基于低羟基石英组件的晶圆均匀热处理方法与流程

本发明涉及半导体制造热处理工艺控制领域，尤其涉及基于低羟基石英组件的晶圆均匀热处理方法。

背景技术：

1、在集成电路制造的氧化、扩散和退火等批式热处理中，大口径石英扩散炉管与石英舟长期承受升温、保温和降温循环。石英组件的羟基含量、内径与圆度等材料和几何状态会影响辐射换热及气体通导，舟槽位置、槽宽、支承点高度和倾角还会改变晶圆间距与遮挡关系，因此相同名义配方在不同组件状态和装载组合下可能形成不同的轴向温场与工艺气体流场。

2、现有控制方式通常依赖设备温区设定、少量监控片结果或整批平均偏差进行回调，难以把监控结果定位到具体炉管、石英舟和物理舟槽，也难以区分装载或传感变化造成的批次扰动与石英组件热变形、析晶和几何漂移造成的累积偏差。稀疏监控结果若按轴向距离或全局平均传播，还可能掩盖由实际气体通导、辐射交换或共用气路形成的局部影响路径。

3、此外，组件测量不确定度、无监控锚点的舟槽区域以及拆装、清洗或更换后的状态恢复，均会影响补偿方案的可信度和安全边界。若多区加热、分段供气、舟位调整和装载重排分别独立回调，容易造成控制量相互抵消或使石英形变及析晶风险增加。

4、因此，需要一种能够解决上述现有技术不足的基于低羟基石英组件的晶圆均匀热处理方法。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出基于低羟基石英组件的晶圆均匀热处理方法，针对现有技术难以同时表征石英组件材料与几何差异、跨批热历史、逐槽装载变化和稀疏监控反馈的问题，提出了按组件标识建立状态记录、通过逐槽降阶热—流模型生成舟位预测、依据气体通导关系、辐射交换关系和共用气路关系构建物理槽位交互图、沿图传播监控残差并形成局部灵敏度修正、将残差分离为批次关联工艺状态和组件累积状态、联合求解至少两类补偿量并分域更新配方与组件记录的技术方案，本发明具备沿真实热流路径识别局部偏差并在组件老化和装载变化并存时维持跨批热处理均匀性的技术效果。

2、本发明提供了一种基于低羟基石英组件的晶圆均匀热处理方法，包括：

3、s1、为扩散炉管和石英舟分配组件标识，采集与组件标识关联的羟基含量和几何状态，建立组件状态记录；

4、s2、根据批次热处理数据更新所述组件状态记录中的热历史状态，将更新后的组件状态记录与逐槽装载图输入逐槽降阶热—流模型，获得各舟位的工艺结果预测，并依据气体通导关系、辐射交换关系和共用气路关系建立物理槽位交互图；

5、s3、将监控舟位的工艺结果实测值与所述工艺结果预测的残差作为锚点，沿所述物理槽位交互图传播，获得未测舟位残差场和局部灵敏度修正，并将所述残差场分配为批次关联工艺状态和组件累积状态；

6、s4、根据所述局部灵敏度修正、批次关联工艺状态和组件累积状态校正所述工艺结果预测，联合确定至少两类补偿量，生成下一批补偿方案，其中所述批次关联工艺状态用于更新下一批配方，所述组件累积状态用于更新对应的组件状态记录并生成维护指示；

7、s5、按照所述下一批补偿方案执行晶圆热处理，获取批后监控舟位的工艺结果实测值以及本批次热处理数据，并将其用于下一轮步骤s2至步骤s4的处理。

8、可选的，s1包括：沿扩散炉管的轴向和周向采集羟基含量、内径、圆度、直线度和同轴度，采集石英舟各舟槽的三维坐标、槽宽、支承点高度和倾角；

9、将各测量值、测量位置、测量时间、测量不确定度以及装机、维护或复测事件写入与所述组件标识关联的组件状态记录。

10、可选的，s2包括：所述批次热处理数据包括各温区的温度—时间轨迹、升温速率、降温速率、气氛、压力和清洗次数；

11、对于不存在前一批次热历史状态的装机组件或更换组件，根据装机或更换后的羟基含量、几何状态及设备基准热处理记录建立初始热历史状态；

12、根据所述批次热处理数据形成热负荷增量，并结合复测形变量对所述热负荷增量进行修正，将修正后的热负荷增量累加至前一批次的热历史状态或所述初始热历史状态，得到更新后的热历史状态；

13、进一步的，所述逐槽装载图记录产品片、监控片和挡片对应的物理舟槽；

14、所述逐槽降阶热—流模型根据实际槽距、扩散炉管与石英舟的偏心量、晶圆遮挡状态和轴向气路，生成各舟位的有效辐射视角、气体通导量、热响应量和工艺速率量，并由所述工艺速率量生成氧化层厚度、扩散结深或方阻的所述工艺结果预测；

15、进一步的，以各舟槽为节点；

16、根据相邻舟槽的实测间距和晶圆遮挡状态确定气体通导边，根据所述有效辐射视角确定辐射交换边，根据轴向供气支路的共用关系确定共用气路边；

17、将所述气体通导边、辐射交换边和共用气路边组合为所述物理槽位交互图。

18、可选的，s3包括：根据所述气体通导边的通导量、所述辐射交换边的视角因子和所述共用气路边的支路关联度分别确定边权重；

19、固定监控舟位的所述残差，按照各边权重对与监控舟位连通的未测舟位进行残差传播，得到所述未测舟位残差场；

20、根据传播前后的残差变化与所述逐槽降阶热—流模型对各类补偿量的灵敏度，生成所述局部灵敏度修正；

21、进一步的，根据所述残差与逐槽装载图变化及监控舟位的工艺结果实测值变化在相邻批次中的同步性，生成批次同步性评价值；

22、根据所述残差与所述热历史状态及从所述组件状态记录取得的几何复测结果在多个批次中的一致性，生成组件一致性评价值；

23、由设备标定批次中两类评价值的分位数分别确定批次判别阈值和组件判别阈值，当仅一个评价值达到对应判别阈值时，将所述残差场分配给对应状态；

24、当两个评价值均达到对应判别阈值时，以两评价值归一化后的值为权重对所述残差场进行受约束分配，使两个状态分量之和等于所述残差场；

25、当两个评价值均未达到对应判别阈值时，将对应残差标记为未分类残差并计入传播不确定度；

26、根据扩散炉管或石英舟的拆装、清洗和更换事件校正分配结果，将批次同步性对应的状态分量作为所述批次关联工艺状态，将组件一致性对应的状态分量作为所述组件累积状态。

27、可选的，s4包括：所述至少两类补偿量选自多区加热偏置、分段供气量、分段供气时序、石英舟轴向位置调整量和装载重排量；

28、以各舟位的校正后工艺结果预测相对目标值的偏差与各类补偿量相对当前控制值的改变量为联合求解目标，并以设备允许范围、工艺总剂量范围、升温速率范围、降温速率范围及石英形变和析晶风险允许范围为约束，确定所述下一批补偿方案；

29、将所述批次关联工艺状态仅写入与下一批配方关联的工艺状态记录，将所述组件累积状态仅写入对应组件标识的组件状态记录；

30、由石英组件验收准则和设备标定批次确定复测阈值、清洗阈值和更换阈值并写入所述组件状态记录，当所述组件累积状态达到对应阈值时生成复测指示、清洗指示或更换指示；

31、进一步的，对于不包含监控舟位的图连通分量，采用未作残差校正的工艺结果预测，并将该图连通分量的传播不确定度设定为不低于依据设备标定批次确定的不确定度阈值；

32、根据所述组件状态记录中羟基含量和几何状态的测量不确定度，以及完成所述设定后残差沿所述物理槽位交互图传播形成的传播不确定度，确定各舟位的不确定度评价值；

33、当任一舟位的不确定度评价值达到所述不确定度阈值时，收紧所述下一批补偿方案中的峰值温度上限、升温速率上限和单批补偿步长上限，并在对应舟位设置监控片。

34、可选的，s5包括：在按照所述下一批补偿方案完成晶圆热处理后，将批后监控舟位的工艺结果实测值用于形成下一轮残差锚点，并将本批次热处理数据写入对应组件标识的组件状态记录；

35、在执行所述复测指示、清洗指示或更换指示对应的维护操作后，根据维护后的羟基含量和几何状态复测结果以及设备基准热处理记录建立维护后初始热历史状态，以所述维护后初始热历史状态重置所述热历史状态，并根据维护事件及所述复测结果重置或修正所述组件累积状态。

36、本发明的有益效果是：

37、1、通过把羟基含量、几何状态、热历史及逐槽装载图与组件标识关联，逐槽降阶热—流模型能够依据实际槽距、炉管与石英舟偏心、晶圆遮挡和轴向气路生成舟位级预测，使补偿依据对应到具体组件和物理舟槽。

38、2、通过由气体通导边、辐射交换边和共用气路边组成的物理槽位交互图传播稀疏监控残差，并据此修正局部灵敏度，可使未测舟位的偏差估计遵循真实热流影响路径，降低全局平均回调对局部几何缺陷的掩盖。

39、3、通过将残差分配为批次关联工艺状态和组件累积状态，分别更新下一批配方与组件状态记录，并在不确定度达到阈值时限幅和增设监控片，可在执行多类联合补偿的同时形成复测、清洗或更换闭环。