CN101315872A - 处理晶片的热处理设备和热处理晶片的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种处理晶片的热处理设备和热处理晶片的方法。该热处理设备包括用以热处理该晶片的工艺室、用以在该工艺室中加热该晶片的加热单元及用以供应气体及依该晶片的部分不同地控制气压的气体供应单元。该加热单元被提供于该工艺室的上侧及下侧中的至少一侧。该加热单元包括能控制该晶片的部分的温度的多个加热器块。根据本发明,能够防止晶片翘曲。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造半导体装置的设备及方法;以及更特别地,涉及一种能防止晶片翘曲的热处理设备及一种使用该设备的热处理方法。
背景技术
在该制造半导体装置的工艺中,热处理是必要的。因为各种理由在该制造半导体装置的工艺中使用热处理。例如:在硅晶片的氧化、使该硅晶片成为氧化硅膜(SiO2)及使用该氧化硅膜做为绝缘层、蚀刻掩模或晶体管的栅极氧化膜的情况中,对于薄膜的退火工艺及用以平坦化像硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)的流动膜的回流工艺,使用热处理。并且,热处理用于欧姆接触的合金工艺、用以修复离子注入损害的退火工艺及离子注入杂质的活化。
该用以实施此热处理的设备为水平或垂直炉。最近,因为这些半导体装置变得高度集成,所以使用快速热处理方法以减少该制造工艺的全部热预算。因为该快速热处理方法可实施在该炉中所实施的大部分的各种工艺且具有最小化在晶片上杂质扩散的副作用的优点,所以该快速热处理方法常常使用于半导体工艺序中,该快速热处理方法通过使用短时间高温以实现期望效果。
用以进一步增加半导体装置的操作速度连同使该装置变小的数种方法已被提出及实施。在它们之中,提出一种将金属布线层形成为多层的方法,以及最近常常使用一种三层金属堆叠结构。当一金属布线层本身的高度增加时,堆叠在下侧的薄膜上所施加的应力增加。由于该累积应力,使晶片翘曲。此现象已成为严重问题。
在早先阶段中在裸晶片上形成图案及在其上形成薄膜的一系列工艺期间经常发生该晶片的翘曲。亦即,由于在制造一装置的工艺中的图案密度的部分差异或沉积膜厚的差异及这些沉积膜间的应力的累积而发生晶片的翘曲。并且,当该金属布线层为了半导体装置的尺寸缩小及操作速度的改善已变成该三层堆叠结构时,此现象变得更严重。
如果该晶片的翘曲发生,则在用以在该晶片上形成图案的光刻工艺中造成散焦。如果此变得严重,则固定晶片的卡盘(chuck)无法再固定晶片,以致于该工艺无法进一步进行。当高集成半导体装置具有小于80nm线宽时尤其如此。虽然进行包含该膜应力的改变的实验可改善此问题,但是没有一个实验已达到满意程度。
发明内容
本发明提出一种能防止晶片翘曲的热处理设备及一种使用该设备的热处理方法。
在一实施例中,一种处理晶片的热处理设备包括:用以热处理该晶片的工艺室、用以在该工艺室中加热该晶片的加热单元及用以供应气体及依该晶片的部分不同地控制气压的气体供应单元。该加热单元被提供于该工艺室的上侧及下侧中的至少一侧。该加热单元包括能依该晶片的部分而控制温度的多个加热器块。该气体供应单元包括主气体供应管及多个气体入口,这些气体入口从该主气体供应管分支且供应气体至该工艺室中。这些气体入口的每一气体入口包括质流控制器(MFC),以控制被注入该工艺室中的气体的流速。该热处理设备进一步包括在该工艺室中的感测装置,以测量该晶片的翘曲的程度及方向。并且,该热处理设备进一步包括用以在该工艺室中载入及载出该晶片的晶片装载单元及用以排放被供应至该工艺室中的气体的气体排放单元。
在另一实施例中,一种热处理晶片的方法包括:载入待热处理的晶片至工艺室中、升高该工艺室的温度及注入反应气体至该工艺室中,其中当该反应气体被注入该工艺室时,根据该晶片的翘曲的程度及方向依该晶片的部分控制该反应气体。将该反应气体注入该工艺室的步骤使该气体的流速在该晶片的翘曲的相反方向大。将该反应气体注入该工艺室的步骤通过感测该晶片的翘曲的程度以调整该反应气体的流速。将该反应气体注入该工艺室的步骤使气体的流速在该晶片的具有严重翘曲的部分处较大。该方法进一步包括在该晶片被载入该工艺室后,感测该晶片的翘曲的程度及方向。根据该晶片的翘曲的程度依该晶片的部分不同地控制该晶片的温度。工艺室在150至1200℃范围内调整该工艺室的温度。
附图说明
图1为显示依据本发明的一实施例的热处理设备的示意图。
图2为显示依据本发明的另一实施例的热处理设备的示意图。
图3为示出使用本发明的热处理设备以热处理半导体晶片的方法的视图。
具体实施方式
图1为显示依据本发明的一实施例的热处理设备的示意图,其中装载一向上翘曲的晶片。
在一实施例中,热处理设备可以包括:提供用以热处理晶片105的空间的工艺室100;具有多个加热器块111及112的加热单元110,以对于载入该工艺室100中的晶片105提供预定温度;气体供应单元120,具有多个气体入口122以供应反应气体及冲洗气体至该工艺室中所载入的晶片105,以及气体排放单元(未显示),具有多个气体出口130以排放被供应至载入有该晶片105的工艺室的反应气体及冲洗气体。虽然未显示于图1中,但是在该工艺室100中建立一晶片装载单元,以便载入或载出经历该热处理的晶片。
如图1所示,该加热单元110包括对该工艺室100所提供的多个加热器块¨1及112。该加热单元110可依据环境在150至1200℃范围内控制该晶片105的温度。虽然可在上侧及下侧两者建立这些加热器块111及112,但是也可只在上侧及下侧中之一建立这些加热器块。并且,因为每个加热器块具有单独的温度控制装置140及142来控制温度,所以该加热器块可单独控制该晶片的一部分的温度。由该加热单元110所控制的温度以每秒20至900℃范围内改变。
该气体供应单元120包括主气体供应管121及多个气体入口122,这些气体入口122从该主气体供应管121分支且供应气体至该工艺室100。如图1所示,该气体供应单元120可配置在该工艺室100的上和下部两者。以供应气体至该晶片105的上下侧。可使用像氮气(N2)、氧气(O2)、氦气(He)或氩气(Ar)的气体做为来自该气体供应单元120的供应气体。在该气体供应单元120的主气体供应管121与每一气体入口122间可提供用以控制被注入该工艺室100的气体的流速的质流控制器(MFC)123。如果如图1所示在每一气体入口122中建立该质流控制器123,则通过来自每一气体入口122的气体的单独控制的流速,可依该晶片105的部分控制在该工艺室100内的晶片105上所注入的气体的流速。因此,可通过依据翘曲的程度及方向控制该注入气体的流速来改善该晶片105的翘曲。
该气体排放单元包括用以排放被供应至该工艺室100的反应气体及冲洗气体的多个气体出口130。该晶片装载单元(未显示)例如可通过使用对该工艺室100的内部所施加的静电力以吸附该晶片。
如果将该晶片105载入该工艺室100的内部,则通过在该工艺室100的下侧所提供的气体入口122注入气体。此时,因为以一预定压力注入该气体,所以该晶片浮置。当包括加热器块的工艺室100的上下侧向该晶片105移动时,通过气体的对流完成比如退火工艺的热处理。可调整该晶片105与这些气体入口122间的距离高至150μm的程度。
图2为显示依据本发明的另一实施例的热处理设备的示意图。图2中的标示有相同参考标号的元件相似于图1中的标示有这些参考标号的元件。
在能通过该热处理防止该晶片翘曲的工艺室100中,附加包括用以感测翘曲的程度及方向的感测装置(亦即,传感器210)。然后,当可连同翘曲的程度的观察实施该工艺时,可更容易进行该热处理及该防晶片翘曲工艺。并且,可避免在该工艺期间从该工艺室取出该晶片、观察该翘曲的防止程度及然后将该晶片再次载入该工艺室的内部的问题。另外,可缩短该晶片105的处理时间。
如可充分理解的,数个传统传感器(例如:图2所述的传感器210)可用以感测该晶片的翘曲。如图2所示,该传感器210可被提供于该工艺室100的下侧或横侧上。例如,可通过照射光束至该晶片的一预定点及然后依该晶片的部分计算该反射光之间的时间差来测量该晶片的翘曲的程度。在一实施例中,可通过在一行中建立一光发射装置及一光接收装置、检查通过该晶片的光束及确认是否该受检光束通过、或计算该光束反射回来的时间,从而测量该晶片的翘曲的程度。此外,如果可采用用以测量该晶片的翘曲的程度或方向的各种感测装置,则可进一步提高这些示出和描述的实施例的防翘曲效果。
图3为示出使用本发明的热处理设备以热处理半导体晶片的方法的示意图。图3中的标示有相同参考标号的元件相似于图1及图2中的标示有这些参考标号的元件。
如果待退火处理的晶片300被载入该工艺室100,则以均匀流速通过在该工艺室100的下侧所提供的气体入口122注入气体。该晶片300可以是基板,该基板为了用以修复离子注入损害的退火工艺或注入杂质的活化将被热处理。并且,该晶片300可以是其翘曲应当被防止的晶片,因为由于翘曲或高可靠性而难于实施该热处理。另外,可使用不影响在该晶片上所堆叠的薄膜或在该晶片中所注入的杂质的比如氮气(N2)、氧气(O2)、氦气(He)、氩气(Ar)及其混合气体的非活性气体做为被注入该工艺室的气体。
在该晶片300被载入该工艺室100后及在供应气体前,可通过对该工艺室100所提供的传感器210测量该晶片的翘曲的方向及程度。
如果通过该传感器210测量该晶片300的翘曲的程度,则以一预定压力从该晶片300的下侧注入该气体,且该晶片300因这样的压力而浮置。然后,为了进行该热处理,具有加热器块111及112的加热单元110向该晶片300移动,且从在该工艺室的上下侧上的气体入口122注入该气体。可以将该晶片300与这些气体入口122之间的空间调整高达150μm。
当在该晶片300与这些气体入口122间的距离变窄时,气体到达该晶片300的压力增加,以致于对该晶片的翘曲的相反方向(亦即,对如图3所示的晶片的背面)所施加的机械力增加。以来自这些加热器块111及112的附加热应力来改善该晶片300的翘曲。
当依该晶片的部分不同地调整从这些气体入口122所注入的气体的流速时,可进一步提高该防晶片翘曲效果。亦即,如图3的箭头所示,在使该晶片300向上翘曲的情况中,使从该晶片的上侧的气体入口被注入该晶片的边缘的气体的流速增加,而使被注入该晶片的中心部分的气体的流速减少。同样地,使从下侧的气体入口被注入该晶片的边缘的气体的流速减少,而使被注入该晶片的中心部分的气体的流速增加。因此,在该晶片的边缘上所施加的从上至下的气压变成大于在该晶片的中心部分上所施加的从上至下的气压,以及在该晶片的中心部分上所施加的从下至上的气压变成大于在该晶片的边缘部分上所施加的从下至上的气压。由于在该晶片的不同部分上所施加的不同气压,可快速有效地改善该晶片的翘曲。
如所充分理解的,可依据热处理的目的在150至1200℃范围内适当地调整该热处理及可在1秒至10分钟范围内适当地调整该热处理时间。
如上所述,依据在所述实施例中的晶片热处理设备及使用该设备的热处理方法,只要该热处理设备能针对该晶片的每一部分调整气体的流速及因而可防止晶片的翘曲,则可经由该热处理设备实施任何合适热处理。因此,可解决在光刻工艺中的困难度(例如,在该光刻工艺中因晶片的翘曲所造成的散焦)。亦可改善该装置可靠性及工艺可靠性。
上面为了说明的目的已披露本发明的实施例。本领域的技术人员可以理解在不脱离所附权利要求所披露的本发明的范围及精神内可允许各种修改、附加及替代。
本发明要求于2007年5月28日提交的韩国申请No.10-2007-0051528的优先权,其全部内容通过引用的方式引入于此。
Claims (19)
1、一种处理晶片的热处理设备,包括:
工艺室,用以热处理该晶片;
加热单元,用以在该工艺室中加热该晶片;以及
气体供应单元,用以供应气体至该工艺室中及根据该晶片的状态控制对该晶片的部分所施加的气压。
2、如权利要求1的热处理设备,其中该加热单元被提供于该工艺室的上侧、下侧或该两侧。
3、如权利要求1的热处理设备,其中该加热单元包括多个加热器块及每一加热器块与该晶片的一部分相关联。
4、如权利要求3的热处理设备,其中每一加热器块包括一温度控制组件,以控制该晶片的对应部分的温度。
5、如权利要求1的热处理设备,其中该气体供应单元包括主气体供应管和多个气体入口,这些气体入口从该主气体供应管分支且供应气体至该工艺室中。
6、如权利要求5的热处理设备,其中每一气体入口包括质流控制器,以控制被注入该工艺室的气体的流速。
7、如权利要求1的热处理设备,还包括在该工艺室中的感测装置,以测量该晶片的翘曲的程度及方向。
8、如权利要求1的热处理设备,还包括晶片装载单元,用以在该工艺室中载入及载出该晶片。
9、如权利要求1的热处理设备,还包括气体排放单元,该气体排放单元包括多个气体出口,用以排放被供应至该工艺室中的气体。
10、一种热处理晶片的方法,包括:
载入待热处理的晶片至工艺室中;
升高该工艺室的温度;以及
注入气体至该工艺室中,其中根据该晶片的翘曲的程度及方向对该晶片的部分调整该注入气体的量,
其中在该晶片上界定多个部分。
11、如权利要求10的方法,其中注入该气体进入该工艺室使得该气体的流速在该晶片的翘曲的相反方向大。
12、如权利要求11的方法,其中将该气体注入该工艺室以使在该晶片的第一部分上的气体流速大于在该晶片的第二部分上的气体流速。
13、如权利要求12的方法,其中该晶片的第一部分比该晶片的第二部分具有更严重的翘曲。
14、如权利要求10的方法,还包括在该晶片被载入该工艺室后,感测该晶片的翘曲的程度及方向。
15、如权利要求14的方法,其中注入该气体进入该工艺室根据感测的结果调整该气体的流速。
16、如权利要求10的方法,其中依据该晶片的翘曲的程度,对该晶片的每一部分独立地控制该晶片的温度。
17、如权利要求16的方法,其中该晶片的第一部分的温度设定高于该晶片的第二部分的温度,以及其中该晶片的第一部分的翘曲的程度比该晶片的第二部分的翘曲的程度更严重。
18、如权利要求10的方法,其中在150至1200℃范围内调整该工艺室的温度。
19、一种处理晶片的热处理设备,包括:
工艺室,用以热处理该晶片,其中在该晶片上界定多个部分;
加热单元,用以在该工艺室中加热该晶片,该加热单元包括多个加热器块,其中每一加热器块包括温度控制组件用以控制该晶片的一对应部分的温度;
气体供应单元,用以供应气体至该工艺室中及控制该晶片的一对应部分的气压;以及
感测装置,位于该工艺室中,用以测量该晶片的翘曲的程度及方向,其中依据该晶片的翘曲的程度对该晶片的每一部分独立地控制该晶片的温度。
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