[发明专利]用于实时测定加工过程中工件的原位发射率的系统和方法

说明书

本发明涉及一种用于测定出一个固体物体或工件，如半导体晶片的参数的系统和方法，尤其是涉及一种在热加工过程中实时求出晶片的发射率和/或温度的系统和方法。

热加工炉是大家所熟知的，并且多年来用在多种半导体制造工艺中，包括退火，扩散，氧化和化学气相沉积。结果，很容易理解，这些加工过程特别是冲击过程使得终产品的质量和均一性不断变化。典型的热加工炉不是卧式的就是立式的。在一些应用中，立式加工炉较受欢迎，因为它们在使用中产生质粒较少，因此降低了污染发生率和晶片损耗，容易自动控制，而且由于相对小的底座，故占地面积较小。

大家知道，两种传统类型的加工炉设计用来加热半导体晶片到所需的温度，以在线宽维持在小于1微米时，使掺杂物扩散到所需的深度，或执行其它传统的加工工艺，例如施加一个氧化层到晶片上或沉积化学汽相层到晶片上。在加工过程中晶片的加热条件是大家知道的且很好理解，因此被密切监视。

传统立式热加工炉，例如管式炉，被设计成在加工炉内的垂直位置支撑加工管。典型的热加工炉还使用舟形晶片组件，它被安装至适当的机构以从加工管内移进或移出晶片。然后晶片被抬升到石英或硅加热管内。然后这个管被缓慢加热到所需温度并维持这个温度到一个预定的时间。之后，这个管再被缓慢地降温、晶片被从管内取出、加工过程完成。这个加工工艺的缺点在于它对于晶片可能遭受的时间-温度变化有限制。这些或其它类型的传统立式热加工炉在Fuse等的美国专利申请No.5,217,501和Kakizaki等的美国专利申请No.5,387,265中被描述。

由于硅集成电路的临界尺寸继续向下缩小到亚微米规格。对晶片内温度的均一性和晶片到晶片的温度可重复性的要求变得越来越严格。例如，以0.18μm工艺来说，所需的晶片到晶片的温度的可重复性的量级是+/-3℃。

高温计是用于无接触测定在热加工炉内的硅晶片加工期间的温度的可选择的方法之一。但是它有一些大家共知的缺陷。一个缺陷是必须知道晶片背面的发射率才能获得准确的温度测定。通常是，硅晶片的背面层经受干扰作用后，晶片的光谱发射率可能发生巨大改变，这将导致在加工期间的温度测定出现误差。另外，晶片的发射率还依赖背部表面的粗糙度和晶片的温度。所有这些缺点使得晶片发射率的测定和预测变得很困难。

现有工艺曾试图测定原位，即在炉内或加热室内晶片的发射率，以便在加工期间测定晶片的温度。现有工艺测出晶片发射率的方法之一是使用AC波纹技术，如前面提到的美国专利No.5,310,260中所阐述的一样。一个光源被用来照射在热加工装置的加热室内的晶片的背面。除去光源的AC成分的量，测定从晶片反射的辐射和源强度。然后用波动公式计算出晶片的发射率。这种方法的一个缺点是，因为它完全发生在热加工炉的加热或加工室内，因此，半球形并均匀地照射那里的晶片，如果不说不可能，那么也是非常困难的。结果，正确地求出晶片的发射率，特别是在加工过程中实时的晶片发射率很困难。

现有工艺系统的另一个缺点是用来加热室内和晶片的加热灯还被用来照射晶片。另外，加热灯的方向和位置被固定在系统内。这个位置固定的灯很难半球形地并均匀地照射加热室内的晶片。再者，由加热灯产生的AC波纹被用来测出晶片的反射率。灯位置的固定加上AC波纹常常导致晶片反射率测定失误。

关于求出在加工期间晶片的发射率和温度的另一个困难是正确地测出在加工期间加热室内的辐射量。这个问题的产生是因为杂散光，即从光源而不是从晶片发出的辐射，在测定加热室内的辐射量时被反射到高温计上。这个测定的辐射值被累加到由晶片发射的辐射中，被用来测出晶片的温度。因为晶片的发射率是所要求的，高温计信号不能够正确地测定仅仅从晶片发射的辐射。传统的系统不能精确并完全地补偿这个杂散光成分，因此用当今生产技术取得准确的所需的温度有困难。

由于现有的热加工炉的前述和其它缺点，本发明的一个目的是提供一个用于正确、实时测出晶片发射率的系统。

本发明的另一个目标是提供一个用于测定并校正加工室内的杂散光的系统。

本发明总的和具体的目标在下面的附图和描述中将会很好地理解。