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TWI776371B - 用於在具有離子佈植機和處理站的離子佈植系統中控制晶圓溫度的方法、儲存一或多個程式的非暫態電腦可讀取儲存媒體以及離子佈植系統 - Google Patents

用於在具有離子佈植機和處理站的離子佈植系統中控制晶圓溫度的方法、儲存一或多個程式的非暫態電腦可讀取儲存媒體以及離子佈植系統 Download PDF

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TWI776371B
TWI776371B TW110102837A TW110102837A TWI776371B TW I776371 B TWI776371 B TW I776371B TW 110102837 A TW110102837 A TW 110102837A TW 110102837 A TW110102837 A TW 110102837A TW I776371 B TWI776371 B TW I776371B
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TW
Taiwan
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wafer
processing station
laser beam
temperature
controller
Prior art date
Application number
TW110102837A
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English (en)
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TW202135121A (zh
Inventor
陳建利
史蒂芬 華勒
Original Assignee
漢辰科技股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 漢辰科技股份有限公司 filed Critical 漢辰科技股份有限公司
Publication of TW202135121A publication Critical patent/TW202135121A/zh
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Abstract

本揭露總體上涉及離子佈植，並且更具體地，涉及用於測量離子佈植系統內的晶圓的溫度的系統和程序。一種範例性的離子佈植系統可包含機械手臂、一或多個負載鎖定室、佈植前站、離子佈植機、佈植後站和控制器。佈植前站被配置成在透過離子佈植機以離子佈植晶圓之前將晶圓加熱或冷卻。佈植後站被配置成在透過離子佈植機以離子佈植晶圓之後將晶圓加熱或冷卻。佈植前站和/或佈植後站還被配置成測量晶圓的當前溫度。控制器被配置成控制上述各種部件和程序，並基於從佈植前站和/或佈植後站接收的資訊來確定晶圓的當前溫度。

Description

用於在具有離子佈植機和處理站的離子佈植系統中控制晶圓溫度的方法、儲存一或多個程式的非暫態電腦可讀取儲存媒體以及離子佈植系統
本揭露總體上涉及離子佈植，並且更具體地，涉及用於測量離子佈植系統內的晶圓的溫度的系統和程序。
在半導體裝置製造中，可以透過稱為離子佈植的程序來修改半導體晶圓(也稱為半導體基板)的物理和/或電特性。可以使用離子佈植系統來執行離子佈植，所述離子佈植系統可以包含產生離子束以向晶圓佈植離子的離子佈植機。除離子佈植機之外，離子佈植系統可包含各種 處理站，用於在離子佈植機以離子佈植晶圓之前和/或之後將晶圓加熱和/或冷卻。離子佈植之前、期間和之後，離子佈植系統中晶圓的溫度對於成功地以離子佈植晶圓並在以後的使用中對晶圓的完整性起著重要的作用。因此，需要用於在離子佈植程序中測量晶圓溫度的有效且準確的技術。
本揭露涉及離子佈植系統和方法。範例性離子佈植系統可以包含機械手臂、一或多個負載鎖定室、離子佈植機、一或多個處理站(例如，佈植前站、佈植後站等)以及控制器。一或多個負載鎖定室被配置成在透過離子佈植系統處理一或多個晶圓之前和/或之後保持一或多個晶圓。佈植前站被配置成在透過離子佈植機以離子佈植晶圓之前將晶圓加熱或冷卻。類似地，佈植後站被配置成在透過離子佈植機以離子佈植晶圓之後將晶圓加熱或冷卻。佈植前站和/或佈植後站還被配置成測量晶圓的當前溫度。機械手臂配置成在離子佈植系統內移動晶圓。例如，機械手臂可以被配置成將晶圓從一或多個負載鎖定室移動到佈植前站，從佈植前站到離子佈植機，從離子佈植機到佈植後站，和/或從佈植後站回到一或多個負載鎖定室。控制器被配置成控制上述各種部件和程序，以及基於從一或多個處理站(例如，佈植前站和/或佈植後站)接收的資訊來確定晶圓的當前溫度。
在一些範例中，處理站(例如，佈植前站和/或佈植後站)被配置成使用單雷射方法來測量晶圓的當前溫度。在一些範例中，所述方法包含：在處理站中將晶圓加熱或冷卻之後，透過在第一位置將來自雷射源的第一雷射束引導至所述晶圓的邊緣上的第一點來測量從所述雷射源的所述第一位置到所述晶圓的所述邊緣上的所述第一點的第一距離；透過在第二位置將來自所述雷射源的第二雷射束引導至所述晶圓的所述邊緣上的第二點來測量從所述雷射源的所述第二位置到所述晶圓的所述邊緣上的所述第二點的第二距離；透過在第三位置將來自所述雷射源的第三雷射束引導至所述晶圓的所述邊緣上的第三點來測量從所述雷射源的所述第三位置到所述晶圓的所述邊緣上的所述第三點的第三距離；至少基於所測量的第一距離、第二距離和第三距離來確定晶圓的當前直徑；以及基於確定的晶圓當前直徑來確定晶圓的當前溫度。
在一些範例中，處理站(例如，佈植前站和/或佈植後站)被配置成使用帶隙方法來測量晶圓的溫度。在一些範例中，所述方法包含：在將晶圓加熱或冷卻之後，在晶圓的第一側引導來自雷射源的雷射束，其中所述雷射束透射穿過晶圓；透過使用緊鄰晶圓第二側的光電檢測器來測量透射雷射束強度，在預定頻率範圍內產生晶圓的吸收分佈；根據晶圓的吸收分佈確定與晶圓的當前帶隙值相對應的頻率；以及確定對應於所確定的頻率的晶圓的當前溫度。
在一些範例中，處理站(例如，佈植前站和/或佈植後站)被配置成使用電容法來測量晶圓的溫度。在一些範例中，所述方法包含：將晶圓定位在處理站的頂部電容式感測器和底部電容式感測器之間，其中晶圓的頂側面向頂部電容式感測器，而晶圓的底側面向底部電容式感測器；在處理站將晶圓加熱或冷卻；在將晶圓加熱或冷卻之後，基於由頂部電容式感測器測量的頂部電容來確定晶圓的頂側與頂部電容式感測器之間的第一距離；基於由底部電容式感測器測量的底部電容來確定晶圓的底側與底部電容式感測器之間的第二距離；基於第一距離、第二距離以及頂部電容式感測器和底部電容式感測器所處的預定距離來確定晶圓的當前厚度；根據確定的晶圓當前厚度來確定晶圓的當前溫度。
在一些範例中，處理站(例如，佈植前站和/或佈植後站)被配置成使用光致發光方法來測量晶圓的溫度。在一些範例中，所述方法包含：在將晶圓加熱或冷卻之後，將來自雷射源的雷射束引導到晶圓上的預定位置；響應於吸收雷射束的雷射能量，使用分光光度計或單色儀檢測晶圓發出的螢光；確定檢測到的螢光的強度分佈；基於從強度分佈確定的一或多個特性來確定晶圓的當前溫度。
100:離子佈植系統
102:負載鎖定室
104:機械手臂
106:真空室
108:佈植前站
110:處理腔室
112:佈植後站
114:控制器
116:記憶體
118:處理器
120:輸入/輸出(I/O)介面
200:離子佈植機
202:離子源
204:提取操縱器
205:離子束
206:電極組件
207:磁軛
208:磁性分析器
209:電磁線圈
210:多極磁體
211:第一開口
212:可變孔徑組件
213:第二開口
214:多極磁體
215:可變孔徑
216:晶圓
217:開口
218:晶圓支撐結構
219:出口開口
220:抑制電極
222:接地電極
224:電弧室
226:出口孔
236:面板
300:紅外線加熱燈配置
302:晶圓
304:平台
306:燈殼
308:紅外線加熱燈
400:佈植後站配置
402:晶圓
404:雷射單元
406:雷射源
408:雷射感測器
410:雷射單元軌道
412:雷射束
414A:雷射束
414B:雷射束
416:X軸
418:Y軸
420:膨脹晶圓
500:佈植後站配置
502:晶圓
504:晶圓台
506:加熱燈殼
508:雷射源
510:光纖
512:紅外線屏障
514:雷射束
516:雷射束
518:光電檢測器
600:佈植後站配置
602:晶圓
604:晶圓台
606:加熱燈殼
608:電容式感測器
610:電容式感測器
700:佈植後站配置
702:晶圓
704:晶圓台
706:加熱燈殼
708:雷射源
710:光纖
712:光學模組
714:雷射束
716:螢光
718:紅外線屏障
720:分光光度計
722:放大器
800:程序
802:步驟
804:步驟
806:步驟
808:步驟
810:步驟
812:步驟
814:步驟
816:步驟
818:步驟
820:步驟
822:步驟
900:程序
902:步驟
904:步驟
906:步驟
908:步驟
910:步驟
912:步驟
914:步驟
916:步驟
1000:程序
1002:步驟
1004:步驟
1006:步驟
1008:步驟
1010:步驟
1012:步驟
1100:程序
1102:步驟
1104:步驟
1106:步驟
1108:步驟
1110:步驟
1112:步驟
1200:程序
1202:步驟
1204:步驟
1206:步驟
1208:步驟
1300:強度分佈
1302:螢光
1304:波長
1306:峰值波長
1308:FWHM
1400:程序
1402:步驟
1404:步驟
1406:步驟
1408:步驟
1410:步驟
1412:步驟
1414:步驟
[圖1]顯示根據各種範例的離子佈植系統。
[圖2]顯示根據各種範例的離子佈植機的二維上視圖。
[圖3]顯示根據各種範例的紅外線加熱燈配置的二維、側視圖。
[圖4]顯示根據各種範例的用於使用單雷射方法測量晶圓的溫度的佈植後站配置的二維上視圖。
[圖5]顯示根據各種範例的用於使用帶隙方法測量晶圓的溫度的佈植後站配置的二維側視圖。
[圖6]顯示根據各種範例的用於使用電容方法測量晶圓的溫度的佈植後站配置的二維側視圖。
[圖7]顯示根據各種範例的用於使用光致發光方法來測量晶圓的溫度的佈植後站配置的二維側視圖。
[圖8]顯示根據各種範例的用於測量離子佈植系統內的晶圓的溫度的程序。
[圖9]顯示根據各種範例的用於使用單雷射方法在佈植後站處確定晶圓的溫度的程序。
[圖10]顯示根據各種範例的使用帶隙方法在佈植後站處確定晶圓的溫度的程序。
[圖11]顯示根據各種範例的使用電容方法在佈植後站處確定晶圓的溫度的程序。
[圖12]顯示根據各種範例的用於使用光致發光方法在佈植後站處確定晶圓的溫度的程序。
[圖13]顯示在各種溫度下對應於晶圓的複數個範例性螢光強度分佈。
[圖14]顯示根據各種範例的用於測量離子佈植系統內的晶圓的溫度的程序。
呈現以下描述以使本領域普通技術人員能夠製造和使用各種實施例。特定系統、裝置，方法和應用的描述僅作為範例提供。對於本文描述的範例的各種修改對於本領域普通技術人員將是顯而易見的，並且在不脫離各種實施例的精神和範圍的情況下，本文中定義的一般原理可以應用於其它範例和應用。因此，各種實施例不意於限於本文描述和顯示的範例，而是符合與請求項一致的範圍。
離子佈植系統可以包含各種處理站，以在離子佈植機用離子佈植晶圓之前和/或之後將晶圓加熱和/或冷卻。離子佈植之前、期間和之後，離子佈植系統中晶圓的溫度對於成功地佈植離子並在以後的使用中對晶圓的完整性起著重要的作用。因此，傳統的離子佈植系統採用各種程序來測量和監視離子佈植系統內的晶圓溫度。例如，一種用於測量和監視離子佈植系統內的晶圓溫度的傳統程序包含檢測來自晶圓的紅外線發射並基於紅外線發射來確定晶圓的溫度。在離子佈植系統內測量和監視晶圓溫度的另一種傳統程序包含使晶圓與溫度感測器(例如熱電偶)接觸，接著溫度感測器可以提供與晶圓表面接接點的溫度。
然而，上述用於測量晶圓溫度的傳統系統和 程序具有幾個缺點。例如，當晶圓處於遠高於環境溫度(例如攝氏20至25度)的高溫時，透過檢測來自晶圓的紅外線發射來測量晶圓的溫度僅適合作為測量手段。作為另一個範例，相對於與晶圓表面的良好熱接觸，透過使晶圓與溫度感測器接觸來測量晶圓的溫度可能是不可靠的。此外，當測量晶圓的溫度時，同時一或多個紅外線加熱燈將晶圓加熱，溫度感測器還可以直接吸收紅外光(從而加熱)。上述缺點可致使晶圓溫度測量不準確。此外，使晶圓與溫度感測器接觸會在晶圓的表面上產生不所需的背面顆粒。因此，需要一種更可靠的、非接觸式的用於測量晶圓溫度的系統和程序，所述系統和程序可用於各種類型的離子佈植方法，並且將減少用於測量離子佈植系統內晶圓溫度的傳統方法的不良結果。
本文描述了用於在離子佈植程序中有效且準確地測量晶圓的溫度而不接觸晶圓的系統和程序。特別是，本揭露描述了用於基於例如晶圓的直徑、帶隙、厚度和/或光致發光在離子佈植程序中測量晶圓的溫度的系統和程序。
圖1顯示根據各種範例的離子佈植系統100。系統100包含負載鎖定室102、機械手臂104、真空室106、佈植前站108、離子佈植機的處理腔室110、佈植後站112和控制器114。控制器114包含記憶體116(其選擇性地包含一或多個電腦可讀取儲存媒體)、處理器118和輸入/輸出(I/O)介面120。如圖1所示，機械手臂104位於真空室106 內。此外，負載鎖定室102、佈植前站108、處理腔室110和佈植後站112皆耦接至真空室106，使得機械手臂104能夠進入負載鎖定室102、佈植前站108、處理腔室110和佈植後站112。
在一些範例中，在離子佈植站100的操作期間，將晶圓引入負載鎖定室102(例如，由離子佈植站100的操作者)。機械手臂104將晶圓從負載鎖定室102移動到佈植前站108，在此處晶圓被加熱或冷卻至預定溫度。在晶圓被加熱或冷卻之後，機械手臂104將晶圓移動到離子佈植機的處理腔室110，在此處晶圓在預定溫度下進行離子佈植。在佈植完成之後，機械手臂104將經佈植的晶圓移動到佈植後站，在此處晶圓被加熱或冷卻以使晶圓的溫度回到所需的溫度(例如，環境溫度)。接著，機械手臂104將晶圓返回到負載鎖定室102。隨後可以將晶圓從負載鎖定室102中移出(例如，由離子佈植站100的操作者)。
負載鎖定室102被配置成在離子佈植系統100處理一或多個晶圓之前和/或之後容納一或多個晶圓。在一些範例中，負載鎖定室102包含兩個分開的負載鎖定室。在這些範例中，每個負載鎖定室可以被配置成從前開口通用盒(Front Opening Universal Pod；FOUP)接收晶圓。例如，每個負載鎖定室可以被配置成使得至少25個晶圓可以從FOUP被傳送到每個負載鎖定室的盒子。在一些範例中，負載鎖定室102包含高真空泵送系統，所述高真空泵送系統被配置成使負載鎖定室102的內部達到所需的高真 空或超高真空(UHV)(例如，內部壓力大於或等於5×10-7托)。因此，在上面的範例中，負載鎖定室102包含兩個分離的負載鎖定室，來自第一標準FOUP的所有晶圓可以在將第一負載鎖定室抽空到所需的高真空(例如，使用高真空泵送系統)之前，被轉移到負載鎖定室102的第一負載鎖定室中。接著可以將來自第二標準FOUP的所有晶圓轉移到負載鎖定室102的第二負載鎖定室中，並且並行地抽空到所需的高真空，同時等待第一負載鎖定室的晶圓被佈植。對於實現離子佈植系統100的高處理量(例如每小時大於400個晶圓)而言，這種配置可能是可取的。
如上所述，機械手臂104能夠進入負載鎖定室102、佈植前站108、處理腔室110和佈植後站112。特別是，機械手臂104被配置成保持晶圓以及將晶圓定位在負載鎖定室102、佈植前站108、處理腔室110和佈植後站112處和/或從中移出晶圓。機械手臂104定位在真空室106之內(例如，在其的中心處)，真空室106的內部保持在高真空。佈植前站108、處理腔室110和佈植後站112的內部也保持在高真空，因為佈植前站108、處理腔室110和佈植後站各自可從真空室106的內部進入。
因此，一旦晶圓被定位在負載鎖定室102內並且負載鎖定室102的內部被帶到高真空(例如，使用高真空泵送系統)，在整個離子佈植系統100的離子佈植程序中和/或直到晶圓返回到負載鎖定室102，晶圓可以都保持處於高真空環境中，並且負載鎖定室的內部恢復到大氣壓。 在一些範例中，閘閥位於負載鎖定室102與真空室106之間，使得當負載鎖定室102的內部處於大氣壓時，真空室106可保持在高真空。例如，當負載鎖定室102處於大氣壓時，可以關閉閘閥，以將真空室106的內部保持在高真空。在一些範例中，當一或多個負載鎖定室包含一個以上(例如，兩個)分離的負載鎖定室時，閘閥位於每個分離的負載鎖定室和真空室106之間。
佈植前站108包含處理腔室，並且被配置成在離子佈植系統100的離子佈植機上用離子佈植晶圓之前將晶圓加熱或冷卻。此外，如上所述，佈植前站108的處理腔室的內部保持在高真空。在一些範例中，佈植前108包含冷卻靜電卡盤(「E-chuck」)，其在佈植前站108處(例如，在低溫離子佈植程序中)將晶圓冷卻。例如，可以將經冷卻的靜電卡盤定位在佈植前站108的處理腔室內，並且可以使用冷卻劑(例如液態氮)進行冷卻，從而定位在經冷卻的靜電卡盤上(例如，透過機械手臂104)的晶圓可被冷卻至低溫(例如，攝氏負60度、攝氏負100度、攝氏負200度等)。在一些範例中，佈植前站108包含冷卻劑釋放閥，所述冷卻劑釋放閥被配置成透過將冷卻劑(例如，液態氮)釋放到佈植前站108的處理腔室的內部，將晶圓冷卻至低溫(例如，攝氏負60度、攝氏負100度、攝氏負200度等)。在一些範例中，將冷卻劑釋放到佈植前站108的處理腔室的內部包含將冷卻劑直接噴塗在晶圓。在這些範例中，可以將佈植前站108的處理腔室與真空室106密封(例 如，透過閘閥)，以防止冷卻劑釋放到真空室106中。在一些範例中，當冷卻劑被釋放到佈植前站108的處理腔室的內部時(例如，沒有將晶圓定位在晶圓台或靜電卡盤上)，機械手臂104保持晶圓在原地。
在一些範例中，佈植前站108包含一或多個紅外線加熱燈(下面參考圖3更詳細地描述)，所述紅外線加熱燈在佈植前站108處(例如，在高溫離子佈植程序下)將晶圓加熱。例如，可以將一或多個紅外線加熱燈定位在佈植前站108的處理腔室內，使得可以將晶圓定位在一或多個紅外線加熱燈下方的平台上(例如，透過機械手臂104)，以便一或多個紅外線加熱燈用紅外光將晶圓加熱(例如，加熱到攝氏300度)。佈植前站108的範例性紅外線加熱燈包含近紅外線加熱燈(其產生波長在780nm至1.4μm之間的紅外光)、中紅外線加熱燈(其產生波長在1.4μm至3μm之間的紅外光)和遠紅外線加熱燈(產生波長在3μm至100μm之間的紅外光)。在一些範例中，在晶圓被加熱時(例如，沒有將晶圓定位在晶圓台上)，機械手臂104保持晶圓在原地。
如上所述，離子佈植系統100的離子佈植機被配置成用來自離子束的離子佈植晶圓，並且包含處理腔室110。離子佈植機可以與以下參考圖2描述的離子佈植機200相似或相同。特別是，圖2顯示根據各種範例的離子佈植機的二維上視圖。如圖所示，離子佈植機200包含離子源202和用於產生離子束205的提取操縱器204。提取操縱 器204從離子源202提取離子束205，並將離子束205引導到磁性分析器208中，在其中離子束205透過質量、電荷和/或能量過濾。離子束205進一步透過多極磁體210、電極組件206和多極磁體214被引導，以調整離子束205的能量、形狀、方向、角度和/或均勻性。特別是，電極組件206被配置成調整離子束205的能量、從離子束205移除中性物質和/或調整離子束205的大小、形狀和均勻性。多極磁體210和214配置成調整離子束205的均勻性、中心角和/或發散角。可變孔徑組件212位於多極磁體210和磁性分析器208之間。可變孔徑組件212配置成調整離子束205的離子電流。離子佈植機200還包含晶圓支撐結構218，其配置成將晶圓216定位在離子束205的路徑中，從而致使將離子佈植到晶圓216中。
離子源202被配置成產生所需種類的離子。例如，對於半導體裝置製造，所需的離子種類可以包含硼、磷或砷(例如，B+、P+和As+)。在一些範例中，離子源202包含伯納斯(Bernas)源、弗里曼(Freeman)源或間接加熱的陰極源。離子源202包含電弧室224，所述電弧室被配置成從一或多個氣體源接收一或多種處理氣體。在一些範例中，離子源202被配置成透過一或多種處理氣體的電子電離在電弧室224中形成電漿。在這些範例中，離子源202包含設置在電弧室224內的陰極。陰極包含被加熱以產生用於使一或多種處理氣體電離的電子的燈絲(filament)。此外，陰極被耦接到電源，所述電源在電弧 電壓下偏壓陰極，以使電子從陰極加速到電弧室224的側壁。通電的電子使電弧室224中的一或多種處理氣體電離，從而在電弧室224中形成電漿。
離子源202還包含在電弧室224的一側上的面板236。面板236包含出口孔226(例如，電弧縫)，從離子源202提取的離子透過出口孔226離開電弧室224。例如，出口孔226可以是配置成形成帶狀離子束205的狹縫或狹槽。在一些範例中，面板236耦接至電源以偏置面板236，從而在離子源202和提取操縱器204之間產生電位差(例如，提取電壓)以產生離子束205。
提取操縱器204包含抑制電極220和接地電極222。抑制電極220配置成阻止電子回流到離子源202中。例如，電源可以耦接到抑制電極220以施加抑制電壓給抑制電極220。接地電極222耦接到接地電位。提取操縱器204被配置成透過從離子源202提取離子來產生離子束。例如，可以向面板236和接地電極222施加合適的電壓以在面板236和接地電極222之間產生電位差。產生的電位差可致使離子透過出口孔226從電弧室224提取並透過接地電極222加速以產生離子束205。
如圖2所示，離子束205沿著從提取操縱器204到磁性分析器208的線性軌跡引導。磁性分析器208包含磁軛207和纏繞在磁軛207的相對側壁上的電磁線圈209。磁軛207限定了離子束205透過其穿過磁性分析器208的通道。如圖所示，離子束205透過磁軛207的第一開口 211進入磁性分析器208，並透過磁軛207的第二開口213離開磁性分析器208。磁性分析器208配置成產生致使離子束205在特定方向(例如x方向)上偏轉的磁場。在偏轉的同時，根據能量和質量電荷比例對離子束205中的離子進行過濾，以使只有具有所需能量和質量電荷比例的離子可以穿過磁性分析器208到達晶圓216。在一些範例中，磁性分析器208將離子束205沿著從開口213到電極組件206的線性路徑引導。
如圖2所示，離子束205透過磁性分析器208和電極組件206之間的可變孔徑組件212和多極磁體210被引導。可變孔徑組件212包含兩個限定了可變孔徑215的可移動板。然而，在一些範例中，可變孔徑212包含限定了可變孔徑215的兩個以上的可移動板(例如，三個可移動板、四個可移動板等)。在一些範例中，可移動板被配置成調整可變孔徑215的大小和形狀。在一些範例中，孔徑的大小和形狀限定了離開可變孔徑組件212的離子束205的大小和形狀。此外，在一些範例中，可變孔徑組件212透過調整可變孔徑215的大小來調整離子束205的離子電流。例如，可以減少可變孔徑215以限制透過可變孔徑組件212透射的離子束205的離子電流。透過調整可變孔徑的大小，可以在佈植程序之間快速調整離子電流，從而提高了處理量和生產力。
多極磁體210包含佈置在鐵磁支撐件上的線圈陣列。電能被提供給線圈陣列以產生連續的磁場。在一 些範例中，多極磁體210被配置成使得電能被獨立地供應到各個線圈。這可以使得能夠調整連續磁場上的磁場梯度。因此，在這些範例中，產生合適的非均勻磁場以調整離子束205的大小、形狀、角度和/或均勻性。例如，可以由多極磁體210產生合適的磁場來控制離子束205的大小和電流密度。這樣做，可以將多極磁體210配置成調整離子束205的形狀及其空間均勻性。
電極組件206被配置成將離子束加速和/或減速以控制離子束的能量。特別是，電極組件206包含用於在離子束行進穿過電極組件206時操縱離子束的多個電極。例如，電極組件206的電極可以被配置成在離子束行進穿過電極組件206時使離子束減速。因此，離子束可以用初始能量進入開口217，並以低於初始能量的最終能量出口開口219。作為另一範例，電極組件206的電極可以被配置成在離子束行進穿過電極組件206時加速離子束或允許離子束以恆定速度漂移。因此，離子束可以用初始能量進入開口217，並以等於或大於初始能量的最終能量出口開口219。
如圖2所示，離子束205離開電極組件206的開口219，並被引導穿過多極磁體214。在一些範例中，多極磁體214與上述多極磁體210相同。在一些範例中，與多極磁體210相比，多極磁體214包含更少或更多的線圈。在一些範例中，多極磁體214被配置成調整離子束205的形狀、方向、焦點和/或均勻性。此外，在一些範例中，多 極磁體214被配置成操縱離子束205以在特定位置撞擊晶圓216的表面或允許對離子束205的其它位置調整。在其它範例中，多極磁體214可以被配置成使離子束205重複偏轉以掃描晶圓216，晶圓216可以是靜止的或移動的。
晶圓支撐結構218被配置成將晶圓216定位在離開多個磁體214的離子束205的前面，以使離子佈植到晶圓216中。在一些範例中，晶圓支撐結構218被配置成在一或多個方向上平移。例如，晶圓支撐結構218可被配置成相對於離子束205移動晶圓216以跨晶圓216掃描離子束205。在一些範例中，晶圓支撐結構218被配置成旋轉晶圓216。
應當理解，晶圓216可以包含在半導體裝置、太陽能電池板或平板顯示器的製造中使用的任何合適的基板。在晶圓216包含半導體基板(例如，矽、鍺、砷化鎵等)的範例中，晶圓216可以包含至少部分形成在其上的半導體裝置。
此外，應當理解，可以對離子佈植機200進行適當的變化和修改。例如，離子佈植機200可以包含諸如用於操縱離子束205的額外電極和磁體的額外部件。作為另一個範例，離子佈植機200可以包含用於控制離子束205的電流的一個以上可變孔徑元件。注意，如圖2所示，除晶圓216和晶圓支撐結構218(位於處理腔室內部)之外，離子佈植機200的所有部件均位於離子佈植機200的處理腔室(例如，處理腔室110)的外部。在一些範例中，在離子 佈植機200的處理腔室之外的離子佈植機200的部件被耦接到處理腔室110的外表面。在一些範例中，在離子佈植機200的處理腔室外部的離子佈植機200的部件被定位在靠近處理腔室，但不耦接到處理腔室。在任何情況下，位於離子佈植機200的處理腔室外部的離子佈植機200的部件都以如下方式定位和配置：允許離子束205進入處理腔室110，同時將處理腔室110的內部保持在高真空。
返回圖1，佈植後站112包含處理腔室，並且配置成在透過離子佈植機以離子佈植晶圓之後將晶圓加熱或冷卻。此外，如上所述，佈植後站112的處理腔室被配置成維持在高真空。注意，雖然圖1顯示佈植後站112包含其自己的分離處理腔室，在一些範例中，佈植後站112位於負載鎖定室102內。在這些範例中，負載鎖定室102包含至少兩個分離負載鎖定室，其中在離子佈植機以離子佈植晶圓之後，將晶圓置於其中的腔室(例如，透過機械手臂104)與在佈植前站108冷卻或加熱之前保持晶圓的腔室不同。此外，在一些範例中，佈植後站112位於負載鎖定室102的輔助室內。在一些範例中，輔助室與負載鎖定室102耦接，並且可透過負載鎖定室102(例如，而不是透過真空室106)存取。此外，在一些範例中，負載鎖定室102包含其自己的機械手臂，所述機械手臂被配置成將晶圓定位在輔助室中以及從輔助室移除晶圓。因此，在這些範例中，在透過離子佈植機以離子佈植晶圓之後，將晶圓定位在負載鎖定室102中(例如，透過機械手臂104)，接著負載鎖定 室102的機械手臂將晶圓定位在輔助室內的佈植後站112處。在佈植後站112加熱或冷卻輔助室內的晶圓後，負載鎖定室102的機械手臂移動晶圓並將其放回到負載鎖定室102內。
與佈植前站108相似，在某些範例中，佈植後站112包含冷卻靜電卡盤，所述靜電卡盤在佈植後站112處將晶圓冷卻。此外，在某些範例中，佈植前站108包含冷卻劑釋放閥，其配置成透過將冷卻劑(例如液態氮)釋放到佈植後站112的處理腔室的內部來將晶圓冷卻。例如，在高溫離子佈植程序中，在離子佈植機以離子佈植晶圓之前，晶圓在佈植前站108中被加熱(例如，攝氏300度)，在離子佈植機已經以離子佈植晶圓之後，冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥可以將晶圓冷卻並使晶圓的溫度回落至室溫(例如攝氏20至25度)。此外，在一些範例中，機械手臂104將晶圓保持在原地，同時將冷卻劑釋放到佈植後站112的處理腔室的內部(例如，不將晶圓定位在晶圓台或靜電卡盤上)。
在一些範例中，佈植後站112包含一或多個紅外線加熱燈，其在佈植後站112處將晶圓加熱。例如，在低溫離子佈植程序中，在透過離子佈植機以離子佈植晶圓之前，將晶圓在佈植前站108中冷卻(例如，到攝氏負100度)，佈植後站112的一或多個紅外線加熱燈可以在離子佈植機以離子佈植經冷卻的晶圓之後，將經冷卻的晶圓加熱回到環境溫度。與佈植前站108的一或多個紅外線加 熱燈一樣，佈植後站112的範例性紅外線加熱燈包含近紅外線加熱燈(其產生波長在780nm至1.4μm之間的紅外光)、中紅外線加熱燈(其產生波長在1.4μm至3μm之間的紅外光)和遠紅外線加熱燈(產生波長在3μm至100μm之間的紅外光)。在一些範例中，在晶圓被加熱時(例如，沒有將晶圓定位在晶圓台上)，機械手臂104保持晶圓在原地。
在一些範例中，佈植後站112(和/或佈植前站108)的一或多個紅外線加熱燈被配置成與以下參考圖3描述的紅外線加熱燈配置300相似或相同(例如，在上述佈植前站108和/或佈植後站112的處理腔室內、負載鎖定室102和/或負載鎖定室102的輔助室)。圖3顯示根據各種範例的紅外線加熱燈配置的二維側視圖。如圖所示，紅外線加熱燈配置300包含晶圓302、平台304、燈殼306和紅外線加熱燈308。雖然圖3顯示紅外線加熱燈308包含四個紅外線加熱燈，在一些範例中，紅外線加熱燈配置300包含或多或少的紅外線加熱燈。此外，在一些範例中，紅外線加熱燈308和晶圓302之間的距離可以基於紅外線加熱燈配置300的位置而改變。例如，當紅外線加熱燈配置300定位在佈植後站112的處理腔室之內時，紅外線加熱燈308與晶圓302之間的距離可以比紅外線加熱燈配置300定位在負載鎖定室102和/或負載鎖定室102的輔助室之內時更大。
返回圖1，在一些範例中，佈植前站108和/或佈植後站112還被配置成測量晶圓的當前溫度。例如，佈植前站108和/或佈植後站112可被配置成執行以下參考 圖9至圖12描述方法中的一或多者來確定晶圓的當前溫度。在一些範例中，佈植前站108和/或佈植後站112包含用於測量晶圓的溫度的各種溫度測量部件。在一些範例中，包含在佈植前站108和/或佈植後站中的各種溫度測量部件是基於佈植前站108和/或佈植後站112用於測量晶圓溫度的一或多種方法。換句話說，取決於用於測量晶圓溫度的一或多種方法，佈植前站108和/或佈植後站112可包含不同的溫度測量部件。
在一些範例中，佈植前站108和佈植後站112皆被配置成測量晶圓的當前溫度。在這些範例的一些中，佈植前站108和佈植後站112皆被配置成使用相同的方法來確定晶圓的當前溫度，並且因此包含相同的溫度測量部件。在其它範例中，佈植前站108和佈植後站112被配置成使用不同的方法來確定晶圓的當前溫度，並因此基於它們各自被配置成使用的一或多種方法來包含不同的溫度測量部件。
在某些範例中，各種溫度測量部件的配置和操作方式使佈植前站108和/或佈植後站112能夠快速連續地測量晶圓的溫度，即使在佈植站108和/或佈植後站112將晶圓加熱或冷卻(如將在下面關於圖4-7和9-12更詳細地描述的)。例如，儘管佈植前站108和/或佈植後站112可能僅需要花費幾秒鐘來將晶圓加熱或冷卻至所需的溫度(例如，小於10秒)，但是佈植前站108和/或佈植後站112可以在將晶圓加熱或冷卻至所需溫度所花費的時間內多次測量 晶圓的溫度(使用各種溫度測量部件和控制器114)。例如，佈植前站108和/或佈植後站可以每秒鐘一次或每秒鐘一次以上測量晶圓的溫度，以便提供連續且動態的晶圓溫度測量。
注意，為簡單起見，圖4-7和9-13及下面其對應的描述僅涉及佈植後配置112，而不是佈植前站和佈植後站兩者。然而，參考圖4-7描述的配置和參考圖9-13描述的用於確定晶圓溫度的程序也適用於佈植前站108。換句話說，如上所述，佈植前站108可以包含根據圖4-7的溫度測量部件，並且可以被配置成執行圖9-13所示的方法中的一或多者，儘管這些圖及其對應的描述並未涉及佈植前站。
圖4顯示根據各種範例的用於使用單雷射方法(例如，下面參考圖9描述的程序900)來測量晶圓溫度的佈植後站配置的二維上視圖。佈植後站配置400包含各種溫度測量部件，諸如雷射單元404、雷射源406、雷射感測器408和雷射單元軌道410。在一些範例中，雷射源406是窄頻帶可調諧雷射源。例如，雷射源406可以產生具有在400nm與779nm之間的波長的雷射束。在其它範例中，雷射源406可以是近紅外線雷射源(例如，其產生波長在780nm至1.4μm之間的雷射束)、中紅外線雷射源(例如，其產生波長在1.4μm至3μm之間的雷射束)或遠紅外雷射源(例如，其產生波長在3μm至100μm之間的雷射束)。注意，由雷射源406產生的雷射束的波長不限於上述範例波長範 圍。雷射感測器408是飛行時間雷射感測器，其被配置成基於雷射源406產生/引導至物體的雷射束反射離開物體並返回雷射感測器408所花費的時間來確定距物體(例如晶圓)的距離。
雷射源406通訊地連接(例如，經由一或多個有線連接)至雷射感測器408。此外，控制器114通訊地連接(例如，經由一或多個有線連接)到雷射源406和雷射感測器408。在一些範例中，雷射源406和雷射感測器408並未通訊地彼此連接。
如圖4所示，半導體晶圓(在這種情況下，矽晶圓)的大小(例如，直徑、厚度等)隨著晶圓的溫度變化而變化。例如，在高溫離子佈植程序中，由於晶圓的高溫(例如攝氏300度)，晶圓的大小可以膨脹。接著，隨著晶圓冷卻，晶圓的大小可以減少。選擇性地，在低溫離子佈植程序中，由於晶圓的低溫(例如攝氏負60度)，晶圓的大小可以減少。接著，隨著晶圓加熱，晶圓的大小可以增大。單雷射器方法利用半導體材料的這種材料特性基於晶圓的當前直徑來確定晶圓的當前溫度。因此，圖4顯示晶圓402和膨脹晶圓420(其直徑大於晶圓402的直徑)。
也如圖4所示，佈植後站配置400的各種溫度測量部件位於佈植後站112的處理腔室的外部。佈植後站配置400的溫度測量部件可以類似地位於上述範例中，其中佈植後站112位於負載鎖定室102或輔助室內。
在操作期間，晶圓402/膨脹晶圓420被定位 在佈植後站112處(例如，在佈植後站112的處理腔室內)。例如，可以將晶圓402/膨脹晶圓420定位在晶圓台或冷卻的靜電卡盤上(例如，在高溫離子佈植程序中)。晶圓402/膨脹晶圓420與以上參考圖2描述的晶圓216相似或相同。在這種情況下，晶圓402/膨脹晶圓420是矽晶圓。在一些範例中，晶圓402/膨脹晶圓420由一或多種其它半導體材料組成，諸如鍺、砷化鎵、碳化矽、氮化鎵、磷化鎵、硫化鎘等。
特別是，如圖4所示，雷射單元404(其包含雷射源406和雷射感測器408)沿著與X軸416平行的雷射單元軌道410移動。在一些範例中，雷射單元404沿著雷射單元軌道410的運動由控制器114控制。當雷射單元404沿著雷射單元軌道410行進時，雷射源406將雷射束引導到晶圓402(或膨脹晶圓420)的邊緣上的點，並且雷射感測器408在位置1、位置2和位置3處接收雷射束(在雷射束反射晶圓的邊緣之後)。例如，如位置1所示，雷射源406將雷射束412引導到晶圓402或膨脹晶圓420的邊緣上的一點(例如，透過處理腔室的觀察埠)。雷射束412平行於Y軸418行進，反射離開膨脹晶圓420(例如，作為雷射束414A)或晶圓402(例如，作為雷射束414B)的邊緣，並返回到雷射感測器408。在一些範例中，在位置1、位置2和位置3執行上述程序之後，雷射單元404可以返回到位置1以在每個位置重複所述程序。在一些範例中，代替返回到位置1以重複上述程序，雷射單元404可以從位置3開始重複上述程序，並 且隨後在其返回到位置1之後再次重複所述程序。
控制器114根據來自雷射源406的雷射束反射離開晶圓402/膨脹晶圓420的邊緣並且返回到雷射感測器408所花費的時間，確定雷射源406與晶圓邊緣上的點之間的距離。例如，如圖4所示，控制器114可以分別在位置1、位置2和位置3處確定雷射源406和晶圓402之間的距離d1、d2和d3(例如，作為Y軸418上的座標)。接著，如下面將參考圖9更詳細地解釋的，控制器114使用距離每個雷射源406位置的三個距離測量值，以及沿每個位置的X軸416的雷射源406的水平位置(例如，作為X軸416上的座標)，以確定晶圓402/膨脹晶圓420的當前溫度。例如，控制器114可以基於每個位置處的X軸416和Y軸418座標來確定晶圓402/膨脹晶圓420的中心點(例如，X軸416座標和Y軸418座標)。之後，控制器114可以基於所述中心點來確定晶圓402/膨脹晶圓420的直徑。最後，控制器114可以基於所確定的晶圓402/膨脹晶圓420的直徑和矽的線性熱膨脹係數來確定晶圓402/膨脹晶圓420的當前溫度。
圖4的各種溫度測量部件(例如，雷射源406、雷射感測器408等)可以被配置成在晶圓402/膨脹晶圓420加熱/冷卻時，快速且連續地獲取並提供上述資訊(例如，X軸416的水平位置座標、Y軸418的距離座標等)，使得控制器114可以連續確定並提供當前晶圓溫度。
此外，儘管在圖4中未顯示，佈植後配置400可以包含一或多個紅外線加熱燈(例如，在加熱燈殼中)、 冷卻靜電卡盤和/或用於釋放冷卻劑的冷卻劑釋放閥(例如，如上文參考圖1所述的)。然而，不管佈植後站配置400包含哪些加熱/冷卻部件，仍然根據上述(並且在下面參考圖9更詳細地描述的)程序來確定晶圓402/膨脹晶圓420的當前溫度。
圖5顯示根據各種範例的用於使用帶隙方法(例如，以下參考圖10描述的程序1000)來測量晶圓的溫度的佈植後站配置的二維側視圖。佈植後站配置500包含各種溫度測量部件，諸如雷射源508、光纖510、紅外線屏障512和光電檢測器518。佈植後站配置500還包含晶圓台504和加熱燈殼506(包含一或多個紅外線加熱燈)。
在一些範例中，雷射源508是窄頻帶可調諧雷射源。例如，雷射源508可以產生具有在400nm與779nm之間的波長的雷射束。在其它範例中，雷射源508可以是近紅外線雷射源(例如，其產生波長在780nm至1.4μm之間的雷射束)、中紅外線雷射源(例如，其產生波長在1.4μm至3μm之間的雷射束)或遠紅外雷射源(例如，其產生波長在3μm至100μm之間的雷射束)。注意，由雷射源508產生的雷射束的波長不限於上述範例波長範圍。此外，在一些範例中，由雷射源508產生的雷射束的波長係基於製造晶圓的半導體材料。例如，當晶圓由矽組成時由雷射源508產生的雷射束的波長可以不同於當晶圓由砷化鎵組成時由雷射源508產生的雷射束的波長。
光電檢測器518是寬頻帶光電檢測器。在一 些範例中，光電檢測器518是窄頻帶檢測器。在其它範例中，光電檢測器518是追蹤雷射源508產生雷射束的波長的光電檢測器(例如，寬頻帶或窄頻帶)。通常，光電檢測器518可以是光發射光電檢測器、半導體光電檢測器、熱光電檢測器或光化學光電檢測器。更具體地，光電檢測器518可以是光電二極體、熱電堆、輻射熱計、高溫計或任何其它類型的光電檢測器。在一些範例中，光電檢測器518結合一或多個濾光器，所述濾光器移除多餘波長的光(例如，落在預定波長範圍之外的光)。在一些範例中，光電檢測器518具有被限制為僅接收來自由雷射源508產生的雷射束的光(或者至少，用以減少光電檢測器518所接收的不是由雷射源508產生的光的量)的接收角度。控制器114通訊地連接到雷射源508和光電檢測器518(例如，經由一或多個有線連接)。
紅外線屏障512是由紅外線阻擋材料組成的矩形平板(例如，相較於透射紅外光而言，反射、吸收和/或阻擋更多的紅外光的材料，從而減少了穿過所述材料的紅外光的數量)。例如，紅外線屏障512可以由金屬(例如，鋁)、塗覆有金屬、石墨、紅外線不透明聚合物、陶瓷、吸熱玻璃和/或相較於透射紅外光而言，反射、吸收和/或阻擋更多的紅外光的任何其它材料。在一些範例中，紅外線屏障512是圓形平板、三角形平板、正方形平板、菱形平板、六邊形平板或八邊形平板。此外，在一些範例中，紅外線屏障512是除平板之外的另一三維形狀。 例如，可以增加紅外線屏障512的厚度/高度，使得紅外線屏障是立方體、棱鏡、圓錐體等。作為另一個範例，紅外線屏障512可以是球體。
在一些範例中，紅外線屏障512的大小(例如，紅外線屏障512面向加熱燈殼506的一側的面積)是基於紅外線屏障512投射在晶圓502的第一側上的(透過來自加熱燈殼506的一或多個加熱燈的紅外光產生的)陰影面積。具體地，在一些範例中，紅外線屏障512的大小必須至少足夠大以在晶圓502的第一側上投射包含雷射束514的光斑的陰影。例如，如果晶圓502的第一側上的雷射束514的光斑具有1mm的直徑(即0.79mm2的面積)，則圓形平板紅外線屏障512的大小必須足夠大以(在晶圓502的第一側上)投射直徑至少大於1mm(例如1.5mm、2mm等)的陰影。如此，紅外線屏障512減少(或更較佳地消除)來自一或多個紅外線加熱燈的紅外光的量，所述紅外光直接照射晶圓502的第一側雷射束514的光斑擊中的部分。注意，本領域普通技術人員將理解，紅外線屏障512投射在晶圓502上的陰影的面積也基於紅外線屏障512與晶圓502的第一側之間的距離。因此，上面範例中的紅外線屏障512的大小還基於紅外線屏障512與晶圓502的第一側之間的距離。
如圖5所示，雷射源508和光纖510的第一部分位於佈植後站112的處理腔室的外部，而晶圓台504、加熱燈殼506、光纖510的第二部分、紅外線屏障512和光電檢測器518位於佈植後站112的處理腔室內。佈植後站配置 500的以上部件可以類似地位於上述範例中，其中佈植後站112位於負載鎖定室102或輔助室內。例如，如果佈植後站112位於負載鎖定室102內，則雷射源508和光纖510的第一部分可以位於負載鎖定室102外，同時晶圓台504、加熱燈殼506、光纖510的第二部分、紅外線屏障512和光電檢測器518位於負載鎖定室102內。
在操作程序中，將晶圓502定位在晶圓台504上的佈植後站112上(例如，佈植後站112的處理腔室內)。在某些範例中，晶圓502被定位在冷卻靜電卡盤上(例如，在高溫離子佈植程序中)，而在不是晶圓台504上。晶圓502與以上參考圖2描述的晶圓216相似或相同。在這種情況下，晶圓502是矽晶圓。在一些範例中，晶圓502由一或多種其它半導體材料組成，諸如鍺、砷化鎵、碳化矽、氮化鎵、磷化鎵、硫化鎘等。
半導體晶圓(在這種情況下，矽晶圓)的帶隙(也稱為帶隙能量或能隙)根據溫度而變化。具體地，半導體材料的帶隙(以電子伏特(eV)度量)隨著半導體材料的溫度升高而減少。因此，用於確定晶圓的當前溫度的帶隙方法利用半導體的這種材料特性來基於晶圓的當前帶隙值來確定晶圓的當前溫度。
特別是，如圖5所示，雷射源508產生雷射束514，其透過光纖510被引導到佈植後站112的處理腔室的內部。接著，光纖510的輸出端將雷射束514引導到晶圓502的第一側上的點。雷射束514撞擊晶圓502的第一側上 的點，並從晶圓502的第二側作為雷射束516被透射。光電檢測器518隨後收集透射雷射束516並測量透射雷射束516的強度。
如圖所示，紅外線屏障512位於加熱燈殼506和晶圓502之間，並直接在光纖510的輸出端上方。在一些範例中，紅外線屏障512使用一或多個支撐結構保持在所述位置。例如，紅外線屏障512可以透過具有第一和第二端的支撐臂保持在圖5所示的位置，所述第一和第二端在第一端連接/附接到紅外線屏障512，並且在第二端連接/附接到佈植後站112的處理腔室。
如上所述，紅外線屏障512反射、吸收和/或阻擋紅外光，並且被定位成使得其在晶圓502的第一側上投射出足夠大的陰影以包圍雷射束514的光斑。因此，紅外線屏障512減少(或更較佳地，消除)直接撞擊在雷射束514撞擊的晶圓502的第一側上的點的紅外光的量。以此方式，紅外線屏障512減少了透射穿過晶圓502的第一側上的點並隨後被光電檢測器518收集的紅外光的量，同時仍然允許紅外光直接撞擊(和加熱)晶圓502的未被紅外線屏障512覆蓋的第一側的部分。當光電檢測器518測量透射雷射束516的強度時，紅外光會產生「雜訊」(例如，額外的/不需要的強度測量)。因此，減少(或更較佳地，消除)光電檢測器518收集的紅外光的數量使光電檢測器518可以更準確地測量透射雷射束516的強度。
當雷射束514撞擊晶圓502的第一側上的點 (並且光電檢測器518收集透射雷射束516)時，控制器114在預定頻率範圍(例如，2.72×1014Hz至2.76×1014Hz)改變(例如，增加或減少)雷射束514的頻率(例如，透過可調雷射源508)。隨著控制器114改變雷射束514的頻率，晶圓502吸收的雷射束514的量將改變(例如，增加或減少)，因此，透射雷射束516的強度也將改變(隨著雷射束的吸收和透射逆相關)。例如，隨著晶圓502對雷射束514的吸收增加，透射雷射束516的強度減少。在控制器114在預定頻率範圍內改變雷射束514的頻率之後，控制器114基於光電檢測器518在預定頻率範圍內對透射雷射束516的強度的測量，來在預定頻率範圍內產生晶圓502的吸收分佈。在一些範例中，控制器114產生晶圓502的吸收分佈，而控制器114改變雷射束514的頻率。
如下面將參考圖10更詳細地解釋的，控制器114基於所產生的吸收分佈來確定晶圓502的當前溫度。例如，如果控制器114調諧雷射源508以從與晶圓502的帶隙相對應的頻率(也就是說，帶隙頻率)以下到晶圓502的帶隙頻率之上掃描雷射束514的頻率，則晶圓502在帶隙頻率的雷射束514的吸收將存在明顯的變化。具體地，當雷射源508被調諧到低於晶圓502的帶隙頻率的頻率時，吸收分佈將指示晶圓502的低吸收(也就是說，高透射雷射束516強度)。然而，一旦雷射源508被調諧到超過晶圓502的帶隙頻率的頻率，吸收分佈將指示晶圓502對雷射束514的吸收的急劇增加(也就是說，透射雷射束516的強度的顯著減 少)。晶圓502對雷射束514的吸收急劇增加時的雷射源508的頻率表示晶圓502的當前溫度下晶圓502的帶隙頻率。
控制器114接著基於晶圓502的所確定帶隙頻率來確定晶圓502的當前溫度。注意，此當前溫度確定還基於晶圓502的材料(在這種情況下為矽)。具體地，基於組成晶圓502的材料，所確定的帶隙頻率可以對應於不同的晶圓502溫度。例如，確定的帶隙頻率可以對應於矽晶圓的第一溫度，同時還對應於砷化鎵晶圓的第二溫度。
圖5的各種溫度測量部件(例如，雷射源508、光電檢測器518等)可被配置成在晶圓502加熱/冷卻時快速且連續地獲取並提供上述資訊(例如，雷射束514的頻率、雷射束516的強度等)，使得控制器114可以連續地確定並提供當前晶圓溫度。例如，一旦控制器114在預定頻率上產生晶圓502的吸收分佈，控制器114就可以再次開始調諧雷射源508以將雷射束514的頻率從低頻掃描到高頻(並且光電檢測器518可以繼續測量透射雷射束516的強度)，以產生晶圓502的另一吸收分佈。如此，控制器114可以連續產生晶圓502的吸收分佈，從而連續確定晶圓502的當前溫度，直到晶圓502達到所需溫度為止。
注意，儘管圖5顯示定位在加熱燈殼506和晶圓502之間的紅外線屏障512，在一些範例中，紅外線屏障512被定位成緊鄰(例如，直接在其上方)光電檢測器518(或下面更詳細描述的第二光纖的輸入端)。在這些範例中，紅外線屏障512是使透射雷射束516透射但反射、阻擋和/ 或吸收由紅外線加熱燈殼506的一或多個紅外線加熱燈產生的紅外光的濾光器。在一些範例中，濾光器是介質反射鏡，諸如寬頻帶熱濾鏡。在其它範例中，濾光器是二向色鏡，諸如長通二向色濾鏡。例如，如果預期透射雷射束516的波長在1000nm至1200nm的範圍內，則紅外線屏障512可以是寬頻帶熱濾鏡或透射波長在1000nm與1200nm之間的紅外光，同時反射、阻擋和/或吸收由一或多個紅外線加熱燈產生的紅外光的長通二向色濾鏡。注意，在這些範例中，為了使濾光器成功地減少由光電檢測器518(或第二光纖的輸入端)收集的一或多個紅外線加熱燈產生的紅外光的量，由一或多個加熱燈產生的紅外光的波長光譜不應與濾光器透射的波長範圍重疊，因為這可能致使濾光器透射由一或多個紅外線加熱燈產生的紅外光。例如，在上面的範例中，寬頻帶熱濾鏡/長通二向色濾鏡透射波長在1000nm至1200nm之間的紅外光，一或多個加熱燈應僅產生不具有1000nm至1200nm之間波長的紅外光。
在一些範例中，佈植後配置500不包含紅外線屏障512。在這些範例中，佈植後配置500利用其它部件和/或程序來減少光電檢測器518在收集透射雷射束516時收集的紅外光的量。例如，控制器114可以通訊地連接到加熱燈殼506(並且因此包含在其中的一或多個紅外線加熱燈)，使得控制器114可以被配置成在光電檢測器518收集透射雷射束516時關閉一或多個紅外線加熱燈(例如，如下面參考圖8的步驟812更詳細地描述的)。在一些範例中， 佈植後配置500利用其它部件和/或程序來減少除紅外線屏障512之外的光電檢測器518在收集透射雷射束516時收集的紅外光的量。
此外，儘管圖5顯示佈植後站112的處理腔室內的光電檢測器518，在一些範例中，光電檢測器518被定位在佈植後站112的處理腔室(或負載鎖定室102/輔助室，當佈植後站112位於其中時)的外部。在這些範例中，第二光纖的輸入端定位成靠近第二側晶圓502(例如，圖5中的光電檢測器518所處的位置)，並且第二光纖的輸出端連接至光電檢測器508，使得第二光纖的第一部分在處理腔室內，而光纖的第二部分在處理腔室外部。第二光纖的輸入端面對晶圓502的第二側，使得第二光纖收集透射雷射束516(也就是說，經由輸入端)，將透射雷射束516引導至光電檢測器518(位於處理腔室的外部)，並且將透射雷射束516提供給光電檢測器518(例如，經由輸出端)。光電檢測器518接著如上所述測量透射雷射束516的強度。
如上參考圖1所提到的，在一些範例中，佈植後站112包含冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥，其配置成將晶圓冷卻(例如，在高溫離子佈植程序中)。在這些範例中，佈植後配置500不包含紅外線屏障512和加熱燈殼506(或其中包含的一或多個紅外線加熱燈)。此外，在佈植後站112包含冷卻靜電卡盤的範例中，佈植後配置500不包含晶圓台504。相反，在這些範例中，晶圓502定位在冷卻靜電卡盤上(類似於晶圓502被定位在晶圓台504上)，以 使冷卻的靜電卡盤將晶圓冷卻。然而，儘管在這些範例中對佈植後站配置500進行了上述改變，但是仍根據上述程序(以及在下面參考圖10更詳細地描述的)確定晶圓502的當前溫度。
圖6顯示根據各種範例的用於使用電容方法(例如，下面參考圖11描述的程序1100)來測量晶圓的溫度的佈植後站配置的二維側視圖。佈植後站配置600包含兩個溫度測量部件：頂部電容式感測器608和底部電容式感測器610。電容式感測器608和610是非接觸式物件檢測電容式感測器。在一些範例中，電容式感測器608和610是非接觸式位準檢測電容式感測器。佈植後站配置600還包含晶圓台604和加熱燈殼606(包含一或多個紅外線加熱燈)。在一些範例中，佈植後站配置600不包含晶圓台604。在這些範例中，機械手臂(例如，機械手臂104)將晶圓保持在電容式感測器608和610之間的固定位置。控制器114通訊連接到頂部電容式感測器608和底部電容式感測器610(例如，經由一或多個有線連接)。
如圖6所示，晶圓台604、加熱燈殼606、頂部電容式感測器608和底部電容式感測器610均位於佈植後站112的處理腔室內。佈植後站配置600的上述部件可以類似地定位在上述範例中，其中佈植後站112位於負載鎖定室102或輔助室內。例如，如果佈植後站112位於負載鎖定室102內，則晶圓台604、加熱燈殼606以及電容式感測器608和610可以位於負載鎖定室102內。
在操作程序中，晶圓602被定位在晶圓台604上的佈植後站112上(例如，佈植後站112的處理腔室內)。在一些範例中，晶圓602被定位在冷卻靜電卡盤上(例如，在高溫離子佈植程序中)，而不是晶圓台604上。晶圓602與以上參考圖2描述的晶圓216相似或相同。在這種情況下，晶圓602是矽晶圓。在一些範例中，晶圓602由一或多種其它半導體材料組成，例如鍺、砷化鎵、碳化矽、氮化鎵、磷化鎵、硫化鎘等。
頂部電容式感測器608和底部電容式感測器610分別位於晶圓602的頂側和晶圓602的底側附近。此外，頂部電容式感測器608和底部電容式感測器610彼此相距預定距離。例如，頂部電容式感測器608和底部電容式感測器610可以彼此間隔5mm，並且晶圓602位於它們之間。在一些範例中，頂部電容式感測器608和底部電容式感測器610可以彼此相距0.2mm或彼此相距6mm。然而，頂部電容式感測器608或底部電容式感測器610在任何時候都不會與晶圓602接觸。
如以上關於確定半導體晶圓的當前溫度的單雷射器方法(參考圖4描述)所解釋的，半導體晶圓隨著晶圓的溫度改變大小(例如，直徑、厚度等)。具體地，隨著半導體晶圓的加熱，半導體晶圓的厚度將增加，而隨著半導體晶圓的冷卻，半導體晶圓的厚度將減少。因此，用於確定半導體晶圓(在此情況下為矽晶圓)的當前溫度的電容方法利用半導體的這種材料特性來基於晶圓的當前厚度來 確定晶圓的當前溫度。
特別是，頂部電容式感測器608測量其自身與晶圓602的頂側之間的頂部電容，而底部電容式感測器610測量其自身與晶圓602的底側之間的底部電容。控制器114接著分別基於頂部電容測量和底部電容測量來確定頂部電容式感測器608和晶圓602的頂側之間的第一距離，以及底部電容式感測器610和晶圓602的底側之間的第二距離。之後，控制器114基於第一距離、第二距離以及頂部電容式感測器608和底部電容式感測器610之間的預定距離來確定晶圓602的當前厚度。例如，如果控制器114確定第一距離為80μm且第二距離為60μm，並且頂部電容式感測器608與底部電容式感測器610相距300μm，則控制器114可以確定當前晶圓厚度為160μm(即300μm-(60μm+80μm)=160μm)。如將在下面相對於圖11更詳細地解釋的，控制器114使用確定的晶圓602的當前厚度來確定晶圓602的當前溫度。
如上所述，圖6的溫度測量部件(例如，頂部電容式感測器608和底部電容式感測器610)可以被配置成在晶圓602加熱/冷卻時快速且連續地獲取並提供上述資訊(例如，頂部和底部電容測量值)，使得控制器114可以連續地確定並提供當前晶圓溫度。例如，控制器114可以分別從頂部電容式感測器608和底部電容式感測器610連續接收頂部和底部電容測量值，從而連續確定晶圓602的當前厚度。如此，控制器114可以連續地晶圓602的當前溫度， 直到晶圓502達到所需溫度。
此外，如上面參考圖1所述，在一些範例中，佈植後站112包含冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥，其配置成將晶圓冷卻(例如，在高溫離子佈植程序中)。在這些範例中，佈植後配置600不包含加熱燈殼606(或其中包含的一或多個紅外線加熱燈)。此外，在佈植後站112包含冷卻靜電卡盤的範例中，佈植後配置600不包含晶圓台604。相反，在這些範例中，晶圓602定位在冷卻靜電卡盤上(類似於晶圓602被定位在晶圓台504上)，以使冷卻靜電卡盤將晶圓冷卻。然而，儘管在這些範例中對佈植後站配置600進行了以上改變，但是仍根據上述程序(以及在下面參考圖11更詳細地描述的)確定晶圓602的當前溫度。
圖7顯示根據各種範例的用於使用光致發光方法(例如，以下參考圖12描述的程序1200)來測量晶圓的溫度的佈植後站配置的二維側視圖。佈植後站配置700包含各種溫度測量部件，諸如雷射源708、光纖710、光學模組712、紅外線屏障718、分光光度計720和放大器722。佈植後站配置700還包含晶圓台704和加熱燈殼706(包含一或多個紅外線加熱燈)。控制器114通訊地連接到雷射源708、分光光度計720和放大器722(例如，經由一或多個有線連接)。
在一些範例中，雷射源708是窄頻帶可調諧雷射源。例如，雷射源708可以產生具有在400nm與779nm之間的波長的雷射束。在其它範例中，雷射源708可以是 近紅外線雷射源(例如，其產生波長在780nm至1.4μm之間的雷射束)、中紅外線雷射源(例如，其產生波長在1.4μm至3μm之間的雷射束)或遠紅外雷射源(例如，其產生波長在3μm至100μm之間的雷射束)。注意，由雷射源708產生的雷射束的波長不限於上述範例波長範圍。
光學模組712包含一或多個透鏡，其被配置成將由雷射源708產生並從光纖710接收的雷射束(例如，雷射束714)成形和/或聚焦。例如，光學模組712的一或多個透鏡可以被配置成減少從光纖710接收的雷射束的光斑大小。光學模組712的一或多個透鏡還被配置成將雷射束引導到晶圓702(例如，到晶圓702的邊緣)。在一些範例中，光學模組712包含截光器，其被配置成改變由雷射源708產生的雷射束的頻率。例如，截光器可以是變頻轉盤截光器、固定頻率轉向叉截光器，或光學快門。如此，截光器可以控制由雷射源708產生的雷射束撞擊晶圓702的頻率(並因此允許在佈植程序中改變所述頻率)。
紅外線屏障718是由紅外線阻擋材料(例如，比透射紅外光，反射、吸收和/或阻擋更多的紅外光的材料，從而減少了穿過所述材料的紅外光的數量)組成的矩形平板。例如，紅外線屏障718可以由金屬(例如，鋁)、塗覆有金屬、石墨、紅外線不透明聚合物、陶瓷、吸熱玻璃和/或相較於透射紅外光而言，反射、吸收和/或阻擋更多的紅外光的任何其它材料。在一些範例中，紅外線屏障718是圓形平板、三角形平板、正方形平板、菱形平板、 六邊形平板或八邊形平板。此外，在一些範例中，紅外線屏障718是除平板之外的另一三維形狀。例如，可以增加紅外線屏障718的厚度/高度，使得紅外線屏障是立方體、棱鏡、圓錐體等。作為另一個範例，紅外線屏障718可以是球體。
在一些範例中，紅外線屏障718的一部分在晶圓的邊緣上延伸，雷射束714在所述邊緣上撞擊，使得紅外線屏障718減少(或更較佳地消除)來自一或多個紅外線加熱燈的紅外光的量，所述紅外光直接撞擊鄰近晶圓邊緣的晶圓702的頂表面的一部分。紅外線屏障718的這種大小/位置可以減少(或更較佳地消除)來自一或多個紅外線加熱燈的紅外光的量，所述紅外光穿過紅外線屏障718和晶圓702(如果有的話)之間並且隨後由分光光度計720收集。類似地，在一些範例中，紅外線屏障718的一部分在光學模組712上延伸。紅外線屏障718的這種大小/位置可以減少(或更較佳地消除)來自一或多個紅外線加熱燈的紅外光的量，所述紅外光穿過紅外線屏障718和光學模組712(如果有的話)之間並隨後由分光光度計720收集。
分光光度計720是紅外線分光光度計。例如，分光光度計720可以是傅立葉轉換紅外光(FTIR)分光光度計或色散紅外光分光光度計。在一些範例中，分光光度計720是紫外(UV)光分光光度計或原子分光光度計。在一些範例中，佈植後站配置700包含單色儀，而不是分光光度計720。在這些範例中，單色儀被配置成接收發射的 螢光716(代替分光光度計720)並基於發射的螢光716的波長來測量/檢測發射的螢光716的窄頻帶。例如，單色儀可以被配置成僅測量/檢測落在預定波長或頻率範圍內的發射的螢光716。在一些範例中，單色儀檢測/測量的發射的螢光716的窄頻帶隨後被定向到放大器722。
放大器722是鎖定放大器，其被配置成接收來自分光光度計720的訊號、提取和/或放大與由分光光度計720檢測到的螢光相對應的訊號(也就是說，從分光光度計720接收的訊號)，並提供提取的螢光訊號給控制器114。例如，鎖定放大器可用於從檢測到的螢光訊號中提取和/或放大所需範圍的螢光訊號。在上述範例中，其中分光光度計720被單色儀代替，放大器722從單色儀接收與檢測到的螢光相對應的訊號，並且隨後從所接收的訊號中提取和/或放大所需的螢光訊號。
在操作期間，晶圓702被定位在晶圓台704上的佈植後站112上(例如，佈植後站112的處理腔室內)。在某些範例中，晶圓702被定位在冷卻靜電卡盤上(例如，在高溫離子佈植程序中)，而不是晶圓台704上。晶圓702與以上參考圖2描述的晶圓216相似或相同。在這種情況下，晶圓702是矽晶圓。在一些範例中，晶圓702由一或多種其它半導體材料組成，例如鍺、砷化鎵、碳化矽、氮化鎵、磷化鎵、硫化鎘等。
如圖7所示，雷射源708、光纖710的第一部分和放大器722位於佈植後站112的處理腔室的外部，而晶 圓台704、加熱燈殼706、光纖710的第二部分、紅外線屏障718和分光光度計720位於佈植後站112的處理腔室內。佈植後站配置700的上述部件可以類似地位於上述範例中，其中佈植後站112位於負載鎖定室102或輔助室內。例如，如果佈植後站112位於負載鎖定室102內，則雷射源708、光纖710的第一部分和放大器722可以位於負載鎖定室102的外部，而晶圓台704、加熱燈殼706、光纖710的第二部分、紅外線屏障718和分光光度計720位於負載鎖定室102內。
半導體材料的光致發光(也就是說，響應於電磁輻射(例如，雷射束能量)的吸收而發出的螢光)作為溫度的函數而變化。因此，如下文將更詳細解釋的那樣，用於確定晶圓的當前溫度的光致發光方法利用半導體的這種材料特性來基於晶圓響應於從雷射束吸收能量而發射的螢光來確定半導體晶圓(在這種情況下為矽晶圓)的當前溫度。
特別是，如圖7所示，雷射源708產生雷射束714，其透過光纖710被引導到光學模組712(在佈植後站112的處理腔室內)。光學模組712中包含的一或多個透鏡聚焦並減少雷射束714的光斑大小，使得雷射束714僅撞擊晶圓702的邊緣的一部分(也就是說，因為光斑大小小於晶圓702的厚度)。例如，一或多個透鏡可以減少雷射束714的光斑大小，從而使得雷射束714撞擊晶圓702頂部上的佈植層和晶圓702底部上的膜層之間的晶圓702的邊緣(也就 是說，不直接撞擊晶圓702的佈植層或膜層)。接著，光學模組712的一或多個透鏡將雷射束714引導至晶圓702的邊緣。注意，在一些範例中，光學模組712被配置和/或定位為將雷射束714引導至晶圓表面的另一部分。例如，光學模組可以被配置和/或定位成將雷射束714引導到晶圓702的底表面的不與晶圓台704接觸的部分上的點(例如，晶圓702的底表面延伸超過晶圓台704的部分)。
當雷射束714撞擊晶圓702的邊緣時，晶圓702從雷射束714吸收能量(也就是說，電磁輻射)，並且作為響應，發射的螢光716。在一些範例中，雷射束714在預定的時間段內撞擊晶圓714的邊緣。分光光度計720檢測發射的螢光716，並向放大器722提供包含表示檢測到的螢光的一或多個訊號的複數個訊號。接著，放大器722從自分光光度計720接收到的複數個訊號中提取表示檢測到的螢光的一或多個訊號，並隨後將表示檢測到的螢光的一或多個訊號提供給控制器114。
如圖所示，紅外線屏障718位於加熱燈殼706和分光光度計720之間。在一些範例中，紅外線屏障718使用一或多個支撐結構保持在此位置。例如，可以將紅外線屏障718透過支撐臂(具有第一和第二端)保持在圖7所示的位置，所述支撐臂在第一端連接/附接到紅外線屏障718，並且在第二端連接/附接到佈植後站112的處理腔室。
如上所述，紅外線屏障718反射、吸收和/或阻擋紅外光，因此減少了穿過紅外線屏障718的紅外光的 量。因此，紅外線屏障718減少了(或更較佳地，消除了)來自透過分光光度計720收集的一或多個紅外線加熱燈的紅外光的量。當分光光度計720測量發射的螢光716的強度和/或波長時，紅外光會產生「雜訊」(例如，額外/不需要的強度測量)。因此，減少(或更較佳地，消除)分光光度計720收集的紅外光的量允許分光光度計720更準確地測量透射雷射束716的強度和/或波長。
在控制器114從放大器722接收到表示檢測到的螢光的一或多個訊號之後，控制器114基於一或多個訊號確定檢測到的螢光的強度分佈。具體地，控制器114確定強度分佈(例如，鐘形曲線)，所述強度分佈表示所檢測的螢光的強度作為所檢測的螢光的波長的函數。如上所述，矽晶圓的光致發光作為溫度的函數而變化。因此，如將在下面關於圖12和13更詳細地解釋的，控制器114基於上述強度分佈中的強度峰的峰值波長和/或半峰全寬(FWHM)來確定晶圓702的當前溫度，因為強度峰的峰值波長和FWHM為每個都與晶圓702的當前溫度有關。
如本文中所使用的，所檢測的螢光強度分佈的峰值波長表示所檢測的螢光具有最高強度的波長。換句話說，這種強度分佈的峰值波長是與強度分佈中的強度峰的振幅相對應的波長。此外，如本文所使用的，檢測到的螢光強度分佈的FWHM表示在最大強度的一半(也就是說，強度峰值的振幅的一半)的強度分佈中的強度峰的寬度(也就是說，在強度分佈的x軸上)。例如，如果強度峰 值的峰值強度為1，則FWHM是強度為0.5的兩個波長測量之間的差。因此，如果兩個強度為0.5的波長測量值分別為1100nm和1200nm，則強度分佈的FWHM為100nm(即1200nm-1100nm=100nm)。
如上所述，圖7的各種溫度測量部件(例如，雷射源708、光學模組712、分光光度計720、放大器722等)可以被配置成當晶圓702加熱/冷卻時，快速且連續地獲取並提供上述資訊(例如，表示檢測到的螢光的一或多個訊號)，使得控制器114可以連續確定並提供當前晶圓溫度。例如，一旦控制器114產生晶圓702的強度分佈，則控制器114可以再次開始使雷射源708產生雷射束714(並且分光光度計720可以繼續檢測發射的螢光716)，以確定表示所檢測到的螢光的標準化強度作為所檢測到的螢光的波長的函數而變化的另一強度分佈。如此，控制器114可以連續地確定表示檢測到的螢光的強度分佈，從而連續地確定晶圓702的當前溫度，直到晶圓702達到所需的溫度為止。
請注意，儘管圖7顯示定位在加熱燈殼706和晶圓702之間的紅外線屏障718，在一些範例中，紅外線屏障718被定位為緊鄰(例如，直接在上方)分光光度計720(或在下面更詳細描述的第二光纖的輸入端)。在這些範例中，紅外線屏障718是透射發射的螢光716但反射、阻擋和/或吸收由紅外線加熱燈殼706的一或多個紅外線加熱燈產生的紅外光的濾光器。在一些範例中，濾光器是介質反射鏡，諸如寬頻帶熱濾鏡。在其它範例中，濾光器是二向色 鏡，諸如長通二向色濾鏡。例如，如果預期發射的螢光716的波長在900nm至1400nm的範圍內，則紅外線屏障718可以是寬頻帶熱濾鏡或透射波長在900nm至1400nm之間的紅外光，同時反射、阻擋和/或吸收由一或多個紅外線加熱燈產生的紅外光的長通二向色濾鏡。注意，在這些範例中，為了使濾光器成功地減少由分光光度計720(或第二光纖的輸入端)收集的一或多個紅外線加熱燈產生的紅外光的量，由一或多個加熱燈產生的紅外光的波長光譜不應與濾光器透射的波長範圍重疊，因為這可能致使濾光器透射由一或多個紅外線加熱燈產生的紅外光。例如，在上面的範例中，寬頻帶熱濾鏡/長通二向色濾鏡透射波長在900nm至1400nm之間的紅外光，一或多個加熱燈應僅產生不具有900nm至1400nm之間波長的紅外光。
在一些範例中，佈植後配置700不包含紅外線屏障718。在這些範例中，佈植後配置700利用其它部件和/或程序來減少分光光度計720(或單色儀)當收集發射的螢光716時收集的紅外光的量。例如，控制器114可以通訊地連接到加熱燈殼706(並且因此包含在其中的一或多個紅外線加熱燈)，使得控制器114可以被配置成關閉一或多個紅外線加熱燈，同時分光光度計720(或單色儀)收集發射的螢光716(例如，如下面將參考圖8的步驟812所述的)。
作為另一範例，光學模組712可以包含截光器，所述截光器改變由雷射源708產生的雷射束的頻率，使得雷射束714以由截光器設定的頻率撞擊晶圓702。在一 些範例中，截光器設置的雷射束714的頻率是預定的，並且在整個溫度測量程序中保持所述頻率。當雷射束714以截光器設定的頻率撞擊晶圓702時，發射的螢光716也將具有相同的頻率。因此，在這些範例中，分光光度計720(或單色儀)將配置成僅檢測/測量以截光器設置的頻率的光強度。類似地，在這些範例中，放大器722被配置成提取和/或放大具有由截光器設定的頻率的檢測到的螢光訊號(從分光光度計720(或單色儀)接收的)。這繼而防止分光光度計720(或單色儀)和/或放大器722檢測、測量、提取和/或放大來自一或多個加熱燈的紅外光和/或來自環境的光(例如，因為紅外光/環境光的頻率與發射的螢光716的頻率不同)。換句話說，以這種方式使用截光器可以濾除不需要的紅外光和/或環境光。
注意，在一些範例中，佈植後配置700利用上述部件和/或程序來減少分光光度計720(或單色儀)在除紅外線屏障718之外收集發射的螢光716時收集的紅外光的量。
此外，儘管圖7顯示分光光度計720，其位於佈植後站112的處理腔室內並且鄰近晶圓702，在一些範例中，分光光度計720(或單色儀)位於佈植後站112的處理腔室(或負載鎖定室102/輔助室，當佈植後站112定位在其中時)的外部。在這些範例中，第二光纖的輸入端靠近晶圓702(例如，靠近晶圓702的邊緣和/或側面)定位，並且第二光纖的輸出端連接至分光光度計720(或單色儀)，以使第 二光纖的第一部分在處理腔室內，而光纖的第二部分在處理腔室外部。第二光纖的輸入端面向晶圓上的預定位置(或其大致上方向)(也就是說，雷射束714撞擊晶圓702的位置)，以便第二光纖收集發射的螢光716(也就是說，透過輸入端)。
在一些範例中，第二光纖將發射的螢光716引導到位於處理腔室外部的分光光度計720(或位於處理腔室外部的單色儀)，並且將發射的螢光716提供給分光光度計720(例如，經由輸出端)。接著，分光光度計720(或單色儀)檢測發射的螢光716，並如上所述產生表示發射的螢光716的一或多個訊號。
此外，如上面參考圖1所述，在一些範例中，佈植後站112包含冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥，其配置成將晶圓冷卻(例如，在高溫離子佈植程序中)。在這些範例中，佈植後配置700不包含紅外線屏障718和加熱燈殼706(或其中包含的一或多個紅外線加熱燈)。此外，在佈植後站112包含冷卻靜電卡盤的範例中，佈植後配置700不包含晶圓台704。相反，在這些範例中，晶圓702定位在冷卻靜電卡盤上(類似於晶圓702被定位在晶圓台704上，以使冷卻的靜電卡盤將晶圓冷卻。然而，儘管在這些範例中對佈植後站配置700進行了上述改變，但是仍根據上述程序(以及在下面參考圖12和13更詳細地描述的)確定晶圓702的當前溫度。
返回圖1，如上所述，離子佈植系統100還包 含控制器114。控制器114可以在一或多個獨立資料處理裝置或電腦的分佈式網路上實現。此外，儘管在圖1中將控制器114顯示為單一控制器，然而，本領域普通技術人員將理解，控制器114可以包含執行本文揭露的控制器114的程序和功能所必需的任何數量的控制器。
如圖所示，控制器114包含記憶體116、處理器118和輸入/輸出(I/O)介面120。I/O介面120促進了控制器114的輸入和輸出處理。例如，I/O介面120可以促進用於一或多個輸入裝置(例如，鍵盤、滑鼠等)和/或一或多個輸出裝置(例如，顯示器)的輸入和輸出處理，所述I/O介面120通訊地連接至控制器114(例如，經由一或多個有線連接)，離子佈植系統100的操作員可以用所述I/O介面120來觀察和控制控制器114的程序和功能。處理器118利用記憶體116執行儲存在其中的指令。在一些範例中，記憶體116包含隨機存取記憶體(RAM)，包含但不限於揮發性RAM(例如，DRAM、SRAM)和非揮發性RAM(例如，NAND)。在一些範例中，記憶體116還包含電腦可讀取儲存媒體。在一些範例中，電腦可讀取儲存媒體是有形的和非暫態的。例如，記憶體116可以包含高速隨機存取記憶體，並且還可以包含非揮發性記憶體，諸如一或多個磁碟儲存裝置、快閃記憶體裝置或其它非揮發性固態記憶體裝置。在一些範例中，記憶體116的電腦可讀取儲存媒體儲存一或多個程式以供處理器118執行，所述一或多個程式包含用於執行本文所述的任何方法和程序的指令(例如，參考圖 8-14)。
圖8顯示根據各種範例的用於測量離子佈植系統內的晶圓的溫度的程序。在一些範例中，程序800由與系統100類似或相同的系統執行，如上面參考圖1至圖7所述。下面同時參考圖1至圖7描述程序800。注意，雖然圖8顯示其中僅在佈植後站確定晶圓溫度的程序，在一些範例中，在佈植前站確定晶圓溫度(例如，如下面參考圖14更詳細地描述的)。
在步驟802，程序800使控制器(例如，控制器114)控制機械手臂(例如，機械手臂104)來從負載鎖定室(例如，負載鎖定室102)到佈植前站(例如佈植前站108)轉移晶圓(例如，晶圓216、402、420、502、602或702)。例如，機械手臂可以將晶圓定位在位於佈植前站的處理腔室內的晶圓台上。作為另一個範例，在低溫離子佈植程序中，機械手臂可以將晶圓定位在位於佈植前站的處理腔室內的冷卻靜電卡盤上。
在機械手臂將晶圓定位在佈植前站之後，在步驟804，程序800使控制器控制佈植前站，以將晶圓加熱或冷卻至第一預定溫度。在一些範例中，程序800使控制器控制佈植前站，以將晶圓加熱至第一預定溫度(例如攝氏25至300度)。例如，程序800可以使控制器控制位於佈植前站的處理腔室內的一或多個紅外線加熱燈(例如，紅外線加熱燈308)，以將晶圓加熱到第一預定溫度。在其它範例中，程序800使控制器控制佈植前站，以將晶圓冷卻 至第一預定溫度(例如，攝氏負100至0度)。例如，程序800可以使控制器控制上述冷卻靜電卡盤和/或在佈植前站的處理腔室內的冷卻劑釋放閥，以將晶圓冷卻至第一預定溫度。
在步驟806，程序800使控制器控制機械手臂，以將晶圓(在第一預定溫度下)轉移到離子佈植機(例如，離子佈植機200)。例如，程序800可以使控制器控制機械手臂，以將晶圓定位在離子佈植機的處理腔室(例如，處理腔室110)內的晶圓支撐結構(例如，晶圓支撐結構218)上。機械手臂可以將晶圓快速轉移到離子佈植機，從而當晶圓位於晶圓支撐結構上時，晶圓仍處於第一預定溫度。
在步驟808，程序800使控制器控制離子佈植機，以用來自離子束(例如，離子束205)的離子佈植晶圓。例如，程序800可以使控制器控制離子佈植機產生離子束並將離子束引導至晶圓。程序800還可以使控制器控制晶圓支撐結構，以在一或多個方向上平移和/或旋轉，以使離子束在晶圓被掃描。在一些範例中，當晶圓被保持在第一預定溫度或大約在第一預定溫度(例如，在第一預定溫度的攝氏1度以內)時，離子佈植機用離子佈植晶圓。例如，離子佈植機可以快速地(例如，在幾秒鐘內)用離子佈植晶圓，使得當離子佈植完成時晶圓仍處於第一預定溫度。
在離子佈植機處以離子佈植晶圓之後，在步 驟810，程序800使控制器控制機械手臂，以將已佈植的晶圓轉移到佈植後站(例如，佈植後站112)。例如，程序800可以使控制器控制機械手臂，以將晶圓定位在晶圓台(例如，晶圓台504、604、704等)上。可替代地，程序800可以使控制器控制機械手臂，以將晶圓定位在冷卻靜電卡盤上。在一些範例中，佈植後站包含處理腔室。在這些範例中，晶圓台或冷卻靜電卡盤位於處理腔室內。在一些範例中，佈植後站位於負載鎖定室(例如，負載鎖定室102)內，並且因此晶圓台或冷卻靜電卡盤位於負載鎖定室內。例如，晶圓台或冷卻靜電卡盤可位於初始負載鎖定室內，在步驟802，機械手臂從初始負載鎖定室移出晶圓或冷卻靜電卡盤(或與初始負載鎖定室相鄰的另一個負載鎖定室)。在一些範例中，佈植後站位於負載鎖定室的輔助室內，因此晶圓台或冷卻靜電卡盤位於輔助室內。在這些範例中，程序800使控制器控制機械手臂，以將晶圓定位在負載鎖定室內。接著，負載鎖定室的機械手臂將晶圓傳送到輔助室，並將晶圓定位在晶圓台或冷卻靜電卡盤上。
在一些範例中，在晶圓仍處於第一預定溫度的同時，將晶圓定位在佈植後站。例如，如上所述，在向晶圓佈植離子之後，晶圓仍可以處於第一預定溫度。因此，在這些範例中，機械手臂可以將已佈植的晶圓快速轉移到佈植後站，因此，當定位在晶圓台或冷卻靜電卡盤上時，晶圓仍處於第一預定溫度。
在將晶圓轉移到佈植後站之後，在步驟 812，程序800使控制器控制佈植後站，以將晶圓加熱或冷卻。在一些範例中(例如，在低溫離子佈植程序中)，程序800使控制器控制佈植後站，以將晶圓加熱至第二預定溫度(例如，環境溫度)。例如，程序800可以使控制器控制佈植後站(例如，位於處理腔室、負載鎖定室或輔助室內)的一或多個紅外線加熱燈(例如，紅外線加熱燈308)，以將晶圓從第一預定溫度(例如攝氏負60度)加熱到環境溫度(例如攝氏20至25度)。在其它範例中(例如，在高溫離子佈植程序中)，程序800使控制器控制佈植後站，以將晶圓冷卻至第二預定溫度(例如，環境溫度)。例如，程序800可以使控制器控制佈植後站(例如，位於處理腔室、負載鎖定室或輔助室內)的冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥，以將晶圓從第一預定溫度(例如攝氏200度)冷卻到環境溫度。
在一些範例中，在機械手臂將晶圓轉移到佈植後站之後，並且在程序800使控制器控制佈植後站以將晶圓加熱或冷卻之前，程序800使控制器控制佈植後站(例如，佈植後站的溫度測量部件)以確定參考晶圓溫度。在這些範例中，參考晶圓溫度是在離子佈植機上佈植離子後的晶圓當前溫度。在一些範例中，程序800使控制器使用單雷射器方法(例如，程序900)、帶隙方法(例如，程序1000)、電容方法(例如，程序1100)以及光致發光方法(例如，程序1200)中的一或多種來確定參考晶圓溫度，下面將參考圖9-13對其進行詳細描述。
在晶圓在佈植後站被加熱或冷卻之後，在步驟814，程序800使控制器確定晶圓的當前溫度。在一些範例中，程序800使控制器確定在晶圓在佈植後站被加熱或冷卻達預定時間段(例如1秒、2秒、5秒等)之後的晶圓的當前溫度。在一些範例中，程序800使控制器在晶圓在佈植後站被加熱或冷卻達預定時間段(例如1秒、2秒、5秒等)之後，周期性地確定當前溫度(例如，每0.5秒、每2秒等)。例如，在將晶圓在佈植後站加熱2秒之後，程序800此後可以使控制器每秒確定晶圓的當前溫度。在一些範例中，程序800使控制器在晶圓在佈植後站處加熱或冷卻達預定時間段(例如1秒、2秒、5秒等)之後，連續確定晶圓的當前溫度，直到晶圓達到預定的目標溫度。
在一些範例中，程序800使控制器確定晶圓的當前溫度，同時在佈植後站上將晶圓加熱或冷卻。例如，在佈植後站的一或多個紅外線加熱燈將晶圓加熱預定時間段之後，程序800可以使控制器確定晶圓的當前溫度，而所述一或多個紅外線加熱燈繼續將晶圓加熱。在其它範例中，程序800使控制器控制佈植後站的一或多個紅外線加熱燈、冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥，以停止將晶圓加熱或冷卻，同時控制器確定晶圓的當前溫度。例如，程序800可以使控制器關閉一或多個紅外線加熱燈或停止冷卻劑向冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥的流動。在這些範例中，在控制器確定晶圓的當前溫度(其可能花費不到一秒鐘的時間)之後，程序800可以使控制器控制佈 植後站的一或多個紅外線加熱燈、冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥，以繼續(即恢復)將晶圓加熱或冷卻。例如，程序800可以使控制器開啟一或多個紅外線加熱燈或恢復冷卻劑向冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥的流動。
在一些範例中，在控制器確定晶圓的當前溫度的同時停止將晶圓加熱或冷卻，使得控制器能夠更準確地確定晶圓的當前溫度。例如，如以上參考圖5和圖7所述，當基於帶隙方法(例如，程序1000)和/或光致發光方法(例如，程序1200)確定晶圓的當前溫度時，來自佈植後站的一或多個紅外線加熱燈的紅外光會產生不需要的「雜訊」(例如，不需要的紅外光強度和/或波長測量值)。由於帶隙和光致發光方法都利用紅外光強度和/或波長測量來確定晶圓的當前溫度，因此不想要的雜訊隨後可能致使不正確的當前溫度確定。因此，在這些範例中，停止用一或多個紅外線加熱燈將晶圓加熱可以防止佈植後站的光電檢測器(例如，光電檢測器518)和/或分光光度計(例如，分光光度計720)收集/檢測來自一或多個加熱燈(並隨後產生上述不想要的雜訊)的紅外光，同時控制器分別基於帶隙方法和/或光致發光方法確定晶圓的當前溫度。
在步驟814中，程序800使控制器基於單雷射器方法(例如，程序900)、帶隙方法(例如，程序1000)、電容方法(例如，程序1100)和/或光致發光方法(例如，程序1200)中的一或多種來確定晶圓的當前溫度。圖9-12顯示基於上述每種方法來確定晶圓的當前溫度的各種程序。
圖9顯示根據各種範例的用於使用單雷射方法在佈植後站處確定晶圓的溫度的程序。在一些範例中，控制器使用與以上參考圖4描述的佈植後站配置400相似或相同的佈植後站配置來執行程序900。下面同時參考圖4來描述程序900。
在步驟902，程序900使控制器(例如，控制器114)控制雷射源(例如，雷射源406)以將來自第一位置(例如，位置1)的雷射源的第一雷射束(例如，雷射束412)引導到晶圓(例如，晶圓402/膨脹晶圓420)的邊緣上的第一點。特別是，雷射源沿著平行於y軸(例如，Y軸418)的路徑引導第一雷射束。
在步驟904，程序900使控制器基於使用佈植後站的雷射感測器(例如，雷射感測器408)檢測到第一雷射束(例如，雷射束414A或414B)的反射來確定從雷射源的第一位置到晶圓邊緣上的第一點的第一距離。特別是，程序900使控制器基於第一雷射束從晶圓邊緣上的第一點反射出並返回到雷射感測器所花費的時間量來確定第一距離。控制器將第一距離定義為y軸(例如d1)上的座標，並將雷射源的第一位置定義為x軸(例如X軸416)上的座標，以使晶圓邊緣上的第一點被定義為具有x和y大小(例如0,d1)的座標。例如，控制器可以將晶圓邊緣上的第一點定義為(0,3cm)，其中「0」表示雷射源在x軸上的第一位置，「3cm」表示從雷射源到晶圓邊緣上的第一點的距離。注意，雖然圖4顯示位置1的x軸座標值為0，在一些範例中，控制 器將雷射源的第一位置定義為具有除0以外的值的x軸座標。例如，控制器可以定義晶圓邊緣上的第一點為(1cm,3cm)。
在確定第一距離之後，控制器控制包含雷射源和雷射感測器的雷射單元(例如雷射單元404)，以沿雷射單元軌道從第一位置移動到第二位置(例如位置2)。特別是，雷射單元沿著雷射單元軌道沿平行於x軸的直線移動。
在步驟906，程序900使控制器控制雷射源，以將來自第二位置處的雷射源的第二雷射束引導至晶圓邊緣上的第二點。如同第一雷射束，雷射源沿著平行於y軸的路徑引導第二雷射束。
在步驟908，程序900使控制器基於使用雷射感測器檢測到第二雷射束的反射來確定從雷射源的第二位置到晶圓邊緣上的第二點的第二距離。特別是，程序900使控制器基於第二雷射束從晶圓邊緣上的第二點反射離開並返回到雷射感測器所花費的時間量來確定第二距離。控制器將第二距離定義為y軸上的座標(例如d2)，將雷射源的第二位置定義為x軸上的座標(例如P2x)，以使晶圓邊緣上的第二點定義為具有x和y維度(例如P2x,d2)的座標。例如，控制器可以將晶圓邊緣上的第二點定義為(7cm,1.5cm)，其中「7cm」表示雷射源在x軸上的第二位置，而「1.5cm」表示從雷射源到晶圓邊緣的第二點的距離。
在確定第二距離之後，控制器控制雷射單元 沿雷射單元軌道從第二位置移動到第三位置(例如，位置3)。
在步驟910，程序900使控制器控制雷射源，以將來自第三位置處的雷射源的第三雷射束引導到晶圓邊緣上的第三點。
在步驟912，程序900使控制器基於使用雷射感測器檢測到第三雷射束的反射來確定從雷射源的第三位置到晶圓邊緣上的第三點的第三距離。特別是，程序900使控制器基於第三雷射束從晶圓邊緣上的第三點反射出並返回到雷射感測器所花費的時間量來確定第三距離。控制器將第三距離定義為y軸上的座標(例如d3)，並將雷射源的第三位置定義為x軸上的座標(例如P3x)，以使晶圓邊緣上的第三點定義為具有x和y維度(例如P3x,d3)的座標。例如，控制器可以將晶圓邊緣上的第三點定義為(10cm,1.2cm)，其中「10cm」表示雷射源在x軸上的第三位置，「1.2cm」表示從雷射源到晶圓邊緣的第三點的距離。
在步驟914，程序900使控制器至少基於第一距離、第二距離和第三距離(例如，分別在步驟904、908和912確定的y1、y2和y3)來確定晶圓的當前直徑。特別是，控制器首先使用定義晶圓邊緣上的三個點的三個座標對以及下面顯示的方程式(1)和(2)來確定晶圓的中心點(例如，定義晶圓的中心點的x座標和y座標)。
Figure 110102837-A0305-02-0061-1
Figure 110102837-A0305-02-0061-2
如方程式(1)和(2)所示，「x」表示晶圓的中心點的x座標，而「y」表示晶圓的中心點的y座標。此外，「x1」和「y1」表示定義晶圓邊緣上的第一點的x和y座標，「x2」和「y2」表示定義晶圓邊緣上的第二點的x和y座標，而「x3」和「y3」表示定義晶圓邊緣上第三點的x和y座標。因此，控制器使用方程式(1)確定中心點的x座標，並使用方程式(2)確定中心點的y座標。
在控制器確定定義晶圓的中心點的座標對(例如，x,y)之後，控制器使用定義中心點的座標對和下面的方程式(3)來確定晶圓的當前直徑。
Figure 110102837-A0305-02-0061-3
如方程式(3)所示，「r」表示晶圓的當前半徑，「x」表示中心點的x座標，「y」表示中心點的y座標，「x1」表示晶圓邊緣上的第一點的x座標，「y1」表示晶圓邊緣上的第一點的y座標。因此，控制器使用方程式(3)來確定晶圓的當前半徑。接著，控制器透過將當前半徑乘以2(即當前晶圓直徑=2×r)來確定晶圓的當前直徑。
在步驟916，程序900使控制器基於所確定的晶圓的當前直徑來確定晶圓的當前溫度。特別是，如以上參考圖4所描述的，用於確定晶圓的當前溫度的單雷射器 方法中的此步驟(例如，程序900)利用半導體(例如，矽、砷化鎵等)的材料特性來基於溫度改變大小。具體地，半導體材料的大小(例如，長度、寬度、直徑、厚度等)隨著材料的加熱而增大，而隨著材料的冷卻而減少。半導體材料的線性熱膨脹係數表示所述特定半導體材料的大小響應於溫度變化而變化的程度。因此，控制器使用晶圓的半導體材料的線性熱膨脹係數、晶圓的直徑的變化以及下面的方程式(4)來確定晶圓的當前溫度。
△L=L c -L 0=α×L 0×(T c -T 0) (4)
如方程式(4)所示，「△L」表示晶圓直徑的變化，「Lc」表示晶圓的當前直徑，而「L0」表示晶圓的參考直徑。此外，「α」表示晶圓的半導體材料的線性熱膨脹係數。例如，如果晶圓由矽組成，則α將是矽的線性熱膨脹係數(也就是說，2.6×10-6℃-1)。最後，「Tc」表示晶圓的當前溫度，「T0」表示晶圓的參考溫度(也就是說，對應於晶圓的參考直徑的晶圓溫度)。
在一些範例中，晶圓的參考溫度(T0)是第二預定溫度(例如，晶圓將在以上參考圖8的步驟812討論的佈植後站112處被加熱/冷卻的最終溫度)。在這些範例中，晶圓的參考直徑(L0)是對應於第二預定溫度的晶圓直徑。
在一些範例中，與第二預定溫度相對應的晶圓直徑是在第二預定溫度下的一或多個相似晶圓的預定平 均直徑。在這些範例中，一或多個相似晶圓可以是由與所述晶圓相同的材料組成並且在環境溫度下具有與所述晶圓相同的大小(或幾乎相同的大小)的晶圓。例如，如果第二預定溫度是攝氏25度，則與第二預定溫度相對應的晶圓直徑可以是一或多個矽晶圓在攝氏25度下的預定平均直徑。接著，控制器可以將在攝氏25度下的此預定平均晶圓直徑用作方程式(4)的參考直徑。
在其它範例中，與第二預定溫度相對應的晶圓直徑是在晶圓經歷離子佈植程序之前(例如，在將晶圓定位在負載鎖定室之前)確定的。例如，如果第二預定溫度是攝氏20度，則離子佈植系統的操作員(在所述離子佈植系統中，晶圓要經歷離子佈植程序)可以在晶圓經歷離子佈植程序之前和晶圓處於攝氏20度時測量晶圓的直徑。接著，控制器可以將在攝氏20度下此測得的晶圓直徑用作方程式(4)的參考直徑。
在其它範例中，在晶圓在佈植前站(例如，佈植前站108)被加熱或冷卻之前，控制器確定與第二預定溫度相對應的晶圓直徑。在這些範例中，在將晶圓定位在負載鎖定室(例如，負載鎖定室102)中之前，將晶圓保持在第二預定溫度。在將晶圓定位在負載鎖定室中之後以及在程序800使控制器控制機械手臂(例如，機械手臂104)將晶圓轉移到佈植前站(例如，在圖8的步驟802處)之前不久，控制器控制機械手臂將晶圓轉移到佈植後站(例如，佈植後站112)。因為在將晶圓保持在第二預定溫度之後， 將晶圓快速轉移到佈植後站，所以假設當機械手臂將晶圓定位在佈植後站時，晶圓仍處於第二預定溫度。
接著，於不在佈植後站將晶圓加熱或冷卻的情況下，控制器執行上述程序900的步驟902-914，以確定晶圓的直徑。例如，在程序900的步驟902-912中，控制器可以用與控制器控制溫度測量部件來測量/確定第一距離、第二距離和第三距離的相同方式來控制佈植後站(例如，佈植後站配置400)的各種溫度測量部件來測量/確定第一參考距離、第二參考距離和第三參考距離。接著，在程序900的步驟914中，控制器可以用與控制器基於第一距離、第二距離和第三距離確定當前晶圓直徑的相同方式來至少基於第一參考距離、第二參考距離和第三參考距離來確定晶圓的直徑。接著，控制器使用此確定的晶圓直徑作為方程式(4)的參考直徑。
在上述晶圓的參考溫度(T0)為第二預定溫度的範例中，控制器使用方程式(4)求解晶圓的當前溫度(Tc)。特別是，由於控制器將具有用於當前晶圓直徑(Lc)(例如，在步驟914處確定的)、參考晶圓直徑(L0)、參考晶圓溫度(T0)(例如，第二預定溫度)以及晶圓材料的線性熱膨脹係數(α)，控制器可以求解當前晶圓溫度(Tc)，因為它是方程式(4)唯一剩餘的未知變數。
在一些範例中，晶圓的參考溫度(T0)是在離子佈植機處佈植離子之後且在佈植後站進行任何加熱或冷卻之前的晶圓溫度。在一些範例中，假設在機械手臂將佈 植後的晶圓定位在佈植後站上之後，在佈植後站中佈植後的晶圓仍處於其被加熱或冷卻的溫度(例如，以上參考圖8的步驟804討論的第一預定溫度)，因為在晶圓在佈植前站加熱或冷卻後，用離子佈植晶圓只需要幾秒鐘(例如10秒)。例如，如果晶圓在佈植前站中被冷卻到攝氏負60度，則假設當機械手臂將晶圓定位在佈植後站時晶圓仍處於攝氏負60度。因此，在這種情況下，晶圓的參考溫度將為攝氏負60度。
在上述晶圓的參考溫度(T0)是在離子佈植機中佈植離子之後且在佈植後站進行任何加熱或冷卻之前的晶圓溫度的範例中，控制器確定在機械手臂將晶圓轉移到佈植後站之後(例如，在圖8的步驟810之後)並且在晶圓在佈植後站進行加熱或冷卻之前(例如，在圖8的步驟812之前)的參考晶圓直徑(L0)。特別是，在晶圓的任何加熱或冷卻發生之前，控制器透過執行上述程序900的步驟902-914來確定參考晶圓直徑。例如，在程序900的步驟902-912中，控制器可以控制佈植後站(例如，佈植後站配置400)的各種溫度測量部件，以用控制器控制溫度測量部件來測量/確定第一距離、第二距離和第三距離的相同方式來測量/確定第一參考距離、第二參考距離和第三參考距離。接著，在程序900的步驟914中，控制器可以至少基於第一參考距離、第二參考距離和第三參考距離，以用控制器至少基於第一距離、第二距離和第三距離來確定當前晶圓直徑的相同方式來確定參考晶圓直徑。
在控制器確定參考晶圓直徑(與在離子佈植機上佈植離子後的晶圓溫度相對應)之後，控制器控制佈植後站，以開始將晶圓加熱或冷卻(例如，如上參考圖8的步驟812所述)。接著，在佈植後站將晶圓加熱或冷卻(例如，持續預定的時間段)之後，控制器再次執行上述程序900的步驟902-914，以確定當前晶圓直徑(Lc)。接著，控制器使用方程式(4)求解晶圓的當前溫度(Tc)。特別是，由於控制器將具有當前晶圓直徑(Lc)、參考晶圓直徑(L0)、參考晶圓溫度(T0)(例如，與確定的參考晶圓直徑相對應的假設晶圓溫度)，以及晶圓材料的線性熱膨脹係數(α)的值，控制器可以求解當前晶圓溫度(Tc)，因為它是方程式(4)唯一剩餘的未知變數。
一旦控制器在步驟916確定晶圓的當前溫度，則控制器可以返回到程序800並執行步驟816、818、820和/或822，如將在下面參考圖8更詳細地描述的。應當理解，可以將程序900中的一些步驟進行組合，可以改變一些步驟的順序，並且可以省略一些步驟。此外，應當理解，可以執行額外的步驟。
圖10顯示根據各種範例的使用帶隙方法在佈植後站處確定晶圓溫度的程序。在一些範例中，控制器使用與以上參考圖5描述的佈植後站配置500相似或相同的佈植後站配置來執行程序1000。下面同時參考圖5描述程序1000。
在步驟1002，程序1000使控制器(例如，控 制器114)控制雷射源(例如，雷射源508)將雷射束(例如，雷射束514)引導到晶圓(例如晶圓502)的第一側(例如，頂部或底部表面)。如圖5所示，在一些範例中，程序1000使控制器控制雷射源以將雷射束引導至光纖(例如，光纖510)的輸入端。接著，光纖將雷射束引導至晶圓的第一側(例如，經由光纖的輸出端)。此外，如下面將參考步驟1006所討論的，當雷射束撞擊晶圓的第一側時，其穿過晶圓並從晶圓的第二側(例如，頂面或底面)透射。
注意，如以上參考圖8的步驟812所提及的，在一些範例中，控制器控制佈植後站以停止將晶圓加熱或冷卻，同時控制器確定晶圓的當前溫度。關於程序1000，在一些範例中，一旦控制器控制雷射源將雷射束引導到晶圓的第一側(或光纖的輸入端)，控制器就控制佈植後站停止將晶圓加熱或冷卻。在一些範例中，控制器直到步驟1008、1010或1012之後才控制佈植後恢復將晶圓加熱或冷卻(下面將更詳細地描述)。例如，一旦控制器在步驟1008產生晶圓吸收分佈，則控制器可以控制佈植後恢復將晶圓加熱或冷卻。
在步驟1004，程序1000使控制器控制雷射源在預定頻率範圍內改變雷射束的頻率，同時雷射源(或光纖)將雷射束引導到晶圓的第一側。換句話說，程序1000使控制器控制雷射源以在雷射束撞擊晶圓的第一側的同時改變雷射束的頻率。例如，預定義的頻率範圍可以包含或落入2.72×1014Hz至2.76×1014Hz之內。在一些範例中，在 控制器控制雷射源以在整個預定頻率範圍內改變雷射束的頻率之後，控制器控制雷射源以停止將雷射束引導到晶圓的第一側(或光纖的輸入端)。
在步驟1006，程序1000使控制器獲得表示來自鄰近晶圓的第二側的光電檢測器(例如，光電檢測器518)的透射雷射束強度的資料。特別是，如上所述，當雷射束撞擊晶圓的第一側時，其穿過晶圓並從晶圓的第二側透射。如圖5所示，光電檢測器被定位成接近晶圓的第二側，使得光電檢測器接收/檢測透射的雷射束並測量透射雷射束強度。光電檢測器隨後將表示所測量的透射雷射束的強度的資料提供給控制器。
在步驟1008，程序1000使控制器基於表示透射雷射束強度的資料，在預定頻率範圍內產生晶圓的吸收分佈。特別是，隨著雷射源改變雷射束的頻率，透射雷射束強度也將改變。由於晶圓吸收的來自雷射束的雷射能量的量部分地基於雷射束的頻率，因此透射雷射束強度發生變化。例如，與當雷射束處於較高頻率(例如，2.76×1014Hz)時相比，當雷射束處於較低頻率(例如，2.72×1014Hz)時，晶圓可以吸收較少的雷射能量。此外，由於透射雷射束的強度與晶圓吸收的雷射能量的量成反比，因此，在上述範例中，當雷射束處於較低頻率時，透射雷射束將具有較高的強度(也就是說，由於晶圓在較低的頻率下吸收較少的雷射能量)。因此，在一些範例中，吸收分佈將變化的透射雷射束強度與預定頻率範圍內的對應雷射束頻率相 關。換句話說，吸收分佈包含在雷射源將雷射束的頻率設置為預定頻率範圍內的一或多個(或所有)頻率值的透射雷射束強度值。
在步驟1010，程序1000使控制器基於晶圓的吸收分佈確定與晶圓的當前帶隙值相對應的頻率。如以上參考圖5所描述的，半導體材料(例如，矽、砷化鎵等)的帶隙(也稱為帶隙能量或能隙)作為溫度的函數而變化。具體地，半導體材料的帶隙(以電子伏特(eV)度量)隨著半導體材料的溫度升高而減少。此外，半導體材料的帶隙影響半導體材料如何從雷射束吸收雷射能量。具體地，當雷射束的頻率達到與半導體的當前帶隙值相對應的頻率(也就是說，帶隙頻率)時，半導體材料從雷射束的雷射能量吸收會發生顯著變化。因此，隨著半導體材料的溫度變化，半導體材料的帶隙和帶隙頻率也將改變。用於確定晶圓的當前溫度的帶隙方法的步驟1010和1012(例如，程序1000)利用半導體材料的以上材料特性來確定半導體晶圓的當前溫度。
特別是，控制器使用吸收分佈(例如，在步驟1008產生)來確定晶圓的雷射束能量的吸收有明顯變化的頻率，因為所述頻率對應於晶圓的當前帶隙。例如，如果在步驟1004中，控制器調諧雷射源以將雷射束的頻率從晶圓的帶隙頻率以下掃描到晶圓的帶隙頻率以上，當雷射源調諧到低於晶圓的帶隙頻率的頻率時，則吸收分佈將指示晶圓的吸收率較低(也就是說，高透射雷射束強度)。然 而，一旦雷射源被調諧到超過晶圓的帶隙頻率的頻率，吸收分佈將指示晶圓對雷射束的吸收的顯著增加(也就是說，透射雷射束的強度的顯著減少)。晶圓對雷射束的吸收急劇增加時的雷射源頻率表示晶圓在晶圓當前溫度下的帶隙頻率。
在控制器確定晶圓的帶隙頻率之後，在步驟1012，程序1000使控制器確定與確定的帶隙頻率相對應的晶圓的當前溫度。特別是，控制器使用矽的已知溫度和帶隙頻率關係(諸如下表(1)所示)來確定與晶圓當前帶隙頻率相對應的溫度。例如，如果控制器確定晶圓的當前帶隙頻率為2.73×1014Hz(例如，在步驟1010)，則控制器可以使用表(1)中所示的矽的已知溫度和帶隙頻率關係來確定晶圓的當前溫度為攝氏0度。
Figure 110102837-A0305-02-0070-4
注意，溫度和帶隙頻率之間的關係在不同的半導體材料之間可能會有所不同。因此，儘管表(1)僅包含矽的溫度/帶隙頻率關係，但是在一些範例中，控制器基於製造晶圓的一或多種半導體材料將已知的溫度和帶隙頻率關係用於其它半導體材料。例如，如果晶圓由砷化鎵 組成，則控制器可以使用砷化鎵的已知溫度和帶隙頻率關係來確定晶圓的當前溫度。此外，在一些範例中，控制器可以確定與所確定的帶隙頻率相對應的波長(因為波長和頻率直接相關)，並且隨後基於所確定的帶隙波長來確定晶圓的當前溫度。例如，當一定溫度範圍內(例如攝氏20到負70度)的半導體材料的帶隙頻率落在狹窄範圍內(例如上面表(1)所示的頻率)時，這種帶隙波長確定可能是較佳的。
如以上參考圖8的步驟812所述，在一些範例中，在機械手臂將晶圓轉移到佈植後站之後並且在控制器控制佈植後站將晶圓加熱或冷卻之前，控制器控制佈植後站以確定參考晶圓溫度。在一些範例中，在晶圓的任何加熱或冷卻發生之前，控制器透過執行上述程序1000的步驟1002-1012來確定參考晶圓溫度。例如，控制器可以控制佈植後站的各種溫度測量部件(例如佈植後站配置500的溫度測量部件)，以在預定頻率範圍內測量透射參考雷射束的強度並以與控制器控制溫度測量部件以在預定頻率範圍內測量透射雷射束的強度的相同方式，基於所測量的透射參考雷射束的強度來產生吸收分佈，並在步驟1002-1008中產生吸收分佈。接著，控制器可以用與控制器分別在步驟1010和1012處確定晶圓的帶隙頻率和當前溫度的相同方式，基於所產生的吸收分佈來確定與晶圓的參考帶隙值相對應的頻率，並基於所確定的參考帶隙頻率來確定參考晶圓溫度。
在一些範例中，控制器在圖8的步驟816使用確定的參考晶圓溫度(下面更詳細地描述)。例如，如果步驟816的預定條件包含晶圓溫度增加或減少一定量的要求，則控制器可以使用確定的參考晶圓溫度和確定的當前晶圓溫度來確定是否滿足預定條件。例如，如果參考晶圓溫度是攝氏負60度，當前晶圓溫度是攝氏20度，並且預定條件包含晶圓溫度增加攝氏80度的要求，則控制器可以確定滿足預定條件。
一旦控制器在步驟1012確定晶圓的當前溫度，控制器就可以返回到程序800並執行步驟816、818、820和/或822，如將在下面參考圖8進行更詳細的描述。應當理解，可以將程序1000中的一些步驟進行組合，可以改變一些步驟的順序，並且可以省略一些步驟。此外，應當理解，可以執行額外的步驟。
圖11顯示根據各種範例的，使用電容方法在佈植後站處確定晶圓的溫度的程序。在一些範例中，控制器使用與以上參考圖6描述的佈植後站配置600相似或相同的佈植後站配置來執行程序1100。下面同時參考圖6描述程序1100。
在步驟1102，程序1100使控制器(例如，控制器114)從頂部電容式感測器(例如，頂部電容式感測器608)獲得表示頂部電容的資料。特別是，頂部電容式感測器測量其自身與晶圓(例如，晶圓602)的頂側之間的電容，並且隨後將表示頂部電容的資料提供給控制器。
在步驟1104，程序1100使控制器基於表示頂部電容的資料(例如，在步驟1102獲得)，確定晶圓的頂側與頂部電容式感測器之間的第一距離。
在步驟1106，程序1100使控制器從底部電容式感測器(例如，底部電容式感測器610)獲得表示底部電容的資料。特別是，底部電容式感測器測量其自身與晶圓的底側之間的電容，並且隨後將表示底部電容的資料提供給控制器。
在步驟1108，程序1100使控制器基於表示底部電容的資料(例如，在步驟1106獲得)，確定晶圓的底側與底部電容式感測器之間的第二距離。
在步驟1110，程序1100使控制器基於第一距離、第二距離以及頂部電容式感測器和底部電容式感測器之間的預定距離來確定晶圓的當前厚度。例如，如果頂部和底部電容式感測器之間的預定義距離為1mm、第一距離為500μm、第二距離為300μm，則控制器可以確定晶圓的當前厚度為200μm(也就是說，1mm-500μm-300μm=200μm)。
在步驟1112，程序1100使控制器基於所確定的晶圓的當前厚度來確定晶圓的當前溫度。特別是，如以上參考圖6所述，用於確定晶圓的當前溫度(例如，程序1100)的電容方法中的此步驟利用半導體(例如，矽、砷化鎵等)的材料特性來基於溫度改變大小。具體地，半導體材料的大小(例如，長度、寬度、直徑、厚度等)隨著材料 的加熱而增大，而隨著材料的冷卻而減少。半導體材料的線性熱膨脹係數表示所述特定半導體材料的大小響應於溫度變化而變化的程度。因此，控制器使用晶圓的半導體材料的線性熱膨脹係數、晶圓的厚度的變化以及下面的方程式(5)來確定晶圓的當前溫度。
△d=d c -d 0=α×d 0×(T c -T 0) (5)
如方程式(5)所示，「△d」表示晶圓厚度的變化，「dc」表示晶圓的當前厚度，而「d0」表示晶圓的參考厚度。此外，「α」表示晶圓的半導體材料的線性熱膨脹係數。例如，如果晶圓由矽組成，則α將是矽的線性熱膨脹係數(也就是說，2.6×10-6℃-1)。最後，「Tc」表示晶圓的當前溫度，「T0」表示晶圓的參考溫度(也就是說，對應於晶圓的參考厚度的晶圓溫度)。
在一些範例中，晶圓的參考溫度(T0)是第二預定溫度(例如，晶圓將在以上參考圖8的步驟812討論的佈植後站112處被加熱/冷卻的最終溫度)。在這些範例中，晶圓的參考厚度(d0)是對應於第二預定溫度的晶圓的厚度。
在一些範例中，與第二預定溫度相對應的晶圓厚度是在第二預定溫度下的一或多個相似晶圓的預定平均厚度。在這些範例中，一或多個相似晶圓可以是由與所述晶圓相同的材料組成並且在環境溫度下具有與所述晶圓相同的大小(或幾乎相同的大小)的晶圓。例如，如果第二 預定溫度是攝氏25度，則與第二預定溫度相對應的晶圓厚度可以是一或多個矽晶圓在攝氏25度下的預定平均厚度。接著，控制器可以將在攝氏25度下的此預定平均晶圓厚度用作方程式(5)的參考厚度。
在其它範例中，與第二預定溫度相對應的晶圓厚度是在晶圓經歷離子佈植程序之前(例如，在將晶圓定位在負載鎖定室之前)確定的。例如，如果第二預定溫度是攝氏20度，則離子佈植系統的操作員(在所述離子佈植系統中，晶圓要經歷離子佈植程序)可以在晶圓經歷離子佈植程序之前和晶圓處於攝氏20度時測量晶圓的厚度。接著，控制器可以將在攝氏20度下此測得的晶圓厚度用作方程式(5)的參考厚度。
在其它範例中，在晶圓在佈植前站(例如，佈植前站108)被加熱或冷卻之前，控制器確定與第二預定溫度相對應的晶圓直徑。在這些範例中，在將晶圓定位在負載鎖定室(例如，負載鎖定室102)中之前，將晶圓保持在第二預定溫度。在將晶圓定位在負載鎖定室中之後以及在使控制器控制機械手臂(例如，機械手臂104)將晶圓轉移到佈植前站(例如，在圖8的步驟802處)之前不久，控制器控制機械手臂將晶圓轉移到佈植後站(例如，佈植後站112)。因為在將晶圓保持在第二預定溫度之後，將晶圓快速轉移到佈植後站，所以假設當機械手臂將晶圓定位在佈植後站時，晶圓仍處於第二預定溫度。
接著，於不在佈植後站將晶圓加熱或冷卻的 情況下，控制器執行上述程序1100的步驟1102-1110，以確定晶圓的厚度。例如，在程序1100的步驟1102-1108中，控制器可以用與控制器控制溫度測量部件來測量/確定第一距離和第二距離的相同方式來控制佈植後站(例如，佈植後站配置600)的各種溫度測量部件來測量/確定第一參考距離和第二參考距離。接著，在程序1100的步驟1110，控制器可以用與控制器基於第一距離、第二距離和頂部和底部電容式傳感器之間的預定距離來確定當前晶圓厚度的相同方式來基於第一參考距離、第二參考距離和頂部和底部電容式傳感器之間的預定距離來確定晶圓的厚度。接著，控制器使用此確定的晶圓厚度作為方程式(5)的參考厚度。
在上述晶圓的參考溫度(T0)為第二預定溫度的範例中，控制器使用方程式(5)求解晶圓的當前溫度(Tc)。特別是，由於控制器將具有用於當前晶圓厚度(dc)(例如，在步驟1110處確定)，參考晶圓厚度(d0)、參考晶圓溫度(T0)(例如、第二預定溫度)以及晶圓材料的線性熱膨脹係數(α)，控制器可以求解當前晶圓溫度(Tc)，因為它是方程式(5)唯一剩餘的未知變數。
在一些範例中，晶圓的參考溫度(T0)是在離子佈植機處佈植離子之後且在佈植後站進行任何加熱或冷卻之前的晶圓溫度。在一些範例中，假設在機械手臂將佈植後的晶圓定位在佈植後站上之後，在佈植後站中佈植後的晶圓仍處於其被加熱或冷卻的溫度(例如，以上參考圖8 的步驟804討論的第一預定溫度)，因為在晶圓在佈植前站加熱或冷卻後，用離子佈植晶圓只需要幾秒鐘(例如10秒)。例如，如果晶圓在佈植前站中被冷卻到攝氏負60度，則假設當機械手臂將晶圓定位在佈植後站時晶圓仍處於攝氏負60度。因此，在這種情況下，晶圓的參考溫度將為攝氏負60度。
在上述晶圓的參考溫度(T0)是在離子佈植機中佈植離子之後且在佈植後站進行任何加熱或冷卻之前的晶圓溫度的範例中，控制器確定在機械手臂將晶圓轉移到佈植後站之後(例如，在圖8的步驟810之後)並且在晶圓在佈植後站進行加熱或冷卻之前(例如，在圖8的步驟814之前)的參考晶圓厚度(d0)。特別是，在晶圓的任何加熱或冷卻發生之前，控制器透過執行上述程序1100的步驟1102-1110來確定參考晶圓厚度。例如，在程序1100的步驟1102-1108中，控制器可以控制佈植後站(例如，佈植後站配置600)的各種溫度測量部件，以用控制器控制溫度測量部件來測量/確定第一距離、第二距離的相同方式來測量/確定第一參考距離、第二參考距離。接著，在程序1100的步驟1110中，控制器可以基於第一參考距離、第二參考距離和頂部和底部電容式感測器之間的預定距離，以用控制器至少第一距離、第二距離和頂部和底部電容式感測器之間的預定距離來確定當前晶圓厚度的相同方式來確定參考晶圓厚度。
在控制器確定參考晶圓厚度(與在離子佈植 機上佈植離子後的晶圓溫度相對應)之後，控制器控制佈植後站，以開始將晶圓加熱或冷卻(例如，如上參考圖8的步驟812所述)。接著，在佈植後站將晶圓加熱或冷卻(例如，持續預定的時間段)之後，控制器再次執行上述程序1100的步驟1102-1110，以確定當前晶圓厚度(dc)。接著，控制器使用方程式(5)求解晶圓的當前溫度(Tc)。特別是，由於控制器將具有當前晶圓厚度(dc)、參考晶圓厚度(d0)、參考晶圓溫度(T0)(例如，與確定的參考晶圓厚度相對應的假設晶圓溫度)，以及晶圓材料的線性熱膨脹係數(α)的值，控制器可以求解當前晶圓溫度(Tc)，因為它是方程式(5)唯一剩餘的未知變數。
一旦控制器在步驟1112確定晶圓的當前溫度，則控制器可以返回到程序800並執行步驟816、818、820和/或822，如將在下面參考圖8更詳細地描述的。應當理解，可以將程序1100中的一些步驟進行組合，可以改變一些步驟的順序，並且可以省略一些步驟。此外，應當理解，可以執行額外的步驟。
圖12顯示根據各種範例的使用光致發光方法在佈植後站處確定晶圓溫度的程序。在一些範例中，控制器使用與以上參考圖7描述的佈植後站配置700相似或相同的佈植後站配置來執行程序1200。下面同時參考圖7和13描述程序1200。
在步驟1202，程序1200使控制器(例如，控制器114)控制雷射源(例如，雷射源708)，以將雷射束(例 如，雷射束714)引導到晶圓(例如晶圓702)上的預定位置。在一些範例中，程序1200使控制器控制雷射源以將雷射束引導至光學模組(例如，光學模組712)。光學模組接著將雷射束引導到晶圓上的預定位置。如圖7所示，在一些範例中，程序1200使控制器控制雷射源以將雷射束引導至光纖(例如，光纖710)的輸入端。接著，光纖將雷射束引導至光學模組(例如，經由光纖的輸出端)，其將雷射束引導至晶圓上的預定位置。在其它範例中，光纖將雷射束引導至晶圓上的預定位置(例如，經由光纖的輸出端)，而不是將雷射束引導至光學模組。
在一些範例中，光學模組包含截光器。在這些範例中，光學模組以截光器設定的頻率將雷射束引導至晶圓上的預定位置。在一些範例中，由截光器設置的雷射束頻率是預定的，並且在整個溫度測量程序中都保持不變。
在一些範例中，晶圓上的預定位置在晶圓的邊緣上。在這些範例中，包含在上述光學模組中的一或多個透鏡減少了雷射束的光斑的大小，使得雷射束光斑的直徑小於晶圓的厚度。例如，一或多個透鏡可以減少雷射束光斑的大小，使得光學模組可以將雷射束引導到佈植層(例如，晶圓包含佈植離子的部分)和晶圓的薄膜層之間的預定位置，而沒有雷射束直接撞擊後來的佈植物或薄膜層的情況(也就是說，因為雷射束光斑不與任一層重疊)。在其它範例中，晶圓上的預定位置在晶圓的一側(例如，晶 圓的底表面或頂表面)上。
在步驟1204，程序1200使控制器獲得表示檢測到的晶圓響應於吸收雷射束的雷射能量而發射的螢光的資料。特別是，如以上參考圖7所解釋的，當雷射束撞擊晶圓上的預定位置時，晶圓從雷射束吸收能量(也就是說，電磁輻射)，並且作為響應，發射螢光(例如，發射的螢光716)。靠近晶圓(例如，靠近晶圓上的預定位置)的分光光度計(例如，分光光度計720)檢測所發射的螢光。具體地，在一些範例中，分光光度計檢測所發射的螢光的強度和/或波長。
在一些範例中，控制器從分光光度計獲得表示檢測到的螢光的資料。在其它範例中，如圖7所示，控制器從放大器(例如，放大器722)獲得表示檢測到的螢光的資料。在這些範例中，放大器從分光光度計接收表示檢測到的螢光的資料。接著，放大器從表示檢測到的螢光的資料中提取特定資料，並將提取的資料提供給控制器。在一些範例中，放大器提取表示特定強度和/或波長範圍的檢測到的螢光的資料。例如，放大器可以提取表示檢測到的波長在900nm至1400nm之間的螢光的資料，接著將提取的資料提供給控制器。如此，放大器可以從表示檢測到的螢光的資料中移除不需要的資料或無用的資料，諸如表示由分光光度計檢測到的一或多個加熱燈產生的紅外光的資料(例如，當紅外線加熱燈的光落在超出特定強度和/或波長範圍時)。
在步驟1206，程序1200使控制器基於表示檢測到的螢光的資料確定檢測到的螢光的強度分佈。在一些範例中，強度分佈表示檢測到的螢光的強度作為檢測到的螢光的波長的函數。在一些範例中，控制器對表示檢測到的螢光的強度的資料進行標準化，使得強度分佈表示作為檢測到的螢光的波長的函數的檢測到的螢光的標準化強度。例如，控制器可以透過將檢測到的螢光的每個波長處的相對螢光強度(也就是說，檢測到的螢光強度)除以檢測到的螢光的峰值波長處的相對螢光強度，來標準化表示檢測到的螢光的強度的資料。如此，表示檢測到的螢光的強度的資料可以從檢測到的螢光強度測量單位(例如流明、勒克斯(lux)等)轉換為範圍從0到1的螢光強度標度。
例如，圖13顯示在各種溫度下對應於晶圓(例如，晶圓702)的複數個範例性螢光強度分佈。特別是，強度分佈1300是鍾形曲線圖，其表示檢測到的螢光1302的標準化強度，所述標準化強度是晶圓在各種溫度(例如攝氏25度、攝氏31度等)下發射的檢測到的螢光的波長1304的函數。換句話說，強度分佈1300的每個強度分佈對應於不同的晶圓溫度。如圖所示，由於對檢測到的螢光強度進行了標準化，因此在每個晶圓溫度下的強度分佈具有最小強度0和最大強度1。此外，每個強度分佈具有峰值波長和FWHM。例如，圖13顯示當晶圓處於攝氏25度時，對應於由晶圓發射(並由分光光度計檢測到)的螢光的強度分佈的峰值波長1306和FWHM 1308。
注意，儘管圖13將複數個強度分佈圖示為鍾形曲線圖，本領域的普通技術人員將理解，控制器可以在步驟1206確定強度分佈，而不必產生強度分佈的對應圖。相反，強度分佈可以例如是包含表示所檢測的螢光的強度作為所檢測的螢光的波長的函數的資料的資料集。
返回圖12，在步驟1208，程序1200使控制器基於控制器從強度分佈確定的一或多個特徵來確定晶圓的當前溫度。在一些範例中，控制器確定的一或多個特徵包含強度分佈中的強度峰的峰值波長(例如，峰值波長1306)和/或強度峰的FWHM(例如，FWHM 1308)。
特別是，如以上參考圖7所述，半導體材料的光致發光(也就是說，響應於電磁輻射(例如，雷射束能量)的吸收而發出的螢光)作為溫度的函數而變化。例如，半導體材料發射的螢光的峰值波長和/或FWHM作為溫度的函數而變化。因此，用於確定晶圓的當前溫度的光致發光方法中的所述步驟(例如，程序1200)利用半導體材料的以上材料特性來確定半導體晶圓的當前溫度。
具體地，在一些範例中，控制器使用表示半導體材料的發射的螢光峰值波長/發射的螢光FWHM與半導體材料的當前溫度之間的關係的預定方程式來求解半導體晶圓的當前溫度。在一些範例中，透過在各種溫度下(例如，在執行處理800之前)遞增地測量單一晶圓(由已知的半導體材料組成)的峰值波長/FWHM來確定方程式，並將各種溫度的每個峰值波長/FWHM結果記錄在資料庫表中， 隨後根據峰值波長/FWHM結果及其對應的晶圓溫度來推導這些方程式。
例如，當控制器確定的一或多個特性包含在強度分佈的強度峰值的峰值波長時，控制器可以基於以下方程式(6)來確定矽晶圓的當前溫度，方程式(6)表示矽的發射螢光峰值波長與矽的當前溫度之間的非線性關係：y=5×10-7 x 5-6×10-5 x 4+0.00051x 3-0.2098x 2+4.2022x+1108.1 (6)
如方程式(6)所示，「y」表示強度分佈中的強度峰的峰值波長，「x」表示矽的當前溫度。因此，在這些範例中，在控制器確定矽晶圓的發射螢光峰值波長(y)之後，控制器可以求解矽晶圓的當前溫度(x)，因為它是方程式(6)唯一剩餘的未知變數。
作為另一範例，當控制器確定的一或多個特徵包含強度分佈中的強度峰的FWHM時，控制器可以基於以下方程式(7)來額外地或替代地確定矽晶圓的當前溫度，方程式(7)表示矽的發射螢光FWHM與矽的當前溫度之間的非線性關係：y=5×10-6 x 4-0.001x 3+0.0726x 2-2.1272x+107.62 (7)
如方程式(7)所示，「y」表示強度分佈中的強度峰的FWHM，「x」表示矽的當前溫度。因此，在這些範例中，在控制器確定矽晶圓的發射螢光FWHM(y)之後，控制器可以求解矽晶圓的當前溫度(x)，因為它是方程式(7)唯一剩餘的未知變數。
注意，在不同的半導體材料之間，光致發光與電流溫度之間的關係可以變化。在一些範例中，控制器基於組成晶圓的一或多種半導體材料，使用表示其它半導體材料的上述關係的預定方程式。例如，如果晶圓由砷化鎵組成，則控制器可以使用表示砷化鎵的上述關係的預定方程式來確定砷化鎵晶圓的當前溫度。此外，在由相同半導體材料組成但來自不同批次或由不同製造商生產的晶圓之間，光致發光與當前溫度之間的關係甚至可以變化。因此，方程式(6)和(7)分別只是矽發出的螢光峰值波長和當前溫度與矽發出的螢光FWHM和當前溫度之間的非線性關係的範例，不應將其視為控制器在此步驟中針對矽晶圓使用的唯一方程式。
在一些範例中，控制器使用資料庫表(諸如上述資料庫表)來確定半導體晶圓的當前溫度，而不是使用預定方程式。例如，控制器可以使用這種資料庫表來確定與半導體晶圓的發射的螢光峰值波長相對應的晶圓溫度。如上所述，控制器可以透過在已知溫度下測量半導體晶圓(例如，一批類似的半導體晶圓)的峰值波長/FWHM來在處理800之前產生這些資料庫表。
如上面參考圖8的步驟812所提到的，在一些範例中，在機械手臂將晶圓轉移到佈植後站之後並且在控制器控制佈植後站將晶圓加熱或冷卻之前，控制器控制佈植後站以確定參考晶圓溫度。在一些範例中，在晶圓的任何加熱或冷卻發生之前，控制器透過執行上述程序1200的 步驟1202-1208來確定參考晶圓溫度。例如，在步驟1202-1206處，控制器可以控制佈植後站的各種溫度測量部件(例如，佈植後站配置700的溫度測量部件)以將雷射束引導到晶圓上的預定位置，檢測從晶圓發出的螢光，並以與控制器控制溫度測量部件將雷射束引導至晶圓上的預定位置的相同方式，基於檢測到的螢光確定參考強度分佈，檢測從晶圓發出的螢光，基於檢測到的螢光來確定強度分佈。接著，在步驟1208，控制器可以用與控制器基於從強度分佈確定的特性來確定晶圓的當前溫度的相同方式來基於從參考強度分佈確定的特性來確定晶圓的參考溫度。
在一些範例中，控制器在圖8的步驟816使用確定的參考晶圓溫度(下面更詳細地描述)。例如，如果步驟816的預定條件包含晶圓溫度增加或減少一定量的要求，則控制器可以使用確定的參考晶圓溫度和確定的當前晶圓溫度來確定是否滿足預定條件。例如，如果參考晶圓溫度是攝氏負60度，當前晶圓溫度是攝氏0度，並且預定條件包含晶圓溫度增加攝氏85度的要求，則控制器可以確定並未滿足預定條件。
一旦控制器在步驟1208確定晶圓的當前溫度，控制器就可以返回到程序800並執行步驟816、818、820和/或822，如將在下面參考圖8進行更詳細的描述。應當理解，可以將程序1200中的一些步驟進行組合，可以改變一些步驟的順序，並且可以省略一些步驟。此外，應當理解，可以執行額外的步驟。
返回圖8，在步驟816，程序800使控制器確定所確定的晶圓的當前溫度(例如，由程序900、1000、1100和/或1200確定)是否滿足預定條件。在一些範例中，預定條件包含對所確定的晶圓的當前溫度大於或等於第三預定溫度的要求(例如，當在佈植後站對晶圓進行加熱時)。例如，預定條件可以包含對所確定的晶圓的當前溫度大於或等於攝氏20度的要求。在其它範例中，預定條件包含對所確定的晶圓的當前溫度小於或等於第三預定溫度的要求(例如，當晶圓在佈植後站被冷卻時)。例如，預定條件可以包含對所確定的晶圓的當前溫度小於或等於攝氏25度的要求。在一些範例中，第三預定溫度是與以上參考步驟812的第二預定溫度相同的溫度。
如果控制器確定所確定的晶圓的當前溫度滿足預定條件，則在步驟818，程序800使控制器控制佈植後站以放棄在佈植後站繼續將晶圓加熱或冷卻。例如，在上述範例中，其中在控制器確定晶圓的當前溫度時，佈植後站的一或多個紅外線加熱燈、冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥將晶圓加熱或冷卻，控制器可以關閉一或多個紅外線加熱燈，或停止冷卻劑流向冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥。選擇性地，在上述範例中，其中控制器控制佈植後站的一或多個紅外線加熱燈、冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥以停止將晶圓加熱或冷卻，同時控制器確定晶圓的當前溫度，控制器可以使一或多個紅外線加熱燈保持關閉狀態，或者繼續停止冷卻劑向冷卻靜電卡盤和/或冷卻 劑釋放閥的流動。
在步驟820，程序800使控制器控制機械手臂以從佈植後站移除晶圓。在一些範例中，程序800使控制器控制機械手臂從佈植後站(例如，從佈植後站的處理腔室)中移出晶圓，並將晶圓轉移到負載鎖定室(例如，負載鎖定室102)。在一些範例中，程序800使控制器控制機械手臂將晶圓傳送到初始負載鎖定室，在步驟802，機械手臂從所述初始負載鎖定室移除晶圓(或鄰近初始負載鎖定室的另一個負載鎖定室)。在上述的範例中，其中佈植後站位於負載鎖定室的輔助室內，負載鎖定室的機械手臂將晶圓從輔助室傳送回負載鎖定室。在上述範例中，其中佈植後站位於負載鎖定室內，控制器放棄執行步驟820，並且晶圓保留在負載鎖定室/佈植後站中。可替代地，控制器控制機械手臂從負載鎖定室/佈植後站中移出晶圓，隨後將晶圓轉移到另一個負載鎖定室。在任何情況下，離子佈植系統或另一種自動化機構和/或系統(例如，由控制器控制)的操作員都透過負載鎖定室從離子佈植站中移出晶圓。
如果控制器確定所確定的晶圓的當前溫度不滿足預定條件，則在步驟822，程序800使控制器控制佈植後站在佈植後站繼續將晶圓加熱或冷卻。例如，在上述範例中，其中在控制器確定晶圓的當前溫度時，佈植後站的一或多個紅外線加熱燈、冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥將晶圓加熱或冷卻，控制器可以使一或多個紅外線加熱 燈保持開啟，或繼續使冷卻劑流向冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥。選擇性地，在上述範例中，其中控制器控制佈植後站的一或多個紅外線加熱燈、冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥以停止將晶圓加熱或冷卻，同時控制器確定晶圓的當前溫度，控制器可以開啟一或多個紅外線加熱燈，或恢復冷卻劑向冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥的流動。
在步驟820，在控制器控制佈植後站繼續將晶圓加熱或冷卻之後，控制器再次執行步驟814和816(例如，在連續加熱/冷卻的預定時間段之後)。在一些範例中，控制器繼續執行步驟814、816和822，直到在步驟816滿足預定條件為止。例如，控制器將繼續確定晶圓的當前溫度並控制佈植後站加熱或冷卻，直到確定的晶圓當前溫度大於或等於攝氏20度。
應當理解，可以將程序800中的一些步驟進行組合，可以改變一些步驟的順序，並且可以省略一些步驟。此外，應當理解，可以執行額外的步驟。例如，如果離子佈植系統100的離子佈植機包含一或多個紅外線加熱燈、冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥(例如，在離子佈植機的處理腔室110內)，則程序800可以額外地包含一個用於將晶圓加熱或冷卻的步驟，同時在離子佈植機處以來自離子束的離子佈植晶圓(例如，在步驟808和810之間)。作為另一個範例，如將在下面參考圖14更詳細地描述的那樣，程序800可以額外地包含用於在佈植前站確定晶圓的 溫度的一或多個步驟，或者可以包含用於在佈植前站確定晶圓的溫度的一或多個步驟，而不是在佈植後站確定晶圓的溫度。
圖14顯示根據各種範例的用於測量離子佈植系統內的晶圓的溫度的程序。在一些範例中，程序1400由與系統100類似或相同的系統執行，如上面參考圖1至7所述。特別是，圖14顯示除了程序800的步驟(例如，步驟1406-1410和1414)之外或者可以代替程序800的某些步驟(例如，代替步驟814-818和822)而可以執行的步驟。
在步驟1402，程序1400使控制器(例如，控制器114)控制機械手臂(例如，機械手臂104)將晶圓(例如，晶圓216、402、420、502、602或702)從負載鎖定室(例如，負載鎖定室102)轉移到佈植前站(例如，佈植前站108)。在一些範例中，步驟1402與程序800的步驟802相同。
在機械手臂將晶圓定位在佈植前站之後，在步驟1404，程序1400使控制器控制佈植前站將晶圓加熱或冷卻至第一預定溫度。在一些範例中，步驟1404與程序800的步驟804相同。
在一些範例中，在機械手臂將晶圓轉移到佈植前站之後，並且在處理1400使控制器控制佈植前站將晶圓加熱或冷卻之前，程序1400使控制器控制佈植前站(例如，佈植前站的溫度測量部件)以確定參考晶圓溫度。晶圓的參考溫度通常將是環境溫度或晶圓被引入離子佈植系 統之前被保持的溫度。在一些範例中，程序1400使控制器使用單雷射器方法(例如，程序900)、帶隙方法(例如，程序1000)、電容方法(例如，程序1100)以及光致發光方法(例如，程序1200)中的一或多種來確定參考晶圓溫度，以上參考圖9至12更詳細地描述。
在步驟1406中，在佈植前站將晶圓加熱或冷卻之後，程序1400使控制器確定晶圓的當前溫度。在一些範例中，在步驟1406中，程序1400使控制器基於單雷射器方法(例如，程序900)、帶隙方法(例如，程序1000)、電容方法(例如，程序1100)及/或光致發光方法(例如，程序1200)中的一或多種來確定晶圓的當前溫度。
在一些範例中，程序1400使控制器確定晶圓在佈植前站被加熱或冷卻達預定時間段(例如1秒、2秒、5秒等)後的晶圓當前溫度。在一些範例中，程序1400使控制器在晶圓在佈植前站被加熱或冷卻達預定時間段(例如1秒、2秒、5秒等)之後，周期性地確定當前溫度(例如，每0.5秒、每2秒等)。例如，在將晶圓在佈植前站加熱2秒之後，程序1400可隨後使控制器每秒確定晶圓的當前溫度。在一些範例中，程序1400使控制器在晶圓在佈植前站被加熱或冷卻達預定時間段(例如1秒、2秒、5秒等)之後，連續確定晶圓的當前溫度，直到晶圓達到預定的目標溫度。
在一些範例中，程序1400在晶圓在佈植前站被加熱或冷卻時，使控制器確定晶圓的當前溫度。例如，在佈植後的一或多個紅外線加熱燈將晶圓加熱預定的時間 段之後，程序1400可以使控制器確定晶圓的當前溫度，同時一或多個紅外線加熱燈繼續將晶圓加熱。在其它範例中，程序1400使控制器控制佈植後站的一或多個紅外線加熱燈、冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥以停止將晶圓加熱或冷卻，同時控制器確定晶圓的當前溫度。例如，程序1400可以使控制器關閉一或多個紅外線加熱燈或停止冷卻劑向冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥的流動。在這些範例中，在控制器確定晶圓的當前溫度(可能花費不到一秒鐘的時間)之後，程序1400可使控制器控制佈植後站的一或多個紅外線加熱燈、冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥繼續(即恢復)將晶圓加熱或冷卻。例如，程序1400可以使控制器開啟一或多個紅外線加熱燈或恢復冷卻劑向冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥的流動。
在一些範例中，在控制器確定晶圓的當前溫度時停止將晶圓加熱或冷卻使得控制器能夠更準確地確定晶圓的當前溫度。例如，如以上參考圖5和圖7所述，當基於帶隙方法(例如，程序1000)和/或光致發光方法(例如，程序1200)確定晶圓的當前溫度時，來自一或多個紅外線加熱燈的紅外光會產生不想要的「雜訊」(例如，不想要的紅外光強度和/或波長測量結果)。由於帶隙和光致發光方法都利用紅外光強度和/或波長測量結果來確定晶圓的當前溫度，因此不想要的雜訊隨後可能致使不準確的當前溫度確定。因此，在這些範例中，停止用一或多個紅外線加熱燈將晶圓加熱可以防止佈植前站的光電檢測器(例 如，光電檢測器518)、分光光度計(例如，分光光度計720)和/或單色儀從在控制器分別基於帶隙方法和/或光致發光方法確定晶圓的當前溫度的同時，收集/檢測來自一或多個加熱燈的紅外光(並隨後產生上述不想要的雜訊)。
在步驟1408，程序1400使控制器確定所確定的晶圓的當前溫度(例如，由程序900、1000、1100和/或1200確定的)是否滿足預定條件。在一些範例中，預定條件包含對所確定的晶圓的當前溫度大於或等於第一預定溫度的要求(例如，當晶圓在佈植前站被加熱時)。例如，預定條件可以包含對所確定的晶圓的當前溫度大於或等於攝氏200度的要求。在其它範例中，預定條件包含對所確定的晶圓的當前溫度小於或等於第一預定溫度的要求(例如，當晶圓在佈植後站被冷卻時)。例如，預定條件可以包含對所確定的晶圓的當前溫度小於或等於攝氏負100度的要求。
如果控制器確定所確定的晶圓的當前溫度滿足預定條件，則在步驟1410，程序1400使控制器控制佈植前站以放棄在佈植前站繼續將晶圓加熱或冷卻。例如，在上述範例中，其中在控制器確定晶圓的當前溫度時，佈植前站的一或多個紅外線加熱燈、冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥將晶圓加熱或冷卻，控制器可以關閉一或多個紅外線加熱燈，或停止冷卻劑流向冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥。選擇性地，在上述範例中，其中在控制器確定晶圓的當前溫度時，控制器控制佈植前站的一或多個紅外 線加熱燈、冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥以停止將晶圓加熱或冷卻，控制器可以使一或多個紅外線加熱燈保持關閉，或者繼續停止冷卻劑向冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥的流動。
在步驟1412中，程序1400使控制器控制機械手臂從佈植前站移除晶圓，並將晶圓(在第一預定溫度下)轉移到離子佈植機(例如，離子佈植機200)。在一些範例中，步驟1412與程序800的步驟806相同。
如果在步驟1408中，控制器確定所確定的晶圓的當前溫度不滿足預定條件，則在步驟1414中，程序1400使控制器控制佈植前站繼續在佈植前站將晶圓加熱或冷卻。例如，在上述範例中，其中在控制器確定晶圓的當前溫度時，佈植前站的一或多個紅外線加熱燈、冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥將晶圓加熱或冷卻，控制器可以使一或多個紅外線加熱燈保持開啟，或繼續使冷卻劑流向冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥。選擇性地，在上述範例中，其中在控制器確定晶圓的當前溫度時，控制器控制佈植前站的一或多個紅外線加熱燈、冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥以停止將晶圓加熱或冷卻，控制器可以開啟一或多個紅外線加熱燈，或恢復冷卻劑向冷卻靜電卡盤和/或冷卻劑釋放閥的流動。
在步驟1414中，控制器控制佈植前站繼續將晶圓加熱或冷卻之後，控制器再次執行步驟1406和1408(例如，在連續加熱/冷卻的預定時間段之後)。在一些 範例中，控制器繼續執行步驟1406、1408和1414，直到在步驟1408中滿足預定條件為止。例如，控制器將繼續確定晶圓的當前溫度並控制佈植前站將晶圓加熱或冷卻，直到確定的晶圓當前溫度小於或等於攝氏負150度。
在一些範例中，在控制器執行步驟1412之後，控制器返回到程序800並執行步驟808-820(如果需要，則執行822)，如上面參考圖8所更詳細描述的。例如，當也在佈植後站中確定晶圓的溫度時，控制器可以返回到程序800並執行步驟808-820(如果需要的話，執行822)。在其它範例中，在控制器執行步驟1412之後，控制器返回到程序800並執行步驟808-812和818-820，如上面參考圖8更詳細地描述的。例如，當未在佈植後站中確定晶圓的溫度時(例如，當基於時間而不是晶圓的當前溫度在步驟812的加熱/冷卻)，控制器可以返回到程序800並執行步驟808-812和818-820。應當理解，可以將程序1400中的一些步驟進行組合，可以改變一些步驟的順序，並且可以省略一些步驟。此外，應當理解，可以執行額外的步驟。
雖然以上提供了特定的部件、配置，特徵和功能，但是本領域的普通技術人員將理解，可以使用其它變型。此外，儘管看起來可以結合特定範例來描述特徵，但是本領域技術人員將理解，可以組合所描述範例的各種特徵。此外，結合範例描述的態樣可以是獨立的。
儘管已經參考附圖充分描述了實施例，但是 應當注意，各種改變和修改對於本領域技術人員將是顯而易見的。這種改變和修改應被理解為包含在所附請求項所限定的各種範例的範圍內。
112:佈植後站
114:控制器
400:佈植後站配置
402:晶圓
404:雷射單元
406:雷射源
408:雷射感測器
410:雷射單元軌道
412:雷射束
414A:雷射束
414B:雷射束
416:X軸
418:Y軸
420:膨脹晶圓

Claims (48)

  1. 一種用於在具有離子佈植機和處理站的離子佈植系統中控制晶圓溫度的方法，所述方法包含：用來自離子束的離子佈植晶圓，同時在所述離子佈植機的處理腔室內將所述晶圓保持在第一預定溫度；在所述處理站將所述晶圓加熱或冷卻；在將所述晶圓加熱或冷卻之後，在所述處理站：透過將來自雷射源在第一位置的第一雷射束引導至所述晶圓的邊緣上的第一點來測量從所述雷射源的所述第一位置到所述晶圓的所述邊緣上的所述第一點的第一距離；透過將來自所述雷射源在第二位置的第二雷射束引導至所述晶圓的所述邊緣上的第二點來測量從所述雷射源的所述第二位置到所述晶圓的所述邊緣上的所述第二點的第二距離；透過將來自所述雷射源在第三位置的第三雷射束引導至所述晶圓的所述邊緣上的第三點來測量從所述雷射源的所述第三位置到所述晶圓的所述邊緣上的所述第三點的第三距離；至少基於所測量的第一距離、第二距離和第三距離來確定所述晶圓的當前直徑；以及基於所確定的所述晶圓的當前直徑來確定所述晶圓的當前溫度；以及根據所確定的所述晶圓的當前溫度滿足預定條 件：放棄在所述處理站將所述晶圓繼續加熱或冷卻；以及將所述晶圓從所述處理站中移出。
  2. 如請求項1的方法，還包含：根據所確定的所述晶圓的當前溫度不滿足所述預定條件，將所述晶圓繼續加熱或冷卻。
  3. 如請求項1的方法，其中所述離子佈植系統的雷射單元包含所述雷射源和雷射感測器，以及其中測量從所述雷射源的所述第一位置到所述晶圓的所述邊緣上的所述第一點的所述第一距離包含：確定在反射離開所述晶圓的所述邊緣上的所述第一點之後所述第一雷射束返回所述雷射感測器的第一時間量；以及基於所述第一時間量確定所述第一距離。
  4. 如請求項1的方法，其中所述晶圓的所述當前直徑的確定還基於所述雷射源的所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置。
  5. 如請求項1的方法，其中所述雷射源係設置在所述處理站的腔室的外部。
  6. 如請求項1的方法，其中所述離子佈植系統的雷射單元包含所述雷射源和雷射感測器，以及其中所述雷射單元沿著軌道在所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置之間移動。
  7. 如請求項6的方法，其中當沿著所述軌道移動時，所述雷射單元所走的路徑為與x軸平行的直線，其中所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置中之各者係定義為在所述x軸上的座標，其中所述第一雷射束、所述第二雷射束和所述第三雷射束中之各者分別到所述第一點、所述第二點和所述第三點所走的路徑係垂直於所述x軸且平行於y軸，其中所測量的第一距離、第二距離和第三距離中之各者係定義為在所述y軸上的座標，以及其中至少基於所測量的第一距離、第二距離和第三距離來確定所述晶圓的所述當前直徑包含：基於定義所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置的所述x軸座標以及定義所測量的第一距離、第二距離和第三距離的所述y軸座標，確定定義所述晶圓的中心點的x軸座標和y軸座標；以及基於對應於所述晶圓的所述中心點的所述x軸座標和所述y軸座標確定所述晶圓的所述當前直徑。
  8. 如請求項1的方法，其中所述第一距離、所述第二距離和所述第三距離係在將所述晶圓加熱或冷卻的同時測量。
  9. 如請求項1的方法，其中所述當前溫度的確定還基於與第二預定溫度相對應的預定晶圓直徑和所述晶圓的材料的線性熱膨脹係數。
  10. 如請求項1的方法，還包含： 在將所述晶圓定位在所述處理站之後，以及在所述處理站將所述晶圓加熱或冷卻之前，在所述處理站：透過將來自所述雷射源在所述第一位置的第一參考雷射束引導至所述晶圓的所述邊緣上的第一參考點來測量從所述雷射源的所述第一位置到所述晶圓的所述邊緣上的所述第一參考點的第一參考距離；透過將來自所述雷射源在所述第二位置的第二參考雷射束引導至所述晶圓的所述邊緣上的第二參考點來測量從所述雷射源的所述第二位置到所述晶圓的所述邊緣上的所述第二參考點的第二參考距離；透過將來自所述雷射源在所述第三位置的第三參考雷射束引導至所述晶圓的所述邊緣上的第三參考點來測量從所述雷射源的所述第三位置到所述晶圓的所述邊緣上的所述第三參考點的第三參考距離；以及至少基於所測量的第一參考距離、第二參考距離和第三參考距離來確定所述晶圓的參考直徑；以及其中所述當前溫度的確定還基於所述第一預定溫度、所述晶圓的所述參考直徑以及所述晶圓的材料的線性熱膨脹係數。
  11. 如請求項1的方法，其中所述處理站為佈植後站，以及其中所述預定條件包含對所確定的所述晶圓的當前溫度大於或等於第三預定溫度的要求。
  12. 如請求項1的方法，其中所述處理站為佈植前站，以及其中所述預定條件包含對所確定的當前溫 度小於或等於所述第一預定溫度的要求。
  13. 一種儲存一或多個程式的非暫態電腦可讀取儲存媒體，所述一或多個程式包含指令，當所述指令由離子佈植系統的控制器的一或多個處理器執行時，致使所述控制器：控制所述離子佈植系統的離子佈植機以將離子佈植到晶圓中，同時在所述離子佈植機的處理腔室內將所述晶圓保持在第一預定溫度；控制所述離子佈植系統的處理站以在所述處理站將所述晶圓加熱或冷卻；在將所述晶圓加熱或冷卻之後：控制所述處理站的雷射源以將來自所述雷射源在第一位置的第一雷射束引導至所述晶圓的邊緣上的第一點；基於使用佈植後站的雷射感測器檢測所述第一雷射束的反射，確定從所述雷射源的所述第一位置到所述晶圓的所述邊緣上的所述第一點的第一距離；控制所述雷射源以將來自所述雷射源在第二位置的第二雷射束引導至所述晶圓的所述邊緣上的第二點；基於使用所述雷射感測器檢測所述第二雷射束的反射，確定從所述雷射源的所述第二位置到所述晶圓的所述邊緣上的所述第二點的第二距離；控制所述雷射源以將來自所述雷射源在第三位置的第三雷射束引導至所述晶圓的所述邊緣上的第三點； 基於使用所述雷射感測器檢測所述第三雷射束的反射，確定從所述雷射源的所述第三位置到所述晶圓的所述邊緣上的所述第三點的第三距離；至少基於所述第一距離、所述第二距離和所述第三距離來確定所述晶圓的當前直徑；以及基於所確定的所述晶圓的當前直徑來確定所述晶圓的當前溫度；以及根據所確定的所述晶圓的當前溫度滿足預定條件：控制所述處理站以放棄在所述處理站將所述晶圓繼續加熱或冷卻；以及控制所述離子佈植系統的機械手臂以將所述晶圓從所述處理站中移出。
  14. 一種離子佈植系統，包含：離子佈植機；處理站；以及控制器，其中所述控制器包含記憶體和一或多個處理器，以及其中所述記憶體儲存一或多個程式，所述一或多個程式包含指令，所述指令在由所述一或多個處理器執行時，致使所述控制器：控制所述離子佈植系統的離子佈植機以將離子佈植到晶圓中，同時在所述離子佈植機的處理腔室內將所述晶圓保持在第一預定溫度； 控制所述離子佈植系統的所述處理站以在所述處理站將所述晶圓加熱或冷卻；在將所述晶圓加熱或冷卻之後：控制所述處理站的雷射源以將來自所述雷射源在第一位置的第一雷射束引導至所述晶圓的邊緣上的第一點；基於使用佈植後站的雷射感測器檢測所述第一雷射束的反射，確定從所述雷射源的所述第一位置到所述晶圓的所述邊緣上的所述第一點的第一距離；控制所述雷射源以將來自所述雷射源在第二位置的第二雷射束引導至所述晶圓的所述邊緣上的第二點；基於使用所述雷射感測器檢測所述第二雷射束的反射，確定從所述雷射源的所述第二位置到所述晶圓的所述邊緣上的所述第二點的第二距離；控制所述雷射源以將來自所述雷射源在第三位置的第三雷射束引導至所述晶圓的所述邊緣上的第三點；基於使用所述雷射感測器檢測所述第三雷射束的反射，確定從所述雷射源的所述第三位置到所述晶圓的所述邊緣上的所述第三點的第三距離；至少基於所述第一距離、所述第二距離和所述第三距離來確定所述晶圓的當前直徑；以及基於所確定的所述晶圓的當前直徑來確定所 述晶圓的當前溫度；以及根據所確定的所述晶圓的當前溫度滿足預定條件：控制所述處理站以放棄在所述處理站將所述晶圓繼續加熱或冷卻；以及控制所述離子佈植系統的機械手臂以將所述晶圓從所述處理站中移出。
  15. 一種用於在具有離子佈植機和處理站的離子佈植系統中控制晶圓溫度的方法，所述方法包含：用來自離子束的離子佈植晶圓，同時在所述離子佈植機的處理腔室內將所述晶圓保持在第一預定溫度；在所述處理站將所述晶圓加熱或冷卻；在將所述晶圓加熱或冷卻之後，在所述處理站：在所述晶圓的第一側引導來自雷射源的雷射束，其中所述雷射束透射穿過所述晶圓；在所述晶圓的所述第一側引導所述雷射束的同時，在預定頻率範圍內改變所述雷射束的頻率；透過使用緊鄰所述晶圓的第二側的光電檢測器測量所透射的雷射束的強度，在所述預定頻率範圍內產生所述晶圓的吸收分佈；基於所述晶圓的所述吸收分佈確定與所述晶圓的當前帶隙值相對應的頻率；以及確定與所確定的頻率相對應的所述晶圓的當前溫度；以及 根據所確定的所述晶圓的當前溫度滿足預定條件：放棄在所述處理站將所述晶圓繼續加熱或冷卻；以及將所述晶圓從所述處理站中移出。
  16. 如請求項15的方法，還包含：根據所確定的所述晶圓的當前溫度不滿足所述預定條件，將所述晶圓繼續加熱或冷卻。
  17. 如請求項16的方法，其中在所述處理站將所述晶圓加熱或冷卻包含利用一或多個紅外線加熱燈加熱所述晶圓，還包含：不再利用所述一或多個紅外線加熱燈加熱所述晶圓，同時在所述晶圓的所述第一側引導所述雷射束，並且同時測量所透射的雷射束的所述強度。
  18. 如請求項16的方法，其中在所述處理站將所述晶圓加熱或冷卻包含利用一或多個紅外線加熱燈加熱所述晶圓，以及其中所述雷射源和所述光電檢測器被設置在所述處理站的腔室外部，並且還包含：在加熱所述晶圓的同時，在所述處理站：利用設置在所述處理站的所述腔室內的所述晶圓的所述第二側的光纖收集所透射的雷射束，其中所述光纖係連接到所述光電檢測器；以及利用所述光纖將所透射的雷射束引導到所述光電檢測器。
  19. 如請求項18的方法，其中所述光纖的輸 入端被位於所述一或多個紅外線加熱燈與所述光纖的所述輸入端之間的紅外線屏障覆蓋，以及其中所述紅外線屏障減少了由所述一或多個紅外線加熱燈產生且被所述光纖收集的紅外光的量。
  20. 如請求項16的方法，其中在所述處理站將所述晶圓加熱或冷卻包含利用一或多個紅外線加熱燈加熱所述晶圓，以及其中所述光電檢測器在所述處理站的腔室內，還包含：在加熱所述晶圓的同時，在所述處理站：利用所述光電檢測器收集所透射的雷射束，其中所述光電檢測器的輸入端被位於所述一或多個紅外線加熱燈與所述光電檢測器的所述輸入端之間的紅外線屏障覆蓋，以及其中所述紅外線屏障減少了由所述一或多個紅外線加熱燈產生且被所述光纖收集的紅外光的量。
  21. 如請求項15的方法，還包含：在將所述晶圓定位在所述處理站之後，以及在所述處理站將所述晶圓加熱或冷卻之前，在所述處理站：在所述晶圓的所述第一側引導來自所述雷射源的參考雷射束，其中所述參考雷射束透射穿過所述晶圓；在所述晶圓的所述第一側引導所述參考雷射束的同時，在所述預定頻率範圍內改變所述參考雷射束的頻率；透過使用緊鄰所述晶圓的所述第二側的所述光電 檢測器測量所透射的參考雷射束的強度，在所述預定頻率範圍內產生所述晶圓的吸收分佈；基於所述晶圓的所述吸收分佈確定與所述晶圓的參考帶隙值相對應的頻率；以及確定與所確定的頻率相對應的所述晶圓的參考溫度，其中基於所確定的所述晶圓的參考溫度來確定所確定的所述晶圓的當前溫度是否滿足所述預定條件。
  22. 如請求項15的方法，其中所述晶圓的當前溫度的確定還基於所述晶圓的材料。
  23. 如請求項15的方法，其中所述處理站為佈植後站，以及其中所述預定條件包含對所確定的所述晶圓的當前溫度大於或等於第二預定溫度的要求。
  24. 如請求項15的方法，其中所述處理站為佈植前站，以及其中所述預定條件包含所確定的所述晶圓的當前溫度小於或等於所述第一預定溫度的要求。
  25. 一種儲存一或多個程式的非暫態電腦可讀取儲存媒體，所述一或多個程式包含指令，當由離子佈植系統的控制器的一或多個處理器執行所述指令時，致使所述控制器：控制所述離子佈植系統的離子佈植機以將離子佈植到晶圓中，同時在所述離子佈植機的處理腔室內將所述晶圓保持在第一預定溫度；控制所述離子佈植系統的處理站以在所述處理站將所述晶圓加熱或冷卻； 在將所述晶圓加熱或冷卻之後：控制所述處理站的雷射源，以在所述晶圓的第一側引導雷射束，其中所述雷射束透射穿過所述晶圓；控制所述雷射源，以在所述雷射源在所述晶圓的所述第一側引導所述雷射束的同時，在預定頻率範圍內改變所述雷射束的頻率；從緊鄰所述晶圓的第二側的光電檢測器獲得表示所透射的雷射束的強度的資料；基於表示所透射的雷射束的強度的所述資料，在所述預定頻率範圍內產生所述晶圓的吸收分佈；基於所述晶圓的所述吸收分佈確定與所述晶圓的當前帶隙值相對應的頻率；以及確定與所確定的頻率相對應的所述晶圓的當前溫度；以及根據所確定的所述晶圓的當前溫度滿足預定條件：控制所述處理站，以放棄在所述處理站將所述晶圓繼續加熱或冷卻；以及控制所述離子佈植系統的機械手臂，以將所述晶圓從所述處理站中移出。
  26. 一種離子佈植系統，包含：離子佈植機；處理站；以及控制器，其中所述控制器包含記憶體和一或多個處理器， 以及其中所述記憶體儲存一或多個程式，所述一或多個程式包含指令，所述指令在由所述一或多個處理器執行時，致使所述控制器：控制所述離子佈植系統的離子佈植機以將離子佈植到晶圓中，同時在所述離子佈植機的處理腔室內將所述晶圓保持在第一預定溫度；控制所述離子佈植系統的處理站以在所述處理站將所述晶圓加熱或冷卻；在將所述晶圓加熱或冷卻之後：控制所述處理站的雷射源以在所述晶圓的第一側引導雷射束，其中所述雷射束透射穿過所述晶圓；控制所述雷射源，以在所述雷射源在所述晶圓的所述第一側引導所述雷射束的同時，在預定頻率範圍內改變所述雷射束的頻率；從緊鄰所述晶圓的第二側的光電檢測器獲得表示所透射的雷射束的強度的資料；基於表示所透射的雷射束的強度的所述資料，在所述預定頻率範圍內產生所述晶圓的吸收分佈；基於所述晶圓的所述吸收分佈確定與所述晶圓的當前帶隙值相對應的頻率；以及確定與所確定的頻率相對應的所述晶圓的當前溫度；以及根據所確定的所述晶圓的當前溫度滿足預定條 件：控制所述處理站，以放棄在所述處理站將所述晶圓繼續加熱或冷卻；以及控制所述離子佈植系統的機械手臂，以將所述晶圓從所述處理站中移出。
  27. 一種用於在具有離子佈植機和處理站的離子佈植系統中控制晶圓溫度的方法，所述方法包含：用來自離子束的離子佈植晶圓，同時在所述離子佈植機的處理腔室內將所述晶圓保持在第一預定溫度；將所述晶圓定位在所述處理站的頂部電容式感測器和底部電容式感測器之間，其中所述晶圓的頂側面向所述頂部電容式感測器，而所述晶圓的底側面向所述底部電容式感測器；在所述處理站將所述晶圓加熱或冷卻；在將所述晶圓加熱或冷卻之後，在所述處理站：基於由所述頂部電容式感測器測量的頂部電容，確定所述晶圓的所述頂側與所述頂部電容式感測器之間的第一距離；基於由所述底部電容式感測器測量的底部電容，確定所述晶圓的所述底側與所述底部電容式感測器之間的第二距離；基於所述第一距離、所述第二距離以及所述頂部電容式感測器和所述底部電容式感測器所處的預定距離來確定所述晶圓的當前厚度；以及 基於所確定的所述晶圓的當前厚度來確定所述晶圓的當前溫度；以及根據所確定的所述晶圓的當前溫度滿足預定條件：放棄在所述處理站將所述晶圓繼續加熱或冷卻；以及將所述晶圓從所述處理站中移出。
  28. 如請求項27的方法，還包含：根據所確定的所述晶圓的當前溫度不滿足所述預定條件，將所述晶圓繼續加熱或冷卻。
  29. 如請求項27的方法，其中所述第一距離和所述第二距離係在將所述晶圓加熱或冷卻的同時確定。
  30. 如請求項27的方法，其中所述晶圓的當前溫度的確定還基於與第二預定溫度相對應的預定晶圓厚度和所述晶圓的材料的線性熱膨脹係數。
  31. 如請求項27的方法，還包含：在將所述晶圓定位在所述處理站之後，以及在所述處理站將晶圓加熱或冷卻之前，在所述處理站：基於由所述頂部電容式感測器測量的頂部參考電容，確定所述晶圓的所述頂側與所述頂部電容式感測器之間的第一參考距離；基於由所述底部電容式感測器測量的底部參考電容，確定所述晶圓的所述底側與所述底部電容式感測器之間的第二參考距離；以及基於所述第一參考距離、所述第二參考距離和所 述頂部電容式感測器和所述底部電容式感測器所處的所述預定距離，確定所述晶圓的參考厚度，其中所述參考厚度對應於所述第一預定溫度，以及其中所述晶圓的當前溫度的確定還基於所述參考厚度和所述晶圓的材料的線性熱膨脹係數。
  32. 如請求項27的方法，其中所述處理站為佈植後站，以及其中所述預定條件包含對所確定的所述晶圓的當前溫度大於或等於第三預定溫度的要求。
  33. 如請求項27的方法，其中所述處理站為佈植前站，以及其中所述預定條件包含對所確定的當前溫度小於或等於所述第一預定溫度的要求。
  34. 一種儲存一或多個程式的非暫態電腦可讀取儲存媒體，所述一或多個程式包含指令，當所述指令由離子佈植系統的控制器的一或多個處理器執行時，致使所述控制器：控制所述離子佈植系統的離子佈植機以將離子佈植到晶圓中，同時在所述離子佈植機的處理腔室內將所述晶圓保持在第一預定溫度；控制所述離子佈植系統的機械手臂，以將所述晶圓定位在處理站的頂部電容式感測器和底部電容式感測器之間，其中所述晶圓的頂側面向所述頂部電容式感測器，而所述晶圓的底側面向所述底部電容式感測器；控制所述處理站，以在所述處理站將所述晶圓加熱或 冷卻；在將所述晶圓加熱或冷卻之後：從所述頂部電容式感測器獲得表示頂部電容的資料；基於表示所述頂部電容的所述資料確定所述晶圓的所述頂側與所述頂部電容式感測器之間的第一距離；從所述底部電容感測器獲得表示底部電容的資料；基於表示所述底部電容的所述資料確定所述晶圓的所述底側與所述底部電容式感測器之間的第二距離；基於所述第一距離、所述第二距離以及所述頂部電容式感測器和所述底部電容式感測器之間的預定距離來確定所述晶圓的當前厚度；以及基於所確定的所述晶圓的當前厚度來確定所述晶圓的當前溫度；以及根據所確定的所述晶圓的當前溫度滿足預定條件：控制所述處理站，以放棄在所述處理站將所述晶圓繼續加熱或冷卻；以及控制所述機械手臂，以將所述晶圓從所述處理站中移出。
  35. 一種離子佈植系統，包含：離子佈植機；處理站；以及控制器， 其中所述控制器包含記憶體和一或多個處理器，以及其中所述記憶體儲存一或多個程式，所述一或多個程式包含指令，所述指令在由所述一或多個處理器執行時，致使所述控制器：控制所述離子佈植系統的離子佈植機以將離子佈植到晶圓中，同時在所述離子佈植機的處理腔室內將所述晶圓保持在第一預定溫度；控制所述離子佈植系統的機械手臂，以將所述晶圓定位在所述處理站的頂部電容式感測器和底部電容式感測器之間，其中所述晶圓的頂側面向所述頂部電容式感測器，而所述晶圓的底側面向所述底部電容式感測器；控制所述處理站，以在所述處理站將所述晶圓加熱或冷卻；在將所述晶圓加熱或冷卻之後：從所述頂部電容式感測器獲得表示頂部電容的資料；基於表示所述頂部電容的所述資料確定所述晶圓的所述頂側與所述頂部電容式感測器之間的第一距離；從所述底部電容感測器獲得表示底部電容的資料；基於表示所述底部電容的所述資料確定所述晶圓的所述底側與所述底部電容式感測器之間的第二距離；基於所述第一距離、所述第二距離以及所述頂部 電容式感測器和所述底部電容式感測器之間的預定距離來確定所述晶圓的當前厚度；以及基於所確定的所述晶圓的當前厚度來確定所述晶圓的當前溫度；以及根據所確定的所述晶圓的當前溫度滿足預定條件：控制所述處理站，以放棄在所述處理站將所述晶圓繼續加熱或冷卻；以及控制所述機械手臂，以將所述晶圓從所述處理站中移出。
  36. 一種用於在具有離子佈植機和處理站的離子佈植系統中控制晶圓溫度的方法，所述方法包含：用來自離子束的離子佈植晶圓，同時在所述離子佈植機的處理腔室內將所述晶圓保持在第一預定溫度；在所述處理站將所述晶圓加熱或冷卻；在將所述晶圓加熱或冷卻之後，在所述處理站：將來自雷射源的雷射束引導到所述晶圓上的預定位置；響應於吸收所述雷射束的雷射能量，使用單色儀檢測所述晶圓發出的螢光；確定所檢測到的螢光的強度分佈；以及基於從所述強度分佈確定的一或多個特徵來確定所述晶圓的當前溫度；以及根據所確定的所述晶圓的當前溫度滿足預定條件：放棄在所述處理站將所述晶圓繼續加熱或冷卻； 以及將所述晶圓從所述處理站中移出。
  37. 如請求項36的方法，還包含：根據所確定的所述晶圓的當前溫度不滿足所述預定條件，將所述晶圓繼續加熱或冷卻。
  38. 如請求項37的方法，其中在所述處理站將所述晶圓加熱或冷卻包含利用一或多個紅外線加熱燈加熱所述晶圓，還包含：不再利用所述一或多個紅外線加熱燈加熱所述晶圓，同時將所述雷射束引導到所述晶圓的所述預定位置，並且同時檢測由所述晶圓發出的所述螢光。
  39. 如請求項37的方法，其中在所述處理站將所述晶圓加熱或冷卻包含利用一或多個紅外線加熱燈加熱所述晶圓，以及其中所述雷射源和所述單色儀被設置在所述處理站的腔室外部，還包含：在加熱所述晶圓的同時，在所述處理站：利用在所述處理站的所述腔室內的光纖收集所述螢光，其中所述光纖係連接到所述單色儀；以及利用所述光纖將所述螢光引導到所述單色儀。
  40. 如請求項36的方法，還包含：在將所述雷射束引導至所述晶圓的所述預定位置之前，將來自所述雷射源的所述雷射束引導至截光器，其中所述截光器控制所述雷射束撞擊所述晶圓上的所述預定位置的頻率。
  41. 如請求項36的方法，其中所述晶圓上的所述預定位置在所述晶圓的邊緣上，以及其中所述雷射束的光斑的大小小於所述晶圓的厚度。
  42. 如請求項36的方法，其中確定所檢測的螢光的強度分佈包含使用鎖定放大器從所檢測的螢光中提取和放大螢光訊號，其中所述強度分佈係基於所提取和放大的螢光訊號來確定。
  43. 如請求項36的方法，其中根據所述強度分佈確定的所述一或多個特性包含所述強度分佈中的強度峰的峰波長和所述強度峰的全寬半高中的至少一個。
  44. 如請求項36的方法，其中所述晶圓的所述當前溫度的確定還基於所述晶圓的材料。
  45. 如請求項36的方法，其中所述處理站為佈植後站，以及其中所述預定條件包含對所確定的所述晶圓的當前溫度大於或等於第二預定溫度的要求。
  46. 如請求項36的方法，其中所述處理站為佈植前站，以及其中所述預定條件包含所確定的所述晶圓的當前溫度小於或等於所述第一預定溫度的要求。
  47. 一種儲存一或多個程式的非暫態電腦可讀取儲存媒體，所述一或多個程式包含指令，當所述指令由離子佈植系統的控制器的一或多個處理器執行時，致使所述控制器：控制所述離子佈植系統的離子佈植機以將離子佈植到晶圓中，同時在所述離子佈植機的處理腔室內將所述晶圓 保持在第一預定溫度；控制所述離子佈植系統的處理站以在所述處理站將所述晶圓加熱或冷卻；在將所述晶圓加熱或冷卻之後：控制雷射源以將雷射束引導到所述晶圓上的預定位置；響應於吸收所述雷射束的雷射能量，從單色儀獲得表示檢測到的由所述晶圓發射的螢光的資料；基於表示所檢測到的螢光的所述資料確定所檢測到的螢光的強度分佈；以及基於從所述強度分佈確定的一或多個特徵來確定所述晶圓的當前溫度；以及根據所確定的所述晶圓的當前溫度滿足預定條件：放棄在所述處理站將所述晶圓繼續加熱或冷卻；以及控制機械手臂以將所述晶圓從所述處理站中移出。
  48. 一種離子佈植系統，包含：離子佈植機；處理站；以及控制器，其中所述控制器包含記憶體和一或多個處理器，以及其中所述記憶體儲存一或多個程式，所述一或多 個程式包含指令，所述指令在由所述一或多個處理器執行時使所述控制器：控制所述離子佈植系統的離子佈植機以將離子佈植到晶圓中，同時在所述離子佈植機的處理腔室內將所述晶圓保持在第一預定溫度；控制所述離子佈植系統的所述處理站以在所述處理站加熱或冷卻所述晶圓；在將所述晶圓加熱或冷卻之後：控制雷射源以將雷射束引導到所述晶圓上的預定位置；響應於吸收所述雷射束的雷射能量，從單色儀獲得表示檢測到的由所述晶圓發射的螢光的資料；基於表示所檢測到的螢光的所述資料確定所檢測到的螢光的強度分佈；以及基於從所述強度分佈確定的一或多個特徵來確定所述晶圓的當前溫度；以及根據所確定的所述晶圓的當前溫度滿足預定條件：控制所述處理站以放棄在所述處理站將所述晶圓繼續加熱或冷卻；以及控制機械手臂以將所述晶圓從所述處理站中移出。
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