CN1956146B - 用于卡盘热校准的方法和仪器 - Google Patents

用于卡盘热校准的方法和仪器 Download PDF

Info

Publication number
CN1956146B
CN1956146B CN2006101641198A CN200610164119A CN1956146B CN 1956146 B CN1956146 B CN 1956146B CN 2006101641198 A CN2006101641198 A CN 2006101641198A CN 200610164119 A CN200610164119 A CN 200610164119A CN 1956146 B CN1956146 B CN 1956146B
Authority
CN
China
Prior art keywords
chuck
wafer
thermal
air pressure
characteristic parameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2006101641198A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1956146A (zh
Inventor
K·W·加夫
N·M·P·本杰明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lam Research Corp
Original Assignee
Lam Research Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lam Research Corp filed Critical Lam Research Corp
Publication of CN1956146A publication Critical patent/CN1956146A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1956146B publication Critical patent/CN1956146B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • H01L21/6833—Details of electrostatic chucks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

移去晶片所暴露的热源后，测量作为时间函数的晶片温度。在晶片温度测量期间，在晶片和卡盘之间的界面处提供基本恒压的气体，晶片支撑于所述卡盘之上。与施加的气压相应的卡盘热特性参数值由作为时间函数的测得晶片温度确定。对于多个施加的气压测量晶片温度以形成一组作为气压函数的卡盘热特性参数值。卡盘的热校准曲线由该组测得卡盘热特性参数值和相应的气压生成。在制造工艺期间，卡盘的热校准曲线可以用来调整气压以得到具体的晶片温度。

Description

用于卡盘热校准的方法和仪器
背景技术
半导体晶片(“晶片”)制造通常包括将晶片暴露于等离子体以允许等离子体的活性组分(reactive constituent)改变晶片的表面，例如从晶片表面的未受保护区域去除材料。等离子体制造工艺后得到的晶片特性依赖于工艺条件，包括等离子体特性和晶片温度。例如，在一些等离子体工艺中，晶片表面上的临界尺寸，也就是特征宽度，可以按照每摄氏度晶片温度大约1纳米进行改变。应该理解，在其他同样的晶片制造工艺之间晶片温度的不同会导致不同的晶片表面特性。因而，可以通过等离子体处理期间晶片温度的改变引起在不同晶片间工艺结果的变化。
晶片制造中的一般目标是尽可能以同样的方式制造给定类型的每个晶片。为了满足此晶片对晶片的一致性目标，必须控制影响所得晶片特性的制造参数。因此，必须控制等离子体制造工艺期间的晶片温度。现有的用于晶片制造的等离子体处理器件不包括有效的晶片温度控制能力。因此，在等离子体制造工艺期间需要准确控制晶片温度。
发明内容
应该理解，本发明可以用多种方式实施，比如工艺、装置、系统、器件或方法。下面描述本发明的几个创造性实施例。
在一个实施例中，公开了用于执行卡盘的热校准的方法。该方法包括用于将晶片支撑在暴露于热源的卡盘上的操作。该方法接着是在晶片和卡盘之间的界面施加基本上恒压的气体的操作。然后，移去热源。移去热源后，测量作为时间函数的晶片温度，同时保持施加的气压。该方法进一步包括根据作为时间函数的测得晶片温度来确定卡盘热特性参数值的操作。确定的卡盘热特性参数值与施加的气压直接相关。对于多个不同的施加气压重复前述的方法操作，以生成一组作为气压的函数的卡盘热特性参数值。然后建立测得的卡盘热特性参数值和相应气压之间的相关性，以生成卡盘的热校准曲线。应该理解，使用生成的卡盘热校准曲线，对于具体卡盘热特性参数值可确定气压，反之亦然。此外，卡盘的热校准曲线中表示的热特性参数可与在晶片制造工艺期间的晶片温度直接相关。
在另一个实施例中，公开了在晶片制造工艺期间用于控制晶片温度的方法。该方法包括确定卡盘的目标热特性参数值的操作。应该理解，在晶片制造工艺期间卡盘用来保持晶片。该方法进一步包括检测卡盘的热校准曲线以确定相应于卡盘目标热特性参数的后部气压值的操作。应该了解，后部气压相应于施加在晶片和卡盘之间界面处的气压。该方法进一步包括设定将后部气压值操作，使后部气压值相应于卡盘目标热特性参数值。应该理解，后部气压用于在制造工艺期间控制晶片温度。
在另一个实施例中，公开了在晶片制造工艺期间用于提供晶片温度控制的系统。该系统包括限定为保持暴露于等离子体中的晶片的卡盘。该卡盘包括多个端口以在晶片和卡盘之间的界面处提供气体。该系统也包括限定为控制施加在晶片和卡盘之间界面处的气压的气体控制器。该系统进一步包括用于控制气体控制器的计算器件。计算器件包含卡盘的热校准数据，其中热校准数据确定设定为从计算器件传输到气体控制器以维持目标晶片温度的气压。
通过本发明的示例说明，根据随后结合附图的详细描述，本发明的其他方面和优点将变得更加明显。
附图说明
图1示出了依照本发明的一个实施例用于半导体晶片处理的等离子体腔室的通用表示的视图；
图2示出了依照本发明的一个实施例的卡盘的垂直剖面图；
图3示出了依照本发明的一个实施例在各种后部气压下由“ESC1”表示的卡盘的瞬时晶片温度测量图；
图4示出了依照本发明的一个实施例的示例性热特性参数与后部气压的曲线图；
图5示出了依照本发明的一个实施例进行卡盘热校准的方法的流程图；和
图6示出了依照本发明的一个实施例在晶片制造工艺期间控制晶片温度的方法的流程图。
具体实施方式
在随后的描述中，为了提供本发明的全面理解提出多个具体细节。然而很明显的是，本领域的技术人员不需要这些具体细节的一些或全部就可以实施本发明。在其它实例中，为了使本发明清楚，没有详细描述熟知的工艺操作。
图1是依照本发明的一个实施例用于半导体晶片(此后称“晶片”)处理的等离子体腔室100的通用表示的视图。腔室100由环绕壁101、顶部102和底部104限定。将卡盘103放置在腔室100内以保持暴露于等离子体107(将在腔室中产生)中的晶片105。在一个实施例中，卡盘103限定为能用电控制的静电卡盘(ESC)以朝晶片105吸引等离子体107内的离子。在一个实施例中，在腔室上限定了线圈109，以提供在腔室内体积中产生等离子体107的能量。
在操作期间，反应气体从进气口(未示出)穿过腔室100流到排气口(未示出)。然后将来自电源(未示出)的高频功率(也就是RF功率)施加到线圈109以使RF电流流过线圈109。流过线圈109的RF电流在线圈109的周围产生电磁场。电磁场在蚀刻腔室100内体积中产生感应电流。感应电流作用在反应气体上以产生等离子体107。在蚀刻工艺期间，线圈109执行类似于变压器内初级线圈的功能，同时等离子体107执行类似于变压器内的次级线圈的功能。
用非等离子体反应气体的护层(sheath)封住等离子体107。因此，通过匹配电路将来自电源的高频功率(也就是，RF功率)施加到卡盘103以为等离子体107提供定向，这样将等离子体107下“拉”到晶片105表面上以实现蚀刻工艺。等离子体107包含以阳和阴离子形态的不同类型的基。阳和阴离子的不同类型的化学反应用来蚀刻晶片105。
图2示出了依照本发明的一个实施例的卡盘103的垂直剖面图。由包括陶瓷层203、粘合层205和铝层206的多个材料区域限定。卡盘103也包括多个冷却管道，其中有例如水的液体冷却剂流过。在等离子体处理期间晶片105保持在卡盘103的表面202上。在一个实施例中，应用机械力将晶片105保持在表面202上。在另一个实施例中，在处理期间应用电力将晶片105吸引到表面202上且保持晶片105。
为了使本发明清楚，图2中没有示出卡盘103的附加特征。例如，除了流体冷却剂管道207外，卡盘103也包括气体冷却剂管道，其用于定向气体冷却剂到晶片105和卡盘103的表面202之间的区域。而且，应该理解，能以产生预期操作效果所必须的基本上任何布置来构造卡盘的流体和气体冷却剂管道。此外，将卡盘103限定为包括许多顶升杆以帮助晶片105的卡紧和解卡。而且，应该了解，通过匹配电路可以将卡盘电连接到电源，以提供等离子体107定向偏置和/或如前述的电晶片夹紧力。从而，卡盘103实际上是包括比图2中明确示出的部件更多的复杂器件。
等离子体处理后的晶片特性一般依赖于等离子体处理期间晶片的温度。例如，在某些等离子体工艺中晶片上的临界尺寸，也就是特征宽度，可能以每摄氏度晶片温度大约一纳米进行改变。此外，在不同晶片的等离子体处理期间晶片温度的不同可引起不同晶片之间在工艺结果中的变化。晶片制造中的一般目标是尽可能以同样方式制造每个给定类型的晶片。因此，为了满足此晶片到晶片的一致性目标，必须控制影响得到的晶片特性的制造参数。明显地，等离子体状态直接影响得到的晶片特性。然而，如前所述，在等离子体工艺期间晶片温度也直接影响得到的晶片特性。
除了保持晶片105和作为用于定向地偏置等离子体107的机构，在处理期间卡盘103也作为控制晶片105温度的主要结构。在操作期间，将自等离子体107散发的热流引向晶片105。晶片105吸收的热能从晶片经卡盘103的不同区域传导到冷却剂管道207内的流体冷却剂。从而，冷却剂管道207内的流体冷却剂作为主要散热装置。因此，应该理解，在处理期间晶片105的温度不仅依赖于从等离子体107散发的热流，而且依赖于卡盘103的热特性，也就是热量如何从晶片105传导到散热装置。
对于图2中描述的卡盘103，热量通过其间的各种卡盘103的材料经传导从晶片105传导到冷却剂管道207内的流体。在晶片105和陶瓷层203之间至少存在用于热传导的两条通路。在一条通路内，热通过物理接触从晶片105直接传导到陶瓷层203。在另一条通路内，通过晶片105和陶瓷层203之间的间隙201内存在的气体来传导热。间隙201由卡盘103的随机微观表面粗糙度和/或比如突起的工程表面形貌形成。应该理解，为了简易论述，夸大了图2中间隙201的尺寸。间隙201内的气体的传导性依赖于气压和间隙201的特性。在一个实施例中，通过表面202上的口将例如氦的气体提供到间隙201。控制气压以调整通过充满气体的间隙201的热传导的量。
通过直接传导与间隙传导的晶片到陶瓷的热传递的比率是卡盘103的表面202特性与间隙201内存在的气体的压力和类型的函数。当在间隙201内存在气体时，期望的是经间隙传导的热传递略微影响到晶片105和陶瓷层201之间的总的热传递。应该注意，经间隙传导的热传递的量是晶片下的全部卡盘表面区域与晶片接触的部分、间隙的物理特性、间隙内存在的气体的类型和间隙内存在的气体的压力的函数。间隙的数量和间隙的物理属性，也就是间隙的尺寸和形状，可以以表面粗糙度参数和/或与晶片接触的区域部分为特征。
本领域的技术人员应该理解，表面粗糙度参数可用均方根(RMS)表面粗糙度测量来表示。在一个实施例中，卡盘103的表面202限定为具有从大约5微英寸延伸到大约200微英寸的范围内的RMS表面粗糙度。在另一个更加优选实施例中，卡盘103的表面202限定为具有从大约20微英寸延伸到大约100微英寸的范围内的RMS表面粗糙度。在可选的实施例中，卡盘103的表面202可限定为包括设计的间隙。可构造成设计的间隙以增强间隙传导对晶片105和陶瓷层203之间的总的热传递的影响。
参考回到图2的卡盘103，热量从陶瓷层203传导到粘合层205。热量从粘合层205传导到铝层206。然后热量从铝层206传导到冷却管道207内的流体。在优选实施例中，冷却管道207内的流体作为理想的散热装置有效地执行。应该理解，冷却管道207内的流体类型、流体温度和流体流速可限定以接近理想散热装置的性能。
影响卡盘103的热传递特性的许多参数是不随着时间和使用而改变的。例如，粘合层205的厚度和大量的铝层206是不希望随着时间而变化的。然而，应该了解，对于卡盘103的这种不变的热传递特性的制造所得值(as-fabricated value)，卡盘之间可能彼此不同。因此，不同的卡盘可以具有不同的初始热特性。此外，不同卡盘安装的方式可影响在等离子体处理期间卡盘的热性能。而且，应该清楚，一些卡盘属性易于作为使用的函数遭受改变。结果，卡盘的热性能可以作为使用的函数而改变，并且引起晶片温度的相应改变。由于卡盘热性能对晶片温度的直接影响，因此在晶片处理期间知道并控制卡盘热性能是重要的。
如前论述，易于变化并且能够显著影响晶片温度的卡盘的一项属性是与晶片接合(interfacing)的卡盘表面(“接合表面”)的表面粗糙度。在使用期间，通过各种工艺可以改变界面表面粗糙度，比如无水自动清洗工艺。此外，随着扩展应用，通过物理磨损晶片本身可以改变界面粗糙度。为了保持晶片和卡盘间持续的热界面，必须量化界面粗糙度和其的任何改变。
为了在等离子体处理期间保持目标晶片温度，本发明提供量化卡盘103的热特性的方法，包括晶片到卡盘界面。在一个实施例中，对于不同的后部气压，测量晶片温度对于等离子体功率变化的瞬时响应，其中后部气压对应于晶片105和卡盘103之间界面处的间隙201内的气压。图3示出了依照本发明的一个实施例，在各种后部气压下用“ESC1”表示的卡盘的瞬时晶片温度测量图。每个后部气压下晶片温度瞬时特性的测量开始于在稳态等离子体107存在时测量晶片温度。参照图3，用“通等离子体(Plasma On)”表示存在稳态等离子体。然后，关闭等离子体，并且对于每种气压(301-309)作为冷却时间函数来测量晶片的温度。参照图3，用“关闭等离子体(Plasma Off)”表示没有等离子体。
当存在等离子体时，晶片温度基本上在稳定状态。当关闭等离子体时，晶片温度依照卡盘103的热传递特性而降低。应该理解，在没有等离子体时估计卡盘103的热性能，不必考虑从等离子体至晶片的热流量贡献。因此，关闭等离子体后，晶片温度的瞬时性能可直接归因于卡盘103热特性。一旦获得晶片温度测量值，可对每个后部气压做出温度与时间数值的曲线拟合。参照图3，评估了用曲线301-309表示的5种后部气压。分析晶片温度与时间的曲线以确定卡盘103的热特性参数值。在一个实施例中，卡盘103的热特性参数用卡盘103的有效热传导性表示。在另一个实施例中，卡盘103的热特性参数用描述了卡盘103热性能的导出参数表示，例如时间常数。每条温度与时间曲线所确定的卡盘热特性参数值相应于相关后部气压。应该理解，对每个相关卡盘确定不同后部气压下等离子体功率关闭的瞬时晶片温度响应。
由如图3所示的瞬时晶片温度响应曲线确定的不同后部气压下的测得热特性参数值，用于产生相应卡盘的热特性参数与后部气压的曲线。图4示出了依照本发明的一个实施例的示例热特性参数与后部气压的曲线图。为了简化论述，给定卡盘的热特性参数与后部气压的曲线称为“热校准曲线”。图4示出了分别表示为“ESC1”和“ESC2”的两个卡盘的热校准曲线401和405。应该理解，由于每个卡盘的晶片接合表面粗糙度不同，ESC1与ESC2的热校准曲线间的倾斜度也不同。例如，可期望具有允许更多暴露于晶片背面间隙的表面粗糙度的卡盘显示出后部气压对晶片温度更强的影响。
每个卡盘的热校准曲线可用于确定相应于具体目标热参数值的具体卡盘的后部气压，其中目标热参数值表示目标卡盘热性能。应该理解，将卡盘的后部气压调整到相同目标热参数值的不同卡盘会具有基本上相似的总热传递能力。从而，与调整到相同目标热参数值的不同卡盘相关的晶片温度也会基本上相似。因此，为了在等离子体处理期间匹配晶片温度，通过后部气压，不同卡盘的热校准曲线可用来调整不同的卡盘。具体卡盘获得目标热传递能力所需的后部气压可明确指定或者为卡盘指定作为相对于初始后部气压的压力偏移量。在一个实施例中，后部气体是氦，并且可将其控制在从大约5torr延伸到大约100torr的压力范围内。
在另一个实施例中，可以用多个热特性参数校准卡盘热性能。例如，在校准卡盘的热性能时，可以结合一个或多个其他参数，例如卡盘冷却器温度或者卡盘加热器温度来考虑后部气压。在本实施例中，结合后部气压和其他参数来调整以实现相同目标热性能的不同卡盘会具有基本上相似的总热传递能力，导致了基本上相似的晶片温度。因此，本发明也提供了使用多参数热校准数值来调整不同卡盘，以在等离子体处理期间匹配晶片温度。
图5示出了依照本发明的一个实施例进行卡盘热校准的方法流程图。该方法包括用于将晶片支撑在暴露于热源的卡盘上(或者等价测试目标)的操作501。该方法接着是在晶片和卡盘之间的界面处施加基本上恒压的气体的操作503。在操作505中，移去热源。然后，执行操作507以测量作为时间函数的晶片温度，同时保持施加的气压。在操作501-507期间，将除施加气压之外的卡盘的控制参数设定为晶片制造工艺中卡盘的使用期间将施加的值。
该方法进一步包括基于作为时间函数的测得晶片温度来确定热特性参数值的操作509。在一个实施例中，热特性参数限定为表示作为时间函数的测得晶片温度的数学模型内的时间常数。在另一个实施例中，热特性参数限定为卡盘的有效热传导值。应该理解，不考虑具体的热特性参数实施例，所确定的热特性参数值与施加的气压直接相关。在操作511中，对于多种不同的施加气压重复操作501-509。在一个实施例中，多种不同的施加气压是在从大约5torr延伸到大约100torr的范围内。操作511后，得到对于多种施加气压的一组测得热特性参数数据。在操作513中，在测得热特性参数数据和相应的气压之间建立相关性，以生成卡盘的热校准曲线。
应该理解，使用生成的热校准曲线，对于具体热特性参数值可确定其气压，反之亦然。此外，在卡盘的热校准曲线中表示的热特性参数可与晶片制造工艺期间的晶片温度直接相关。从而，可以用工艺中晶片温度与施加气压的可选形式表示卡盘的热校准曲线。
在可选实施例中，对于结合施加的压力考虑的附加热影响参数的多个不同值重复图5方法中的操作501到511。例如，附加热影响参数可以是卡盘冷却器温度或者卡盘加热器温度。在本可选实施例中，稍微修改前述操作513以建立确定的卡盘热特性参数值与气压值和附加热影响参数值的组合之间的相关性，以产生卡盘的多参数热校准曲线。在等离子体处理期间多参数热校准曲线用来调整卡盘以得到具体晶片温度。
图6示出了依照本发明的一个实施例在晶片制造工艺期间控制晶片温度的方法的流程图。在操作601中，确定卡盘目标热特性参数值。应该理解，在晶片制造工艺期间卡盘用来保持晶片。卡盘目标热特性参数值相应于卡盘目标热性能，其在晶片制造工艺中导致目标晶片温度。在一个实施例中，卡盘目标热特性参数值限定为卡盘的目标有效热传导值。在另一个实施例中，卡盘目标热特性参数值限定为通过卡盘热传递的目标时间常数。
该方法进一步包括操作603，其用于检测卡盘的热校准曲线以确定相应于卡盘目标热特性参数的后部气压值。应该了解，后部气压对应于晶片和卡盘间的界面处施加的气压。在一个实施例中，施加在晶片和卡盘之间界面处的气体是氦。在操作605中，后部气压设定为与卡盘目标热特性参数值相应的值。操作605后，在晶片上执行制造工艺，同时保持后部气压的值相应于卡盘目标热特性参数值。应该理解，后部气压用于在制造工艺期间控制晶片温度。
对于卡盘之间热特性的初始可变性，用于开发并使用特定卡盘热校准曲线的本发明的方法可在制造的条件下将卡盘调整到目标热传递能力。例如，对于每个卡盘可根据其制造的状态开发热校准曲线。然后，在操作期间可设定每个卡盘的后部气压以匹配热特性参数的目标值。每个卡盘与目标热特性参数值的匹配会引起每个卡盘以基本上相同的速度将热远离晶片传导。从而，对应于已调整的不同卡盘的晶片温度就会基本相同。
当长时间使用卡盘时，可以更新卡盘的热校准曲线以反映卡盘的最近状态。因而，更新的热校准曲线会捕获影响热性能的卡盘属性变化，比如晶片到卡盘的界面的表面粗糙度。应该理解，具体卡盘相关的热校准曲线的修改频率依赖于热校准曲线如何很好地连续预测卡盘的热性能。例如，当用已有的热校准曲线确定的后部气压开始产生不同的卡盘热性能时，如晶片温度所指示，必须重复热校准曲线的开发工艺(development process)以获得反映卡盘的最近物理和热状态的更新的热校准曲线。
在晶片制造中，通常期望在多腔室中进行相同的晶片工艺以得到相同的所得晶片状态。如果在每个腔室中的晶片温度由于卡盘热特性而不同，那么有可能很难从各个腔室得到相同的所得晶片状态。采用本发明，通过由相应热校准曲线所确定的后部气压可以调整每个腔室内的卡盘，以提供一致的热性能。从而，在晶片处理期间，调整的卡盘将使每个腔室内能保持一致的晶片温度。结果，与每个腔室相关的后处理晶片状态不会如预期腔室间的工艺期间晶片温度变化一样呈现实质性变化。
在晶片制造工艺期间本发明也可作为提供晶片温度控制的系统实施。本系统包括卡盘、气体控制器和用于控制气体控制器的计算器件。在制造工艺期间卡盘限定为保持暴露于等离子体的晶片。卡盘包括许多端口以在晶片和卡盘之间的界面处供给气体。气体控制器限定为控制施加在晶片和卡盘之间的界面处的气压。计算器件包含卡盘的热校准数据。应该理解，在不同的实施例中可用不同的形式保存热校准数据，比如以等式(限定成适合数据)的参数或数值的表格形式。热校准数据确定了设定从计算器件传输到气体控制器以维持目标晶片温度的气压。目标晶片温度与用热校准数据表示的具体的卡盘目标热特性参数值有关。卡盘的热校准数据表示卡盘热特性参数，该卡盘热特性参数是施加在晶片和卡盘之间的界面处的气压的函数。在一个实施例中，卡盘的热特性参数限定为卡盘的有效热传导性。在另一个实施例中，卡盘的热特性参数限定为经过卡盘的热传递的时间常数。
应该清楚，卡盘热校准曲线的开发和使用使得卡盘预稳定(pre—conditioning)以限制工艺变化。此外，卡盘热校准曲线可使作为操作时间函数的卡盘热特性中的变化得到补偿。而且，本发明的卡盘热校准曲线允许使用卡盘而不是非卡盘的相关工艺参数来控制晶片温度，比如RF功率、腔室压力等。由于非卡盘相关工艺参数间的依赖性，在尝试用来控制晶片温度的非卡盘相关工艺参数的调整可能导致处理窗口变窄，其中处理窗口由能影响晶片结果的每个工艺参数的可接受范围限定。由于卡盘独立于处理窗口，因此可在不缩小处理窗口的情况下通过调整卡盘的总的热性能来控制晶片温度。
虽然根据几个实施例描述了本发明，但是应该理解，一旦阅读先前的说明书并研究附图，本领域的技术人员会实现各种变型、添加、置换及其等效。因此，应该意识到，本发明包括所有落在本发明的实质精神和范围内的此类变型、添加、置换及其等效。

Claims (9)

1.执行卡盘热校准的方法，包括：
(a)将晶片保持在暴露于热源的卡盘上；
(b)在晶片和卡盘之间的界面处施加基本上恒压的气体；
(c)移去热源；
(d)热源去除后，测量作为时间函数的晶片温度，同时维持施加的气压；
(e)根据作为时间函数的所测量晶片温度确定卡盘热特性参数值，其中确定的卡盘热特性参数值对应于施加的气压；
(f)对于多个不同的施加气压重复操作(a)到(e)；和
(g)建立确定的卡盘热特性参数值和相应气压间的相关性，以产生卡盘的热校准曲线。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
将除了施加气压之外的卡盘的控制参数设定为在晶片制造工艺中卡盘的使用期间所施加的值。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
根据卡盘的热校准曲线确定得到相应于卡盘的目标热性能的具体卡盘热特性参数值所需的气压。
4.根据权利要求3所述的方法，其中卡盘的目标热性能对应于在晶片制造工艺期间的目标晶片温度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中热源是维持在基本上恒定功率水平的等离子体。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
对于结合施加的气压考虑的附加热影响参数的多个不同值重复操作(a)到(f)；和
建立确定的卡盘热特性参数值与气压值和其它热影响参数值的组合之间的相关性，以产生卡盘的多参数热校准曲线。
7.根据权利要求1所述的方法，其中卡盘热特性参数值限定为表示作为时间函数的晶片测量温度的数学模型内的时间常数。
8.根据权利要求1所述的方法，其中卡盘热特性参数值限定为卡盘的有效热传导值。
9.根据权利要求1所述的方法，其中多种不同的施加气压在从大约5torr延伸到大约100torr的范围内。
CN2006101641198A 2005-08-05 2006-08-04 用于卡盘热校准的方法和仪器 Expired - Fee Related CN1956146B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/198,489 US7802917B2 (en) 2005-08-05 2005-08-05 Method and apparatus for chuck thermal calibration
US11/198489 2005-08-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1956146A CN1956146A (zh) 2007-05-02
CN1956146B true CN1956146B (zh) 2011-08-03

Family

ID=37717423

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2006101641198A Expired - Fee Related CN1956146B (zh) 2005-08-05 2006-08-04 用于卡盘热校准的方法和仪器

Country Status (4)

Country Link
US (3) US7802917B2 (zh)
KR (1) KR101310821B1 (zh)
CN (1) CN1956146B (zh)
TW (1) TWI335063B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11852542B2 (en) 2020-03-19 2023-12-26 Changxin Memory Technologies, Inc. Methods for measuring temperature of wafer chuck and calibrating temperature and system for measuring temperature
US12007289B2 (en) 2020-03-19 2024-06-11 Changxin Memory Technologies, Inc. Temperature measurement and temperature calibration methods and temperature measurement system

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7802917B2 (en) * 2005-08-05 2010-09-28 Lam Research Corporation Method and apparatus for chuck thermal calibration
US8002463B2 (en) * 2008-06-13 2011-08-23 Asm International N.V. Method and device for determining the temperature of a substrate
US8906164B2 (en) * 2010-08-05 2014-12-09 Lam Research Corporation Methods for stabilizing contact surfaces of electrostatic chucks
US9716022B2 (en) 2013-12-17 2017-07-25 Lam Research Corporation Method of determining thermal stability of a substrate support assembly
US9753463B2 (en) * 2014-09-12 2017-09-05 Applied Materials, Inc. Increasing the gas efficiency for an electrostatic chuck
CN106442472B (zh) * 2016-12-09 2018-12-07 山西大学 一种基于等离子体温度精确测量的自由定标方法
EP3623782B1 (en) * 2018-09-14 2021-11-10 Landis+Gyr AG Electricity meter thermal performance monitoring

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6188564B1 (en) * 1999-03-31 2001-02-13 Lam Research Corporation Method and apparatus for compensating non-uniform wafer processing in plasma processing chamber
US6303895B1 (en) * 1995-06-07 2001-10-16 Lam Res Corp Method and apparatus for controlling a temperature of a wafer
CN1129962C (zh) * 1997-09-15 2003-12-03 西门子公司 在工艺过程中控制半导体晶片温度的温度控制装置和方法
CN1575514A (zh) * 2001-11-30 2005-02-02 东京毅力科创株式会社 可靠性评估测试装置、可靠性评估测试系统、接触器以及可靠性评估测试方法

Family Cites Families (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4553852A (en) * 1983-12-07 1985-11-19 W. R. Grace & Co. Apparatus and method for heat flow measurement
SU1275233A1 (ru) * 1984-02-27 1986-12-07 Предприятие П/Я В-2119 Устройство дл градуировки датчиков температуры
US4812050A (en) * 1985-05-28 1989-03-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method for calibrating a heat flux gauge
US4913929A (en) * 1987-04-21 1990-04-03 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Thermal/microwave remote plasma multiprocessing reactor and method of use
JP2731950B2 (ja) * 1989-07-13 1998-03-25 キヤノン株式会社 露光方法
US5548470A (en) * 1994-07-19 1996-08-20 International Business Machines Corporation Characterization, modeling, and design of an electrostatic chuck with improved wafer temperature uniformity
US5876119A (en) * 1995-12-19 1999-03-02 Applied Materials, Inc. In-situ substrate temperature measurement scheme in plasma reactor
JPH10116887A (ja) * 1996-08-26 1998-05-06 Applied Materials Inc ワークピースの冷却装置及び方法
US5902935A (en) * 1996-09-03 1999-05-11 Georgeson; Gary E. Nondestructive evaluation of composite bonds, especially thermoplastic induction welds
US5911833A (en) * 1997-01-15 1999-06-15 Lam Research Corporation Method of in-situ cleaning of a chuck within a plasma chamber
DE19711702C1 (de) * 1997-03-20 1998-06-25 Siemens Ag Anordnung zur Bearbeitung einer Substratscheibe und Verfahren zu deren Betrieb
US5996415A (en) * 1997-04-30 1999-12-07 Sensys Instruments Corporation Apparatus and method for characterizing semiconductor wafers during processing
US6064799A (en) * 1998-04-30 2000-05-16 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for controlling the radial temperature gradient of a wafer while ramping the wafer temperature
US6361645B1 (en) * 1998-10-08 2002-03-26 Lam Research Corporation Method and device for compensating wafer bias in a plasma processing chamber
US6445202B1 (en) * 1999-06-30 2002-09-03 Cascade Microtech, Inc. Probe station thermal chuck with shielding for capacitive current
JP3854018B2 (ja) * 1999-09-17 2006-12-06 株式会社ニューフレアテクノロジー 自動制御方法
US6353210B1 (en) * 2000-04-11 2002-03-05 Applied Materials Inc. Correction of wafer temperature drift in a plasma reactor based upon continuous wafer temperature measurements using and in-situ wafer temperature optical probe
JP4357715B2 (ja) * 2000-07-24 2009-11-04 東京エレクトロン株式会社 熱処理装置の温度校正方法
US6610968B1 (en) * 2000-09-27 2003-08-26 Axcelis Technologies System and method for controlling movement of a workpiece in a thermal processing system
JP2002131257A (ja) * 2000-10-26 2002-05-09 Nisshinbo Ind Inc 熱伝導率測定方法、測定装置及び断熱材の製造方法
US6628503B2 (en) * 2001-03-13 2003-09-30 Nikon Corporation Gas cooled electrostatic pin chuck for vacuum applications
US6853953B2 (en) * 2001-08-07 2005-02-08 Tokyo Electron Limited Method for characterizing the performance of an electrostatic chuck
JP2003115442A (ja) * 2001-10-04 2003-04-18 Nikon Corp 荷電粒子線露光装置におけるレチクル又はウエハの静電チャック方法
US6646233B2 (en) * 2002-03-05 2003-11-11 Hitachi High-Technologies Corporation Wafer stage for wafer processing apparatus and wafer processing method
JP2003272991A (ja) * 2002-03-12 2003-09-26 Semiconductor Leading Edge Technologies Inc 露光及びレジスト塗布現像方法並びに装置
KR100438639B1 (ko) * 2002-05-14 2004-07-02 삼성전자주식회사 반도체 기판의 온도를 측정하기 위한 열전대 및 이를 갖는반도체 기판 온도 제어 장치
US7341673B2 (en) * 2003-08-12 2008-03-11 Lam Research Corporation Methods and apparatus for in situ substrate temperature monitoring by electromagnetic radiation emission
US7208067B2 (en) * 2003-03-27 2007-04-24 Tokyo Electron Limited Method and system for monitoring RF impedance to determine conditions of a wafer on an electrostatic chuck
US6947274B2 (en) * 2003-09-08 2005-09-20 Axcelis Technologies, Inc. Clamping and de-clamping semiconductor wafers on an electrostatic chuck using wafer inertial confinement by applying a single-phase square wave AC clamping voltage
JP2004119987A (ja) 2003-10-22 2004-04-15 Hitachi Ltd 半導体製造装置
JP4684222B2 (ja) * 2004-03-19 2011-05-18 株式会社クリエイティブ テクノロジー 双極型静電チャック
JP5137573B2 (ja) * 2004-07-10 2013-02-06 ケーエルエー−テンカー コーポレイション パラメータ測定の歪みを小さくする方法および装置
US7514277B2 (en) * 2004-09-14 2009-04-07 Tokyo Electron Limited Etching method and apparatus
US7436645B2 (en) * 2004-10-07 2008-10-14 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for controlling temperature of a substrate
US8137465B1 (en) * 2005-04-26 2012-03-20 Novellus Systems, Inc. Single-chamber sequential curing of semiconductor wafers
US7941039B1 (en) * 2005-07-18 2011-05-10 Novellus Systems, Inc. Pedestal heat transfer and temperature control
US7802917B2 (en) * 2005-08-05 2010-09-28 Lam Research Corporation Method and apparatus for chuck thermal calibration
JP2007048986A (ja) * 2005-08-10 2007-02-22 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
US20080254220A1 (en) * 2006-01-20 2008-10-16 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus
US7960297B1 (en) * 2006-12-07 2011-06-14 Novellus Systems, Inc. Load lock design for rapid wafer heating
US9631128B2 (en) * 2007-02-09 2017-04-25 Ngk Insulators, Ltd. Bonding material and semiconductor supporting device
JP4884268B2 (ja) * 2007-03-22 2012-02-29 東京エレクトロン株式会社 アッシング方法
US8047706B2 (en) * 2007-12-07 2011-11-01 Asm America, Inc. Calibration of temperature control system for semiconductor processing chamber
US7999563B2 (en) * 2008-06-24 2011-08-16 Cascade Microtech, Inc. Chuck for supporting and retaining a test substrate and a calibration substrate
US9562943B2 (en) * 2012-11-19 2017-02-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Wafer temperature sensing methods and related semiconductor wafer
US9601301B2 (en) * 2013-06-25 2017-03-21 Applied Materials, Inc. Non-intrusive measurement of a wafer DC self-bias in semiconductor processing equipment
JP6173889B2 (ja) * 2013-11-28 2017-08-02 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 シミュレーション方法、シミュレーションプログラム、加工制御システム、シミュレータ、プロセス設計方法およびマスク設計方法
US20150221535A1 (en) * 2014-01-31 2015-08-06 Andrew Nguyen Temperature measurement using silicon wafer reflection interference
US9435692B2 (en) * 2014-02-05 2016-09-06 Lam Research Corporation Calculating power input to an array of thermal control elements to achieve a two-dimensional temperature output
US9753463B2 (en) * 2014-09-12 2017-09-05 Applied Materials, Inc. Increasing the gas efficiency for an electrostatic chuck

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6303895B1 (en) * 1995-06-07 2001-10-16 Lam Res Corp Method and apparatus for controlling a temperature of a wafer
CN1129962C (zh) * 1997-09-15 2003-12-03 西门子公司 在工艺过程中控制半导体晶片温度的温度控制装置和方法
US6188564B1 (en) * 1999-03-31 2001-02-13 Lam Research Corporation Method and apparatus for compensating non-uniform wafer processing in plasma processing chamber
CN1575514A (zh) * 2001-11-30 2005-02-02 东京毅力科创株式会社 可靠性评估测试装置、可靠性评估测试系统、接触器以及可靠性评估测试方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11852542B2 (en) 2020-03-19 2023-12-26 Changxin Memory Technologies, Inc. Methods for measuring temperature of wafer chuck and calibrating temperature and system for measuring temperature
US12007289B2 (en) 2020-03-19 2024-06-11 Changxin Memory Technologies, Inc. Temperature measurement and temperature calibration methods and temperature measurement system

Also Published As

Publication number Publication date
US8449174B2 (en) 2013-05-28
CN1956146A (zh) 2007-05-02
KR20070017079A (ko) 2007-02-08
KR101310821B1 (ko) 2013-09-23
US7802917B2 (en) 2010-09-28
US20130235506A1 (en) 2013-09-12
TW200739796A (en) 2007-10-16
TWI335063B (en) 2010-12-21
US9530679B2 (en) 2016-12-27
US20070030621A1 (en) 2007-02-08
US20100309604A1 (en) 2010-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1956146B (zh) 用于卡盘热校准的方法和仪器
JP5925943B2 (ja) Ｃｄの均一性を向上させるための基板温度調整を行う方法
TWI398546B (zh) 用以驗證從氣體供應系統進入電漿處理室之氣流速率之方法
JP5111030B2 (ja) 基板処理システムに用いられる耐浸食性絶縁層を有する温度制御された基板ホルダ
CN100582299C (zh) 用于对室清洁处理进行控制的方法和处理系统
KR101054710B1 (ko) 반도체 제조 프로세스를 용이하게 하는 제1 원리 시뮬레이션의 사용 시스템, 방법, 및 컴퓨터 판독 가능한 매체
US7341954B2 (en) Method and apparatus for determining an operation status of a plasma processing apparatus, program and storage medium storing same
Xia et al. Experimental study and dynamic simulation of the continuous two-phase instable boiling in multiple parallel microchannels
US7183715B2 (en) Method for operating a semiconductor processing apparatus
US20060191482A1 (en) Apparatus and method for processing wafer
EP2671246B1 (en) Process condition measuring device (pcmd) and method for measuring process conditions in a workpi ece processing tool configured to process production workpieces
TWI559385B (zh) 用來控制半導體製造時之電漿成分通量及沉積的方法與實施此方法用之設備
US20120251705A1 (en) Temperature controlling method and plasma processing system
US20200049547A1 (en) Hybrid flow metrology for improved chamber matching
Zhang et al. Silicon microchannel heat sinks: theories and phenomena
CN1886641B (zh) 用于现场衬底温度监控的方法和设备
Tay et al. Estimation of wafer warpage profile during thermal processing in microlithography
Hsu et al. Measurement and modeling of time-and spatial-resolved wafer surface temperature in inductively coupled plasmas
Olson et al. Characterization, modeling, and design of an electrostatic chuck with improved wafer temperature uniformity
KR20170087239A (ko) 플라즈마 식각 방법 및 장치
Collins et al. A CFD model for the PECVD of silicon nitride
TWI534939B (zh) 靜電夾盤之接觸表面的穩定方法
Liu et al. Mechanisms underlying temperature uniformity in electrostatic chucks through experimental and simulation methods
Freed et al. Wafer-grown heat flux sensor arrays for plasma etch processes
Freed Wafer-mounted sensor arrays for plasma etch processes

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110803

Termination date: 20210804