工件破损防止方法及设备的制作方法

专利名称：工件破损防止方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对工件进行热处理的方法和设备，所述工件例如是半导体晶 片。
背景技术：
众多的申请涉及对工件进行热处理。例如，在半导体芯片如微处理器的制造中，工 件典型地包括被支撑在热加工腔内为了进行退火或其它热处理目的的半导体晶片。在此 通过引用结合于本文的、共同拥有的美国专利号7，501，607，讨论了用于对这样的半导体晶 片进行退火的热处理技术的示例，其中，晶片首先被预加热到中间温度，接着顶面或器件侧 表面快速地加热到退火温度。初始预加热阶段以明显比通过晶片的热传导时间慢的速度发 生，并且，例如，可以通过利用弧光灯或其它辐照装置对晶片的背面或衬底侧进行辐照来实 现初始预加热阶段，从而以小于400°C每秒的缓变率来加热晶片。随后的表面加热阶段以 比通过晶片的热传导时间快得多的速度发生，以使得只有器件侧表面被加热到最终退火温 度，而晶片的主体保持靠近较凉的中间温度。这样的表面加热可以通过将器件侧表面暴露 在来自闪光灯或一组闪光灯的高功率辐照闪光下而获得，闪光具有相对短的持续时间，举 例来说，比如一毫秒。晶片的较凉的主体随后充当散热器以利于器件侧表面的快速冷却。这样的涉及将晶片的器件侧快速地加热到基本上高于晶片主体的温度的退火方 法，趋于引起器件侧以比晶片其余部分快的速度进行热膨胀。取决于器件侧温度和晶片主 体温度之间的温差的大小，这可趋于引起“热弯曲”，从而正常平坦的晶片本身变形为热变 形形状。取决于器件侧加热阶段的大小和速度，热变形形状可具有穹顶形状属性，晶片的 中心趋于相对其边缘区域快速隆起。热弯曲还引起工件的外周或边缘(举例来说，比如直 径30cm的晶片的外侧二或四厘米)急剧地向下卷曲，因此，热变形形状还可以具有类似于 FRISBEE 飞碟的碟状的属性。热变形形状代表减小的晶片应力构造，降低了由器件侧和晶 片主体之间的温度梯度所引起的热应力。由于晶片的器件侧被迅速加热(例如，在1毫秒的闪光期间，比晶片中的典型的热 传导时间快得多)，晶片的变形可以足够快速地发生，使晶片的边缘趋于快速向下移动。如 果晶片由靠近其边缘的常规支撑销支撑，晶片的热弯曲可对支撑销施加大的向下的力，潜 在地损坏或破坏销和晶片两者，这样的力还可能引起晶片本身从支撑销垂直地向上弹起， 这可能导致当晶片向下回落并撞击销时进一步地损坏晶片。如果晶片由位于径向进一步向 内的支撑销进行支撑，晶片的边缘可以快速地向下弯曲，并撞击将晶片支撑在其上的支撑 板，潜在地损坏或破坏晶片。此外，由于这样的热弯曲发生的快速，传递到晶片的各个区域 的初速度趋于引起晶片超过平衡的最小应力形状，并快速振动或摆动，从而导致额外的应 力，并潜在的损坏或破坏晶片。

发明内容
除了可以辐照闪光导致的半导体晶片的快速热变形之外，半导体晶片还可以在热 处理期间的其它情形下热变形。例如，如果热梯度在相当慢的预加热阶段期间贯穿晶片的厚度而存在，(例如，作 为只辐照晶片的一个面，或使用不相等的功率辐照两个面的结果)，晶片的较热面比较冷面 热膨胀更多，因此趋于引起晶片变形为穹顶形状，穹顶的外表面上具有较热侧。作为进一步的示例，如果薄膜已被施加到晶片的一个表面，存在这样的可能薄膜 可具有与在晶片的另一侧的材料(其可以是晶片衬底，或施加到另一侧的不同薄膜)不同 的热膨胀系数(CTE)。这还可能趋于产生晶片的热变形。发明人已经认明在热处理期间这样的变形对半导体晶片或其它工件的诸多影响， 例如，发明人已观察到，晶片表面放射或反射的电磁辐照的测量可能易受晶片的变形所引 起的测量误差影响。例如，如果正在测量晶片表面的反射率，由于与晶片的热变形穹顶形状 相关的放大率或球面透镜效应，由晶片反射的并在检测器处接收的照明辐照的强度将随着 晶片从平面形状热变形为穹顶形状而变化，从而引入了测量误差源。如果这样的反射率测 量被用来产生发射率补偿温度测量，这样的温度测量还将受到这样的测量误差的影响。作为在热处理时热变形效应的另一个示例，共同拥有的通过引用并入本文的美国 专利申请公开号US 2004/0178553公开了这样的实施例，其中，通过两个连续闪光而不是 通过单个的辐照闪光将晶片的器件侧加热到期望退火温度。初始辐照闪光将晶片热变形为 穹顶形状，闪光灯比晶片的外周更靠近器件侧的中心。在器件侧已经热变形为这样的穹顶 形状时，在器件侧开始变回其平衡形状之前，第二次辐照闪光被定时以撞击器件侧。与如果 通过将晶片暴露在仅仅单一的辐照闪光下，器件侧已被加热到退火温度的情形相比，这样 的实施例允许器件侧达到期望退火温度，具有晶片损坏或破坏的较小可能，同时具有大体 平面形状。本发明人还已发现将器件侧闪光加热到退火温度之前，这样将晶片预变形为闪 光灯比晶片外围更靠近器件侧中心的穹顶形状，与如果退火闪光开始时晶片已经反向预变 形、晶片中心比晶片的外周进一步远离闪光灯的情形相比，也会导致损坏或破损的较低可 能。因此，本发明人已发现将晶片热变形为晶片的中心更靠近闪光灯的穹顶形状，在某些 情形下可能是有利的，尤其是准备晶片以接收高功率辐照闪光的预备步骤。(为了简化术 语，这样的晶片中心垂直地抬高在晶片外周之上的穹顶形状，在本文中指定为“正穹顶”或 “正曲率”穹顶形状。相反地，晶片的外周垂直地抬高在晶片中心之上的穹顶形状在本文中 被指定为“负穹顶”或“负曲率”穹顶形状。)相反地，然而，本发明人还已发现，取决于其大小和热处理系统的物理参数，相同 类型的“正曲率”热变形可能是不利的。例如，美国专利号7，501，607公开了 晶片的热变 形可导致不期望的温度不均勻和热失控(thermal runaway)，潜在地导致晶片损坏或破损。 在这个示例中，如果晶片以器件侧过分热于晶片背面的方式进行预加热(例如，通过辐照 器件侧来预加热晶片)，则因此作为结果的热弯曲趋于发生在在本文所定义的“正”方向上， 晶片的中心区域轻微地上升，并远离将晶片支撑在其上的支撑板，且晶片的外边缘移动靠 近支撑板。在这样的热弯曲的情况下，随着晶片背面的外边缘移动靠近支撑板，从背面的外 边缘到支撑板的热传导率上升了，结果是器件侧和背面之间的温差甚至变得更大了，引起热弯曲效应的进一步加剧。此外，当外边缘比晶片的其它部分凉时，外边缘趋于收缩，这又 迫使晶片的热膨胀中心甚至进一步热弯曲。因此，晶片弯曲越多，从晶片边缘至支撑板的传 导越大，其又引起进一步弯曲以及边缘处甚至更大的传导热失控。在这种情况下，可发生热 失控，并可导致在晶片中的不期望的大的温度梯度。取决于不均勻性的大小，这些不均勻性 可以损坏或甚至使晶片断裂。除了预加热阶段之外，这样的热耦合和热失控效应还可以发 生在辐照闪光之后的随后冷却阶段。因此，晶片的相同普通类型的“正”曲率变形，可能对于降低由辐照闪光引起的断 裂的可能性是有利的，取决于曲率的大小和热处理系统的其它参数也可能是不利的，引起 不期望的热梯度和潜在的热失控。根据本发明的说明性实施例，提供了一种方法，该方法包括测量工件在其热处理 期间的变形；以及响应于对所述工件的所述变形的所述测量，关于所述工件的所述热处理 而采取措施。有利地，通过测量工件在其热处理期间的变形可采取措施来适当地增强或修 改热处理过程。工件可包括半导体晶片，并且对工件的变形进行测量可包括测量在所述晶片的热 加工期间的变形。采取措施可包括向在所述热加工期间对所述晶片进行的温度测量施加变形校 正。施加可包括向用来获得所述温度测量的反射率测量施加所述变形校正。有利地是，这 样的方法允许对由工件的热变形引入的测量误差进行补偿。采取措施包括修改所述晶片的所述热加工。例如，修改可包括响应于测量出所 述晶片的期望变形，启动入射在所述晶片的表面上的辐照闪光。有利地，因此，当晶片的形 状是期望变形状况(例如，其可以是在预定的曲率范围内的正穹顶形状)时，可以通过测量 晶片的变形并启动辐照闪光来降低由闪光导致的晶片的损坏或断损的可能性。修改可以包括抵消晶片中的热失控。修改可以包括增大所述晶片与其下方的支撑 板之间的间距。修改可以包括减小晶片相对于其初始形状的变形。修改可以包括向所述晶 片的表面供给额外的热量。修改可以包括中止所述晶片的所述热加工。测量变形可以包括测量晶片的曲率。测量曲率可以包括测量晶片已变形为穹顶 形状时的曲率半径。测量曲率可以包括测量由晶片反射的像的变化。例如，测量像的变化可以包括测 量由所述晶片反射的所述像的放大率的变化。或者，或此外，测量像的变化可以包括识别所 述晶片的表面的至少两条法线。采取措施可包括诱发所述晶片的期望变形。诱发可包括引起晶片变形为穹顶形 状。例如，诱发可以包括引起晶片变形为穹顶形状，其中所述晶片的中心比所述晶片的外周 更靠近辐照闪光源。引起可以包括辐照所述晶片的表面以引起所述表面热膨胀。引起可以 包括选择性地辐照所述晶片的各相对表面。引起可以包括辐照具有至少一个覆膜表面的晶 片。本方法还可以包括当所述晶片的所述期望变形已被诱发时，启动入射在所述晶 片的表面上的辐照闪光。根据本发明的另一个说明性实施例，提供了用于对工件进行热处理的设备。设备 包括热处理系统，被配置为对所述工件进行热处理，以及测量系统，被配置为测量所述工件在由所述热处理系统对其进行热处理期间的变形。设备还包括处理器电路，被配置为与 所述热处理系统和所述测量系统协作以引起措施响应于所述测量系统测量所述工件的所 述变形、关于所述工件的所述热处理而被采取。工件可以包括半导体晶片，且所述热处理系统Oieat-treating system)可包括热 加工系统(thermal processing system)0处理器电路可以被配置为向在所述热加工期间对所述晶片进行的温度测量施加 变形校正。处理器电路可以被配置为向用来获得所述温度测量的反射率测量施加所述变形 校正。处理器电路可以被配置为响应于所述测量系统测量所述晶片的变形而修改所述 晶片的所述热加工。热处理系统可以包括辐照闪光源，且处理器电路可以被配置为控制所述热处理系 统响应于所述测量系统测量出所述晶片的期望变形而启动入射在所述晶片的表面上的辐 照闪光。处理器电路可以被配置为控制所述热处理系统抵消所述晶片中的热失控。处理器 电路可以被配置为控制所述热处理系统增大所述晶片与其下方的支撑板之间的间距。处理 器电路可以被配置为控制所述热处理系统减小所述晶片相对于其初始形状的变形。处理器 电路可以被配置为控制所述热处理系统向所述晶片的表面供给额外的热量。处理器电路可 以被配置为控制所述热处理系统中止所述晶片的所述热加工。测量系统可以被配置为测量所述晶片的曲率。测量系统可以被配置为测量所述晶 片已变形为穹顶形状时的曲率半径。测量系统可以被配置为测量由所述晶片反射的像的 变化。例如，测量系统可以被配置为测量由所述晶片反射的所述像的放大率的变化。测量 系统可以包括像源和检测器，所述检测器被配置为检测由所述晶片的表面对所述像源的反 射。检测器可以包括，例如相机。或者，或此外，测量系统可以被配置为识别所述晶片的表 面的至少两条法线。处理器电路可以被配置为控制所述热处理系统诱发所述晶片的期望变形。例如， 处理器电路可以被配置为控制所述热处理系统引起所述晶片变形为穹顶形状。例如，穹顶 形状可以是所述晶片的中心比所述晶片的外周更靠近辐照闪光源的穹顶形状。处理器电路可以被配置为控制所述热处理系统辐照所述晶片的表面以引起所述 表面热膨胀。处理器电路可以被配置为控制所述热处理系统选择性地辐照所述晶片的各相 对表面。处理器电路可以被配置为控制所述热处理系统辐照具有至少一个覆膜表面的晶 片。处理器电路可以被配置为控制所述热处理系统当所述晶片的所述期望变形已被 诱发时启动入射在所述晶片的表面上的辐照闪光。根据本发明的另一个说明性实施例提供了一种设备，该设备包括用于测量工件 在其热处理期间的变形的装置；以及用于响应于对所述工件的变形的测量，关于所述工件 的所述热处理而采取措施的装置。工件可以包括半导体晶片，且所述用于测量所述工件的变形的装置可包括用于 测量在所述晶片的热加工期间的变形的装置。所述用于采取措施的装置可包括用于向在所述热加工期间对所述晶片进行的温度测量施加变形校正的装置。所述用于施加的装置可包括用于向用来获得所述温度测量 的反射率测量施加所述变形校正的装置。所述用于采取措施的装置可包括用于修改所述晶片的所述热加工的装置。所述用于修改的装置可包括用于响应于对所述晶片的期望变形的测量，启动入 射在所述晶片的表面上的辐照闪光的装置。所述用于修改的装置可包括用于抵消所述晶片中的热失控的装置。所述用于修 改的装置可包括用于增大所述晶片与其下方的支撑板之间的间距的装置。所述用于修改的装置可包括用于减小所述晶片相对于其初始形状的变形的装 置。所述用于修改的装置可包括用于向所述晶片的表面供给额外的热量的装置。所述用 于修改的装置可包括用于中止所述晶片的所述热加工的装置。所述用于测量变形的装置可包括用于测量所述晶片的曲率的装置。所述用于测 量曲率的装置可包括用于测量所述晶片已变形为穹顶形状时的曲率半径的装置。所述用于测量曲率的装置可包括用于测量由所述晶片反射的像的变化的装置。 例如，所述用于测量所述像的所述变化的装置可包括用于测量由所述晶片反射的所述像 的放大率的变化的装置。所述用于测量所述像的所述变化的装置可包括用于识别所述晶 片的表面的至少两条法线的装置。所述用于采取措施的装置可包括用于诱发所述晶片的期望变形的装置。所述用 于诱发的装置可包括用于引起所述晶片变形为穹顶形状的装置。用于诱发的装置可包括 用于引起所述晶片变形为穹顶形状的装置，在所述穹顶形状中，所述晶片的中心比所述晶 片的外周更靠近辐照闪光源。所述用于引起的装置可包括用于辐照所述晶片的表面以引起所述表面热膨胀的 装置。所述用于引起的装置可包括用于选择性地辐照所述晶片的各相对表面的装置。用 于引起的装置可包括用于辐照具有至少一个覆膜表面的晶片的装置。设备还可以包括用于当所述晶片的所述期望变形已被诱发时启动入射在所述晶 片的表面上的辐照闪光的装置。还公开了一种热处理工件的方法。该方法包括将工件预加热到中间温度，并在仅 将工件的表面区域加热到期望温度之前诱发工件的期望变形，其中该期望温度高于在少于 工件的热传导时间范围内的中间温度。还公开了一种用于对工件进行热处理的设备。该设备包括加热系统和处理器电 路。该处理器电路被配置为控制加热系统以将工件预加热到中间温度，并在仅将工件的表 面区域加热到期望温度之前诱发工件的期望变形，其中该期望温度高于在少于工件的热传 导时间范围内的中间温度。还公开了一种用于对工件进行热处理的设备。该设备包括用于将工件预加热到 中间温度的装置；用于诱发工件的期望变形的装置；以及用于仅将工件的表面区域加热到 期望温度的装置，其中该期望温度高于在少于工件的热传导时间范围内的中间温度。结合附图考察本发明的说明性实施例的以下描述，这些实施例的其它方面和特征 对本领域普通技术人员会变得清楚。


在示出本发明实施例的附图中，图1是根据本发明第一实施例的快速热加工(RTP)系统的透视图，其以去除了两 个垂直的前侧壁示出；图2是图1所示系统的快速热加工系统计算机(RSC)的方框图；图3是由图2示出的RSC的处理器电路所执行的热处理和变形控制例程的流程图；图4示出了像源、反射半导体晶片以及检测器的说明性布置；图5是针对两个不同的说明性晶片温度(T = 500°C和T = 1050°C，后者具有更陡 峭的斜率曲线)的、按晶片的器件侧和背面的温度之间的差异所绘制的百分比反射率测量 校正的图；图6示出了已知的场景像源、反射半导体晶片和相机的另一种说明性布置；以及图7示出了球形表面的两条法线。
具体实施例方式参考图1，根据本发明的第一实施例的用于对工件进行热处理的设备大体示出在 100处。在本实施例中，设备100包括被配置为对工件106进行热处理的热处理系统；被 配置为测量所述工件在由所述热处理系统对其进行热处理期间的变形的测量系统；以及处 理器电路110。处理器电路110被配置为与所述热处理系统和所述测量系统协作以引起措 施响应于所述测量系统测量所述工件的所述变形、关于所述工件的所述热处理而被采取。在本实施例中，热处理系统包括下面详细地描述的背侧加热系统150和顶侧加 热系统180。在本实施例中，测量系统还包括多个测量装置，举例来说，比如下面详细地描述的 160、162、164和102处示出的测量装置。工件在本实施例中，工件106包含半导体晶片120，加热系统包括热处理系统。更具体 地说，在本实施例中，晶片120是用于半导体芯片制造的300mm直径的硅半导体晶片，举例 来说，比如处理器。在本实施例中，工件106的第一表面104包括晶片120的顶侧或器件侧 122。类似地，在本实施例中，工件的第二表面118包括晶片120的背侧或衬底侧124。在本实施例中，在晶片120插入到设备100之前，对晶片的器件侧122进行离子注 入处理，该离子注入处理将杂质原子引入或掺杂到晶片的器件侧的表面区域中。离子注入 处理破坏了晶片的表面区域的晶格结构，并将注入的掺杂原子留在掺杂原子电气不活跃的 间隙位置。为了将掺杂原子移动到晶格中的替换位置致使它们电气活跃，并修复离子注入 期间发生的对晶格结构所造成的损坏，晶片的器件侧的表面区域通过本文描述的热处理进 行退火。测量系统在本实施例中，设备100的测量系统被配置为测量晶片120的曲率，更具体地说， 如下面详细描述的那样，测量晶片已变形为穹顶形状时的曲率半径。在本实施例中，设备100的测量系统包括多个测量装置。更具体地说，在本实施例 中，测量系统包括像源和检测器，所述检测器被配置为检测通过晶片的表面对像源的反射。
再更具体地说，在本实施例中，像源包括诊断照明源160，检测器包括成像装置 162，所述成像装置162被配置为检测通过晶片120的背表面IM对诊断照明源160的反 射。在本实施例中，测量系统还包括第二检测器，本实施例中所述第二检测器为快速辐射计 164。在本实施例中，除了本文中说明的其它方式外，按共同拥有并在此通过引用合并 入本文的美国专利号7，445，382中详细描述的那样组成和布置诊断照明源160、成像装置 162以及快速辐射计164。因此，在本实施例中，成像装置162包括相机，在本实施例中，相机 为可操作用以产生晶片120的背面124的像的红外相机。在本实施例中，红外相机包括二 极管阵列，或更具体地说包括光电二极管焦平面阵列。再更具体地，在本实施例中，红外相 机包括具有12-bit灵敏度的320X256像素的铟镓砷化物(InGaAs)光电二极管阵列。相 机还包括聚焦光学器件(未示出)，且还包括大约以1450nm为中心的窄带滤波器，以使得相 机只对1450nm的诊断波长和以1450nm附近为中心的非常窄的带宽(例如士 15歷)敏感。 在本实施例中，诊断照明源160还包括可操作用以产生1450nm诊断波长的诊断闪光短弧氙 弧灯。在本实施例中，装置160、162和164均被定位为旁路水冷窗156，以使得水冷窗156 不过滤由诊断照明源160产生的照明辐照，也不过滤由成像装置162或快速辐射计164所 接收的辐照。如在美国专利号7，445，382中详细描述的那样，还提供同步器来同步诊断照 明源160和成像装置162的工作。为了简明起见，在美国专利号7，445，382中描述的测量 系统的各种组件的进一步细节在此省略。作为对在美国专利号7，445，382中公开的测量方法的有利改进，在本实施例中， 如以下面详细描述的那样，诊断照明源160和成像装置162用来测量热处理期间晶片120 的变形，并用来生成变形校正，该变形校正将被施加到由成像装置162获得的晶片背表面 的反射率测量。在本实施例中，诊断照明源160相对于成像装置162的位置，与它们在美国专利号 7，445，382中公开的相对配置相比，已稍作改变。更具体地来说，在本实施例中，诊断照明源 160和成像源162对称地定位和形成角度，以使得诊断照明源160的像通过晶片的背面IM 的中心区域反射到成像装置162。设备100的测量系统还可以包括顶面测量系统102，顶面测量系统102可以用来测 量晶片120的器件侧122的温度，或用于其它目的。或者，视需要，顶面测量系统102可以从特定的实施例中省略。热处理系统通常，除了如在此描述的那样，本实施例的设备100与通过引用结合于本文的共 同拥有的美国专利申请公开号US 2007/0069161中描述的热处理设备是相同的。因此，为 简明起见，在US 2007/0069161中公开的设备100的许多细节在此省略。如在US 2007/0069161中更详细地讨论的那样，在本实施例中，设备100包括腔 130。腔130包括顶面和底面选择性辐照吸收壁132和134，顶面和底面选择性辐照吸收壁 132和134分别包括选择性辐照吸收水冷窗186和156。腔130还包括镜面反射侧壁，其中 两个镜面反射侧壁显示在136和138处，另外两个镜面反射侧壁出于说明目的而移除。工 件106可通过多个石英销(未示出)支撑在腔130的内部支撑板140的石英窗的上方，并 可通过多个附加的可回缩销(未示出)下降到热处理位置或提高而脱离热处理位置。或者，工件可以由与通过引用合并入本文的美国申请公开号US 2004/0178553公开的工件支 撑系统类似的工件支撑系统或任何其它适合的装置支撑。在本实施例中，冷却系统144包 括循环水冷系统，用来冷却腔130的各种表面。在本实施例中，设备100的加热系统包括用于加热晶片120的背面IM的背面加 热系统150。如US 2007/0069161中详细描述的那样，背面加热系统150包括布置在水冷 窗156下方的反射器系统IM和高强度弧光灯152。注意，设备100的进一步细节及其结构部件以及结构部件的功能，除了在此描述 的新颖功能和结构配置外，可在US 2007/0069161中找到。在本实施例中，设备100的加热系统还包括顶面加热系统180。在本实施例中，顶 面加热系统180包括闪光灯系统。更具体地说，在本实施例中，顶面加热系统180包括定 位在腔130的水冷窗186的直接上方的第一、第二、第三和第四闪光灯182、183、185和187 以及反射器系统184。或者，可以采用少于四个闪光灯，例如举例来说，单个闪光灯。相反地，可以采用多 于四个闪光灯，例如举例来说，具有更多数量闪光灯的阵列。在本实施例中，闪光灯182的每一个包括由加拿大Vancouver的Mattson Technology Canada有限公司制造的液冷式闪光灯，类似于在共同拥有的通过参用合并入 本文的美国专利申请公开号US 2005/01793M中描述的液冷式闪光灯。关于这一点，已发 现这种特定类型的闪光灯提供了优于更为传统的闪光灯的许多优点，举例来说，包括改进 的热处理的一致性和可重复性。或者，可以由其它类型的闪光灯替换。更普遍地，其它类型 的辐照脉冲发生器，举例来说，比如微波脉冲发生器、或者脉冲或扫描激光器，可以替换闪 光灯。此外，在本实施例中，视需要，闪光灯182、183、185和187的每一个还被配置为以 直流、稳定状况模式工作。因此，除了用一个或多个辐照闪光快速地加热晶片120的器件侧 122之外，闪光灯还可有效地充当DC弧光灯以连续地辐照器件侧(具有显著低于闪光期间 的功率)。因此，在进一步的替换实施例中，其它类型的非脉冲辐照源可以补充或可以替换 一个或多个的闪光灯。在本实施例中，当这个两个较外侧的闪光灯，即第一和第四闪光灯182和187同时 闪光时，反射器系统184被配置为均勻地辐照晶片120的器件侧122。在本实施例中，当两 个里面闪光灯的任何一个，即第二闪光灯183或第三闪光灯185单独地闪光时，反射器系 统184还被配置为均勻地辐照晶片120的器件侧122。这样的反射器系统的示例由加拿大 Vancouver的Mattson Technology Canada有限公司制造，作为它们的闪光辅助快速热处理 (fRTP )系统的组件。在本实施例中，顶面加热系统180还包括用于向闪光灯182、183、185和187供给 电能以产生辐照闪光的供电系统188。在本实施例中，供电系统188包括用于分别向单独 闪光灯182、183、185和187供给电能的单独电能供给系统189、191、193和195。更具体地说，在本实施例中，供电系统188的电能供给系统189、191、193和195的 每一个充当闪光灯182、183、185和187中对应的一个的供电系统，并包括可预充电然后突 然放电的脉冲式放电单元来将输入功率的“尖峰”供给给相应的闪光灯以产生期望辐照闪 光。更具体地说，在本实施例中，每一个脉冲式放电单元包括一对7. 9mF电容器(未示出)
13(每脉冲式放电单元15. 8mF)，其能够以3500V充电以存储高达96. 775kJ的电能，并且能够 在短时间内，举例来说如0. 5 1. 5ms，将这样存储的能量释放给它对应的闪光灯。因此，在 本实施例中，顶面加热系统180能够存储高达387. IkJ的电能，且能够通过闪光灯182、183、 185和187，以辐照脉冲释放这样的电能，所述辐照脉冲具有少于工件106热传导时间的总 持续时间。或者，可以用更大或更小的电源，或其它类型的电源替换。视需要，电能供给系统189、191、193和195的每一个可包括与脉冲式放电单元 和相应的闪光灯通信的功率控制电路，用于对产生每个辐照闪光的脉冲式放电进行反馈控 制。或者，这样的功率控制电路以及反馈控制可以省略，如果它们对特定的实施例是不需要 的。用于提供这样的反馈控制的功率控制电路的示例在共同拥有的通过参用合并入本文的 美国专利申请公开号US 2008/0273867中描述。单独电能供给系统189、191、193和195的进一步细节，以及这样的对应的功率控 制电路的细节，在上述US 2007/0069161中公开。RTP系统计算机(RSC)参考图1和图2，RTP系统计算机(RSC) 112更详细地示于图2中。在本实施例中， RSC包括处理器单元110，在本实施例中处理器单元110包括微处理器210。然而，更一般地 说，在本说明书中，术语“处理器电路”意图广泛地包含任何类型的装置或装置组合，本说明 书和公知常识将能够使本领域的普通技术人员可用其替换微处理器210来执行在此描述 的功能。这样的装置可以包括(并不限于)其它类型的微处理器、微控制器、其它集成电 路、其它类型的电路或电路组合、逻辑门或门阵列、或任何种类的可编程器件，举例来说，例 如无论是单独的或是与位于相同位置或彼此远离的其它的这样器件的组合。在本实施例中，微处理器210与存储装置220通信，在本实施例中存储装置220包 括硬盘驱动器。存储装置220用来存储一个或多个例程，所述例程对微处理器210进行配置 或编程以引起在此描述的不同功能被执行。更具体地说，在本实施例中，存储装置220存储 下面详细论述的热处理和变形控制例程对0。在本实施例中，存储装置220还可以用来存储 微处理器210使用或接收的多种类型的数据。视需要，存储装置220还可以存储用来执行 附加功能的附加例程和数据，举例来如，比如在上述的共同拥有的公开号US 2007/0069161 和US 2008/0273867中论述的任何例程和数据。在本实施例中，微处理器210还与存储装置260通信，其在本实施例中包括随机访 问存储器(RAM)。在本实施例中，在存储装置220中存储的多种例程配置微处理器210来定 义在RAM中的各种寄存器或存储器，来存储由微处理器210测量、计算或使用的各种特性或 参数，所述各种寄存器或存储器包括变形参数存储器278和变形校正寄存器282以及其它 存储器和/或寄存器(未示出)。本实施例的微处理器210还与输入/输出(I/O)接口 250通信，以与图1中示出 的设备100的各种装置通信，包括顶面测量系统102(如提供有)和顶面加热系统180，以及 其它系统的组件，举例来说比如背面加热系统150、诊断照明源160、成像装置162、快速辐 射计164、以及像键盘、鼠标、监视器这样的各种用户输入/输出装置(未示出)、如CD-RW 驱动器和软盘驱动器的一个或多个磁盘驱动器以及打印机。在本实施例中，I/O接口 250 包括光电转换器，用于与至少一些这样的装置(举例来说，比如快速辐射计164和顶面测量 系统10 通过光纤网络(未示出)进行通信，以避免由背面加热系统150和顶面加热系统180所需要的大电流和突然电流放电产生的电磁干扰和电噪声所引起的任何困难。工作热处理和变形控制例稈参考图2和图3，热处理和变形控制例程在图3中的240处大体示出。在本实施例中，热处理和变形控制例程240对处理器电路110进行编程或配置， 以控制热处理系统来热处理工件，如下更详细地描述的那样，热处理的方式类似于共同拥 有的美国申请公开号US 2008/0273867中公开的方式类似，但是热处理的方式被修改从而 包括工件变形测量、变形控制和相关措施。为了简明和允许更好的了解本实施例的新颖特 征，热处理循环的预加热和闪光加热部分在下面简明地描述，而在共同拥有的美国申请公 开号US 2008/0273867中公开的热处理循环的许多细节在此处省略。或者，本实施例的 变形测量和控制方面可以与其它热处理循环结合使用，其它热处理循环，仅举几个示例， 比如共同拥有的公开号US 2007/0069161中公开的或共同拥有的美国专利号6，594，446、 6，941，0636，963，692和7，445，383中公开的热处理循环。通常，在本实施例中，热处理和变形控制例程240将处理器电路110配置为控制测 量系统测量工件在由热处理系统对其进行热处理期间的变形。热处理和变形控制例程240 还将处理器电路110配置为与热处理系统和测量系统协作以引起措施响应于测量出的工 件变形、关于工件的热处理而被采取。如下面更详细的论述那样，这样的措施可以包括向 获得和用于控制热处理的反射率和/或温度测量施加变形校正。或者，或额外，这样的措施 可包括更多的直接干涉，例如，通过在辐照闪光的启动之前诱发晶片的期望变形；通过更改 晶片和支撑板之间的间距；或通过中止热处理循环。在本实施例中，热处理和变形控制例程MO以第一代码块301开始，第一代码块 301指示处理器电路110控制热处理系统开始将工件106预加热到中间温度。更具体地， 在本实施例中，块301指示处理器电路控制背面加热系统150，来开始辐照晶片120的背面 或衬底侧124，从而以慢于晶片的热传导时间的缓变率(举例来说，比如150°C/秒)将晶 片预加热到中间温度。在本实施例中，顶面加热系统180在预加热阶段的初始部分期间不 使用，但在靠近预加热阶段结束时激活，以在辐照闪光的开始之前诱发工件的期望变形，如 下面结合块312描述的那样。因此，在预加热阶段的初始部分存在遍布晶片的热梯度，背 面124比顶面122略热，从而引起晶片变形为“负”曲率形状(和图4所示的曲率的方向相 反)。有利地，这样的负曲率形状趋于抵消预加热阶段期间的热失控。在本实施例中，下一个代码块302指示处理器电路110控制测量系统测量工件在 由热处理系统对其进行热处理期间的变形。更具体地说，在本实施例中，块302指示处理器 电路控制测量系统测量晶片的曲率。再更具体地说，在本实施例中，块302指示处理器电路 控制测量系统测量当晶片已变形为穹顶形状时的曲率半径。关于这一点，参考图2、3和4，晶片120在图4中以初始平面圆盘形状402和之后 的热变形穹顶形状404(未按比例，具有为说明目的而增大的变形)示出。在本实施例中， 其中工件是300mm直径的硅半导体晶片，如果在顶面122和背面124的各自温度之间存在 温差dT，且温差dT的大小低于大约100°C，则这样的温度梯度趋于将晶片120热变形为球 面穹顶形状。晶片趋于在大约IOOms内(其振荡周期的十倍)弛豫成这样的穹顶形状。如 果温差dT的变化速率与这个弛豫时间相比慢，晶片将趋于保持具有曲率半径RC的球面穹顶形状。在涉及预加热(优选地低于大约250°C/S)、常温时均热或冷却的快速热处理循环 的部分期间，这些条件典型地得到满足，并且因此可以假设，当这样的条件得到满足时，遍 历晶片厚度的温度梯度将使晶片热变形为球面穹顶形状。(在之后的辐照闪光期间，这些条 件将不能得到满足以将器件侧加热到期望退火温度，因为dT的变化速度比上述弛豫时间 快得多，且温差dT的大小比100°C大得多，所以在这样的顶面的快速和强烈的绝热加热期 间，球面穹顶形状的假设是无效的。而且，作为球面穹顶形状的晶片的变形模型，只是对许 多(但不一定所有都可能)应用是足够的方便的一阶近似。实际中，根据涉及的热处理循 环，晶片可以变形为非穹顶形状，举例来说，比如鞍形，其沿着半径的两条正交线的曲率可 以是相反的符号。或者，因此，本实施例的其它的更复杂的变化形式可进行替换，例如，在多 个位置而不是单个位置测量晶片的变形，从而提供晶片的变形形状的更精确地图。)出于说明的目的，图4中示出的热变形穹顶形状404具有“正”曲率，对应于超过 背面温度的顶面温度，晶片的中心区域相对于晶片的外周被垂直地抬高。在本实施例中， 这样的“正曲率”形状对应于在辐照闪光的直接前面的期望变形。在本实施例中，如下面与 块312结合描述的那样，这种期望变形在预加热循环结束时诱发。或者，晶片120可以以 “负”方向弯曲，对应于超过顶面温度的背面温度，晶片的中心区域相对于晶片的外周垂直 地降低。在本实施例中，如上面在块301中所讨论的，在预加热阶段的初始部分期间，这样 的“负”曲率被诱发，在此期间只有晶片的背面1 被辐照加热。或者，作为进一步的替代， 通过利用一个或多个具有不同热膨胀系数的、或在使用时具有不同残余应力的晶片上的薄 膜，不必需要遍历晶片的温度梯度，可以诱发或出现这样的晶片变形。在本实施例中，块302指示处理器电路110控制测量系统，当测量晶片120已变形 为穹顶形状时，测量其曲率半径RC，穹顶形状举例来说，比如正穹顶形状404或其负穹顶形 状镜像。更具体地说，块302指示处理器电路控制测量系统，通过测量由晶片反射的像的变 化来测量曲率半径。再更具体地说，块302指示处理器电路控制测量系统测量由晶片反射 的像的大小的变化。关于这一点，曲率半径RC通过以下等式给出RC = D/(dT*a) (1)其中，D是晶片厚度，dT是晶片的顶面和背面之间的温差，α是晶片的热膨胀系 数。然而，不期望依靠测量的温度差dT来计算曲率半径；而是期望独立地获得曲率半径RC， 以能够计算变形校正、并将变形校正施加到用来测量如下讨论的工件的发射率补偿温度值 的反射率测量。放大率M，即诊断辐照源160的反射像的尺寸相对于其实际尺寸的比值，近似地由 以下等式给出
\RC J(2)其中，S是源至晶片的背面的中心区域124的距离。在本实施例中，通过测量诊断照明源160的反射像面积的变化，通过成像源162直 接测量放大率M。更具体地，如果成像装置162观察到诊断照明源160的反射像，在晶片120处于其初始平面形状402时的、时刻具有初始面积Atl，并观察到诊断照明源160的反射像 在晶片120处于其变形穹顶形状404的后续tn时刻具有面积K’则放大率Mn可以估计为
权利要求
1.一种方法，包括a)测量工件在其热处理期间的变形；以及b)响应于对所述工件的所述变形的所述测量，关于所述工件的所述热处理而采取措施。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述工件包括半导体晶片，并且其中，测量所述工 件的变形包括测量在所述晶片的热加工期间的变形。
3.如权利要求2所述的方法，其中，采取措施包括向在所述热加工期间对所述晶片进 行的温度测量施加变形校正。
4.如权利要求3所述的方法，其中，施加包括向用来获得所述温度测量的反射率测量 施加所述变形校正。
5.如权利要求2所述的方法，其中，采取措施包括修改所述晶片的所述热加工。
6.如权利要求5所述的方法，其中，修改包括响应于测量出所述晶片的期望变形，启 动入射在所述晶片的表面上的辐照闪光。
7.如权利要求5所述的方法，其中，修改包括抵消所述晶片中的热失控。
8.如权利要求5所述的方法，其中，修改包括增大所述晶片与其下方的支撑板之间的 间距。
9.如权利要求5所述的方法，其中，修改包括减小所述晶片相对于其初始形状的变形。
10.如权利要求5所述的方法，其中，修改包括向所述晶片的表面供给额外的热量。
11.如权利要求5所述的方法，其中，修改包括中止所述晶片的所述热加工。
12.如权利要求2所述的方法，其中，测量变形包括测量所述晶片的曲率。
13.如权利要求12所述的方法，其中，测量曲率包括测量所述晶片已变形为穹顶形状 时的曲率半径。
14.如权利要求12所述的方法，其中，测量曲率包括测量由所述晶片反射的像的变化。
15.如权利要求14所述的方法，其中，测量所述像的所述变化包括测量由所述晶片反 射的所述像的放大率的变化。
16.如权利要求14所述的方法，其中，测量所述像的所述变化包括识别所述晶片的表 面的至少两条法线。
17.如权利要求2所述的方法，其中，采取措施包括诱发所述晶片的期望变形。
18.如权利要求17所述的方法，其中，诱发包括引起所述晶片变形为穹顶形状。
19.如权利要求17所述的方法，其中，诱发包括引起所述晶片变形为穹顶形状，其中 所述晶片的中心比所述晶片的外周更靠近辐照闪光源。
20.如权利要求18所述的方法，其中，引起包括辐照所述晶片的表面以引起所述表面 热膨胀。
21.如权利要求18所述的方法，其中，引起包括选择性地辐照所述晶片的各相对表
22.如权利要求18所述的方法，其中，引起包括辐照具有至少一个覆膜表面的晶片。
23.如权利要求17所述的方法，其中，还包括当所述晶片的所述期望变形已被诱发时，启动入射在所述晶片的表面上的辐照闪光。
24.一种用于对工件进行热处理的设备，所述设备包括a)热处理系统，被配置为对所述工件进行热处理；b)测量系统，被配置为测量所述工件在由所述热处理系统对其进行热处理期间的变 形；以及c)处理器电路，被配置为与所述热处理系统和所述测量系统协作以引起措施响应于所 述测量系统测量所述工件的所述变形、关于所述工件的所述热处理而被采取。
25.如权利要求M所述的设备，其中，所述工件包括半导体晶片，并且其中，所述热处 理系统包括热加工系统。
26.如权利要求25所述的设备，其中，所述处理器电路被配置为向在所述热加工期间 对所述晶片进行的温度测量施加变形校正。
27.如权利要求沈所述的设备，其中，所述处理器电路被配置为向用来获得所述温度 测量的反射率测量施加所述变形校正。
28.如权利要求25所述的设备，其中，所述处理器电路被配置为响应于所述测量系统 测量所述晶片的所述变形而修改所述晶片的所述热加工。
29.如权利要求观所述的设备，其中，所述热处理系统包括辐照闪光源，并且其中，所 述处理器电路被配置为控制所述热处理系统响应于所述测量系统测量出所述晶片的期望 变形而启动入射在所述晶片的表面上的辐照闪光。
30.如权利要求观所述的设备，其中，所述处理器电路被配置为控制所述热处理系统 抵消所述晶片中的热失控。
31.如权利要求观所述的设备，其中，所述处理器电路被配置为控制所述热处理系统 增大所述晶片与其下方的支撑板之间的间距。
32.如权利要求观所述的设备，其中，所述处理器电路被配置为控制所述热处理系统 减小所述晶片相对于其初始形状的变形。
33.如权利要求观所述的设备，其中，所述处理器电路被配置为控制所述热处理系统 向所述晶片的表面供给额外的热量。
34.如权利要求观所述的设备，其中，所述处理器电路被配置为控制所述热处理系统 中止所述晶片的所述热加工。
35.如权利要求25所述的设备，其中，所述测量系统被配置为测量所述晶片的曲率。
36.如权利要求35所述的设备，其中，所述测量系统被配置为测量所述晶片已变形为 穹顶形状时的曲率半径。
37.如权利要求35所述的设备，其中，所述测量系统被配置为测量由所述晶片反射的 像的变化。
38.如权利要求37所述的设备，其中，所述测量系统被配置为测量由所述晶片反射的 所述像的放大率的变化。
39.如权利要求38所述的设备，其中，所述测量系统包括像源和检测器，所述检测器被 配置为检测由所述晶片的表面对所述像源的反射。
40.如权利要求39所述的设备，其中，所述检测器包括相机。
41.如权利要求35所述的设备，其中，所述测量系统被配置为识别所述晶片的表面的至少两条法线。
42.如权利要求25所述的设备，其中，所述测量系统包括像源和检测器，所述检测器被 配置为检测由所述晶片的表面对所述像源的反射。
43.如权利要求42所述的设备，其中，所述检测器包括相机。
44.如权利要求25所述的设备，其中，所述处理器电路被配置为控制所述热处理系统 诱发所述晶片的期望变形。
45.如权利要求44所述的设备，其中，所述处理器电路被配置为控制所述热处理系统 引起所述晶片变形为穹顶形状。
46.如权利要求44所述的设备，其中，所述处理器电路被配置为控制所述热处理系统 引起所述晶片变形为穹顶形状，其中所述晶片的中心比所述晶片的外周更靠近辐照闪光 源。
47.如权利要求44所述的设备，其中，所述处理器电路被配置为控制所述热处理系统 辐照所述晶片的表面以引起所述表面热膨胀。
48.如权利要求44所述的设备，其中，所述处理器电路被配置为控制所述热处理系统 选择性地辐照所述晶片的各相对表面。
49.如权利要求44所述的设备，其中，所述处理器电路被配置为控制所述热处理系统 辐照具有至少一个覆膜表面的晶片。
50.如权利要求44所述的设备，其中，所述处理器还被配置为控制所述热处理系统当 所述晶片的所述期望变形已被诱发时启动入射在所述晶片的表面上的辐照闪光。
51.一种设备，包括a)用于测量工件在其热处理期间的变形的装置；以及b)用于响应于对所述工件的所述变形的所述测量，关于所述工件的所述热处理而采取 措施的装置。
52.如权利要求51所述的设备，其中，所述工件包括半导体晶片，并且其中，所述用于 测量所述工件的变形的装置包括用于测量在所述晶片的热加工期间的变形的装置。
53.如权利要求52所述的设备，其中，所述用于采取措施的装置包括用于向在所述热 加工期间对所述晶片进行的温度测量施加变形校正的装置。
54.如权利要求53所述的设备，其中，所述用于施加的装置包括用于向用来获得所述 温度测量的反射率测量施加所述变形校正的装置。
55.如权利要求52所述的设备，其中，所述用于采取措施的装置包括用于修改所述晶 片的所述热加工的装置。
56.如权利要求55所述的设备，其中，所述用于修改的装置包括用于响应于对所述晶 片的期望变形的测量，启动入射在所述晶片的表面上的辐照闪光的装置。
57.如权利要求55所述的设备，其中，所述用于修改的装置包括用于抵消所述晶片中 的热失控的装置。
58.如权利要求55所述的设备，其中，所述用于修改的装置包括用于增大所述晶片与 其下方的支撑板之间的间距的装置。
59.如权利要求55所述的设备，其中，所述用于修改的装置包括用于减小所述晶片相 对于其初始形状的变形的装置。
60.如权利要求55所述的设备，其中，所述用于修改的装置包括用于向所述晶片的表 面供给额外的热量的装置。
61.如权利要求55所述的设备，其中，所述用于修改的装置包括用于中止所述晶片的 所述热加工的装置。
62.如权利要求52所述的设备，其中，所述用于测量变形的装置包括用于测量所述晶 片的曲率的装置。
63.如权利要求62所述的设备，其中，所述用于测量曲率的装置包括用于测量所述晶 片已变形为穹顶形状时的曲率半径的装置。
64.如权利要求62所述的设备，其中，所述用于测量曲率的装置包括用于测量由所述 晶片反射的像的变化的装置。
65.如权利要求64所述的设备，其中，所述用于测量所述像的所述变化的装置包括用 于测量由所述晶片反射的所述像的放大率的变化的装置。
66.如权利要求64所述的设备，其中，所述用于测量所述像的所述变化的装置包括用 于识别所述晶片的表面的至少两条法线的装置。
67.如权利要求52所述的设备，其中，所述用于采取措施的装置包括用于诱发所述晶 片的期望变形的装置。
68.如权利要求67所述的设备，其中，所述用于诱发的装置包括用于引起所述晶片变 形为穹顶形状的装置。
69.如权利要求67所述的设备，其中，所述用于诱发的装置包括用于引起所述晶片变 形为穹顶形状的装置，在所述穹顶形状中，所述晶片的中心比所述晶片的外周更靠近辐照 闪光源。
70.如权利要求68所述的设备，其中，所述用于引起的装置包括用于辐照所述晶片的 表面以引起所述表面热膨胀的装置。
71.如权利要求68所述的设备，其中，所述用于引起的装置包括用于选择性地辐照所 述晶片的各相对表面的装置。
72.如权利要求68所述的设备，其中，所述用于引起的装置包括用于辐照具有至少一 个覆膜表面的晶片的装置。
73.如权利要求67所述的设备，还包括用于当所述晶片的所述期望变形已被诱发时 启动入射在所述晶片的表面上的辐照闪光的装置。
全文摘要
公开了用于对工件进行热处理的方法和设备。一种说明性的方法包括测量工件在其热处理期间的变形；以及响应于对工件的变形的测量，关于工件的热处理而采取措施。工件可包括半导体晶片。采取措施可包括向在热加工期间对晶片进行的温度或反射率测量施加变形校正，或者可包括修改例如晶片的热处理。
文档编号H01L21/324GK102089873SQ200980117951
公开日2011年6月8日 申请日期2009年5月15日 优先权日2008年5月16日
发明者史蒂夫·麦科伊, 大卫·马尔科姆·卡姆, 格雷戈·斯图尔特, 约瑟夫·西贝尔 申请人:加拿大马特森技术有限公司