[發明專利]半導體工件處理裝置及方法

無效

• 申請號: 00121975.8
• 申請日: 2000-07-27
• 公開（公告）號: CN1282099A
• 公開（公告）日: 2001-01-31
• 發明（設計）人: 莊田尚弘;彼得·沃甘德
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝;西門子公司
• 主分類號: H01L21/302
• 分類號: H01L21/302;H01L21/3065;H01L21/205;H01L21/68;C23C16/00;C23F4/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王永剛

本發明一般涉及處理半導體工件的方法和裝置，特別涉及半導體工件處理期間的溫度控制和監測。

在如硅的半導體晶片等的半導體工件的某個處理(例如，等離子體腐蝕或淀積)期間，工件放置在處理室中設置的基座上。靜電吸盤廣泛地用于處理期間使用DC偏置電壓產生的靜電力將半導體晶片固定在基座上的適當位置。吸盤包括設置在兩個介質層之間的電極，其中電極連接到DC偏置電壓。圖1為包括由室壁12限定的處理室10的常規處理室的示意方框圖。要處理的半導體晶片W放置在基座14上，并通過靜電吸盤固定在適當的位置。靜電吸盤的DC偏置電壓由DC電源16提供。提供真空口18以抽空處理室10。用于進行特定處理或淀積工藝的處理氣體引入到處理室10內。設置在室外的磁場發生器(未示出)(例如螺線管或永磁鐵)和RF電源20用于產生具有離子和電子用需要的能量入射晶片的等離子體。磁場發生器并不是必需的，但裝置包含它以增加等離子體密度。其它的晶片處理裝置在U．S．專利No．5，567，267；5，542，559；5，462，603；5，458，687；5，382，311以及5，290，381中有介紹。

在處理期間，由離子和電子入射晶片的能量以及等離子體和晶片之間的化學反應產生熱。參考圖2，使用在基座14中形成的冷卻介質通路30中循環例如水的冷卻介質冷卻基座14。為了通過將熱由晶片傳遞到基座14來控制晶片W的溫度，在晶片W的下表面和靜電吸盤的上介質層之間的空間32中提供氦或一些其它的傳熱氣體。通過在基座14中形成的氣體通路34將氦氣提供到空間32。通過控制氦的導熱率(以及由此傳遞到被冷卻的基座的熱量)，可以控制晶片的溫度。由于在某個壓力范圍中，氦的導熱率隨氦的壓力成函數變化，使用壓力控制器36控制氦的壓力能夠控制氦的導熱率，因此可以控制由熱晶片傳遞到冷基座的熱量。

通常重要的是在處理期間將晶片的溫度控制在特定的溫度或在特定的溫度范圍內。例如，如果溫度太低，存在水將被引入到淀積在晶片上的膜內的可能性，對所完成的器件的操作特性和可靠性產生不利的影響。另一方面，溫度太高例如會導致已淀積的金屬布線層例如鋁布線層出現不希望地熔化，并且已注入到晶片內的雜質出現不希望地擴散。當氦提供到晶片W和靜電吸盤之間的空間32時，氦通常由晶片的邊緣泄漏，如圖2所示，在這些邊緣部分，氦的壓力減小。所述壓力減小降低了這些邊緣部分處氦的導熱率。與由晶片中心部分傳遞到基座14的熱量相比，所述導熱率的降低減少了由晶片的邊緣部分傳遞到基座14的熱量．由此，與晶片的中心部分的溫度相比，晶片的這些邊緣部分的溫度增加。由于晶片的不同部分處于不同的溫度，因此所述不均勻的晶片溫度使晶片的溫度控制變得很難。

將晶片的溫度控制在某個溫度范圍的需要也需要一種方便的測量晶片溫度的結構。雖然用熱電偶可以容易地測量晶片溫度，但所述技術僅用于檢測(測試)晶片而不用于實際制造晶片。也可以通過檢測晶片的紅外輻射測量晶片溫度。然而，由于硅晶片可以基本上透過紅外輻射，因此檢測紅外輻射的檢測器將檢測由襯底發出的紅外輻射，由此導致不精確的溫度測量。

晶片處理裝置包括處理室，設置在處理室中支撐晶片的吸盤，以及與吸盤間隔開的底座。第一導熱氣體層提供在吸盤和晶片之間，第二導熱氣體層提供在底座和吸盤之間的空間中。將第一導熱氣體層的壓力控制在與壓力變化相比第一導熱氣體的導熱率基本上不變的壓力范圍內，控制第二導熱氣體的壓力以控制傳遞到底座的熱量。

由于晶片和吸盤之間的第一導熱氣體層的壓力保持在相對于第一導熱氣體的壓力變化第一導熱氣體的導熱率不顯著改變的范圍內，晶片邊緣的泄漏不會顯著改變晶片溫度的均勻性。通過提供在吸盤和基座之間空間內的第二導熱氣體的壓力可以控制晶片和吸盤的溫度。所述空間的邊緣由熱絕緣體密封，由此可以在晶片提供均勻的導熱率。由于第一導熱氣體層具有較低的熱阻，因此晶片的溫度基本上與吸盤的溫度相同。由此可以使用例如設置在吸盤上的熱電偶確定晶片的溫度。所述溫度信息提供到系統控制計算機。使用所述溫度信息，系統控制計算機控制第二導熱氣體的壓力，由此控制晶片和吸盤的溫度。

本申請還介紹了晶片處理方法和晶片處理裝置的控制電路。

如果結合附圖閱讀下面詳細的說明，可以更清楚地理解和更好的介紹本發明的這些和其它特點和方案。

本發明的所述總結不需要介紹所有必須的特征，所以本發明也可以是這些介紹特征的變形。

當結合附圖閱讀下面詳細的說明時，可以更充分地理解本發明，其中：

圖1為處理半導體晶片的常規處理室的簡略的框圖。