用于现场衬底温度监控的方法和设备技术

本发明专利技术公开了一种在等离子体处理系统中确定衬底温度的方法。该方法包括将衬底放置在衬底支撑结构上，其中，衬底支撑包括卡盘。该方法还包括为衬底创建温度校准曲线，通过在第一等温状态期间用电磁测量装置至少测量第一衬底温度以及用物理测量装置测量第一卡盘温度来创建温度校准曲线。该方法还包括在等离子体处理期间采用电磁测量装置的测量值和温度校准曲线来确定衬底的温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及衬底制造技术，尤其涉及用于现场衬底温度监控的方法和设备。
技术介绍
在诸如在平板显示器制造中使用的半导体基板或玻璃板的衬底(substrate)的处理中经常使用等离子体。例如，作为衬底处理的一部分，衬底被分成多个小片(die)或矩形区域，它们中的每个都将变成集成电路。然后，在一系列步骤中处理衬底，其中，材料被选择性地去除(蚀刻法)和沉积(沉积作用)，以在其上形成电组件。在典型等离子体处理中，在蚀刻之前，用硬化乳剂的薄膜(即，例如光刻胶掩膜)覆盖衬底。然后，选择性地去除硬化乳剂区域，使得露出下层的一部分。然后，将衬底置于衬底支撑结构上的等离子体处理室中，衬底支撑结构包括单极或双极电极，被称作卡盘(chuck)或基座(pedestal)。然后，适当的蚀刻剂源流入处理室中，然后被撞击，以形成等离子体，蚀刻衬底的露出区域。能够被调整以最优化等离子体处理的一组处理变量包括气体成分、气相、气流、气压、RF功率密度、电压、磁场强度、和衬底温度。尽管理论上对每个处理步骤最优化每个变量可能是有益的，但实际上通常很难实现。例如，为了在等离子体处理装置中提高衬底的等离子体处理的均匀性，希望在进行蚀刻、材料被沉积在其上(例如，通过CVD或PVD技术)、和/或去除光刻胶时控制衬底的露出表面的温度。例如，如果衬底温度升高到某温度之上，则可能发生衬底损坏(例如，光刻胶损坏)，并且可能改变与温度相关的化学反应。衬底温度也可以通过改变衬底表面上聚合膜(例如，聚氟碳(poly-floro-carbon))的沉积率来显著地影响等离子体选择性。仔细监控可以使变化最小化，允许用于其他参数的更宽的处理窗口，以及改善过程控制。然而，实际上，直接确定温度而不影响等离子体处理可能是很困难的。在普通的温度测量技术中，衬底上连接热电偶。为了测量其自身温度与衬底温度之差，热电偶必须与样本机械接触。然而，在很多情况下，在处理期间接触衬底表面是不能接受或不切实际的。此外，通常难以热隔离热电偶。即，测量的温度可能不仅包括由衬底产生的辐射，而且可能包括由热电偶附近的其他部件(例如卡盘)传播的热能。另一套技术包括使用电磁探测器。例如，电磁高温计由衬底发出的辐射(例如，光致发光)的强度来计算温度。一般地，对应于衬底特殊结构、组成、和质量，衬底可以吸收某频率的电磁辐射，然后在另一频率发出辐射。然而，因为等离子体处理系统内的其他加热结构也可能在相同频率产生辐射，从背景隔离衬底测量可能有问题。此外，因为大多数光学测量技术对于衬底之间的物理变化(例如，掺杂等级、电路布局、背面膜等)很敏感，通常难以确定绝对温度。即，不能很容易地知道零点温度。此外，对于小于大约100℃(通常在等离子体处理中使用)的衬底温度，辐射能量可能非常小并且难以检测。在另一电磁技术中，干涉计用于测量由于吸收的热能导致的衬底厚度的变化。一般地，干涉计通过检测在两个表面之间反射的电磁波束的相差来测量物理位移。在等离子体处理系统中，电磁波束可以在一个频率(对于该频率衬底是半透明的)传播，并且设置为在衬底下方一个角度。然后，波束的第一部分可以在衬底的底面上反射，而波束的剩余部分可以在衬底的顶面上反射。但是，如上所述，因为大多数光学测量技术对衬底之间的物理变化很敏感，通常难以确定绝对温度。之后，衬底厚度的变化通常只与温度的相应变化相关。另一种电磁技术是DRS，或者漫反射光谱法。通过漫反射(或发射)的入射白光的光谱分析，DRS确定半导体衬底的温度。然而，这种技术依赖测量相对微弱的漫散射光信号。任何使衬底不透光的处理都使DRS信号太低以至于不能进行准确的温度测量(即，用金属覆盖衬底，用吸收层覆盖衬底，自由载流子吸收等)。此外，类似的其他电磁技术也要承受前面所述的衬底变化的灵敏度。参考图1，示出等离子体处理系统100的简图。一般地，一组适合的气体通过入口108从气体分配系统122流入室102中。为了处理(例如，蚀刻或沉积)位于静电卡盘116上的衬底114(例如，半导体基板或玻璃板)的露出区域，这些等离子体处理气体可以随后被离子化，以形成等离子体110。气体分配系统122一般包括容纳等离子体处理气体(例如，C4F8、C4F6、CHF3、CH2F3、CF4、HBr、CH3F、C2F4、N2、O2、Ar、Xe、He、H2、NH3、SF6、BCl3、Cl2、WF6等)的压缩气筒124a-f。气筒124a-f还可以通过提供局部排气通风的外壳128来保护。质量流(mass flow)控制器126a-f一般是用于半导体工业的独立(self-contained)装置(包括传感器、控制阀、以及控制和信号处理电子装置)，以测量和调节到等离子体处理系统的气体的质量流。通过绝缘体窗口104使感应线圈131与等离子体隔离，并且感应线圈通常在等离子体处理气体中感应出时变电流，以产生等离子体110。窗口不仅保护感应线圈不受等离子体110影响，而且允许生成的RF场穿入等离子体处理室中。而且，匹配网络132通过导线130a-b连接到感应线圈131，匹配网络还可以连接到RF生成器。匹配网络132试图使RF发生器138(典型地操作在13.56MHz和50ohms)的阻抗与等离子体110的阻抗相匹配。一般地，为了在点燃等离子体时达到热平衡，一些类型的制冷系统连接到卡盘。制冷系统本身通常包括通过卡盘内的空腔抽取冷却剂的冷却器，以及被注入卡盘与衬底之间的氦气。然后，在等离子体处理期间在晶片中生成的热量通过氦流入卡盘中，并流出至位于远处的热交换器单元。然而，虽然衬底温度一般在一定范围内稳定，但是通常不知道其准确值。而且，因为衬底温度不能直接测量，可能很难最优化该方法。例如，在为了制造特定衬底而创建一组等离子体处理步骤中，可以建立一组对应的处理变量或方法。因为许多等离子体处理方法还要求温度变化约为十分之几摄氏度，所以衬底间的温度再现性通常很重要。在典型等离子体处理系统中，衬底温度可以通过计算沉积到衬底上的等离子体能量以及从He压力和卡盘表面条件导出的热传导系数来确定。然而，因为制冷系统也可以以开环方式操作，随后的热流变化可能使衬底温度在精密方法参数以外改变。而且，等离子体处理室自身的物理结构可能改变。例如，在清洁处理室期间，可以通过在没有衬底的情况下撞击等离子体，从等离子体处理系统中去除处理污染物。然而，在该清洁处理中，因为卡盘不再由衬底覆盖，其随后被蚀刻。当处理被重复时，衬底的表面粗糙度增加，随后改变其热传导率。最后，方法的参数无效。因为确定何时准确地达到该点通常是不切实际的，在一定操作时间之后，卡盘通常被替换，实际上通常这只是它使用寿命的一部分。因为昂贵的卡盘可能被不必要的替换，从而增加了生产成本，而且因为等离子体处理系统必须离线几个小时以替换卡盘，从而减少了产量。此外，也需要调节方法参数。例如，处理工程师可能希望在等离子体处理期间增加钝化等级。此外，制造装置的其他相同部件可能在不同时间安装或者用于不同等级，并且其维护周期不需要与其他的相匹配。当将处理用于更新版本的等离子体处理系统时或当将处理用于可以处理更大衬底尺寸(例如，200mm至300mm)的等离子体处理系统时，可能需要调整方法参数。理想地，保持相同的方法参数(例如，化学、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在等离体处理系统中确定衬底的温度的方法，包括：将所述衬底放置在衬底支撑结构上，其中，所述衬底支撑结构包括卡盘；为所述衬底创建温度校准曲线，通过在第一等温状态期间用电磁测量装置至少测量第一衬底温度和用物理测量装置测量第一卡盘温度来创建所述温度校准曲线；在等离子体处理期间，采用来自所述电磁测量装置的测量值和所述温度校准曲线来确定所述衬底的温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特J斯蒂格，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：US[]