KR20220005598A - 고온계를 사용하는 기판 온도의 교정을 위한 방법 및 비-일시적인 컴퓨터-판독가능 저장 매체 - Google Patents
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Abstract
방법은, 제 1 챔버에서 플래튼 온도까지 기판을 가열하는 단계로서, 상기 가열하는 단계는 플래튼 상에서 기판을 가열하는 단계를 포함하는, 단계; 접촉 온도 측정을 사용하여 제 1 챔버에서 플래튼 온도를 측정하는 단계; 가열 이후에 기판을 제 2 챔버로 이송하는 단계; 및 기판을 제 2 챔버로 이송한 이후에, 시간의 함수로서 고온계 전압을 측정하기 위해 광 고온계를 사용하여 전압 감쇠를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
관련 출원들
본 출원은, METHOD FOR CALIBRATION OF SUBSTRATE TEMPERATURE USING PYROMETER라는 명칭으로 2019년 05월 31일자로 출원된 미국 가특허 출원번호 제62/855,465호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 그 전체가 본원에 참조로서 포함된다.
기술분야
본 실시예들은 상승된 온도에서의 기판 프로세싱에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 정확한 기판 온도 측정 및 제어에 관한 것이다.
고온에서의 기판들의 프로세싱은 흔히 프로세싱 이전에 기판의 예열을 수반한다. 일 예로서, 기판은 프로세스 툴의 제 1 챔버, 예열 챔버 또는 스테이션에서 예열될 수 있으며, 그 후에 주어진 동작, 예컨대 이온 주입, 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD), 물리 기상 증착(physical vapor deposition; PVD), 기판 에칭, 또는 다른 적절한 프로세스를 수행하기 위해, 제 2 챔버(프로세스 챔버) 또는 스테이션으로 이송된다.
흔히, 예열 챔버(또는 예열 스테이션)에서의 기판의 가열은 프로세스 챔버에서의 가열과는 상이한 가열 장치를 수반한다. 예를 들어, 프로세스 챔버는 저항성 가열 또는 유사한 가열을 이용할 수 있으며, 여기에서 플래튼이 가열되고 열이 전도, 대류, 및/또는 방사의 조합을 통해 기판으로 전달된다. 예열 챔버는 가열 램프들 또는 다른 비-접촉 방식에 의해 가열될 수 있다.
마찬가지로, 기판 온도 측정은 상이한 챔버들에서 상이한 기술들에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 기판 온도 측정은 접촉 방식, 예컨대 기판 또는 플래튼으로부터 열전대로 전도되는 열을 직접적으로 측정하기 위한 열전대(thermocouple; TC)를 사용함으로써 수행될 수 있다(TC 접촉 접근 방식). 이러한 TC 접촉 접근 방식은 기판 또는 웨이퍼의 표면과 TC 사이에 양호한 열 전도율을 필요로 한다. 고 진공 환경에서, TC의 표면과 웨이퍼 사이의 미세한 간극들이 이러한 전도율을 상당히 감소시킬 수 있다. 이러한 감소는 접촉 동안 TC 온도와 웨이퍼 표면 온도 사이에 큰 오프셋을 야기할 수 있다. TC와 웨이퍼 온도 사이의 오프셋은 접촉 압력에 따라 변화할 수 있으며, 이러한 변동은 결과적으로 TC 접촉력을 제어하기 위한 더 복잡한 시스템을 필요로 할 수 있다.
열 전도 오프셋은 TC와 웨이퍼 표면 사이의 흐름 가스(flowing gas)(예를 들어, N2)에 의해 감소될 수 있다. 특히, 이러한 흐름 가스의 사용은, 가스 흐름을 전달하고 제어하기 위한 시스템을 도입함으로써 시스템 복잡도 및 비용을 증가시킨다.
추가적으로, 이러한 TC 접촉 오프셋의 예상하지 못한 변동들은, 사용자가 프로세스 웨이퍼들의 후면을 코팅하는 두께 또는 재료를 변화시킬 때 발생할 수 있다. 이러한 코팅들은 고객-특정일 수 있으며, 기판 온도 제어들을 설정하는 것을 담당하는 툴(프로세스 장비) 제조사에게 공개되지 않을 수 있다. 따라서, 제조사는 고객이 기판 상의 후면 코팅의 변화들과 관련된 온도 오프셋들을 해결하는 것을 돕기 어려울 수 있다.
또한, 예열 챔버 또는 스테이션을 포함하는 프로세스 툴에서, 프로세스 프로토콜은 기판을 프로세싱하기 위한 희망되는 또는 목표 온도에 가까운 온도까지 기판을 가열할 것을 요구할 수 있으며, 이러한 온도는 본원에서 "프로세스 온도"로서 지칭될 수 있다. 한편, 프로세스 챔버 내의 기판 홀더 또는 플래튼의 기판 온도는, 프로세스 온도를 수립하기 위해 열전대와 같은 측정 툴들을 사용하여, 프로세스 챔버 내에서 프로세스 온도로 설정될 수 있다. 특히, 실제 기판 온도는, 기판이 예열 챔버와 프로세스 챔버 사이에서 이송되는 동안 변화할 수 있다. 추가적으로, 예열 스테이지에서 기판 온도를 측정하기 위해 접촉 접근 방식들을 사용하는 것은 기판에 대해 원치 않는 손상, 예컨대 스크래치들을 도입할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 내로 TC를 기계적으로 누르는 것은 일반적으로 추가적인 모터 및 메커니즘을 필요로 하며, 이러한 장치는 예열 스테이션의 비용 및 복잡도를 증가시킬 수 있다. 이에 더하여, 교정 동안 웨이퍼 표면 내로 TC를 누르는 동작은 웨이퍼 표면의 미세 스크래칭을 야기할 수 있으며, 이러한 손상은 교정 이후에 프로세스 웨이퍼들을 오염시키는 입자들을 야기할 수 있다.
추가적으로, TC 자체의 질량에 의존하는 결과들에서의 트레이드오프들도 또한 고려되어야 한다. 더 무거운 TC는 더 안정적이고 정확한 온도를 야기할 것이지만, 일반적으로 더 느린 응답을 야기하며, 이러한 응답은 기계의 전체 스루풋을 감소시킬 수 있다. 더 가벼운 TC는 더 빠른 온도 응답을 갖지만 잡음이 더 많고 덜 안정적인 신호를 가질 수 있다.
이러한 그리고 다른 고려사항들에 관하여, 본 개시가 제공된다.
일 실시예에 있어서, 방법은, 제 1 챔버에서 플래튼 상의 기판을 가열하는 단계로서, 플래튼은 플래튼 온도에 의해 특징지어지는, 단계를 포함할 수 있다. 방법은, 접촉 온도 측정을 사용하여 제 1 챔버에서 플래튼 온도를 측정하는 단계; 가열 이후에 기판을 제 2 챔버로 이송하는 단계; 및 기판을 제 2 챔버로 이송한 이후에, 시간의 함수로서 고온계 전압을 측정하기 위해 광 고온계를 사용하여 전압 감쇠를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 방법은, 프로세스 챔버 내의 기판 플래튼을 플래튼 온도까지 가열하기 위한 가열 신호를 전송하는 단계, 접촉 온도 측정에 의해 플래튼 온도를 측정하는 단계, 및 기판 플래튼이 플래튼 온도일 때 기판을 프로세스 챔버 내의 기판 플래튼으로 이송하기 위한 제 1 이송 신호를 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은, 온도-안정화 간격 이후에, 이송 순간에서, 프로세스 챔버로부터 기판을 이송하고 기판을 예열 스테이션 내의 기판 위치에 위치시키기 위한 제 2 이송 신호를 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한, 광 고온계로부터 시간의 함수로서 복수의 전압 판독치들을 수신하는 단계로서, 광 고온계는 기판이 기판 위치에 위치될 때 기판을 측정하는, 단계, 및 미리 결정된 시간 간격 동안 복수의 판독치들을 포함하는 전압 감쇠 커브를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
추가적인 실시예에 있어서, 프로세스 챔버 내의 기판 플래튼을 프로세스 온도까지 가열하기 위한 가열 신호를 전송하기 위한 프로세서에 의해 실행가능한 컴퓨터-판독가능 프로그램 코드를 저장하는 비-일시적인 컴퓨터-판독가능 저장 매체가 제공된다. 컴퓨터-판독가능 프로그램 코드는, 접촉 온도 측정에 의해 플래튼 온도를 기록하기 위한 기록 신호를 전송하고, 기판 플래튼이 플래튼 온도일 때 기판을 프로세스 챔버 내의 기판 플래튼으로 이송하기 위한 제 1 이송 신호를 전송하기 위해 프로세서에 의해 실행가능할 수 있다. 컴퓨터-판독가능 프로그램 코드는, 온도-안정화 간격 이후에, 이송 순간에서, 프로세스 챔버로부터 기판을 이송하고 기판을 예열 스테이션 내의 기판 위치에 위치시키기 위한 제 2 이송 신호를 전송하기 위해 프로세서에 의해 실행가능할 수 있다. 컴퓨터-판독가능 프로그램 코드는, 광 고온계로부터 시간의 함수로서 복수의 전압 판독치들을 수신하되, 광 고온계는 기판이 기판 위치에 위치될 때 기판을 측정하는, 복수의 전압 판독치들을 수신하고, 및 미리 결정된 시간 간격 동안 복수의 판독치들을 포함하는 전압 감쇠 커브를 생성하기 위해 프로세서에 의해 실행가능할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 개시의 실시예들에 따른 고온계 온도 감쇠 교정(Pyrometer Temp Decay Calibration; PTDC) 방법을 함께 예시한다.
도 4는 도 3의 교정 포인트들에 기초하는 온도 대 고온계 전압에 대한 간단한 추세선을 보여주는 차트를 나타낸다.
도 5는 TC 웨이퍼에 의해 측정되는 실제 온도 대 고온계로부터 취해진 웨이퍼 온도 추정을 보여주는 예시적인 커브들을 나타내는 그래프이다.
도 6은, 프로세스 플래튼과 웨이퍼의 시작 온도 사이에 0 오프셋을 가정한, 초기 교정 추세선(점선)에 대해 이루어진 정정 (실선) 추세선을 보여주는 예시적인 전압 대 온도 커브들을 예시한다.
도 7은 본 개시의 실시예들에 따른 프로세스 흐름을 나타낸다.
도 8은 본 개시의 실시예들에 따른 제어기를 도시한다.
도 4는 도 3의 교정 포인트들에 기초하는 온도 대 고온계 전압에 대한 간단한 추세선을 보여주는 차트를 나타낸다.
도 5는 TC 웨이퍼에 의해 측정되는 실제 온도 대 고온계로부터 취해진 웨이퍼 온도 추정을 보여주는 예시적인 커브들을 나타내는 그래프이다.
도 6은, 프로세스 플래튼과 웨이퍼의 시작 온도 사이에 0 오프셋을 가정한, 초기 교정 추세선(점선)에 대해 이루어진 정정 (실선) 추세선을 보여주는 예시적인 전압 대 온도 커브들을 예시한다.
도 7은 본 개시의 실시예들에 따른 프로세스 흐름을 나타낸다.
도 8은 본 개시의 실시예들에 따른 제어기를 도시한다.
본 실시예들에 있어서, 예열 스테이지 동안 웨이퍼 온도를 측정하기 위해 TC와 같은 접촉 측정 대신에 고온계가 이용될 수 있다. 기판을 측정하기 위한 광 고온계(또는 단순하게 "고온계")와 같은 비-접촉 기술의 사용은 기판을 스크래칭하는 것, 및 이상에서 언급된 다른 이슈들과 같은 이슈들을 회피할 수 있다. 프로세스 챔버 내의 기판 온도를 측정하기 위해 접촉 접근 방식을 사용하는 것과 동시에 예열 챔버 내의 기판 온도를 측정하기 위해 비-접촉 접근 방식의 사용이 원칙적으로 측정 불확실성을 도입할 수 있지만, 본원에서 개시되는 실시예들은 전술한 이슈들을 회피하기 위해 온도에 대해 고온계를 교정하기 위한 신규한 접근 방식들을 제공한다.
본 실시예들에 따르면, 제 1 위치에서 고온계의 출력을 교정하기 위해, TC 접촉 기판 또는 웨이퍼가 직접적으로 또는 간접적으로 먼저 사용된다. 예열 스테이션에서의 TC의 사용이 회피되고 그 대신에 고온계 교정 동안 예열 스테이션으로 알려진 온도들의 웨이퍼를 전달하기 위해 원격 프로세스 스테이션에서 플래튼 내에 내장된 TC들의 간접 온도 측정이 사용되기 때문에, 이러한 접근 방식은 신규하다. 일반적인 구성들에서, 원격 프로세스 플래튼은 개선된 열 전도를 위해 플래튼 표면과 웨이퍼 사이에 N2와 같은 불활성 가스를 전달하기 위해 이미 시스템에 구비되었을 수 있다. 따라서, 본 실시예들은 기판을 예열 챔버로 제공하기 위해 프로세스 챔버 플래튼 내의 기존 하드웨어를 활용할 수 있으며, 여기에서 기판 온도는, 프로세스 챔버 내에 존재하는 하드웨어에 의해 예열 스테이션으로 전달되는 시점에 잘 알려져 있고, 이는 예열 스테이션에서 TC에 대한 필요성을 제거한다.
간단히 말해서, 웨이퍼 온도를 측정하기 위해 고온계가 사용되기 이전에, 고온계의 출력은 알려진 온도의 범위에 걸쳐 가열된 웨이퍼를 사용하여 교정된다. 본 실시예들에 의해 이용되지 않는 하나의 가능한 접근 방식에서, 고온계의 교정은 예열 스테이션에 고온계가 구비되고 또한 상이한 온도들에서 TC를 웨이퍼에 연결하기 위한 수단을 가져야 할 것을 요구할 것이며, 따라서 고온계 출력(예를 들어, 0V-10V) 및 TC 온도가 동시에 측정된다.
이상적으로, 고온계 교정 동안 웨이퍼 온도를 측정하기 위한 정확한 방식은 웨이퍼 표면에 내장되거나 또는 이에 영구적으로 부착된 TC를 갖는 TC 테스트 웨이퍼를 사용하는 것이다. 명백하게, 고온계 교정을 위해 TC 테스트 웨이퍼를 사용하는 것에 대한 몇몇 단점들이 존재한다. A) 웨이퍼들의 주어진 세트에 대한 프로세스 웨이퍼들이 고객의 소유일 수 있기 때문에, 상이한 방사율을 가지고 상이한 웨이퍼 유형을 구성하는 프로세싱될 웨이퍼들의 매 세트에 대하여, 고객은 별개의 TC 테스트 웨이퍼를 제공해야 할 것이다. 이러한 접근 방식은 과도하게 시간 소모적이고 비쌀 수 있다. B) TC 테스트 웨이퍼의 무선 버전은 부피가 크고, 웨이퍼 핸들링 챔버 내의 웨이퍼 스테이션들 사이의 좁은 개구부들을 통해 끼워 맞춰지지 못할 수 있다. C) TC 테스트 웨이퍼의 유선 버전은 핸들링 챔버 내에서 웨이퍼의 이동을 제한하는 부착된 하니스(harness)를 갖는다. D) 부피가 큰 무선 버전 및 유선 버전 둘 모두는, 교정 이전에 웨이퍼가 고 진공으로 다시 위치될 수 있기 이전에 TC 테스트 웨이퍼를 제 위치에 두기 위해 기판 프로세싱 툴이 배기될 것을 필요로 할 수 있다. 반도체 툴과 같은 기판 프로세싱 툴을 배기하는 것은, 배기가 배기로부터의 긴 기간의 기계 정지시간 및 "리-하이박(re-hivac)", 및 진공 사이클 동안 휘저어진 입자들을 청소하기 위한 절차를 야기하기 때문에 바람직하지 않다. E) 대안적인 접근 방식은 고온계 교정 동안 TC를 웨이퍼 내로 누르는 것이다. 이러한 접근 방식은 TC 내장형 테스트 웨이퍼 접근 방식의 진공 사이클 정지시간 및 웨이퍼 모션 제한들을 회피하며, 상이한 방사율을 갖는 각각의 고객 웨이퍼 유형을 교정하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 접근 방식에 대해서도 단점들이 존재한다. 이러한 단점들은, TC들을 사용하는 통상적인 웨이퍼 온도 측정의 단점들을 포함하여, 이상에서 논의된 전술한 이슈들을 포함한다.
본 개시의 다양한 실시예들에 있어서, 예열 스테이션 내의 온도 프로브 또는 TC 테스트 웨이퍼 없이 예열 스테이션 고온계를 교정하기 위한 고온계 온도 감쇠 교정(Pyrometer Temp Decay Calibration; PTDC) 방법이 제시된다. 고온(예를 들어, 200℃ -800℃)에서 기판 프로세싱 툴에서 프로세싱되는 웨이퍼들은, 프로세스 챔버 또는 프로세스 스테이션 내의 프로세스 플래튼으로의 전달 이전에 예열 스테이션에서 예열될 수 있다. 프로세스 반복성을 위해, 기판 온도는 예열 스테이지 동안 측정되어야 할 수 있다. 다음의 실시예들은, 교정 동안 웨이퍼 내로 TC(열전대)를 누르거나 또는 부착할 필요 없이, 알려지지 않은 열 방사율을 갖는 사유 프로세스 웨이퍼들과 같은 프로세스 웨이퍼에 대해 예열 스테이션 고온계를 교정하기 위한 접근 방식들을 상세화한다. 이러한 접근 방식들이 비-침습적이기 때문에, 접근 방식들은 시스템 교정을 주기적으로 검증하기 위해 전체 기판 생산 런(run)들 동안 반복될 수 있다.
개요에서, PTDC 방법을 이용하는 본 실시예들은 웨이퍼 상에 포커싱된 고온계의 신호 감쇠 응답을 측정한다(본원에서 사용되는 용어 "웨이퍼"는 일반적으로, 다르게 표시되지 않는 한, "기판"을 의미하도록 사용될 수 있다). 신호 감쇠는 웨이퍼가 원격 스테이션 또는 프로세스 챔버로부터 제거된 이후에 냉각 동안 로컬 예열 스테이션 내에 위치될 때 측정되고, 여기에서 웨이퍼는 알려진 수단에 의해 이전에 예열되었으며 초기 온도는 알려진 방법에 의해 측정되었다. 일 예로서, 웨이퍼는 초기에 이온 주입기의 주입 스테이션에서 또는 대안적으로 전용 웨이퍼 가열 챔버에서 측정된 웨이퍼 온도까지 가열될 수 있으며, 여기에서 이러한 위치들 중 하나는 프로세스 챔버로 간주될 수 있다. 본 실시예들에 있어서, 측정 또는 교정 시스템은 이러한 고온계 냉각 감쇠 응답(볼트)에 대해 커브를 피팅할 수 있으며, 고온계가 제거 이전에 안정적인 온도로 주입 스테이션 또는 프로세스 챔버 내에 위치되었을 때 웨이퍼에 직접적으로 포인팅된 경우에 고온계가 판독하였을 전압 값을 나타내는 전압 레벨을 외삽(extrapolate)할 수 있다. 이러한 외삽은 예열 스테이션에 고온계(볼트)-대-웨이퍼 온도(℃) 교정 포인트를 제공한다. 결과는, 주어진 교정 커브 사이클 내의, 각각의 알려진 시작 온도 및 후속 감쇠-응답에 대한 단일 교정 포인트(V 대 ℃)일 것이다. 유익하게는, 충분한 수의 교정 포인트들이 희망되는 온도 범위(예를 들어, 350℃ - 600℃)에 걸쳐 수집되고, 포인트들 사이의 추세선이 계산된 이후에, 프로세싱 시스템은 예열 스테이션의 고온계 판독치로부터 웨이퍼 온도를 결정할 수 있다.
특히, 교정 동안 사용되는 특정 유형의 웨이퍼의 적외선 방사율은 냉각 감쇠 응답 커브를 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 고 방사율 웨이퍼(탄소)는 더 낮은 방사율을 갖는 표준 실리콘 웨이퍼보다 훨씬 더 빠르게 냉각될 것이다. 결과적으로, 탄소 웨이퍼 냉각의 감쇠 응답은 실리콘 웨이퍼에 대한 감쇠 응답보다 더 빠를 것이다. 이상을 고려하면, 그리고 본 개시의 실시예들에 따르면, 상당히 상이한 적외선 방사율을 갖는 각각의 웨이퍼 유형은 그 적외선 방사율을 갖는 그 웨이퍼 유형에 대한 특정 교정 커브를 생성하기 위한 교정 절차를 겪을 수 있다. 따라서, 다양한 실시예들에 있어서, 시스템은 그 특정 웨이퍼 유형에 대한 (고온계 교정 커브와 같은) 고온계 교정 데이터를 저장하기 위한 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 저장 매체(매체들)를 포함할 수 있으며, 따라서 프로세싱 툴은, 프로세싱 이전에 그 특정 웨이퍼 유형이 예열 스테이션에 도착할 때 특정 고온계 교정 커브를 사용하도록 스위칭할 수 있다.
다양한 실시예들에 있어서, 특정 유형의 웨이퍼에 대한 저장된 교정 커브를 로딩한 이후에, 프로세싱 시스템은 주어진 고온계 판독치를 사용하여 웨이퍼를 반복가능 온도로 예열할 수 있다. 이러한 예열 온도는 최적 스루풋 및 프로세스 결과들을 위해 제어될 수 있다. 또한, 방법이 비-침습적이고 실제 프로세스 웨이퍼들 상에 작용할 수 있기 때문에, 이러한 냉각 감쇠 응답은, 교정이 프로세싱 제어 한계들 내에 있다는 것을 보장하기 위해 전체 생산 동안 주기적으로 측정될 수 있다. 본 개시의 일부 실시예들에 따르면, 이러한 주기적인 "건강 체크"는, 고온계 전자장치, 배선, 광학적 정렬 등에 문제가 있는 경우 시스템을 중단하고 운영자에게 경고할 수 있다. 또한, 일 실시예에 있어서, 이러한 건강 체크는, 대응하는 교정 커브가 활성화될 때, 웨이퍼들에 할당된 웨이퍼 유형이 정확한 온도 응답을 갖는다는 것을 확실하게 하기 위해 각각의 카세트의 제 1 웨이퍼에 대해 사용될 수 있다.
다음의 도면들 및 순서도들은, 원격 주입 스테이션에서 웨이퍼를 프로세싱하도록 설계된 이온 주입기와 같은 프로세싱 툴의 예열 챔버 내에 위치된 고온계에 대한 고온계 온도 감쇠 교정(Pyrometer Temp Decay Calibration; PTDC) 방법의 예들을 보여준다. 본 실시예들의 교정 동작은, 결과적인 냉각 감쇠 응답에 대해, (안정적이고 따뜻한 온도에서) 예열 스테이션으로 전달하기 이전에, 프로세스 챔버 내의 프로세스 플래튼 상의 알려지고 안정적인 기판 온도에서 시작함으로써 웨이퍼를 "역방향으로(backwards)" 사이클링한다. 간단히 말해서, 본 실시예들은, 광 고온계에 의해 기록된 기판의 실험적인 기판 온도를 사용하여, 예열 챔버와 같은 챔버 내의 프로세스 기판(생산 기판)을 목표 온도까지 정확하게 가열하는 것을 용이하게 하기 위해 이용될 수 있다. 결과적으로, 실험적인 기판 온도는, 프로세스 기판으로부터의 방출에 의해 광 고온계에서 생성된 실험적인 전압을 출력하고 실험적인 전압을 교정 커브 상의 대응하는 기판 온도에 매핑함으로써 결정된다. 이러한 교정 커브들의 생성은 다음의 실시예들에서 상세화된다.
도 1 내지 도 3은 본 개시의 실시예들에 따른 고온계 온도 감쇠 교정(Pyrometer Temp Decay Calibration; PTDC) 방법을 함께 예시한다. 특히, PTDC 방법은 550℃에 대한 고온계 교정 포인트(볼트)를 획득하기 위해 사용된다. 도 1에서, 로드락(102), 이송 챔버(104), 예열 스테이션(106), 및 프로세싱 챔버 또는 프로세싱 스테이션(108)을 포함하는 시스템(100)으로 도시된 프로세싱 시스템이 도시된다. 이하에서 추가로 상세화되는 일부 실시예들에 따르면, PTDC 방법의 하나 이상의 동작들은 제어 시스템 또는 제어기(110)에 의해 제어될 수 있다.
제 1 동작(스테이지 1)에서, 웨이퍼(별개로 도시되지 않음)는 프로세스 스테이션(108)과 같은 프로세스 챔버 내의 프로세스 플래튼(101)으로 도시된 기판 플래튼과 같은 원격 가열 스테이션 상에 위치되며, 여기에서 기판 플래튼은 최대 550 ℃까지 가열되었다. 원격 가열 스테이션에서의 웨이퍼의 가열 및 웨이퍼 온도의 측정은, 플래튼의 저항성 또는 유도성 가열과 같은 알려진 기술들 및 TC와 같은 접촉 온도 측정을 사용하는 측정에 따라 수행될 수 있다. 가열 및 온도 측정은 또한, 후면 가스가 플래튼 표면과 웨이퍼 사이에 적용되는 동안 플래튼 내에 내장된 TC을 가지고 달성될 수 있다. 이와 같이, 원격 가열 스테이션 내의 정확한 장치 및 조건들에 의존하여, 웨이퍼는 프로세스 플래튼 온도보다 약 10℃-50℃ 아래와 같은 평형 온도에 도달한다. 특히,10-50℃의 이러한 웨이퍼 온도 오프셋은 주로 슈테판-볼쯔만 법칙을 사용하는 적외선 방사에 의존할 수 있다. 시작 플래튼 온도와 웨이퍼 온도 사이의 이러한 오프셋에 영향을 주는 다른 인자들은 웨이퍼 상에 존재하는 후면 가스 압력, 기판 플래튼에 대한 웨이퍼의 클램핑 힘, 및 웨이퍼 유형 방사율을 포함한다. 예시의 단순성의 목적을 위해, 그리고 일부 실시예들에 따르면, 이러한 오프셋은 0으로 가정될 수 있다. 다른 실시예들(이후에 설명됨)에 따르면, 추가적인 동작이 전체 교정 정확도를 개선하기 위해 이러한 오프셋을 고려하기 위하여 수행될 수 있다.
약 550℃에서의 웨이퍼의 온도 안정화 이후에, 이러한 550℃ 웨이퍼(오프셋이 없는 것으로 가정됨)는 초기 고온계 판독치 및 후속 냉각 감쇠 응답을 획득하기 위해 가능한 한 빠르게 예열 스테이션(106)으로 이동되고 웨이퍼 위치(103)에 위치된다. 550℃의 온도-안정화된 웨이퍼가 프로세스 플래튼(101) 상에 위치될 때와 예열 스테이션(106)에서 웨이퍼의 배치 및 초기 측정 사이의 경과 시간 또는 이송 간격은 약 7.5 초일 수 있다. 그러나, 실시예들이 이러한 맥락으로 제한되지 않으며, 한편으로 이송 시간은 더 적은 초 또는 더 많은 초일 수 있다.
다양한 실시예들에 있어서, 기판을 예열 스테이션에 위치시키기 이전에, 예열 스테이션의 사전 가온(prewarming)이 목표 사전 가온 온도까지 이루어질 수 있으며, 여기에서 이러한 목표 사전 가온 온도는 온도들의 범위 내에서 설정될 수 있다. 예를 들어, 각각의 교정 포인트 측정에 대해, 예열 스테이션 내의 가열 램프들은 "따뜻함-유지(keep-warm)" 값으로 설정될 수 있으며, 따라서 주변 벽들이 50℃-150℃ 사이의 온도에서 열적으로 안정적이다. 다른 실시예들에 있어서, 예열 스테이션은 실온에 위치될 수 있거나, 또는 150 ℃ 이상으로 가열될 수 있다. 주변 벽들의 이러한 가열은, 고온 판독치에 대한 배경 적외선 방사 효과가 각각의 교정 포인트에 대하여 상당히 상이하지 않다는 것을 보장한다. 다른 실시예들에 있어서, 예열 스테이션은 교정 동안 배경 적외선 방사를 감소시키기 위해 교정 동안 "차가운(cold)" 실온으로 유지될 수 있으며, 여기에서 배경 방사는 그렇지 않았다면 고온계 판독치에 원치 않는 아티팩트들을 추가하였을 것이다.
이러한 웨이퍼 이송 간격(예를 들어, 7.5 초) 동안, 고온계(105)는 예열 스테이션(106)의 웨이퍼 위치(103) 상에 포커싱될 수 있으며, 그 동안 웨이퍼가 아직 예열 스테이션(106)에 도착하지 않았기 때문에 특히 아직 고온계(105) 상에 판독치들이 존재하지 않는다(예를 들어, 고온계는 0에 가까운 볼트를 판독할 수 있다). 고온계 판독의 이러한 간극 때문에, 냉각 감쇠 커브는 이후에 교정 포인트를 획득하기 위해 제로 시간에 대해 외삽되며(이하에서 설명됨), 여기에서 제로 시간은, 프로세스 플래튼(101)으로부터 예열 스테이션(106)으로 가열된 기판의 이송이 개시될 때의 이송 순간을 나타낸다.
웨이퍼가 예열 스테이션(106)으로 이송되자 마자, 이미 전원이 인가되고 동작할 수 있는 고온계(105)는, 전압의 급격한 증가에 의해 표현되는 바와 같이, 웨이퍼 온도를 측정하기 시작한다. 특히, 고온계(105)에 대한 고온계 신호 전압은, 도 2에서 커브(202)(실선들)의 수직 또는 가파른 부분에 의해 도시되는 바와 같이, 초기 값으로 점프한다.
그런 다음, 웨이퍼의 온도 감쇠 응답이 고온계에 의해 측정된다. 다시 말해서, 웨이퍼가 예열 스테이션(106) 내에 남아 있음에 따라, 웨이퍼는, (시간 = 7.5 초(도 2의 라인(201))에 의해 표현되는) 예열 스테이션(106) 내에 막 위치될 때 초기 온도로부터 자연스럽게 냉각될 것이다. 일부 실시예들에 있어서, 웨이퍼는 그 후에 30 초 내지 수 분 동안 예열 스테이션(106) 내에 유지되며, 따라서 고온계의 온도 감쇠 응답(커브(203) 참조)이 기록될 수 있다. 도시된 바와 같이, 커브(203)는 실제로 전압 감쇠 응답이며, 이는 웨이퍼 온도가 감소함에 따라 시간에 따른 고온계 전압에서의 감쇠를 나타낸다.
일부 실시예들에 따르면, 고온계 전압 감쇠 신호(커브(203))에 적용되는 최소 자승, 공칭 커브 피팅과 같은 커브 피팅이 적용되며, 따라서 커브(203)는 (고온계 판독치가 없었던) 이송 간격(0-7.5초)(라인(201))에 걸쳐 외삽될 수 있고(커브(204)), 커브(204)(점선)에 의해 도시된 바와 같이, 시간=0(포인트(205))에서의 이송 순간으로 돌아갈 수 있다.
결과는 커브(204)(점선)의 생성이며, 여기에서 웨이퍼 이송 순간에 대응하는 T = 0 초(포인트(205))에서의 외삽된 고온계 전압 값은 커브(204)와 T=0 초에서의 수직 라인의 교차부로부터 Y-축으로 수평 라인(206)을 연장함으로써 결정된다.
일부 실시예들에 있어서, T=0 초에 대응하는 이송 순간(포인트(205))에서, 프로세스 스테이션(108) 내의 기판에 제공되는 후면 가스(backside gas; BSG)가 턴 오프되며, 그 후에 기판 홀더로부터의 기판의 언클램핑이 이어진다(이러한 시간은, 웨이퍼가 냉각되기 시작하는 때이다). 도 2의 예에 예시된 바와 같이, 이러한 일련의 동작들은 고온계 교정 데이터 포인트의 생성을 야기할 수 있으며, 그 결과, 웨이퍼가 550℃에서 프로세스 스테이션(108) 내의 프로세스 플래튼(101) 상에 위치되었을 때 측정되는 경우 웨이퍼의 고온계 판독치는 약 8 볼트일 것이다.
특히, 프로세스 챔버 내의 플래튼 온도의 측정, 가열 이후의 예열 챔버로의 기판의 이송, 및 기판 이송 이후의 전압 감쇠의 측정이 교정 사이클을 구성하는 것으로 여겨진다. 또한, 다항식 함수의 피팅과 같은 커브 피팅, 제로 시간에 대한 전압 감쇠 외삽, 및 제로-시간 고온계 전압의 결정이 교정 커브 사이클을 구성하는 것으로 여겨질 수 있다. 이하에서 상세화되는 바와 같이, 사이클들은 주어진 고온계 판독치에 기초하여 주어진 기판의 기판 온도를 결정하기에 유용한 추세선들을 생성하기 위해 반복될 수 있다.
도 3은, 이러한 동일한 방법이 상이한 기판 온도들에서 더 많은 교정 포인트들을 획득하기 위해 사용되는 방법을 도시한다. 예를 들어: 고온계 감쇠 커브는, 301에 의해 지정된 동작들의 시퀀스에 의해 표현되는, 500℃의 프로세스 온도(정확하게 측정된 프로세스 플래튼 온도를 의미함)에서 프로세스 스테이션 내의 프로세스 플래튼 상에서 시작된 웨이퍼에 대해 계산된다. 고온계 감쇠 커브는, 302에 의해 지정된 동작들의 시퀀스에 의해 표현된, 450℃에서 프로세스 플래튼 상에서 시작된 웨이퍼에 대해 계산된다. 고온계 감쇠 커브는, 303에 의해 지정된 동작들의 시퀀스에 의해 표현된, 400℃에서 프로세스 플래튼 상에서 시작된 웨이퍼에 대해 계산된다. 고온계 감쇠 커브는, 304에 의해 지정된 동작들의 시퀀스에 의해 표현된, 350℃에서 프로세스 플래튼 상에서 시작된 웨이퍼에 대해 계산된다. 각각의 경우에서, 기초 시나리오는 주어진 프로세스 온도에서 프로세스 플래튼으로부터의 이송을 수반하며, 여기에서 이송 간격(라인(201))은 7.5 초를 소비한다. 이송 프로세스가 개시된 이후의 7.5 초에서의 주어진 기판 온도의 특성인 고온계 전압 판독치에서의 초기 점프(커브(202))는 기판이 냉각됨에 따라 전압 대 시간의 감쇠로 이어진다.
도 4는 T=0 초에서 고온계 값들과 교차하는 수평 라인들에 대응하는 Y-축 절편으로부터 취해진, 전압-플래튼 온도 데이터 포인트들에 기초하는 기판 온도 대 고온계 전압에 대한 추세선(401) 또는 교정 커브를 보여주는 차트를 나타낸다. 결과적으로, T=0 초에서의 고온계 전압 값들은, 실선들로서 도시된, 도 3의 측정된 고온계 전압 커브들의 각각으로부터 외삽된, 외삽된 커브들(점선 커브 라인들)과 T=0 초에서의 수직 라인의 교차를 나타낸다. 도 4에 예시된 바와 같이, 고온계 전압에서의 선형 증가가 증가된 기판 온도에 대해 발생한다. 함수 온도로서 고온계 전압 값들의 세트를 사용하면, 시스템(100)은 주어진 고온계 전압 판독치에 기초하여 예열 스테이션(106) 내의 웨이퍼 온도를 추정할 수 있다. 이러한 교정 루틴은 상당히 상이한 방사율(온도 감쇠 커브)을 갖는 각각의 웨이퍼 유형에 대해 반복될 수 있다. 그런 다음, 시스템(100)이 새로운 웨이퍼 유형을 프로세싱하려고 할 때, 새로운 웨이퍼 유형에 대응하는 추세선(401) 또는 교정 커브가 제어 시스템(110)에 의해 시스템(100) 내로 로딩될 수 있다. 그러면, 시스템(100)은 예열 스테이션(106)에서 출력 및/또는 제어들을 조정할 수 있으며, 따라서, 고온계(105)로부터의 실시간 고온계 전압 판독치들에 기초하여 예열 스테이션(106) 내의 기판 온도의 정확한 제어 또는 기판 온도의 판독치가 획득된다.
도 5는 TC 웨이퍼에 의해 측정되는 실제 온도 대 고온계로부터 취해진 웨이퍼 온도 추정을 보여주는 예시적인 커브들을 나타내는 그래프이다. 도 5의 차트는 고온계로부터의 웨이퍼 온도 추정 대 TC 웨이퍼에 의해 측정된 실제 온도를 도시한다. 고온계 판독치(실선 커브(502))는, 웨이퍼가 평형에 도달했을 때 웨이퍼의 온도가 플래튼 온도(501)와 동일하다고 가정한다. 0 오프셋의 이러한 초기 가정이 부정확할 수 있다. 평형 이후에, 웨이퍼 온도는 일반적으로 플래튼 온도보다 약 10℃-50℃만큼 더 낮다. 점선(507)은, 이러한 예에서 플래튼이 500℃일 때 실제 웨이퍼 온도(TC 웨이퍼)가 플래튼 온도보다 약 15 도 더 낮다는 것을 보여준다. 그런 다음, 웨이퍼가 플래튼으로부터 제거되고 냉각된 이후에, 고온계 판독치(실선 커브(502))는 실제 웨이퍼 온도(점선(503))보다 더 빠른 레이트로 감쇠할 것이며, 이는, 웨이퍼(실리콘 웨이퍼)가, 온도가 감소함에 따라, 고온계 전압을 생성하는 것을 담당하는 적외선(infrared; IR) 방사에 대해 점점 더 투명해지기 때문이다. 냉각 동안 IR 방사에 대한 웨이퍼의 증가하는 투명도는 고온계가 웨이퍼를 "시-스루(seeing-through)"하고 예열 챔버의 배경 온도를 픽 업하는 것을 시작하게끔 한다. 이러한 배경 방사가 웨이퍼 자체보다 더 차갑기 때문에, 고온계 교정(실선)은, 웨이퍼가 실제 웨이퍼보다 더 차갑다고 생각한다(점선).
그러나, 2개의 커브들(전압, ℃)이 (회색 박스(504)에 의해 표현된) 냉각 간격의 처음 30 초 정도에서 밀접한 피팅을 갖는 한, 교정 루틴은, 웨이퍼가 냉각되기 시작하기 이전의 플래튼 온도에 대응하는 전압을 추정하기 위해, T=0(포인트(505))으로 돌아가는 외삽에 대해 적절한 정확한 고온계 전압 대 시간 경향을 측정하기에 충분한 시간을 가져야 한다.
도 6은 초기 교정 추세선(602)(점선)에 대해 이루어진 정정 (실선) 추세선(601)을 보여주는 예시적인 전압 대 온도 커브들을 예시하며, 여기에서 초기 교정 라인(점선)은 프로세스 플래튼과 웨이퍼의 시작 온도 사이에 0 오프셋을 가정한다. 도 6에서, 정정(실선)은 프로세스 플래튼과 웨이퍼의 시작 온도 사이에 0 오프셋을 가정한 초기 교정 추세선에 대해 이루어진다.
이러한 오프셋은 적외선 방사에 대한 슈테판-볼쯔만 법칙으로부터의 방정식들을 사용하여 계산될 수 있다. 오프셋은 또한, 상이한 온도들(0 ℃ - 800℃) 및 상이한 후면 가스 압력 및 클램핑 힘들에서 주입 플래튼 상의 TC가 계장된(instrumented) 테스트 웨이퍼를 가지고 경험적으로 측정되고 특징지어질 수 있다. 표준 순수 실리콘 기계적 웨이퍼에 대한 이러한 오프셋 특징화는, 이러한 웨이퍼 유형들이 동일한 조건들 하에서 상당히 차이나는 오프셋을 보여주는 경우 상이한 방사율들을 갖는 웨이퍼들에 대해 반복될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 이러한 오프셋 측정은, 접근 방식이 특수 TC 계장화 웨이퍼를 필요로 하기 때문에, 프로세싱되는 실제 기판의 프로세싱 조건들 하에서 인-시튜로 반복되지 않을 것이다. 따라서, 오프셋 절차의 사용에 기초하는 가정은 (각각의 조건에 대해) 이러한 오프셋이 시간에 걸쳐 상대적으로 안정적이라는 것이다.
도 6은 또한 오프셋 추세선을 적용한 이후의 정정된 온도들(603)을 도시한다. 이들은 예열 스테이션에서 고온계의 전압-대-온도 변환을 위해 사용하기 위한 값들이다. 따라서, 도 6을 야기하는 전술한 접근 방식은 고온계 전압 판독치에 기초하여 예열 스테이션(106) 내의 웨이퍼 온도를 예측하는 교정 커브를 생성한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 주어진 고온계 전압 판독치, 예를 들어, 8 V에 대해, 정정을 갖고 예측된 기판 온도는 정정이 없는 것보다 더 낮다.
달리 말하면, 오프셋에 대해 정정할 때, 8V의 고온계 전압은 550 도 ℃의 더 높은 비-정정된 기판 온도 대신에 더 낮은 기판 온도(예를 들어, 535 도 ℃)에 대응할 것이다.
특히, 도 6은 특정 적외선 방사율을 갖는 하나의 특정 웨이퍼 유형에 대한 교정 추세선을 도시한다. 이러한 동일한 방법은, 고객이 사용하고자 하는 상당히 상이한 방사율의 각각의 웨이퍼 유형에 대한 교정을 획득하기 위해 반복될 수 있다. 본 개시의 실시예들에 따르면, 이러한 웨이퍼 유형(또는 교정 커브 자체)은, 예열 동안 고온계가 웨이퍼 온도를 예측하기 위해 사용되기 이전에 시스템(100)이 적용할 교정 커브를 알 수 있도록 레시피에 입력될 수 있다.
특히, 고온계들은 전형적으로 특정 웨이퍼 (목표) 적외선 방사율을 예상하도록 프로그래밍된다. 고온계의 방사율 프로그램의 변화는 고온계의 내부 교정을 상이한 출력 전압 범위로 스위칭할 것이다. 본 실시예들의 방법들에 있어서, 고온계 예상 방사율 프로그램은 모든 웨이퍼 유형들에 대해 동일한 값으로 설정될 수 있으며, 이는 방법들이 냉각 동안 고온계의 전압 감쇠를 단순하게 측정하는 것을 수반하기 때문이다. 이러한 고려 사항은, 디폴트 방사율 프로그램이 고온계에 대해 선택되고 변화되지 않아야 한다는 것을 의미한다. 예를 들어, 전형적인 프로세싱되지 않은 실리콘 기계적 웨이퍼에 대한 0.7의 방사율이 디폴트로서 선택될 수 있다. 고온계 방사율 프로그램을 일정하게 유지함으로써, 프로세싱 반복성에서 하나의 잠재적인 변수가 제거된다.
도 1 내지 도 6에 의해 강조된 절차들의 결과로서, 고온계 교정이 각각의 웨이퍼 유형에 대해 알려져 있기 때문에, 실제 생산 웨이퍼들의 프로세싱 동안, 프로세싱될 웨이퍼는 개선된 프로세스 제어를 위해 예열 스테이션에서 일관된 온도까지 예열될 수 있다. 추가적인 실시예들에 있어서, 이상에서 개괄된 바와 같은 이러한 교정 프로세스는 또한 다양한 이슈들을 검출하기 위해 기판 프로세스 플래튼뿐만 아니라 고온계 시스템의 주기적인 건강 체크들을 제공하도록 용도가 변경될 수 있다. 일부 비-제한적인 실시예들에 있어서, 이러한 이슈들은 다음을 포함한다: a) 고온계가 잘못된 방사율 디폴트로 설정되는지 여부를 결정하는 것; b) 고온계가 광학적 또는 기계적 오-정렬을 갖는다는 것; c) 증가된 파편들 또는 프로세스 필름이 고온계 윈도우를 가리고 있는 것. 이슈는 또한 다음을 포함할 수 있다: d) 웨이퍼들이 웨이퍼들을 프로세싱하기 위해 사용되는 레시피에서 잘못된 웨이퍼 유형으로 식별되는 것; e) BSG 라인의 장애에 기인하여 감소된 기판 프로세스 플래튼 후면 가스(backside gas; BSG)가 프로세스 스테이션에 존재하는 것; f) 플래튼 뒤틀림 또는 정전 클램프 품질저하에 기인하여 감소된 프로세스 플래튼 클램핑 힘이 존재하는 것.
도 7은 본 개시의 실시예들에 따른 프로세스 흐름(700)을 나타내며, 특히 순서도로 이상에서 설명된 동작들을 상세화한다. 프로세스 흐름(700)은, 도시된 바와 같이, 이러한 동작들 중 일부가 반복될 수 있는, 일련의 동작들을 수반한다. 블록(702)에서, 최저 목표 프로세스 온도와 같은 프로세스 플래튼 온도가 수립되며, 여기에서 교정이 희망된다. 프로세스 플래튼은, 기판들이 가열될, 이온 주입기의 주입 스테이션과 같은 프로세싱 툴 또는 임의의 다른 프로세싱 툴의 프로세스 챔버 또는 프로세스 스테이션에 있을 수 있다. 프로세스 플래튼의 온도는, 예를 들어, 최저 목표 온도까지 상승될 수 있다.
블록(704)에서, 웨이퍼들을 예열하기 위한 예열 스테이션은 사전 가온된다. 일 예로서, 가열 램프들은, 비-제한적인 실시예들에서, 50 ℃ 내지 150 ℃의 범위 내의 온도들까지, 내부 벽들과 같은 예열 스테이션의 컴포넌트들을 사전 가온하기 위해 사용될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 예열 스테이션은 또한 실온에 위치될 수 있거나, 또는 150 도 ℃보다 훨씬 더 뜨거울 수 있다.
다른 실시예들에 있어서, 예열 스테이션의 내부 벽들은 교정 동안 실온에 가깝게 유지될 수 있다.
블록(706)에서, 프로세스 플래튼 및 예열 스테이션은, 프로세스 플래튼 온도가 목표 온도에서 안정화되는 것을 허용하기 위해 그리고 예열 스테이션 온도가 예열 온도에서 안정화되는 것을 허용하기 위해 미리 결정된 간격 동안 일정한 조건들 하에 유지될 수 있다.
블록(708)에서, 주어진 웨이퍼는 예열 스테이션으로 이송된다. 주어진 웨이퍼는 동일한 웨이퍼 유형의 생산 웨이퍼들을 교정하기 위해 사용될 특정 웨이퍼 유형을 나타낼 수 있다.
블록(710)에서, 주어진 웨이퍼는 개방-루프 제어 모드로 예열 스테이션에서 예열된다. 이러한 개방-루프 제어 모드는 프로세스 플래튼의 온도에 기초하여 특정 램프 파워를 가지고 그리고 특정한 양의 시간 동안 웨이퍼를 예열하기 위한 단순한 시간-기반 룩 업 테이블일 수 있다. 반도체 웨이퍼가 가열될 때, 반도체 웨이퍼는 열 팽창을 겪을 것이다. 실온 웨이퍼가 프로세스 플래튼 상에 직접적으로 로딩되며 이러한 플래튼이 이미 높은 T0 교정 온도에 있는 경우, 열 팽창 전부가 프로세스 플래튼 상에서 발생할 것이다. 이러한 환경은, 직접 접촉으로 웨이퍼를 가열하도록 배열된 프로세스 플래튼에 클램핑되어 있는 동안에 열 팽창 동안 웨이퍼의 후면으로부터의 입자들이 플래튼 표면을 스크래칭하는 것을 야기할 수 있다. 따라서, 이러한 열 팽창으로부터의 입자들이 스크래핑하는 것을 회피하기 위해, 웨이퍼는 웨이퍼를 비-접촉 램프들을 이용하여 가열하는 예열 스테이션에서 이것의 열 팽창의 대부분을 겪을 수 있다. 고온계 교정이 완료되지 않았기 때문에, 이러한 예열된 웨이퍼의 정밀한 온도가 알려지지 않는다. 그러나, 웨이퍼의 일반적인 온도-범위는, 웨이퍼가 특정 파워에서 램프들 아래에서 얼마나 오래 가열되었는지에 기초하여 추정될 수 있다. 이러한 개방-루프 제어 모드는 프로세스 플래튼 온도에 기초하여 특정한 양의 시간 동안 특정한 양의 램프 파워를 웨이퍼로 전달하도록 배열된 룩업 테이블을 가지고 간단하게 웨이퍼를 예열한다. 요약하면, 이러한 절차는, 직접 열 접촉을 가지고 정확한 T0 온도에 대해 안정화하기 위해 프로세스 플래튼으로의 웨이퍼의 전달 이전에 웨이퍼가 비-접촉 램프들을 가지고 대부분의 열 팽창을 겪는 것을 허용한다.
블록(712)에서, 예열된 웨이퍼는 예열 스테이션으로부터 프로세스 챔버 내의 프로세스 플래튼으로 이송된다. 특히, 프로세스 플래튼은, 예열된 웨이퍼가 프로세스 플래튼으로 이송되는 시점에 목표 온도를 갖는다.
블록(714)에서, 온도 안정화 프로세스가 수행되며, 이러한 프로세스는 기판 또는 기판 플래튼으로 후면 가스를 제공하는 것을 포함할 수 있고, 여기에서 안정화 프로세스는 최대 몇 분을 필요로 할 수 있다. 따라서, 후면 가스는 프로세스 플래튼 내에 내장된 TC들과 웨이퍼 사이의 개선된 열 결합을 제공할 수 있다.
블록(716)에서, 웨이퍼 냉각 차단 밸브가 폐쇄되며, 차단 밸브가 폐쇄되는 시간(순간)이 기록되거나 또는 저장된다.
블록(718)에서, 가열된 웨이퍼는 프로세스 플래튼으로부터 예열 스테이션으로 이송되며, 예컨대 예열 스테이션의 웨이퍼 위치에 위치된다. 웨이퍼 위치는, 예열 스테이션에서 가열될 때 프로세스 웨이퍼가 위치되는 동일한 위치에 대응할 수 있다.
블록(720)에서, 고온계 판독치들이 시간 간격에 걸쳐 기록되며, 여기에서, 일부 비-제한적인 실시예들에 있어서, 최대 60 초에 이르는 것과 같은 몇 초 또는 그 이상의 지속 기간 동안, 유효 판독치들이 먼저 측정된다. 유효 판독치들은 가열된 웨이퍼가 고온계의 시야 내로 들어올 때 기록되며, 여기에서 고온계는, 가열된 웨이퍼가 프로세스 스테이션으로부터 예열 스테이션으로 이송되기 이전에 턴 온되고 웨이퍼 위치로 조준된다. 이와 같이, 유효 판독치들은 시간의 함수로서 고온계 전압을 나타내는 커브를 생성하기 위해 복수의 판독치들로서 기록될 수 있다.
블록(722)에서, 커브 피팅 프로세스가 유효 고온계 전압 판독치들의 세트에 적용된다. 일 예로서, 2차 다항식이 유효 고온계 판독치들에 피팅될 수 있다. 다항식은, 예를 들어, 희망되는 온도 간격에 대해 전압 대 시간을 나타내는 커브를 생성할 수 있다.
블록(724)에서, 다항식은 t=0에서의 고온계 온도를 추정하기 위해 사용된다. 예를 들어, 다항식 커브는 t=0으로 돌아가 실제 전압 대 시간 데이터를 외삽하기 위해 사용될 수 있으며, 따라서 웨이퍼 이송 프로세스가 개시될 때의 고온계 전압 판독치가 결정될 수 있다. 웨이퍼 이송 프로세스의 개시 순간은, 일부 실시예들에서, 웨이퍼 냉각 차단 밸브가 차단되는 시간에 대응할 수 있다.
결정 블록(726)에서, 프로세스 플래튼에 막 적용된 목표 온도가 교정된 가장 뜨거운 프로세스 플래튼 온도인지 여부에 대한 결정이 이루어진다. 그러한 경우, 흐름은 블록(730)으로 진행하며, 여기에서 전압-대-온도 변환을 제공하는 그래프 또는 데이터 구조가 계산된다. 예를 들어, Y-축은 플래튼 온도를 나타낼 수 있으며, 반면 X-축은 고온계 전압을 나타낸다.
결정 블록(726)에서, 대응하는 고온계 전압을 생성하기 위해 사용되는 현재 프로세스 플래튼 온도가 교정된 가장 뜨거운 프로세스 플래튼 온도를 나타내지 않는 경우, 흐름은 블록(728)으로 진행하며, 여기에서 프로세스 플래튼 온도가 증가된다. 프로세스 플래튼 온도는, 일부 실시예들에서, 50 도 증분, 25 도 증분, 10 도 증분 등과 같은, 규칙적인 온도 증분들로 증가될 수 있다. 실제적인 구현예들에 대해, 25 도 증분들이 충분할 수 있다.
그런 다음 흐름은 블록(704)으로 진행한다.
다양한 실시예들에 있어서, 이상에서 개시된 동작들 중 적어도 일부는 자동화될 수 있다. 예를 들어, 제어기(110)는 전술한 동작들의 일부의 조합을 자동화하기 위해 다양한 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 도 8은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 제어기(110)의 구현예를 개략적으로 도시한다. 제어기(110)는 메모리(802)와 같은 저장 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 비-제한적인 실시예들에 있어서, 제어기(110)는 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 또는 다른 전자 디바이스에 구현될 수 있다. 제어기(110)는, 프로세스 스테이션(108), 예열 스테이션(106), 및 고온계(105)를 포함하는 다양한 다른 컴포넌트들과 인터페이스하기 위한 인터페이스(806)를 포함할 수 있다. 제어기(110)는, 메모리(802)와 관련하여 이하에서 상세화되는 바와 같은 다양한 동작들을 구현하기 위한 회로부를 포함하는 프로세서(808)를 포함할 수 있다. 본 개시의 실시예들에 따르면, 메모리(802)는 도 7에 개괄된 바와 같은 동작들의 자동 제어를 구현하기 위한 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 일 예로서, 메모리(802)는, 도 7의 동작들 중 적어도 일부를 수행하기 위해 프로세서(808) 상에서의 실행을 위한 교정 루틴(804)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 새로운 기판 유형이 교정될 때, 교정 루틴은 도 7에 개괄된 바와 같은 동작들 중 일부 또는 전부를 실행할 수 있다.
메모리(802)는 또한, 복수의 기판 유형 엔트리들을 포함하는 데이터베이스(810)를 포함할 수 있다. 기판 유형 엔트리는 기판의 물리적 특성들을 식별할 수 있으며, 전술된 실시예들에서 상세화된 바와 같이, 그 기판 유형에 대해 결정된 대응하는 교정 커브를 포함할 수 있다. 이와 같이, 운영자는, 생산 기판에 대한 기판 유형을 입력함으로써, 생산 기판의 가열을 제어하기 위한 파라미터들을 로딩하기 위해 제어기(110)를 이용할 수 있으며, 따라서 제어기가 예열 스테이션에서 기록된 고온계 전압을 기판 온도에 매핑하기 위한 적절한 교정 커브를 자동으로 검색하게끔 한다. 그런 다음, 기판의 예열은, 기판 플래튼을 프로세스 스테이션 내에 로딩하기 이전에, 기록된 고온계 전압에 기초하여 정확한 기판 온도를 생성하기 위해 수행될 수 있다.
요약하면, 본 접근 방식들은, 생산 이전에 고온계를 교정하기 위한 웨이퍼-접촉 열전대들을 필요로 하지 않고, 반도체 툴 예열 스테이션에서 웨이퍼 온도를 측정하는 비-접촉 고온계의 장점을 제공한다. 프로세싱 이전에 극단적인 온도까지 웨이퍼들을 가열하도록 배열된 반도체 프로세싱 장비는 실온으로부터 초기 가열 동안 신뢰할 수 있는 방식으로 그들의 온도를 측정해야 할 필요가 있다. 본 실시예들에 의해 제공되는 특정 장점은 예열 스테이지 동안 신뢰할 수 있는 웨이퍼 온도 측정의 결과이며, 이는 소비자가 최적 스루풋 및 프로세스 결과들에 대한 일관된 예열 온도를 지정하는 것을 가능하게 한다. 본 실시예에서 제공되는 다른 장점은, 접촉 없이 기판 온도를 용이하게 결정하기 위한 능력이다. 고온계 교정이 비-접촉 방식으로 수행되고, 프로세스 웨이퍼에 접촉하는 임의의 TC들을 필요로 하지 않기 때문에, 후면 입자들의 생성 및 웨이퍼에 대한 손상이 문제가 되지 않는다. 추가로, 본 실시예들이 TC 계장형 웨이퍼 또는 TC 접촉을 필요로 하지 않기 때문에, 본원에서 개시된 것과 동일한 접근 방식들은 전체 생산에 대해 최소한의 중단을 가지고 시스템 건강 체크를 수행하거나 또는 교정을 체크하기 위한 기능을 제공한다. 추가적인 장점은, 본 실시예들은 프로세싱 이전에 잘못된 웨이퍼 방사율 유형이 웨이퍼들의 특정 로트(lot)에 할당되었을 때를 검출하기 위해 활용될 수 있다는 점이다.
이상의 설명은 본 실시예들을 예시하고 설명하기 위해 제공된다. 그러나, 이상의 설명은 본원에 첨부된 청구항들에서 기술되는 실시예들의 범위를 한정하는 것으로 간주되지 않아야 한다.
Claims (15)
- 방법으로서,
제 1 챔버에서 플래튼 상의 기판을 가열하는 단계로서, 상기 플래튼은 플래튼 온도에 의해 특징지어지는, 단계;
접촉 온도 측정을 사용하여 상기 제 1 챔버에서 상기 플래튼 온도를 측정하는 단계;
상기 가열하는 단계 이후에 상기 기판을 제 2 챔버로 이송하는 단계; 및
상기 기판을 상기 제 2 챔버로 이송하는 단계 이후에, 시간의 함수로서 고온계 전압을 측정하기 위해 광 고온계를 사용하여 전압 감쇠를 측정하는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 플래튼은 프로세스 플래튼을 포함하며, 상기 방법은, 제로 시간을 기록하는 단계로서, 상기 제로 시간은, 상기 프로세스 플래튼으로부터 상기 제 2 챔버로의 상기 기판의 이송이 개시되는 때의 이송 순간을 나타내는, 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 2에 있어서,
상기 이송하는 단계는 상기 이송 순간 이후의 제 2 순간에서 상기 기판을 상기 제 2 챔버 내의 기판 위치에 위치시키는 단계를 포함하며, 상기 전압 감쇠를 측정하는 단계는 복수의 전압 데이터를 생성하기 위해 복수의 순간들에서 상기 고온계 전압을 측정하는 단계를 포함하고,
상기 방법은,
전압 감쇠 커브를 생성하기 위해 다항식 함수를 상기 복수의 전압 데이터에 피팅하는 단계;
상기 제로 시간에 대해 상기 전압 감쇠 커브를 외삽하는 단계;
수평 라인과 제로 시간에서의 상기 전압 감쇠 커브의 교차부에 대응하는 고온계 전압을 결정함으로써 제로-시간 고온계 전압을 결정하는 단계; 및
전압-플래튼 온도 데이터 포인트를 생성하기 위해 상기 제로-시간 고온계 전압을 상기 플래튼 온도에 매핑하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 2 챔버는 예열 스테이션을 포함하며,
상기 방법은,
상기 제 1 챔버에서 상기 기판을 가열하는 단계 이전에 상기 예열 스테이션 내에 상기 기판을 위치시키는 단계; 및
상기 기판을 위치시키는 단계 이전에, 상기 예열 스테이션을 목표 사전 가온(prewarm) 온도까지 사전 가온하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 3에 있어서,
상기 제 1 챔버에서 상기 기판을 가열하는 단계, 상기 제 1 챔버에서 상기 플래튼 온도를 측정하는 단계, 상기 가열하는 단계 이후에 상기 기판을 제 2 챔버로 이송하는 단계, 및 상기 기판을 이송하는 단계 이후에 상기 전압 감쇠를 측정하는 단계는 제 1 교정 사이클을 구성하며,
상기 방법은,
적어도 하나의 추가적인 교정 사이클을 수행하는 단계로서, 상기 플래튼 온도는 상기 제 1 교정 사이클과 상기 적어도 하나의 추가적인 교정 사이클 사이에서 증가되는, 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 다항식 함수를 피팅하는 단계, 상기 제로 시간에 대해 상기 전압 감쇠를 외삽하는 단계, 및 상기 제로-시간 고온계 전압을 결정하는 단계는 제 1 교정 커브 사이클을 구성하며,
상기 방법은,
적어도 하나의 추가적인 교정 커브 사이클을 수행하는 단계로서, 상기 플래튼 온도는 상기 제 1 교정 커브 사이클과 상기 적어도 하나의 추가적인 교정 커브 사이클 사이에서 증가되며, 상기 제 1 교정 커브 사이클 및 상기 적어도 하나의 추가적인 교정 커브 사이클의 각각의 교정 사이클은 전압-플래튼 온도 데이터 포인트를 생성하는, 단계; 및
상기 제 1 교정 사이클 및 적어도 하나의 추가적인 교정 사이클에 기초하여 복수의 전압-플래튼 온도 데이터 포인트들을 포함하는 교정 추세선을 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 방법은,
상기 제 1 기판에 대한 제 1 기판 유형을 기록하는 단계;
프로세스 기판을 상기 제 2 챔버 내로 로딩하는 단계;
광 고온계에 의해 기록된 상기 기판의 실험적인 기판 온도를 사용하여, 상기 제 2 챔버에서 상기 프로세스 기판을 목표 온도까지 가열하는 단계를 더 포함하며,
상기 실험적인 기판 온도는,
상기 프로세스 기판으로부터의 방출에 의해 상기 고온계에서 생성된 실험적인 전압을 출력하는 단계; 및
상기 실험적인 전압을 상기 교정 커브 상의 대응하는 기판 온도에 매핑하는 단계에 의해 생성되는, 방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 방법은,
상기 기판이 상기 플래튼 상에 위치될 때, 목표 온도 범위에 대해, 플래튼 온도와 기판 온도 사이의 오프셋을 결정하는 단계; 및
상기 교정 커브 및 상기 오프셋에 기초하여 정정된 교정 커브를 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 방법으로서,
프로세스 챔버 내의 기판 플래튼을 플래튼 온도까지 가열하기 위한 가열 신호를 전송하는 단계;
접촉 온도 측정을 사용하여 상기 플래튼 온도를 측정하는 단계;
상기 기판 플래튼이 상기 플래튼 온도에 있을 때, 상기 프로세스 챔버 내의 상기 기판 플래튼으로 기판을 이송하기 위한 제 1 이송 신호를 전송하는 단계;
온도-안정화 간격 이후에, 이송 순간에서, 상기 프로세스 챔버로부터 상기 기판을 이송하고 상기 기판을 예열 스테이션 내의 기판 위치에 위치시키기 위한 제 2 이송 신호를 전송하는 단계;
광 고온계로부터 시간의 함수로서 복수의 전압 판독치들을 수신하는 단계로서, 상기 광 고온계는 상기 기판이 상기 기판 위치에 위치될 때 상기 기판을 측정하는, 단계; 및
미리 결정된 시간 간격 동안, 상기 복수의 전압 판독치들을 포함하는 전압 감쇠 커브를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 방법은,
제로 시간을 기록하는 단계로서, 상기 제로 시간은, 상기 프로세스 플래튼으로부터 상기 예열 챔버로의 상기 기판의 이송이 개시되는 때의 이송 순간을 나타내는, 단계;
상기 전압 감쇠 커브를 생성하기 위해 다항식 함수를 상기 복수의 전압 판독치들에 피팅하는 단계;
상기 제로 시간에 대해 상기 전압 감쇠 커브를 외삽하는 단계; 및
수평 라인과 제로 시간에서의 상기 전압 감쇠 커브의 교차부에 대응하는 고온계 전압을 결정함으로써, 상기 프로세스 온도에 대응하는 제로-시간 고온계 전압을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 10에 있어서,
상기 기판 플래튼을 가열하기 위한 상기 가열 신호를 전송하는 단계, 상기 플래튼 온도를 측정하는 단계, 상기 제 1 이송 신호를 전송하는 단계, 상기 제 2 이송 신호를 전송하는 단계, 및 상기 제로-시간 고온계 전압 데이터를 결정하는 단계는 제 1 교정 사이클을 구성하며,
상기 방법은,
적어도 하나의 추가적인 교정 사이클을 수행하는 단계로서, 상기 제 1 온도는 상기 제 1 교정 사이클과 상기 적어도 하나의 추가적인 교정 사이클 사이에서 증가되는, 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 11에 있어서,
상기 적어도 하나의 추가적인 교정 사이클의 각각의 교정 사이클에서 추가적인 제로-시간 고온계 전압 데이터가 생성되며,
상기 방법은, 상기 제 1 교정 사이클 및 적어도 하나의 추가적인 교정 사이클에 기초하여 복수의 전압-플래튼 온도 데이터 포인트들을 포함하는 교정 커브를 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 12에 있어서,
상기 방법은,
상기 제 1 기판에 대한 제 1 기판 유형을 기록하는 단계;
프로세스 기판을 상기 예열 챔버 내로 로딩하는 단계;
상기 프로세스 기판이 상기 제 1 기판 유형에 대응한다는 것을 결정하는 단계;
광 고온계에 의해 기록된 상기 기판의 실험적인 기판 온도를 사용하여, 상기 예열 챔버에서 상기 프로세스 기판을 목표 온도까지 가열하는 단계를 더 포함하며,
상기 실험적인 온도는,
상기 프로세스 기판으로부터의 방출에 의해 상기 광 고온계에서 생성된 실험적인 전압을 출력하는 단계; 및
상기 실험적인 전압을 상기 교정 커브 상의 대응하는 기판 온도에 매핑하는 단계에 의해 생성되는, 방법.
- 하기의 동작들을 수행하기 위해 프로세서에 의해 실행될 수 있는 컴퓨터-판독가능 프로그램 코드를 저장하는 비-일시적인 컴퓨터-판독가능 저장 매체로서, 상기 동작들은,
(a) 프로세스 챔버 내의 기판 플래튼을 플래튼 온도까지 가열하기 위한 가열 신호를 전송하는 동작;
(b) 접촉 온도 측정을 사용하여 상기 플래튼 온도를 측정하는 동작;
(c) 상기 기판 플래튼이 상기 플래튼 온도에 있을 때, 상기 프로세스 챔버 내의 상기 기판 플래튼으로 기판을 이송하기 위한 제 1 이송 신호를 전송하는 동작;
(d) 온도-안정화 간격 이후에, 이송 순간에서, 상기 프로세스 챔버로부터 상기 기판을 이송하고 상기 기판을 예열 스테이션 내의 기판 위치에 위치시키기 위한 제 2 이송 신호를 전송하는 동작;
(e) 광 고온계로부터 시간의 함수로서 복수의 전압 판독치들을 수신하는 동작으로서, 상기 광 고온계는 상기 기판이 상기 기판 위치에 위치될 때 상기 기판을 측정하는, 동작; 및
(f) 미리 결정된 시간 간격 동안, 상기 복수의 전압 판독치들을 포함하는 전압 감쇠 커브를 생성하는 동작을 포함하는, 비-일시적인 컴퓨터-판독가능 저장 매체.
- 청구항 14에 있어서,
상기 컴퓨터-판독가능 프로그램 코드는 하기의 동작들을 수행하기 위한 것이며, 상기 동작들은,
(g) 제로 시간을 기록하는 동작으로서, 상기 제로 시간은, 상기 기판 플래튼으로부터 상기 예열 챔버로의 상기 기판의 이송이 개시되는 때의 이송 순간을 나타내는, 동작;
(h) 상기 전압 감쇠 커브를 생성하기 위해 다항식 함수를 상기 복수의 전압 판독치들에 피팅하는 동작;
(i) 상기 제로 시간에 대해 상기 전압 감쇠 커브를 외삽하는 동작; 및
(j) 수평 라인과 제로 시간에서의 상기 전압 감쇠 커브의 교차부에 대응하는 고온계 전압을 결정함으로써, 상기 프로세스 온도에 대응하는 제로-시간 고온계 전압을 결정하는 동작을 포함하는, 비-일시적인 컴퓨터-판독가능 저장 매체.
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201962855465P | 2019-05-31 | 2019-05-31 | |
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