一種改善晶圓尖峰退火均一性的校準(zhǔn)方法
【專利摘要】一種改善晶圓尖峰退火均一性的校準(zhǔn)方法，晶圓通過機械手臂上傳到圓形托環(huán)上，并對其進(jìn)行退火處理，退火后的晶圓放置到電阻值測量裝置上進(jìn)行晶圓的電阻測量，并根據(jù)該測量的電阻值大小分布，計算機系統(tǒng)自動計算并判斷托環(huán)的實際溫度分布的中心點，根據(jù)該中心點，電機控制板控制機械手臂對下一片待尖峰退火的晶圓在托環(huán)上的目標(biāo)位置進(jìn)行自動修正，保證晶圓退火的均一性，避免晶圓上出現(xiàn)電阻值一邊高一邊低的情況；本發(fā)明能快速、準(zhǔn)確的改善尖峰退火效果的均一性，以保證晶圓中摻雜元素的結(jié)深分布均勻性，并節(jié)省時間和人力。
【專利說明】一種改善晶圓尖峰退火均一性的校準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種半導(dǎo)體器件制造工藝中改善晶圓尖峰退火均一性的校準(zhǔn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，集成電路向體積小、速度快和低功耗方向發(fā)展。尤其是當(dāng)半導(dǎo)體器件的特征尺寸不斷按比例縮小，其摻雜元素在退火后的橫向和縱向擴散程度也要求相應(yīng)減小，且結(jié)深要淺。為了控制摻雜元素的擴散以及得到較淺的結(jié)深，業(yè)界普遍采用的退火工藝為尖峰退火。尖峰退火工藝是利用加熱的熱源將晶圓快速升到900?1200°C的溫度，然后快速降溫，整個過程約1.5秒。
[0003]對于尖峰退火工藝，業(yè)界主流設(shè)備采用晶圓托環(huán)支撐晶圓，請參閱圖1，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中托環(huán)的溫度分布中心點(02點)與晶圓中心點(01點)重合的示意圖。執(zhí)行尖峰退火工藝過程時，機械手臂先傳送晶圓到托環(huán)的目標(biāo)位置，加熱單元對晶圓正面進(jìn)行加熱，同時，晶圓托環(huán)以一定的速度帶動晶圓旋轉(zhuǎn)，以確保退火的均勻性。
[0004]然而，影響托環(huán)溫度分布的因素有:托環(huán)的結(jié)構(gòu)形狀、帶動托環(huán)轉(zhuǎn)動的傳動裝置的結(jié)構(gòu)形狀、晶圓的退火時間、晶圓直徑、晶圓厚度和托環(huán)的轉(zhuǎn)動速度等，所以托環(huán)的溫度分布規(guī)律是隨著不同的加工工藝而發(fā)生變化的，其溫度分布的中心點也是隨著不同的加工工藝而發(fā)生變化的，當(dāng)晶圓的中心點與托環(huán)的溫度分布中心點出現(xiàn)偏移時(如圖2所示)，會造成晶圓邊緣一邊吸走的熱量多，而另一邊吸走的熱量少的情況，因此，出現(xiàn)了晶圓邊緣熱量流失不對稱的情況。
[0005]如果晶圓邊緣熱量流失不對稱，會造成晶圓中摻雜元素的結(jié)深分布不均勻，直接影響尖峰退火的效果。為保證晶圓邊緣熱量流失的對稱性，業(yè)界通常用晶圓上的電阻值分布示意圖來反映晶圓邊緣熱量吸收的情況。請參閱圖3,圖3為當(dāng)晶圓出現(xiàn)圖2所示的中心偏移時，晶圓上的電阻值分布示意圖。如圖所示，晶圓邊緣電阻值分布出現(xiàn)了一邊高一邊低的情況。通常，出現(xiàn)類似情況時，由工程師根據(jù)電阻值分布，判斷晶圓中心的偏移情況，再人為調(diào)整機械手臂傳送晶圓的目標(biāo)位置，來改善晶圓中心的偏移。
[0006]然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，通過人為判斷與操作，無法保證機械手臂的定位位置與托環(huán)溫度分布的中心點一致，無法保證晶圓退火的均一性；且又耗費時間和人力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種改善晶圓尖峰退火均一性的校準(zhǔn)方法和系統(tǒng)，其通過提供一種自動判斷晶圓中心的偏移，并調(diào)整機械手臂的自動化校準(zhǔn)系統(tǒng)，以快速、準(zhǔn)確的改善尖峰退火效果的均一性，節(jié)省時間和人力。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種改善晶圓尖峰退火均一性的校準(zhǔn)方法和系統(tǒng)，采用的是，所述方法具體包括如下步驟:[0010]步驟S1:退火后的晶圓放置到電阻值測量裝置上進(jìn)行晶圓的電阻測量，電阻值測量裝置將測得的電阻值信號傳輸給電阻值變送裝置；
[0011]步驟S2:電阻值變送裝置將該信號轉(zhuǎn)換成所測晶圓電阻值的大小分布實測值，并將所測晶圓電阻值的大小分布實測值傳輸給該計算機系統(tǒng)；
[0012]步驟S3:計算機系統(tǒng)通過其邏輯計算板，篩選出晶圓外圈上最大電阻值的坐標(biāo)值[Xmax (橫坐標(biāo)),Ymax (縱坐標(biāo))，Rmax (阻值)],和最小電阻值的坐標(biāo)值[Xmin (橫坐標(biāo))，Ymin (縱坐標(biāo))，Rmin (阻值)]；
[0013]步驟S4:根據(jù)最大電阻值的坐標(biāo)值和最小電阻值的坐標(biāo)值，對下一片待尖峰退火的晶圓在托環(huán)上的目標(biāo)位置進(jìn)行修正，在X軸方向的修正量為:(Xmin-Xmax) * (Rmax-Rmin) /C ；Y 軸方向的修正量為:(Ymin-Ymax) * (Rmax-Rmin)/C，機械手臂的原定位坐標(biāo)加上X軸或者Y軸的修正量，作為修正后的托環(huán)溫度分布的中心點(O點)；其中，C為常數(shù)，單位為歐姆；
[0014]步驟S5:判斷修正量大小，X軸方向的修正量或Y軸方向的修正量蘭0.0lmm時，機械手臂在X軸或者Y軸射線方向的移動量為修正量所示大?。?0.01mm<修正量〈0.0lmm時，機械手臂的移動量為O ;修正量=-0.0lmm時，機械手臂的移動方向為X軸或者Y軸射線方向的反向方向的移動量為修正量所示大??；
[0015]步驟S6:電機控制板接受計算機系統(tǒng)和邏輯計算板傳出的指令，并控制機械手臂以根據(jù)修正后的定位坐標(biāo)，對下一片待尖峰退火的晶圓在托環(huán)上的目標(biāo)位置進(jìn)行修正和重新定位。
[0016]此處設(shè)計目的在于，計算機系統(tǒng)通過其邏輯計算板，可以篩選出晶圓外圈上最大電阻值的坐標(biāo)值和最小電阻值的坐標(biāo)值，并可以根據(jù)最大電阻值的坐標(biāo)值和最小電阻值的坐標(biāo)值，自動計算并判斷托環(huán)的實際溫度分布的中心點，并對下一片待尖峰退火的晶圓在托環(huán)上的目標(biāo)位置進(jìn)行自動修正，并可以根據(jù)修正量控制機械手臂在X軸或者Y軸射線的正向或者反向進(jìn)行移動調(diào)整，以對下一片待尖峰退火的晶圓在托環(huán)上的目標(biāo)位置進(jìn)行修正和重新定位，避免出現(xiàn)晶圓上的電阻值出現(xiàn)一邊高一邊低的情況，保證了晶圓中摻雜元素的結(jié)深分布均勻性，節(jié)省了時間和人力。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一種改善晶圓尖峰退火均一性的校準(zhǔn)方法和系統(tǒng)，采用的是:所述機械手臂與晶圓的接觸面之間設(shè)置有陶瓷纖維墊片。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一種改善晶圓尖峰退火均一性的校準(zhǔn)方法和系統(tǒng)，采用的是，所述機械手臂的定位誤差小于0.01mm。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一種改善晶圓尖峰退火均一性的校準(zhǔn)方法和系統(tǒng)，采用的是，所述晶圓尖峰退火是在得到摻雜元素的較淺結(jié)深的加工工藝中，將晶圓快速升到800?1200°C的溫度，然后快速降溫，整個過程為I?180秒。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一種改善晶圓尖峰退火均一性的校準(zhǔn)方法和系統(tǒng)，采用的是，所述晶圓直徑為50?350mm。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一種改善晶圓尖峰退火均一性的校準(zhǔn)方法和系統(tǒng)，采用的是，所述圓形托環(huán)的轉(zhuǎn)速為每分鐘O?300轉(zhuǎn)。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一種改善晶圓尖峰退火均一性的校準(zhǔn)方法和系統(tǒng)，采用的是，所述機械手臂的定位坐標(biāo)與機械手臂上傳的晶圓的圓心坐標(biāo)相同。[0023]此處設(shè)計目的在于，機械手臂與晶圓的接觸面之間設(shè)置有陶瓷纖維墊片，避免機械手臂對晶圓的損壞；圓形托環(huán)的勻速轉(zhuǎn)動，目的是使晶圓在熱源下的加熱均勻；晶圓的快速高溫退火，是為了得到摻雜元素的較淺結(jié)深；機械手臂的定位坐標(biāo)與機械手臂上傳的晶圓的圓心坐標(biāo)相同，方便機械手臂坐標(biāo)控制和晶圓的定位坐標(biāo)的設(shè)定。
[0024]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明一種改善晶圓尖峰退火均一性的校準(zhǔn)方法和系統(tǒng)，通過自動判斷晶圓中心的偏移，自動調(diào)整機械手臂，從而可以快速、準(zhǔn)確的改善尖峰退火效果的均一性，節(jié)省時間和人力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中托環(huán)的溫度分布中心點與晶圓中心點重合的示意圖；
[0026]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中托環(huán)的溫度分布中心點與晶圓中心點不重合的示意圖；
[0027]圖3為當(dāng)晶圓出現(xiàn)圖2所示的中心偏移時，晶圓上的電阻值分布示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明改善晶圓尖峰退火均一性的校準(zhǔn)方案優(yōu)選實施方式的邏輯框圖；
[0029]圖5為本發(fā)明晶圓在晶圓托環(huán)上進(jìn)行尖峰退火工藝時的結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0030]圖6為機械手臂上傳晶圓進(jìn)行尖峰退火的傳遞示意圖。
[0031]圖中:1_熱源，2-托環(huán)，3-機械手臂，4-晶圓。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖3-6，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0033]需要說明的是，在下述實施例中，以一片直徑為D300的晶圓為例進(jìn)行說明。
[0034]請參閱圖4，圖4為本發(fā)明改善晶圓尖峰退火均一性的校準(zhǔn)方案優(yōu)選實施方式的邏輯框圖，首先，晶圓4通過定位坐標(biāo)控制的機械手臂3上傳到圓形托環(huán)2上，如坐標(biāo)控制點為(0，0)，單位為_，并用加熱的熱源I對其進(jìn)行退火處理，并有如下提高晶圓尖峰退火均一性的步驟:
[0035]步驟S1:退火后的晶圓4放置到電阻值測量裝置上進(jìn)行晶圓4的電阻測量，電阻值測量裝置將測得的電阻值信號傳輸給電阻值變送裝置，如圖3，圖3為當(dāng)晶圓出現(xiàn)圖2所示的中心偏移時，晶圓上的電阻值分布示意圖；
[0036]步驟S2:電阻值變送裝置將該信號轉(zhuǎn)換成所測晶圓4電阻值的大小分布實測值，并將所測晶圓4電阻值的大小分布實測值傳輸給該計算機系統(tǒng)；
[0037]步驟S3:計算機系統(tǒng)通過其邏輯計算板，篩選出晶圓4外圈上最大電阻值的坐標(biāo)值[Xmax, Ymax, Rmax],和最小電阻值的坐標(biāo)值[Xmin, Ymin, Rmin],如最大電阻值的坐標(biāo)值(130，-20，181)和最小電阻值的坐標(biāo)值(-130，40，175)；
[0038]步驟S4:根據(jù)最大電阻值的坐標(biāo)值和最小電阻值的坐標(biāo)值，對下一片待尖峰退火的晶圓4在托環(huán)2上的目標(biāo)位置進(jìn)行修正，在X軸方向的修正量為:(Xmin-Xmax) * (Rmax-Rmin)/C ;Y 軸方向的修正量為:(Ymin-Ymax) * (Rmax-Rmin)/C，機械手臂3的原定位坐標(biāo)加上X軸或者Y軸的修正量，作為修正后的托環(huán)溫度分布的中心零點；其中，C為常數(shù)，單位為歐姆；取0 = 60歐姆，則在X軸方向的修正量為:(Xmin-Xmax) * (Rmax-Rmin) /C = -26mm ；Y 軸方向的修正量為:(Ymin-Ymax) * (Rmax-Rmin) /C=6mm ；[0039]步驟S5:判斷修正量大小，X軸方向的修正量或Y軸方向的修正量3 0.0lmm時，機械手臂3在X軸或者Y軸射線方向的移動量為修正量所示大小；-0.01mm<修正量〈0.0lmm時，機械手臂3的移動量為O ;修正量=-0.0lmm時，機械手臂3的移動方向為X軸或者Y軸射線方向的反向方向的移動量為修正量所示大小；
[0040]步驟S6:電機控制板接受計算機系統(tǒng)和邏輯計算板傳出的指令，并控制機械手臂3以根據(jù)修正后的定位坐標(biāo)，對下一片待尖峰退火的晶圓4在托環(huán)2上的目標(biāo)位置進(jìn)行修正和重新定位，如圖5和圖6，根據(jù)以上計算得到修正后的定位坐標(biāo)為(-26，6)，并對下一片待尖峰退火的晶圓4在托環(huán)2上的目標(biāo)位置進(jìn)行修正和重新定位。
[0041]計算機系統(tǒng)通過其邏輯計算板，可以篩選出晶圓4外圈上最大電阻值的坐標(biāo)值和最小電阻值的坐標(biāo)值，并可以根據(jù)最大電阻值的坐標(biāo)值和最小電阻值的坐標(biāo)值，自動計算并判斷托環(huán)的實際溫度分布的中心點，并對下一片待尖峰退火的晶圓4在托環(huán)2上的目標(biāo)位置進(jìn)行自動修正，并可以根據(jù)修正量控制機械手臂3在X軸或者Y軸射線的正向或者反向進(jìn)行移動調(diào)整，以對下一片待尖峰退火的晶圓4在托環(huán)2上的目標(biāo)位置進(jìn)行修正和重新定位，避免出現(xiàn)晶圓上的電阻值出現(xiàn)一邊高一邊低的情況，保證了晶圓中摻雜元素的結(jié)深分布均勻性；并避免了人工調(diào)整晶圓的位置，縮短了溫度分布規(guī)律的判斷時間和晶圓位置的調(diào)整操作時間，提高了晶圓退火工藝的效率，也降低了產(chǎn)品的成本。
[0042]在實施例中，機械手臂3與晶圓4的接觸面之間設(shè)置有陶瓷纖維墊片。
[0043]在實施例中，機械手臂3的定位誤差小于0.01_。
[0044]在實施例中，晶圓4尖峰退火是在得到摻雜元素的較淺結(jié)深的加工工藝中，將晶圓4快速升到1100°C的溫度，然后快速降溫，整個過程為1.5秒。
[0045]在實施例中，晶圓4直徑為300mm。
[0046]在實施例中，圓形托環(huán)2的轉(zhuǎn)速為每分鐘80轉(zhuǎn)。
[0047]在實施例中，機械手臂3的定位坐標(biāo)與機械手臂3上傳的晶圓4的圓心坐標(biāo)相同。
[0048]機械手臂3與晶圓4的接觸面之間設(shè)置有陶瓷纖維墊片，避免機械手臂3對晶圓4的損壞；圓形托環(huán)2的勻速轉(zhuǎn)動，目的是使晶圓在熱源下的加熱均勻；晶圓的快速高溫退火，是為了得到摻雜元素的較淺結(jié)深；機械手臂3的定位坐標(biāo)與機械手臂3上傳的晶圓4的圓心坐標(biāo)相同，方便機械手臂3坐標(biāo)控制和晶圓4的定位坐標(biāo)的設(shè)定。
[0049]使用本發(fā)明的一種晶圓尖峰退火均一性的校準(zhǔn)方法和系統(tǒng)能自動計算并判斷托環(huán)的實際溫度分布的中心點，并對下一片待尖峰退火的晶圓在托環(huán)上的目標(biāo)位置進(jìn)行自動修正；避免出現(xiàn)晶圓上的電阻值出現(xiàn)一邊高一邊低的情況，保證了晶圓中摻雜元素的結(jié)深分布均勻性；避免了人工調(diào)整晶圓的位置，縮短了溫度分布規(guī)律的判斷時間和晶圓位置的調(diào)整操作時間，提高了晶圓退火工藝的效率，也降低了產(chǎn)品的成本；機械手臂的定位坐標(biāo)與機械手臂上傳的晶圓的圓心坐標(biāo)相同，方便機械手臂坐標(biāo)控制和晶圓的定位坐標(biāo)的設(shè)定。本發(fā)明適用于各種半導(dǎo)體器件制造工藝中晶圓尖峰退火的領(lǐng)域。
[0050]以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述實施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍，因此凡是運用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種改善晶圓尖峰退火均一性的校準(zhǔn)方法，晶圓(4)通過定位坐標(biāo)控制的機械手臂(3)上傳到晶圓托環(huán)(2)上，并用加熱的熱源(I)對其進(jìn)行退火處理，其特征在于，所述方法具體包括如下步驟: 步驟S1:退火后的晶圓(4)放置到電阻值測量裝置上進(jìn)行晶圓(4)的電阻測量，電阻值測量裝置將測得的電阻值信號傳輸給電阻值變送裝置； 步驟S2:電阻值變送裝置將該信號轉(zhuǎn)換成所測晶圓(4)電阻值的大小分布實測值，并將所測晶圓(4)電阻值的大小分布實測值傳輸給該計算機系統(tǒng)； 步驟S3:計算機系統(tǒng)通過其邏輯計算板，篩選出晶圓(4)外圈上最大電阻值的坐標(biāo)值[Xmax, Ymax, Rmax],和最小電阻值的坐標(biāo)值[Xmin, Ymin, Rmin]； 步驟S4:根據(jù)最大電阻值的坐標(biāo)值和最小電阻值的坐標(biāo)值，對下一片待尖峰退火的晶圓⑷在托環(huán)⑵上的目標(biāo)位置進(jìn)行修正，在X軸方向的修正量為:(Xmin-Xmax) * (Rmax-Rmin)/C ；Y 軸方向的修正量為:(Ymin-Ymax) * (Rmax-Rmin)/C，機械手臂(3)的原定位坐標(biāo)加上X軸或者Y軸的修正量，作為修正后的托環(huán)溫度分布的中心零點；其中，C為常數(shù)，單位為歐姆； 步驟S5:判斷修正量大小，X軸方向的修正量或Y軸方向的修正量3 0.0lmm時，機械手臂(3)在X軸或者Y軸射線方向的移動量為修正量所示大?。?0.01mm<修正量〈0.0lmm時，機械手臂(3)的移動量為O;修正量=-0.0lmm時，機械手臂(3)的移動方向為X軸或者Y軸射線方向的反向方向的移動量為修正量所示大??； 步驟S6:電機控制板接受計算機系統(tǒng)和邏輯計算板傳出的指令，并控制機械手臂(3)以根據(jù)修正后的定位坐標(biāo)，對下一片待尖峰退火的晶圓(4)在托環(huán)(2)上的目標(biāo)位置進(jìn)行修正和重新定位。
2.如權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述機械手臂(3)與晶圓⑷的接觸面之間設(shè)置有陶瓷纖維墊片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述機械手臂(3)的定位誤差小于0.0lmnin
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述晶圓(4)尖峰退火是在得到摻雜元素的較淺結(jié)深的加工工藝中，將晶圓(4)快速升到800?1200°C的溫度，然后快速降溫，整個過程為I?180秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述晶圓(4)直徑為50?350mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述圓形托環(huán)(2)的轉(zhuǎn)速為每分鐘O?300轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述機械手臂(3)的定位坐標(biāo)與機械手臂(3)上傳的晶圓(4)的圓心坐標(biāo)相同。
【文檔編號】H01L21/324GK103972139SQ201410215824
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】謝威, 賴朝榮, 蘇俊銘, 張旭升 申請人:上海華力微電子有限公司