CN102184877A - 一种利用热波仪测量温度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用热波仪测量温度的方法。在半导体制造工艺中，离子注入会破坏单晶硅片的晶格结构，通过热波仪可以量测出这种损伤值，称之为TW(Thermal Wave)值。而经过一定的温度退火后会修复这种晶格的损伤，故会造成TW值的衰减。更重要的是，这种衰减的程度跟温度高低直接相关。根据这个关系，让一个注入后的单晶硅片在进入待测温机台工艺前后各量测一次，前值我们称之为TW0，后值称之为TW1，然后计算衰减率：TW衰减率＝(1-TW1/TW0)*100％，这个衰减率对应固定的温度，与基础数据对比，从而可以得出晶片所进入机台的温度。本发明的优点在于操作简单，省时，成本低，工艺模拟性强，对机台环境无破坏性，适用性广，可对半导体工厂内薄膜，刻蚀，合金炉管机台进行温度测量。

Description

一种利用热波仪测量温度的方法

技术领域：

本发明属于半导体领域，涉及一种测温方法，尤其是一种利用热波仪测量温度的方法。

背景技术：

半导体制造中，工艺对温度的准确性和稳定性有严格的要求，因此对温度的测量校准显得非常重要，现有的温度测量方法除设备本身温度控制模块外，主要是使用Thermal Couple(热偶，以下简称TC)Wafer(晶片)，这种方式虽可得到比较准确的温度，但在实际应用中有一些不可回避的缺点：

(1)费时，TC Wafer校正通常要用手动方式把Wafer放进去，并把导线引出来。对于封闭的腔体，需要停机打开腔体，特别是部分高真空机台，需要真空重建，通常需要数小时，这在半导体生产中是一个很大的时间消耗。

(2)适用性差，因为导线的限制，部分类型的机器不能使用此方式，如密封性要求高的真空腔体。

(3)工艺模拟性不强。对大部分CVD(chemical vapor deposition化学气相沉积)，PVD(physical vapor deposition物理气相沉积)机器，只能简单的测量设定温度，无法测量在工艺加工过程中的温度，因为工艺的加工会对TCWafer造成伤害.；另外，对Wafer在Process Chamber中的移动，也不能模拟，如Chamber之间的转换(PVD)；Wafer在承片台中的移动(如NOVELLUS公司生产的C1型化学气相沉积机器)，Wafer在工艺过程中的移动。

(4)成本较高；一片TC Wafer通常需要数千美金。

发明内容：

本发明作为一种温度监控的补充手段，能有效的弥补上述监控方式的不足，并增强了工艺模拟性。作为一种离线监控方式，可广泛的应用于半导体芯片生产过程中，可快速实现对机台温度状况的正常与否的判断。

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种利用热波仪测量温度的方法。背景如下：

离子注入会破坏晶片表面硅的原本完整的晶格结构，在某一范围内，离子植入量越大，硅晶格结构的损伤程度就越大。TW值作为一个间接反映晶片的离子植入量的测量参数，它所直接测量并反映的是晶片某一部分区域的硅的晶格损伤程度。而经过一定的温度退火后会修复这种晶格的损伤，故会造成TW值的衰减.更重要的是，这种衰减的程度跟一定范围内的温度直接相关。

本发明方法如下：

(1)取新单晶片1片；

(2)在离子注入机注B(硼元素)以得到损伤度，注入能量在25-60KeV(千电子伏特)，剂量在1E13-5E13/cm²(E13代表10¹³)之间。

(3)用热波仪测量注入后的热波信号值TW0；

(4)将晶片传入机台内模拟正常工艺以得到真实值；对有膜质沉积的工艺，需晶片背面进入；

(5)用热波仪测量传出晶片的损伤后值，该损伤后值记为TW1；

(6)计算热波仪热波信号值TW衰减率，并与基础数据对比得出所测量机台的温度；TW衰减率＝(1-TW1/TW0)*100％；

(7)用过的硅晶片回收，测量结束。

本发明具有以下优点：

(1)操作简单，直接按照正常Run货(半导体称加工产品为“run货)方式。

(2)省时，Run一片产品的时间加10分钟测量时间，一般在半小时内可完成。

(3)成本低，使用普通硅片，并可循环利用。

(4)工艺模拟性强，能够更真实的模拟机台实际工作情况，更真实的反映机台正常工作时腔体内的实际温度。

(5)实时性强，随时可以量测，对机台环境无破坏性。

(6)适用性广，可对FAB(半导体工厂)内CVD，PVD，ETCH(刻蚀)，Alloy(合金)炉管机台进行温度测量(200-500℃)；

(7)应用范围广：(a)在半导体制造行业，可广泛应用于温度在200-500℃的工艺日常监控和异常分析。(b)在其他行业，可在工作温度200-500℃设备上进行温度的监控和异常分析(前提：可放置硅片)。

附图说明：

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的灵敏性折线图及适用范围(虚线框图内200℃-500℃)；

图3为某种物理气相沉积机台温度基础数据折线图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述，并实际应用举例：

参见图1，一种利用热波仪测量温度的方法，步骤如下：

(1)取硅晶片一片，晶片类型为可选择P-TYPE(电阻率：0.5-100ohm.cm)。

(2)在离子注入机注B(硼元素)以得到损伤度，注入能量在25-60KeV(千电子伏特)，剂量在1E13-5E13/cm²(E13代表10¹³)之间。

(3)用热波仪测量注入后的热波信号值TW0；

(4)将晶片传入机台内(模拟正常工艺以得到真实值)，使机台正常工作。机台工作时腔体内产生的温度会对放入晶片进行损伤修复。；对有膜质沉积的工艺，需晶片背面进入；

(5)用热波仪测量传出晶片的损伤后值，该损伤后值记为TW1；

(6)计算热波仪热波信号值TW衰减率，并与基础数据对比从而方便的得出所测量机台的温度；TW衰减率＝(1-TW1/TW0)*100％；

下面的试验数据是使用“机台”快速退货炉RTA(Rapid Thermal Anneal，机台型号：AG4100)不同的温度及时间对已注入过的晶片进行Anneal(退火)得来，来建立某种Thermal(温度及时间)和TW对应关系的参考。

表一：TW值的原始数据：

注：“/”为没做此试验，无数据。TW1(30s)，括号中的时间为主退火时间。

表二：衰减率计算数据：

此表说明，时间敏感性低于温度敏感性，在实际应用时固定一个时间即可。

TW敏感性：在200-500℃范围的可适用内，温度每变化10℃，TW衰减率在2.8％.

具体趋势及适用范围见附图2。

200-500℃范围内，Decay Rate随温度变化明显：

□100℃时对晶片晶格损伤的恢复，基本上没有作用；

□500℃和以上温度(700℃)衰减率的差别很小，不容易区分；

□200-500℃之间，不同温度对应的衰减率有很明显的分界线；

可以通过对衰减率的计算，本发明可用来监控200-500℃之间的温度变化。据此，我们在另外一种物理气相沉积机台进行了实际使用，收集数据如下：

可以得出，温度每变化10℃，约有2.6％的变化，这个精度完全满足工艺要求(+-10℃)，也接近TC Wafer的精度，趋势见图3。

热波仪热波信号触发原理简述：

热波仪中，简单的说，我们有以下几个部件来得到TW信号，氩激光器(Ar Laser)，氦氖激光器(HeNe Laser)，TW信号检测器(Signal Detector)。在热波仪中，检测激光器(Probe Laser)和泵激光器(Pump Laser)聚焦于晶片上的同一点并测量由于泵激光的引入晶片上反射率的变化。热调制反射率信(Thermal Modulated Reflectivity)号起于纯粹的热反射率效应，由于泵激光器的周期性加热引起的晶片上反射率的变化，检测激光的反射也同时经历相应的调制，从这种调制过的反射信号，我们可以得到晶片上局部的不均匀性，掺杂和晶格破裂。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (1)

1.一种利用热波仪测量温度的方法，其特征方法在于：

(1)取新单晶片1片；

(2)在离子注入机注B以得到损伤度，注入能量在25-60KeV，剂量在1E13-5E13/cm²之间；

(3)用热波仪测量注入后的热波信号值TW0；

(4)将晶片传入机台内模拟正常工艺以得到真实值；对有膜质沉积的工艺，需晶片背面进入；

(5)用热波仪测量传出晶片的损伤后值，该损伤后值记为TW1；

(6)计算热波仪热波信号值TW衰减率，并与基础数据对比得出所测量机台的温度；TW衰减率＝(1-TW1/TW0)*100％；

(7)用过的硅晶片回收，测量结束。

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