CN102405510A - 基板冷却控制 - Google Patents

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Abstract

提供精确控制基板冷却的方法与装置。测量基板温度的装置可包括冷却板，冷却板用以支撑基板；传感器，传感器用以提供基板置于冷却板上时与基板的温度相对应的数据；及计算机，计算机耦接至传感器以根据传感器数据确定基板温度。测量基板温度的方法可包括提供要冷却的基板至腔室，腔室具有置于其中的冷却板、提供与基板温度相对应的数据的传感器、及耦接至传感器的计算机；在预定第一时间间隔过去后，感测基板的第一温度；比较第一温度与预定温度；并确定第一温度是否大于、等于或小于预定温度。

Description

基板冷却控制
技术领域
本发明一般涉及基板处理，尤其涉及用于基板冷却控制的装置与方法。
背景技术
在基板上制造半导体器件需要沉积与蚀刻多个材料层，诸如金属、电介质与半导体材料。整个制造处理过程中，基板暴露于多种处理中，多种处理诸如化学气相沉积、物理气相沉积、电介质沉积、不同蚀刻处理等等。各种处理可在不同操作温度下执行。一般而言，随着基板进行至处理的不同阶段，基板可移动至多种不同的处理腔室，多种不同的处理腔室诸如额外的蚀刻或沉积腔室、冷却腔室、负载锁定腔室等等。处理腔室通常为耦接至中央真空腔室的集合系统或群集工具的部分。中央真空腔室通常具有传送机器人，传送机器人用以移动基板于腔室之间。
许多基板处理执行于高温(例如，高于100℃)下。因此，通常在受控环境(例如，冷却腔室)中冷却处理后的基板，以降低基板温度至更适合操作或后续处理的温度。
一般应用来冷却基板的处理包括将处理后的基板置于冷却腔室中达预定时间量。一般公认的冷却时间量通常大于两分钟。然而，本发明人发现对基板冷却至适合将基板自冷却腔室移除的温度的公认冷却时间量倾向于保守估计。然而，实际所需的基板冷却时间通常短于估计时间。此外，本发明人亦发现实际所需的基板冷却时间取决于许多因素而有所改变，这些因素诸如基板组成、执行的处理等等。因此，以非必要的长时间让基板冷却会让整体处理效率降低，这种现象在自动与高容量处理中特别严重。
因此，本发明人已经提供更精确控制基板冷却的改良方法与装置。
发明内容
提供精确控制基板冷却的方法与装置。某些实施例中，测量基板温度的装置可包括冷却板，冷却板用以支撑基板；传感器，传感器用以在基板置于冷却板上时提供与基板的温度相对应的数据；及计算机，计算机耦接至传感器以根据传感器数据确定基板温度。
某些实施例中，可提供测量要冷却的基板温度的方法，其中基板置于处理腔室中，处理腔室具有置于冷却板上的基板，以冷却处理腔室中的基板，且处理腔室具有传感器，所述传感器设以提供与基板温度相对应的数据。某些实施例中，方法可包括(a)在预定第一时间间隔过去后，以传感器感测基板的第一温度；(b)比较第一温度与预定温度；及(c)确定第一温度是否大于、等于或小于预定温度。
某些实施例中，测量基板温度的方法可包括提供具有初始温度的基板至腔室，其中腔室包括冷却板以冷却所述冷却板上的基板，且其中冷却板包括至少一个设以提供与基板温度相对应的数据的传感器；以预定时间间隔感测并记录第一温度；比较第一温度与预定温度；以及确定第一温度是否大于、等于或小于预定温度。若确定第一温度等于或小于预定温度，那么便可自腔室移除基板。若确定第一温度大于预定温度，则将持续感测与记录温度直到感测的温度等于或小于预定温度为止。
某些实施例中，可提供计算机可读介质，所述计算机可读介质具有储存于其上的指令，当指令由控制器所执行时，可使处理腔室执行方法，处理腔室具有要冷却且置于冷却板上的基板，以冷却处理腔室中的基板，且处理腔室具有传感器，设以提供与基板温度相对应的数据。某些实施例中，方法可包括在预定第一时间间隔过去后，以传感器感测基板的第一温度；比较第一温度与预定温度；并确定第一温度是否大于、等于或小于预定温度。若确定第一温度等于或小于预定温度，那么便可自腔室移除基板。若确定第一温度大于预定温度，则将持续感测与记录温度直到感测的温度等于或小于预定温度为止。
本文将揭露其他与进一步实施例与变化形式。
附图说明
可参照描绘于附图中的实施例来理解本发明简短概述于上且将详细讨论于下的本发明的各实施例。然而，需注意附图仅描绘本发明的典型实施例而因此不被视为对本发明的范围的限制因素，因为本发明可允许其他等效实施例。
图1根据本发明某些实施例描绘适于执行基板冷却的装置。
图2根据本发明某些实施例描绘适于执行基板冷却的冷却板的横剖面图。
图3根据本发明某些实施例描绘适于执行基板冷却的冷却板的底视图。
图4根据本发明某些实施例描绘测量基板温度的方法。
为了促进理解，尽可能应用相同的元件符号来标示附图中相同的元件。预期一个实施例揭露的元件与特征可有利地用于其他实施例而不需特别详述。
具体实施方式
本发明实施例一般涉及基板处理。本发明装置与方法提供精确控制基板冷却，以应用于例如集成电路的多步骤基板处理。本发明方法可有利地提供在基板冷却时准确监控基板温度的方法，从而减少达到自处理腔室移除基板的必需基板温度所需的时间量，因此，本发明方法提供具有改良系统产量的更有效率的处理。
图1根据本发明某些实施例描绘适于执行基板冷却的装置。图2根据本发明某些实施例描绘适于执行基板冷却的冷却板的剖面图。图3根据本发明某些实施例描绘适于执行基板冷却的冷却板的底视图。图4根据本发明某些实施例描绘测量基板温度的方法。
本文描述的本发明方法可如下所述般执行于冷却腔室中。图1描绘可执行本发明的冷却腔室100的一个实施例。示范性冷却腔室100的一个示例描述于1996年9月17日申请的共同受让的美国专利案6,602,348，名称为“SubstrateCooldown Chamber”，该专利案的全文以参考资料并入本文中。
某些实施例中，冷却腔室100可附着至群集工具(未绘出)的缓冲腔室104的侧面并透过开口106流体连通于缓冲腔室104。开口106可包括狭缝阀(未绘出)，以隔离冷却腔室100与缓冲腔室104。适当群集工具的示例可为可从美国加州圣克拉拉市的Applied Materials，Inc.购得的CENTURA集成半导体基板处理系统。
冷却腔室100包括由腔室壁102所界定的内容积108以进行冷却。冷却件112置于内容积108中。冷却件112可为适合支撑且冷却基板110的任何尺寸与形状，诸如参照图2与图3描述于下的冷却板200。
基板110可为适于接受任何处理方法的任何基板，基板诸如硅基板、III-V化合物基板、硅锗(SiGe)基板、外延基板(epi-substrate)、绝缘体上硅(SOI)基板、显示器基板(诸如，液晶显示器(LCD)、等离子体显示器、电激发光(EL)灯显示器)、发光二极管(LED)基板、太阳能电池阵列、太阳能面板等等。某些实施例中，基板110可为半导体晶圆(诸如，200mm、300mm等等的硅晶圆)。
至少一个传感器132耦接至冷却件112以感测置于冷却件112顶部的基板110的温度。传感器可为任何能够提供与基板温度相对应的数据的适当传感器。举例而言，某些实施例中，传感器可为红外线(IR)传感器，以测量基板110散发的红外线，传感器是例如参照图3描述的红外线传感器。某些实施例中，传感器可为热电耦(thermocpule)，例如参照图2描述于下的热电耦。某些实施例中，传感器可为检测器，以检测自耦接至腔室壁102顶部的激光二极管发射通过基板110的光。
冷却件112可由基座114所支撑，基座114可通过连接至腔室壁102底部的波纹管(未显示)而垂直地移动。可透过质量流量控制器118自气体源116供应一种或多种冷却气体进入冷却腔室100的内容积108。可装设排气口120并通过阀122耦接至泵(未显示)，以排空腔室102的内容积并促进维持冷却腔室100中的所需压力。
控制器124或计算机可耦接至冷却腔室102的各种部件。明确地说，控制器可耦接至传感器132以根据传感器132提供的数据来确定基板温度。一旦确定后，控制器可如同下述进一步记录与/或分析基板温度。控制器可包括中央处理单元(CPU)126、存储器128与CPU 126的配套电路130。控制器124可为任何可用于工业设定以控制各种腔室与子处理器的通用计算机处理器类型之一。CPU 126的存储器或计算机可读介质128可为一个或多个易于购得的存储器，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、闪存或任何其他形式的数字储存器，无论是本地还是远程的。配套电路130耦接至CPU 126以用传统方式支持处理器。这些电路包括高速缓存、电源、计时电路、输入/输出电路图与子系统等等。本文所述的本发明方法可以软件例程储存于存储器128中，所述软件例程可经执行或调用以用本文所述的方式控制冷却腔室100的操作。软件例程亦可由第二CPU(未显示)储存和/或执行，第二CPU位于由CPU 126所控制的硬件的远端。
图2根据本发明某些实施例描绘适于执行基板冷却的冷却板200的横剖面图。冷却板200可包括任何能够支撑基板110的适当刚性材料。某些实施例中，当允许金属接触基板110背侧时，冷却板200可包括金属，金属是诸如铝、不锈钢等等。某些实施例中，当不允许金属接触时，冷却板200可经涂覆或由非金属材料(例如，陶瓷)所构成。举例而言，非金属材料可为氧化铝、碳化硅、氮化硅、石英等等。举例而言，可用循环冷却剂来冷却冷却板200，循环冷却剂流过置于冷却板200的基板支撑表面附近的热传导管(例如，铜管)。某些实施例中，表面可为平坦的以齐平地接触基板110。或者，某些实施例中，可在冷却板200表面上形成多个销或突出物以在冷却表面上固定距离处支撑基板110。
通孔204可形成于冷却板200中以允许耦接传感器208来检测基板110的温度。某些实施例中，可形成超过一个通孔204以允许多个传感器208耦接至冷却板200以便感测基板110多个位置处的温度。某些实施例中，例如图2所示，通孔204的底部可带有螺纹以允许与该螺纹匹配的螺纹接头来稳固地将传感器固定。
传感器可为任何能够提供与基板温度相对应的数据的适当传感器。举例而言，传感器208可为图2所示的热电耦。可利用螺纹接头210固定热电耦(传感器208)，螺纹接头210具有螺纹以与通孔204的螺纹部分206接合。连接线212将传感器208耦接至控制器(未绘出)，以便根据传感器208所提供的数据确定基板温度110，控制器是例如参照图1描述于上的控制器124。一旦确定后，可如下述般分析基板温度110。
传感器208可为能够在所需温度范围中提供数据的任何适当传感器，例如热电耦。某些实施例中，温度范围可在约20至约400℃之间。某些实施例中，传感器可包括热电耦，所述热电耦具有两个接合于一端且由鞘(例如，金属鞘)所包围的不类似金属。某些实施例中，例如当不期望金属接触基板110背侧时，热电耦可进一步包括非金属材料置于金属鞘顶部。例如，非金属材料可为陶瓷，诸如碳化硅、氧化铝、陶瓷组合物，诸如硅-碳化硅组合物等等。某些实施例中，非导电材料的厚度约0.05至约0.125英寸。
某些实施例中，例如当不期望接触基板110背侧时，传感器208可为红外线传感器。红外线传感器可通过任何适于在离基板110固定距离处固定红外线传感器的装置耦接至冷却板200。例如，红外线传感器可通过螺纹接头(例如，上述的螺纹接头)耦接至主体202。某些实施例中，例如图3的冷却板212底视图中，传感器可耦接至具有凸缘306的板，该板接着利用紧固件(诸如，螺钉、栓、铆钉等等)耦接至冷却板。适当红外线传感器的一个示例是温差电堆(thermopile)红外线传感器。适当红外线传感器购自多种来源，包括Micro-Epsilon America与Mikron Infrared。
图3根据本发明某些实施例描绘适于执行基板冷却的冷却板212的底视图。某些实施例中，例如图3的图示中，冷却板202可包括连通于冷却流体源的冷却流体入口302、内部冷却通道308、及冷却流体出口304。冷却流体可为气体或液体。某些实施例中，冷却流体可为冷却水。或者，可在相同或不同的温度下提供其他冷却剂。举例而言，防冻剂(诸如，乙二醇、丙二醇等等)或其他热传送流体可循环通过冷却板200并可耦接至冷却器(未显示)。
图4根据本发明某些实施例描绘精确冷却基板110的方法。方法开始于步骤402，此时提供基板110至腔室100以进行冷却。可将基板110置于冷却板200顶部，冷却板200具有至少一个与所述冷却板200耦接的传感器208，所述传感器208经配置以提供与基板110的温度相对应的数据。基板110可为任何需要冷却的基板，例如参照图1描述于上的基板。腔室可以是指定的冷却腔室，例如参照图1描述于上的冷却腔室100。
下一步骤404，以预定时间间隔藉由传感器208感测基板温度。预定时间间隔取决于处理条件而有所变化，处理条件诸如基板的类型或组成、基板上执行的处理、初始基板温度、所需的最终基板温度等等。某些实施例中，时间间隔约30秒至约120秒。某些实施例中，所感测的温度可储存于控制器124上。
下一步骤406，作出所感测的温度是否低于或等于预定温度的询问。预定温度可由多个处理条件所指定，处理条件诸如基板的类型或组成、基板上先前执行的处理、初始基板温度、所需的最终基板温度、用于随后处理的所需基板温度等等。
若询问的答案为肯定的，那么方法将进行至步骤408，自腔室移除基板。可手动或可通过自动化处理(例如，通过群集工具的传送机器人)移除基板110。
若步骤406询问的答案为否定的，那么方法将回到步骤404，再次感测与记录基板110的温度并接着再度进行至步骤406。
虽然上述是针对本发明的实施例，但可在不悖离本发明的基本范围下设计出本发明的其他与更多实施例。

Claims (15)

1.一种用于测量基板温度的装置，包括：
冷却板，用以支撑基板；
传感器，用以在所述基板置于所述冷却板上时提供与所述基板的温度相对应的数据；及
计算机，耦接至所述传感器，以根据所述传感器的数据确定所述基板的温度。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述冷却板置于冷却腔室中。
3.如权利要求1所述的装置：
其中所述冷却板置于冷却腔室中，且其中所述冷却板包括轴向通孔；及
其中所述传感器置于一位置中，以通过所述轴向通孔感测与所述基板的温度相对应的度量。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述装置被配置成处理温度约25℃至约400℃的基板。
5.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其中所述传感器包括红外线传感器，用以检测自所述基板发散的红外线辐射。
6.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其中所述传感器包括：
激光二极管，用以传送光通过所述基板；及
检测器，用以检测所传送的光。
7.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其中所述传感器是热电耦。
8.如权利要求7所述的装置，其中所述热电耦置于鞘中，所述鞘具有非传导部分，所述非传导部分被放置成当所述基板置于所述冷却板上时接触所述基板的背侧。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述非传导材料包括硅(Si)或碳化硅(SiC)中的至少一种。
10.一种用于测量置于处理腔室中且要被冷却的基板的温度的方法，所述处理腔室具有置于冷却板上的所述基板以冷却所述处理腔室中的所述基板、及被配置成提供与所述基板的温度相对应的数据的传感器，所述方法包括：
(a)在预定第一时间间隔过去后，以所述传感器感测所述基板的第一温度；
(b)比较所述第一温度与预定温度；及
(c)确定所述第一温度是否大于、等于或小于所述预定温度。
11.如权利要求10所述的方法，还包括：
(d)确定所述第一温度大于所述预定温度；
(e)在预定第二时间间隔之后，感测第二温度；
(f)比较所述第二温度与所述预定温度；及
(g)确定所述第二温度是否大于、等于或小于所述预定温度；
或者
(d)一旦确定所述第一温度等于或小于所述预定温度之后，自所述腔室移除所述基板。
12.如权利要求10至11中任一项所述的方法，其中所述腔室是冷却腔室。
13.如权利要求10至11中任一项所述的方法，其中所述传感器包括以下各项中的至少一个：红外线传感器；激光二极管与检测器；以及热电耦。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述传感器包括热电耦，所述热电耦置于鞘中，所述鞘具有非传导部分，所述非传导部分被放置为当所述基板置于所述冷却板上时接触所述基板的背侧。
15.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质具有储存于其上的数个指令，当该些指令由控制器所执行时，会使处理腔室实施一种方法，所述处理腔室具有置于冷却板上要冷却的基板以在所述处理腔室中冷却所述基板、及被配置成提供与所述基板的温度相对应的数据的传感器，所述方法包括如权利要求10-14中任一项所述的方法。
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