用于使用独立光源的晶片温度测量的方法和设备技术

本发明专利技术提供了用于使用独立光源的晶片温度测量的方法和设备。在蚀刻处理期间测量衬底温度的设备包括：形成在衬底支撑表面中的一个或多个窗口；被构造为脉冲产生第一信号的第一信号发生器；以及定位为接收从第一信号发生器透射穿过一个或多个窗口的能量的第一传感器。在蚀刻处理期间测量衬底温度的方法包括：使用辐射能量加热衬底；脉冲产生第一光；在第一光被脉冲打开时确定表征穿过衬底的总透射率的度量值；在第一光被脉冲关闭时确定表征穿过衬底的背景透射率的度量值；以及确定衬底的处理温度。

【技术实现步骤摘要】
用于使用独立光源的晶片温度测量的方法和设备
本专利技术的各个方面一般涉及用于测量半导体衬底温度的方法和设备。此外，本专利技术的各个方面涉及在红外加热环境中进行非接触式晶片温度测量。更具体地，本专利技术的各个方面涉及通过衬底红外发射来测量蚀刻工艺中的半导体衬底温度的方法。
技术介绍
超大规模集成(ULSI)电路可以包括大于10亿个电子器件(例如，晶体管)，这些电子器件形成在半导体衬底(诸如硅(Si)衬底)上并且合作来执行器件内的各种功能。在处理期间，在衬底表面上有时执行大量的热处理步骤。热处理通常需要用于工艺控制的精确衬底温度测量。不正确的衬底温度控制可能导致会不利地影响器件性能并且/或者导致衬底膜材料损坏的差的处理结果。不同类型的温度测量工具可以被用来测量处理期间的衬底温度。例如，热电偶通常被用来通过在衬底表面上的预定位置处与衬底物理接触而测量衬底温度。然而，对于更大直径的衬底，由于测量位置之间的大的距离，沿着衬底表面的整体温度变化难以确定。此外，热电偶与衬底表面的热物理接触的可靠性难以被控制并且具有污染的担忧。或者，有时用光学高温计来测量衬底温度。通过光学高温计传感器来测量在处理期间从衬底表面发射的辐射以确定衬底温度。然而，来自衬底表面的光学辐射的测量难以与背景噪声(诸如来自加热元件的强光或来自等离子源的热量、来自室壁的光学辐射和/ 或来自窗口的杂散光)分离。因为来自衬底表面的光学辐射不能被精确地测量并且背景噪声可能进一步向温度测量引入误差，所以实际衬底表面温度难以被精确地测量，这导致错误的衬底温度确定和因此导致差的处理结果。因此需要用于衬底温度测量的改善的设备和方法。
技术实现思路
提供了用于在处理期间测量温度的设备和方法。在一个实施例中，提供了一种在蚀刻处理期间测量衬底温度的设备，包括室主体，其具有封闭室主体的室盖；衬底支撑组件，其被布置在室主体中并且具有衬底支撑表面；一个或多个窗口，其形成在衬底支撑表面中；第一信号发生器，其被构造为脉冲产生第一信号，其中，第一信号发生器经由衬底支撑组件光学地耦合到一个或多个窗口，使得脉冲产生的信号可以透射穿过一个或多个窗口 ； 以及第一传感器，其定位为接收从第一信号发生器透射穿过一个或多个窗口的能量，其中， 第一传感器被构造为检测表征透射率的度量值。在另一个实施例中，第一信号发生器是被构造为脉冲产生某一波长的光的激光器，并且其中第一传感器被构造为检测某一波长的光。在另外的实施例中，提供了一个或多个加热灯，当加热灯被供电时可以发射至少与第一信号发生器相同波长的光，其中，光是波长在约IOOOnm到约1500nm之间的红外光，并且其中，第一传感器被定位为(a)在第一信号发生器被脉冲打开时检测来自第一信号发生器和一个或多个加热灯的红外光的波长，以及(b)在第一信号发生器被脉冲关闭时检测来自一个或多个加热灯的红外光的波长。另一个实施例进一步包括计算装置，其被编程、连线或者以其他方式构造为从穿过定位在衬底支撑表面上的衬底的第一信号来确定透射的改变，其中，计算装置从(b)表示在第一信号被脉冲打开时透过衬底的来自一个或多个加热灯和第一信号的红外光的透射率的值减去(a)表示在第一信号被脉冲关闭时透过衬底的来自一个或多个加热灯的红外光的透射率的值，并且其中，计算装置确定衬底的温度。表示透射率的值可以是归一化的透射比率。可选地或者另外地，表示透射率的值可以是以电压进行测量的光信号。此外，可以提供连接到一个或多个加热灯和计算装置的闭合回路控制系统。由第一信号发生器提供的红外光的波长可以是1200nm。在另一个实施例中，第二信号发生器被构造为脉冲产生第二信号，其中，第二信号发生器经由衬底支撑组件中的窗口被光学地耦合；以及第二传感器被定位为接收从第二信号发生器透射穿过与第二信号发生器耦合的窗口的能量，其中，第二传感器被构造为检测表征透射率的度量值。第二信号可以是具有比第一信号更短波长的红外光。该设备还可以包括对数检测器。或者，第二信号可以是具有比第一信号更长波长的红外光。其他的实施例提供了一种在蚀刻处理期间测量衬底温度的方法，包括在小于对于第一红外波长的透射率转变点的开始温度下，在处理室中提供衬底；使用辐射能量加热衬底；脉冲产生第一光，第一光具有近似等于第一红外波长的波长；在第一光被脉冲打开时确定表征穿过衬底的总透射率的度量值；在第一光被脉冲关闭时确定表征穿过衬底的背景透射率的度量值；以及基于来自第一光的第一红外波长穿过衬底的透射率来确定衬底的处理温度。第一光可以是激光。该方法还可以包括分离不具有背景透射率的、表征来自所述激光的穿过所述衬底的透射率的度量值。或者，该方法还可以包括从(b)表征在第一光被脉冲打开时穿过衬底的总透射率的值减去(a)表征在第一光被脉冲关闭时穿过衬底的背景透射率的值。红外激光的波长可以是1200nm，并且加热步骤还可以包括对一个或多个加热灯供电。透射率的度量值可以是归一化的透射比率或以电压进行测量的光信号。在另一个实施例中，该方法还包括在确定处理温度的同时冷却衬底。在另外的实施例中，方法还可以包括使用控制系统来基于衬底的处理温度改变提供给一个或多个加热灯的功率的量。在另外的实施例中，该方法可以包括脉冲产生具有第二红外波长的第二光， 第二红外波长与第一红外波长不同。另外的实施例可以包括脉冲产生具有第三红外波长的第三光，第三红外波长与第一和第二红外波长不同。附图说明可以参照实施例对上文简要总结的本专利技术进行更具体地描述，以便于详细地理解本专利技术的上述特征，实施例中的一些在附图中示出。然而应当注意，附图仅示出了本专利技术的典型实施例并且因此不被认为是对本专利技术范围的限制，本专利技术可以允许有其他等效实施例。图IA至图IC描绘了适合于实施特定实施例的示例性处理设备的简化示意图。图2描绘了示出在特定IR光波长下硅衬底透射率与衬底温度之间的关系的图。图3描绘了示出在特定IR光波长下硅衬底透射率与衬底温度之间的关系的图。图4描绘了对于线性测量和对数测量结果示出在特定IR光波长下光强度和衬底透射率、与衬底温度之间的关系的图。图5A描绘了被构造为实施本专利技术的示例性处理设备的示意图。图5B到图5C描绘了布置在图5A的处理设备中的衬底支撑组件的不同实施例的俯视图。图6描绘了结合有图5A的至少一个设备以实施本专利技术的示例性处理系统的示意图。图7描绘了结合有图5A的至少一个设备的示例性处理系统的示意图。图8描绘了示出用于现有技术方法的处理步骤的图。图9描绘了示出光强度或透射率、与晶片温度的关系的图。图10描绘了示出在加热期间激光与灯信号的图。图11提供了对于20Hz采样通过大量样本示出了温度分辨率以及加热速率的表格。可以想到一个实施例的要素和特征可以被有利地结合到其他实施例中，而不用另外说明。然而应当注意附图仅描绘了本专利技术的示例性实施例，并且因此不被认为是其范围的限制，本专利技术可以允许其他等效实施例。具体实施方式这里讨论的实施例提供了用于在加热或冷却处理期间测量衬底温度的方法和设备，诸如可以被用在蚀刻中。其中，其他的示例处理可以包括等离子体处理，例如蚀刻、沉积、退火、等离子体表面处理和离子注入。在一个实施例中，可以通过监视穿过衬底的能量的透射率来确定衬底温度。在另外的实施例中，能量源(诸如发射红外(IR)光的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在蚀刻处理期间测量衬底温度的设备，其包括：室主体，其具有封闭所述室主体的室盖；衬底支撑组件，其被布置在所述室主体中并且具有衬底支撑表面；一个或多个窗口，其形成在所述衬底支撑表面中；第一信号发生器，其被构造为脉冲产生第一信号，其中，所述第一信号发生器经由所述衬底支撑组件光学地耦合到所述一个或多个窗口，使得脉冲产生的信号能够透射穿过所述一个或多个窗口；以及第一传感器，其定位为接收从所述第一信号发生器透射穿过所述一个或多个窗口的能量，其中，所述第一传感器被构造为检测表征透射率的度量值。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：贾瑞德·艾哈迈德·李，吉萍·李，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：