CN117999470A - 用于等离子体环境的标准具温度测定法 - Google Patents

Abstract

本文中描述一种用于确定处理腔室内的基板的温度的方法和装置。本文所述方法和装置利用标准具组件和外差效应来确定基板的第一温度。在不物理地接触基板的情况下确定基板的第一温度。单独的温度传感器也在类似位置处测量基板和/或基板支撑件的第二温度。利用第一温度和第二温度来校准设置在基板支撑件内的温度传感器中的一者、在处理腔室内执行的工艺的模型，或调整在处理腔室内执行的工艺的工艺参数。

Description

用于等离子体环境的标准具温度测定法

背景

技术领域

本公开的实施例大体涉及半导体处理腔室中的温度测量，且具体地涉及通过处理腔室内或与处理腔室相关联的两个标准具对象之间的外差相干辐射而进行无接触温度测量。

背景技术

温度是半导体处理的关键参数。在处理腔室中的各种位置处和在各种处理阶段中测量选定对象的温度可能具有挑战性。例如，半导体基板的原位温度测量对传统测量技术提出了重大挑战。

电流高温计通过检测热辐射而估计温度。然而，尽管电流高温计可避免表面接触风险，但高温计可能限于高温(例如，>380℃)。由于发射率易变性(例如，表面图案的发射率易变性)，电流高温计的准确度可能受限。具有复杂膜堆叠的许多新型低温工艺超出了准确且可重复的辐射高温计的极限。

当用于包括等离子体的工艺(诸如，等离子体蚀刻或等离子体沉积)中时，高温计进一步受限。等离子体通过引入不易从高温计测量中过滤的噪声和额外的光而干扰高温计的温度测量。在不存在来自处理腔室内的辐射源的发射率或噪声所引起的变化的情况下，利用接触式温度传感器获得更直接的温度测量。然而，接触式温度传感器在响应时间和准确度方面受限，且时常测量与基板相邻的基板支撑件而非基板自身的温度。

因此，此项技术中需要用于温度测量的改良方法和系统。

发明内容

本公开大体涉及用于测量工艺腔室内的温度的设备和装置。在一个实施例中，描述一种适用于半导体处理腔室中的感测温度的方法。所述方法包括：使第一光束通过第一标准具，以及使第一光束通过设置在处理腔室中的基板。所述基板提供第二标准具。在使反射第二射束通过第一标准具和第二标准具两者之后，从第一光束产生所述反射第二射束和透射第二射束。从所述反射第二射束或所述透射第二射束中的一者的干涉图案确定条纹间距。基于所述条纹间距来确定基板的温度。

在另一实施例中，描述一种适用于半导体处理腔室中的感测温度的方法。所述方法包括：使第一光束通过第一标准具，以及使第一光束通过设置在处理腔室中的基板。所述基板提供第二标准具。第一标准具或第二标准具中的一者从第一光束产生反射第二射束和透射第二射束。第一标准具和第二标准具形成标准具组件。从所述标准具组件的反射第二射束或透射第二射束中的一者内所产生的干涉图案确定条纹间距。基于所述条纹间距来确定基板的温度。在执行以下各项中的一项或多项之前将所述温度提供至处理腔室的控制器：使用所述温度校准处理腔室内的温度传感器；将温度偏移施加至所述温度传感器的一个或多个测量；调整在处理腔室中执行的工艺的模型；以及调整在处理腔室中执行的工艺的工艺参数。

在又另一实施例中，描述一种校准处理腔室内的温度测量的方法。所述方法包括在处理腔室内的参考基板上执行工艺操作。在执行所述工艺操作的同时，使用第一标准具组件测量设置在处理腔室内的基板的第一温度。测量基板的第一温度包括：使第一光束通过第一标准具和形成第二标准具的基板，使基板与第一光束相交，使用第一标准具或第二标准具中的一者将第一光束分裂成反射第二射束和透射第二射束，使用辐射测量设备收集反射第二射束或透射第二射束中的一者，以及分析反射第二射束或透射第二射束以确定基板的第一温度。所述方法进一步包括：使用第一温度传感器来测量所述基板或在其上设置所述基板的基板支撑件的第二温度，将第一温度和第二温度传送至控制器，以及使用第一温度和第二温度校准所述控制器内的模型。

附图说明

因此，可详细地理解本公开的上述特征的方式，可通过参考实施例来获得以上简要概述的本公开的更特定描述，实施例中的一些在附图中加以图示。然而，应注意，附图仅图示示例性实施例，且因此不应视为对其范畴的限制，可允许其他同等有效的实施例。

图1图示标准具和与标准具有关的概念。

图2图示标准厚度的硅半导体基板的透射率与波长的关系图。

图3图示沿光轴对准的一对标准具对象。

图4图示一对标准厚度的硅半导体基板的透射率与波长的另一关系图。

图5图示一对标准厚度的硅半导体基板的透射率与波长的另一关系图。

图6图示硅半导体基板从室温至约300℃的热光系数与温度的关系图。

图7图示根据本公开的实施例的第一工艺腔室的示意图。

图8A图示根据本公开的实施例的第二工艺腔室的示意图。

图8B图示根据本公开的实施例的第三工艺腔室的示意图。

图9A图示根据本公开的实施例的第四工艺腔室的示意图。

图9B图示根据本公开的实施例的第五工艺腔室的示意图。

图9C图示根据本公开的实施例的第六工艺腔室的示意图。

图10图示根据本公开的实施例的确定基板的温度的方法。

图11图示根据本公开的实施例的确定基板的厚度的方法。

图12图示根据本公开的实施例的校准工艺腔室内的温度的方法。

为了便于理解，在可能的情况下，已使用相同附图标记来表示附图中共有的相同元素。预期一个实施例的元素和特征可有益地并入其他实施例中而无需进一步叙述。

具体实施方式

本发明的实施例总体上涉及半导体处理腔室中的温度测量和校准，且具体地涉及通过处理腔室内或与处理腔室相关联的两个标准具对象之间的外差辐射而进行无接触温度测量。在一些实施例中，所述两个标准具对象中的一者或两者为半导体基板(例如，硅基板)。在其他示例中，基板中的一者或两者可由其他材料制造。在一些实施例中，所述两个标准具对象包括参考基板和样本基板。在一些实施例中，所述两个标准具对象对于具有约400nm与约2000nm之间(诸如，约1000nm至约1700nm)的波长的辐射而言至少部分地透明。在一些实施例中，所述两个标准具对象中的每一者具有基本上均匀的物理厚度(即，偏差不大于约10％)。在一些实施例中，所述两个标准具对象在物理厚度、光学厚度、折射率和/或相对定向中紧密匹配(差别在约1％与约10％之间)。

本公开的实施例的许多潜在优势中的一者在于，可在宽广温度范围内(例如，从约-200℃至约700℃)以高分辨率进行原位标准具对象(例如，诸如半导体晶片之类的基板)温度测量。另一优势包括实现直接温度测量，而不依赖于可能由基板邻近方法引起的发射率或热传递问题。本文所公开的温度测量可受背景或杂散辐射影响最小或不受其影响。另一优势包括允许获得用于腔室设计、测试和/或维护的更准确的温度数据。在具有高背景辐射的系统和被配备为在其中产生等离子体的系统中，更准确的测试可能尤其重要。另一优势包括实现处理期间基板上的增大的温度均匀性。例如，本文所公开的温度测量可受样本基板的发射率变化影响最小或不受其影响，以及提供迅速且准确的局部温度反馈，所述局部温度反馈允许旋转工艺旋钮以得到提高的温度和工艺均匀性。另一优势包括改良的腔室匹配，和/或处理期间改良的温度控制。本公开的实施例可藉此在材料处理的领域中有用，其中更严格的工艺温度控制使得能够制造进阶(即，更小节点)的器件/或实现大批量制造。

与本文所述技术有关，半导体处理中所使用的基板(诸如，晶片)通常由硅制成。如上所述，可利用由其他材料制造的基板。基板可大体成形为平坦的盘片。盘片的两个平坦表面(有时称作“前”和“后”、“顶部”和“底部”，或“第一”和“第二”)可大体上平行。换言之，基板的两个表面可形成标准具。如图1中所图示，标准具100为光学元件，其中入射辐射I(例如，红外辐射)在两个表面S₁和S₂之间来回弹跳。入射辐射I可能以入射角α遭遇第一表面S₁。辐射可能作为透射辐射T和/或反射辐射R离开标准具100。由于硅半导体基板的高折射率，在两个表面之间存在明显反射。每次反射时，由于透射，存在小的能量损耗。对于特定波长处的相干辐射的情形而言，透射辐射T的总透射功率和反射辐射R的总反射功率为标准具100的光学厚度(折射率与物理厚度的乘积)的敏感函数。例如，对于对应于入射波长的整数倍的光学厚度而言，透射功率可能高，而对于入射波长的半整数倍而言，透射功率可能低。

应了解，可在具有多种标准具对象和材料的半导体处理中使用外差技术。当标准具对象为硅半导体基板时，可选定辐射源以在从约400nm至约2000nm(诸如，约1100nm至约1700nm)的宽波长光谱上产生相干辐射。可将诸如砷化镓、锗或蓝宝石等其他材料用作半导体处理环境中的标准具对象。在这些情形下，可取决于特定对象和材料的透明度窗口来调整波长范围。

图2图示标准厚度(即，0.775mm)硅基板在室温下在无吸收的情况下透射率与波长的关系图110。可见，取决于波长和基板的光学厚度，反射与透射彼此相长干涉或相消干涉。如所图示，0.27nm的条纹间距115(例如，相邻干涉图案(诸如，波峰或波谷)之间的距离)往往太窄而无法被通常整合在半导体工具中的光谱仪解析。例如，一个常见光谱仪具有仅1.9nm的分辨率。

图3图示沿光轴206对准的一对标准具对象202和204。标准具对象202、204可以是硅或其他合适的基板。如所图示，入射辐射I(例如，红外线辐射)遭遇标准具对象202，在其两个表面之间弹跳，并作为透射辐射t出现。透射辐射t成为第二标准具对象204的入射辐射，在其两个表面之间弹跳，并作为透射辐射T或反射辐射r出现。若两个标准具紧密匹配(差别在约1％与约10％之间)，则辐射在所述标准具之间产生外差(一起跳动)。通过控制折射率、物理厚度、光学厚度、相对定向和/或入射角度中的一者或多者，使两个标准具紧密匹配。如本文中所描述，两个标准具相匹配，以使得两个标准具的光学厚度彼此相差约10％以内。光学厚度T_Optic是从折射率RI、物理厚度T_physical和在标准具内的传播角度θ的组合导出的，使得T_Optic＝RI×T_physical×cos(θ)。因此，折射率、物理厚度和/或传播角度中的任一者可变化以将每一标准具的光学厚度匹配成差别在约10％以内。

图4图示一对标准厚度(即，0.775mm)硅基板(诸如，图3中所示的那些)的透射率与波长的关系图210。在图4中，参考基板维持在25℃，而样本处于100℃。所述参考基板可以是图3的第二标准具对象204。关系图210图示透射辐射T的外差光谱。所述外差光谱具有大体宽于关系图110的条纹间距的条纹间距。例如，选定的相邻干涉波峰(近端波长＝1500nm)之间的条纹间距215为大约80nm。注意，不同于关系图110，关系图210中的条纹间距会随波长变化。使用传输辐射T可获得类似的外差光谱。所述外差光谱可类似于波纹图案。有外差的两个标准具对象形成重叠的强度图案，类似于Moiré干涉仪所产生的强度图案。类似于Moiré干涉仪的强度图案，使用标准具组件产生的强度图案会随着标准具组件内的标准具中的一者或两者的一个或多个特性(诸如，折射率)变化而变化。

图5图示一对标准厚度的硅基板的透射率与波长的另一关系图310。在图5中，参考基板维持在25℃，而样本处于240℃。关系图310图示具有大体远宽于关系图110的条纹间距但明显窄于关系图210的条纹间距的条纹间距的外差光谱。例如，选定的相邻干涉波谷(近端波长＝1500nm)之间的条纹间距315为大约20nm。可类似地使用透射辐射T或反射辐射r中的一者来确定图5的外差光谱。

应了解，关于条纹间距的概念和技术可类似地适用于干涉图案周期计数。例如，在图4中，干涉图案在1300nm与1500nm之间的波长范围内表现出约3.25个周期。由于图5中的更窄条纹间距，因此在相同波长范围内，干涉图案表现出约10个周期。因此，可使周期计数取代条纹间距。周期计数在各种操作条件下(例如，高样本温度)可以是有益的。

同样，应了解，关于条纹间距的概念和技术可类似地适用于干涉图案相位变化。例如，在图4中，干涉图案在约1400nm的波长处表现出约π/2的相位。在图5中，在相同波长处，干涉图案表现出约-π/2的相位。通过使参考基板的温度从100℃(如图4中)逐渐改变至240℃(如图5中)，可见干涉图案的相位在选定波长处逐步变化。因此，可使关于温度变化的相位变化取代条纹间距。监测相位变化在各种操作条件下(例如，高的和低的样本温度)可以是有益的。例如，基板温度可与条纹图案的相位基本上线性相关。可通过热光系数建立起此关系。在许多情形下，相比于条纹间距，可更准确和/或高效地测量相位变化。

在一些实施例中，可在所选波长处监测干涉图案的相位。所选波长为对基板的材料有透射性的波长。例如，针对硅基板的一个所选波长可以是1400nm。所选波长处的相位变化可用于推断温度的变化。对于迅速变化的温度的条件而言，监测相位变化可提高温度测量的准确度。除了测量条纹间距和/或相位变化以外或替代于测量条纹间距和/或相位变化，可对相位变化进行监测。

如先前所论述，当标准具紧密匹配时，会发生外差。对于具有大体上相同的物理厚度(差别小于约10％)的基本上平行的标准具而言，当标准具的折射率紧密匹配时(差别小于约10％)，会发生外差。与处理腔室相关联的典型标准具对象(例如，硅基板)的折射率随温度而变化。因此，对于具有大体上相同物理厚度的基本上平行的标准具对象而言，外差的程度(如通过条纹间距所指示)随温度而变化。可将标准具对象中的一者(称作“参考”标准具对象)维持在参考温度。另一标准具对象可称作“样本”标准具对象。因此，条纹间距可用于计算参考标准具对象与样本标准具对象之间的折射率的差别。折射率可接着用于推断样本标准具对象的温度。应了解，可将参考标准具对象与样本标准具对象之间的相对入射角和/或物理厚度的已知变化并入样本标准具对象的折射率和/或推断温度的计算中。

在一些实施例中，参考标准具可由与样本标准具对象不同的材料制成。在一些实施例中，参考标准具对象可由具有不会随温度明显变化的折射率的材料制成。在这些实施例中，可在无需特定维持参考温度的情况下知晓和/或估计参考标准具对象的折射率。

在一些实施例中，可估计折射率与温度之间的关系或对折射率与温度之间的关系建模。在一些实施例中，可通过校准获得折射率与温度之间的关系。在一些实施例中，热光系数(即，折射率随温度的变化，dn/dT)的关系图可用于估计给定温度范围的折射率。图6图示硅半导体基板从室温至约300℃的热光系数与温度的关系图。注意，图6的垂直轴上的折射率会随着沿水平轴线的大的温度变化而逐渐变化。对于其他温度范围(诸如，低温至约600℃，诸如，从约-200℃至约600℃)，可绘制热光系数的类似关系图。

热光系数也可考虑到硅半导体基板的热膨胀。可将硅半导体基板的热膨胀并入单个光学厚度值中，使得光学厚度值取决于热膨胀和热光系数。以考虑到材料的折射率的变化以及由热膨胀引起的基板厚度的变化的方式来确定与特定温度值相关的光学厚度值。当基板/标准具的温度改变时，基板/标准具的折射率以及物理厚度将改变。这会影响关于相关温度的条纹间距。然而，在本文所述实施例中，相比于物理厚度的变化，如本文所述的光学厚度值的变化受折射率变化影响的程度更大。材料的折射率与基板材料的热光系数相关。热光系数使材料的折射率的变化与温度的变化有关。可凭经验针对期望的温度范围确定热光系数。

图7图示第一工艺腔室700的示意图。第一工艺腔室700被配置为在其中处理基板，诸如，半导体基板。第一工艺腔室700包括腔室主体702、设置在腔室主体702的顶部上的腔室盖704、设置在腔室盖704的顶部上的标准具组件708，以及设置在腔室主体702内的基板支撑件710。腔室主体702和腔室盖704在其中形成工艺体积728。基板725(诸如，半导体基板)设置在工艺体积708内的基板支撑件710的顶部上，且标准具组件708被配置为测量基板725的温度。

第一工艺腔室700被配置为在设置在工艺体积728内的基板725上执行等离子体工艺，诸如，等离子体蚀刻、离子植入、等离子体沉积工艺或其他等离子体工艺。等离子体726可在基板支撑件710与腔室盖704之间的工艺体积728内形成。一个或多个感应线圈706可设置在腔室盖704上方。所述一个或多个感应线圈706可连接至电源752。电源752可以是交流(AC)电源或射频(RF)电源。在一些实施例中，第一工艺腔室700包括电感耦合等离子体源(ICP)、电容耦合等离子体源(CCP)和/或一个或多个其他远程等离子体源。

一个或多个工艺气体源734通过一个或多个气体入口736流体耦接至工艺体积728。工艺气体源734可将一种或多种工艺气体提供至工艺体积728中。工艺气体可包括沉积前驱物、惰性气体、载气、清洁气体、蚀刻剂气体或其组合。可使用排放泵740移除由工艺气体源734引入的一种或多种工艺气体。排放泵740经由排放开口738与工艺体积728流体连通。排放开口738形成为穿过腔室主体702的一部分。

在一个示例中，基板支撑件710包括基板基座712、轴杆716、致动器718和电源720。基板基座712包括支撑表面714。支撑表面714被配置为支撑基板725。任选地，在基板基座712内设置一个或多个温度传感器722、724，诸如，第一温度传感器722和第二温度传感器724。第一温度传感器722设置在支撑表面714的中心部分中，以测量基板725的中心部分和/或与基板725相邻的基板支撑件710的中心部分的温度。第二温度传感器724在支撑表面714上从第一温度传感器722径向向外设置。第二温度传感器724被配置为测量基板725的边缘温度和/或与基板725的边缘相邻的基板支撑件710的温度。

轴杆716连接至基板基座712并延伸穿过腔室主体702。轴杆716连接至一个或多个致动器718。致动器718被配置为使基板支撑件710旋转和/或升高/降低基板支撑件710。电源720耦接至设置在基板基座712中的一个或多个电阻式加热器(未示出)。所述电阻式加热器用于控制基板基座712和设置于其上的基板725的温度。电源720也可向支撑表面714施加电压差。温度传感器722、724可耦接至电源720或万用表(未示出)。

标准具组件708包括参考标准具762、光源744、设置在光源744与参考标准具762之间的准直器756、辐射测量设备746，以及光谱分析仪748。参考标准具762和准直器756设置在组件主体758内。组件主体758防止外部的光和辐射进入标准具组件708且是标准具组件708的壳体。组件主体758进一步用于在标准具组件708的使用期间将参考标准具762和准直器756固持就位。

第一光束732由光源744产生且通过一个或多个波导750。波导750可以是光纤或光管。波导750被配置为在第一光束732接着透射至参考标准具762之前使第一光束732从光源744透射至准直器756。第一光束732为宽带光束且可在大的波长范围上产生光谱，诸如，约400nm至约2000nm的波长范围，诸如约400nm至约1400nm，诸如约400nm至约800nm。广谱光束为白光束且被配置为包含来自广谱波长的光。第一光束732被配置为通过准直器756和参考标准具762。在通过参考标准具762之后，第一光束732传递至分光波导751中。分光波导751被配置为通过腔室盖704或腔室主体702内的开口730将第一光束732从参考标准具762转移至工艺体积728。第二准直器(诸如，第二准直器757)设置在开口730内且可以光学耦接至分光波导751。第二准直器757被配置为在光传递至工艺体积728中时使光准直。开口730可进一步被配置为允许工艺气体被引入工艺体积728中。可通过第二工艺气体源742将工艺气体引入标准具组件708的内部体积中。第二工艺气体源742可将一种或多种工艺气体或惰性气体引入标准具组件708的组件主体758中。一种或多种工艺气体可接着经由开口730流至工艺体积728中。

在一些实施例中，用第二准直器757覆盖开口730的至少一部分。在一些实施例中，使用窗口或第二准直器757完全阻挡开口730。所述窗口将工艺体积728与组件主体758内部的体积分离，且可辅助维持参考标准具762的恒定温度。

使用标准具外壳760将参考标准具762固持就位。标准具外壳760被配置为将一个或多个参考标准具固持就位。在图7的示例中，示出参考标准具762、第二参考标准具764和第三参考标准具766。在此实施例中，参考标准具762可称作第一参考标准具。参考标准具762、第二参考标准具764和第三参考标准具766中的每一者被设置在标准具外壳760内。标准具外壳760被配置为相对于射束来重新定位标准具，以使得参考标准具762、764、766中的选定者可移动至第一光束732的路径中。如图7中所示，参考标准具762被设置在第一光束732的路径内。在一些实施例中，第二参考标准具764和第三参考标准具766可以是替代参考标准具或替代第一标准具。标准具外壳760可被配置为围绕轴线旋转，以切换参考标准具762、764、766中的哪一者入射有第一光束732。例如，标准具外壳760可耦接至步进器或伺服电机，所述步进器或伺服电机使外壳760旋转以选择性地使标准具中的一者移至射束路径中。标准具外壳760可替代地包括更多或更少参考标准具，诸如，仅第一参考标准具762，或仅第一参考标准具762和第二参考标准具764，或四个或更多个参考标准具。

参考标准具762、764、766中的每一者具有不同厚度和/或不同折射率。不同厚度和/或不同折射率使得参考标准具762、764、766能够经选定以匹配基板725的折射率和/或厚度中的至少一者。通过选择参考标准具762、764、766中的具有期望厚度的一者而改变第一光束732所入射的参考标准具的厚度。在一些实施例中，选择参考标准具762、764、766在第一光束732内的厚度以与基板725的厚度匹配至彼此差别在约10％内，诸如，小于约15μm的差别，诸如，小于约10μm的差别。使参考标准具762、764、766的厚度和/或折射率与基板725的厚度紧密匹配实现了第一光束732的外差。在一些实施例中，可通过用具有与基板725匹配的厚度和/或折射率的另一参考标准具替换来自标准具外壳760的一个参考标准具来手动地选择参考标准具762、764、766。

使用温度控制单元761将参考标准具762、764、766中的每一者维持在预定温度。温度控制单元761耦接至标准具组件708，诸如，设置在组件主体758周围。温度控制单元761被配置为至少针对光束所入射的标准具维持预定温度。例如，温度控制单元761冷却和/或加热参考标准具。温度控制单元761可使用一个或多个冷却剂通道、风扇、一个或多个电阻式加热器或其组合来控制参考标准具的温度。维持参考标准具762、764、766的受控温度通过允许参考标准具762、764、766的温度保持恒定和移除作为可能引入误差的变量的参考标准具温度而使标准具组件708能够精确地测量基板725的温度。

波导750的端部由波导护套754固持就位，所述端部被配置为将第一光束732引入组件主体758中。波导护套754为刚性护套，诸如，金属或热塑性护套，其被配置为固持波导750的端部在与准直器756和参考标准具762相邻处就位。波导护套754具有将波导750的弯曲外径限于大于约15mm的刚度，诸如大于约18mm，诸如大于约20mm。已示出使用刚性波导护套754会提高标准具组件708的光学测量的一致性。

辐射测量设备746被配置为测量一个或多个第二光束731。第二光束731可以是反射的第二射束或透射的第二射束。第二光束731在第一光束732通过基板725/从基板725反射之后由第一光束732产生。基板725充当第二标准具。在一些实施例中，基板725可称作样本标准具或样本基板。当第一光束732与基板725相交时，第一光束732分裂成透射第二射束和反射第二射束。第一光束732可在与温度传感器722、724中的一者的径向位置类似的径向位置处与基板725相交。如图7中所示，第一光束732在与第一温度传感器722类似的径向位置处与基板725相交。

图7中所描述的第二光束731为反射第二射束，且通过工艺体积728返回组件主体758中。第二光束731接着被收集至分光波导751中，并被输送至辐射测量设备746。分光波导751包括至少三个开口。在通过参考标准具762之后，分光波导751的第一开口收集第一光束732。在返回通过第二准直器之后，分光波导751的第二开口收集第二光束731。分光波导751的第三开口以光学方式耦接至辐射测量设备746。分光波导751的第三开口被配置为将第一光束732和第二光束731中的一者或组合输送至辐射测量设备746。

测量和分析输送至辐射测量设备746的第二光束731，以使得确定输送至辐射测量设备746的光的强度和波长。辐射测量设备746可以是光谱仪或光谱仪阵列。辐射测量设备746能够测量辐射的外差周期。本文所述方法使得能够利用具有较大分辨率的辐射测量设备746。使用具有较大分辨率的辐射测量设备746可减小测量如本文所述的条纹间距的成本。辐射测量设备746可以能够单独地检测、标识和/或测量来自一个或多个光学波导750的辐射。例如，辐射测量设备746可包括能够在光学波导750之间进行选择的一个或多个选择设备(例如，开关、光学切片机或多光束分光器)。辐射测量设备746可依序选择光学波导750中的一者或多者以用于测量。

辐射测量设备746所收集的数据被输送至光谱分析仪748。光谱分析仪748可以能够从辐射测量设备746接收数据。在一些实施例中，光谱分析仪748可以能够单独地标识和/或分析来自一个或多个光学波导750的光谱数据。光谱分析仪748可接收、处理、存储和/或分析来自标准具组件708的一个或多个元件的数据，以标识光谱干涉条纹间距(诸如，图4中的条纹间距215和/或图5中的条纹间距315)，用于计算基板725的一个或多个光学厚度，和/或推断基板725的一个或多个温度测量。

应了解，通过本公开的益处，以上配置可经重新配置以在透射模式下工作。透射模式可包括使用透射第二射束，而非反射第二射束。此实施例对于测量非反射性的或以难以获得反射辐射的方式定向的基板的温度而言可以是有利的。在图9B和图9C中提供示例性透射模式。

光束也可以相反次序通过标准具，以使得基板725充当第一标准具且参考标准具762充当第二标准具。在此实施例中，第一光束732在通过参考标准具762之前首先通过基板725。通过基板725的透射或反射光中的任一者可透射至参考标准具762。

控制器770耦接至第一工艺腔室700。控制器700被配置为促进本文所述方法的控制和自动化。控制器740可耦接至光源744、辐射测量设备746、光谱分析仪748、工艺气体源734、742、排放泵740、电源752、720和致动器718或与光源744、辐射测量设备746、光谱分析仪748、工艺气体源734、742、排放泵740、电源752、720和致动器718进行通信。控制器770可与CPU 772(即，计算系统)进行通信或耦接至CPU 772。CPU 772可以是硬件单元或能够执行软件应用程序并处理数据的硬件单元的组合。在一些配置中，CPU 772包括中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、图形处理单元(GPU)和/或这些单元的组合。CPU 772大体被配置为执行一个或多个软件应用程序并处理所存储的介质数据。控制器770可包括存储器774。所述存储器为用于存储如本文所述确定基板温度的指令的非暂态计算机可读介质。CPU 772可以是可用在工业环境中用于控制各种腔室和子处理器的任何形式的通用计算机处理器中的一者，诸如，可编程逻辑控制器(PLC)。存储器774耦接至CPU772，且存储器774为非暂态的，且可以是容易获得的存储器(诸如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘驱动器、硬盘，或任何其他形式的数字存储装置(本地的或远程的))中的一者或多者。支持电路776耦接至CPU 772，用于以常规方式支持处理器。温度测量和其他工艺通常被存储在存储器774中，通常作为软件常用程序。也可通过第二CPU(未示出)来存储和/或执行软件常用程序，所述第二CPU位于远离CPU 772所控制的硬件处。

存储器774呈计算机可读存储介质的形式，存储器774包含指令，当由CPU 772执行时，所述指令促进第一工艺腔室700的操作。存储器774中的指令呈程序产品的形式，诸如，实施本公开的方法的程序。程序代码可符合诸多不同程序设计语言中的任一者。在一个示例中，本公开可被实施为存储在计算机可读存储介质上以与计算机系统一起使用的程序产品。程序产品的(多个)程序定义了实施例的功能(包括本文所述的方法)。

在某些实施例中，(多个)程序体现出机器学习能力。各种数据特征包括工艺参数，诸如，处理时间、温度、压力、电压、极性、功率、气体物质、前驱物流动速率等。标识并定义特征之间的关系以使得通过机器学习算法的分析能够摄取数据并调适第一工艺腔室700所执行的工艺。机器学习算法可采用监督学习或无监督学习技术。通过程序体现的机器学习算法的示例包括但不限于线性回归、逻辑回归、判定树、状态向量机、神经网络、朴素贝叶斯、k近邻、k均值、随机森林、降维算法和梯度增强算法以及其他算法。在一个示例中，机器学习算法用于调节基板的温度测量。

说明性的计算机可读存储介质包括但不限于：(i)永久地存储信息的非写入存储介质(例如，计算机内的只读存储器设备，诸如，可由CD-ROM驱动器读取的CD-ROM磁盘、闪存、ROM芯片，或任何类型的固态非易失性半导体存储器)；和(ii)存储可变更信息的可写入存储介质(例如，软盘驱动器内的软盘或硬盘驱动器，或任何类型的固态随机存取半导体存储器)。当携载指导本文所述方法的功能的计算机可读指令时，这些计算机可读存储介质为本公开的实施例。

尽管将标准具组件708示出为机械地耦接至第一工艺腔室700的顶表面，但标准具组件708也可以是远程标准具组件，以使得仅分光波导751和第二准直器757被设置在第一工艺腔室700的顶部上和/或穿过第一工艺腔室700。

图8A图示第二工艺腔室800的示意图。第二工艺腔室800类似于第一工艺腔室700，但包括额外的第二标准具组件802。第二标准具组件802类似于标准具组件708(称作第一标准具组件)。第二标准具组件802被配置为测量基板725的边缘附近的温度，而第一标准具组件708测量基板725的中心附近的温度。

第二标准具组件802包括第二组件参考标准具820、第二光源808、设置在第二光源808与第二组件参考标准具820之间的第三准直器816、第二辐射测量设备810，以及光谱分析仪748。第二组件参考标准具820和第三准直器816设置在第二组件主体806内。第二组件主体806防止外部的光和辐射进入第二标准具组件802且为第二标准具组件802的壳体。第二组件主体806进一步用于在第二标准具组件802的使用期间将第二组件参考标准具820和第三准直器816固持就位。

第三光束824由第二光源808产生且通过一个或多个波导812。波导812可以是光纤或光管。波导812被配置为在第三光束824接着透射至第二组件参考标准具820之前使第三光束824从第二光源808透射至第三准直器816。第三光束824类似于第一光束732。

第三光束824被配置为传递至分光波导813中。分光波导813类似于分光波导751且被配置为将第三光束824从第二组件参考标准具820转移至第三准直器816。在通过第二组件参考标准具820之后，第三光束824经由腔室盖704或腔室主体702内的开口804传递至工艺体积728中。开口804可进一步包含第四准直器821，以使得第四准直器821被配置为在光传递至工艺体积728中时使光准直。第四准直器821耦接至分光波导813，以使得第三光束824从第二组件参考标准具820传递至分光波导813中且传递至第四准直器821。开口804可进一步被配置为允许工艺气体被引入工艺体积728中。可通过第二工艺气体源742或第三工艺气体源(未示出)将工艺气体引入第二标准具组件802的内部体积中。在一些实施例中，第三工艺气体源与第二工艺气体源742相同。

在一些实施例中，用第四准直器821覆盖开口804的至少一部分。在一些实施例中，使用窗口或第四准直器821完全阻挡开口804。所述窗口将工艺体积728与第二组件主体806内部的体积分离，且可辅助维持第二组件参考标准具820的恒定温度。

使用第二标准具外壳818将第二组件参考标准具820固持就位。第一光束824被配置为通过第二组件参考标准具820。第二标准具外壳818被配置为将一个或多个参考标准具固持就位，诸如，第二组件参考标准具820和替代的第二组件参考标准具822。第二组件参考标准具820和替代的第二组件参考标准具中的每一者设置在第二标准具外壳818内。第二标准具外壳818被配置为相对于第三光束824来重新定位第二组件参考标准具820、822中的每一者，以使得第二组件参考标准具820、822中的选定者可移动至第三光束824的路径中。如图8A中所示，第二组件参考标准具820被设置在第三光束824的路径内。第二标准具外壳818可被配置为围绕轴线旋转，以切换第二组件参考标准具820、822中的哪一者被第三光束824入射。例如，第二标准具外壳818可耦接至步进器或伺服电机，所述步进器或伺服电机使第二标准具外壳818旋转以选择性地使第二组件参考标准具820、822中的一者移至射束路径中。第二标准具外壳818可替代地包括更多或更少参考标准具，诸如，仅第二组件参考标准具820，或三个或更多个参考标准具。

类似于参考标准具762、764、766，第二组件参考标准具820、822中的每一者具有不同厚度和/或不同折射率。不同厚度和/或不同折射率使得第二组件参考标准具822、822能够经选定以匹配基板725的折射率和/或厚度中的至少一者。在一些实施例中，选择在第三光束824的路径内的第二组件参考标准具820、822的厚度以与基板725的厚度匹配至彼此差别在约10％内，诸如，小于约15μm的差别，诸如，小于约10μm的差别。使第二组件参考标准具820、822的厚度和/或折射率与基板725的厚度紧密匹配实现了第三光束824的外差。在一些实施例中，可通过用具有与基板725匹配的厚度和/或折射率的另一参考标准具替换来自标准具外壳818的一个参考标准具来手动地选择第二组件参考标准具820、822。在本文所述实施例中，第三光束824在类似于第二温度传感器724的径向位置的径向位置处与基板725相交。

使用一个或多个第二温度控制单元819将第二组件参考标准具820、822中的每一者维持在预定温度。第二温度控制单元819类似于温度控制单元761，且被配置为控制第二标准具组件802的第二组件参考标准具820、822的加热/冷却。

波导812的端部由波导护套814固持就位，所述端部被配置为将第三光束824引入第二组件主体806中。波导护套814类似于波导护套754，且被配置为固持波导812的端部在与第二准直器816相邻处就位。

第二辐射测量设备810被配置为测量一个或多个第四光束825。第四光束825可以是反射的第四射束或透射的第四射束。第四光束825在第三光束824通过基板725之后从第三光束824产生。基板725充当第二标准具。在一些实施例中，基板725可称作样本标准具。当第三光束824与基板725相交时，第三光束824分裂成透射第四射束和反射第四射束。图8A中所描述的第四光束825为反射第四射束，且通过工艺体积728返回第二组件主体806中。第四光束825接着被收集至一个或多个波导812中，并被输送至第二辐射测量设备810。

测量并分析输送至第二辐射测量设备810的第四光束825，以使得确定输送至第二辐射测量设备810的光的强度和波长。第二辐射测量设备810类似于辐射测量设备746。

第二辐射测量设备810所收集的数据被输送至光谱分析仪748。光谱分析仪748可能够从第二辐射测量设备810接收数据。

分光波导813包括至少三个开口。在通过参考标准具813之后，分光波导813的第一开口收集第三光束824。在返回通过第四准直器821之后，分光波导813的第二开口收集第四光束825。分光波导813的第三开口光学耦接至第二辐射测量设备810。分光波导813的第三开口被配置为将第三光束824和第四光束825中的一者或组合输送至第二辐射测量设备810。

在一些实施例中，利用额外标准具组件沿基板725的半径收集额外温度测量。在一些实施例中，第一标准具组件708可包括额外参考标准具，但仅包括一个光源744。在仅具有一个光源744的实施例中，第一光束732可在通过参考标准具762之前或之后分裂成多个光束。在一些实施例中，至少一个光束被引导至基板的与支撑基板的基板支撑件的温度控制区(诸如，加热区或冷却区)相关联的每一区域处。使用一个或多个加热组件或冷却组件个别地控制所述温度控制区中的每一者。所述一个或多个加热组件可包括灯、电阻式加热器或加热导管。所述一个或多个冷却组件可包括冷却导管。可从多个标准具组件或单个标准具组件引导多个光束，其中光束在进入工艺体积之前分裂。

图8B图示第三工艺腔室850的示意图。第三工艺腔室850类似于第二工艺腔室800，但存在单个光源744和单个辐射测量设备746。在第三工艺腔室850中，分光器852耦接在光源744与通向第一标准具组件708和第二标准具组件802的波导750、812中的每一者之间。分光器852包括一个或多个光学组件，且被配置为将来自光源744的初级光束分裂成第一光束732和第二光束824。初级光束沿波导854从光源744输送至分光器852。类似地，分光波导751、811两者耦接至辐射测量设备746。第三光束731和第四光束825被配置为引导辐射测量设备746。辐射测量设备746可因此同时地分析光束731、825。

在一些实施例中，仅利用一个标准具组件，诸如，第一标准具组件708，但第一光束在进入工艺体积之前分裂成第一射出光束和第二射出光束。可以不同角度引导第一射出光束和第二射出光束，以使得第一射出光束与基板中心相交，而第二射出光束与基板边缘相交。

图9A图示第四工艺腔室900的示意图。第四工艺腔室900类似于图7的第一工艺腔室700。第四工艺腔室900与第一工艺腔室700的不同之处在于，第一光束912被配置为在参考标准具762、764或766之前入射在基板725上。在图9A的实施例中，与标准具组件902分离地设置光源904。标准具组件902类似于图7的标准具组件708，但不包括光源744。光源744被单独设置的光源904替代。

光源904类似于光源744。光源904单独连接至波导906、波导护套908和第一光束准直器910。波导906类似于波导750，波导护套908类似于波导护套754，且第一光束准直器910类似于准直器756。波导906被配置为将第一光束912从光源904转移至准直器756。通过波导护套908将波导906的远端固持就位，所述远端与腔室盖704和/或腔室主体702相交。在传递至工艺体积728中之前，第一光束912透射穿过第一光束准直器910。第一光束912透射穿过工艺体积728并与基板725相交。如本文中所示，第一光束912以一定角度与基板725相交。

一旦第一光束912与基板725相交，第一光束912就变换成第二光束914。第二光束914类似于第二光束731。第二光束914为透射第二射束或反射第二射束中的一者。在图9A的实施例中，第二光束914为反射第二射束。在第二光束914与参考标准具762、764、766中的一者相交之前，第二光束914经由开口730向后反射且进入标准具组件902中。第二光束914接着与参考标准具(诸如，参考标准具762)产生外差。在通过参考标准具762之后，第二光束914通过准直器756并进入辐射测量设备746中。

图9B图示第五工艺腔室925的示意图。第五工艺腔室925类似于第四工艺腔室900，但光源904被配置为向上引导第一光束912穿过基板基座712，穿过基板725并进入标准具组件902中。在第五工艺腔室925中，第二光束914为穿过基板725的透射光。至少波导护套908和光束准直器910被设置在基板基座712和/或轴杆716下方或其内，以使得波导护套908和光束准直器910被设置在基板基座712和基板725下方。

第一光束912被配置为通过基板基座712和轴杆716内的开口926。开口926可任选地填充有光学透明材料、光纤或波导。第一温度传感器722可定位在类似于第一光束912通过基板725的位置的径向位置处。在第五工艺腔室925中，第一光束912与基板725相交的径向位置和第一温度传感器722的径向位置偏离中心。开口926可以是穿过基板基座712的孔或狭缝，且使光能够在其中通过。

图9C图示第六工艺腔室950的示意图。第六工艺腔室950类似于第五工艺腔室925，但以标准具组件960替代标准具组件902。标准具组件960被配置为在第二光束914已通过基板基座712和/或轴杆714的至少一部分之后接收第二光束914。光源904被配置为从腔室盖704向下朝向基板725引导第一光束912。第一光束912在通过标准具组件960的参考标准具762、764、766中的一者之前透射穿过基板725且经过基板基座712和轴杆714内的开口926。标准具组件960经由波导962光学耦接至腔室主体702的底部，而波导护套908和/或光束准直器910被设置为穿过腔室盖704。第二准直器757被第二准直器764替代。第二准直器764耦接至波导962的距开口926最远的远端，且大小被调整为允许光/辐射通过波导962以进入标准具组件960中。第六工艺腔室950类似于第五工艺腔室925，因为第二光束914透射穿过基板725。

图10图示确定基板温度的方法1000。可在第一工艺腔室700、第二工艺腔室800、第三工艺腔室950、第四工艺腔室900、第五工艺腔室925、第六工艺腔室950或需要准确温度控制的另一处理腔室或其他位置中的任一者上利用方法1000。在一个示例中，将方法1000存储为控制器770的存储器中的软件常用程序。当通过控制器770执行方法1000时，控制器770使得使用本文所公开的装置确定基板705的温度。方法1000使用第一标准具和第二标准具来确定第二标准具中的一者的温度。第一标准具可以是参考标准具，而第二标准具为样本标准具(即，基板)。第一标准具和第二标准具产生外差以形成干涉图案。从所述干涉图案，可测量条纹间距以确定基板的温度。

在方法1000的操作1002处，使第一光束通过第一标准具和基板，其中基板形成第二标准具。在一个示例中，第一标准具为参考标准具，且基板为样本标准具。基板可以是半导体基板，诸如，图7、图8A至图8B和图9A至图9C的基板725。如本文所述的基板为样本基板，且由预定材料形成。样本基板为输入至工艺腔室中以用于校准工艺的额外基板。样本基板被配置为拥有所需的光学特征，诸如，光学透明。样本基板可在约1000nm至约1800nm的波长之间为光学透明的，诸如，约1100nm至约1700nm。如本文所述的样本基板可以是硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅或硅锗材料中的一者。在一些实施例中，样本基板的折射率在约1000nm至约1800nm的波长上为约2至约6，诸如，约3至约5。

第一标准具可以是图7、图8A至图8B和图9A至图9C的参考标准具762、764、766、820、822中的任一者。第一标准具和基板具有类似的厚度和折射率，以使得第一标准具和基板中的每一者的厚度匹配至差别在约10％以内。第一光束可类似于图7、图8A至图8B和图9A至图9C的光束732、824、912。第一光束为广谱光束。第一光束可首先通过第一标准具或基板。在使用类似于图7、图8A和图8B的装置的实施例中，第一光束首先通过第一标准具。在使用类似于图9A至第9C的装置的实施例中，第一光束首先通过基板。

在其中第一光束首先与第一标准具相交的实施例中，在操作1004期间，第一光束接着传递至工艺体积中并与基板相交以从第一光束形成反射第二射束和透射第二射束。反射第二射束为第一光束的被基板反射的部分。透射第二射束为第一光束的透射穿过基板的部分。反射第二射束和透射第二射束中的任一者或两者形成第二光束。在图7、图8A和图8B的实施例中，第二光束为反射第二射束。

在另一实施例中，第一光束在首先与基板相交之前传递至工艺体积中。在与基板相交之后，在操作1004期间，第一光束分裂成反射第二射束和透射第二射束。反射第二射束为第一光束的被基板反射的部分。透射第二射束为第一光束的透射穿过基板的部分。反射第二射束和透射第二射束中的任一者或其两者形成第二光束。在图9A的实施例中，第二光束为反射第二射束。第二光束接着被配置为与第一标准具相交，其中第二光束被第一标准具透射或反射。在图9A的实施例中，第二光束的通过第一标准具的部分透射至辐射测量设备，诸如，辐射测量设备746。在图9A和图9B的实施例中，第二光束为透射第二射束。第二光束接着被配置为与第一标准具相交，其中类似于图9A中，第二光束被第一标准具透射或反射。

在操作1004期间形成第二光束之后，在操作1006期间，使用一个或多个波导(诸如，波导750、812)通过辐射测量设备收集第二光束。第二光束在与第一标准具和基板相交之后被辐射测量设备收集，使得已通过第一标准具和基板使第二光束产生外差。收集第二光束使得第二光束能够被辐射测量设备和光谱分析仪分析。如本文中所述，辐射测量设备可以是一个或多个光谱仪。

在操作1006期间将第二光束透射至辐射测量设备之后，在操作1008期间，从干涉图案确定第二光束的条纹间距。干涉图案由已收集的反射第二射束或透射第二射束产生，且可类似于图4和图5的干涉图案。可使用光谱分析仪(诸如，光谱分析仪748)来确定条纹间距。光谱分析仪接收、处理、存储并分析辐射测量设备所提供的数据。光谱分析仪标识光谱干涉条纹间距(诸如，图4的条纹间距215和/或图5的条纹间距315)以推断基板的一个或多个温度测量。

在操作1008期间确定的条纹间距与基板的温度相关。因此在操作1010期间基于条纹间距来确定基板的温度。通过使已测量的条纹间距与针对类似材料在特定温度下预期的条纹间距匹配来确定温度。在本文所述实施例中，光谱分析仪和/或控制器包括针对特定材料和厚度的参考表，其具有与温度相关的条纹间距。在一些实施例中，数据与关系图、方程或脚本相关，使得通过知晓条纹间距、第一标准具(参考标准具)的温度、基板的材料和基板的物理厚度，可在第一光束与基板相交的点处确定基板的温度。

当在方法1000的操作1010期间确定基板的温度时，第一标准具的温度、基板的材料和基板的物理厚度被用作常量，而条纹间距会随着基板的温度而变化。因此，一旦知晓第一标准具的温度、基板的材料、基板的物理厚度和基板的条纹间距中的每一者，就可通过光谱分析仪和/或控制器来确定温度。可凭经验在所需温度范围内确定用以使条纹间距与温度相关的查找表、参考表或关系图。对于特定材料，可在特定厚度和温度范围内获得凭经验导出的数据。在一些实施例中，获得硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅和硅锗的经验数据。样本基板的折射率在约1000nm至约1800nm的波长上为约2至约6，诸如，约3至约5。经验数据与低温和/或从约-200℃至约700℃，诸如，约-196℃至约700℃，诸如，约-196℃至约500℃的温度相关。使条纹间距与温度相关的经验数据考虑到基板的热光系数以及当基板的温度升高或降低时基板的任何热膨胀。可在经验数据中通过执行实验而被动地考虑到热膨胀，所述实验确定基板在一定温度范围内的总光学厚度。所述总光学厚度包括基板的折射率以及基板的厚度两者。

对于图10的方法1000而言(其中确定了基板的一个或多个温度测量)，在执行方法1000之前知晓了基板的物理厚度。可使用单独的厚度校准工艺来确定基板的物理厚度。所述厚度校准工艺可包括使用卡尺、千分尺或数字测量工具手动地测量基板的温度。厚度校准工艺或者可包括标准具厚度校准方法，诸如，图11的方法1100。图11的方法1100可利用与图10的方法1000类似的原理和装置。

图11图示使用标准具组件来确定基板的厚度的方法1100，诸如，图7、图8A至图8B、图9A至图9C的标准具组件708、802、902、960或其他适当的标准具组件。方法1100利用处在已知温度的第一标准具和基板来确定基板的厚度。在方法1100期间，在操作1102期间，将基板和工艺腔室带至第一温度。所述第一温度可以是任何适当的工艺温度。在一些实施例中，第一温度为约室温。将基板和工艺腔室维持在第一温度达一时间周期，这使得基板和工艺腔室能够处于稳定状态条件下。利用一个或多个温度传感器(诸如，温度传感器722、724)来测量基板的温度。当温度传感器的温度测量在预定时间量内稳定时，可确定整个基板、基板支撑件和工艺腔室处于稳定状态。可将温度传感器的温度测量用作基板的温度。

当处在第一温度时，执行图10的方法1000的操作1002、1004、1006、1008。方法1000的操作1002、1004、1006、1008利用标准具组件确定基板引起的条纹间距。以与图10的确定条纹间距的方法1000类似的方式来执行确定条纹间距。在操作1002、1004、1006和1008之后，在操作1112期间确定基板的厚度。利用已确定的条纹间距和基板/工艺腔室的温度来确定基板的厚度。

如在方法1100中所述的基板为样本基板，且由预定材料形成。样本基板被配置为拥有所需的光学特征，诸如，光学透明。样本基板可在约1000nm至约1800nm的波长之间为光学透明的，诸如，约1100nm至约1700nm。如本文所述的样本基板可以是硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅或硅锗材料中的一者。样本基板的折射率在约1000nm至约1800nm的波长上为约2至约6，诸如，约3至约5。

使用与关于方法1000所论述的那些关系类似的关系，可使用查找表和/或关系图来确定基板的厚度，使得通过知晓条纹间距、第一标准具(参考标准具)的温度、基板的材料和基板的温度，可在第一光束与基板相交的点处确定基板的厚度。当在方法1100的操作1112期间确定基板的厚度时，第一标准具的温度、基板的材料和基板的温度被用作常量，而条纹间距会随着基板的厚度而变化。因此，一旦知晓第一标准具的温度、基板的材料、基板的温度和基板的条纹间距中的每一者，就可通过光谱分析仪和/或控制器来确定基板的厚度。

图12图示校准工艺腔室内的温度的方法1200，工艺腔室诸如，图7、图8A至图8B、图9A至图9C的工艺腔室700、800、850、900、925、950中的一者或其他适当的工艺腔室。在方法1200期间，使用一个或多个标准具组件(诸如，标准具组件708、802、902、960中的一者)来确定温度或温度集合。校准温度可包括以下各项中的任一者或组合：使用已确定的温度校准处理腔室内的温度传感器；向温度传感器的一个或多个测量施加温度偏移；调整在处理腔室中执行的工艺的模型；和/或调整在处理腔室中执行的工艺的工艺参数。

在方法1200期间，在操作1202期间，任选地针对工艺腔室内的特定基板校准标准具组件。执行标准具组件的校准以确定设置在工艺腔室内的基板的厚度，并使工艺腔室内的基板的厚度与第一标准具厚度匹配以用于稍后工艺操作。操作1202包括方法1100和操作1102、1002、1004、1006、1008、1112中的全部。一旦已使用方法1100确定了基板的厚度，就可调整或交换第一标准具(即，参考标准具)以更紧密地匹配基板的厚度。在本文所述实施例中，基板的厚度和第一标准具的厚度差别在约10％以内。

当使用本文所述实施例时，可从第一光束的路径中移除第一参考标准具(诸如，第一参考标准具762)，且由第二参考标准具或第三参考标准具替代，诸如，第二参考标准具764和第三参考标准具766。仅当原始参考标准具厚度相对于基板在预定百分比差别以外时(诸如，大于10％)会改变参考标准具。例如，在一批次基板内或在基板批次之间的基板可具有不同厚度，且因此适当的不同参考标准具将在标准具组件中切换到位。在一些实施例中，参考标准具被改变为具有相对于基板小于8％的百分比差别的参考标准具，诸如，相对于基板小于5％。可通过致动包含多个参考标准具的转盘(例如，标准具外壳760)或在移除先前参考标准具之后手动地插入新的参考标准具来改变参考标准具。

在一些实施例中，在方法1200内将方法1100执行多次，以使得方法1100第一次执行且基板的厚度被确定为相对于参考标准具具有大于预定阈值的百分比差别。将参考标准具改成第二参考标准具，且第二次重复方法1100。若基板的厚度被确定为相对于参考标准具具有小于预定阈值的百分比差别，则操作1202完成。若基板的厚度仍被确定为相对于第二标准具具有在阈值以外的百分比差别，则以第三参考标准具替代第二参考标准具，且第三次重复方法1100。如此执行，直至基板与参考标准具之间的百分比差别低于阈值为止。

在操作1202之后，可在操作1205期间在工艺腔室内和在基板上执行包含等离子体的工艺。所述包含等离子体的工艺可以是等离子体蚀刻工艺或等离子体沉积工艺中的任一者。等离子体蚀刻包括导体和/或介电质蚀刻。沉积工艺包括化学气相沉积、溅射沉积和原子层沉积中的一者或多者。本文所述工艺尤其非常适用于在工艺腔室内包括等离子体(诸如，等离子体726)的工艺。本文所述工艺使得能够准确测量工艺腔室内的基板温度，而同时在工艺体积内形成等离子体。

当执行操作1205时，在操作1204期间使用标准具组件确定基板的第一温度，且在操作1206期间使用一个或多个温度传感器(诸如，第一温度传感器722或第二温度传感器724)确定基板的第二温度和/或与基板相邻的基板支撑件的第二温度。使用图10的方法1000来确定基板的第一温度，以使得在方法1000的操作1010期间基于条纹间距所确定的温度为第一温度。在方法1000的操作1010期间，可输入基板厚度，作为使用操作1202所确定的厚度。第一温度可以是单个第一温度值或第一温度数据集，诸如，单个温度值的阵列。

在操作1206期间，与基板的底表面相邻地设置一个或多个温度传感器。所述一个或多个温度传感器测量基板的底表面的温度，且产生单个第二温度值或第二温度数据集，诸如，单个温度值的阵列。同时地进行第一温度测量和第二温度测量，以使得可稍后比较第一温度测量和第二温度测量。

在操作1204和操作1206期间，在工艺腔室内的基板上执行工艺。在本文所述实施例中，在基板上执行的工艺为半导体形成工艺，且包括在工艺体积中形成的等离子体。在操作1205期间执行的工艺类似于将在正常操作期间在工艺体积内执行的工艺。使用与正常操作期间类似的工艺使得能够在操作1204和1206期间通过标准具组件和一个或多个温度传感器所测量的温度之间进行直接比较。能够比较两种方法中的工艺操作使得能够更准确地校准或校正温度传感器、工艺模型和/或工艺参数中的一者。

在操作1204和1206期间确定第一温度和第二温度之后，在操作1208期间将第一温度和第二温度传送至控制器。在一些实施例中，已在控制器内确定了第一温度和/或第二温度，且在操作1204和1206期间将用于确定第一温度和/或第二温度的数据发送至控制器。控制器收集第一温度测量和第二温度测量以使得能够在温度测量之间进行比较。

在操作1210期间，利用第一温度和第二温度来校准工艺腔室。校准工艺腔室可包括以下各项中的任一者或组合：使用已确定的温度校准处理腔室内的温度传感器(诸如，温度传感器722、724)；向温度传感器的一个或多个测量施加温度偏移；调整在处理腔室中执行的工艺的模型；和/或调整在处理腔室中执行的工艺的工艺参数。

校准温度传感器包括调整温度传感器以与标准具组件的第一温度测量对准。在一些实施例中，可将单个温度偏移施加至已测量的第二温度以与第一温度更紧密相关。在一些实施例中，调整在处理腔室中执行的工艺的模型以考虑到不准确或漂移的第二温度测量。在一些实施例中，改变在工艺腔室内执行的工艺的工艺参数中的一者或多者，以使得工艺的结果得以改良。可将工艺参数调整用于重复性工艺，其中在迭代之间预期类似的结果和输入。

一旦在操作1210期间已利用第一温度和第二温度来校准工艺腔室，就可从工艺体积移除基板，且可任选地从工艺腔室移除标准具组件。可随后正常运行工艺腔室以处理设置于其中的基板。本文所述的设备和装置可用于周期性地在维护程序期间重新校准系统。已示出，如本文所述的利用标准具的温度测量方法在包括等离子体的工艺中有用，因为通过辐射测量设备测量的条纹间距未明显受等离子体影响。在一些实施例中，在本文所述系统内利用额外的准直器和/或滤波器。

虽然前文针对本公开的实施例，但可在不脱离本公开的基本范畴的情况下构思本公开的其他和进一步的实施例，且本公开的范畴由以下权利要求确定。

Claims (20)

1.一种适用于半导体处理腔室中的感测温度的方法，所述方法包括：

使第一光束通过第一标准具；

使所述第一光束通过设置在所述处理腔室中的基板，所述基板提供第二标准具；

在使反射第二射束通过所述第一标准具和所述第二标准具两者之后，从所述第一光束产生所述反射第二射束和透射第二射束；

从所述反射第二射束或所述透射第二射束中的一者的干涉图案确定条纹间距；以及

基于所述条纹间距来确定所述基板的温度。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述条纹间距与所述第一标准具或所述第二标准具中的一者的经验地导出的热光系数值相关。

3.如权利要求1所述的方法，其中将所述第一光束引导穿过设置在所述处理腔室中的所述第一标准具和所述基板进一步包括：将所述第一光束引导至所述基板的远离所述处理腔室的盖的表面且在朝向所述盖的方向上引导。

4.如权利要求1所述的方法，其中将所述第一光束引导穿过设置在所述处理腔室中的所述第一标准具和所述基板进一步包括：将所述第一光束引导至所述基板的面向所述处理腔室的盖的表面且在远离所述盖的方向上引导。

5.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

用使用所述干涉图案的所述条纹间距所确定的所述温度来校准所述处理腔室的基板温度传感器。

6.如权利要求1所述的方法，其中将所述第一光束从所述第一标准具引导至所述基板进一步包括：在设置在所述处理腔室内的所述基板上执行等离子体工艺的同时，引导所述第一光束穿过等离子体。

7.如权利要求1所述的方法，其中在确定所述条纹间距之前，将所述处理腔室和所述基板带至稳定状态温度，并使用初始基板温度测量来计算所述基板的厚度，且通过将所述第一标准具移出所述第一光束的路径并将替代第一标准具放置在所述第一光束的所述路径中来将所述第一标准具的第一厚度调整至与所述基板的第二厚度相差10μm以内。

8.如权利要求7所述的方法，其中将所述替代第一标准具放置在所述第一光束的所述路径中进一步包括：

基于所述基板的所述厚度自动地将所述第一光束中的至少一者和多个参考标准具中的第一参考标准具移动至对准。

9.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

将至少所述第一光束和第三光束引导至设置在所述处理腔室中的所述基板的不同位置。

10.如权利要求9所述的方法，其中引导所述第一光束和所述第三光束进一步包括：

将所述第一光束引导至所述基板的中心区域且将所述第三光束引导至所述基板的边缘区域。

11.如权利要求9所述的方法，其中引导进一步包括：

将至少一个光束引导至所述基板的与基板支撑件的温度控制区相关联的每个区域，所述基板支撑件在所述处理腔室内支撑所述基板。

12.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下各项中的一项或多项：

使用所述温度校准所述处理腔室内的温度传感器；

将温度偏移施加至所述温度传感器的一个或多个测量；

调整在所述处理腔室中执行的工艺的模型；以及

调整在所述处理腔室中执行的所述工艺的工艺参数。

13.一种适用于半导体处理腔室中的感测温度的方法，所述方法包括：

使第一光束通过第一标准具；

使所述第一光束通过设置在所述处理腔室中的基板，所述基板提供第二标准具，其中所述第一标准具和所述第二标准具形成标准具组件，且所述第一标准具或所述第二标准具中的一者从所述第一光束产生反射第二射束和透射第二射束；

从所述标准具组件的所述反射第二射束或所述透射第二射束中的一者内所产生的干涉图案确定条纹间距；

基于所述条纹间距来确定所述基板的温度；以及

在执行以下各项中的一项或多项之前将所述温度提供至所述处理腔室的控制器：

使用所述温度校准所述处理腔室内的温度传感器；

将温度偏移施加至所述温度传感器的一个或多个测量；

调整在所述处理腔室中执行的工艺的模型；以及

调整在所述处理腔室中执行的所述工艺的工艺参数。

14.如权利要求13所述的方法，进一步包括：

将至少所述第一光束和第三光束引导至设置在所述处理腔室中的所述基板的不同位置。

15.如权利要求13所述的方法，其中将所述第一光束从所述第一标准具引导至所述基板进一步包括：在设置在所述处理腔室内的所述基板上执行等离子体工艺的同时，引导所述第一光束穿过等离子体。

16.如权利要求13所述的方法，其中在确定所述温度之前，将所述处理腔室和所述基板带至稳定状态温度，并使用初始基板温度测量来计算所述基板的厚度，且通过将所述第一标准具移出所述第一光束的路径并将替代第一标准具放置在所述第一光束的所述路径中来将所述第一标准具的第一厚度调整至与所述基板的第二厚度相差10μm以内。

17.一种校准处理腔室内的温度测量的方法，包括：

在所述处理腔室内的参考基板上执行工艺操作；

在执行所述工艺操作的同时，使用第一标准具组件测量设置在所述处理腔室内的基板的第一温度，测量所述基板的所述第一温度包括：

使第一光束通过第一标准具和基板；

使所述基板与所述第一光束相交，其中所述基板形成第二标准具；

使用所述第一标准具或所述第二标准具中的一者将所述第一光束分裂成反射第二射束和透射第二射束；

使用辐射测量设备收集所述反射第二射束或所述透射第二射束中的一者；以及

分析所述反射第二射束或所述透射第二射束以确定所述基板的所述第一温度；

使用第一温度传感器来测量所述基板或在其上设置所述基板的基板支撑件中的一者的第二温度；

将所述第一温度和所述第二温度传送至控制器；以及

使用所述第一温度和所述第二温度校准所述控制器内的模型。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述工艺操作为等离子体蚀刻工艺。

19.如权利要求17所述的方法，其中所述基板的折射率为约2至约6。

20.如权利要求17所述的方法，其中所述第一温度和所述第二温度是沿所述基板的第一环形部分测量的，且进一步包括：使用第二标准具组件在所述基板的第二环形部分处测量第三温度。