專利名稱：通過(guò)電磁射線發(fā)射進(jìn)行原位襯底溫度監(jiān)控的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及襯底制造技術(shù)，尤其涉及用于通過(guò)電磁射線發(fā)射進(jìn)行原位晶片溫度監(jiān)控的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在襯底(例如半導(dǎo)體晶片或玻璃板等用在平板顯示器制造的襯底)的處理中，常常采用等離子體。作為處理襯底(化學(xué)氣相沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積等)的部分，例如，將襯底分成多個(gè)管芯(die)或矩形區(qū)域，每個(gè)管芯或矩形區(qū)域都將成為集成電路。接著將該襯底在有選擇地去除(蝕刻工藝)和沉積(沉積工藝)材料的一系列步驟中進(jìn)行處理，以在其上形成電氣組件。
在典型等離子體工藝中，在蝕刻之前將襯底用硬化乳劑層薄膜(即，例如光致抗蝕劑掩模等)涂覆。接著有選擇地去除硬化乳劑層區(qū)域，使底層的部分暴露。接著將襯底放置在襯底支承結(jié)構(gòu)上的等離子體處理室中，該襯底支承結(jié)構(gòu)包括單極或雙極電極，稱為卡臺(tái)。接著使適當(dāng)?shù)奈g刻源氣體(例如，C4F8、C4F6、CHF3、CH2F3、CF4、CH3F、CF4、N2、O2、Ar、Xe、He、H2、NH3、SF6、BF3、Cl2等)流到室中，撞擊形成等離子體，以蝕刻襯底的暴露區(qū)域。
氣體成分、氣體相位、氣體流量、氣體壓力、RF功率密度、電壓、磁場(chǎng)強(qiáng)度、和晶片溫度都在可被調(diào)整以優(yōu)化等離子體工藝的一組工藝變量中。盡管在理論上，對(duì)于每個(gè)處理步驟都優(yōu)化每個(gè)變量是有益的，但是實(shí)際上常常難以實(shí)現(xiàn)。
舉例來(lái)說(shuō)，襯底溫度是重要的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)在晶片表面上改變例如多氟烴等聚合膜的沉積速度，可隨后影響等離子體的選擇性。小心監(jiān)控可使改變最小，使得用于其它參數(shù)的處理窗口更寬，且改善處理控制。然而，實(shí)際上，可能難以不影響等離子體工藝就直接確定溫度。
例如，存在一種通過(guò)探溫針測(cè)定襯底溫度的技術(shù)?，F(xiàn)在參看圖1A，示出等離子體處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)化截面圖，其中探溫針用于確定晶片溫度。一般而言，使一組適當(dāng)?shù)奈g刻源氣體流進(jìn)室100中，且進(jìn)行撞擊以形成等離子體102，從而蝕刻例如半導(dǎo)體晶片或玻璃板等襯底104的暴露區(qū)域。襯底104通常位于卡臺(tái)106上。由等離子體102產(chǎn)生的電磁輻射結(jié)合由等離子體自身傳遞的動(dòng)能，使得襯底104吸收熱能。為了確定襯底溫度，將探針108從襯底104下面延伸以接觸襯底。然而，探針108也有可能使晶片脫離卡臺(tái)，從而導(dǎo)致昂貴的晶片毀壞。
另一種技術(shù)是用傳統(tǒng)高溫計(jì)測(cè)量來(lái)自襯底的紅外(IR)輻射。一般而言，受熱的材料發(fā)射位于IR區(qū)域中的電磁輻射。所述區(qū)域一般包括從8μm到14μm的波長(zhǎng)范圍、或從400cm-1到4000cm-1的頻率范圍，其中cm-1稱為波數(shù)(1/波長(zhǎng))，且等于頻率。接著，所測(cè)量的IR輻射率可利用用于黑體輻射的普朗克(Plank)輻射定律計(jì)算襯底溫度。
現(xiàn)在參看圖1B，示出等離子體處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)化截面圖，其中傳統(tǒng)高溫計(jì)用于確定晶片溫度。如圖1A中所示，使一組適當(dāng)?shù)奈g刻源氣體流進(jìn)室100中，并進(jìn)行撞擊以形成等離子體102，以蝕刻襯底104的暴露區(qū)域。襯底104通常位于卡臺(tái)106上。等離子體102也可產(chǎn)生電磁輻射波長(zhǎng)，其中一些通常是IR。就是這種輻射(以及由等離子體自身傳遞的動(dòng)能)可使得襯底104吸收熱能。襯底104也反過(guò)來(lái)產(chǎn)生相應(yīng)于其溫度的IR輻射。然而，由于襯底104的IR輻射率通常實(shí)質(zhì)上比等離子體的輻射率要小，所以高溫計(jì)可能不能在二者之間進(jìn)行區(qū)分。因此，所計(jì)算的溫度將約是背景等離子體自身的溫度，而不是襯底的溫度。
再一技術(shù)是使用干涉計(jì)測(cè)量襯底由于吸收的熱能而產(chǎn)生的厚度變化。一般而言，干涉計(jì)通過(guò)傳感在兩個(gè)表面之間反射的電磁束的相差測(cè)量物理位移。在等離子體處理系統(tǒng)中，電磁束可以對(duì)于襯底來(lái)說(shuō)是半透明的頻率傳輸，且以一定角度在襯底下定位。束的第一部分可接著在襯底的底面上反射，同時(shí)束的其余部分可在襯底頂面上反射。
現(xiàn)在參看圖1C，示出等離子體處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)化截面圖，其中干涉計(jì)用于確定晶片溫度。與圖1A中相同，使一組適當(dāng)?shù)奈g刻源氣體流進(jìn)室100中，并進(jìn)行撞擊形成等離子體102，以蝕刻例如半導(dǎo)體晶片或玻璃板等襯底104的暴露區(qū)域。襯底104通常位于卡臺(tái)106上。等離子體102產(chǎn)生電磁輻射波長(zhǎng)，其中一些是IR。這種輻射(以及由等離子體自身傳遞的動(dòng)能)使得襯底104吸收熱能，且膨脹量為118。例如激光等電磁束發(fā)射器108以對(duì)于襯底104來(lái)說(shuō)是半透明的頻率發(fā)射束112。接著束的一部分在襯底底面上點(diǎn)124處反射114，同時(shí)束116的其余部分在襯底頂面上的點(diǎn)122處反射。由于同一束112在兩個(gè)點(diǎn)122和124處反射，所以所形成的束114和116可以是不同相的，但是也可以是相同的。干涉計(jì)130可接著測(cè)量相移和確定襯底厚度118。通過(guò)采取連續(xù)的措施，可確定襯底厚度的變化。然而，襯底厚度的變化可僅用于確定相應(yīng)的溫度變化，而不是具體溫度。并且，由于發(fā)射器也位于等離子體處理系統(tǒng)中，所以它可能被等離子體102損壞，且也可能產(chǎn)生可能影響制造產(chǎn)量的雜質(zhì)。
由于這些困難，襯底溫度通常受到等離子體系統(tǒng)的熱消散速度的影響。一般而言，某種類型的冷卻系統(tǒng)連接到卡臺(tái)，一旦對(duì)等離子體點(diǎn)火就獲得熱平衡。也就是說(shuō)，盡管襯底溫度通常穩(wěn)定在一范圍內(nèi)，但其精確值一般是未知的。例如，在為制造特定襯底產(chǎn)生一組等離子體處理步驟中，確定相應(yīng)的一組處理變量或方案。由于不可能直接測(cè)定襯底溫度，所以難以優(yōu)化方案。冷卻系統(tǒng)自身常常包括冷卻器，用于泵吸冷卻劑使其穿過(guò)卡臺(tái)中的空腔；以及氦氣，在卡臺(tái)和晶片之間泵吸。除了去除所產(chǎn)生的熱量外，氦氣也使得冷卻系統(tǒng)能快速標(biāo)定熱消散。也就是說(shuō)，提高氦壓力隨后也提高了傳熱速度。
現(xiàn)在參看圖1D，對(duì)于等離子體點(diǎn)火后的襯底，示出溫度對(duì)時(shí)間的簡(jiǎn)化圖。當(dāng)?shù)入x子體點(diǎn)火時(shí)，襯底在穩(wěn)定時(shí)間408吸收熱能。在一段時(shí)間后，襯底溫度穩(wěn)定在410。由于穩(wěn)定時(shí)間408可以是總的等離子體處理步驟的相當(dāng)大的部分，所以減少穩(wěn)定時(shí)間408可直接提高產(chǎn)量。如果可在等離子體處理系統(tǒng)中直接測(cè)量襯底溫度，則可優(yōu)化冷卻系統(tǒng)以使穩(wěn)定時(shí)間408最小化。
此外，根據(jù)等離子體處理活動(dòng)、其持續(xù)時(shí)間、或其相對(duì)于其它步驟的順序，可產(chǎn)生數(shù)量不同的熱量，且該熱量隨后消散。由于與前述相同，襯底溫度可直接影響等離子體工藝，所以首先測(cè)量然后調(diào)整襯底溫度將使得等離子體處理步驟更好地進(jìn)行優(yōu)化。
并且，等離子體處理室自身的物理結(jié)構(gòu)可改變。例如，可通過(guò)撞擊沒(méi)有襯底的等離子體，而將污染物從等離子體處理系統(tǒng)清除。然而，卡臺(tái)不再由襯底屏蔽，且隨后被蝕刻。當(dāng)重復(fù)清除工藝時(shí)，襯底的表面粗糙度增加，改變了其傳熱效率。最終，冷卻系統(tǒng)不能充分補(bǔ)償，且使方案的參數(shù)無(wú)效。由于確定何時(shí)精確到達(dá)此點(diǎn)常常是不實(shí)際的，所以通常在一定的工作小時(shí)后更換卡臺(tái)，而這些工作小時(shí)實(shí)際上通常僅為其使用壽命的一部分。因?yàn)樵斐煽赡懿槐匾馗鼡Q昂貴的卡臺(tái)，所以，這樣提高了生產(chǎn)成本，又因?yàn)楸仨毷沟入x子體處理系統(tǒng)下線的幾個(gè)小時(shí)來(lái)更換卡臺(tái)，所以又降低了產(chǎn)量。
此外，方案參數(shù)可能需要被調(diào)整，因?yàn)榱硪幌嗤闹圃煸O(shè)備可能在不同時(shí)間安裝，或用于不同等級(jí)，其維護(hù)周期不必要地匹配其它的維護(hù)周期。在移動(dòng)該工藝到更新版本的等離子體處理系統(tǒng)時(shí)、或在將該工藝轉(zhuǎn)移到能處理較大襯底尺寸(例如，200mm到300mm)的等離子體處理系統(tǒng)時(shí)可能需要調(diào)整這些方案參數(shù)。理想地，有益的是保持相同的方案參數(shù)(例如，化學(xué)性質(zhì)，功率、和溫度)。然而，由于晶片溫度是被推斷出而不是測(cè)量出的，所以該工藝可能需要通過(guò)試驗(yàn)和錯(cuò)誤大致調(diào)整，以獲得相似的生產(chǎn)說(shuō)明。
鑒于上述，希望提供用于原位晶片溫度監(jiān)控的改進(jìn)的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于在等離子體處理系統(tǒng)中確定襯底溫度的方法。該方法包括提供包括一組材料的襯底，其中襯底用于吸收包括第一組電磁頻率的電磁輻射，以將第一組電磁頻率轉(zhuǎn)換為一組熱振動(dòng)，并傳送第二組電磁頻率。該方法還包括在襯底支承結(jié)構(gòu)上設(shè)置襯底，其中襯底支承結(jié)構(gòu)包括卡臺(tái)；使蝕刻劑氣體混合物流進(jìn)等離子體處理系統(tǒng)的等離子體反應(yīng)堆；以及撞擊蝕刻氣體混合物以產(chǎn)生等離子體，其中等離子體包括第一組電磁頻率。該方法進(jìn)一步包括用等離子體處理襯底，由此產(chǎn)生第二組電磁頻率；計(jì)算第二組電磁頻率的幅度(magnitude)；以及將該幅度轉(zhuǎn)換為溫度值。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了用于確定等離子體處理系統(tǒng)中的溫度的裝置。該裝置包括包含一組材料的襯底，其中所述襯底用于吸收包括第一組電磁頻率的電磁輻射，以將第一組電磁頻率轉(zhuǎn)換為一組熱振動(dòng)，并傳送第二組電磁頻率。該裝置還包括襯底支承結(jié)構(gòu)，其中該襯底支承結(jié)構(gòu)包括卡臺(tái)，且襯底定位在襯底支承結(jié)構(gòu)上；導(dǎo)入裝置，用于使蝕刻劑氣體混合物流進(jìn)等離子體處理系統(tǒng)的等離子體反應(yīng)堆中；以及撞擊裝置，用于撞擊蝕刻氣體混合物以產(chǎn)生等離子體，其中等離子體包括第一組電磁頻率。該裝置進(jìn)一步包括處理裝置，用等離子體處理襯底由此產(chǎn)生第二組電磁頻率；計(jì)算裝置，用于計(jì)算第二組電磁頻率的幅度；以及，轉(zhuǎn)換裝置，用于將所述幅度轉(zhuǎn)換為溫度值。
下面，在本發(fā)明的詳細(xì)描述中，并結(jié)合以下附圖，將更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些和其它特性。


在附圖中，借助于實(shí)例而非限制示出本發(fā)明，其中相同的參考標(biāo)號(hào)是指相似元件，且在附圖中圖1A示出了等離子體處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)化截面圖，其中溫度探針用于確定晶片的溫度；圖1B示出了等離子體處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)化截面圖，其中傳統(tǒng)高溫計(jì)用于確定晶片的溫度；圖1C示出了等離子體處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)化截面圖，其中傳統(tǒng)干涉計(jì)用于確定晶片溫度；圖1D示出了對(duì)于等離子體點(diǎn)火后的襯底溫度與時(shí)間的簡(jiǎn)化圖；
圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的工藝的簡(jiǎn)化圖，其中示出聲子；圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的工藝的簡(jiǎn)化圖，其中襯底的溫度被測(cè)量；圖2C示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖2B的更詳細(xì)的圖示；以及圖3A至圖3E示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于等離子體處理系統(tǒng)中的襯底的聲子的測(cè)量。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參看本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例及附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。在以下描述中，為了提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解，闡述了多個(gè)具體細(xì)節(jié)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部也可實(shí)施。在其它情形下，為了避免對(duì)不必要地模糊本發(fā)明，沒(méi)有描述眾所周知的處理步驟和/或結(jié)構(gòu)。
盡管不希望受理論束縛，但是本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)為，在等離子體處理系統(tǒng)中，聲子(phonon)可用于原位晶片溫度監(jiān)控。一般而言，聲子是襯底中的熱能振動(dòng)，其反過(guò)來(lái)產(chǎn)生電磁波。襯底內(nèi)的離散復(fù)合材料，特別是存在于晶體結(jié)構(gòu)中的材料，通常輻射頻率為該材料所特有的電磁輻射，且具有與襯底中所吸收的熱能的總量關(guān)聯(lián)的幅度。以不明顯的方式，通過(guò)測(cè)量頻率為襯底材料特征但通常可在等離子體處理系統(tǒng)中的其它任何地方發(fā)現(xiàn)的輻射幅度，可以相當(dāng)精確的方式計(jì)算襯底溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，這種計(jì)算可利用黑體輻射Plank輻射定律實(shí)現(xiàn)，由襯底的具體發(fā)射率修正。
可使用多個(gè)頻率，這些頻率優(yōu)選位于IR和遠(yuǎn)IR區(qū)域中。所選擇的頻率應(yīng)大體上響應(yīng)于襯底材料具有強(qiáng)吸收系數(shù)的光譜區(qū)域?？墒褂么罅抗庾V區(qū)域。最優(yōu)選聲子位于6□m和50□m之間的區(qū)域內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于Si襯底，可測(cè)量的輻射可由16.4μm的Si-Si振動(dòng)產(chǎn)生。在另一實(shí)施例中，所監(jiān)控的聲子可由9.1μm的Si-O-Si振動(dòng)產(chǎn)生，其中填隙氧參與原子運(yùn)動(dòng)。利用利用富含Si-Si、Si-O-Si、和Si-C(代用的碳)振動(dòng)光譜，也可使用其它光譜區(qū)域。
現(xiàn)在參看圖2A，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的工藝的簡(jiǎn)化圖，其中示出聲子。在等離子體處理系統(tǒng)中，等離子體201是撞擊產(chǎn)生的電磁輻射202，該電磁輻射跨越從X射線區(qū)域到微波區(qū)域的整個(gè)光譜。此輻射的大部分202a無(wú)效地穿過(guò)襯底。這是透射光。實(shí)例是X射線，紅外光譜的大部分。此輻射的第二部分202b部分被襯底206吸收，部分穿過(guò)212。實(shí)例是在近紅外和紅外內(nèi)的光，具有使得襯底具有低吸收或消光系數(shù)的頻率。被吸收的部分實(shí)質(zhì)上轉(zhuǎn)換成熱能。剩余部分202c實(shí)質(zhì)上被整體吸收，并轉(zhuǎn)換成熱能?？偀崮芊催^(guò)來(lái)使得材料中的聲子210結(jié)合在襯底的晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)，這隨后使得輻射214以特定的可測(cè)量頻率產(chǎn)生。
現(xiàn)在參看圖2B，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的工藝的簡(jiǎn)化圖，其中襯底溫度被測(cè)量。與圖2A中相同，等離子體201在產(chǎn)生電磁輻射202的等離子體處理系統(tǒng)中被撞擊。被吸收的電磁輻射的部分實(shí)質(zhì)上轉(zhuǎn)換成熱能。這種熱能反過(guò)來(lái)在結(jié)合在襯底的晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)的材料中產(chǎn)生聲子210，這隨后使得產(chǎn)生輻射214，且隨后被探測(cè)器212測(cè)量。輻射214與發(fā)射襯底熱平衡。探測(cè)器212包括1)能根據(jù)其頻率(或波長(zhǎng))識(shí)別發(fā)射的電磁輻射的裝置，以及2)能以裝置1)所選擇的頻率(或波長(zhǎng))測(cè)量電磁輻射強(qiáng)度的裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，探測(cè)器212可具有與單色儀(例如，多層介電干涉濾波器、棱鏡、光柵、Fabry-Perot干涉計(jì))相同的光散射元件，其被優(yōu)化以為相應(yīng)于所選材料的電磁波譜波段傳送輻射強(qiáng)度。在另一實(shí)施例中，適合的帶通濾波器用于選擇感興趣的輻射。任何能測(cè)量由單色儀選擇的輻射強(qiáng)度的光敏裝置可用在探測(cè)器中。實(shí)例是熱光電導(dǎo)探測(cè)器(熱電堆)和光電壓探測(cè)器。
現(xiàn)在參看圖2C，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖2B的更詳細(xì)的視圖。與圖2A中相同，等離子體201在產(chǎn)生電磁輻射202的等離子體處理系統(tǒng)200中被撞擊。被吸收的電磁輻射的部分實(shí)質(zhì)上轉(zhuǎn)換成熱能，這種熱能隨后使得聲子在襯底206內(nèi)產(chǎn)生。通過(guò)用探測(cè)器220以相應(yīng)于所選材料的頻率(即，16.4μm的Si-Si、9.1μm的Si-O-Si等)測(cè)量輻射214，可計(jì)算襯底206的溫度。
等離子體處理系統(tǒng)200可進(jìn)一步包括某種類型的冷卻系統(tǒng)，連接到卡臺(tái)上，以獲得熱平衡。所述冷卻系統(tǒng)常常包括冷卻器，用于泵吸冷卻劑使其穿過(guò)卡臺(tái)中的空腔；以及氦氣，在卡臺(tái)和晶片之間泵吸。除了去除所產(chǎn)生的熱量外，氦氣也使得冷卻系統(tǒng)能快速標(biāo)定熱消散。也就是說(shuō)，提高氦壓力隨后也提高了傳熱速度。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過(guò)調(diào)整冷卻器220的溫度設(shè)定和氦220的壓力，可以大致穩(wěn)定的方式在等離子體處理期間保持襯底206的溫度。具體而言，當(dāng)卡臺(tái)的傳熱效率在隨后的等離子體清除期間減少時(shí)，可提高氦220的壓力以進(jìn)行補(bǔ)償，從而大致保持襯底溫度。這可使得卡臺(tái)能用于相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間段，降低了卡臺(tái)更換成本。此外，由于在需要維護(hù)之前等離子體處理系統(tǒng)200可長(zhǎng)時(shí)間工作，所以可進(jìn)一步保持或提高產(chǎn)量。
并且，與子優(yōu)化到寬襯底溫度窗口相反，可為窄襯底溫度段優(yōu)化具體的等離子體處理步驟。此外，由于來(lái)自前一步驟的剩余工藝熱量可快速減少，所以能更容易地互換工藝步驟。
現(xiàn)在參看圖3A至圖3E，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出ExelanTMHPT等離子體處理系統(tǒng)中的襯底的聲子的測(cè)量。盡管在此實(shí)例中示出Exelan HPT等離子體處理系統(tǒng)，但也可以使用其它的等離子體處理系統(tǒng)。蝕刻工藝在以下工藝條件下進(jìn)行
壓力50mT功率1800W(2MHz)/1200W(27MHz)等離子體成分Ar270sccm；C4F825sccm；O210sccm溫度20℃持續(xù)時(shí)間300sec現(xiàn)在參看圖3A，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出等離子體處理系統(tǒng)內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度對(duì)時(shí)間的簡(jiǎn)化圖。在執(zhí)行此測(cè)試期間沒(méi)有出現(xiàn)襯底。一般而言，當(dāng)撞擊等離子體時(shí)，室壁在時(shí)間316內(nèi)吸收用于產(chǎn)生聲子的熱能。在此實(shí)例中，為16.4μm的Si-Si測(cè)量所形成的電磁輻射。在另一實(shí)施例中，通過(guò)9.1μm的Si-O-Si產(chǎn)生的輻射也產(chǎn)生大致類似的圖示。此圖表明隨著等離子體室壁由于等離子體動(dòng)作變得越來(lái)越熱，電磁輻射強(qiáng)度增加。當(dāng)在320處關(guān)閉等離子體時(shí)，因?yàn)槭冶陂_(kāi)始冷卻，所以也產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度。此圖表明，如果沒(méi)有正確處理，則由室壁發(fā)射的電磁輻射可能干擾襯底溫度測(cè)量。
現(xiàn)在參看圖3B，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出等離子體處理系統(tǒng)內(nèi)的波數(shù)對(duì)吸光率的簡(jiǎn)化圖。曲線324示出襯底在20C的襯底吸光率。曲線326示出襯底在70C的襯底吸光率。曲線328示出襯底在90C的襯底吸光率。一般而言，襯底溫度越高，相應(yīng)的吸光率就變得負(fù)數(shù)越大。在等離子體處理系統(tǒng)中產(chǎn)生的IR輻射波譜內(nèi)，兩個(gè)吸光率波峰變得明顯，在16.4μm的第一波峰330由Si-Si產(chǎn)生，在9.1μm的第二波峰332由Si-O-Si產(chǎn)生?？稍?6.4μm和9.1μm的兩個(gè)波峰處觀察到最大的波譜變化。在這些波長(zhǎng)信號(hào)強(qiáng)度對(duì)襯底溫度最敏感。曲線324示出，在16.4μm和9.1μm的正吸光率表明襯底在這些波長(zhǎng)吸收比其發(fā)射的更多的電磁輻射。曲線326和328示出，在16.4μm和9.1μm的負(fù)吸光率表明襯底在這些波長(zhǎng)發(fā)射比其吸收的更多的電磁輻射。由襯底發(fā)射并由探測(cè)器測(cè)量的輻射與襯底保持熱平衡，且與等離子體發(fā)射的和處理室壁發(fā)射的輻射無(wú)關(guān)。
現(xiàn)在參看圖3C，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出對(duì)于兩個(gè)溫度范圍，在等離子體處理系統(tǒng)內(nèi)的波長(zhǎng)對(duì)吸光率的簡(jiǎn)化圖。在20C的等離子體處理系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的IR輻射波譜340內(nèi)，襯底溫度使得由襯底發(fā)射的輻射量基本上等同于所吸收的量，因此沒(méi)有明顯的波峰。然而，在襯底溫度為90c時(shí)，兩個(gè)吸光率波峰再次變得明顯，在16.4μm的第一波峰330由Si-Si產(chǎn)生，在9.1μm的第二波峰332由Si-O-Si產(chǎn)生。
現(xiàn)在參看圖3D，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出等離子體處理系統(tǒng)內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度對(duì)溫度的簡(jiǎn)化圖。曲線346測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度342對(duì)溫度307，同時(shí)曲線348測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度342對(duì)溫度307。與圖3B中相同，襯底溫度越高，則相應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度越高。
參看圖3E，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出對(duì)于兩個(gè)測(cè)量的波長(zhǎng)，等離子體處理系統(tǒng)內(nèi)的吸光率對(duì)溫度的簡(jiǎn)化圖。第一曲線330示出以16.4μm產(chǎn)生的Si-Si，第二曲線332示出9.1μm的Si-O-Si。當(dāng)溫度307增加時(shí)，相應(yīng)的吸光率305以大致線性的方式減少。
盡管已經(jīng)參看幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是改變、變更、和等價(jià)物也落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，盡管已經(jīng)結(jié)合Exelan HPT等離子體處理系統(tǒng)描述了本發(fā)明，但也可使用其它等離子體處理系統(tǒng)。也應(yīng)當(dāng)指出，存在很多執(zhí)行本發(fā)明的方法的可選方式。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括在等離子體處理系統(tǒng)中測(cè)量原位襯底的溫度。另外的優(yōu)點(diǎn)包括優(yōu)化例如卡臺(tái)等等離子體處理結(jié)構(gòu)的更換，提高等離子體處理工藝自身的產(chǎn)量，和便于從第一等離子體處理系統(tǒng)到第二等離子體處理系統(tǒng)的方案的確定和傳送。盡管已經(jīng)披露了典型實(shí)施例和最佳方式，但可對(duì)所披露的實(shí)施例進(jìn)行修改和改變，但仍落入由所附權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明主旨和精神內(nèi)。
權(quán)利要求
1.在等離子體處理系統(tǒng)中確定襯底溫度的方法，包括提供包括一組材料的襯底，其中所述襯底用于吸收包括第一組電磁頻率的電磁輻射，以將所述第一組電磁頻率轉(zhuǎn)換為一組熱震動(dòng)，并傳送第二組電磁頻率；將所述襯底設(shè)置在襯底支承結(jié)構(gòu)上，其中所述襯底支承結(jié)構(gòu)包括卡臺(tái)；使蝕刻氣體混合物進(jìn)入所述等離子體處理系統(tǒng)的等離子反應(yīng)堆；撞擊所述蝕刻氣體混合物，以產(chǎn)生等離子體，其中所述等離子體包括所述第一組電磁頻率；用所述等離子體處理所述襯底，從而產(chǎn)生所述第二組電磁頻率；計(jì)算所述第二組電磁頻率的幅度；以及將所述幅度轉(zhuǎn)換為溫度值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述等離子體處理系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于測(cè)量所述幅度的電磁輻射測(cè)量裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述襯底位于所述等離子體和所述電磁輻射測(cè)量裝置之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括利用用于黑體輻射的普朗克輻射定律將所述幅度轉(zhuǎn)換為溫度值的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述電磁測(cè)量裝置包括窄帶高溫計(jì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述電磁測(cè)量裝置包括單色儀。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述電磁測(cè)量裝置包括光柵。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述電磁測(cè)量裝置包括帶通濾光器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一組電磁頻率包括紅外光譜。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二組電磁頻率包括紅外光譜。
11.用于在等離子體處理系統(tǒng)中確定溫度的裝置，包括包含一組材料的襯底，其中，所述襯底用于吸收包括第一組電磁頻率的電磁輻射，以將所述第一組電磁頻率轉(zhuǎn)換為一組熱振動(dòng)，并傳送第二組電磁頻率；襯底支承結(jié)構(gòu)，其中，所述襯底支承結(jié)構(gòu)包括卡臺(tái)，且所述襯底定位在所述襯底支承結(jié)構(gòu)上；導(dǎo)入裝置，用于使蝕刻劑氣體混合物進(jìn)入所述等離子體處理系統(tǒng)的等離子體反應(yīng)堆；撞擊裝置，用于撞擊所述蝕刻劑氣體混合物以產(chǎn)生等離子體，其中所述等離子體包括所述第一組電磁頻率；處理裝置，用所述等離子體處理襯底，以產(chǎn)生所述第二組電磁頻率；計(jì)算裝置，用于計(jì)算所述第二組電磁頻率的幅度；以及轉(zhuǎn)換裝置，用于將所述幅度轉(zhuǎn)換為溫度值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述等離子體處理系統(tǒng)還包括電磁輻射測(cè)量裝置，用于測(cè)量所述幅度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述襯底位于所述等離子體和所述電磁輻射測(cè)量裝置之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，還包括利用用于黑體輻射的普朗克輻射定律將所述幅度轉(zhuǎn)換為溫度值的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述電磁測(cè)量裝置包括窄帶高溫計(jì)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述電磁測(cè)量裝置包括單色儀。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述電磁測(cè)量裝置包括光柵。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述電磁測(cè)量裝置包括帶通濾光器。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述第一組電磁頻率包括紅外光譜。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述第二組電磁頻率包括紅外光譜。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種在等離子體系統(tǒng)中確定襯底溫度的方法。該方法包括提供包含一組材料的襯底，其中襯底配置為吸收包括第一組電磁頻率的電磁輻射，以將第一組電磁頻率轉(zhuǎn)換為一組熱振動(dòng)，并傳送第二組電磁頻率。該方法也包括在襯底支承結(jié)構(gòu)上設(shè)置襯底，其中襯底支承結(jié)構(gòu)包括卡臺(tái)；使蝕刻劑氣體混合物流進(jìn)等離子體處理系統(tǒng)的等離子體反應(yīng)堆；以及沖擊蝕刻劑氣體混合物以產(chǎn)生等離子體，其中等離子體包括第一組電磁頻率。該方法進(jìn)一步包括用等離子體處理襯底，由此產(chǎn)生第二組電磁頻率；計(jì)算第二組電磁頻率的幅度；以及將該幅度轉(zhuǎn)換為溫度值。
文檔編號(hào)H01J37/32GK1675406SQ03819428
公開(kāi)日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2003年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月13日
發(fā)明者恩里科·馬尼 申請(qǐng)人:郎姆研究公司