用于测量被配置成加工产品工件的工件加工工具中的工艺条件的工艺条件测量设备(PCMD)和方法技术

一种工艺条件测量设备(PCMD)可包括第一和第二衬底组件。一个或多个温度传感器被嵌入到每个衬底组件中。第一和第二衬底组件被夹设在一起以使第二衬底组件中的每个温度传感器串联对准于第一衬底组件中的相应温度传感器。替代地，第一和第二温度传感器可在同一衬底中并联地设置。当PCMD受工件加工工具中的工艺条件作用时，可测量多对相应的温度传感器之间的温度差。可从这些温度差计算出工具中的工艺条件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】工艺条件测量设备(PCMD)和方法专利
本专利技术的实施例涉及用于测量被配置成加工产品工件的工件加工工具中的工艺条件的工艺条件测量设备(PCMD)。专利技术背景在半导体制造过程中(即在硅晶片上形成集成电路以用于电子器件的工艺)，或更一般的工件加工(例如平板显示器加工、平版印刷掩模加工等)中，给定的衬底(例如硅)在最终产品完成前可能暴露于大量不同的子工艺。作为示例而非限定，在半导体制造的背景下，这些子工艺可包括沉积、去除、布图以及电气性质的修改。沉积涉及使材料生长、涂覆或以其它方式转印到衬底上的任何工艺。根据所需沉积的性质存在若干沉积技术。这些技术包括物理汽相沉积(PVD)、化学汽相沉积(CVD)、电化学沉积(ECD)、分子束外延生长(MBE)以及原子层沉积(ALD)。去除涉及从晶片上去除材料的任何工艺。同样，根据所需的去除类型(例如整块去除、选择性去除等)存在若干种去除技术。这些技术包括湿蚀、干蚀、化学机械平面化(CMP)以及等离子灰化。最终，存在若干不同的技术，用以布图(即修改沉积的材料的已有形状)以及对电气性质和热性质的修改(例如掺杂、退火)。这些子工艺中的许多需要使用某些工件加工工具来助益性能。为了确保这些工件加工工具的有效设计、工艺优化以及故障检测，追踪与这些工具相关的某些特征和加工条件是重要的。具体地，由工件加工工具在工作期间通过衬底产生的热通量可提供至关重要的信息，该信息能帮助维持工件加工工具的质量保证和稳定受控的性能以及其被设计成提供服务的那个子工艺。此外，对热通量因变于时间的局部空间差异的测量可提供独立于工件变数(variability)表征这些工件加工工具和工艺的手段。当前，存在非常少的技术用以确定通过衬底的热通量。存在工艺局限性的那些技术使它们不适用于具体的工件加工工具中。一种技术使用温度传感器的热衰变率来计算热通量。这种技术记载在例如共同转让的美国专利6,907,364中，该文献援引包含于此。为了采用这种技术，一开始将热刺激物应用到位于衬底上的温度传感器。然后将热刺激物断开，并测量温度传感器的温度衰变，最终导致热通量的确定。然而，这项技术对于某些工件工艺是无法实现的(例如标准晶片制造工艺)。这是因为使用这种技术无法实现对热通量变化率的连续监视，而零星的、短暂的监视无法提供所意欲的益处。第二种技术涉及将市面上有售的热通量传感器嵌入到设备衬底中。然而，这些传感器一般只能得到大尺寸的(长度以厘米计)，并且可能不满足某些应用所需的动态范围。在加工过程中将附加结构引入到衬底的表面有可能对工件加工工具中的工艺条件造成严重的干扰。另外，用于构造这些热通量传感器的许多材料无法胜任一些特定的加工工具或工艺。因此，将这些热通量传感器整合到晶片类衬底以确定工件加工工具中的工艺条件可能是极具挑战性的。业内需要一种技术，这种技术能够测量通过由被配置成加工产品工件的工件加工工具加工的衬底的一个或多个位置的热通量。在这样的背景下，提出了本专利技术的实施例。附图说明一旦阅读了以下详细说明并参考附图，本专利技术实施例的目的和优点就将变得显而易见，在附图中：图1A是根据本专利技术一实施例的加工条件测量设备(PCMD)的三维横截面。图1B和图1C是根据本专利技术一实施例的PCMD的俯视图。图2A是根据本专利技术一替代实施例的PCMD的横截面示意图。图2B是根据本专利技术一替代实施例的PCMD的横截面示意图。图3A是根据本专利技术一替代实施例的PCMD的横截面示意图。图3B是根据本专利技术一替代实施例的PCMD的横截面示意图。图4是根据本专利技术一实施例的PCMD的俯视示意图。图5是示出根据本专利技术一实施例的用于确定工件加工工具的工艺条件的方法的流程图。图6是示出根据本专利技术一实施例的用于确定工件加工工具的工艺条件的装置的方框图。图7示出根据本专利技术一实施例具有用于确定工件加工工具的工艺条件的指令的非暂时计算机可读存储介质的一个例子。特定实施例的描述如前面讨论的那样，业内需要一种能够测量在由被配置成加工产品工件的工件加工工具加工的衬底的一个或多个位置中的热通量的技术。图1A-1C、图2A-2B以及图3A-3B是示出根据本专利技术优选实施例能够测量热通量的工艺条件测量设备(PCMD)的示意图。每个PCMD包括被配置成在PCMD的不同位置测量与PCMD垂直的热通量的一个或多个热通量传感器。本文中使用的热通量传感器或指商用热通量传感器，或指以一种关系对准的一对温度传感器，这种关系被配置成通过测量两个温度传感器之间的温度差来确定与PCMD垂直的热通量。图1A、图1B和图1C是示出根据本专利技术的优选实施例能够测量热通量的PCMD的示意图。图1A是该PCMD100的三维横截面图。图示的PCMD100具有单个热通量传感器111，然而该设备可扩展至包括任何数量的热通量传感器111。热通量传感器111包括第一温度传感器105和第二温度传感器105’，具有嵌入在其中的第一温度传感器105的衬底组件101与具有嵌入在其中的相应第二温度传感器105’的附加衬底组件103被夹设在一起。每个温度传感器105、105’可被嵌入到形成在其相应的衬底组件101、103的表面内的小空腔中并例如使用热环氧树脂113固定在位。在图1A所示的实施例中，温度传感器105、105’被夹设在衬底组件和附加衬底组件之间，以使它们在工件加工工具的操作期间通过衬底组件101和附加衬底组件103受保护而不暴露于工件加工工具中的环境。这种结构允许PCMD100在向工件提供与由工具加工的标准工具的表面基本相同的表面的同时测量加工工具中的工艺条件。温度传感器105、105’在这种结构中不突出于PCMD表面之上。传感器105和105’、衬底组件101、以及附加衬底组件103被设置成使衬底组件101中的第一温度传感器105串联地对准于附加衬底103中的相应第二温度传感器105’，由此形成热通量传感器111。本文中，当温度传感器处于重叠配置时(例如图1A所示)，构成热通量传感器111的每对温度传感器105、105’被称为“对准串联”或“串联对准”。两个传感器的中心可以是直接对准的或略为错开，这取决于所确定的工件加工工具的工艺条件。布置和对准构成热通量传感器的温度传感器的尺寸选择可通过鉴于由加工工具产生的热通量的预期范围计算分隔温度传感器对的材料的导热性(热阻)来确定。作为示例，串联对准的传感器可被定位成在夹持配置中一个可位于另一个的顶上，以使各传感器105、105’的中心线与衬底组件101、103的表面正交，例如图1所示那样。根据应用暗示的其它取向可能出现。如图所示，衬底组件101中的单个温度传感器105与附加衬底组件103中的单个温度传感器105’配对以在PCMD100中形成单个热通量传感器111。然而，重要的是注意PCMD100可包含任何数量的热通量传感器111，它们可以任何合需的模式设置。位于PCMD100中的每个温度传感器105可以是电阻温度检测器(RTD)、热敏电阻、热偶或其它适当类型的传感器。作为示例而非限定，PCMD100中的每个温度传感器105、105’可具有1-2mm的跨距。作为示例而非限定，温度传感器105、105’可以是可从加利福尼亚圣克拉拉的国家半导体商业购得的型号LM20表面安装器件(SMD)温度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.02.03 US 13/020,7701.一种工艺条件测量设备，包括：a)衬底组件、与所述衬底组件一起被夹设的附加衬底组件；b)嵌入在所述衬底组件和所述附加衬底组件之间的一个或多个热通量传感器，其中所述一个或多个热通量传感器配置成获取与所述工艺条件测量设备垂直的热通量值；以及c)存储计算机可执行指令的计算机可读介质，配置成使用热通量值作为代表来确定工件加工工具中除热条件以外的工艺条件。2.如权利要求1所述的工艺条件测量设备，其特征在于，所述衬底组件或所述附加衬底组件由与产品工件相同的材料构成。3.如权利要求1所述的工艺条件测量设备，其特征在于，或者所述衬底组件或者所述附加衬底组件是由硅构成的。4.如权利要求1所述的工艺条件测量设备，其特征在于，或者所述衬底组件或者所述附加衬底组件是由蓝宝石构成的。5.如权利要求1所述的工艺条件测量设备，其特征在于，或者所述衬底组件或者所述附加衬底组件是由石英构成的。6.如权利要求1所述的工艺条件测量设备，其特征在于，或者所述衬底组件或者所述附加衬底组件是由玻璃构成的。7.如权利要求1所述的工艺条件测量设备，其特征在于，或者所述衬底组件或者所述附加衬底组件是由碳化硅构成的。8.如权利要求1所述的工艺条件测量设备，其特征在于，每个热通量传感器包括两个温度传感器，第一温度传感器嵌入在所述衬底组件中而第二温度传感器嵌入在所述附加衬底组件中，所述第一和第二温度传感器串联地对准，所述一个或多个热通量传感器在所述工件加工工具的操作过程中通过所述衬底组件或所述附加衬底组件被屏蔽以不暴露于所述工件加工工具内的环境。9.如权利要求1所述的工艺条件测量设备，其特征在于，还包括夹设在所述衬底组件和所述附加衬底组件之间的热阻层。10.如权利要求9所述的工艺条件测量设备，其特征在于，所述热阻层由具有比所述衬底组件和所述附加衬底组件低导热率的材料制成。11.如权利要求9所述的工艺条件测量设备，其特征在于，所述热阻层由电介质材料构成。12.如权利要求9所述的工艺条件测量设备，其特征在于，所述热阻层由聚酰亚胺构成。13.如权利要求9所述的工艺条件测量设备，其特征在于，所述热阻层由硅树脂构成。14.如权利要求9所述的工艺条件测量设备，其特征在于，所述热阻层有5μm和1mm之间的厚度。15.如权利要求1所述的工艺条件测量设备，其特征在于，所述热通量传感器被布置成围绕所述衬底组件的外缘的配置。16.如权利要求1所述的工艺条件测量设备，其特征在于，所述热通量传感器被布置成围绕每个衬底组件的中心的结构。17.如权利要求1所述的工艺条件测量设备，其特征在于，所述热通量传感器被嵌入到衬底组件中，以便在所述工件加工工具工作期间使所述热通量传感器通过所述衬底组件被屏蔽而不暴露于所述工件加工工具内的环境。18.如权利要求1所述的工艺条件测量设备，其特征在于，每个热通量传感器包括嵌入在所述衬底组件的热阻空腔内的两个温度传感器，所述两个温度传感器彼此串联地对准。19.如权利要求18所述的工艺条件测量设备，其特征在于，所述热阻空腔由与所述衬底组件的除所述衬底组件的所述热阻空腔以外的其余部分不同的热阻来表征。20.如权利要求1所述的工艺条件测量设备，其特征在于，所述工艺条件测量设备具有与由所述工件加工工具加工的产品工件相似的尺寸。21.如权利要求1所述的工艺条件测量设备，其特征在于，用附加材料涂覆所述衬底组件以确保与所述工件加工工具的相容性。22.如权利要求1所述的工艺条件测量设备，其特征在于，所述工件加工工具是等离子侵蚀腔。23.如权利要求1所述的工艺条件测量设备，其特征在于，还包括电耦合至所述一个或多个热通量传感器的处理器，所述处理器被配置成处理由所述一个或多个热通量传感器捕捉的数据。24.如权利要求23所述的工艺条件测量设备，其特征在于，还包括耦合至所述处理器的存储器，所述存储器被配置成存储数据。25.如权利要求23所述的工艺条件测量设备，其特征在于，还包括耦合至所述处理器的电源。26.如权利要求23所述的工艺条件测量设备，其特征在于，还包括耦合至所述处理器的收发机，所述收发机被配置成发送数据至所述处理器或从所述处理器接收数据。27.一种工艺条件测量设备，包括：a)衬底组件；b)嵌入在所述衬底组件中的一个或多个热通量传感器，其中所述一个或多个热通量传感器配置成获取与所述工艺条件测量设备垂直的热通量值；以及c)存储计算机可执行指令的计算机可读介质，配置成通过使用热通量值作为代表来确定工件加工工具中除热条件以外的工艺条件，其中每个热通量传感器包括两个紧密相邻的温度传感器，第一温度传感器嵌入在所述衬底组件的第一热阻空腔内而第二温度传感器嵌入在所述衬底组件的第二热阻空腔内，所述第一热阻空腔具有与第二热阻空腔不同的热阻值，并且所述第一温度传感器和所述第二温度传感器以并联关系对准，所述并联关系被配置成利于通过所述两个温度传感器之间的温度差的测量来确定与所述衬底组件垂直的热通量。28.如权利要求27所述的工艺条件测量设备，其特征在于，所述第一热阻空腔和所述第二热阻空腔具有不同的尺寸。29.如权利要求27所述的工艺条件测量设备，其特征在于，所述第一热阻空腔和所述第二热阻空腔由不同材料构成。30.如权利要求27所述的工艺条件测量设备，其特征在于，所述第一或第二热阻空腔由与所述衬底组件的除所述衬底组件的所述第一热阻空腔和所述第二热阻空腔以外的其余部分不同的热阻来表征。31.一种确定被配置成加工...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·孙，F·曲利，E·詹森，P·阿里欧，V·维沙，
申请(专利权)人：克拉坦科股份有限公司，
类型：
国别省市：