本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2012年5月17日、申請(qǐng)?zhí)枮?01280023374.4、發(fā)明名稱(chēng)為“用于控制在處理腔室中的多區(qū)域加熱器的溫度的方法及裝置”的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

本發(fā)明的實(shí)施方式大體涉及半導(dǎo)體處理以及，更特定而言，涉及用于控制在處理腔室內(nèi)的多區(qū)域加熱器的溫度的方法與裝置。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的處理腔室內(nèi)，基板在被處理時(shí)通常由基板支撐件支撐。在許多這些系統(tǒng)中，在一或更多處理步驟期間，基板支撐件會(huì)被加熱以提升基板溫度。加熱器通常為電阻絲(resistivewire)線(xiàn)圈或金屬化層(metalizedlayer)。當(dāng)電流被施加至該絲或該層時(shí)加熱器產(chǎn)生熱，產(chǎn)生的熱以傳導(dǎo)方式通過(guò)基板支撐件被傳遞至基板。

在一些情形中，單區(qū)域加熱器被用來(lái)加熱基板。使用單區(qū)域加熱器的缺點(diǎn)在于單區(qū)域加熱器的中心通常比單區(qū)域加熱器的外部邊緣溫度更高，這種情況會(huì)導(dǎo)致在基板上不均勻的材料沉積。多區(qū)域加熱器能將更均勻的熱提供至基板。然而，多區(qū)域加熱器的缺點(diǎn)在于多區(qū)域加熱器的溫度難以測(cè)量與控制，且因此傳遞至基板的熱量便難以測(cè)量與控制。例如，一個(gè)用以確定多區(qū)域加熱器的外區(qū)域溫度的方法是監(jiān)控傳送至加熱器內(nèi)區(qū)域的功率量，將此功率乘以實(shí)驗(yàn)上計(jì)算的功率比，然后將此功率施加在外區(qū)域。然而，此方法的準(zhǔn)確度會(huì)受到在半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的處理腔室內(nèi)的處理?xiàng)l件改變的影響。

因此發(fā)明人提供用于控制在處理腔室內(nèi)的多區(qū)域加熱器的溫度的改進(jìn)的方法與裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在此提供用于控制在處理腔室內(nèi)的多區(qū)域加熱器的溫度的方法與裝置。在一些實(shí)施方式中，提供控制配置于基板支撐件中的多區(qū)域加熱器的方法，其中該多區(qū)域加熱器具有第一區(qū)域與第二區(qū)域。在一些實(shí)施方式中，該方法可包括：測(cè)量在第一時(shí)間被第一區(qū)域獲取的電流；測(cè)量在第一時(shí)間被第一區(qū)域獲取的電壓；基于在該第一時(shí)間測(cè)量的被該第一區(qū)域獲取的電流與電壓，計(jì)算該第一區(qū)域的電阻；基于該第一區(qū)域的溫度與電阻之間的預(yù)定關(guān)系，確定該第一區(qū)域的溫度；和調(diào)整該第一區(qū)域的溫度以響應(yīng)所作的溫度確定。

根據(jù)本發(fā)明的至少一些實(shí)施方式的裝置可包括：配置于基板支撐件中的多區(qū)域加熱器；電源，該電源提供第一功率饋送至該多區(qū)域加熱器的第一區(qū)域，且提供第二功率饋送至該多區(qū)域加熱器的第二區(qū)域；電阻測(cè)量器件，該電阻測(cè)量器件耦合至該第一功率饋送以同步測(cè)量被該第一區(qū)域獲取的電流與電壓；和控制器，該控制器耦合至該電源和該電阻測(cè)量器件以響應(yīng)從該電阻測(cè)量器件接收的數(shù)據(jù)來(lái)控制該電源。

其他實(shí)施方式與其他實(shí)施方式的變化將在下面討論。

附圖說(shuō)明

為了能詳細(xì)地理解本發(fā)明的上述特征，通過(guò)參考實(shí)施方式(其中一些圖示在附圖中)，可以得到上文所簡(jiǎn)要概括的本發(fā)明的更為具體的描述。然而，應(yīng)注意的是附圖僅圖示本發(fā)明的典型實(shí)施方式且因此附圖不應(yīng)被視為對(duì)本發(fā)明范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可允許其他等效的實(shí)施方式。

圖1描述一種根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的控制在處理腔室內(nèi)的多區(qū)域加熱器的溫度的方法。

圖2a描述根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的多區(qū)域加熱器的截面平面圖。

圖2b描述根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的在基板支撐件內(nèi)的多區(qū)域加熱器的側(cè)視示意圖。

圖3描述根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的可用于實(shí)施圖1所述方法的各部分的示例性化學(xué)氣相沉積(“cvd”)反應(yīng)器的示意圖。

為了幫助理解，盡可能使用相同的標(biāo)記數(shù)字來(lái)表示在各圖中共用的相同元件。圖未按比例繪制且可為了清楚而簡(jiǎn)化。需了解的是，一些實(shí)施方式的元件與特征可有益地合并到其他實(shí)施方式中而無(wú)須進(jìn)一步詳述。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的實(shí)施方式提供用于控制在處理腔室內(nèi)的多區(qū)域加熱器的溫度的方法與裝置。本發(fā)明的至少一些實(shí)施方式可有利地提供一種靈活性，以在處理期間在基板上具有中心低溫分布(profile)或中心高溫分布。

圖1為方法100的一個(gè)實(shí)施方式的流程圖，方法100用于控制在處理腔室內(nèi)的多區(qū)域加熱器的溫度。圖2a描述根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的多區(qū)域加熱器的截面頂視圖。圖2b描述根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的在基板支撐件內(nèi)的多區(qū)域加熱器的側(cè)視示意圖。圖3描述根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的可用于實(shí)施圖1所述方法的各部分的示例性化學(xué)氣相沉積(“cvd”)反應(yīng)器的示意圖。

方法100從步驟102開(kāi)始，步驟102即測(cè)量在第一時(shí)間內(nèi)多區(qū)域加熱器的第一區(qū)域所獲取的電流。此外，如步驟104所示，多區(qū)域加熱器的第一區(qū)域所獲取的電壓亦在第一時(shí)間內(nèi)被測(cè)量。

在一些實(shí)施方式中，如圖2a所示，多區(qū)域加熱器200具有加熱器元件，這些加熱器元件被布置在至少第一區(qū)域202與第二區(qū)域204中。在一些實(shí)施方式中，如圖2b所示，第一區(qū)域202與第二區(qū)域204被配置在基板支撐件206內(nèi)，且第一區(qū)域202與第二區(qū)域204被連接至電源208。在一些實(shí)施方式中，如圖2a、2b所示，第一區(qū)域202為外區(qū)域而第二區(qū)域204為被配置在所述外區(qū)域內(nèi)的內(nèi)區(qū)域。內(nèi)區(qū)域與外區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上可對(duì)應(yīng)于將被基板支撐件206支撐在上面的基板的內(nèi)部與外部。在一些實(shí)施方式中，電源208為約190v至約240v的交流(ac)電源，或約208v的交流電源。其他尺寸的電源亦可根據(jù)裝置的應(yīng)用與設(shè)計(jì)而使用。在一些實(shí)施方式中，交流電源208在60赫茲周期下運(yùn)轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施方式中，如圖2b所示，電源208將第一功率饋送216供應(yīng)至第一區(qū)域202，且電源208將第二功率饋送218供應(yīng)至第二區(qū)域204。在一些實(shí)施方式中，使用熱電耦212測(cè)量第二區(qū)域204的溫度。熱電耦212被連接到控制器210(將在以下對(duì)應(yīng)圖3更詳細(xì)地描述)，控制器210被進(jìn)一步連接到電源208。

可使用電阻測(cè)量器件214測(cè)量由第一區(qū)域202所獲取的電流與電壓，該電阻測(cè)量器件214能同時(shí)測(cè)量電流與電壓，例如在第一時(shí)間。在此所使用的“同時(shí)”或“在第一時(shí)間”包括在彼此間隔至多約110毫秒的時(shí)間范圍內(nèi)完成的測(cè)量。在一些實(shí)施方式中，電阻測(cè)量器件214可為高頻霍爾效應(yīng)(halleffect)電流傳感器(例如具有約200khz或更高采樣速率)以捕捉被傳送至第一區(qū)域202的瞬時(shí)電流，和施加至第一區(qū)域202的電壓。例如，在一些實(shí)施方式中，電阻測(cè)量器件214可為電能在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀(lineofpowermonitors)之一，該監(jiān)測(cè)儀可向位于加州阿拉米達(dá)市的電力標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室(psl)(powerstandardslab(psl),ofalameda,california)購(gòu)買(mǎi)。

在一些實(shí)施方式中，電阻測(cè)量器件214耦合至第一功率饋送216以測(cè)量被第一區(qū)域202獲取的電流與電壓。在一些實(shí)施方式中，取得被第一區(qū)域202獲取的電流與電壓的多組測(cè)量值。例如對(duì)于電源208的每個(gè)周期，可取得第一區(qū)域202獲取的電流與電壓的多組測(cè)量值，其中每一組測(cè)量值包括同時(shí)取得的電壓測(cè)量值與電流測(cè)量值(例如在彼此間隔約110毫秒之內(nèi))。在一些實(shí)施方式中，對(duì)電源208的每個(gè)周期取得256個(gè)被第一區(qū)域202獲取的電流與電壓的測(cè)量值。

電阻測(cè)量器件214亦可耦合至控制器210。在一些實(shí)施方式中，控制器210可檢測(cè)第一區(qū)域202的16毫歐姆的電阻變化，該16毫歐姆的電阻變化相當(dāng)于第一區(qū)域202的1攝氏度的溫度變化。在一些實(shí)施方式中，電阻測(cè)量器件214與控制器210可整合在一起(例如，可將兩者提供在同一殼體或器件中)。

在步驟106，可計(jì)算第一區(qū)域202的電阻。該電阻可利用歐姆定律計(jì)算出來(lái)，歐姆定律提出電阻等于電壓除以電流(r＝v/i)。在一些實(shí)施方式中，可每100至110毫秒計(jì)算電阻值。在一些實(shí)施方式中，在各個(gè)電阻值的再計(jì)算之間可設(shè)定更長(zhǎng)的一段時(shí)間，然而，提供更快的再計(jì)算有利于促進(jìn)更快地確定溫度，而這對(duì)在較短的處理期間準(zhǔn)確地確定溫度可能是關(guān)鍵的，該較短的處理可具有短到約5秒的持續(xù)時(shí)間。在一些實(shí)施方式中，可在第一時(shí)間的約100毫秒之內(nèi)計(jì)算電阻值(例如在測(cè)量電流與電壓的約100毫秒之內(nèi))。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)在確定計(jì)算電阻所需的電壓的rms值(均方根)上，來(lái)自設(shè)施的供電電壓為主要因素。在一些設(shè)施中，供電電壓可為208v交流電壓，但不同的設(shè)施(例如在不同國(guó)家)可具有不同的供電電壓。因此，發(fā)明人已提供了在監(jiān)控電流時(shí)同時(shí)監(jiān)控供電電壓的技術(shù)，以更準(zhǔn)確地計(jì)算加熱器區(qū)域的電阻。

在步驟108，可基于第一區(qū)域202的溫度與電阻的預(yù)定關(guān)系確定第一區(qū)域202的溫度。電流與電壓必須都在第一時(shí)間測(cè)量以保證計(jì)算的電阻值的準(zhǔn)確度。因加熱器的電阻與加熱器的溫度以線(xiàn)性關(guān)系直接相關(guān)，故電阻計(jì)算的準(zhǔn)確度亦與溫度確定的準(zhǔn)確度直接相關(guān)。在一些實(shí)施方式中，第一區(qū)域202的電阻能用來(lái)將第一區(qū)域202的溫度關(guān)聯(lián)到在約0.5℃之內(nèi)的準(zhǔn)確度。在一些實(shí)施方式中，可憑經(jīng)驗(yàn)或通過(guò)建模確定第一區(qū)域202的電阻與溫度之間的預(yù)定關(guān)系。在一些實(shí)施方式中，通過(guò)將第一區(qū)域202達(dá)到所期望的溫度且測(cè)量第一區(qū)域202的電阻而憑經(jīng)驗(yàn)確定第一區(qū)域202的電阻與溫度之間的預(yù)定關(guān)系。亦可記錄一段溫度范圍內(nèi)的電阻測(cè)量值。在一些實(shí)施方式中，可使第一區(qū)域202達(dá)到所期望的溫度而使第二區(qū)域204亦達(dá)到所期望的溫度(與第一區(qū)域202的所期望的溫度相同或不同)。

例如，在一些實(shí)施方式中，方法100可在如圖3所示的化學(xué)氣相沉積腔室中進(jìn)行，具有諸如壓力與氣體流量的變化的處理參數(shù)，這些變化的處理參數(shù)可引起第一區(qū)域202的溫度的震蕩。在這些實(shí)施方式中，電阻能用來(lái)將第一區(qū)域202的溫度關(guān)聯(lián)到在2.5℃之內(nèi)的準(zhǔn)確度。對(duì)多區(qū)域加熱器的控制水平允許產(chǎn)生與傳統(tǒng)方法相比更恒定的遍及基板的溫度分布。此外，在因?yàn)闊崤蛎浥c收縮而使這些區(qū)域?qū)嶓w上改變位置的實(shí)施方式中，利用電阻計(jì)算來(lái)確定區(qū)域的溫度可有利地使能夠或促進(jìn)更準(zhǔn)確的區(qū)域溫度測(cè)量與操作。例如，在傳統(tǒng)的裝置中，可使用熱電耦測(cè)量加熱器的溫度。然而，具有內(nèi)區(qū)域與外區(qū)域的傳統(tǒng)的雙區(qū)域加熱器結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)在于，由于在操作期間外區(qū)域的熱位移而使熱電耦不能被置于外區(qū)域。

在步驟110，可調(diào)整第一區(qū)域202的溫度以響應(yīng)溫度確定，該溫度確定基于第一區(qū)域202的電阻與溫度之間的預(yù)定關(guān)系。在一些實(shí)施方式中，可將第一區(qū)域202的溫度降低至比第二區(qū)域204的溫度更低，例如，以模仿單區(qū)域加熱器。或者，可將第一區(qū)域202的溫度升至比第二區(qū)域204的溫度更高。在一些實(shí)施方式中，可調(diào)整第一區(qū)域202的溫度以維持第一區(qū)域202與第二區(qū)域204之間的溫度差。例如，在一些實(shí)施方式中，可將第二區(qū)域204維持在比第一區(qū)域202更高的溫度，例如，溫差最多可達(dá)約40度(溫度高40度)。在一些實(shí)施方式中，可將第二區(qū)域204維持在比第一區(qū)域202更低的溫度，例如，溫差最多可達(dá)約15度(溫度低15度)。在一些實(shí)施方式中，可將第一區(qū)域202加熱至第一溫度，例如約200℃，且一旦達(dá)到第一溫度，可將第二區(qū)域204加熱至所期望的第二溫度。在一些實(shí)施方式中，一旦將第二區(qū)域204加熱至所期望的第二溫度，可將第一與第二區(qū)域202、204一同傾斜升溫(rampup)至所期望的第三溫度。

因此，使用上述方法的實(shí)施方式，本發(fā)明有利地提供靈活性以將多區(qū)域加熱的基板支撐件的溫度分布(并因此將配置在該基板支撐件上的基板的溫度分布)控制為均勻的，或?yàn)榭煽刂频姆蔷鶆虻?。例如，在一些?shí)施方式中，可提供均勻的熱分布。或者，可提供中心低溫分布或中心高溫分布。

圖3描述一個(gè)示例性化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器300的示意圖，該反應(yīng)器可被用來(lái)實(shí)施圖1的方法100的各部分。在圖3所示的實(shí)施方式中，反應(yīng)器300包括處理腔室301、泵送系統(tǒng)338、氣體控制板(gaspanel)336、電源208和控制器210。

處理腔室301通常包括上組件303、底組件308和基板支撐件升降組件。上組件303通常包括蓋310，該蓋310具有進(jìn)氣口334和噴淋頭344。底組件308容納基板支撐件底座324且底組件308包括具有壁306的腔室主體302。基板出入口328形成于腔室主體302內(nèi)以使基板322容易進(jìn)出處理腔室301。基板支撐件升降組件被耦合至基板支撐件底座324且基板支撐件升降組件包括升降機(jī)構(gòu)330、升降板318和一組升降銷(xiāo)314。

基板支撐件底座324被配置于處理腔室301的內(nèi)部容積304內(nèi)，且基板支撐件底座324在處理期間支撐基板322?；逯渭鬃?24包括加熱器320，加熱器320被配置以調(diào)節(jié)基板322的溫度和/或內(nèi)部容積304內(nèi)的溫度。加熱器320被耦合至電源208。加熱器320具有第一區(qū)域202和第二區(qū)域204。電源208提供第一電力饋送216至第一區(qū)域202且提供第二功率饋送218至第二區(qū)域204。電阻測(cè)量器件214被耦合至第一功率饋送216以測(cè)量第一區(qū)域202獲取的電流與電壓。

噴淋頭344通過(guò)多個(gè)開(kāi)孔354提供對(duì)從氣體控制板336輸送的氣體或蒸汽的分配。開(kāi)孔354的尺寸、幾何形狀、數(shù)量和位置可選擇性選取以促進(jìn)流向基板322的氣體/蒸汽流的預(yù)先確定的模式。

氣體控制板336將液態(tài)和/或氣態(tài)形式的處理化學(xué)品提供至處理腔室301。使用多個(gè)氣體管線(xiàn)340將氣體控制板336耦合至蓋310。每一個(gè)氣體管線(xiàn)340可選擇性地適于將特定的化學(xué)品從氣體控制板336傳送至進(jìn)氣口334，每一個(gè)氣體管道340也可為溫度可控的。

在操作中，基板支撐件升降組件330控制底座324在處理位置(如圖3所示)與較低位置之間的升降，基板322可從該較低位置通過(guò)基板出入口328被傳送進(jìn)和傳送出處理腔室301。利用柔性波紋管(flexiblebellow)332密封地將基板支撐件升降組件耦合至腔室主體302，且基板支撐件升降組件被選擇性地配置成用以旋轉(zhuǎn)基板支撐件底座324。

壁306可為熱調(diào)節(jié)的。在一個(gè)實(shí)施方式中，多個(gè)導(dǎo)管312被配置于壁306中且多個(gè)導(dǎo)管312被配置成將調(diào)節(jié)壁溫度的熱傳遞流體加以循環(huán)。

將泵送系統(tǒng)338耦合至形成于壁306中的泵口326。泵送系統(tǒng)338通常包括節(jié)流閥與一個(gè)或更多個(gè)泵，這些泵被安置成控制內(nèi)部容積304內(nèi)的壓力。從處理腔室301流出的氣體被引導(dǎo)通過(guò)泵送環(huán)342以提高遍及基板322表面的氣流的均勻性。一種這樣的泵送環(huán)被描述在于2004年10月4日由iyer等人申請(qǐng)的專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?0/911208的美國(guó)專(zhuān)利中，該專(zhuān)利申請(qǐng)案的名稱(chēng)為“在單晶片腔室中使用雙(叔丁基氨基)硅烷的氮化硅的熱化學(xué)氣相沉積(thermalchemicalvapordepositionofsiliconnitrideusingbtbasbis(tertiary-butylaminosilane)inasinglewaferchamber)”。

在另一個(gè)可替代的實(shí)施方式中(未示)，反應(yīng)器300可包括光激發(fā)系統(tǒng)，該光激發(fā)系統(tǒng)通過(guò)蓋310中的窗將輻射能量傳送至基板322，反應(yīng)器300也可包括耦合至進(jìn)氣口334的遠(yuǎn)程等離子體源。

控制器210通常包括中央處理單元(cpu)350、存儲(chǔ)器343和支持電路352，且控制器210被耦合至反應(yīng)器300并且控制反應(yīng)器300的模塊與裝置。在操作中，控制器210直接控制反應(yīng)器300的模塊與裝置，或者，控制器210管理與這些模塊和裝置相關(guān)聯(lián)的計(jì)算機(jī)(和/或控制器)。在一些實(shí)施方式中，控制器210基于由電阻測(cè)量器件214測(cè)量的并且由第一區(qū)域202獲取的電壓與電流而計(jì)算出的電阻值，通過(guò)調(diào)整從電源208饋送至第一區(qū)域202的第一功率饋送216來(lái)調(diào)整第一區(qū)域202的溫度。

因此，在此已提供一種用于處理基板的方法與裝置，該方法與裝置提供在處理腔室內(nèi)的多區(qū)域加熱器的被改進(jìn)的溫度控制。被改進(jìn)的溫度控制可促進(jìn)對(duì)依賴(lài)溫度的基板處理的改進(jìn)的控制。例如，被改進(jìn)的溫度均勻性可促進(jìn)基板處理的改善，比如蝕刻、沉積或其他可受益于溫度均勻性的處理。此外，本發(fā)明的實(shí)施方式有利地提供靈活性，以具有非均勻的溫度分布，比如中心低溫分布或中心高溫分布。

即使前述內(nèi)容針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式，但在不偏離本發(fā)明的基本保護(hù)范圍的情形下，可設(shè)計(jì)出本發(fā)明的其他和進(jìn)一步的實(shí)施方式。