CN110246774A - 确定衬底支撑组件的热稳定性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及确定衬底支撑组件的热稳定性的方法，该组件包括成阵列的热控制元件，该元件中的一或多个形成该组件的能独立控制的加热器区，且该元件能操作来控制该组件的上表面的空间和瞬时温度，该方法包括在执行等离子体处理工艺之前记录该组件的时间分辨的处理前温度数据，同时给该元件供电以达到所述空间和瞬时温度。衬底在等离子体处理装置中被处理，同时给该元件供电以达到所述空间和瞬时温度，且该组件的时间分辨的处理后温度数据在处理衬底之后被记录，其中在处理后温度数据被记录的同时给该元件供电以达到所述空间和瞬时温度。将处理后温度数据与处理前温度数据进行比较，并确定处理后温度数据是否在处理前温度数据的所希望的公差范围内。
Description
本申请是申请号为201410790327.3、申请日为2014年12月17日、发明名称为“确定衬底支撑组件的热稳定性的方法”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及等离子体处理装置，且更具体地涉及等离子体处理装置的统计过程控制。
背景技术
集成电路从衬底或半导体衬底形成，在衬底或半导体衬底上形成图案化的微电子层。在衬底的处理过程中，往往采用等离子体在衬底上沉积膜或者蚀刻膜的拟定部分。缩小特征尺寸和在下一代微电子层中使用新材料已对等离子体处理设备提出了新的要求。在等离子体处理过程中，数以百计的衬底可被处理。但是，不是所有被处理的衬底都能达到可接受的质量标准。更小的特征、更大的衬底尺寸和新的处理技术要求等离子体处理装置的改进以控制等离子体处理的条件，而且除其它方面外，这还要求等离子体处理装置具有改进的均匀性、一致性和自诊断。所以，为了识别可能没有达到可接受的质量标准的衬底，故障检测可被执行。本文所讨论的故障检测是指识别潜在的问题衬底的工艺。
发明内容
本文公开了一种确定等离子体处理装置中的衬底支撑组件的上表面的热稳定性的方法，其中所述衬底支撑组件包括成阵列的热控制元件，其中所述成阵列的热控制元件中的一或多个热控制元件形成所述衬底支撑组件的能独立控制的加热器区，且其中成阵列的热控制元件能操作来控制所述衬底支撑组件的所述上表面的空间和瞬时温度。所述方法包括在执行等离子体处理工艺之前记录所述衬底支撑组件的时间分辨的处理前温度数据(time resolved pre-process temperature data)，同时给所述成阵列的热控制元件供电以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度。衬底或成批衬底在所述等离子体处理装置中被处理，同时给所述成阵列的热控制元件供电以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度，且所述衬底支撑组件的时间分辨的处理后温度数据(time resolved post-process temperature data)在处理所述衬底或所述成批衬底之后被记录，其中在所述处理后温度数据被记录的同时给所述成阵列的热控制元件供电以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度。将所述处理后温度数据与所述处理前温度数据进行比较，并确定所述处理后温度数据是否在所述处理前温度数据的所希望的公差范围内。
具体而言，本发明的一些方面可以阐述如下：
1.一种确定等离子体处理装置中的衬底支撑组件的上表面的热稳定性的方法，所述方法包括：
在所述等离子体处理装置中处理至少一个衬底之前以及给所述衬底支撑组件的成阵列的热控制元件供电以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度的同时，记录所述衬底支撑组件的处理前温度数据，
其中所述成阵列的热控制元件(i)形成衬底支撑组件的能独立控制的区域，以及(ii)可操作以控制所述衬底支撑组件的所述上表面的空间和瞬时温度，和
其中至少一些所述热控制元件在被供电时产生热；
在所述等离子体处理装置中处理所述至少一个衬底之后以及给所述成阵列的所述热控制元件供电以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度的同时，记录处理后温度数据；
比较所述处理后温度数据和所述处理前温度数据；以及
确定所述处理后温度数据是否在所述处理前温度数据的预定公差范围内。
2.根据条款1所述的方法，还包括：当所述处理后温度数据在所述处理前温度数据的预定公差范围之外时，选择性地产生警告。
3.根据条款1所述的方法，还包括：当所述处理后温度数据在所述处理前温度数据的预定公差范围之外时，选择性地停止等离子体处理。
4.根据条款1所述的方法，其中所述处理前温度数据和所述处理后温度数据都包括以下中的至少两个：
分别提供给所述热控制元件的功率水平；
分别跨越所述热控制元件的电压；
分别提供给所述热控制元件的电流；
所述热控制元件的各自的电阻；
所述衬底支撑组件的所述上表面的温度；和
能独立控制的区域的各自的温度。
5.根据条款4所述的方法，其中：
所述处理前温度数据包括在第一周期期间从第一次开始的第一多个测量，同时所述衬底支撑组件的所述成阵列的热控制元件被供电，以在所述等离子体处理装置中处理所述至少一个衬底之前达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度；
所述处理后温度数据包括在第二周期期间从第二次开始的第二多个测量，同时所述衬底支撑组件的所述成阵列的热控制元件被供电以在所述等离子体处理装置中处理所述至少一个衬底之后达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度；和
在所述第一周期期间发生所述第一次的同时在所述第二周期期间发生所述第二次。
6.根据条款1所述的方法，还包括从所述处理前温度数据和所述处理后温度数据中去除疑似的异常温度数据。
7.根据条款6所述的方法，其中，去除疑似的异常温度数据包括使用迪克森Q测试从所述处理前温度数据和所述处理后温度数据中去除疑似的异常温度数据。
8.根据条款1所述的方法，还包括过滤所述处理前温度数据和所述处理后温度数据中的至少一个。
9.根据条款1所述的方法，其中为所述衬底支撑组件的所述成阵列的热控制元件供电包括独立地向所述热控制元件供应电流以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度。
10.一种非暂时性计算机可读介质，其包括：当被执行时，执行一种确定等离子体处理装置中的衬底支撑组件的上表面的热稳定性的方法的指令，所述方法包括：
在所述等离子体处理装置中处理至少一个衬底之前以及给所述衬底支撑组件的成阵列的热控制元件供电以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度的同时，记录所述衬底支撑组件的处理前温度数据，
其中所述成阵列的热控制元件(i)形成衬底支撑组件的能独立控制的区域，以及(ii)可操作以控制所述衬底支撑组件的所述上表面的空间和瞬时温度，和
其中至少一些所述热控制元件在被供电时产生热；
在所述等离子体处理装置中处理所述至少一个衬底之后以及给所述成阵列的所述热控制元件供电以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度的同时，记录处理后温度数据；
比较所述处理后温度数据和所述处理前温度数据；以及
确定所述处理后温度数据是否在所述处理前温度数据的预定公差范围内。
11.根据条款10所述的非暂时性计算机可读介质，还包括：当被执行时，当所述处理后温度数据在所述处理前温度数据的预定公差范围之外时，选择性地产生警告的指令。
12.根据条款10所述的非暂时性计算机可读介质，还包括：当被执行时，当所述处理后温度数据在所述处理前温度数据的预定公差范围之外时，选择性地停止等离子体处理的指令。
13.跟据条款10所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述处理前温度数据和所述处理后温度数据均包括以下中的至少一个：
分别提供给所述热控制元件的功率水平；
分别跨越所述热控制元件的电压；
分别提供给所述热控制元件的电流；
所述热控制元件的各自的电阻；
所述衬底支撑组件的所述上表面的温度；和
能独立控制的区域的各自的温度。
14.根据条款13所述的非暂时性计算机可读介质，其中：
所述处理前温度数据包括在第一周期期间从第一次开始的第一多个测量，同时所述衬底支撑组件的所述成阵列的热控制元件被供电，以在所述等离子体处理装置中处理所述至少一个衬底之前达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度；
所述处理后温度数据包括在第二周期期间从第二次开始的第二多个测量，同时所述衬底支撑组件的所述成阵列的热控制元件被供电以在所述等离子体处理装置中处理所述至少一个衬底之后达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度；和
在所述第一周期期间发生所述第一次的同时在所述第二周期期间发生所述第二次。
15.根据条款10所述的非暂时性计算机可读介质，还包括：当被执行时，从所述处理前温度数据和所述处理后温度数据中去除疑似的异常温度数据的指令。
16.根据条款15所述的非暂时性计算机可读介质，其中去除疑似的异常温度数据的指令包括：当被执行时，使用迪克森Q测试从所述处理前温度数据和所述处理后温度数据中去除疑似的异常温度数据的指令。
17.根据条款10所述的非暂时性计算机可读介质，还包括：当被执行时，过滤所述处理前温度数据和所述处理后温度数据中的至少一个的指令。
18.根据条款10所述的非暂时性计算机可读介质，其中，用于为所述衬底支撑组件的成阵列的所述热控制元件供电的指令包括：当被执行时，独立地向所述热控制元件供应电流以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度的指令。
19.一种等离子体处理装置，包括：
衬底支撑组件，其具有上表面；
成阵列的热控制元件，所述成阵列的热控制元件(i)形成所述衬底支撑组件的能独立控制的区域，以及(ii)可操作以控制所述衬底支撑组件的所述上表面的空间和瞬时温度；以及
非暂时性计算机可读介质，其包括：当被执行时，执行一种确定所述衬底支撑组件的所述上表面的热稳定性的方法的指令，所述方法包括：
在所述等离子体处理装置中处理至少一个衬底之前以及给所述衬底支撑组件的所述成阵列的热控制元件供电以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度的同时，记录所述衬底支撑组件的处理前温度数据，
在所述等离子体处理装置中处理所述至少一个衬底之后以及给所述成阵列的所述热控制元件供电以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度的同时，记录处理后温度数据；
比较所述处理后温度数据和所述处理前温度数据；以及
确定所述处理后温度数据是否在所述处理前温度数据的预定公差范围内。
20.一种等离子体处理装置，包括：
衬底支撑组件，其具有上表面；
成阵列的热控制元件，所述成阵列的热控制元件(i)形成所述衬底支撑组件的能独立控制的区域，以及(ii)可操作以控制所述衬底支撑组件的所述上表面的空间和瞬时温度；以及
电路，其被配置成：
在所述等离子体处理装置中处理至少一个衬底之前：
为所述衬底支撑组件的所述成阵列的热控制元件供电，以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度；和
在为所述成阵列的热控制元件供电以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度的同时，记录所述衬底支撑组件的处理前温度数据；
在所述等离子体处理装置中处理所述至少一个衬底之后：
为所述衬底支撑组件的所述成阵列的热控制元件供电，以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度；和
在为所述成阵列的热控制元件供电以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度的同时，记录处理后温度数据；
将所述处理后温度数据与所述处理前温度数据进行比较；和
确定所述处理后温度数据是否在所述处理前温度数据的预定公差范围内。
具体实施方式
在接下来的描述中，许多具体细节被阐述以便提供对本文所描述的实施方式的透彻理解。但对本领域技术人员而言，显而易见的是所描述的实施方式可在没有这些具体细节中的一些细节的情况下被实施。另一方面，如果实施细节和工艺操作是已经公知的，则不会被详细描述。另外，本文所使用的术语“约”在结合数值使用时是指±10％。
本文所描述的各种实施方式包括方法和技术以及制造品，比如包括其上存储有用于执行本文所描述的实施方式的诸如软件算法之类的计算机可读指令的计算机可读介质和用于控制本文所描述的实施方式的控制系统的制造品。所述计算机可读介质可包括用于存储计算机可读代码的例如半导体形式、磁形式、光磁形式、光学形式、或者其它形式的计算机可读介质。此外，本文所描述的实施方式可包括装置(比如专用和/或可编程的电路)以执行与本文所公开的方法有关的任务。这种装置的示例包括通用计算机和/或经适当编程的专用计算设备，且可包括计算机/计算设备和适合与本文所描述的实施方式有关的各种任务的专用/可编程电路的组合。
衬底支撑组件在半导体等离子体处理过程中可被配置用于多种功能，比如支撑半导体衬底、调整衬底温度(其中成阵列的热控制元件可被用来调整衬底支撑组件的上表面的温度)、以及提供射频功率。衬底支撑组件和用于衬底支撑组件的加热装置的示例性实施方式可在共同受让的美国专利8,461,674、共同受让的美国专利申请公布第2011/0092072、2013/0072035、2013/0068750、2012/0115254、2013/0220989和2011/0143462号和共同受让的美国专利申请第13/908,676序列号中找到，上述所有专利或专利申请均通过参考全文并入此处。用于衬底支撑组件的功率供应和功率切换系统(包括与所述功率供应和功率切换系统电气连接的成阵列的热控制元件)的示例性实施方式可在共同受让的美国专利申请第13/690,745序列号中找到，该专利申请通过参考全文并入此处。
衬底支撑组件可包括用于在处理过程中将衬底静电夹持到衬底支撑组件的上表面上的静电卡盘(ESC)。衬底支撑组件可包括陶瓷衬底架、流体冷却式散热器(即冷却板)、加热器板、以及多个可独立控制的加热器区从而实现衬底支撑组件的逐步的径向温度控制、方位角温度控制和/或逐个芯片(die by die)的温度控制。例如，在实施方式中，流体冷却式散热器可被维持在约-20℃和80℃之间，其中成阵列的热控制元件(加热器)可将衬底支撑组件的上表面并从而将被支撑在该上表面上的衬底维持在流体冷却式散热器的温度之上约0℃到90℃的温度。可独立控制的加热器区可这样形成：控制提供给成阵列的热控制元件中的每一个热控制元件的加热器功率因而允许衬底支撑组件的上表面的温度分布并从而允许被支撑在衬底支撑组件的上表面上的衬底的温度分布能够在空间上和/或时间上受控。
但是，出于若干原因，控制温度不是一个简单的任务。第一，许多因素会影响传热，比如热源和散热器的位置、RF分布、以及媒介的移动、材料和形状。第二，传热是一个动态过程。除非讨论中的系统处理热平衡，否则传热就会发生，而温度分布和传热会随着时间改变。第三，非平衡现象(比如在等离子体处理过程中产生的等离子体)使得对任何实际等离子体处理装置的传热行为的理论预期很难(如果不是不可能的话)。第四，在形成可独立控制的加热器区的两或更多个热控制元件之间的位置处的衬底支撑件的上表面上的温度可比每个相应的热控制元件的已知温度高，从而增加监控衬底支撑组件的上表面的温度分布的难度，并从而增加监控衬底支撑组件的上表面上所支撑的衬底的温度分布的难度。
甚至在衬底支撑组件中具有由成阵列的热控制元件和下层散热器组成的多个可独立控制的加热器区的情况下，当多个衬底或多批衬底被处理时，由衬底支撑组件控制的处理条件也会随时间变化。此外，在等离子体处理装置中处理衬底时，改变处理条件可导致监控温度数据的传感器收集到噪声。所以，优选地，噪声从所监控的处理温度数据中被过滤。所以，希望的是监控衬底支撑组件中的多个可独立控制的加热器区的热稳定性以使该装置能够积极地建立并维持衬底支撑组件的上表面的所希望的空间和瞬时温度分布。因此，利用统计过程控制优选地连同噪声过滤技术，衬底支撑组件的上表面温度可相对于衬底支撑组件的上表面的空间和瞬时温度分布(即温度输出)被确定、被监控和/或被稳定。通过这种方式，可减少与处理半导体衬底有关的制造成本和工艺错误，比如跨越(across)待处理的衬底或成批衬底的处理蚀刻或沉积速率的非均匀性。
本文所使用的术语统计分析或统计过程控制(SPC)是指对温度数据的测得参数(measured parameter)或导出参数(derived parameter)或者成组的测得或导出参数的统计行为的分析，且指将这种行为与历史(基线)统计限度进行比较。这样的统计分析或SPC可产生与测得参数是否在可接受范围内相关的信息(比如硬公差范围或软公差范围(hard orsoft tolerance range))或者与等离子体处理装置的特定子系统或系统是否表现出表示失败、故障或其它问题的特定工艺状态的行为或趋势相关的信息。SPC可被用于确定衬底支撑组件的上表面的热稳定性、监控控制衬底支撑组件的热输出的参数及导出参数、以及控制衬底支撑组件的温度输出(即衬底支撑件的上表面的温度)。
为了确定等离子体处理装置中的衬底支撑组件的上表面的热稳定性，可在等离子体处理装置中执行等离子体处理工艺之前记录衬底支撑组件的时间分辨的处理前温度数据(处理前温度数据)，其中成阵列的热控制元件被供电以达到衬底支撑组件的上表面的所希望的空间和瞬时温度。在衬底支撑组件的处理前温度数据被记录之后，衬底或成批衬底可在等离子体处理装置中被处理，同时成阵列的热控制元件被供电以达到衬底支撑组件的上表面的所希望的处理空间和瞬时温度(processing spatial and temporaltemperature)。在处理衬底、成批衬底之后，或者在替代实施方式中处理多批衬底之后，衬底支撑组件的时间分辨的处理后温度数据(处理后温度数据)被记录，同时成阵列的热控制元件被供电以达到衬底支撑组件的上表面的所希望的空间和瞬时温度。优选地，处理前温度数据和处理后温度数据在相同条件下被记录，且同时给成阵列的热控制元件供电以达到衬底支撑组件的上表面的相同的所希望的空间和瞬时温度。将处理后温度数据与处理前温度数据进行比较，其中所述处理后温度数据是否在所述处理前温度数据的所希望的公差范围内被确定。通过确定处理后温度数据是否在处理前温度数据的所希望的公差范围内，可监控对衬底支撑组件的属性的改变，其中衬底支撑组件的属性根据使用情况进行改变。因此可监控、检测和/或稳定衬底支撑组件的热性能，衬底支撑组件的热性能可根据使用情况进行改变并从而导致衬底温度的相应改变。
在优选实施方式中，该方法优选地包括在处理衬底或成批衬底的同时记录时间分辨的处理温度数据(处理温度数据)，同时给成阵列的热控制元件供电以达到衬底支撑组件的上表面的所希望的处理空间和瞬时温度。时间分辨的处理温度数据可被用于建立基线温度数据，其中优选将噪声和异常温度数据从处理温度数据中过滤，或者可将处理温度数据与已知的基线温度数据进行比较，其中能确定所述处理温度数据是否在所述基线温度数据的所希望的公差范围内从而允许在处理衬底或成批衬底的同时监控对衬底支撑组件的处理条件的改变。基于数值建模或者分析建模、假定的各个热控制元件的空间分布(其中例如高斯分布被用于计算该假定的空间分布)或者由诸如假晶片(dummy wafer)或IR温度计之类的独立机构测得的衬底支撑件的实际空间特征，基线温度数据可以是已知的温度数据。处理前温度数据也可被用于形成初始基线以确定衬底支撑组件的温度输出和热控制元件的功率输入之间的关系，这可与在时间上稍后收集的后来的处理前温度数据进行比较。此外，处理温度数据可被用于调整基线温度数据以顾及衬底支撑组件的条件改变。确定和调整基线温度数据的示例性方法可见于共同受让的美国专利7,899,627，在此通过参考将该专利全文并入。
在实施方式中，该方法进一步包括输出、显示和/或存储处理前温度数据、处理后温度数据、所述处理前温度数据和所述处理后温度数据之间的比较、和/或对所述处理后温度数据是否在所述处理前温度数据的所希望的公差范围内的确定。在优选实施方式中，该方法进一步包括输出、显示、和/或存储处理温度数据、所述处理温度数据和基线温度数据之间的比较、和/或对所述处理温度是否在所述基线温度数据的所希望的公差范围内的确定。
如果处理后温度数据在处理前温度数据的所希望的公差范围外，或者替代地，处理温度数据在基线温度数据的所希望的公差范围外，优选地，用户被提醒。在实施方式中，所希望的公差范围包括软公差范围，其中，如果处理后温度数据在处理前温度数据的软公差范围外或者替代地处理温度数据在基线温度数据的软公差范围外，则用户被警告。所希望的公差范围还优选地包括硬公差范围，其中，如果处理后温度数据在处理前温度数据的硬公差范围外或者替代地处理温度数据在基线温度数据的硬公差范围外，则用户被警告或者将来的等离子体工艺被停止。软公差范围和硬公差范围可被建立以确定衬底支撑组件的热稳定性何时降级或者何时衬底支撑组件的热稳定性被认为是不能接受的。软公差范围和硬公差范围是指在处理前温度数据或基线温度数据以上和/或以下的数量或百分率差值，具体取决于工艺。硬公差范围包含软公差范围。通常，只要处理后温度数据落在处理前温度数据的硬公差范围内或者替代地处理温度数据落在基线温度数据的硬公差范围内，衬底支撑组件的热稳定性便可被认为是能够接受的。
根据用户的需求，处理后温度数据落在处理前温度数据的软公差范围外或者替代地处理温度数据落在基线温度数据的软公差范围外的衬底支撑组件可保证注意力，且警报可被发出。如果处理后温度数据落在处理前温度数据的硬公差范围外或者替代地处理温度数据落在基线温度数据的硬公差范围外，则工艺或将来的工艺可被停止。因此，如果在记录处理后温度数据的同时，甚或在记录处理温度数据的时间，温度数据的参数检测到问题，比如处理后温度数据落在处理前温度数据的硬公差范围外或者处理温度数据落在基线温度数据的硬公差范围外，则用户能够迅速找出有关的特定参数、等离子体处理装置的与这种参数相关联的特定部件、以及特定工艺步骤甚至特定步骤的子步骤，其中参数值开始偏离预期的范围。该信息可被用于确定工艺调整或修复过程以使等离子体处理装置能够被快速带回到生产中。
在优选实施方式中，处理温度数据被过滤以便减少在记录该处理温度数据的同时所收集的噪声。处理温度数据可通过平均随时间的推移而变化的处理温度数据、找出处理温度数据的平均值、最大值或最小值进行过滤。处理前温度数据和/或处理后温度数据优选地在衬底支撑组件被供电以达到衬底支撑组件的上表面的希望的空间和瞬时温度的稳定状态的同时被收集。在实施方式中，处理前和处理后温度数据的平均值被算出，用于二者之间的比较。
在优选实施方式中，其中处理温度数据被用于建立或更新基线温度数据，记录的异常温度数据从处理温度数据被除去。优选地，使用统计方法确定异常温度数据，其中所述异常温度数据被除去以便阐明会影响从处理温度数据确定基线的总体结果的任何潜在问题。优选地，异常温度数据通过使用迪克森Q测试从处理温度数据除去疑似异常的温度数据而被除去。迪克森Q测试优选地被配置为通过在90％的置信水平、且更优选地在95％或99％的置信水平分析所记录的处理温度数据而除去异常处理温度数据。
在优选实施方式中，处理前温度数据、处理后温度数据、和/或处理温度数据优选地被分析使得衬底支撑组件的上表面的空间和瞬时温度可被确定，且更优选地，衬底支撑组件的可独立控制的加热器区中的每一个的温度输出可被确定。在优选实施方式中，衬底支撑组件的每个可独立控制的加热器区被形成以便与将在等离子体处理装置中进行处理的衬底的相应的器件芯片位置对应。优选地，处理前温度数据、处理后温度数据和/或处理温度数据通过数值分析和/或分析建模被分析。通过这种方式，与衬底的相应的器件芯片位置对应的每个可独立控制的加热器区的热稳定性可被确定。据此，衬底支撑组件的热稳定性，且更优选地，与将在等离子体处理装置中进行处理的衬底的相应的器件芯片位置对应的每个可独立控制的加热器区的热稳定性可被确定。因此，如果处理后温度数据不在处理前温度数据的所希望的公差范围内，或者替代地，处理温度数据不在基线温度数据的所希望的公差范围内，则等离子体处理装置的部件或者在该等离子体处理装置中执行的工艺可被识别为需要检查、维护、修理和/或经过更新的输入参数。
在优选实施方式中，衬底支撑组件的上表面的空间和瞬时温度在独立于衬底支撑组件中所包括的成阵列的热控制元件中的热控制元件的空间频率的空间频率被映射(map)，且更优选地，被支撑在该衬底支撑组件的上表面上的衬底的上表面的空间和瞬时温度在独立于该衬底支撑组件中所包括的成阵列的热控制元件中的热控制元件的空间频率的空间频率被映射。通过这种方式，衬底支撑组件的和/或被支撑在衬底支撑组件的上表面上的衬底的上表面的空间和瞬时温度可在小于衬底支撑组件中所包括的单个独立热控制元件的长度的尺寸范围被监测和控制。
在优选实施方式中，成阵列的热控制元件可通过其可独立控制的加热器区的可扩展多路复用布局方案由电源供应功率。在处理过程中，通过调谐形成可独立控制的加热器区的热控制元件的功率，其中每个可独立控制的加热器区由所述成阵列的热控制元件中的一或多个热控制元件形成，衬底支撑件的上表面的温度分布可在时间上被控制，且在径向、方位角上且以逐片或并列(coordinate)的配置方式成型(shape)。
电气连接到成阵列的热控制元件的电源可被控制来在足够的范围供应电流持续足以达到衬底下面的各个可独立控制的加热器区中的所希望的温度的时间段，其中衬底支撑组件优选地包括与被支撑在其上表面上的衬底的每个芯片位置对应的可独立控制的加热器区。在优选实施方式中，跨越成阵列的热控制元件的各个热控制元件或各组热控制元件的电压被保持恒定。例如，电源可供应具有相同值的电流给形成衬底下面的可独立控制的加热器区的热控制元件中的每一个。替代地，供应给形成可独立控制的加热器区的热控制元件中的每一个的电流可具有不同的值，其中供应给每个热控制元件的电流被选择来达到该可独立控制的加热器区的所希望的温度。此外，电流可被供应给形成可独立控制的加热器区的热控制元件以实现该可独立控制的加热器区的动态的温度控制。这种动态的温度控制可补偿其不同区域处的衬底表面的温度的因半导体处理(例如，等离子体均匀性和RF均匀性)造成的差异，使得跨越衬底表面的所希望的温度分布可在处理过程中被维持。
衬底支撑组件的上表面的空间和瞬时温度输出，或者替代地，由一或多个热控制元件形成的衬底支撑组件的一或多个可独立控制的加热器区的空间和瞬时温度输出，可通过分析所记录的时间分辨的处理前温度数据、时间分辨的处理温度数据和/或时间分辨的处理后温度数据中的至少两个参数被确定。所述参数可包括测得参数和导出参数，比如供应给衬底支撑组件中的形成各个可独立控制的加热器区的热控制元件中的一或多个的功率电平(如本文中使用的功率)、跨越衬底支撑组件中的形成各个可独立控制的加热器区的热控制元件中的一或多个的电压(如本文中使用的电压)、供应给衬底支撑组件中的形成各个可独立控制的加热器区的热控制元件中的一或多个的电流(如本文中使用的电流)、形成各个可独立控制的加热器区的热控制元件中的一或多个的电阻(如本文中使用的电阻)、衬底支撑组件的上表面的温度输出、和/或衬底支撑组件的一或多个可独立控制的加热器区的温度输出。供应给形成可独立控制的加热器区的一或多个热控制元件的功率和该可独立控制的加热器区的温度输出之间的已知关系可被用于确定衬底支撑组件的上表面的温度输出和/或衬底支撑组件的一或多个可独立控制的加热器区的温度输出。此外，优选地，衬底支撑组件的上表面的被确定的空间和瞬时温度与该衬底支撑组件的上表面的所希望的空间和瞬时温度之间的最大偏差被确定。
在实施方式中，电流和/或电压数据作为时间的函数被记录。优选地，被记录的电流和电压数据以及温度数据的任何其它参数(测得的或导出的)以高重复率进行记录，较不优选地以低重复率进行记录。例如，优选地，电流和电压数据以小于约5Hz的速率且更优选地以约0.1至2Hz的速率(比如约1Hz的速率)进行记录。电流和电压以及温度数据的其它参数(比如形成可独立控制的加热器区的热控制元件中的或形成各个可独立控制的加热器区的热控制元件中的每一个的电阻和功率)在处理前、处理中和/或处理后必须同时地或在非常短的时延内相继地被记录以排除任何时间依赖的影响。在优选实施方式中，成阵列的热控制元件中的热控制元件(比如形成可独立控制的加热器区的热控制元件或形成各个可独立控制的加热器区的热控制元件)被配置使得它们各自的电阻依赖于它们的温度。在实施方式中，供应给成阵列的热控制元件中的至少一个热控制元件(比如衬底支撑组件的形成可独立控制的加热器区的热控制元件或形成各个可独立控制的加热器区的热控制元件)的电流用霍尔传感器、DC电流互感器、或电阻分流器进行测量。
在实施方式中，供应给形成可独立控制的加热器区的热控制元件或形成各个可独立控制的加热器区的热控制元件的功率和衬底支撑组件的温度输出或衬底支撑组件的一或多个可独立控制的加热器区的温度输出之间的关系是已知的关系。为了形成这种关系，衬底支撑组件的上表面的温度输出或衬底支撑组件的上表面的与一或多个可独立控制的加热器区对应的部分的温度输出被监控，同时处理前温度数据、处理温度数据和/或处理后温度数据被记录。因此，温度数据的参数(比如成阵列的热控制元件的电流、电压、功率和/或电阻)可被记录且前述参数和衬底支撑组件的上表面的被监控的温度输出之间的关系可针对处理前温度数据、处理温度数据和/或处理后温度数据被建立，使得所记录的温度数据可在处理前、处理中、处理后被用于确定衬底支撑组件的温度输出。
在进一步的实施方式中，衬底支撑组件的上表面的空间和瞬时温度输出或者替代地衬底支撑组件的由一或多个热控制元件形成的一或多个可独立控制的加热器区的空间和瞬时温度输出可通过分析衬底支撑组件中所包括的一个或多个热控制元件以及进一步的温度控制部件(比如流体冷却式散热器和/或加热器板)的所记录的时间分辨的处理前温度数据、时间分辨的处理温度数据和/或时间分辨的处理后温度数据中的至少两个参数被确定，其中流体控制的散热器和/或加热器板的参数被测定或者是已知的。
热测量设备可被用于监控衬底支撑组件的上表面的温度输出，其中热测量设备优选地监控衬底支撑组件的整个上表面，或者替代地监控衬底支撑组件的上表面的一部分。在实施方式中，热测量设备可以是包括热电耦、IR摄像机、扫描式IR温度计或者扫描式热电耦探针的测试衬底。在替代实施方式中，扫描探针可被用于测量衬底支撑组件的上表面的具体区域。热测量设备可被用于建立衬底支撑组件的上表面的温度输出与处理前温度数据、处理温度数据和/或处理后温度数据之间的关系。在处理前温度数据、处理温度数据和/或处理后温度数据与衬底支撑组件的上表面的温度输出之间的关系被建立之后，该关系可被用于确定该衬底支撑组件的上表面的热稳定性。
在实施方式中，用户可针对处理温度数据和/或处理后温度数据设置参数(比如电流和/或电压和/或任何测定参数或导出参数，例如衬底支撑组件的上表面的导出的表面温度、功率输入、跨越热控制元件或成组热控制元件的电阻)的SPC限度。此外，随时间的推移而收集的所记录的处理前温度数据、处理温度数据和/或处理后温度数据可被呈现给用户以示出它们在工艺或若干工艺期间的值和趋势以及它们之间的关系。所记录的处理前温度数据、处理温度数据和/或处理后温度数据可被用作反馈方法且呈现给用户或者馈送到算法中以确定该处理是否在设定的控制限度内。所记录的处理前温度数据、处理温度数据和/或处理后温度数据也可被用在前馈方法中，在该方法中，用于下个处理的输入参数可自动改变或由用户改变以补偿任何工艺变化。用户输入可基于所记录的参数的建议、恒定值、或者由用户自由输入。
此外，根据衬底支撑组件的被确定的热稳定性，输入参数可在下个衬底或下批衬底被处理之前被校正。输入参数可通过自动补偿或通过报告用户并令用户校正该输入参数值而进行校正。就后者而言，该装置可给予建议或者令用户决定改变哪个参数以及改变多少量。通过这种实时诊断和分析的方式，输入参数可在每个处理之后或者在每个处理步骤之后被调整，从而使损坏衬底或降低若干衬底的芯片良率的风险最小化。例如，如果处理温度数据在基线温度数据的所希望的公差范围外和/或处理后温度数据在处理前温度数据的所希望的公差范围外，则输入参数可针对后面的等离子体工艺被改变。因此，输入参数可被校正使得在后面的等离子体工艺过程中收集到的后面的温度数据在处理前温度数据的所希望的公差范围内。
为了衬底支撑组件的热稳定性的长期趋势，测得或导出参数中的每一个的处理前温度数据、处理温度数据和/或处理后温度数据可被存储。趋势可通过自动算法在衬底支撑组件的热稳定性的限定的SPC限度下被监控，或者可被优选地以图形方式或者替代地以表格的形式呈现给用户。
虽然已参考本文所公开的方法的具体实施方式详细描述了本文所公开的方法的实施方式，但对本领域技术人员而言，显而易见的是可在不背离所附权利要求的范围的情况下进行各种改变和修改以及采用等同方式。
Claims (10)
1.一种确定等离子体处理装置中的衬底支撑组件的上表面的热稳定性的方法，所述方法包括：
在所述等离子体处理装置中处理至少一个衬底之前以及给所述衬底支撑组件的成阵列的热控制元件供电以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度的同时，记录所述衬底支撑组件的处理前温度数据，
其中所述成阵列的热控制元件(i)形成衬底支撑组件的能独立控制的区域，以及(ii)可操作以控制所述衬底支撑组件的所述上表面的空间和瞬时温度，和
其中至少一些所述热控制元件在被供电时产生热；
在所述等离子体处理装置中处理所述至少一个衬底之后以及给所述成阵列的所述热控制元件供电以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度的同时，记录处理后温度数据；
比较所述处理后温度数据和所述处理前温度数据；以及
确定所述处理后温度数据是否在所述处理前温度数据的预定公差范围内。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：当所述处理后温度数据在所述处理前温度数据的预定公差范围之外时，选择性地产生警告。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：当所述处理后温度数据在所述处理前温度数据的预定公差范围之外时，选择性地停止等离子体处理。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述处理前温度数据和所述处理后温度数据都包括以下中的至少两个：
分别提供给所述热控制元件的功率水平；
分别跨越所述热控制元件的电压；
分别提供给所述热控制元件的电流；
所述热控制元件的各自的电阻；
所述衬底支撑组件的所述上表面的温度；和
能独立控制的区域的各自的温度。
5.一种非暂时性计算机可读介质，其包括：当被执行时，执行一种确定等离子体处理装置中的衬底支撑组件的上表面的热稳定性的方法的指令，所述方法包括：
在所述等离子体处理装置中处理至少一个衬底之前以及给所述衬底支撑组件的成阵列的热控制元件供电以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度的同时，记录所述衬底支撑组件的处理前温度数据，
其中所述成阵列的热控制元件(i)形成衬底支撑组件的能独立控制的区域，以及(ii)可操作以控制所述衬底支撑组件的所述上表面的空间和瞬时温度，和
其中至少一些所述热控制元件在被供电时产生热；
在所述等离子体处理装置中处理所述至少一个衬底之后以及给所述成阵列的所述热控制元件供电以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度的同时，记录处理后温度数据；
比较所述处理后温度数据和所述处理前温度数据；以及
确定所述处理后温度数据是否在所述处理前温度数据的预定公差范围内。
6.根据权利要求5所述的非暂时性计算机可读介质，还包括：当被执行时，当所述处理后温度数据在所述处理前温度数据的预定公差范围之外时，选择性地产生警告的指令。
7.根据权利要求5所述的非暂时性计算机可读介质，还包括：当被执行时，当所述处理后温度数据在所述处理前温度数据的预定公差范围之外时，选择性地停止等离子体处理的指令。
8.跟据权利要求5所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述处理前温度数据和所述处理后温度数据均包括以下中的至少一个：
分别提供给所述热控制元件的功率水平；
分别跨越所述热控制元件的电压；
分别提供给所述热控制元件的电流；
所述热控制元件的各自的电阻；
所述衬底支撑组件的所述上表面的温度；和
能独立控制的区域的各自的温度。
9.一种等离子体处理装置，包括：
衬底支撑组件，其具有上表面；
成阵列的热控制元件，所述成阵列的热控制元件(i)形成所述衬底支撑组件的能独立控制的区域，以及(ii)可操作以控制所述衬底支撑组件的所述上表面的空间和瞬时温度；以及
非暂时性计算机可读介质，其包括：当被执行时，执行一种确定所述衬底支撑组件的所述上表面的热稳定性的方法的指令，所述方法包括：
在所述等离子体处理装置中处理至少一个衬底之前以及给所述衬底支撑组件的所述成阵列的热控制元件供电以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度的同时，记录所述衬底支撑组件的处理前温度数据，
在所述等离子体处理装置中处理所述至少一个衬底之后以及给所述成阵列的所述热控制元件供电以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度的同时，记录处理后温度数据；
比较所述处理后温度数据和所述处理前温度数据；以及
确定所述处理后温度数据是否在所述处理前温度数据的预定公差范围内。
10.一种等离子体处理装置，包括：
衬底支撑组件，其具有上表面；
成阵列的热控制元件，所述成阵列的热控制元件(i)形成所述衬底支撑组件的能独立控制的区域，以及(ii)可操作以控制所述衬底支撑组件的所述上表面的空间和瞬时温度；以及
电路，其被配置成：
在所述等离子体处理装置中处理至少一个衬底之前：
为所述衬底支撑组件的所述成阵列的热控制元件供电，以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度；和
在为所述成阵列的热控制元件供电以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度的同时，记录所述衬底支撑组件的处理前温度数据；
在所述等离子体处理装置中处理所述至少一个衬底之后：
为所述衬底支撑组件的所述成阵列的热控制元件供电，以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度；和
在为所述成阵列的热控制元件供电以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和瞬时温度的同时，记录处理后温度数据；
将所述处理后温度数据与所述处理前温度数据进行比较；和
确定所述处理后温度数据是否在所述处理前温度数据的预定公差范围内。
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