在高温陶瓷加热器上的集成衬底温度测量制造技术

本文的实施方式提供了一种用于在诸如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺之类的等离子体增强沉积工艺期间直接地监测衬底的温度的衬底温度监测系统。在一个实施方式中，一种衬底支撑组件包括：支撑轴；衬底支撑件，所述衬底支撑件设置在所述支撑轴上；以及衬底温度监测系统，所述衬底温度监测系统用于测量待设置在所述衬底支撑件上的衬底的温度。所述衬底温度监测系统包括光纤管、耦接到所述光纤管的光导、以及围绕所述光纤管和所述光导的接合处设置的冷却组件。在本文中，所述光导的至少一部分设置在延伸穿过所述支撑轴并进入所述衬底支撑件的开口中，并且所述冷却组件在衬底处理期间维持所述光纤管处于低于约100℃的温度。

Integrated substrate temperature measurement on high temperature ceramic heater

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在高温陶瓷加热器上的集成衬底温度测量
技术介绍

本文描述的实施方式整体涉及等离子体增强半导体器件制造工艺，并且更具体地涉及在等离子体增强化学气相沉积腔室(PECVD)中使用的衬底温度监测系统及其相关方法。相关技术的描述半导体器件制造涉及许多不同化学和物理工艺，使得能够在衬底上创建微型集成电路。组成集成电路的材料层通过化学气相沉积、物理气相沉积、外延生长等被形成。在集成电路的制造中，通常使用等离子体增强工艺用于沉积或蚀刻各种材料层。等离子体增强工艺相较热处理来说提供许多优点。例如，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)允许沉积工艺以相较类似的热工艺中可实现的更低的温度和更高的沉积速率来被执行。因此，PECVD对于具有严格的热预算的半导体器件制造工艺是有利的，诸如对于极大规模集成电路或超大规模集成电路(VLSI或ULSI)器件制造的后道工序(BEOL)工艺来说。典型地，在处理腔室内对衬底的等离子体增强处理期间，形成等离子体的离子将轰击衬底，从而引起衬底的不期望的瞬时温度增加，例如温度尖峰。在等离子体增强腔室中的衬底处理期间监测衬底温度的常规方法典型地依赖测量衬底支撑件、设置在衬底支撑件上的衬底的温度，以及从衬底支撑件的温度推断衬底的温度。不幸地，许多等离子体增强工艺的低压气氛导致在衬底与衬底支撑件之间的差的传热，这造成了两者之间的大的温差。因此，本领域中需要的是在等离子体增强衬底工艺期间直接监测衬底的温度的设备和方法。
技术实现思路
本文描述的实施方式提供了一种在半导体器件制造系统中使用的衬底温度监测系统，特别地是用于在诸如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺之类的等离子体增强沉积工艺期间直接地监测衬底的温度的衬底温度监测系统、及其相关方法。在一个实施方式中，一种衬底支撑组件包括：支撑轴；衬底支撑件，所述衬底支撑件设置在所述支撑轴上；以及衬底温度监测系统，所述衬底温度监测系统用于测量待设置在所述衬底支撑件上的衬底的温度。所述衬底温度监测系统包括光纤管、耦接到所述光纤管的光导、以及围绕所述光纤管和所述光导的接合处设置的冷却组件。在本文中，所述光导的至少一部分设置在延伸穿过所述支撑轴并进入所述衬底支撑件的开口中，并且所述冷却组件在衬底处理期间维持所述光纤管处于低于约100℃的温度。在另一个实施方式中，一种处理腔室包括：腔室主体，所述腔室主体限定处理容积；以及衬底支撑组件，所述衬底支撑组件设置在所述处理容积中。所述衬底支撑组件包括：支撑轴；衬底支撑件，所述衬底支撑件设置在所述支撑轴上；以及衬底温度监测系统，所述衬底温度监测系统用于测量待设置在所述衬底支撑件上的衬底的温度。所述衬底温度监测系统包括光纤管、耦接到所述光纤管的光导、以及围绕所述光纤管和所述光导的接合处设置的冷却组件。在本文中，所述光导的至少一部分设置在延伸穿过所述支撑轴并进入所述衬底支撑件的开口中，并且所述冷却组件在衬底处理期间维持所述光纤管处于低于约100℃的温度。在另一个实施方式中，一种处理衬底的方法包括：将衬底定位在设置在处理腔室的处理容积中的衬底支撑组件的衬底接收表面上；使一种或多种处理气体流入所述处理容积中；形成所述一种或多种处理气体的等离子体；使用所述光纤管测量所述衬底的温度，其中所述衬底的所述温度超过约110℃，并且其中维持所述光纤管处于低于约100℃的温度；以及在所述衬底上沉积材料层。附图说明为了能够详细地理解本公开的上述特征的方式，可以参考实施方式得到以上简要地概述的本公开的更特定的描述，其中一些实施方式在附图中示出。然而，应当注意，附图仅示出了本公开的典型的实施方式，并且因此不应视为对本公开的范围的限制，因为本公开可以允许其他等效实施方式。图1是根据一个实施方式的用于实践本文阐述的方法的示例性等离子体处理腔室的示意性剖视图。图2A是根据一个实施方式的来自图1的等离子体处理腔室的衬底支撑组件的剖视图。图2B是图2A中所示的衬底支撑件130的一部分的近距视图。图3是根据一个实施方式的示出处理衬底的方法的流程图。为了清楚起见，已经尽可能地使用相同的附图标记标示各图共有的相同元件。另外，一个实施方式中的要素可以有利地适于在本文描述的其他实施方式中使用。具体实施方式本文描述的实施方式提供了一种在等离子体增强处理腔室中使用的衬底温度监测系统，特别地是用于在诸如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺之类的等离子体增强沉积工艺期间直接地监测衬底的温度的衬底温度监测系统、及其相关方法。常规地，在诸如PECVD工艺之类的等离子体增强沉积工艺期间，通过测量衬底支撑件的温度、使衬底设置在该衬底支撑件上并由此推断衬底的温度来监测待处理的衬底的温度。不幸地，由于衬底支撑件与衬底之间的差的传热，因此间接地测量衬底温度通常是不准确的，或可能无法及时地反映衬底温度的变化，诸如温度尖峰。这在诸如PECVD工艺之类的工艺中尤其成问题，在所述工艺中，处理腔室的处理容积中的低压气氛造成衬底支撑件的介电材料与衬底之间的不良热导。另外，常规直接衬底温度测量系统不适用于在PECVD工艺期间达到的较高的衬底温度，例如650℃或更高，因为常规直接衬底温度测量系统的光纤部件不能承受这种高温应用。因此，本文提供的实施方式允许在相对较高的处理温度(诸如超过约100℃的温度)下对基板进行等离子体处理期间直接监测衬底的温度。具体地，本文的实施方式允许使用设置在衬底支撑组件中和/或延伸穿过衬底支撑组件的温度监测系统直接地测量设置在衬底支撑件上的衬底的非活性表面的温度。图1是根据一个实施方式的用于实践本文阐述的方法的示例性等离子体处理腔室的示意性剖视图。可用于实践本文描述的方法的其他示例性沉积腔室包括可从加利福尼亚州圣克拉拉的应用材料公司(AppliedMaterials，Inc.，ofSantaClara，California)获得的系统或UltimaHDP系统、以及来自其他制造商的合适的沉积腔室。处理腔室100包括：腔室主体102，所述腔室主体102限定处理容积104；喷头110，所述喷头110设置在处理容积104中；以及衬底支撑组件120，所述衬底支撑组件120设置在处理容积104中且面对喷头110。具有从中穿过设置的多个开口(未示出)的喷头110用于将来自气源114的处理气体分配到处理容积104中。在本文中，喷头110电耦接到电源118，诸如RF或其他AC频率电源，所述电源通过与其电容耦合来供应功率以点燃和维持处理气体的等离子体112。在其他实施方式中，处理腔室100包括电感等离子体发生器，并且等离子体通过将RF功率电感耦合到处理气体而形成。在本文中，衬底支撑组件120包括：可移动的支撑轴106，所述可移动的支撑轴106密封地延伸穿过腔室主体102的基底壁，诸如被在腔室基部下方的区域中的波纹管(未示出)包围；以及衬底支撑件107，所述衬底支撑件107设置在支撑轴106上并与其耦接。衬底支撑件107具有第一表面(在本文中为衬底接收表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种衬底支撑组件，包括：/n支撑轴；/n衬底支撑件，所述衬底支撑件设置在所述支撑轴上；以及/n衬底温度监测系统，所述衬底温度监测系统用于测量待设置在所述衬底支撑件上的衬底的温度，所述衬底温度监测系统包括：/n光纤管；/n光导，所述光导耦接到所述光纤管，其中所述光导的至少一部分设置在开口中，/n所述开口延伸穿过所述支撑轴并进入所述衬底支撑件；以及/n冷却组件，所述冷却组件围绕所述光纤管和所述光导的接合处设置，其中所述冷却组件在衬底处理期间维持所述光纤管处于低于约100℃的温度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170503 US 62/500,6821.一种衬底支撑组件，包括：
支撑轴；
衬底支撑件，所述衬底支撑件设置在所述支撑轴上；以及
衬底温度监测系统，所述衬底温度监测系统用于测量待设置在所述衬底支撑件上的衬底的温度，所述衬底温度监测系统包括：
光纤管；
光导，所述光导耦接到所述光纤管，其中所述光导的至少一部分设置在开口中，
所述开口延伸穿过所述支撑轴并进入所述衬底支撑件；以及
冷却组件，所述冷却组件围绕所述光纤管和所述光导的接合处设置，其中所述冷却组件在衬底处理期间维持所述光纤管处于低于约100℃的温度。


2.如权利要求1所述的衬底支撑组件，其中所述光导是蓝宝石管。


3.如权利要求1所述的衬底支撑组件，其中所述衬底温度监测系统还包括：
护套，所述护套设置在所述开口中，以通过限制所述护套的横向移动来保护所述光导免受破坏。


4.如权利要求1所述的衬底支撑组件，其中所述光导具有至少约400mm的长度和至少约40mm的内径。


5.如权利要求1所述的衬底支撑组件，其中当衬底设置在所述衬底支撑件上时，所述光导的一端在衬底的1mm内。


6.如权利要求1所述的衬底支撑组件，其中所述光纤管和所述光导的所述接合处通过真空密封件与所述开口隔离。


7.如权利要求1所述的衬底支撑组件，其中所述衬底支撑件还包括窗口，所述窗口与衬底接收表面齐平地定位或定位在所述衬底接收表面的下方。


8.一种处理腔室，包括：
腔室主体，所述腔室主体限定处理容积；以及
衬底支撑组件，所述衬底支撑组件设置在所述处理容积中，所述衬底支撑组件包括：
支撑轴；
衬底支撑件，所述衬底支撑件设置在所述支撑轴上；
衬底温度监测系统，所述衬底温度监测系统用于测量待设置在所述衬底支撑件上的衬底的温度，所述衬底温度监测系统包括：
光纤管；
光导，所述光导耦接到所述光纤管，其中所述光导的至少一部分设置在开口...

【专利技术属性】
技术研发人员：张轶珍，R·乔德里，J·D·平松二世，J·M·舒浩勒，H·K·帕纳瓦拉皮尔库马兰库提，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US