对处理衬底的框架进行均匀照射的方法和系统与流程

1.本发明涉及对半导体衬底的照射。
2.更具体地，本发明涉及对处理衬底的框架(frame)进行均匀照射的方法和系统。


背景技术：

3.为了制造半导体器件，在称为热处理的过程期间将半导体衬底暴露于脉冲光束。
4.半导体衬底通常由包括多个框架的材料晶片形成。每个框架包括一个或多个集成电路。
5.在热处理过程期间，对多个框架的照射必须遵循一些特定的规则，以便均匀照射每个框架。必须对照射进行管理，以避免任何重叠(对应于对框架的两次或多次照射)。
6.此外，晶片也具有一些不应该被照射的区域。事实上，晶片的边缘很脆弱，照射可能会造成损坏。
7.第一种已知的解决方案是使用足以同时覆盖整个晶片的照射。在这样的解决方案中，不需要管理从一个框架到另一框架的照射过渡。由于系统的布置，实现了均匀性。
8.在这样的系统中，使用保护环来防止边缘受到照射。
9.然而，这样的系统不能提供足够的能量密度来同时覆盖整个晶片。此外，对保护环的照射可能会生成使晶片劣化的颗粒。
10.第二种已知的解决方案基于使用不足以覆盖整个晶片的较小照射。这种较小的照射与扫描台相结合，该扫描台适于在照射下方移动晶片，使得整个晶片不中断地被均匀曝光。作为替代方案，可以使用光学扫描系统来移动照射，以便不中断地均匀照射晶片(在该替代方案中晶片不移动)。作为另一替代方案，包括扫描台和光学扫描系统的系统适于均匀照射晶片(通过较小的照射)。
11.然而，使用扫描台仅适于慢速扫描过程，因为所述扫描台通常很重。此外，用这样的系统实现精确的扫描过程是相当困难的。最后，对扫描台和光学扫描系统的运动同步进行控制是非常复杂的。


技术实现要素：

12.本发明的目的是提供一种用于对处理衬底的框架进行均匀照射的方法，所述处理衬底包括多个框架，两个连续的框架被中间区域隔开，所述方法包括以下步骤：
[0013]-使用检测单元确定所述处理衬底的初始位置，
[0014]-将与所述处理衬底的第一框架相关联的第一预定位置与检测到的初始位置进行比较，
[0015]-基于所述第一预定位置，通过由源单元发射并由扫描单元扫描的照射光束来照射所述处理衬底的所述第一框架，所述照射光束适于均匀地覆盖整个所述第一框架。
[0016]
根据本发明，照射被引导到处理衬底的框架。由于框架的定位是已知的，因此本发明使能对框架的精确照射。另外，照射使得整个框架被均匀照射，从而导致处理衬底的最佳
退火处理。
[0017]
因此，本发明允许对处理衬底上需要被均匀照射的部件(即，框架)进行精确地照射，并且避免对可能被这种照射损坏的部件(即，边缘和中间区域)的照射。
[0018]
根据本发明的方法的其他优点和非限制性特征包括：
[0019]-所述方法还包括将所述处理衬底从所述检测到的初始位置移动到与所述处理衬底的所述第一框架相关联的所述第一预定位置的步骤；
[0020]-所述方法还包括基于所述第一预定位置来移动所述扫描单元以使得所述照射光束被引导到所述处理衬底的所述第一框架的步骤；
[0021]-光学系统被配置为使得所述照射光束在所述中间区域中衰减；
[0022]-所述扫描单元被配置为使得与覆盖所述第一框架的所述照射光束相比，所述照射光束在所述中间区域中衰减超过80％；
[0023]-所述处理衬底包括至少一个参考标记，确定所述初始位置的步骤包括检测所述处理衬底上的所述至少一个参考标记的步骤；
[0024]-所述处理衬底包括外围区域的边缘和凹口，确定所述初始位置的步骤包括检测所述处理衬底上的所述外围区域的边缘和所述凹口的步骤；
[0025]-所述方法还包括以下步骤：
[0026]-将所述处理衬底从所述第一预定位置移动到与所述处理衬底的第二框架相关联的第二预定位置，所述第二框架与所述第一框架直接相邻，以及
[0027]-基于所述第二预定位置，通过由所述源单元发射的所述照射光束来照射所述处理衬底的所述第二框架，所述照射光束适于均匀地覆盖整个所述第二框架；
[0028]-所述方法还包括以下步骤：
[0029]-基于与所述处理衬底的第二框架相关联的第二预定位置来移动所述扫描单元，所述第二框架与所述第一框架直接相邻，以及
[0030]-基于所述第二预定位置，通过由所述源单元发射的所述照射光束来照射所述处理衬底的所述第二框架，所述照射光束适于均匀地覆盖整个所述第二框架；
[0031]-所述检测的步骤包括将所述检测到的初始位置与至少一个边缘位置进行比较的步骤；以及
[0032]-所述方法还包括如果所述初始位置对应于至少一个边缘位置，则阻挡对所述处理衬底的所述照射的步骤。
[0033]
本发明还涉及一种用于对处理衬底的框架进行均匀照射的系统，所述处理衬底包括多个框架，两个连续的框架被中间区域隔开，所述系统包括：
[0034]-支撑物，其被设计为承载所述处理衬底，
[0035]-检测单元，其被配置为确定所述处理衬底的初始位置，
[0036]-控制单元，其被配置为将与所述处理衬底的第一框架相关联的第一预定位置与检测到的初始位置进行比较，以及
[0037]-扫描单元，其被配置为通过发射照射光束来照射所述处理衬底的所述第一框架，所述照射光束适于均匀地覆盖整个所述第一框架。
[0038]
根据本发明的系统的其他优点和非限制性特征包括：
[0039]-所述系统还包括：定位单元，其被配置为将所述处理衬底从所述检测到的初始位
置移动到与所述处理衬底的第一框架相关联的第一预定位置；
[0040]-所述系统还包括：高架移动单元，其适于基于所述第一预定位置来移动所述扫描单元，以使得所述照射光束被引导到所述处理衬底的所述第一框架；
[0041]-所述系统还包括：光学系统，其被配置为使得所述照射光束在所述中间区域中衰减；
[0042]-所述光学系统被配置为使得与覆盖所述第一框架的所述照射光束相比，所述照射光束在所述中间区域中衰减超过80％；
[0043]-所述照射光束的照射波长低于1064纳米，优选地等于或低于355纳米；
[0044]-所述系统还包括包含激光源的源单元；以及
[0045]-所述系统还包括容纳所述处理衬底和所述支撑物的真空室。
附图说明
[0046]
下面将参考附图描述根据本发明的系统和方法。
[0047]
在附图中：
[0048]-图1是处理衬底的示例的示意图；
[0049]-图2是由图1的处理衬底支撑的框架的示意图；
[0050]-图3表示根据本发明的用于对处理衬底的框架进行均匀照射的系统的第一实施例；
[0051]-图4表示根据本发明的用于对处理衬底的框架进行均匀照射的系统的第二实施例；
[0052]-图5表示根据本发明的用于对处理衬底的框架进行均匀照射的系统的第三实施例；
[0053]-图6表示根据本发明的用于对处理衬底的框架进行均匀照射的系统的第四实施例；以及
[0054]-图7示出了根据本发明的与用于对处理衬底的框架进行均匀照射的方法相对应的示例性流程图。
具体实施方式
[0055]
在本说明书中，表述对表面“进行均匀照射”是指照射条件允许所考虑的整个表面暴露于相同的光能量密度和曝光持续时间。
[0056]
图1示出了处理衬底1的示例。处理衬底1通常是例如半导体器件工业中常用的硅晶片或化合物晶片。
[0057]
如在图1和图2中所见，处理衬底1在其处理表面5上支撑框架2的阵列。每个框架包括若干区域。框架的每个区域呈现特定的光学特性和热特性。换言之，每个框架包括有源器件，在此，其例如由诸如晶体管、电阻器和对应的金属互连之类的电子器件的排列而形成。
[0058]
两个连续的框架被中间区域7隔开(图1和图2)。该中间区域7通常没有有源器件，因为它通常会在半导体器件的制造期间被损坏。优选地，中间区域7的宽度小于25微米(μm)。
[0059]
如图1所示，处理衬底1还包括位于其外围边缘上的外围区域9。外围区域9太小，以
致无法支撑完整的有源器件。
[0060]
图3至图6表示用于对处理衬底1的框架2(特别地，处理衬底1的处理表面5)进行均匀照射的系统20；21；22；23的不同实施例。
[0061]
在下文中，如果可能，图3至图6中表示的不同实施例的共同元件由相同的参考标号表示并以相同的方式描述。
[0062]
如图3至图6所示，系统20；21；22；23包括源单元30。该源单元30包括光源31，光源31被配置为朝着处理衬底1的处理表面5发射脉冲光束100。
[0063]
光源31例如是紫外(uv)光源。光源31包括激光源。在此可以使用不同类型的激光源。例如，在此可以使用准分子激光源。发射的脉冲光束100的波长在此低于1064纳米(nm)，甚至低于532纳米。优选地，发射的脉冲光束100的波长等于或低于355纳米。
[0064]
如图3至图6所示，源单元30还包括耦合到光源31的光学系统33。该光学系统33适于修改、控制或监测发射的脉冲光束100。例如，光学系统33适于调制其通量。通量对应于光源31传递给处理衬底1的处理表面5的每单位面积的能量。光学系统33位于光源31和处理衬底1之间的光束路径上。通量优选地由光学系统33快速调制。光学系统33可以是例如适于调制源单元30的传输的光调制器。最后，换言之，光学系统33适于以快速响应时间来调制发射的脉冲光束100。例如，响应时间快于500纳秒，优选地快于50纳秒。调制光束101从源单元30输出。
[0065]
调制光束101然后被引导到扫描单元40(图3至图6)。扫描单元40被配置为照射处理衬底1的处理表面5。
[0066]
如在图3至图6中所见，扫描单元40包括两个反射镜41、42。每个反射镜借助于相关联的旋转机构43、44旋转。调制光束101因此被扫描单元40的两个反射镜41、42反射并输出反射光束102。旋转机构43、44适于将从两个反射镜41、42发出的反射光束102调整到处理衬底1并调整处理表面5的目标照射。
[0067]
扫描单元例如是标准振镜扫描仪系统。作为变体，扫描单元可以是多边形扫描仪系统。作为另一变体，扫描单元可以是多边形扫描仪系统和反射镜的组合。
[0068]
扫描单元40还包括光学系统47。光学系统47位于两个反射镜41、42和处理衬底1之间。作为对源单元30的补充，光学系统47被配置为将反射光束102聚焦在处理衬底1的处理表面5上。光学系统47例如是远心透镜。
[0069]
照射光束5从扫描单元40输出。为了获得局部照射，照射光束5在此具有低于1064纳米(nm)、甚至低于532纳米的照射波长。优选地，该照射波长等于或低于355纳米。
[0070]
有利地，扫描单元40被配置为发射具有适合的形状和尺寸的照射光束5以便执行本发明的目的。更具体地，扫描单元40被配置为扫描照射光束5以对处理衬底1的处理表面5的框架进行均匀照射。
[0071]
结合扫描单元40，光学系统33被配置为使得照射光束105在处理衬底1的中间区域7中发生传输能量衰减。与覆盖处理衬底1的框架2的照射光束相比，中间区域7中的照射光束例如衰减0％到超过80％。光学系统33还被配置为使得照射光束105在相邻框架中例如衰减80％到几乎100％。
[0072]
光学系统33中的衰减是通过以不同的物理方式(以及相关联的物理现象)修改光束的传输来执行的。可引用的不同物理方式的示例包括：修改材料光学特性的声波、施加电
压来修改材料的光学特性的电吸收调制和电光系统、或者通过在材料上施加磁场来修改光传播的磁光调制。
[0073]
在实践中，光学系统33中的衰减例如由声光调制器、电吸收调制器、电光调制器、磁光调制器或微纳机电器件(mems和nems)执行。
[0074]
考虑到高斯分布或帽形分布，照射光束105的尺寸例如在一个方向上高于20微米(μm)并且在另一方向上高于20微米。
[0075]
处理表面5在此被与照射光束5相关联的微斑照射。换言之，扫描系统40被配置为用照射光束105扫描处理衬底1，例如直径大于33毫米(mm)的处理衬底1的圆形表面。
[0076]
在此，由照射光束105照射的最大表面积对应于框架2的表面积。框架的表面积等于或小于26
×
33mm2。
[0077]
最后，扫描单元40被配置为发射具有特定参数的照射光束105：例如，在给定位置，照射时间短于30微秒(μs)，甚至短于1微秒。优选地，照射光束105短于1纳秒。
[0078]
如图3至图6所示，系统21；22；23；24包括被设计为承载处理衬底1的支撑物50。
[0079]
作为图4和图6所示的替代，系统22；24包括容纳处理衬底1和支撑物50的真空室70。真空室70适于控制处理衬底1的照射环境。
[0080]
系统21；22；23；24还包括检测单元80。检测单元80适于确定处理衬底1在支撑物50上的位置。检测单元80在此包括图案相机和适于识别并定位处理衬底1的处理表面5上的参考标记的关联图案识别算法。参考标记例如是形成在处理衬底1的处理表面5上的特定局部图案或凹口8(图1)。
[0081]
图案相机例如基于可见光(波长在400至800纳米之间)或红外光(波长高于800纳米)。基于可见光的图案相机优选地用于处理衬底1的处理表面5上的参考标记。基于红外光的图案相机例如用于掩埋表面或处理表面6的相对表面上的参考标记。
[0082]
然后使用来自检测单元80的数据以便与待照射框架和照射光束105的位置(或对应的曝光位置)相匹配。在本发明中考虑了两种替代方案来执行移动。
[0083]
图3和图4表示第一种替代方案，其中移动支撑物(因此移动处理衬底1的待照射框架)以便与框架2和曝光位置相匹配。
[0084]
在这种情况下，系统21；22还包括定位单元60，该定位单元60适于移动承载处理衬底1的支撑物50。如在这些图中所见，定位单元60包括沿着两个轴线x、y的两个移动台61、62，其适于分别在x和y方向上移动支撑物50(因此移动处理衬底1)。定位单元60能够在y方向上从高于300毫米的距离和在x方向上从高于200毫米的距离来移动支撑物。
[0085]
在实践中，定位单元60适于将处理衬底1从一个框架2逐步移动到另一框架2，在此对应于在两个方向上在20至36毫米之间的移动距离。
[0086]
与定位单元60相关联的精度低于5微米，优选地低于1微米。
[0087]
根据图5和图6，第二替代方案包括移动照射光束105(并因此移动处理表面5上的对应微斑的位置)而不移动处理衬底1。
[0088]
系统23；24在此包括高架(overhead)移动单元45，该高架移动单元50适于移动扫描单元40，以便移动处理衬底1的处理表面5上的照射光束105中的微斑的位置。
[0089]
高架移动单元45包括适于分别在x和y方向上移动扫描单元40的两个移动部件47、48。通过在x或/和y方向上移动扫描单元40，高架移动单元45因此允许在x和y方向上移动照
射光束105的微斑以便覆盖处理衬底1的处理表面5的所考虑的框架(即，待照射的框架)。
[0090]
与高架移动单元45相关联的精度低于5微米，优选地低于1微米。
[0091]
在此配置(具有高架移动单元45)中，光学系统33因而能够在扫描单元40的每个移动步骤处调整调制光束101。
[0092]
作为替代方案(未示出)，该系统可以同时包括定位单元和高架移动单元，从而能够分别移动支撑物和扫描单元。该替代方案对于诸如直径大于一米的平面显示面板之类的非常大的处理衬底是特别有利的。
[0093]
作为另一替代方案，检测单元可以适于确定旋转误差。在这种情况下，支撑物能够旋转以补偿该误差。旋转移动例如在2度的范围内。
[0094]
系统21；22；23；24还包括控制单元90，该控制单元90控制系统21；22；23；24的不同部件的交互。特别地，控制单元90使系统21；22；23；24的不同部件同步。
[0095]
该控制单元90包括微处理器和存储器。存储器存储指令，当这些指令由微处理器执行时，允许系统21；22；23；24实现对处理衬底1的框架2进行均匀照射的方法，如下文所述。
[0096]
图7示出了根据本发明的与用于对处理衬底的框架进行均匀照射的方法相对应的示例性流程图。
[0097]
如图7所示，该方法包括将处理衬底1定位在支撑物50上的步骤s2。在定位处理衬底1的该步骤s2期间，处理衬底1的准确位置是未知的。
[0098]
为了对处理衬底1的处理表面5的每个框架进行均匀照射，需要确定处理衬底1的位置。
[0099]
该方法因此包括确定处理衬底1的初始位置的步骤s4。实际上，在步骤s4处，检测单元80适于检测处理衬底1的处理表面5上的一个参考标记。基于检测到该参考标记，控制单元90能够确定处理衬底1的初始位置。
[0100]
作为替代方案，如果处理表面不包括参考标记，则可以使用处理衬底1的外围区域9的边缘的位置以及特别是凹口8的位置，来确定处理衬底1的位置。
[0101]
实际上，检测单元80通过对参考标记的理论(预期)位置和检测到的位置进行比较来评估定位单元。该定位误差然后被控制单元90用于确定处理衬底1的初始位置。
[0102]
在步骤s6处，控制单元90然后将检测到的初始位置与边缘位置进行比较。边缘位置位于外围区域9中。
[0103]
如果检测到的初始位置不对应于边缘位置，则执行步骤s8，从而导致对处理衬底1的处理表面5照射。在此可以假设，在执行根据本发明的方法之前，控制单元90存储指令以便对处理衬底1的处理表面5的所有框架进行照射。这些指令例如包括待照射的框架的顺序。本文认为先前命名的“待照射的框架”例如是当前的待照射的框架。
[0104]
在步骤s8处，控制单元90因此将检测到的初始位置与对应于待照射的框架的第一预定位置进行比较。
[0105]
如果检测到的初始位置与第一预定位置相匹配，则意味着照射光束105的微斑被引导到所考虑的框架(此框架是存储指令中的第一待照射的框架)。
[0106]
该方法然后包括通过照射光束105照射所考虑的框架的步骤s10。照射光束105由扫描单元40控制，使得它均匀照射所考虑的整个框架。
[0107]
实际上，所考虑的框架接收传输的能量，而在中间区域7中，照射光束105发生衰减(意味着所传输的能量低于被传输到框架的能量)。
[0108]
作为示例，与覆盖所考虑的框架的照射光束105相比，在中间区域7中，照射光束105衰减超过80％。优选地，照射光束105在中间区域7中完全衰减。
[0109]
因此，照射光束105在所考虑的照射框架的周围框架中也发生衰减(衰减超过80％并且优选地完全衰减)。
[0110]
有利地，根据本发明，照射步骤是准确的并且定位在所考虑的框架上，从而允许对该框架的均匀照射。
[0111]
该方法然后继续到步骤s12，其中控制单元90确定是否已经照射所有框架。如果是，则对处理衬底1进行退火。控制单元90发送(步骤s14)从支撑物50移除处理衬底1的指令，以便完成处理衬底1的准备并获得最终产品。
[0112]
如果一些框架未被照射，如图7所示，则该方法包括步骤s16，在该步骤s16处，将照射光束105的微斑从第一预定位置移动到与下一待照射的框架相关联的第二预定位置(根据存储指令的照射顺序)。
[0113]
可以考虑移动照射光束105的微斑以便将照射光束引导到与第二预定位置相关联的框架的两种替代方案。
[0114]
第一解决方案是借助定位单元60来移动承载处理衬底的支撑物50。控制单元90因此控制定位单元60，以便使照射光束的微斑与第二预定位置相匹配。
[0115]
第二解决方案是通过借助高架移动单元45移动扫描单元40，来直接地移动处理衬底1的处理表面5上的照射光束105的微斑位置。在这种情况下，控制单元90控制高架移动单元45以移动扫描单元40，以便使照射光束的微斑与第二预定位置相匹配。
[0116]
当执行步骤s16导致照射光束105的微斑与处理衬底1的处理表面5上的第二预定位置相匹配时，该方法返回到如前所述的步骤s10、s12、s14和s16。
[0117]
如果在步骤s8处，检测到的初始位置与第一预定位置不同，则该点意味着没有根据存储的指令来将照射光束引导到待照射的框架。因此，该方法在步骤s20继续移动照射光束105的微斑，以便将照射光束105引导到与第一预定位置相关联的框架。
[0118]
如前所述，本文可以使用两个替代方案来使照射光束105的微斑与第一预定位置相匹配。
[0119]
当执行步骤s20时，该方法继续到照射所考虑的框架的步骤s10和图7所示的接下来的步骤。
[0120]
如果在步骤s6处，检测到的初始位置对应于边缘位置，则控制单元90控制光学系统33以衰减、或者甚至阻挡对处理衬底1的处理表面5的照射(步骤s30)。换言之，外围边缘9未被照射光束105直接照射。
[0121]
如在图7中所见，该方法继续到步骤s32，确定是否已经照射所有框架(步骤s32)。
[0122]
如果是，则对处理衬底1进行退火。控制单元90发送(先前描述的步骤s14)从支撑物50移除处理衬底1的指令，以便完成处理衬底1的准备并获得最终产品。
[0123]
如果一些框架未被照射，则该方法在步骤s16处继续。
[0124]
最后，当处理衬底的处理表面5的每个框架已经被均匀照射时，该方法停止。控制单元90被配置为根据所存储的照射指令在处理衬底1的整个处理表面5上逐框架地实现该
方法。