[發明專利]用于監測復用加熱器陣列的溫度并控制該陣列的系統和方法

有效

• 申請號: 201280040080.2
• 申請日: 2012-08-16
• 公開（公告）號: CN103828031B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 發明（設計）人: 約翰·皮斯
• 申請（專利權）人: 朗姆研究公司
• 主分類號: H01L21/477
• 分類號: H01L21/477
• 代理公司: 上海勝康律師事務所 31263
• 代理人: 李獻忠

本申請根據35U.S.C.§119（e）要求于2011年8月17日提交的，名為“用于監測復用加熱器陣列的溫度并控制該陣列的系統和方法（ASYSTEMANDMETHODFORMONITORINGTEMPERATURESOFANDCONTROLLINGMULTIPLEXEDHEATERARRAY）”的美國臨時申請第61/524,546號的優先權，其全部內容通過引用的方式并入本文。

背景技術

隨著每一后繼的半導體技術的產生，晶片直徑趨向于增加而晶體管尺寸減小，從而導致在襯底處理中需要甚至更高程度的精度和可重復性。半導體襯底材料，如硅襯底，通過包含使用真空室的技術進行處理。這些技術包括諸如電子束沉積之類非等離子體應用，以及諸如濺射沉積、等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）、抗蝕劑剝離、和等離子體蝕刻之類等離子體應用。

半導體制造工具中目前可用的等離子體處理系統面臨提高精度和可重復性的日益增加的需求。等離子體處理系統的一個度量是改進的均勻性，該均勻性包括產生在半導體襯底上的表面的工藝均勻性以及用標稱相同的輸入參數處理的一連串的襯底的工藝結果的均勻性。襯底上均勻性的持續改進是合乎期望的。除其他以外，這還需要具有改進的均勻性、一致性和自診斷性的等離子體室。

發明內容

本文描述了一種能操作以測量在用于支撐在半導體處理裝置中的半導體襯底的襯底支撐組件中的多區加熱板的溫度并控制該多區加熱板的系統，所述加熱板包括多個平面加熱器區域、多個二極管、多個功率供給線和多個功率回線，其中，每個平面加熱器區域被連接到所述功率供給線中的一個和所述功率回線中的一個，并且沒有兩個平面加熱器區域共享同一對功率供給線和功率回線，以及二極管串聯連接在每個平面加熱器區域和連接到其上的所述功率供給線之間或在每個平面加熱器區域和連接到其上的所述功率回線之間，使得所述二極管不允許電流沿著從所述功率回線通過所述平面加熱器區域到達所述功率供給線的方向流動；所述系統包括：電流測量裝置；第一開關裝置，其配置成將所述功率回線中的每一個獨立于其它功率回線選擇性地連接到電接地、電壓源或電隔離端；和第二開關裝置，其配置成將所述功率供給線中的每一個獨立于其它功率供給線選擇性地連接到所述電接地、功率源、所述電流測量裝置或電隔離端。

附圖說明

圖1是其中包括具有成陣列的平面加熱器區域的加熱板的襯底支撐組件的示意性剖視圖，該襯底支撐組件還包括靜電卡盤（ESC）。

圖2示出了可以包含在襯底支撐組件中的加熱器板的一種實施方式中的功率源和功率回路線路到成陣列的平面加熱器區域之間的拓撲連接。

圖3是示例性的可以包括本文所述的襯底支撐組件的等離子處理室的示意圖。

圖4示出連接到在加熱板中的平面加熱器區域的二極管的示例性的電流-電壓特性（I-V曲線）。

圖5示出了根據本發明一種實施方式，配置成控制加熱板并監控其中的每個加熱器區域的溫度的系統的電路圖。

圖6示出在圖5所示的系統中的電流測量裝置的電路圖。

具體實施方式

在半導體加工裝置中進行徑向和方位角襯底溫度控制以實現期望的在所述襯底上的關鍵尺寸（CD）均勻性變得越來越迫切。即使是很小的溫度變化可能影響CD到無法接受的程度，尤其是當在半導體制造工藝中CD接近亞-100nm時。

襯底支撐組件可被配置用于處理過程中的各種功能，如支撐襯底、調節襯底溫度、以及供給射頻功率。襯底支撐組件可以包括用于在處理過程中將襯底夾持到襯底支承組件上的靜電卡盤（ESC）。該ESC可以是可調式ESC（T-ESC）。T-ESC在共同轉讓的美國專利No.6,847,014和6,921,724中得到描述，其通過引用并入本文。襯底支撐組件可包括陶瓷襯底支架、流體冷卻的散熱器（以下簡稱為冷卻板）和多個同心的平面加熱器區域以實現逐步和徑向的溫度控制。通常情況下，冷卻板保持在0℃和30℃之間。加熱器位于該冷卻板上，兩者之間具有熱絕緣體層。加熱器可以保持襯底支撐組件的支撐表面在冷卻板的溫度之上約0℃到80℃的溫度。通過改變多個平面加熱器區域內的加熱器功率，襯底支撐件的溫度分布可以在中心熱、中心冷、和均勻之間進行變化。另外，平均的襯底支撐件的溫度可以在冷卻板的溫度之上0℃到80℃的溫度運行范圍內逐步地進行變化。由于CD隨半導體技術的進步而減小，小的方位角溫度變化帶來更大的挑戰。