[发明专利]工件破损防止方法及设备

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年5月16日提交的美国专利申请号61/071,764的优先权。

技术领域

本发明涉及一种用于对工件进行热处理的方法和设备，所述工件例如是半导体晶片。

背景技术

众多的申请涉及对工件进行热处理。例如，在半导体芯片如微处理器的制造中，工件典型地包括：被支撑在热加工腔内为了进行退火或其它热处理目的的半导体晶片。在此通过引用结合于本文的、共同拥有的美国专利号7,501,607，讨论了用于对这样的半导体晶片进行退火的热处理技术的示例，其中，晶片首先被预加热到中间温度，接着顶面或器件侧表面快速地加热到退火温度。初始预加热阶段以明显比通过晶片的热传导时间慢的速度发生，并且，例如，可以通过利用弧光灯或其它辐照装置对晶片的背面或衬底侧进行辐照来实现初始预加热阶段，从而以小于400℃每秒的缓变率来加热晶片。随后的表面加热阶段以比通过晶片的热传导时间快得多的速度发生，以使得只有器件侧表面被加热到最终退火温度，而晶片的主体保持靠近较凉的中间温度。这样的表面加热可以通过将器件侧表面暴露在来自闪光灯或一组闪光灯的高功率辐照闪光下而获得，闪光具有相对短的持续时间，举例来说，比如一毫秒。晶片的较凉的主体随后充当散热器以利于器件侧表面的快速冷却。

这样的涉及将晶片的器件侧快速地加热到基本上高于晶片主体的温度的退火方法，趋于引起器件侧以比晶片其余部分快的速度进行热膨胀。取决于器件侧温度和晶片主体温度之间的温差的大小，这可趋于引起“热弯曲”，从而正常平坦的晶片本身变形为热变形形状。取决于器件侧加热阶段的大小和速度，热变形形状可具有穹顶形状属性，晶片的中心趋于相对其边缘区域快速隆起。热弯曲还引起工件的外周或边缘(举例来说，比如直径30cm的晶片的外侧二或四厘米)急剧地向下卷曲，因此，热变形形状还可以具有类似于FRISBEE^TM飞碟的碟状的属性。热变形形状代表减小的晶片应力构造，降低了由器件侧和晶片主体之间的温度梯度所引起的热应力。

由于晶片的器件侧被迅速加热(例如，在1毫秒的闪光期间，比晶片中的典型的热传导时间快得多)，晶片的变形可以足够快速地发生，使晶片的边缘趋于快速向下移动。如果晶片由靠近其边缘的常规支撑销支撑，晶片的热弯曲可对支撑销施加大的向下的力，潜在地损坏或破坏销和晶片两者，这样的力还可能引起晶片本身从支撑销垂直地向上弹起，这可能导致当晶片向下回落并撞击销时进一步地损坏晶片。如果晶片由位于径向进一步向内的支撑销进行支撑，晶片的边缘可以快速地向下弯曲，并撞击将晶片支撑在其上的支撑板，潜在地损坏或破坏晶片。此外，由于这样的热弯曲发生的快速，传递到晶片的各个区域的初速度趋于引起晶片超过平衡的最小应力形状，并快速振动或摆动，从而导致额外的应力，并潜在的损坏或破坏晶片。

发明内容

除了可以辐照闪光导致的半导体晶片的快速热变形之外，半导体晶片还可以在热处理期间的其它情形下热变形。

例如，如果热梯度在相当慢的预加热阶段期间贯穿晶片的厚度而存在，(例如，作为只辐照晶片的一个面，或使用不相等的功率辐照两个面的结果)，晶片的较热面比较冷面热膨胀更多，因此趋于引起晶片变形为穹顶形状，穹顶的外表面上具有较热侧。

作为进一步的示例，如果薄膜已被施加到晶片的一个表面，存在这样的可能：薄膜可具有与在晶片的另一侧的材料(其可以是晶片衬底，或施加到另一侧的不同薄膜)不同的热膨胀系数(CTE)。这还可能趋于产生晶片的热变形。

发明人已经认明在热处理期间这样的变形对半导体晶片或其它工件的诸多影响，例如，发明人已观察到，晶片表面放射或反射的电磁辐照的测量可能易受晶片的变形所引起的测量误差影响。例如，如果正在测量晶片表面的反射率，由于与晶片的热变形穹顶形状相关的放大率或球面透镜效应，由晶片反射的并在检测器处接收的照明辐照的强度将随着晶片从平面形状热变形为穹顶形状而变化，从而引入了测量误差源。如果这样的反射率测量被用来产生发射率补偿温度测量，这样的温度测量还将受到这样的测量误差的影响。