专利名称：在蚀刻制程中利用红外线传输的衬底温度测量的制作方法
技术领域：
本发明大致涉及一种用以测量半导体衬底温度的方法与设备。具体而言，本发明 涉及一种用以在蚀刻制程中利用衬底红外线传输来测量半导体衬底温度的方法与设备。
背景技术：
超大规模集成(ULSI)电路可以包括超过十亿个电子组件(例如晶体管)，其形成 在半导体衬底(例如硅(Si)衬底)上并协作以在组件内执行各种功能。在处理期间，有时 候会在衬底表面上执行许多热处理步骤。热处理典型地需要精准的衬底温度测量以用于制 程控制。不精确的衬底温度控制可能会导致不佳的制程结果(其可能不利地影响组件效 能)与/或造成衬底膜损坏。在处理期间，可以使用不同类型的温度测量工具来测量衬底温度。例如，热电耦通 常被用来通过在衬底表面的预定位置处物理接触衬底以测量衬底温度。然而，对于更大直 径的衬底，由于测量位置之间的较远距离，横跨衬底表面的整体温度差异是难以决定的。此 外，热电耦对衬底表面的物理接触的可靠度难以控制，并存在污染的顾虑。替代地，有时候使用光学测温法来测量衬底温度。在处理期间，从衬底表面放射的 辐射由光学测温传感器来测量以决定衬底温度。但是，来自衬底表面的光学放射的测量难 以与背景干扰分离，这些背景干扰诸如来自加热组件的强烈照明或来自等离子体源的热、 来自腔室壁的光学放射、与/或来自窗口的杂光(stray light)。当无法精确地测量来自衬 底表面的光学放射且背景干扰可能进一步对温度测量引入误差时，就难以精准地测量实际 的衬底表面温度，这可能会导致错误的衬底温度决定且因而导致不佳的处理结果。因此，亟需一种用于衬底温度测量的经改善的方法与设备。

发明内容
本发明提出一种用以在制程期间测量温度的方法与设备。在实施例中，本发明提 供了一种用以在蚀刻制程期间测量衬底温度的设备，该设备包含腔室主体；腔室盖，其封 闭该腔室主体；以及衬底支撑组件。多个窗口设置在该衬底支撑组件的衬底支撑表面中。 信号产生器经由该衬底支撑组件光学地耦接到这些窗口。传感器设置在该衬底支撑组件上 方，并对齐以接收来自该信号产生器而穿透至少一个窗口的能量，其中该传感器被配置以 检测可表明穿透率的度量。在另一实施例中，本发明提供一种用以在蚀刻制程期间测量衬底温度的方法，该 方法包含下列步骤在制程腔室中提供衬底；在该衬底上执行蚀刻制程；在蚀刻时检测该 衬底的穿透率的变化；以及根据该穿透率的变化来决定该衬底的温度。在另一实施例中，本发明提供一种用以在于工件上执行制程期间测量温度的方 法，该方法包含下列步骤在该工件上执行该制程，该制程可改变该工件的温度；在执行该 制程时，使红外光穿透该工件；检测经传送的红外光的度量，该度量可指示该工件的穿透 率；以及根据该经检测的度量来计算工件温度。


本发明的前述特征、详细说明可以通过参照实施例来详细地了解，其中一些实施 例在附图中示出。然而，值得注意的是，附图仅示出本发明的典型实施例，并且因此不会限 制本发明的范围，本发明允许其它等效的实施例。图IA-C示出适于实施本发明的示例性制程设备的简化示意图。图2示出在不同衬底温度下硅衬底穿透率和衬底温度的图表。图3示出在特定顶光波长时硅衬底穿透率和衬底温度的图表。图4示出经穿透能量和时间的图表。图5A示出配置以实施本发明的示例性制程设备的示意图。图5B-C示出位于图5A制程设备中的衬底支撑组件的不同实施例的俯视图。图6示出示例性制程系统的示意图，其具有至少一个图5A的设备以用于实施本发 明。图7示出利用图5A-C设备来检测衬底温度的流程图。为了便于理解，若可行，则在附图中使用相同的组件符号来指称相同的组件。应知 悉，一个实施例的组件与特征可以有益地被用在其它实施例中，而不需赘述。然而，值得注意的是附图仅示出本发明的示例性实施例，并且因此不会限制本发 明的范围，本发明允许其它等效的实施例。
具体实施例方式本发明的实施例提供了一种用以在蚀刻制程期间测量衬底温度的方法与设备。在 实施例中，可以通过监测穿过衬底的能量的穿透率的变化来确定衬底温度。示范的等离子 体制程包括蚀刻、沉积、退火、等离子体表面处理与离子注入等。图1A-1C示出适于实施本发明的制程设备的简化示意图。此简化的制程设备100 在真空中工作。设备100包括热源108，其适于向设置在设备100中的衬底102提供热能。 在一个实施例中，由邻近衬底102所产生的等离子体来提供热源108。在另一实施例中，可 以替代地由经加热的衬底固持件、经加热的支撑载座、电阻式加热器、或其它适于升高衬底 温度的热源来提供热源108。在图IA示出的实施例中，信号产生器104与传感器106设置在衬底102的上侧上 方。信号产生器104设置在衬底102上方并产生信号110，信号110穿透衬底102。信号 产生器104可以是提供能量的热源并可包括激光和宽带光源，该能量具有至少可穿透衬底 102的波长。当信号110撞击衬底102时，信号110的一部分112直接从衬底的上表面反 射。信号110的另一部分114穿透衬底102且至少部分被衬底102吸收。信号110穿透衬 底102的一部分114从衬底102的底部反射。可以利用滤波器(未示出)以筛选没穿透衬 底102而反射到传感器106的信号112。控制器120连接到传感器106，以分析所接收的信号。控制器120大致上包括中央 处理单元(CPU) 138、内存140与支持电路142。CPU 138可以是任何形式的可用在工业设备 的通用计算机处理器的其中之一。支持电路142传统地耦接到CPU 138，并可以包含快取、 频率电路、输入/输出子系统、电源供应器等。当软件例行程序(software routine)被CPU
5138执行时，软件例行程序将CPU 138转换成特定目的计算机(控制器)144。软件例行程 序也可以由位于远离系统100的第二控制器(未示出)所储存与/或执行。类似图IA的构造，图IB示出另一实施例，其中信号产生器104与传感器106设置 在衬底102的底侧的下方。图IC示出另一实施例，其中信号产生器104与传感器106设置在衬底102的相对 两侧上。信号产生器104设置在衬底102上方并产生信号110。传感器106设置在与信号 产测器104相对的位置处，以接收信号110穿透衬底102的一部分114。二次反射的信号 122可以从传感器106反射，并且信号122的一部分IM可以传送穿过衬底102而进一步回 到衬底102的上侧。因此，可以利用一组或多组的信号产生器104与传感器106设置在衬 底102的不同侧，以产生且接收在制程期间于任何方向产生的信号114、124。不同的衬底材料在不同的温度与不同的波长可以具有不同的光穿透率。当热源 108向衬底表面提供热能时，衬底温度会改变。信号110的一部分114被传送通过衬底102， 而另一部分则被吸收。信号穿透衬底102的量取决于衬底102的温度。因此，当衬底102 被加热时，信号114的量穿透衬底102到传感器。传感器106检测信号114的变化，其可表 明衬底102的温度。基于经检测的信号114的变化，因而得以决定衬底温度。在一个实施例中，信号产生器104可以是具有不同波长的光产生器。例如，信号产 生器104可以提供具有窄频波长介于约IOOOnm与约1400nm之间的激光束。在另一实施例 中，信号产生器104可以提供具有波长介于约IlOOnm与约1300nm之间的光能。图2示出使用硅作为衬底材料的衬底在不同衬底温度与在不同波长的光谱痕迹。 光谱痕迹202、204、206示出在不同温度时硅半导体材料的穿透率，其作为波长的函数。在 一个实施例中，所测量的穿透率被正规化到室温下(例如约25°C)的基本硅不透明度作为 基准线，如指向数值1. 00的虚线210所示。相对于正规化的基准线，后续的衬底穿透率测 量是随着衬底温度升高之相对且分数的光学穿透率。值得注意，正规化以及分数且相对的 衬底光学穿透测量消除了衬底的非灵敏情形(例如具有不同衬底掺杂质或不同材料沉积 其上的衬底)，由此将衬底温度测量制程予以标准化。这些痕迹显示，在给定的波长范围，穿透率可以关联于衬底温度。例如，在第一区 域230中小于约IOOOnm的第一波长，尽管衬底温度会改变，衬底被实质维持成对顶光为不 透明。在第二区域234中大于约1250nm的第二波长，尽管衬底温度会改变，衬底被实质维持 成对顶光为可穿透。相对地，在介于约IOOOnm与约1250nm之间的波长，如第三区域232， 衬底穿透率快速地改变。因此，对于第三区域232的波长范围，当衬底温度增加时，各穿透 率痕迹线202、204、206的斜率会改变。故，经由选择具有足以获得良好测量分辨率的斜率 的波长，可以通过检测强度的变化来决定衬底温度的变化。再者，由于第三区域232中不同 波长具有不同衬底温度行为(behavior)，可以选择对于感兴趣的温度下穿透率变化较为快 速的波长。当决定感兴趣温度时，为了确保良好的分辨率，必须小心地选择波长，该波长对 于衬底在温度范围内(包括感兴趣的温度)具有快速的穿透率变化。例如，在约IlOOnm的 光波长212，衬底温度增加使得硅衬底的穿透率快速地于痕迹线202的第一点216朝向第二 点218到第三点220而改变。这些点216、218、220的信号强度数值的变化位于控制器能够 可靠地检测的范围内(例如信号强度大于0. 2)，由此使控制器精确地读取所检测的信号强 度数值，并根据所测量的信号强度来精准地决定衬底温度。在一个实施例中，控制器被配置以在约IlOOnm的波长决定约25°C到约350°C的衬底温度变化。相对地，在约大于1200nm 的光波长M0，大于约300°C的衬底温度会落到可检测范围之外，这是因为信号强度相对于 小于250°C的衬底温度系相当低。故，在约1200nm波长，可以决定衬底从约25°C到约200°C 的可靠可检测温度范围。因此，通过在小心选择的波长下测量衬底穿透率的变化，可以可靠 地且精准地测量衬底温度。图3示出在约1200nm的波长随着衬底温度升高所测量的衬底光穿透率。痕迹302 示出硅半导体材料的穿透率，其作为介于约60°C与约300°C之间温度的函数。当衬底位于 低于60°C的温度时，衬底光穿透率维持恒定(如图显示在第温度区域304中)，并且被正规 化成相对于后续所测量的数据点为基准线。随着衬底温度升高超过特定数值(例如大于 60°C)，衬底穿透率的变化是快速的。因此，痕迹线302的斜率306开始更快速地改变。随 着衬底温度增加，痕迹线302的斜率会改变，并且衬底会丧失其透明度。故，根据所测量的 能量强度，可以决定衬底温度。图4示出由控制器120所检测的穿透衬底102的顶光能量的痕迹402，其作为衬 底温度的函数。能量痕迹402代表，随着衬底温度增加，穿透衬底102的光能量强度的变 化。进入设备100的衬底可以具有低温T1和高穿透率。故，来自热源108与/或信号产生 器104的光能量的实质量穿透衬底102到传感器106。如图所示，在痕迹402的点404处， 传感器106显示在初始检测时间、于低温T1的高能量穿透率。随着顶光以恒定水平被供 应到衬底102，衬底温度会升高。当衬底因接收更多顶光使得衬底温度增加到更高的温度 T2时，穿透硅衬底的穿透率的变化减少，导致了穿透的顶能量的减少。如图所示在时间t2 的点406处，因在高衬底温度T2的较高吸收，传感器106所检测的光能量较低。图5A示出可用来在衬底(例如图IA-C的衬底102)上执行蚀刻或其它等离子体制 程的制程腔室500的实施例。示范的制程腔室500包括衬底载座组件502与腔室盖532，其 可用于实施本发明。在此显示的制程腔室500的特定实施例是为了说明目的，并且不应限 制本发明的范围。在一个实施例中，制程腔室可以是从应用材料公司(Applied Materials, he.)购得的HART 腔室。替代地，其它制程腔室(包括来自其它制造商的制程腔室)可 以受益自本发明。蚀刻制程腔室500大致上包括制程腔室主体550、气体盘574与控制器580。腔室 主体550包括导电主体(壁)530与腔室盖532，其围绕制程容积536。多种气体从气体盘 574被提供到腔室500的制程容积536。控制器580包括中央处理单元(CPU) 584、内存582与支持电路586。控制器580 耦接到制程腔室500的组件并控制这些组件、制程腔室500中执行的制程，以及可以进行与 集成电路厂之数据库的光学数据交换。在一个实施例中，设置至少一个信号产生器508。用于衬底温度测量的制程腔室信 号将照射被支撑在载座组件502上的衬底的至少一部分。设置至少一个传感器510以接收 由信号产生器508所产生而穿透衬底的信号的一部分。在特定实施例中，可以利用一对或 多对的信号源512和传感器514以检测衬底不同区域的衬底温度。这些信号产生器与传感 器的构造和配置类似于前述图IA-C中所讨论的信号产生器104与传感器106的构造。在一个实施例中，信号产生器508是激光器，或可以提供波长介于约IOOOnm与约 1400nm之间(例如介于约1050nm与约1300nm之间，诸如介于约IlOOnm与约1200nm之间)的红外线辐射的其它光源。信号产生器508的波长经选择，以在测量温度范围中(例如蚀 刻制程期间的衬底温度)具有穿透待处理的材料与/或膜的较高变化穿透率。在一个实施例中，传感器510是砷化铟镓(InGaAs) 二极管传感器。传感器510检 测通过衬底102而收集的能量。可以邻近传感器510设置滤波器(未示出)，以过滤所收集 的信号，并仅允许在所希望波长内的顶光抵达传感器510。传感器510提供了抵达传感器 510的可表明光能量的度量，其接着进一步由控制器580分析以计算衬底102的温度。在示出的实施例中，腔室盖532为实质平坦的介电质构件。制程腔室500的其它 实施例可以具有其它类型的室顶(ceiling)，例如圆顶形室顶。腔室盖532上方设置天线 572，天线572包含一个或多个感应线圈构件(图上显示两个同轴线圈构件572A与572B)。 天线572经由第一匹配网络570耦接到射频(RF)等离子体功率源568。在一个实施例中，腔室盖532可以具有形成在其中的多个窗口插塞520。这些插塞 520可以被移除，以有助于插塞520的方便更换。在一个实施例中，这些插塞520是光学信 道窗口，其允许光从信号产生器508通过窗口到达传感器510。值得注意，信号产生器508 与传感器510的构造、配置和功能类似于参照图IA-C所述的信号产生器104与传感器106。在一个实施例中，衬底载座组件502包括静电夹盘504，静电夹盘504设置在基底 板506上。为了清晰起见，在此省略了用于构成衬底支撑组件502的其它衬底支撑组件的 组件和部件的相关叙述。在此使用的衬底支撑组件502的实施例可参照Holland的美国专 利申请号2006/0076108，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。在一个实施例中，衬底支撑组件502还包括至少可选的埋置加热器522或多个可 选的导管(未示出)，这些导管用以供应加热或冷却流体到衬底支撑组件502。加热器522 与导管用来在蚀刻处理期间控制衬底支撑组件502的温度，由此控制设置在其上之衬底 102的温度。在一个实施例中，多个窗口插塞5 形成在静电夹盘504的主体内，以促进来自信 号产生器508的信号的传输。基底板506也可以具有形成在其中的多个穿孔与/或窗口 526，这些穿孔与/或窗口 5 与形成在静电夹盘504中的窗口 5M对齐。基底板506与静 电夹盘504中对齐的窗口 5沈、5对允许来自信号产生器508的信号以最少折射的方式通过 其间。在传感器和信号源位于衬底的相对两侧的实施例中(如图5A和图IC所示)，形成在 衬底支撑组件502中对齐的窗口 5沈、5对进一步与形成在腔室盖532中的窗口 520对齐， 以促进通过其间到达腔室盖532上方的传感器510的光传输。此外，对齐的窗口 5沈、5对 也可促进来自腔室盖532上方的第二信号源512的信号通过其间到达设置在衬底支撑组件 502下方的第二传感器514。在一个实施例中，形成在衬底支撑组件502与腔室盖532中的窗口 5对、5沈、520 的数量和分布被配置成使得横跨整个衬底(例如至少在边缘和中心位置处)的温度均勻性 的检测成为可能。窗口 5对、5沈、520的不同的构造和分布促进信号被传送到衬底的不同区 域和区块，以为了检测衬底表面上在不同区域和区块的各个针点温度。一旦确定了各个针 点衬底温度，就可以获得衬底102的温度均勻性与温度曲线。故，可以根据所测量的温度曲 线来调整被供应用以控制衬底支撑组件502温度的加热或冷却流体，以控制且维持整个衬 底温度均勻性。在一个实施例中，这些窗口 5对、5沈、520可以由石英、蓝宝石(sapphire)以及其它陶瓷材料制成，这些材料得以传输信号且兼容于选择用来制造衬底支撑组件502和腔室 盖532的材料。这些窗口 5对、5沈、520可以是插塞的形式，其能轻易地从衬底支撑组件502 和腔室盖532移除且更换。这些窗口 524、526、520的插塞可以通过其它适当的方式被烧结、 夹持或装设到衬底支撑组件502和腔室盖532。值得注意，窗口插塞524、5沈可以仅形成在衬底支撑组件502中(类似于图IB所 描述的构造)，或窗口插塞520可以仅形成在腔室盖532中(类似于图IA所描述的构造)。 替代地，窗口插塞524、526、520可以皆形成在腔室盖532和衬底支撑组件502中(类似于 图IC与图5A所描述的构造)。图5B示出具有烧结且装设其中的窗口 5 的静电夹盘504的俯视图。窗口 5 可以均勻地分布在静电夹盘504的表面上，以允许信号通过其间以检测衬底温度。形成在 其中的各个窗口 5M可以彼此实质等距离，并且适于测量衬底温度的不同区域和区块。同 样地，形成在腔室盖532中的窗口 520的分布和构造能够类似地建构，以允许信号通过其间 以通过穿透率变化来检测衬底之不同区域的温度。图5C示出具有不同数量和构造的烧结且装设其中的窗口 5M的静电夹盘504的 另一实施例的俯视图。静电夹盘504可以具有中央区块598(其具有第半径Rl)与周边区 块(其具有第二半径R2)。第一半径Rl可以具有介于约Omm与约75mm之间的长度，并且第 二半径R2可以具有介于约75mm与约150mm之间的长度。替代地，第二半径R2可以被控制 成为第一半径Rl的长度的约两倍或三倍长度。窗口 5M可以实质形成在中央区块598中 与/或形成在周边区块596中。替代地，可以依需要来形成任何构造或分布的窗口 524。在运作时，衬底102被传送到制程腔室500内以执行蚀刻制程。可以了解，腔室500 可被配置以执行其它制程，例如沉积制程、退火制程、或任何其它得以受益自衬底温度测量 的制程。在一个实施例中，衬底102可以是蚀刻制程或其它制程要被执行于其上的任何衬 底或材料。在实施例中，衬底可以是硅半导体衬底，其具有一层或多层形成于其上以构成结 构(例如闸极结构)。替代地，衬底可以利用衬底上的罩幕层作为蚀刻罩幕与/或蚀刻终止 层，以有助于将特征或结构转移到衬底。在另一实施例中，衬底可以是硅半导体衬底，其具 有多个层(例如膜堆叠)以形成不同的图案与/或特征(例如双镶嵌结构)。衬底可以是 诸如结晶硅(例如Si<100>或Si<lll>)、氧化硅、伸张硅、锗化硅、掺杂或未掺杂多晶硅、掺 杂或未掺杂硅晶片与图案化或未图案化硅覆绝缘物(SOI)、碳掺杂氧化硅、氮化硅、掺杂硅、 锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石(sapphire)、位于硅上的金属层等的材料。衬底可以具有各种尺 寸，例如200mm或300mm直径的晶片，以及矩形或方形面板。在实施例中，衬底是硅半导体 衬底。在实施例中，通过供应具有至少含卤素气体的气体混合物来蚀刻被传送到制程腔 室500的衬底。含卤素气体的适当示例系包括但不限于溴化氢(HBr)、氯(C12)、四氟化碳 (CF4)等。在蚀刻期间，开启光源(例如信号产生器508)以提供顶辐射到衬底表面。在一 个实施例中，信号产生器508产生介于约IOOOnm与约1400nm之间波长的红外光，其在波长 为1200nm具有非常高的强度。在一个实施例中，强度介于约50毫瓦与约1000毫瓦之间。 来自传感器510的信息被用来在信号产生器508已达到可建立基线穿透率度量的稳定状态 输出后，检测来自信号产生器508而穿透衬底102的顶光。在来自信号产生器508的输出 已经被稳定化后，开启传感器510。在实施例中，输出在约2秒与约5秒后被稳定化。
如上所述，衬底在不同衬底温度的穿透率会显著地影响穿透衬底102且进一步抵 达传感器510的光能的量。当衬底温度升高，穿透衬底102的光能的量会改变，因而造成传 送到传感器510的光能的变化。因此，传感器510提供了可表明穿透率变化的度量，其可用 来决定衬底温度。根据可表明穿透率变化的度量，可以因此决定衬底温度。关于可表明穿 透率变化的度量的细节可从Davis申请的美国专利申请号11/676，092中获得，通过引用将 其全部内容包含在本说明书中。图6是示例性制程系统600的俯视图，其包括至少一个区域以用于配置图5的 设备以在蚀刻制程期间执行衬底温度测量。在一个实施例中，制程系统600可以是适用 的CENTURA 整合制程系统，其可由美国加州圣克拉拉市(Santa Clara)的应用材料公司 (Applied Materials, Inc.)购得。可以了解，其它制程系统(包括来自其它制造商的制程 系统)可以受益自本发明。系统600包括真空密封制程平台604、工厂界面602以及系统控制器644。平台 604包括多个制程腔室500、612、632、6观、620与至少一个负载闭锁腔室622，其耦接到真空 衬底传送腔室636。图6显示两个负载闭锁腔室622。工厂界面602经由负载闭锁腔室622 耦接到传送腔室636。在一个实施例中，工厂界面602包含至少一个坞站608以及至少一个工厂界面机 械手臂614以用于衬底传送。坞站608配置以接受或多个前开式整合舱(front opening unified pod，F0UP)。图6的实施例显示两个FOUP 606A-B。具有叶片616设置在工厂界面 机械手臂614的一端的机械手臂614被配置以将衬底从工厂界面602传送到制程平台604 的负载闭锁腔室622。可选地，一个或多个度量站618可以连接到工厂界面602的终端626， 以有助于在工厂界面602内衬底的测量。各个负载闭锁腔室622具有耦接到工厂界面602的第一端口以及耦接到传送腔室 736的第二端口。负载闭锁腔室622耦接到压力控制系统(未示出)，压力控制系统可抽低 负载闭锁腔室622的压力且将负载闭锁腔室622排空，以有助于衬底得以传送于传送腔室 636的真空环境与工厂界面602的实质外界(例如大气)环境之间。传送腔室636具有真空机械手臂630设置在其中。真空机械手臂630具有叶片 634，叶片634得以传送衬底6 于负载闭锁腔室622与制程腔室500、612、632、6观、620之 间。在一个实施例中，至少一个制程腔室500、612、632、6观、620是蚀刻腔室。例如，蚀 刻腔室可以是从应用材料公司(Applied Materials, Inc.)购得的HART 腔室。蚀刻腔室 (例如腔室500)可以使用含卤素气体来蚀刻设置其中的衬底102。含卤素气体的示例包括 溴化氢(HBr)、氯(Cl2)、四氟化碳(CF4)等。在任一制程腔室500、612、632、628、620的蚀刻 制程期间，传感器(例如图5的传感器510、514)被用来监测在蚀刻制程期间穿透衬底而与 衬底温度关联的信号强度。系统控制器644耦接到制程腔室600。通过直接控制系统600的制程腔室500、 612、632、628、620或通过控制与制程腔室500、612、632、6观、620及系统600关联的计算机 (或控制器)，系统控制器644可控制系统600的运作。在运作时，系统控制器644可进行 来自各腔室的数据收集及反馈，以使系统600的效能最佳化。系统控制器644大致上包括中央处理单元(CPU)638、内存640与支持电路642。CPU 638可以是任何形式的可用在工业设备的通用计算机处理器的其中之一。支持电路 642传统地耦接到CPU 638，并可以包含快取、频率电路、输入/输出子系统、电源供应器等。 当软件例行程序(software routine)被CPU 638执行时，软件例行程序将CPU 638转换成 专用计算机(控制器)644。软件例行程序也可以由位于远离系统600的第二控制器(未示 出)所储存与/或执行。图7示出用以利用图5A-C的设备来检测衬底温度的制程700的流程图。在方块 702，此制程开始于提供衬底到制程设备(例如图5A的设备500)内。在方块704，在衬底 上执行蚀刻制程以在衬底上形成多个特征。在方块706，来自制程腔室500中的光产生器 508,512的光源被传送到衬底，以检测衬底蚀刻时的穿透率变化。在方块708，接着分析所 检测的穿透率。当衬底在不同衬底温度的穿透能力(transmissibility)会显著地影响穿 透衬底的光能的量(根据穿透衬底的光穿透率变化)，可以根据可表明的穿透率变化的度 量来决定衬底温度。因此，本发明提供了一种用以在蚀刻制程期间测量衬底温度的方法与设备。此 方法与设备可以通过测量穿透衬底的顶穿透率，以有利地监测实际衬底温度。衬底在不 同温度的不透明度提供了不同的穿透衬底的顶穿透率，由此使传感器得以决定实际衬底 温度。有利地，本发明的实施例提供了多个窗口，这些窗口有助于在制程期间利用非接触 (non-contact)、非逃离(non-evasive)的实时(real-time)方法来决定温度曲线与衬底梯 度。虽然以上描述了本发明的实施例，但在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以 构思出本发明的其它实施例，并且本发明的范围由所附权利要求界定。
权利要求
1.一种用以在蚀刻制程期间测量衬底温度的设备，包括 腔室主体，其具有腔室盖以封闭该腔室主体；衬底支撑组件，其设置在该腔室主体中，并具有衬底支撑表面； 多个窗口，其形成在该衬底支撑表面中；信号产生器，其经由该衬底支撑组件光学地耦接到这些窗口 ；以及 传感器，其设置在该衬底支撑组件上方，并对齐以接收来自该信号产生器而穿透至少 一个窗口插塞的能量，其中该传感器被配置以检测可表明穿透率的度量。
2.如权利要求1所述的设备，还包括多个盖窗口，其形成在该腔室盖中，形成在该腔室盖中的至少一个盖窗口将该传感器 与该腔室主体的内部隔离。
3.如权利要求1所述的设备，其中该信号产生器被配置以提供波长介于约IOOOnm与约 1400nm之间的红外光。
4.如权利要求1所述的设备，其中这些窗口由石英、蓝宝石、或由波长介于约IOOOnm与 约1400nm之间的红外光可穿透的其它陶瓷材料制成。
5.如权利要求1所述的设备，还包括第二信号产生器，其被安排以产生向下导向该衬底支撑表面的信号；以及 第二传感器，其被安排以接收来自该第二信号产生器而穿透该衬底支撑组件的窗口的 信号的一部分。
6.如权利要求5所述的设备，还包括多个盖窗口，其形成在该腔室盖中，形成在该腔室盖中的至少一个盖窗口将该第二信 号产生器与该腔室主体的内部隔离。
7.如权利要求1所述的设备，还包括滤波器，其被定位以对导向该传感器的信号进行过滤。
8.如权利要求1所述的设备，其中这些窗口分布遍及该衬底支撑表面。
9.如权利要求1所述的设备，其中这些窗口包括至少一个内窗口与多个外窗口，该至 少一个内窗口靠近该衬底支撑组件的中心线，而上述多个外窗口相对于上述至少一个内窗 口位于距离该中心线的更大的径向位置处。
10.如权利要求9所述的设备，其中至少一个外窗口位于距离该内窗口约75mm至约 150mm的位置处。
11.如权利要求9所述的设备，还包括多个盖窗口，其形成在该腔室盖中，这些盖窗口与形成在该衬底支撑组件中的这些窗 口对齐。
12.—种用以在工件上执行制程期间测量温度的方法，包括以下步骤 在该工件上执行该制程，该制程改变该工件的温度；在执行该制程时，使红外光穿透该工件；检测经传送的红外光的度量，其中该度量可表明该工件的穿透率；并且 根据该经检测的度量来计算工件温度。
13.如权利要求12所述的方法，其中该工件是半导体晶片，并且该检测的步骤包括 引导波长介于约IOOOnm与约1400nm的红外光使其穿透该工件。
14.如权利要求13所述的方法，其中该检测的步骤包括 检测穿透该工件的不同区域的红外光的度量。
15.如权利要求12所述的方法，其中该检测穿透的红外光的度量的步骤包括 分析穿过所述工件的中央部分的第一信号；并且分析在中央部分的外侧穿过所述工件的第二信号。
全文摘要
本发明提出一种用以在制程期间测量温度的方法与设备。在实施例中，本发明提供一种用以在蚀刻制程期间测量衬底温度的设备，该设备包含腔室主体；腔室盖，其封闭该腔室主体；以及衬底支撑组件。多个窗口形成在该衬底支撑组件的衬底支撑表面中。信号产生器经由该衬底支撑组件光学地耦接到这些窗口。传感器设置在该衬底支撑组件上方，并对齐以接收来自该信号产生器而穿透至少一个窗口的能量，其中该传感器被配置以检测可表明穿透率的度量。
文档编号G01K1/00GK102066888SQ200980123845
公开日2011年5月18日 申请日期2009年6月15日 优先权日2008年6月23日
发明者马修·芬顿·戴维斯 申请人:应用材料公司