶方式分配给每个加热元件10，也可以用其它的、例如光学温度传感器代替热偶。
虽然加热板1被描述成具有其内形成的、用于基板3上侧6分段的槽7的单块的基板3，必须说明基板3可以完全平面形成，并且加热元件10直接或经间隔元件与基板3相连。以同样方式本发明不限于段8和加热元件10的形状和数目。
图2示出在加热板1上的俯视图，其中用图示方式表示在俯视图内不可识别的槽7和加热元件10。在加热板1上示出相对加热板在两个不同位置的衬底12。在衬底12的第1个、对中的位置它覆盖加热板1总共25个加热区中的中间9个。因此在衬底热处理时主要只是这9个区参与和令人感兴趣。在衬底12的第2个位置这至少在部分区内覆盖加热板的总共16个加热区，因此在衬底12热处理时这16个加热区参与并令人感兴趣。通过这两个位置的描述显然通过衬底的位置选择改变在热处理时参与的加热元件数目，并且可匹配在最佳值。
图3示出衬底12热处理装置15的示意图。热处理装置15包含在图1和2内描述的衬底12热处理用的加热板1。加热板1的基板3的平面上侧5与应处理的衬底12相邻，例如以0.1和0.5mm之间的间距安排。衬底例如固定在加热板1之上的四个未示出的支架上。在加热板1和衬底12上方安排以红外摄像机形式的量测装置17。红外摄像机17指向背离加热板1的衬底12的上侧18。红外摄像机17包含一未详细示出的、具有可运动反射镜的扫描装置，经此装置可以顺序扫描衬底12的整个表面。经扫描装置产生衬底12的上侧18的温度分布的分辨地点的图像，其中例如每1秒一次采集整个表面。
红外摄像机17经数据线20与具有PC形式的计算机单元22连接。在PC内处理由IR摄像机得到的量测值，并求得衬底12表面18上的空间温度分布。依靠传递到过程控制器24的温度分布数据求得加热元件10的该温度额定值。
这温度额定值传递到与每个加热元件10和温度传感器连接的、并与其形成调节回路的PID调节器26。PID调节器依靠通过过程控制器预定的温度额定值和通过温度传感器量测的温度实际值调节每个加热元件10的加热功率。因此依靠由PID调节器26、加热元件10和温度传感器组成的调节回路以预定的调节方式通过预定的温度额定值求得衬底表面上的温度分布的关系。就这点而言对由PID调节器26、加热元件10和温度传感器组成的调节回路存在置于其上的调节回路。
有效调节将在衬底12整个热处理期间、尤其在升温阶段进行，其中每个加热元件各自如此调节，以致在衬底12的上侧18达到均质均匀的温度分布。每个加热元件例如在从20℃到400℃的温度范围无级调节。
图4示出装置15的另一实施结构，其中与图3的实施例之间的唯一差异在于给每一加热元件10分配一个独有的PID调节器26。
图5示出加热板1的简图，其中在第1小亮框28内标出加热元件的各测量的实际温度。各依据衬底12的上侧18的温度分布、由过程控制器预定的额定值是对每个加热元件在小框29内标定。
本发明此前依靠本发明的优选的实施例予以说明，然而并不限于此专门的实施结构。例如，加热板可以具有另一、例如一圆形，与圆角的段或圆的段形成的加热元件。也可以用另一、分辨地点的温度测量装置代替红外摄像机。此外计算机单元、过程控制器和PID调节器形成在一个单一单元内也是可能的。
权利要求
1.用加热板(1)和指向背离加热板(1)的衬底(12)表面(18)的、分辨地点的温度量测装置(17)对衬底(12)热处理的装置(15)，其特征为，—在背离衬底(12)的加热板(1)的一侧(6)上多个单独可控制的加热元件(10)，—用于输出加热元件(10)温度的至少一只温度传感器，—与加热元件(10)和至少一只温度传感器连接的至少一只PID调节器，—与温度量测装置(17)连接的、求出衬底表面上温度分布的计算机单元(22)，—与计算机单元(22)连接的过程控制单元(24)，该单元(24)依据衬底表面(18)上的温度分布求出每个加热元件(10)的温度额定值，并传递到PID调节器。
2.根据权利要求1的装置(15)，其特征为，在背离衬底(12)的加热板(1)一侧上的加热元件(10)相互拉开距离。
3.根据权利1或2的装置(15)，其特征为，加热元件(10)安排在加热板的伸出部分(8)上。
4.根据前述权利要求之一的装置(15)，其特征为，加热元件(10)的形状和数目与待处理的衬底(12)的形状匹配。
5.根据前述权利要求之一的装置(15)，其特征为，加热元件(10)各具有相同形状和大小。
6.根据前述权利要求之一的装置(15)，其特征为，衬底(12)对加热板(1)的位置是可变的。
7.根据前述权利要求之一的装置(15)，其特征为，每个加热元件(10)有一个PID调节器(26)。
8.根据前述权利要求之一的装置(15)，其特征为，计算机单元(22)、过程控制单元(24)和/或PID调节器(26)合并在一个单元内。
9.根据前述权利要求之一的装置(15)，其特征为，温度量测装置(17)具有用于顺序采集背离加热板(1)的衬底(12)一侧的采集装置。
10.根据前述权利要求之一的装置(15)，其特征为，采集装置具有一可运动的反射镜。
11.根据前述权利要求之一的装置(15)，其特征为，温度量测装置(17)是IR摄像机。
12.根据前述权利要求之一的装置(15)，其特征为，衬底是光掩模。
13.衬底(12)的热处理方法，其中，衬底用加热板(1)加热，并且分辨地点地量测背离加热板(1)的衬底(12)表面(18)上的温度，其特征为下述处理步骤—经多个可单独控制的加热元件(10)对加热板(1)加热，—量测加热元件(10)的实际温度，—用PID调节器调节加热过程，—依据所量测温度求得衬底表面上的温度分布，—依据衬底表面上温度分布求得单个加热元件(10)的温度额定值，以及—传递温度额定值到PID调节器。
14.根据权利要求13的方法，其特征为，单个加热元件(10)经单个从属的PID调节器(26)调节。
15.根据权利要求13或14之一的方法，其特征为，在温度量测时顺序采集背离加热板(1)的衬底(12)表面(18)。
16.根据权利要求15的方法，其特征为，反射镜是运动的。
17.根据权利要求13到16之一的方法，其特征为，用IR-摄像机(17)量测背离加热板(1)的衬底(12)表面(18)的温度。
全文摘要
本发明涉及衬底热处理的一种方法和一种装置,其中衬底通过加热板加热,这样实现改善热均匀性,即应用可以单独控制的许多加热元件加热加热板,测量加热元件的温度,并且由PID调节器控制加热过程。此外,地点分辨地量测背离加热板的衬底表面的温度,根据量测的温度求得在衬底表面上的温度分布,求得单个加热元件的温度额定值,并传递到PID调节器。
文档编号H01L21/00GK1341275SQ00804164
公开日2002年3月20日 申请日期2000年2月2日 优先权日1999年2月22日
发明者P·德雷斯, U·蒂策, J·塞克雷斯, R·韦兴 申请人:施蒂格哈马技术股份公司