CN114175208A - 衬底处理系统中非均匀性的原位实时感测和补偿 - Google Patents

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Abstract

本公开的系统和方法对衬底处理系统中的各种非均匀性进行原位感测和实时补偿。通过确定设置在衬底支撑件中的多个微型加热器的矩阵上的温度分布来感测等离子体非均匀性。替代地，通过使用矩阵加热器和用于加热衬底支撑件的一个或多个区域的一个或多个加热器确定穿过衬底支撑件的热通量来感测等离子体非均匀性。等离子体非均匀性通过调整一个或多个参数来补偿，所述参数例如提供给矩阵加热器的功率、被提供以产生等离子体的射频功率、用于产生等离子体的一种或多种气体的化学性质和/或流速、热控制单元或制冷器的设置等。此外，衬底支撑件中固有的非均匀性使用区域和矩阵加热器感测，并通过调整一个或多个参数进行补偿。

Description

衬底处理系统中非均匀性的原位实时感测和补偿
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年7月25日申请的美国临时申请No.62/878,548的优先权。上述引用的申请其全部公开内容都通过引用合并于此。
技术领域
本公开总体上涉及衬底处理系统，更具体地涉及衬底处理系统中的各种非均匀性的原位感测和实时补偿。
背景技术
这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。
衬底处理系统通常包括多个处理室(也称为处理模块)以执行衬底(例如半导体晶片)的沉积、蚀刻和其他处理。可以在衬底上执行的处理的示例包括但不限于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)处理、化学增强等离子体气相沉积(CEPVD)处理和溅射物理气相沉积(PVD)处理。可以在衬底上执行的处理的其他示例包括但不限于蚀刻(例如，化学蚀刻、等离子体蚀刻、反应离子蚀刻等)和清洁处理。
在处理期间，衬底被布置在衬底处理系统的处理室中的衬底支撑件(例如基座、静电卡盘(ESC)等)上。在沉积过程中，将包括一种或多种前体的气体混合物引入处理室，并激励等离子体以激活化学反应。在蚀刻期间，包括蚀刻气体的气体混合物被引入处理室，并且等离子体被激励以激活化学反应。计算机控制的机械手通常以衬底将被处理的顺序将衬底从一个处理室转移到另一个处理室。
发明内容
一种衬底处理系统包括：衬底支撑件、气体源、RF发生器、电源和控制器。所述衬底支撑件被配置为在处理室中支撑半导体衬底。所述衬底支撑件包括矩阵加热器。所述矩阵加热器包括被布置成矩阵并且被配置为在处理期间控制所述半导体衬底的温度的多个加热器元件。所述气体源被配置为向所述处理室提供处理气体。所述RF发生器被配置为向所述处理室提供RF功率以在所述处理室中产生等离子体。所述电源被配置为向所述矩阵加热器的所述多个加热器元件提供功率。
所述控制器被配置为在向所述矩阵加热器的所述多个加热器元件提供预定功率的同时执行以下操作：提供所述处理气体和所述RF功率以产生所述等离子体；确定所述多个加热器元件的第一电阻；改变选自由所述处理气体的化学性质、所述处理气体的流速和所述RF功率组成的群组中的一个参数以继续产生所述等离子体，同时保持所述群组中的其他参数恒定；响应于改变所述一个参数来确定所述多个加热器元件的第二电阻；以及基于所述多个加热器元件的所述第一电阻和第二电阻来确定所述等离子体的均匀性。
在其他特征中，述控制器被配置为在打开所述气体源和所述RF发生器之前执行以下操作：通过向所述第二加热器的多个加热器元件提供功率来确定多个加热器元件的加热响应；以N个增量将给所述多个加热器元件的所述功率增加到所述预定功率；以及在每个增量之后确定所述多个加热器元件的电阻，其中N是正整数。所述控制器被配置为：在确定所述第二加热器的多个加热器元件的所述加热响应之后，基于所述多个加热器元件的所述加热响应以及所述第一电阻和第二电阻确定所述等离子体的均匀性。
在其他特征中，所述控制器被配置为：基于所述多个加热器元件的所述加热响应以及所述第一电阻和第二电阻确定所述多个加热器元件上的温度分布。所述控制器被配置为：基于所述多个加热器元件上的所述温度分布确定所述等离子体的均匀性。
在其他特征中，响应于所述等离子体不均匀，所述控制器被配置为在所述半导体衬底的处理期间调整以下一项或多项以补偿所述等离子体的非均匀性：所述RF功率；所述处理气体的所述化学性质；所述处理气体的所述流速；提供给所述多个加热器元件中的一个或更多个的所述功率；由热控制单元提供给所述衬底支撑件的冷却剂的温度；以及由所述热控制单元提供给所述衬底支撑件的所述冷却剂的流速。
在还有的其他特征中，一种衬底处理系统包括：衬底支撑件、气体源、RF发生器、和控制器。所述衬底支撑件被配置为在处理室中支撑半导体衬底。所述衬底支撑件包括第一加热器和第二加热器。所述第一加热器被配置为在处理所述半导体衬底期间加热所述衬底支撑件的与所述半导体衬底邻近的区域。所述第二加热器与所述第一加热器竖直分离。所述第二加热器包括被布置成矩阵并且被配置为在处理期间控制所述半导体衬底的温度的加热器元件。所述气体源被配置为向所述处理室提供处理气体。所述RF发生器被配置为向所述处理室提供RF功率以在所述处理室中产生等离子体。
所述控制器被配置为：提供所述处理气体和所述RF功率以产生所述等离子体；确定表示所述第一加热器的第一温度的所述第一加热器的第一电阻；确定表示所述多个加热器元件中的一个的第二温度的所述第二加热器的所述加热器元件中的所述一个加热器元件的第二电阻；基于所述第一温度和第二温度之间的差确定所述第一加热器和所述加热器元件中的所述一个加热器元件之间的热通量；以及基于所述热通量确定所述等离子体的均匀性。
在其他特征中，响应于所述等离子体不均匀，所述控制器被配置为在所述半导体衬底的处理期间调整以下一项或多项以补偿所述等离子体的非均匀性：所述RF功率；所述处理气体的化学性质；所述处理气体的流速；提供给所述加热器元件中的一个或更多个的功率；由热控制单元提供给所述衬底支撑件的冷却剂的温度；以及由所述热控制单元提供给所述衬底支撑件的所述冷却剂的流速。
在还有的其他特征中，一种衬底处理系统包括：衬底支撑件、电源和控制器。所述衬底支撑件被配置为在处理室中支撑半导体衬底，其中所述衬底支撑件包括第一加热器和第二加热器。所述第一加热器被配置为在处理所述半导体衬底期间加热所述衬底支撑件的与所述半导体衬底邻近的区域。所述第二加热器包括被布置成矩阵并且被配置为在处理期间控制所述半导体衬底的温度的加热器元件。所述电源被配置为向所述第一加热器和第二加热器提供功率。
所述控制器被配置为在向所述第二加热器的所述加热器元件提供预定功率的同时执行以下操作：向所述第一加热器提供第一量的功率；确定所述加热器元件的第一电阻；向所述第一加热器提供第二量的功率；确定所述加热器元件的第二电阻；以及基于所述加热器元件的所述第一电阻和第二电阻确定所述衬底支撑件的非均匀性。
在其他特征中，所述衬底处理系统进一步包括气体源和RF发生器。所述气体源被配置为向所述处理室提供处理气体。所述RF发生器被配置为向所述处理室提供RF功率以在所述处理室中产生等离子体。所述控制器被配置为在向所述第一加热器和第二加热器提供功率之前关闭所述气体源和所述RF发生器，直到确定所述衬底支撑件的非均匀性。
在其他特征中，所述控制器被配置为在向所述第一加热器提供所述第一量的功率之前执行以下操作：向所述第二加热器的所述加热器元件提供功率；以N个增量增加给所述加热器元件的所述功率，直至达到所述预定功率，其中N是正整数；在每个增量后确定所述加热器元件的电阻；以及基于在每个增量后确定的所述加热器元件的所述电阻确定所述加热器元件的加热响应。所述控制器被配置为：在确定所述加热器元件的所述加热响应后，基于所述加热器元件的所述加热响应以及所述第一电阻和第二电阻确定所述衬底支撑件的所述非均匀性。
在其他特征中，所述控制器被配置为：基于所述加热器元件的所述加热响应以及所述第一电阻和第二电阻确定所述第二加热器的所述加热器元件上的温度分布。所述控制器被配置为：基于所述加热器元件上的所述温度分布确定所述衬底支撑件的所述非均匀性。
在其他特征中，所述控制器被配置为在所述半导体衬底的处理期间调整以下一项或多项以补偿所述衬底支撑件的所述非均匀性：被提供以在所述处理室中产生等离子体的RF功率；被提供以在所述处理室中产生所述等离子体的处理气体的化学性质；所述处理气体的流速；被提供给所述加热器元件中的一个或多个的功率；由热控制单元提供给所述衬底支撑件的冷却剂的温度；以及由所述热控制单元提供给所述衬底支撑件的所述冷却剂的流速。
在还有的其他特征中，一种系统包括处理器和存储指令的存储器，所述指令当由所述处理器执行时，将所述处理器配置为：关闭处理气体和RF功率的向处理室的供应，所述处理室包括用于支撑半导体衬底的衬底支撑件。所述指令将所述处理器配置为：向所述衬底支撑件中被布置成矩阵的多个加热器元件提供功率，以在处理期间控制所述半导体衬底的温度。所述指令将所述处理器配置为：以N个增量增加给所述加热器元件的所述功率，直至达到预定功率，其中N是正整数。所述指令将所述处理器配置为：在每个增量后确定所述加热器元件的电阻；以及基于所述电阻确定所述加热器元件的加热响应。
所述指令还将所述处理器配置为在向所述加热器元件提供所述预定功率的同时执行以下操作：提供所述处理气体和所述RF功率以在所述处理室中产生等离子体；确定所述加热器元件的第一电阻；改变选自由所述处理气体的化学性质、所述处理气体的流速和所述RF功率组成的群组中的一个参数以继续产生所述等离子体，同时保持该群组中的其他参数恒定；响应于改变所述一个参数确定所述加热器元件的第二电阻；基于所述加热器元件的所述加热响应和所述第一电阻和第二电阻确定所述加热器元件上的温度分布；以及基于所述加热器元件上的所述温度分布确定所述等离子体的均匀性。
在其他特征中，响应于所述等离子体不均匀，所述指令进一步配置所述处理器以在所述半导体衬底的处理期间调整以下一项或多项以补偿所述等离子体的非均匀性：所述RF功率；所述处理气体的所述化学性质；所述处理气体的所述流速；提供给所述多个加热器元件中的一个或更多个的所述功率；由热控制单元提供给所述衬底支撑件的冷却剂的温度；以及由所述热控制单元提供给所述衬底支撑件的所述冷却剂的流速。
在还有的其他特征中，一种系统包括处理器和存储指令的存储器，所述指令当由所述处理器执行时，将所述处理器配置为：向处理室提供处理气体和RF功率以在所述处理室中产生等离子体。所述处理室包括衬底支撑件以在处理所述半导体衬底期间支撑所述半导体衬底。所述指令将所述处理器配置为：确定布置在所述衬底支撑件中的第一加热器的第一电阻，以在处理所述半导体衬底期间加热所述衬底支撑件的与所述半导体衬底邻近的区域，所述第一电阻指示所述第一加热器的第一温度。所述指令将所述处理器配置为：确定在所述衬底支撑件中布置成矩阵的多个加热器元件中的一个的第二电阻，以在处理期间控制所述半导体衬底的温度。所述第二电阻指示所述加热器元件中的所述一个的第二温度。所述指令将所述处理器配置为：基于所述第一温度和第二温度之间的差确定所述第一加热器和所述加热器元件中的所述一个之间的热通量。所述指令将所述处理器配置为：基于所述热通量确定所述等离子体的均匀性。
在其他特征中，响应于所述等离子体不均匀，所述指令进一步将所述处理器配置成在所述半导体衬底的处理期间调整以下一项或多项以补偿所述等离子体的非均匀性：所述RF功率；所述处理气体的化学性质；所述处理气体的流速；提供给所述加热器元件中的一个或更多个的功率；由热控制单元提供给所述衬底支撑件的冷却剂的温度；以及由所述热控制单元提供给所述衬底支撑件的所述冷却剂的流速。
在还有的其他特征中，一种系统包括：处理器；和存储指令的存储器。所述指令当由所述处理器执行时，将所述处理器配置为：关闭第一加热器的电源，所述第一加热器被布置在衬底支撑件中以在处理室中处理所述半导体衬底期间加热所述衬底支撑件的与布置在所述衬底支撑件上的半导体衬底相邻的区域。所述指令将所述处理器配置为：关闭处理气体和射频功率向所述处理室的供应。所述指令将所述处理器配置为：向所述衬底支撑件中被布置成矩阵的多个加热器元件提供功率，以在处理期间控制所述半导体衬底的温度。所述指令将所述处理器配置为：以N个增量增加给所述加热器元件的所述功率，直至达到预定功率，其中N是正整数。所述指令将所述处理器配置为：在每个增量后确定所述加热器元件的电阻；以及基于所述电阻确定所述加热器元件的加热响应。
所述指令还将所述处理器配置为在向所述加热器元件提供所述预定功率的同时执行以下操作：向所述第一加热器提供第一量的功率；确定所述加热器元件的第一电阻；向所述第一加热器提供第二量的功率；确定所述加热器元件的第二电阻；基于所述加热器元件的所述加热响应和所述第一电阻和第二电阻确定所述加热器元件上的温度分布；以及基于所述加热器元件上的所述温度分布确定所述衬底支撑件的所述非均匀性。
在其他特征中，所述指令进一步配置所述处理器以在处理所述半导体衬底期间调整以下一项或多项以补偿所述衬底支撑件的所述非均匀性：被提供以在所述处理室中产生等离子体的所述RF功率；被提供以在所述处理室中产生所述等离子体的所述处理气体的化学性质；所述处理气体的流速；被提供给所述加热器元件中的一个或多个的功率；由热控制单元提供给所述衬底支撑件的冷却剂的温度；和由所述热控制单元提供给所述衬底支撑件的所述冷却剂的流速。
根据详细描述、权利要求和附图，本公开内容的适用性的进一步的范围将变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并非意在限制本公开的范围。
附图说明
根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：
图1示出了包括处理室的衬底处理系统的功能框图，该处理室使用感应耦合等离子体来蚀刻衬底，例如半导体晶片；
图2示出了图1的衬底处理系统的处理室和其他部件的示意图；
图3A至3C示出了包括多个加热器区域的基座的示例；
图4A和4B示出了在衬底支撑件中使用的矩阵加热器的示例；
图5A和5B示出了衬底支撑件中的多区域和矩阵加热器的两种可能布置；
图6示出了用于感测和补偿等离子体非均匀性的第一种方法的流程图；
图7A和7B示出了用于感测和补偿等离子体非均匀性的第二种方法的流程图；
图8示出了感测和补偿衬底支撑件中固有存在的非均匀性的第三种方法的流程图；以及
图9A和9B示出了根据本公开的加热系统的示例的功能框图。
在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
本公开涉及用于对衬底处理系统中的各种非均匀性进行原位感测和实时补偿的系统和方法。例如，如下文详细解释的，可以通过确定布置在衬底支撑件中的多个微型加热器(以下称为矩阵加热器)的矩阵上的温度分布来感测等离子体非均匀性。替代地，可通过使用用于加热衬底支撑件的矩阵加热器和一个或多个区域的一个或多个加热器(下文称为多区域加热器)确定穿过衬底支撑件的热通量来感测等离子体非均匀性。可以通过调整一个或多个参数来补偿等离子体非均匀性，所述参数例如提供给矩阵加热器的功率(下文称为加热器功率)、提供给产生等离子体的RF功率、用于产生等离子体的一种或多种气体的化学性质和/或流速、用于热控制单元(TCU，也称为冷却器)的设置等。
此外，衬底支撑件中固有的非均匀性(下文称为ESC非均匀性)可以使用多区域和矩阵加热器来感测，并且可以通过调整上述的一个或多个参数来补偿。例如，由于与多区域加热器相关的非线性，可能会出现ESC非均匀性。此外，由于用于连接衬底支撑件中的加热器、电极(例如，夹持电极)、传感器(例如，温度传感器)等以控制电子设备和电源的各种连接件(例如，电线)，可能存在ESC非均匀性。如下文所述，用于感测这些非均匀性的系统和方法是自参考的，因此避免了通常使用的各种复杂的校准程序。由于它们的自参考特性，这些系统和方法提供了室与室之间以及晶片到晶片之间的匹配，从而减少了可变性并提高了产量。
通常，处理温度均匀性是决定在蚀刻工具中的半导体晶片处理过程中工作管芯良率的关键参数之一。蚀刻工具的非均匀性有多种来源，包括：静电卡盘(ESC)、等离子体相关的非均匀性和晶片图案。在ESC中，非均匀性可能是由于加热器、与通过ESC的热通量相关的非均匀性以及冷却系统的非均匀性导致的。等离子体会引入显著的非均匀性，这很难控制和测量。等离子体非均匀性可能是由于RF非均匀性和气体注入非均匀性造成的。处理晶片可能具有特定的图案，这可能会由于与处理气体的化学反应而转化为温度非均匀性。这些反应可以是放热的或吸热的，具体取决于晶片上的材料与室中的气体之间的化学反应的性质。ESC中两个不同深度的传感器可用于计算通过ESC的热通量。测量热通量而不是温度具有作为一种差分测量方法的优点，该方法不受局部热量变化的影响。热通量法提供了一种估计等离子体热负荷的直接方法。下面详细描述系统和方法的这些和其他特征。
本公开组织如下。在描述本公开的系统和方法之前，参考图1示出和描述了其中可以实现所述系统和方法的衬底处理系统和处理室的示例。使用图2所示的处理室和衬底处理系统的其他部件的示意图来描述通过本公开的系统和方法解决的问题。参考图3A-5B示出和描述了布置在衬底支撑件中的加热器的示例。通过本公开的系统和方法所提供的解决方案将参照图6-9B进行描述。
图1示出了根据本公开的衬底处理系统10的示例。衬底处理系统10包括线圈驱动电路11。在一些示例中，线圈驱动电路11包括RF源12、脉冲电路14和调谐电路(即匹配电路)13。脉冲电路14控制由RF源12产生的RF信号的变压器耦合等离子体(TCP)包络并且在操作期间使TCP包络的占空比在1％和99％之间变化。可以理解，脉冲电路14和RF源12可以组合或分开。
调谐电路13可以直接连接到感应线圈16。虽然衬底处理系统10使用单个线圈，但是一些衬底处理系统可以使用多个线圈(例如，内线圈和外线圈)。调谐电路13将RF源12的输出调谐到期望的频率和/或期望的相位，并且匹配线圈16的阻抗。
介电窗24沿处理室28的顶侧布置。处理室28还包括用于支撑衬底34的衬底支撑件(或基座)32。衬底支撑件32可以包括静电卡盘(ESC)，或机械卡盘或其他类型的卡盘。处理气体被提供到处理室28并且等离子体40在处理室28内部产生。等离子体40蚀刻衬底34的暴露表面。RF电源53包括RF源50、脉冲电路51和偏置匹配电路52，偏置匹配电路52可用于在操作期间偏置衬底支撑件32以控制离子能量。
气体输送系统56可用于向处理室28提供处理气体混合物。气体输送系统56可包括处理和惰性气体源57、气体计量系统58(例如阀门和质量流量控制器)和歧管59，气体注入器63可以布置在介电窗24的中心并且用于将气体混合物从气体输送系统56注入到处理室28中。附加地或替代地，气体混合物可以从处理室28的侧面注入。
加热器/冷却器64可以用于将衬底支撑件32加热/冷却至预定温度。排放系统65包括阀66和泵67以控制处理室中的压力和/或通过清扫或抽排从处理室28中去除反应物。
控制器54可用于控制蚀刻处理。控制器54监测系统参数并控制：气体混合物的输送；激励、维持和熄灭等离子体；反应物的去除；冷却液的提供；控制加热器/冷却器64的温度；等等。另外，如下文所述，控制器54可以控制线圈驱动电路11、RF源50和偏置匹配电路52等的各个方面。
用户界面(UI)68可以与控制器54和衬底支撑件32对接。UI 68可用于监测和控制在处理室28中执行的处理。例如，UI 68可接收来自衬底支撑件32中的传感器的数据，通过控制器54设置处理参数，等等。UI可以直接控制衬底34的温度，也可以通过控制器54间接控制衬底34的温度。
图2示出了衬底处理系统(例如图1的系统10)的处理室200(例如图1的处理室28)和其他部件(例如电源和UI)的示意图。例如，处理室200包括支撑衬底204的ESC 202。ESC202包括一个或多个夹持电极206、加热器208和一个或多个温度传感器210。例如，加热器208包括一个或多个区域加热器和多个矩阵加热器，其中每个都被单独控制。多区域和矩阵加热器的示例参照图3A-5B示出和描述。
处理室200还包括用于电源管理、加热器控制和温度感测的控制电路212。加热器电源214通过RF滤波器218和控制电路212向加热器208提供功率。电源216通过RF滤波器218向控制电路212提供功率。电源214、216使用单独的RF滤波器并且经常使用多个RF滤波器。用户界面(例如，图1的UI 68)与控制电路212对接。RF电源53提供RF功率以产生等离子体40。
RF等离子体40用于处理衬底204。为了能够进行处理，形成所谓的RF热环境或区域，其中在处理期间存在非常高的RF电压(幅度和频率)。RF热区包括诸如阳极、ESC202和ESC控制电路212之类的组件。RF热区之外是所谓的RF冷环境或区域，其中RF电压与在处理过程中的RF热区相比是相对较低的。RF冷区包括诸如系统电源和控制(例如电源214和216以及UI 68)之类的组件。
由电源214、216提供的功率通过铜电缆传输到ESC 202和控制电路212。UI 68通过光纤电缆与控制电路212通信。光纤电缆通常用于直接跨越RF热区和RF冷区的数据通信，因为光本质上不受RF干扰的影响。
跨越RF热区和RF冷区的电压的幅值范围通常可以从几KV到几十KV，频率范围通常可以从几MHz到几十MHz。从RF热区到RF冷区的任何铜缆都被RF滤波器218过滤，以阻止电源214、216的任何RF拾取。
图3A-3C示出了包括多区域加热器的衬底支撑件的区域的各种示例。虽然示出了特定示例，但也可以使用其他区域布局。在图3A中，衬底支撑件310(例如，图2的ESC 202)包括同心区域，其包括区域1、区域2和区域3。每个区域包括电阻加热器(例如，图2的加热器208)。在图3B中，衬底支撑件350(例如，图2的ESC 202)包括限定内部区域360和外部区域362的电阻加热器线圈(例如，图2的加热器208)。在图3C中，在衬底支撑件370中，内部区域1被周向外部区域2、3、4和5围绕。每个区域包括电阻加热器(例如，图2的加热器208)。可以理解，可以使用包括相应电阻加热器的其他区域布局。
图4A和4B示出了矩阵加热器的示例。在图4A中，多个电阻加热器402(也称为加热器元件402)以矩阵形式(即，以阵列或网格状布置)布置在衬底支撑件(例如，图2的ESC202)中以形成矩阵加热器。在整个以下讨论中，矩阵加热器的电阻加热器(即，加热器元件)402为了便于阅读和容易地将它们与多区域加热器区分开来而简单地称为矩阵加热器402，而不必在每个实例中列举矩阵加热器中的加热器元件402。因此，以下对矩阵加热器402的引用应理解为矩阵加热器的加热器元件402，并且以下对矩阵加热器402的引用应理解为矩阵加热器的加热器元件402。
可以独立地控制矩阵加热器402中的每一个。矩阵加热器402中的每一个连接到功率提供线404和功率返回线406。没有两个矩阵加热器402共享同一对功率提供线404和功率返回线406。通过合适的电气开关布置，一对功率提供线404和功率返回线406连接到电源(例如，图2中所示的元件214)。因此，在任何给定时间，只有一个连接到一对功率提供线404和功率返回线406的矩阵加热器402被打开。每个矩阵加热器402的时间平均加热功率可以通过时域复用单独调整。
为了防止矩阵加热器402之间的串扰，整流器410(例如，二极管)可以串联在每个矩阵加热器402和与其连接的功率提供线404之间(如图4A中所示)或在每个矩阵加热器402和与其连接的功率返回线406(如图4B所示)之间。整流器410可以位于包括矩阵加热器402的加热板中或位于任何其他合适的位置。替代地，可以使用任何其他电流阻断装置(例如固态开关)来防止串扰。控制电路(例如，图2中所示的元件212)选择一对功率提供线404和功率返回线406来一次操作一个矩阵加热器402。
图5A和5B示出了多区域和矩阵加热器的两种可能布置。在图5A中，一个或多个多区域加热器502沿着平行于衬底204的第一平面布置在衬底支撑件(例如，ESC 202)中。第一平面与衬底支撑件的顶表面相距第一距离，在处理期间衬底204被布置在该顶表面上。多个矩阵加热器402被布置在平行于衬底204的第二平面中。第二平面与衬底支撑件的顶表面相距第二距离，在处理期间衬底204被布置在该顶表面上。换言之，多区域加热器502比矩阵加热器402更靠近衬底支撑件的顶表面。
图5B示出了多区域加热器502和矩阵加热器402的位置颠倒的布置。多区域加热器502和矩阵加热器402统称为加热器208。加热器208的任一种布置都适用于如下所述的根据本公开来感测和补偿非均匀性。
在衬底处理系统(例如，图1中所示的元件10)中，等离子体蚀刻均匀性(或RF和处理气体均匀性)是晶片处理的关键参数。目前，等离子体均匀性测量是可用的，但很少是原位和实时可用的。例如，朗缪尔(Langmuir)探针可用于测量等离子体均匀性，但除了在产品开发期间(即不在生产期间)外很少这样做。在生产中，处理结果的在线检查(例如关键尺寸、蚀刻速率和蚀刻均匀性)用于评估整个处理室的均匀性(即等离子体均匀性和温度均匀性的组合)并且提供反馈以用于调整。替代地，可以使用温度晶片作为等离子体均匀性的代表。
这些现有的测量等离子体均匀性的方法有缺点。例如，在线检查反馈不是实时的。如果条件在检查点之间发生变化，则可能会出现产量损失。朗缪尔探针的分辨率不够，不适合生产环境。温度晶片很昂贵，并且可能不适合某些等离子体化学物质。与朗缪尔探针类似，温度晶片在晶片处理期间不提供实时反馈。
本公开提出使用衬底支撑件(例如，ESC)内的加热器来感测等离子体和其他非均匀性。等离子体加热ESC中的加热器。加热器的电阻随温度变化(由于电阻率温度系数或TCR效应)。电阻变化率与温度变化呈线性关系。预期均匀等离子体将导致矩阵加热器的均匀加热，并因此导致矩阵加热器的均匀电阻变化率。任何等离子体非均匀性都会导致矩阵加热器的加热不均匀，这反过来又会导致矩阵加热器中的电阻变化率不均匀。因此，可以通过测量矩阵加热器的电阻来测量等离子体加热对矩阵加热器的影响。矩阵加热器的电阻测量用于空间温度测量。空间温度测量用于近似等离子体均匀性。因此，可以在空间上分析等离子体加热效应，并且可以推断等离子体引起的温度变化或等离子体均匀性的代表。
本公开的系统和方法提供了许多益处。例如，由于矩阵加热器的电流测量可用，因此它可以很容易地用于电阻测量，并且可以从中测量等离子体均匀性，而无需任何额外的硬件或设备。此外，等离子体均匀性可以原位以及在靠近晶片的位置测量。也就是说，从晶片的角度来看，等离子体均匀性测量更直接。此外，等离子体均匀性测量是实时进行的。如下所述，由RF功率、气体化学性质或其他变量引起的等离子体非均匀性可以通过相同的方法来处理。此外，可以对等离子体非均匀性进行闭环实时补偿，从而实现室与室之间和晶片与晶片之间的匹配，以减少可变性并提高产量。
可以通过确定矩阵加热器402上的温度分布或通过确定穿过ESC(例如，ESC202)的热通量来感测等离子体非均匀性。在等离子体中感测到的任何非均匀性都被感测并用作反馈以调整一个或多个参数，如下面参考图6-7B描述的。为了使用图6所示的温度分布方法来确定等离子体非均匀性，仅使用矩阵加热器402；不使用多区域加热器502。为了使用图7A和7B所示的热通量方法来确定等离子体非均匀性，矩阵加热器402和多区域加热器502两者都使用。也使用矩阵加热器402和多区域加热器502两者来确定ESC中固有存在的非均匀性，如下面参考图8所解释的。
图6示出了用于感测和补偿等离子体非均匀性的方法600的示例。方法600使用跨矩阵加热器的温度分布来确定等离子体非均匀性。例如，方法600将由下面参照图9A和9B所示的控制器900执行。在602，方法600关闭多区域加热器。此外，处理室的气体提供源和RF电源也被关闭(即不产生等离子体)。
在604，方法600在多个增量步骤中向矩阵加热器提供功率。例如，在第一步骤中，方法600将总功率的5％提供给矩阵加热器；在第二步骤中，方法600将10％的总功率提供给矩阵加热器；等等。增量的数量不必为5％；可以使用任何其他百分比数量来代替。
在606，方法600在604中提到的每个步骤之后测量矩阵加热器的电阻。在每个步骤之后，方法600基于感测通过矩阵加热器的电流和矩阵加热器两端的电压来测量矩阵加热器的电阻。在608，基于在604和606中提到的多个步骤中进行的电阻测量，方法600确定在不存在等离子体的情况下矩阵加热器的基线加热响应。
在610，方法600打开处理室的气体提供源。在612，方法600保持气体的化学性质和流速恒定。在614，方法600提供第一量的RF功率以在处理室中产生等离子体，同时在604的最后增量步骤保持通向矩阵加热器的功率(例如，15％)。在616，方法600通过感测流过矩阵加热器的电流和矩阵加热器两端的电压来测量矩阵加热器的电阻。在618，方法600提供第二量的RF功率，同时在604的最后一个增量步骤保持通向矩阵加热器的功率(例如，15％)。例如，第二量可以大于第一量。在620，方法600通过感测流过矩阵加热器的电流和矩阵加热器两端的电压来测量矩阵加热器的电阻。
在622，方法600基于在提供第一和第二量的RF功率时测量的电阻的变化(即，ΔR，而不是实际电阻值)并基于在608确定的矩阵加热器的响应加热来确定矩阵加热器上的温度分布。在624，方法600基于矩阵加热器上的温度分布确定等离子体非均匀性。在626，方法600确定衬底处理系统的一个或多个参数需要调整以补偿等离子体非均匀性的一个或多个量。
例如，方法600可以调整RF功率、提供给多区域和/或矩阵加热器的功率、用于产生等离子体的气体的化学性质和/或流速、TCU(冷却器)(例如，图1中所示的元件64)的设置中的一者或多者。例如，TCU的设置包括通过TCU而循环经过ESC中的冷却通道(例如，图7A中所示的元件220)的冷却剂的温度和/或流速。这样，可以根据为用于处理衬底的配方确定的温度分布在衬底上保持均匀的温度。
在方法600中，RF功率仅作为示例而改变。在一些实现方案中，RF功率可以是恒定的，并且相反，在614和618，用于产生等离子体的气体的化学性质和/或流速中的一种或多种可以改变。同样地，用于产生等离子体的任何其他变量或参数可以改变。
此外，在方法600中，在604处的增量步骤的数量可以包括多个步骤。此外，改变RF功率(或任何其他影响等离子体产生的因素)的次数可以大于两次。测量温度分布的分辨率和测量等离子体均匀性的分辨率可以通过增加604处的增量步骤的数量和/或改变影响等离子体产生的因素的次数来增加。
图7A和7B示出了用于使用矩阵加热器402和多区域加热器502两者来感测ESC 202中的热通量并基于该热通量补偿等离子体非均匀性的系统和方法。图7A示出了包括设置在ESC 202中两个不同深度处的两个传感器(例如，矩阵加热器402和多区域加热器502)的系统。例如，第一传感器(例如，多区域加热器502)位于靠近ESC 202的顶表面；第二传感器(例如，矩阵加热器402)位于离ESC 202的顶表面更远(即，更深)的位置。
在晶片处理期间，入射在ESC 202的顶表面上的等离子体是能量源，而ESC 202是能量吸收器。由于冷却通道220设置在ESC202的基板中，因此ESC 202是能量吸收器，TCU(例如，图1中所示的元件64)使冷却剂流经冷却通道220以从ESC202带走热量。这两个传感器(一个靠近能量源设置，而另一个靠近能量接收器设置)可用于计算通过ESC 202的热通量。测量热通量而不是温度具有作为差分测量的优点，该差分测量不受局部热量变化的影响。
该方法提供了一种直接估算等离子体热负荷的方法。例如，假设两个传感器位于图7A所示的位置1和2。流经这些位置的热量用热通量表示如下：
Figure BDA0003488431710000161
Figure BDA0003488431710000162
其中k是两个传感器所在的ESC材料的已知热导率，d是ESC内两个传感器之间的竖直距离。在此示例中，Φ1的绝对值将大于Φ2，这反映了位置1的热负荷高于位置2。
ESC内给定位置的热通量是衬底处理中的相关参数。由已知热导率的材料隔开的两个传感器可用于确定等离子体在ESC内特定位置处传递的功率量，并为传递的功率提供空间分辨率。
具体地，第一传感器(例如，多区域加热器502)可以在ESC中的第一位置(例如，更靠近ESC的顶表面)提供第一温度。第二传感器(例如，矩阵加热器402)可以在ESC中的离ESC的顶表面更远(即，更深)的第二位置处提供第二温度。知道两个位置之间的这两个温度之间的增量(即差异)，并知道两个传感器的两个位置之间的材料的热导率，就可以计算出两个位置之间的热通量。热通量可用于各种目的，包括室优化和非均匀性补偿。
基于热通量的方法是基于能量通量，能量通量是向量量。相反，方法600基于温度，温度是标量。基于差分测量，基于热通量的方法不受ESC中固有的各种非均匀性的影响(即不被其作用)。
图7B示出了用于感测ESC中的热通量并使用ESC中的热通量补偿等离子体非均匀性的方法700。方法700使用通过ESC的热通量来确定等离子体非均匀性。例如，方法700由下面描述的图9A和9B所示的控制器900执行。在702，方法700在处理室中产生等离子体，该处理室包括设置在处理室的衬底支撑件(例如，ESC)中的两个温度传感器。例如，第一温度传感器可以包括沿着ESC中的第一平面布置的一个或多个多区域加热器，并且第二温度传感器可以包括沿着ESC中的第二平面布置的一个或多个矩阵加热器。第一平面和第二平面彼此平行并且平行于在处理期间可以在其上布置衬底的ESC的顶表面。
两个温度传感器布置在ESC内的不同深度。例如，多区域加热器可以更靠近ESC的顶表面，而矩阵加热器可以离ESC的顶表面更远或更深。例如，如图7A所示，两个加热器(即，两个温度传感器)沿垂直于两个温度传感器所在平面的轴分开距离d。在衬底处理过程中，当等离子体入射到ESC的顶表面时，顶部或上部加热器(例如，多区域加热器)从等离子体吸收更多的能量并且比底部或下部加热器(例如，矩阵加热器)加热到更高的温度。
在704，方法700通过测量通过第一温度传感器的电流和第一温度传感器两端的电压来测量第一温度传感器的第一电阻。第一电阻代表第一温度传感器的第一温度。在706，方法700通过测量通过第二温度传感器的电流和第二温度传感器两端的电压来测量第二温度传感器的第二电阻。第二电阻代表第二温度传感器的第二温度。
在708，方法700确定第一和第二温度传感器的第一和第二温度之间的差异。在710，方法700基于第一和第二温度传感器的第一和第二温度之间的差并且基于两个温度传感器之间的ESC的材料的已知热导率来确定两个温度传感器之间的热通量。
在712，方法700基于两个温度传感器之间的热通量确定等离子体非均匀性。在714，方法700确定衬底处理系统的一个或多个参数需要调整以补偿等离子体非均匀性的一个或多个量。
例如，方法700可以调整用于产生等离子体的RF功率、提供给多区域和/或矩阵加热器的功率、用于产生等离子体的气体的化学成分和/或流速以及TCU(冷却器)(例如，图1中所示的元件64)的设置中的一者或多者。例如，TCU的设置包括通过TCU而循环经过ESC中的冷却通道(例如，图7A中所示的元件220)的冷却剂的温度和/或流速。这样，可以根据为用于处理衬底的配方确定的温度分布在衬底上保持均匀的温度。
图8示出了用于感测和补偿ESC非均匀性的方法800的示例。方法800使用矩阵加热器402和多区域加热器502两者来感测ESC中固定存在的非均匀性。在整个方法800中不产生等离子体。在802，方法800关闭多区域加热器。此外，处理室的气体提供源和RF电源也被关闭(即不产生等离子体)。
在804，方法800在多个增量步骤中向矩阵加热器提供功率。例如，在第一步骤中，方法800将总功率的5％提供给矩阵加热器；在第二步骤中，方法800将10％的总功率提供给矩阵加热器；等等。增量的数量不必为5％；可以使用任何其他百分比数量来代替。
在806，方法800在804中提到的每个步骤之后测量矩阵加热器的电阻。在每个步骤之后，方法800基于感测通过矩阵加热器的电流和矩阵加热器两端的电压来测量矩阵加热器的电阻。在808，基于在804和806中提到的多个步骤中进行的电阻测量，方法800确定矩阵加热器的基线加热响应。
在810，方法800向多区域加热器提供第一量的功率，同时在804中的最后增量步骤保持向矩阵加热器提供功率(例如，15％)。在812，方法800通过感测通过矩阵加热器的电流和矩阵加热器两端的电压来测量矩阵加热器的电阻。在814，方法800向多区域加热器提供第二量的功率，同时在604的最后增量步骤保持向矩阵加热器提供功率(例如，15％)。例如，第二量可以大于第一量。在816，方法800通过感测通过矩阵加热器的电流和矩阵加热器两端的电压来测量矩阵加热器的电阻。
在818，方法800基于在向多区域加热器提供第一量和第二量的功率时测量的电阻变化(即，ΔR，而不是实际电阻值)并且基于在808确定的矩阵加热器的加热响应来确定矩阵加热器上的温度分布。在820，方法800基于矩阵加热器上的温度分布来确定ESC非均匀性。在822，方法800确定衬底处理系统的一个或多个参数需要调整以补偿ESC非均匀性的一个或多个量。
例如，方法800可以调整提供给多区域加热器和/或矩阵加热器的功率和TCU(冷却器)的设置中的一者或多者。例如，TCU的设置包括通过TCU而循环经过ESC中的冷却通道(例如，图7A中所示的元件220)的冷却剂的温度和/或流速。这样，热量可以从ESC均匀地传递到衬底，并且可以根据针对用于处理衬底的配方确定的温度分布在衬底上保持均匀的温度。
因此，本公开的系统和方法可以检测由于实际ESC非均匀性以及RF引起的非均匀性导致的温度或热通量非均匀性，并且可以通过调整RF功率、气体提供、加热器功率和TCU设置中的一者或多者来补偿非均匀性。
值得注意的是，本公开的系统和方法使用自参考程序来感测各种非均匀性。即，在上述任何方法中均不使用参考温度。相反，使用温度变化而不是实际温度。因此，这些方法显著简化了通常用于感测这些非均匀性的复杂校准程序。由于在这些校准程序中使用的校准工具也需要校准这一事实，因此加剧了这些校准程序的复杂性。本公开的系统和方法消除了这些问题。此外，由于本公开的系统和方法使用的自参考过程，因此可以容易地实现通常是复杂任务的室与室之间的匹配。
图9A和9B示出了控制器900，其可用于控制多区域加热器502和矩阵加热器402(统称为加热器208)并通过执行图6-8的方法来感测和补偿各种非均匀性。例如，图9A和9B所示的控制器900可以由图1所示的控制器54实现。除了加热器208外，图9A和9B所示的其他元件可以由图2中所示的元件212、图1中所示的控制器54或两者的组合来实现。
在图9A中，加热器驱动器902可用于在控制器900的控制下向由选择器906选择的加热器208提供功率。例如，加热器驱动器902可以包括图2所示的加热器电源214。例如，加热器208可以包括多区域加热器502和矩阵加热器402。电流传感器908可用于感测由加热器驱动器902提供给加热器208的电流。电压传感器910可用于感测由加热器驱动器902提供给加热器208的电压。控制器900基于来自电流传感器908和/或电压传感器910的相应电流和/或电压测量值来确定每个加热器208的电阻。
图9B示出了控制器900使用电阻估计器912来监测加热器208的占空比并基于对应的占空比估计加热器208的电阻。在这个示例中，假设电压或电流是恒定值，并且电流或电压的占空比是变化的。换言之，控制器900基于已知电压或电流以及电流或电压的占空比来估计电阻。因此，在该示例中，省略了电流传感器908和电压传感器910。
方法600、700或800可以在处理每个单个晶片之前或在处理多个晶片之前应用。何时应用方法600、700或800的选择基于晶片处理吞吐量和实时非均匀性补偿性能的权衡。方法600、700或800需要一些时间来完成。客户可能希望将大部分工具时间花在实际晶片处理上以具有更大的产量(这更有利可图)，因此可能更优选方法600、700或800的较少应用。如果客户的配方对非均匀性不太敏感或如果一些非均匀性贡献者不变化，那么减少应用方法600、700或800的频率是有意义的。否则，客户将不得不更频繁地应用方法600、700或800，以使成品晶片不受非均匀性变化的影响。这种权衡可以在配方开发期间确定。
此外，在方法600或800中，如果矩阵加热器自身的非均匀性是恒定的，则可以不执行过程604到608或804到808。在工具鉴定期间，在特定时间间隔内对矩阵加热器的操作进行两组测量(例如，电压/电流)。如果两组测量值在统计上没有差异，则可以假定矩阵加热器的非均匀性是恒定的。
代替通过测量通过矩阵加热器的电流和矩阵加热器两端的电压来测量矩阵加热器的电阻，可以将直接温度传感器放置在矩阵加热器中的每个加热器中，并且可以在方法600、700或800中使用温度读数，但直接感测矩阵加热器的温度是不切实际的。
本公开的系统和方法提供了一种原位、实时、接近晶片测量等离子体均匀性的方法，而无需增加任何额外的硬件/成本。现有的方法要么是非实时的，要么分辨率差，要么成本高。使用本公开的系统和方法进行的等离子体均匀性测量可用于执行衬底处理系统的健康检查。此外，本公开的系统和方法使得对等离子体非均匀性的闭环实时补偿成为可能。这种实时补偿改善了室与室和晶片与晶片之间的匹配以及晶片良率。
此外，本公开的系统和方法考虑了晶片热非均匀性的许多其他因素，例如ESC多区域加热器控制、气体注入等。这些因素的实时补偿缓解了衬底处理系统的各种子组件的制造过程，从而降低整体系统成本。所述的系统和方法为工程师(例如，RF工程师、气体输送工程师、ESC工程师等)提供直接数据以改进相应子组件的设计，从而为衬底处理系统提供整体改进的性能。
前面的描述本质上仅仅是说明性的，并且绝不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应当被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求时，其他修改将变得显而易见。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时地)执行。
此外，虽然每个实施方案在上面被描述为具有某些特征，但是相对于本公开的任何实施方案描述的那些特征中的任何一个或多个，可以在任何其它实施方案的特征中实现和/或与任何其它实施方案的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的实施方案不是相互排斥的，并且一个或多个实施方案彼此的置换保持在本公开的范围内。
使用各种术语来描述元件之间(例如，模块之间、电路元件之间、半导体层之间等)的空间和功能关系，各种术语包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧挨”、“在...顶部”、“在...上面”、“在...下面”和“设置”。除非将第一和第二元件之间的关系明确地描述为“直接”，否则在上述公开中描述这种关系时，该关系可以是直接关系，其中在第一和第二元件之间不存在其它中间元件，但是也可以是间接关系，其中在第一和第二元件之间(在空间上或功能上)存在一个或多个中间元件。
如本文所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当被解释为意味着使用非排他性逻辑或(OR)的逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。
在一些实现方式中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定处理部件(晶片基座、气体流系统等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。
电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何处理，包括处理气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(RF)产生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。
概括地说，控制器可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片、和/或一个或多个微处理器、或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。
程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定处理的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。
在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的处理。
在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供处理配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的处理的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。
因此，如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的处理和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的处理。
示例系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。
如上所述，根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。

Claims (17)

1.一种衬底处理系统，其包括：
衬底支撑件，其被配置为在处理室中支撑半导体衬底；
被布置在所述衬底支撑件中的矩阵加热器，所述矩阵加热器包括被布置成矩阵并且被配置为在处理期间控制所述半导体衬底的温度的多个加热器元件；
气体源，其被配置为向所述处理室提供处理气体；
RF发生器，其被配置为向所述处理室提供RF功率以在所述处理室中产生等离子体；
电源，其被配置为向所述矩阵加热器的所述多个加热器元件提供功率；和
控制器，其被配置为在向所述矩阵加热器的所述多个加热器元件提供预定功率的同时：
提供所述处理气体和所述RF功率以产生所述等离子体；
确定所述多个加热器元件的第一电阻；
改变选自由所述处理气体的化学性质、所述处理气体的流速和所述RF功率组成的群组中的一个参数以继续产生所述等离子体，同时保持所述群组中的其他参数恒定；
响应于改变所述一个参数来确定所述多个加热器元件的第二电阻；以及
基于所述多个加热器元件的所述第一电阻和所述第二电阻来确定所述等离子体的均匀性。
2.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其中，所述控制器被配置为：
在打开所述气体源和所述RF发生器之前：
通过向所述多个加热器元件提供功率来确定所述多个加热器元件的加热响应；以N个增量将给所述多个加热器元件的所述功率增加到所述预定功率；以及
在每个增量之后确定所述多个加热器元件的电阻，其中N是正整数；以及
在确定所述多个加热器元件的所述加热响应之后，基于所述多个加热器元件的所述加热响应以及所述第一电阻和所述第二电阻确定所述等离子体的均匀性。
3.根据权利要求2所述的衬底处理系统，其中，所述控制器被配置为：
基于所述多个加热器元件的所述加热响应以及所述第一电阻和所述第二电阻确定所述多个加热器元件上的温度分布；以及
基于所述多个加热器元件上的所述温度分布确定所述等离子体的均匀性。
4.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其中响应于所述等离子体不均匀，所述控制器被配置为在所述半导体衬底的处理期间调整以下一项或多项以补偿所述等离子体的非均匀性：
所述RF功率；
所述处理气体的所述化学性质；
所述处理气体的所述流速；
提供给所述多个加热器元件中的一个或更多个的所述功率；
由热控制单元提供给所述衬底支撑件的冷却剂的温度；以及
由所述热控制单元提供给所述衬底支撑件的所述冷却剂的流速。
5.一种衬底处理系统，其包括：
衬底支撑件，其被配置为在处理室中支撑半导体衬底，其中所述衬底支撑件包括：
第一加热器，其被配置为在处理所述半导体衬底期间加热所述衬底支撑件的与所述半导体衬底邻近的区域；和
第二加热器，其与所述第一加热器竖直分离，所述第二加热器包括被布置成矩阵并且被配置为在处理期间控制所述半导体衬底的温度的加热器元件；
气体源，其被配置为向所述处理室提供处理气体；
RF发生器，其被配置为向所述处理室提供RF功率以在所述处理室中产生等离子体；和
控制器，其被配置为：
提供所述处理气体和所述RF功率以产生所述等离子体；
确定表示所述第一加热器的第一温度的所述第一加热器的第一电阻；
确定表示所述多个加热器元件中的一个的第二温度的所述第二加热器的所述加热器元件中的所述一个加热器元件的第二电阻；
基于所述第一温度和所述第二温度之间的差确定所述第一加热器和所述加热器元件中的所述一个加热器元件之间的热通量；以及
基于所述热通量确定所述等离子体的均匀性。
6.根据权利要求5所述的衬底处理系统，其中响应于所述等离子体不均匀，所述控制器被配置为在所述半导体衬底的处理期间调整以下一项或多项以补偿所述等离子体的非均匀性：
所述RF功率；
所述处理气体的化学性质；
所述处理气体的流速；
提供给所述加热器元件中的一个或更多个的功率；
由热控制单元提供给所述衬底支撑件的冷却剂的温度；以及
由所述热控制单元提供给所述衬底支撑件的所述冷却剂的流速。
7.一种衬底处理系统，其包括：
衬底支撑件，其被配置为在处理室中支撑半导体衬底，其中所述衬底支撑件包括：
第一加热器，其被配置为在处理所述半导体衬底期间加热所述衬底支撑件的与所述半导体衬底邻近的区域；和
第二加热器，其包括被布置成矩阵并且被配置为在处理期间控制所述半导体衬底的温度的加热器元件；
电源，其被配置为向所述第一加热器和所述第二加热器提供功率；和
控制器，其被配置为在向所述第二加热器的所述加热器元件提供预定功率的同时：
向所述第一加热器提供第一量的功率；
确定所述加热器元件的第一电阻；
向所述第一加热器提供第二量的功率；
确定所述加热器元件的第二电阻；以及
基于所述加热器元件的所述第一电阻和所述第二电阻确定所述衬底支撑件的非均匀性。
8.根据权利要求7所述的衬底处理系统，其进一步包括：
气体源，其被配置为向所述处理室提供处理气体；和
RF发生器，其被配置为向所述处理室提供RF功率以在所述处理室中产生等离子体，
其中，所述控制器被配置为在向所述第一加热器和所述第二加热器提供功率之前关闭所述气体源和所述RF发生器，直到确定所述衬底支撑件的非均匀性。
9.根据权利要求7所述的衬底处理系统，其中，所述控制器被配置为：
在向所述第一加热器提供所述第一量的功率之前：
向所述第二加热器的所述加热器元件提供功率；
以N个增量增加给所述加热器元件的所述功率，直至达到所述预定功率，其中N是正整数；
在每个增量后确定所述加热器元件的电阻；以及
基于在每个增量后确定的所述加热器元件的所述电阻确定所述加热器元件的加热响应；以及
在确定所述加热器元件的所述加热响应后，基于所述加热器元件的所述加热响应以及所述第一电阻和所述第二电阻确定所述衬底支撑件的所述非均匀性。
10.根据权利要求9所述的衬底处理系统，其中，所述控制器被配置为：
基于所述加热器元件的所述加热响应以及所述第一电阻和所述第二电阻确定所述第二加热器的所述加热器元件上的温度分布；以及
基于所述加热器元件上的所述温度分布确定所述衬底支撑件的所述非均匀性。
11.根据权利要求7所述的衬底处理系统，其中所述控制器被配置为在所述半导体衬底的处理期间调整以下一项或多项以补偿所述衬底支撑件的所述非均匀性：
被提供以在所述处理室中产生等离子体的RF功率；
被提供以在所述处理室中产生所述等离子体的处理气体的化学性质；
所述处理气体的流速；
被提供给所述加热器元件中的一个或多个的功率；
由热控制单元提供给所述衬底支撑件的冷却剂的温度；和
由所述热控制单元提供给所述衬底支撑件的所述冷却剂的流速。
12.一种系统，其包括：
处理器；和
存储指令的存储器，所述指令当由所述处理器执行时，将所述处理器配置为：
关闭处理气体和RF功率的向处理室的供应，所述处理室包括用于支撑半导体衬底的衬底支撑件；
向所述衬底支撑件中被布置成矩阵的多个加热器元件提供功率，以在处理期间控制所述半导体衬底的温度；
以N个增量增加给所述加热器元件的所述功率，直至达到预定功率，其中N是正整数；
在每个增量后确定所述加热器元件的电阻；
基于所述电阻确定所述加热器元件的加热响应；
在向所述加热器元件提供所述预定功率的同时：
提供所述处理气体和所述RF功率以在所述处理室中产生等离子体；
确定所述加热器元件的第一电阻；
改变选自由所述处理气体的化学性质、所述处理气体的流速和所述RF功率组成的群组中的一个参数以继续产生所述等离子体，同时保持该群组中的其他参数恒定；
响应于改变所述一个参数确定所述加热器元件的第二电阻；
基于所述加热器元件的所述加热响应和所述第一电阻和所述第二电阻确定所述加热器元件上的温度分布；以及
基于所述加热器元件上的所述温度分布确定所述等离子体的均匀性。
13.根据权利要求12所述的系统，其中响应于所述等离子体不均匀，所述指令进一步配置所述处理器以在所述半导体衬底的处理期间调整以下一项或多项以补偿所述等离子体的非均匀性：
所述RF功率；
所述处理气体的所述化学性质；
所述处理气体的所述流速；
提供给所述多个加热器元件中的一个或更多个的所述功率；
由热控制单元提供给所述衬底支撑件的冷却剂的温度；以及
由所述热控制单元提供给所述衬底支撑件的所述冷却剂的流速。
14.一种系统，其包括：
处理器；和
存储指令的存储器，所述指令当由所述处理器执行时，将所述处理器配置为：
向处理室提供处理气体和RF功率以在所述处理室中产生等离子体，所述处理室包括衬底支撑件以在处理所述半导体衬底期间支撑所述半导体衬底；
确定布置在所述衬底支撑件中的第一加热器的第一电阻，以在处理所述半导体衬底期间加热所述衬底支撑件的与所述半导体衬底邻近的区域，所述第一电阻指示所述第一加热器的第一温度；
确定在所述衬底支撑件中布置成矩阵的多个加热器元件中的一个的第二电阻，以在处理期间控制所述半导体衬底的温度，所述第二电阻指示所述加热器元件中的所述一个的第二温度；以及
基于所述第一温度和所述第二温度之间的差确定所述第一加热器和所述加热器元件中的所述一个之间的热通量；以及
基于所述热通量确定所述等离子体的均匀性。
15.根据权利要求14所述的系统，其中响应于所述等离子体不均匀，所述指令进一步将所述处理器配置成在所述半导体衬底的处理期间调整以下一项或多项以补偿所述等离子体的非均匀性：
所述RF功率；
所述处理气体的化学性质；
所述处理气体的流速；
提供给所述加热器元件中的一个或更多个的功率；
由热控制单元提供给所述衬底支撑件的冷却剂的温度；以及
由所述热控制单元提供给所述衬底支撑件的所述冷却剂的流速。
16.一种系统，其包括：
处理器；和
存储指令的存储器，所述指令当由所述处理器执行时，将所述处理器配置为：
关闭第一加热器的电源，所述第一加热器被布置在衬底支撑件中以在处理室中处理所述半导体衬底期间加热所述衬底支撑件的与布置在所述衬底支撑件上的半导体衬底相邻的区域；
关闭处理气体和射频功率向所述处理室的供应；
向所述衬底支撑件中被布置成矩阵的多个加热器元件提供功率，以在处理期间控制所述半导体衬底的温度；
以N个增量增加给所述加热器元件的所述功率，直至达到预定功率，其中N是正整数；
在每个增量后确定所述加热器元件的电阻；
基于所述电阻确定所述加热器元件的加热响应；
在向所述加热器元件提供所述预定功率的同时：
向所述第一加热器提供第一量的功率；
确定所述加热器元件的第一电阻；
向所述第一加热器提供第二量的功率；
确定所述加热器元件的第二电阻；
基于所述加热器元件的所述加热响应和所述第一电阻和所述第二电阻确定所述加热器元件上的温度分布；以及
基于所述加热器元件上的所述温度分布确定所述衬底支撑件的所述非均匀性。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述指令进一步配置所述处理器以在处理所述半导体衬底期间调整以下一项或多项以补偿所述衬底支撑件的所述非均匀性：
被提供以在所述处理室中产生等离子体的所述RF功率；
被提供以在所述处理室中产生所述等离子体的所述处理气体的化学性质；
所述处理气体的流速；
被提供给所述加热器元件中的一个或多个的功率；
由热控制单元提供给所述衬底支撑件的冷却剂的温度；和
由所述热控制单元提供给所述衬底支撑件的所述冷却剂的流速。
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