用于使用獨(dú)立光源的晶片溫度測(cè)量的方法和設(shè)備技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了用于使用獨(dú)立光源的晶片溫度測(cè)量的方法和設(shè)備。在蝕刻處理期間測(cè)量襯底溫度的設(shè)備包括：形成在襯底支撐表面中的一個(gè)或多個(gè)窗口；被構(gòu)造為脈沖產(chǎn)生第一信號(hào)的第一信號(hào)發(fā)生器；以及定位為接收從第一信號(hào)發(fā)生器透射穿過(guò)一個(gè)或多個(gè)窗口的能量的第一傳感器。在蝕刻處理期間測(cè)量襯底溫度的方法包括：使用輻射能量加熱襯底；脈沖產(chǎn)生第一光；在第一光被脈沖打開(kāi)時(shí)確定表征穿過(guò)襯底的總透射率的度量值；在第一光被脈沖關(guān)閉時(shí)確定表征穿過(guò)襯底的背景透射率的度量值；以及確定襯底的處理溫度。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
用于使用獨(dú)立光源的晶片溫度測(cè)量的方法和設(shè)備
本專利技術(shù)的各個(gè)方面一般涉及用于測(cè)量半導(dǎo)體襯底溫度的方法和設(shè)備。此外，本專利技術(shù)的各個(gè)方面涉及在紅外加熱環(huán)境中進(jìn)行非接觸式晶片溫度測(cè)量。更具體地，本專利技術(shù)的各個(gè)方面涉及通過(guò)襯底紅外發(fā)射來(lái)測(cè)量蝕刻工藝中的半導(dǎo)體襯底溫度的方法。
技術(shù)介紹
超大規(guī)模集成(ULSI)電路可以包括大于10億個(gè)電子器件(例如，晶體管)，這些電子器件形成在半導(dǎo)體襯底(諸如硅(Si)襯底)上并且合作來(lái)執(zhí)行器件內(nèi)的各種功能。在處理期間，在襯底表面上有時(shí)執(zhí)行大量的熱處理步驟。熱處理通常需要用于工藝控制的精確襯底溫度測(cè)量。不正確的襯底溫度控制可能導(dǎo)致會(huì)不利地影響器件性能并且/或者導(dǎo)致襯底膜材料損壞的差的處理結(jié)果。不同類型的溫度測(cè)量工具可以被用來(lái)測(cè)量處理期間的襯底溫度。例如，熱電偶通常被用來(lái)通過(guò)在襯底表面上的預(yù)定位置處與襯底物理接觸而測(cè)量襯底溫度。然而，對(duì)于更大直徑的襯底，由于測(cè)量位置之間的大的距離，沿著襯底表面的整體溫度變化難以確定。此外，熱電偶與襯底表面的熱物理接觸的可靠性難以被控制并且具有污染的擔(dān)憂。或者，有時(shí)用光學(xué)高溫計(jì)來(lái)測(cè)量襯底溫度。通過(guò)光學(xué)高溫計(jì)傳感器來(lái)測(cè)量在處理期間從襯底表面發(fā)射的輻射以確定襯底溫度。然而，來(lái)自襯底表面的光學(xué)輻射的測(cè)量難以與背景噪聲(諸如來(lái)自加熱元件的強(qiáng)光或來(lái)自等離子源的熱量、來(lái)自室壁的光學(xué)輻射和/ 或來(lái)自窗口的雜散光)分離。因?yàn)閬?lái)自襯底表面的光學(xué)輻射不能被精確地測(cè)量并且背景噪聲可能進(jìn)一步向溫度測(cè)量引入誤差，所以實(shí)際襯底表面溫度難以被精確地測(cè)量，這導(dǎo)致錯(cuò)誤的襯底溫度確定和因此導(dǎo)致差的處理結(jié)果。因此需要用于襯底溫度測(cè)量的改善的設(shè)備和方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
提供了用于在處理期間測(cè)量溫度的設(shè)備和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種在蝕刻處理期間測(cè)量襯底溫度的設(shè)備，包括室主體，其具有封閉室主體的室蓋；襯底支撐組件，其被布置在室主體中并且具有襯底支撐表面；一個(gè)或多個(gè)窗口，其形成在襯底支撐表面中；第一信號(hào)發(fā)生器，其被構(gòu)造為脈沖產(chǎn)生第一信號(hào)，其中，第一信號(hào)發(fā)生器經(jīng)由襯底支撐組件光學(xué)地耦合到一個(gè)或多個(gè)窗口，使得脈沖產(chǎn)生的信號(hào)可以透射穿過(guò)一個(gè)或多個(gè)窗口 ； 以及第一傳感器，其定位為接收從第一信號(hào)發(fā)生器透射穿過(guò)一個(gè)或多個(gè)窗口的能量，其中， 第一傳感器被構(gòu)造為檢測(cè)表征透射率的度量值。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一信號(hào)發(fā)生器是被構(gòu)造為脈沖產(chǎn)生某一波長(zhǎng)的光的激光器，并且其中第一傳感器被構(gòu)造為檢測(cè)某一波長(zhǎng)的光。在另外的實(shí)施例中，提供了一個(gè)或多個(gè)加熱燈，當(dāng)加熱燈被供電時(shí)可以發(fā)射至少與第一信號(hào)發(fā)生器相同波長(zhǎng)的光，其中，光是波長(zhǎng)在約IOOOnm到約1500nm之間的紅外光，并且其中，第一傳感器被定位為(a)在第一信號(hào)發(fā)生器被脈沖打開(kāi)時(shí)檢測(cè)來(lái)自第一信號(hào)發(fā)生器和一個(gè)或多個(gè)加熱燈的紅外光的波長(zhǎng)，以及(b)在第一信號(hào)發(fā)生器被脈沖關(guān)閉時(shí)檢測(cè)來(lái)自一個(gè)或多個(gè)加熱燈的紅外光的波長(zhǎng)。另一個(gè)實(shí)施例進(jìn)一步包括計(jì)算裝置，其被編程、連線或者以其他方式構(gòu)造為從穿過(guò)定位在襯底支撐表面上的襯底的第一信號(hào)來(lái)確定透射的改變，其中，計(jì)算裝置從(b)表示在第一信號(hào)被脈沖打開(kāi)時(shí)透過(guò)襯底的來(lái)自一個(gè)或多個(gè)加熱燈和第一信號(hào)的紅外光的透射率的值減去(a)表示在第一信號(hào)被脈沖關(guān)閉時(shí)透過(guò)襯底的來(lái)自一個(gè)或多個(gè)加熱燈的紅外光的透射率的值，并且其中，計(jì)算裝置確定襯底的溫度。表示透射率的值可以是歸一化的透射比率。可選地或者另外地，表示透射率的值可以是以電壓進(jìn)行測(cè)量的光信號(hào)。此外，可以提供連接到一個(gè)或多個(gè)加熱燈和計(jì)算裝置的閉合回路控制系統(tǒng)。由第一信號(hào)發(fā)生器提供的紅外光的波長(zhǎng)可以是1200nm。在另一個(gè)實(shí)施例中，第二信號(hào)發(fā)生器被構(gòu)造為脈沖產(chǎn)生第二信號(hào)，其中，第二信號(hào)發(fā)生器經(jīng)由襯底支撐組件中的窗口被光學(xué)地耦合；以及第二傳感器被定位為接收從第二信號(hào)發(fā)生器透射穿過(guò)與第二信號(hào)發(fā)生器耦合的窗口的能量，其中，第二傳感器被構(gòu)造為檢測(cè)表征透射率的度量值。第二信號(hào)可以是具有比第一信號(hào)更短波長(zhǎng)的紅外光。該設(shè)備還可以包括對(duì)數(shù)檢測(cè)器。或者，第二信號(hào)可以是具有比第一信號(hào)更長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅外光。其他的實(shí)施例提供了一種在蝕刻處理期間測(cè)量襯底溫度的方法，包括在小于對(duì)于第一紅外波長(zhǎng)的透射率轉(zhuǎn)變點(diǎn)的開(kāi)始溫度下，在處理室中提供襯底；使用輻射能量加熱襯底；脈沖產(chǎn)生第一光，第一光具有近似等于第一紅外波長(zhǎng)的波長(zhǎng)；在第一光被脈沖打開(kāi)時(shí)確定表征穿過(guò)襯底的總透射率的度量值；在第一光被脈沖關(guān)閉時(shí)確定表征穿過(guò)襯底的背景透射率的度量值；以及基于來(lái)自第一光的第一紅外波長(zhǎng)穿過(guò)襯底的透射率來(lái)確定襯底的處理溫度。第一光可以是激光。該方法還可以包括分離不具有背景透射率的、表征來(lái)自所述激光的穿過(guò)所述襯底的透射率的度量值。或者，該方法還可以包括從(b)表征在第一光被脈沖打開(kāi)時(shí)穿過(guò)襯底的總透射率的值減去(a)表征在第一光被脈沖關(guān)閉時(shí)穿過(guò)襯底的背景透射率的值。紅外激光的波長(zhǎng)可以是1200nm，并且加熱步驟還可以包括對(duì)一個(gè)或多個(gè)加熱燈供電。透射率的度量值可以是歸一化的透射比率或以電壓進(jìn)行測(cè)量的光信號(hào)。在另一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括在確定處理溫度的同時(shí)冷卻襯底。在另外的實(shí)施例中，方法還可以包括使用控制系統(tǒng)來(lái)基于襯底的處理溫度改變提供給一個(gè)或多個(gè)加熱燈的功率的量。在另外的實(shí)施例中，該方法可以包括脈沖產(chǎn)生具有第二紅外波長(zhǎng)的第二光， 第二紅外波長(zhǎng)與第一紅外波長(zhǎng)不同。另外的實(shí)施例可以包括脈沖產(chǎn)生具有第三紅外波長(zhǎng)的第三光，第三紅外波長(zhǎng)與第一和第二紅外波長(zhǎng)不同。附圖說(shuō)明可以參照實(shí)施例對(duì)上文簡(jiǎn)要總結(jié)的本專利技術(shù)進(jìn)行更具體地描述，以便于詳細(xì)地理解本專利技術(shù)的上述特征，實(shí)施例中的一些在附圖中示出。然而應(yīng)當(dāng)注意，附圖僅示出了本專利技術(shù)的典型實(shí)施例并且因此不被認(rèn)為是對(duì)本專利技術(shù)范圍的限制，本專利技術(shù)可以允許有其他等效實(shí)施例。圖IA至圖IC描繪了適合于實(shí)施特定實(shí)施例的示例性處理設(shè)備的簡(jiǎn)化示意圖。圖2描繪了示出在特定IR光波長(zhǎng)下硅襯底透射率與襯底溫度之間的關(guān)系的圖。圖3描繪了示出在特定IR光波長(zhǎng)下硅襯底透射率與襯底溫度之間的關(guān)系的圖。圖4描繪了對(duì)于線性測(cè)量和對(duì)數(shù)測(cè)量結(jié)果示出在特定IR光波長(zhǎng)下光強(qiáng)度和襯底透射率、與襯底溫度之間的關(guān)系的圖。圖5A描繪了被構(gòu)造為實(shí)施本專利技術(shù)的示例性處理設(shè)備的示意圖。圖5B到圖5C描繪了布置在圖5A的處理設(shè)備中的襯底支撐組件的不同實(shí)施例的俯視圖。圖6描繪了結(jié)合有圖5A的至少一個(gè)設(shè)備以實(shí)施本專利技術(shù)的示例性處理系統(tǒng)的示意圖。圖7描繪了結(jié)合有圖5A的至少一個(gè)設(shè)備的示例性處理系統(tǒng)的示意圖。圖8描繪了示出用于現(xiàn)有技術(shù)方法的處理步驟的圖。圖9描繪了示出光強(qiáng)度或透射率、與晶片溫度的關(guān)系的圖。圖10描繪了示出在加熱期間激光與燈信號(hào)的圖。圖11提供了對(duì)于20Hz采樣通過(guò)大量樣本示出了溫度分辨率以及加熱速率的表格。可以想到一個(gè)實(shí)施例的要素和特征可以被有利地結(jié)合到其他實(shí)施例中，而不用另外說(shuō)明。然而應(yīng)當(dāng)注意附圖僅描繪了本專利技術(shù)的示例性實(shí)施例，并且因此不被認(rèn)為是其范圍的限制，本專利技術(shù)可以允許其他等效實(shí)施例。具體實(shí)施方式這里討論的實(shí)施例提供了用于在加熱或冷卻處理期間測(cè)量襯底溫度的方法和設(shè)備，諸如可以被用在蝕刻中。其中，其他的示例處理可以包括等離子體處理，例如蝕刻、沉積、退火、等離子體表面處理和離子注入。在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)監(jiān)視穿過(guò)襯底的能量的透射率來(lái)確定襯底溫度。在另外的實(shí)施例中，能量源(諸如發(fā)射紅外(IR)光的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種在蝕刻處理期間測(cè)量襯底溫度的設(shè)備，其包括：室主體，其具有封閉所述室主體的室蓋；襯底支撐組件，其被布置在所述室主體中并且具有襯底支撐表面；一個(gè)或多個(gè)窗口，其形成在所述襯底支撐表面中；第一信號(hào)發(fā)生器，其被構(gòu)造為脈沖產(chǎn)生第一信號(hào)，其中，所述第一信號(hào)發(fā)生器經(jīng)由所述襯底支撐組件光學(xué)地耦合到所述一個(gè)或多個(gè)窗口，使得脈沖產(chǎn)生的信號(hào)能夠透射穿過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)窗口；以及第一傳感器，其定位為接收從所述第一信號(hào)發(fā)生器透射穿過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)窗口的能量，其中，所述第一傳感器被構(gòu)造為檢測(cè)表征透射率的度量值。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：賈瑞德·艾哈邁德·李，吉萍·李，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：應(yīng)用材料公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：