TW201312673A - 利用獨立光源以測量晶圓溫度之方法與設備 - Google Patents

利用獨立光源以測量晶圓溫度之方法與設備 Download PDF

Info

Publication number
TW201312673A
TW201312673A TW101124043A TW101124043A TW201312673A TW 201312673 A TW201312673 A TW 201312673A TW 101124043 A TW101124043 A TW 101124043A TW 101124043 A TW101124043 A TW 101124043A TW 201312673 A TW201312673 A TW 201312673A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
substrate
signal
light
wavelength
temperature
Prior art date
Application number
TW101124043A
Other languages
English (en)
Inventor
Jared Ahmad Lee
Jiping Li
Original Assignee
Applied Materials Inc
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 Applied Materials Inc filed Critical Applied Materials Inc
Publication of TW201312673A publication Critical patent/TW201312673A/zh

Links

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
    • H01L21/02—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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/0003—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiant heat transfer of samples, e.g. emittance meter
    • G01J5/0007—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiant heat transfer of samples, e.g. emittance meter of wafers or semiconductor substrates, e.g. using Rapid Thermal Processing
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

本發明提供一種用於在蝕刻製程期間測量基材溫度的設備，該設備包含：一或多個窗口，該等窗口形成在基材支撐表面中；第一訊號產生器，該第一訊號產生器經配置以激發第一訊號；及第一感測器，該第一感測器經設置以接收：從該第一訊號產生器透射穿越一或多個窗口的能量。本發明提供一種用於在蝕刻製程期間測量基材溫度的方法，該方法包含以下步驟：使用幅射能量來加熱基材；激發第一光；決定代表當該第一光開啟時穿越基材的總體透射率之量度(metric)；決定代表當該第一光關閉時穿越基材的背景透射率之量度；及決定製程溫度。

Description

利用獨立光源以測量晶圓溫度之方法與設備
本發明的態樣大體而言係關於：用於測量半導體基材溫度的方法和設備。再者，本發明的態樣係關於：在紅外光加熱環境中的非接觸(non-contact)的晶圓溫度測量。更為特定而言，本發明的態樣係關於：用於藉由基材紅外光透射來測量在蝕刻製程中的半導體基材溫度的方法和設備。
超大型積體(VLSI)電路可包含：多於十億個的電子裝置(例如電晶體)，該等電子裝置形成在半導體基材上，例如矽基材，及該等電子裝置合作以執行在裝置內的各種功能。在處理期間，一些熱處理步驟偶爾在基材表面上執行。熱處理一般性地需要：用於製程控制的精確的基材溫度測量。不精確的基材溫度控制可導致：不利地影響裝置效能的不佳的處理結果，及/或導致：基材薄膜材料的損壞。
不同類型的溫度測量工具可在處理期間被使用以測量基材溫度。舉例而言，熱電偶(thermocouple)經常被使用以：藉由實際地接觸基材於基材表面上的預先決定的位置來測量基材溫度。然而，對於較大的直徑的基材，橫越於基材表面的總體溫度變化由於在測量位置之間的大 的距離而難以決定。此外，熱電偶對於基材表面的熱的實際接觸之可靠度係難以控制的及具有污染的顧慮。
可替代性地，光高溫量測(optical pyrometry)有時被使用以測量基材溫度。在處理期間從基材表面發射的幅射藉由光高溫量測感測器來測量以決定基材溫度。然而，來自基材表面的光發射的測量難以從背景雜訊中分離，例如來自加熱元件的強光或來自電漿源的熱、來自腔室壁的光發射及/或來自窗口的雜散光。因為來自基材表面的光發射無法被精確地測量，及背景雜訊可進一步地引入誤差至溫度測量中，實際的基材表面溫度難以精確地測量，前述者導致：錯誤的基材溫度決定及因而不佳的處理結果。
因此，具有用於基材溫度測量的改良的設備和方法的需要。
本發明提供：用於在製程期間測量溫度的設備和方法。在一實施例中，提供用於在蝕刻製程期間測量基材溫度的設備，該設備包含：腔室主體，該腔室主體具有：腔室蓋，該腔室蓋將該腔室主體封閉；基材支撐組件，該基材支撐組件配置在腔室主體中及該基材支撐組件具有基材支撐表面；一或多個窗口，該等窗口形成在該基材支撐表面中；第一訊號產生器，該第一訊號產生器經 配置以激發第一訊號，其中該第一訊號產生器光耦合穿越該基材支撐組件至一或多個窗口，以使得脈波訊號可透射穿越一或多個窗口；及第一感測器，該第一感測器經設置以接收：從該第一訊號產生器透射穿越一或多個窗口的能量，其中該第一感測器經配置以偵測：代表透射率的量度。
在另一實施例中，第一訊號產生器係雷射及經配置以激發一波長的光，及其中第一感測器經配置以偵測此波長的光。在另外的實施例中，提供一或多個加熱燈泡，其中該等加熱燈泡當開啟時可發射：至少與該第一訊號產生器相同的波長的光，其中光係具有在大約1000 nm和1500 nm之間的波長的紅外光，及其中該第一感測器經設置以偵測(a)當第一訊號產生器開啟時來自第一訊號產生器和一或多個加熱燈泡的該波長的紅外光，及(b)當第一訊號產生器關閉時來自一或多個加熱燈泡的該波長的紅外光。
另一實施例進一步包含：計算裝置，該計算裝置經可程式化、經線路連接或另外地經配置以決定：來自第一訊號的透射的改變，該第一訊號穿越經過設置在基材支撐表面上的基材，其中該計算裝置從(1)代表當第一訊號開啟時來自一或多個加熱燈泡和第一訊號的紅外光穿越基材的透射率的數值中減去(2)代表當第一訊號關閉時來自一或多個加熱燈泡的紅外光穿越基材的透射率的數值，及其中計算裝置決定基材的溫度。代表透射率的數 值可為：正規化的透射率(normalized transmission ratio)。可替代性地，或額外地，代表透射率的數值可為：以伏特為單位測量的光訊號。再者，閉回路控制系統可被提供，該閉回路控制系統耦合至一或多個加熱燈泡和計算裝置。由第一訊號產生器提供的紅外光的波長可為1200 nm。
在另外的實施例中，第二訊號產生器經配置以激發一第二訊號，其中該第二訊號產生器光耦合穿越在基材支撐組件中的窗口，及第二感測器，該第二感測器經設置以接收：來自第二訊號產生器透射穿越窗口的能量，該第二訊號產生器耦合至該窗口，其中該第二感測器經配置以偵測：代表透射率的量度。第二訊號可為：相較於第一訊號為較短的波長的紅外光。設備亦可進一步包含：對數偵測器(log detector)。可替代性地，第二訊號可為：相較於第一訊號為較長的波長的紅外光。
其它的實施例提供在蝕刻製程期間測量基材溫度的方法，該方法包含以下步驟：在製程腔室中提供基材，該基材處於：低於在第一紅外光波長的透射率中的過渡點的啟始溫度；使用幅射能量加熱基材，激發第一光，該第一光具有：大約等於第一紅外光波長的波長；決定：代表當第一光開啟時穿越基材的總體的透射率之量度；決定：代表當第一光關閉時穿越基材的背景透射率之量度；及基於來自第一光的第一紅外光波長穿越基材的透射率來決定基材的製程溫度。第一光可為雷射。
方法進一步包含以下步驟：將代表從雷射穿越基材的透射率之量度分離，而不具有背景透射率。或者，方法可進一步包含以下步驟：從(1)代表當第一光開啟時穿越基材的總體透射率的量度中減去(2)代表當第一光關閉時穿越基材的背景透射率的量度。紅外雷射光(infrared laser ligh)的波長可為1200 nm，及加熱步驟可進一步包含以下步驟：開啟一或多個加熱燈泡。透射率的量度可為：正規化的透射率(normalized transmission ratio)或以伏特為單位測量的光訊號。
在另一實施例中，方法可進一步包含以下步驟：將基材冷卻，而決定製程溫度。又在另一實施例中，方法可進一步包含以下步驟：使用控制系統以基於基材的製程溫度來改變提供至一或多個加熱燈泡的功率量。在額外的實施例中，方法可包含以下步驟：激發第二光，該第二光具有：第二紅外光波長，該第二紅外光波長不同於該第一紅外光波長。另外的實施例可包含：激發第三光，該第三光具有第三紅外光波長，該第三紅外光波長不同於該第一紅外光波長和該第二紅外光波長二者。
在此討論的實施例提供：用於在加熱或冷卻的製程期間測量基材溫度的方法和設備，例如可使用於蝕刻。其它的示例性製程可包含(除了其它事項之外)：電漿製 程，例如蝕刻、沉積、退火(annealing)、電漿表面處理和離子植入。在實施例中，基材溫度可藉由監控能量穿越基材的透射率來決定。在另外的實施例中，能量源(例如發射紅外(IR)光的雷射)可在製程期間開啟和關閉，以允許其它的能量源從透射測量中減去。關於藉由紅外光透射的基材溫度測量的各種細節可見於美國專利號7,946,759和美國專利申請號12/144,157中，前述二者藉由參照的方式併入，如同在此完整地陳述。
第1A圖至第1C圖描繪：適合用於實施本發明的處理設備的簡化的示意圖。設備100在真空下操作。設備100包含：熱源108，該熱源經調適以提供熱能量至配置在設備100中的基材102。在實施例中，熱源108係從相鄰於基材102所產生的電漿提供。在另一實施例中，熱源108可替代性地由加熱的基材固持件、加熱的支撐底座、電阻性加熱器或適合用於提高基材的溫度的其它的熱源來提供。
在描繪於第1A圖的實施例中，訊號產生器104和感測器106配置在基材102的上側的上方。訊號產生器104配置在基材102的上方及訊號產生器104產生透射穿越基材102的訊號110。訊號產生器104可為能量源，該能量源提供能量，該能量具有：可透射穿越基材102的至少一個波長，及訊號產生器104可包含：雷射或寬頻帶的光源。當訊號110碰撞到基材102時，訊號110的第一部分112直接地從基材的上表面反射。訊號110的 第二部分透射穿越基材102及訊號110的第二部分可部分地由基材102吸收。透射穿越基材102的訊號110的第二部分可從基材102的底部反射以提供訊號110的感測器部分114，該訊號110的感測器部分可由感測器106來偵測。感測器106被利用以接收訊號110的感測器部分114，該訊號110的感測器部分114從基材102的底部反射離開。過濾器(未顯示出)可被利用以分離出(screen)反射至感測器106的訊號110的第一部分112，該訊號110的第一部分112並未穿越經過基材102。
控制器120連接至感測器106以分析接收的訊號。控制器120一般性地包含：中央處理單元(CPU)138、記憶體140，及輔助電路142。CPU 138可為任何形式的一般性目的電腦處理器之一者，該一般性目的電腦處理器可被使用於工業定型(industrial setting)中。輔助電路142傳統地耦合至CPU 138，及輔助電路142可包含：快取、時脈電路、輸入/輸出子系統、電源，及類似者。軟體常式當由CPU 138執行時轉變CPU 138為特定目的電腦(控制器)。軟體常式亦可由第二控制器(未顯示出)來儲存及/或執行，該第二控制器位於設備100的遠端處。
類似於第1A圖的配置，第1B圖描繪另一實施例，其中訊號產生器104和感測器106配置在基材102的底側(bottom side)的下方。
第1C圖描繪：又一實施例，其中訊號產生器104和感測器106配置在基材102的相對側上。訊號產生器104 配置在基材102的上方及產生訊號110。感測器106配置在訊號產生器104對面的位置處以接收訊號110的感測器部分114，該訊號110的感測器部分114穿越經過基材102及並未被反射或吸收。第二反射的訊號122可從感測器106反射及第二反射的訊號122可透射穿越基材102，以使得第二反射的訊號122的部分124穿越經過基材102至基材102的上側。從而，一或多組訊號產生器104和感測器106可被利用以配置在基材102的不同側，以在製程期間產生和接收在任何的方向所引起的訊號部分。
不同的基材材料可導致：光在不同的溫度和不同的波長的情況下的不同的透射率。當熱源108提供熱能量至基材表面，基材溫度改變。訊號110的感測器部分114透射穿越基材102，而另一部分被吸收。透射穿越基材102的訊號量取決於基材102的溫度。因此，當基材102被加熱時，透射穿越基材102至感測器106的訊號110之感測器部分114中發生改變。感測器106偵測：在訊號110的感測器部分114中的改變，該等改變代表基材102的溫度。基材溫度可基於訊號110的感測器部分114的偵測之改變而被決定。
在實施例中，訊號產生器104可為：具有不同波長的光產生器。舉例而言，訊號產生器104可提供雷射光束，該雷射光束具有窄頻帶的波長，該窄頻帶的波長的中心位於所欲的範圍中或具有所欲的數值。範圍可在大約 1000 nm和大約1500 nm之間選擇。在另外的實施例中，具有大約1080 nm、1200 nm或1310 nm的波長的雷射可被使用。
第2圖描繪：當基材溫度提高時的基材的光透射率，該基材的光透射率係以大約1200 nm的波長來測量。記錄曲線(trace)202描繪：矽半導體材料的透射率，以作為在大約60攝氏度數和大約300攝氏度數之間的溫度之函數。當基材處在低於60攝氏度數的溫度時，基材的光透射率維持為固定的，如同在第一溫度區域204中所顯示者，及基材的光透射率被正規化為：相對於接續的資料點的測量者的基準線(base line)。當基材溫度提高超過特定的數值時，例如大於120攝氏度數，發生基材的透射率的改變。從而，記錄曲線202的斜率206改變。當基材溫度增加時，基材失去該基材的透通性(transparency)。從而，基於所測量的能量強度，基材溫度可被決定。
在各種製程中，需要快速加熱矽晶圓，及溫度的讀值難以獲取(access)。舉例而言，在一些蝕刻製程中，矽晶圓需要在大約5-30秒的時間區段中加熱至大約300℃。此快速的加熱可被使用以促進：異常臭氧的快速的分解。燈泡經常被使用於提供熱，及提供至燈泡的功率可決定：所提供的加熱的量。功率位準可在製程期間變動以改變加熱速率。因此，對於快速的加熱，斜線上升步驟(ramp step)可被使用於快速地增加晶圓的溫度，例如 藉由提供高功率位準至燈泡。當到達特定的溫度時，功率位準可降低或甚至關閉。如同前文所討論者，在此加熱製程期間，來自燈泡而透射穿越晶圓的光可被測量以決定矽晶圓的溫度。然而，此方法僅能夠決定在斜線上升步驟期間的溫度，溫度範圍受到限制及該方法受到特定的晶圓的不透光性(opacity)的限制。再者，在所欲的波長(例如1200 nm)處具有可獲得使用的受限制的光，而使用於過濾寬頻帶的光至所欲的波長來用於偵測。當在特定的製作方法期間燈泡功率改變時，失去參照初始的頻帶邊緣透射的能力及溫度為不確定的。(因為透射穿越矽晶圓的IR幅射的量作為溫度的函數而移動，在特定的溫度下特定的波長被吸收或透射。透射的最小波長隨溫度而改變。)
示例性先前技術的製程被示例說明在第8圖中。記錄曲線810和記錄曲線820個別地示例說明第一和第二功率驅動(power drivers)，以用於加熱燈泡。功率在左邊的刻度上以瓦特(Watts)為單位作測量。記錄曲線830示例說明：實際的訊號讀值(以電壓為單位，未顯示出)的形狀。記錄曲線840基於由記錄曲線830所示例說明的訊號讀值來示例說明計算出的溫度(在左邊的刻度上以℃為單位)。記錄曲線被顯示以作為：在底部的刻度上以毫秒(milliseconds)為單位的時間之函數。如同所顯示者，燈泡初始時快速地提高功率(powered up)達數秒的時間，及然後功率降低。在十秒的標記處，藉由記錄曲線 810示例說明的第一功率驅動關閉，及藉由記錄曲線820示例說明的第二功率驅動降低，直到該第二功率驅動在三十秒的標記處也是關閉為止。如同所示例說明者，在初始的斜線上升步驟於前面數秒期間，關於溫度的計算具有不確定性。使用記錄曲線840，溫度分佈然後被決定於超過120℃的數值，但是僅僅直到十秒的標記處為止，當由記錄曲線830示例說明的訊號讀值變平於零值處(約略為大約360℃附近或超過大約360℃的溫度估計)。
以另一方式陳述，透射率(需要該透射率以決定溫度)僅可對於由記錄曲線830示例說明的訊號讀值傾斜向下的時間的部分被決定。再者，溫度無法在接續的冷卻步驟期間被測量。
獨立源(例如雷射二極體)的使用允許燈泡功率在處理期間被改變，而雷射輸出被使用於溫度計算。當使用訊號產生器104時，燈泡可發射具有與訊號產生器104相同的波長範圍之幅射。此幅射產生背景「雜訊(noise)」，該背景「雜訊」必需在整個製程中決定晶圓的溫度被考慮進來。此背景幅射可對溫度測量造成限制。
可藉由激發雷射來提供決定溫度的改良方法。雷射和燈泡輸出的組合可藉由光偵測器來收集及雷射和燈泡輸出的組合可與當雷射關閉時所收集的數值作比較。雷射關閉情況下的數值可從雷射開啟情況下的數值中減去，以使得雷射訊號可從背景雜訊(燈泡)中分離。減少的雷 射訊號可與波長-特定的查找表格作比較，該波長-特定的查找表格將訊號比與溫度相關聯，以促進晶圓溫度的決定，而獨立於燈泡功率。(亦可透過數學公式或透過具有資料庫的電腦程式來運用溫度相關性。)此者促進：透過製作方法的所有的步驟來得知溫度。另外地，在保持的步驟中的功率需要使用熱電偶晶圓來決定，及使用者必需相信：此溫度在每一晶圓被處理期間被維持。然而，激發雷射允許製程經過調整而改良，及在製作方法期間的溫度問題較為容易地偵測到。此外，溫度可在冷卻期間被得知及溫度可被使用以最佳化冷卻時間和產量。再者，較高的總體的訊號允許：可測量的溫度範圍的延伸。
三個波長經過研究而用於輕摻雜和重摻雜的矽：1080nm、1200nm，及1310nm。摻雜的範圍透過六個數量級(orders of magnitude)來測試，以驗證各種實施例的強健性。第3圖顯示：透射改變相對於溫度。透射改變藉由在左邊的刻度上的正規化的透射率來示例說明。溫度被示例說明在底部刻度上。記錄曲線310示例說明：1080 nm的波長，記錄曲線320示例說明：1200 nm的波長，及記錄曲線330示例說明：1310 nm的波長。應可理解到：其它的波長亦可被使用。
第3圖示例說明1200 nm的波長顯示：大約120℃至350℃的範圍中的最佳的溫度靈敏度。然而，1200 nm的波長亦顯示：來自燈泡的最大的背景雜訊。因此，1200 nm的波長較為難以使用，除非利用雷射脈波的方法。1080 nm的訊號具有較低的背景雜訊，但該訊號的頻帶邊緣處於較低的溫度，而使得該訊號較為難以決定進來的晶圓的溫度，其中該晶圓的溫度可改變。如同藉由記錄曲線310所示例說明者，1080 nm的訊號在200℃的附近下降至零的數值附近，及因此1080 nm的訊號對於在此範圍以上的溫度在線性的刻度上係不適合的。第3圖示例說明：1310 nm的源在120℃至350℃的範圍中為相對地不靈敏的，但顯示：處在超過300℃的溫度的透射率下降。
第9圖在圖表中示例說明：光強度相對於晶圓溫度，該圖表顯示：以伏特為單位的訊號測量或正規化的透射率，而作為以攝氏(Celsius)為單位的溫度之函數。第9圖示例說明1200 nm的波長顯示：在所欲的溫度範圍內的多數部分中的線性的斜率。發明人亦發現到：對於1200 nm的雷射(~200mW)，以伏特為單位來測量訊號強度的偵測器當相對於溫度來繪示時得到非常近乎線性的結果，因此大幅地簡化對於此波長的溫度決定。該等結果藉由穿越經過1200 nm資料點記錄曲線920的線段910被示例說明在第9圖中。對於1080 nm的雷射的結果藉由用於透射率的第一1080 nm的資料點記錄曲線940和用於以伏特為單位來偵測的訊號的第二1080 nm的資料點記錄曲線950來示例說明。線段930示例說明：1080 nm的資料點並不如同1200 nm的資料點般為線性的。然而，溫度依然可與用於1080 nm的波長的透射率或訊號偵測相關聯，無論藉由數學公式或資料表格或其它的方 法。
1080 nm的雷射進一步地使用對數型光偵測器來檢驗。結果被示例說明在第4圖中，該第4圖在左邊的刻度上描繪光強度(以伏特為單位來偵測者)，而在底部刻度上具有以攝氏度數為單位的溫度。正規化的透射率對於特定的資料集被描繪在右邊的刻度處。由於在1080 nm的情況下透射與溫度之間的陡峭的關係，對數偵測器被使用。對於1080 nm的情況，晶圓透射相對於晶圓溫度的資料在測試台上被收集。反應強烈地受到在偵測器上的設定之調整的影響，該在偵測器上的設定之調整控制訊號位準、總範圍，及頻寬。對偵測器進行調整，但該等調整與對於1200 nm的雷射(~200mW)的情況中所需要者相較之下更為複雜的。在第4圖中，記錄曲線410在線性的刻度上示例說明訊號強度(以伏特為單位)。記錄曲線420在線性的刻度上示例說明正規化的透射率。記錄曲線430在對數刻度上示例說明正規化的透射率，及記錄曲線440在對數刻度上示例說明訊號強度(以伏特為單位)。如同所顯示者，對數刻度提供較寬廣的範圍的數值給所欲的溫度範圍，該對數刻度對於決定溫度而言為較佳的。
此外，1080 nm的波長在一些實例中或由於特定的理由為較佳的。舉例而言，燈泡在1080 nm的範圍中並不產生如同在1200 nm的範圍中一樣多的背景訊號。再者，如同在第3圖中藉由記錄曲線310所顯示者，1080 nm 的波長相較於1200 nm的波長具有處於較低的溫度的過渡點，及因此1080 nm的波長在檢驗低於120℃的溫度中為有用的，該120℃係1200 nm的波長的近似的過渡點。亦者，第3圖顯示：記錄曲線310對於低於150℃的溫度具有相對地為線性的斜率，前述者使得在此範圍中的溫度的相關性較為簡單。
利用1200 nm的雷射，矽晶圓從室溫向上至大約120℃可被期待具有固定的透射，其中燈泡具有適當的功率。高於此溫度，存在的透射相關性可被使用。可計算在120℃的峰值對於目前的數值的比率，該比率與目前的溫度相關聯。在製程中，晶圓可來自於：處在大約40-60℃的溫度中的蝕刻步驟。在給定燈泡功率的情況下當晶圓被加熱至120℃時，透射為固定的。從120℃至377℃，透射下降，及如同前文所討論者，1200 nm的雷射可被激發而進行溫度測量。1200 nm的波長足以涵蓋在此溫度範圍中的波長。晶圓或製程步驟亦可被監控，以確保：晶圓進入到使用的波長的過渡點下方處。
再者，1080 nm的雷射亦可被使用以在120℃以下來進行溫度測量。因此，不同波長的雷射(或光源)可被組合。再者，具有較高波長(例如1310 nm)的雷射(或光源)可被使用以延伸高於377℃的溫度偵測的範圍。過濾裝置或技術亦可被使用以僅傳送所欲的波長至偵測器。
在加熱步驟期間，惰性氣體(例如氬)可流動進入腔室。在11%的濃度下的大約14,500 sccm的固定的流動速 率可被使用在200托耳(Torr)的壓力下。在加熱步驟完成以後，在此討論的方法和設備在冷卻期間亦可被使用以監控溫度。晶圓可被移動至冷卻站(cooling station)。基材支撐(意即底座)亦可為水冷卻的(water cooled)。並且大氣可被排出或另外地被控制以促進冷卻。當進行冷卻時知悉晶圓的溫度允許：冷卻被最佳化，以使得製程可藉由知悉晶圓何時被冷卻至所欲的水平來加速。以此方式，可立即地決定：冷卻步驟已完成。控制回路亦可對於冷卻而建立。並且主動的冷卻步驟(active cooling steps)可被停止，例如在底座中進行水的循環，或將大氣循環或排出。
第10圖顯示：在加熱製程期間開啟和關閉脈波雷射的效應。此者被顯示為：方波1010的區塊，該等方波為開啟或關閉的。在第10圖中，由脈波雷射引起的方波1010所包圍的區域藉由線段1010a在上側定出界限及藉由線段1010b在下側定出界限。進入偵測器的燈泡的光訊號1020在此實例中為相對地固定的。(此者係藉由在第10圖中針對燈泡的光訊號1020所繪示的直的線段來代表。)在處理期間的總體的光輸入係藉由總體的光輸入區域1030來代表，該總體的光輸入係脈波雷射的方波1010和燈泡的光訊號1020的總和。在第10圖中，總體的光輸入區域1030藉由參考線段1030a在上側定出界限及藉由參考線段1030b在下側定出界限，前述者僅以為了促進理解而繪示。分離的雷射光輸入1040藉由區域來代 表，該區域藉由參考線段1040a在上側定出界限及藉由參考線段1040b在下側定出界限。分離的雷射光輸入1040因為透射在加熱的製程期間減少而降低。訊號的增加(從~1V至5+V)可改良溫度測量上限(upper temperature measurement limit)從320℃至大約370℃，及訊號的增加(從~1V至5+V)延伸終點偵測能力至較不透明的晶圓。此者改良晶圓和腔室之間的製程重複性。溫度分辨率(temperature resolution)可藉由斜線上升率和取樣率來決定。
計算顯示出：可獲得使用的取樣率將限制分辨率和雜訊濾除。製程測試將決定功率位準、脈波率(pulsing rate)，及取樣率要求。第11圖示例說明：對於各種加熱速率，分辨率和取樣率可如何地被決定。在第11圖中，雷射操作在20 Hz。激發具有方波的形式的雷射，以使得該雷射開啟達到25毫秒(milliseconds)及關閉達到25毫秒(對於50 ms的週期而言)。20 Hz的設定由可獲得使用的硬體的限制來決定。然而，第11圖亦示例說明：吾人可決定：對於所欲的溫度分辨率利用多快的速度來激發雷射。因此，應可理解到：其它的設定可被使用以產生其它的脈波長度。以秒為單位的時間被給定在括號中，該括號接續在每一欄中的詞彙「分辨率(resolution)」的後面。因此，第一「分辨率(5)」欄代表：提供在五秒內將溫度從20℃增加至320℃的加熱速率。「取樣(Samples)」欄代表：獲得每一測量的點數。分辨率 (Resolution)代表：藉由取樣的次數而提供的溫度分辨率。利用五秒的加熱速率中的一次取樣提供：2.95℃的溫度分辨率，該2.95℃的溫度分辨率可代表：溫度讀值中的誤差範圍。(若採用一百個取樣以收集單一的溫度讀值，分辨率為295℃，前述者顯示：利用100個取樣的情況下，溫度變化地太快而無法決定。)加熱速率可藉由所使用的製程來預先決定。只要均勻性係良好的，製程較佳地為：儘可能地快速進行。因此，第11圖示例說明：分辨率可利用可獲得使用的硬體和製程來獲得。如同所顯示者，相較於較短的加熱速率，對於較長的加熱速率提供較佳的分辨率。
前文所討論的實施例亦可被使用於各種組合中。舉例而言，雷射及/或偵測器可在不同的波長的情況下被使用以延伸測量範圍或提供其它的優點。在一些實施例中，較高的波長可被使用於較高的溫度的範圍，及/或較低的波長可使用於較低的溫度的範圍。再者，使用對數刻度或對數刻度偵測器的方法或裝置可與線性的方法或裝置相結合。額外的雷射及/或偵測器亦可在晶圓上的多個位置處測量溫度。以此方式，均勻性可被驗證或確認。再者，在此提供的改良的溫度測量方法可被使用以更為精確地控制燈泡功率及/或時序(timing)。可設置控制回路以提供燈泡功率控制，及控制回路可為閉回路系統。再者，多個燈泡可被使用，其中不同的控制協定被應用至不同的燈泡或不同組的燈泡。因此，一些燈泡相較於其 它者可被控制在處於較高的功率，及/或一些燈泡可被關閉或使得該等燈泡的功率相較於其它者較為快速地降低。電腦程式及/或硬體亦可被使用以從測量中減去背景雜訊，及作出溫度決定。
第5A圖描繪製程腔室500的一實施例，該製程腔室可被利用以在基材上進行蝕刻或其它的電漿製程，例如在第1A圖至第1C圖的基材102。製程腔室500包含：基材支撐組件502(該基材支撐組件可為：用於支撐基材的底座組件)和腔室蓋532的一實施例，該基材支撐組件502和該腔室蓋532示例說明性地被使用以實施本發明。在此顯示的製程腔室500之特定的實施例被提供以達到示例說明性的目的，及該製程腔室500之特定的實施例不應被使用以限制本發明的範疇。在一實施例中，製程腔室可為HARTTM腔室，該HARTTM腔室可從應用材料公司(Applied Materials,Inc)獲得使用。可替代性地，其它的製程腔室(包含來自其它的製造商的彼些者)可經調適以從本發明中受益。
製程腔室500一般性地包含：製程腔室主體550、氣體控制板574，及控制器580。製程腔室主體550包含：傳導性主體(壁)530和腔室蓋532，該腔室蓋532將處理空間536封閉。製程氣體從氣體控制板574被提供至製程腔室500的處理空間536。
控制器580包含：中央處理單元(CPU)584、記憶體582，及輔助電路586。控制器580耦合至製程腔室500 的元件和控制製程腔室500的元件、在製程腔室500中進行的製程，及控制器580可促進：與積體電路晶圓廠(fab)的資料庫進行可選擇的資料交換。
在實施例中，至少一個訊號產生器508相對於製程腔室而設置，用於基材溫度測量的訊號將衝擊(impinge)支撐在基材支撐組件502上的基材的至少一部分。至少一個感測器510經設置以接收從訊號產生器508產生而透射穿越基材的訊號的一部分。在特定的實施例中，一或多對的第二訊號源512和第二感測器514可被利用以偵測在基材的不同區域的基材溫度。訊號產生器和感測器的配置和排置類似於前文參照第1A圖至第1C圖討論的訊號產生器104和感測器106的配置。
在實施例中，訊號產生器508係雷射或其它的光源，該其它的光源可提供：紅外線幅射，該紅外線幅射具有大約1000 nm和大約1400 nm之間的波長，例如在大約1050 nm和大約1300 nm之間的波長，舉例而言，在大約1100 nm和大約1200 nm之間的波長。訊號產生器508的波長經選擇以具有：穿越材料及/或薄膜的透射率之高度改變，該材料及/或薄膜在尋求測量的溫度的範圍中進行處理，例如在蝕刻製程期間的基材的溫度。
在實施例中，感測器510係砷化銦鎵(InGaAs)二極體感測器。感測器510偵測：穿越經過基材102的收集到的能量。過濾器(未顯示出)可相鄰於感測器510而配置以過濾收集到的訊號及過濾器可僅允許在所欲的波長內 的IR光抵達感測器510。感測器510提供：代表抵達至感測器510的光能量的量度，該量度然後進一步地由控制器580來分析以計算基材102的溫度。
在所描繪的實施例中，腔室蓋532係實質上平坦的介電性的組件。製程腔室500的其它的實施例可具有其它類型的頂板(ceiling)，例如圓頂狀(dome-shaped)的頂板。在腔室蓋532的上方配置天線572，該天線包含：一或多個感應線圈元件(二個同軸線圈元件572A和572B被示例說明性地顯示)。天線572經由第一匹配網路570耦合至射頻(RF)電漿功率源568。
在實施例中，腔室蓋532可具有：形成於該腔室蓋532中的複數個窗口塞520。窗口塞520為可移除的以促進：窗口塞520的更換的容易性。在實施例中，窗口塞520為光進入窗口，該光進入窗口允許來自訊號產生器508的光穿越經過窗口至感測器510。注意到：訊號產生器508和感測器510的配置、排置，及功能類似於前文參照第1A圖至第1C圖而描述的訊號產生器104和感測器106。
在實施例中，基材支撐組件502包含：靜電夾具504，該靜電夾具配置在基部板材506上。為了簡潔的緣故，其它的基材支撐組件的元件及必需構成基材支撐組件502的部分之相關的描述在此排除。在此使用的基材支撐組件502的一實施例可參照至美國專利申請號2006/0076108(於荷蘭公開(Holland))，前述者在此藉由參 照的方式併入。
在實施例中，基材支撐組件502進一步包含：至少一個可選擇的內嵌的加熱器522或複數個可選擇的管路(未顯示出)，該等管路被促進以提供加熱或冷卻液體至基材支撐組件502。加熱器522和管路被利用以控制基材支撐組件502的溫度，藉此在蝕刻處理期間控制配置於該基材支撐組件502上的基材102的溫度。
在實施例中，複數個窗口塞524形成在靜電夾具504的主體內以促進來自訊號產生器508的訊號之透射。基部板材506亦可具有複數個形成於該基部板材506中的縫隙及/或窗口塞526，該等縫隙及/或窗口塞526與形成於靜電夾具504中的窗口塞524對齊。分別地在基部板材506及靜電夾具504中的窗口塞526和窗口塞524的對齊組允許：來自訊號產生器508的訊號528穿越經過該基部板材506及靜電夾具504中而具有最小的折射。在實施例中，其中感測器和訊號源如同在第5A圖和第1C圖中所描繪者而位於基材102的相對側，形成在基材支撐組件502中的窗口塞526和窗口塞524的對齊組進一步地與形成在腔室蓋532中的窗口塞520對齊，以促進光透射穿越該腔室蓋532中至配置在腔室蓋532的上方的感測器510。再者，窗口塞526和窗口塞524的對齊組亦促進：來自配置在腔室蓋532的上方的第二訊號源512之訊號穿越經過該腔室蓋532中至配置在基材支撐組件502的下方的第二感測器514。
在實施例中，形成在基材支撐組件502和腔室蓋532中的窗口塞524、526、520的數量和分佈以一方式來配置以促進：橫越於整個基材表面的溫度均勻性的偵測，例如至少在邊緣和中心位置的溫度均勻性的偵測。窗口塞524、526、520的不同的配置和分佈促進：訊號被透射至基材的不同的區域和部分，以用於橫越於基材表面位於不同的區域和部分的每一針點溫度(pinpoint temperature)之偵測。一旦每一針點基材溫度被決定，可獲得基材102的溫度均勻性和溫度分佈。從而，被提供以控制基材支撐組件502的溫度之加熱或冷卻流體可根據測量的溫度分佈來調整，以控制和維持總體的基材溫度的均勻性。
在實施例中，窗口塞524、526、520可從石英、藍寶石(sapphire)，及其它的陶瓷材料中製造，該陶瓷材料對感測訊號為可透射的及與經選擇以製造基材支撐組件502和腔室蓋532的材料相容。窗口塞524、526、520具有塞(plug)的形式，該等塞可容易地從基材支撐組件502和腔室蓋532移除和更換。窗口塞524、526、520可藉由其它適當的方式被燒結、夾緊或裝設至基材支撐組件502和腔室蓋532。
注意到：窗口塞524、526僅可形成在基材支撐組件502中，類似於描述在第1B圖中的配置，或窗口塞520僅可形成在腔室蓋532中，類似於在第1A圖中描述的配置。可替代性地，窗口塞524、526、520可形成在腔室 蓋532和基材支撐組件502二者中，類似於在第1C圖和第5A圖中描述的配置。
第5B圖描繪：靜電夾具504的俯視圖，該靜電夾具具有：燒結和裝設於該靜電夾具中的窗口塞524。窗口塞524可橫越於靜電夾具504的表面而為均勻分佈的，而允許訊號穿越經過該靜電夾具504中以偵測基材溫度。形成在該靜電夾具504中的每一窗口塞524彼此間實質上為等距離的，及經調適以測量不同的區域和部分的基材溫度。類似地，形成在腔室蓋532中的窗口塞520的分佈和配置可類似地經配置以允許：訊號藉由改變透射率而穿越經過該腔室蓋532中以偵測在基材的不同的區域中的溫度。
第5C圖描繪：靜電夾具504的另一實施例的俯視圖，該靜電夾具具有：不同數目和配置的燒結和裝設於該靜電夾具中的窗口塞524。靜電夾具504可具有中心區域598，該中心區域具有第一外徑R1，及周圍區域596，該周圍區域具有第二外徑R2。第一外徑R1可具有在大約0 mm和大約75 mm之間的長度，及第二外徑R2可具有在大約75 mm和大約150mm之間的長度。可替代性地，第二外徑R2的長度可被控制在第一外徑R1的大約二倍或三倍的長度。窗口塞524可實質地形成在中心區域598內及/或形成在周圍區域596中，該中心區域598和該周圍區域596經配置在靜電夾具504中。可替代性地，窗口塞524以如同所需要的任何的配置或分佈來形成。
在操作中，基材102被傳送至製程腔室500以進行蝕刻製程。考慮到：製程腔室500可經配置以進行其它的製程，例如受益於基材溫度測量的沉積製程、退火製程，或其它的任何其它的製程。在實施例中，基材102可為任何的基材或材料，其中要在該基材或材料上進行蝕刻製程或其它的製程。在實施例中，基材可為矽半導體基材，該矽半導體基材具有形成於該矽半導體基材上的一個層或數個層，該等層被利用以形成結構，例如閘極結構。基材可替代性地利用配置在基材上的遮罩層以作為蝕刻遮罩及/或蝕刻終止層，而促進轉移特徵或結構至基材。在另一實施例中，基材可為：具有多個層的矽半導體基材，例如薄膜疊層，該多個層被利用以形成不同的式樣及/或特徵，例如雙鑲嵌結構及類似者。基材可為一材料，例如晶態矽(例如Si<100>或Si<111>)、氧化矽、應變矽(strained silicon)、矽化鍺(silicon germanium)、摻雜的或無摻雜的多晶矽、摻雜的或無摻雜的矽晶圓和圖案化晶圓或非圖案化晶圓、絕緣層上矽晶(silicon on insulator,SOI)、碳摻雜矽氧化物(carbon doped silicon oxides)、氮化矽、摻雜的矽、鍺(germanium)、砷化鎵(gallium arsenide)、玻璃(glass)、藍寶石(sapphire)、配置在矽上的金屬層，及類似者。基材可具有各種尺寸，例如200 mm或300 mm直徑的晶圓，及矩形或方形平板。在實施例中，基材係矽半導體基材。
在實施例中，傳送至製程腔室500的基材藉由提供氣 體混合物來蝕刻，該氣體混合物具有至少一含鹵素氣體(halogen-containing gas)。含鹵素氣體的適當的實例包含(但不限於)：溴化氫(hydrogen bromide(HBr))、氯(chlorine(Cl2))、四氟化碳(carbon tetrafluoride(CF4))，及類似者。在蝕刻期間，光源(例如訊號產生器508)被開啟以提供IR幅射至基材表面。在實施例中，一或多個訊號產生器508產生：具有在大約1000 nm和大約1400 nm之間的波長的紅外光，而在1200 nm的測量波長處具有非常高的強度。在實施例中，強度係在大約50毫瓦(milliWatts)和大約1000毫瓦之間。在訊號產生器508已到達建立基準線透射率讀值的穏態輸出之後，來自感測器510的資訊被利用於偵測來自訊號產生器508而透射穿越基材102的IR光。在來自訊號產生器508的輸出已經穏定之後，感測器510被開啟。在實施例中，在大約2秒和大約5秒之間以後，輸出為穏定的。
如同前文所討論者，處於不同的基材溫度的基材的透射率顯著地影響：穿越經過基材102及進一步到達感測器510的光能量之總量。當基材溫度提高時，穿越經過基材102的光能量的總量改變，藉此引起透射至感測器510的光能量之總量的改變。從而，感測器510提供：代表透射率中的改變之量度，該量度可被利用以決定基材溫度。基於代表透射率的改變之量度，基材溫度從而被決定。關於代表透射率中的改變之量度如何地被獲得的細節見於由Davis提出申請的美國專利申請序號 11/676,092中，前述者藉由參照的方式併入。
第6圖係示例性處理系統600的示意性的俯視平面圖，該處理系統包含：至少一個區域，該區域經配置以包含：如同描繪在第5圖中個別地在蝕刻製程期間用以進行基材溫度測量的製程腔室500。在實施例中，處理系統600可為適當地調適的CENTURA®整合處理系統，商業上可獲用於位在加州聖克拉拉(Santa Clara,California)的應用材料公司(Applied Materials,Inc.)。適合用於蝕刻製程的另一處理系統係亦可獲用於應用材料公司的AP Solstice製程。考慮到：其它的處理系統(包含來自其它的製造商的彼等者)可經調適以從本發明中受益。
處理系統600包含：處理平臺604(該處理平臺可為真空-密封的)、工廠界面602，及系統控制器644。處理平臺604包含：耦合至真空基材傳送室636的複數個製程腔室500、612、632、628、620及至少一個負載鎖定腔室622。二個負載鎖定腔室622被顯示在第6圖中。工廠界面602藉由負載鎖定腔室622耦合至傳送室636。
在實施例中，工廠界面602包含至少一個塢站608和至少一個工廠界面機器人614以促進基材的傳送。塢站608經配置以接收一或多個前開式晶圓傳送盒(Front Opening Unified Pod(FOUP))。二個FOUPS 606A-B被顯示於第6圖的實施例中。具有配置在工廠界面機器人614的一端上的葉片616的工廠界面機器人614經配置以： 將基材從工廠界面602傳送至處理平臺604的負載鎖定腔室622。可選擇地，一或多個測量站618可連接至工廠界面602的終端626以促進：基材當在工廠界面602內時的測量。
負載鎖定腔室622的每一者具有：耦合至工廠界面602的第一埠和耦合至傳送室636的第二埠。負載鎖定腔室622耦合至壓力控制系統(未顯示出)，該壓力控制系統將負載鎖定腔室622排空和排氣以促進：在傳送室636的真空環境和工廠界面602的實質上的周圍的(例如大氣)環境之間傳送基材。
傳送室636具有配置於該傳送室636中的真空機器人630。真空機器人630具有：能在負載鎖定腔室622和製程腔室500、612、632、628、620之間傳送基材624的葉片634。
在實施例中，製程腔室500、612、632、628、620的至少一者係蝕刻腔室。舉例而言，蝕刻腔室可為：可獲用於應用材料公司的HARTTM腔室。對於蝕刻而言，製程腔室500可使用含鹵素氣體來蝕刻配置於該製程腔室500中的基材102。含鹵素氣體的實例包含：溴化氫(hydrogen bromide(HBr))、氯(chlorine(Cl2))、四氟化碳(carbon tetrafluoride(CF4))，及類似者。在蝕刻製程期間，在製程腔室500、612、632、628、620中的任何一者，感測器(例如第5圖的感測器510、514)被使用以監控在蝕刻製程期間穿越經過基材的訊號強度，該訊號強 度與基材溫度相關。
系統控制器644耦合至處理系統600。系統控制器644使用處理系統600的製程腔室500、612、632、628、620的直接的控制，或替代性地藉由控制與製程腔室500、612、632、628、620及處理系統600相關聯的電腦(或控制器)來控制處理系統600的操作。在操作中，系統控制器644促進來自分別的腔室和系統控制器644的資料收集和反饋，以最佳化處理系統600的效能。
系統控制器644一般性地包含：中央處理單元(CPU)638、記憶體640，及輔助電路642。CPU 638可為任何形式的一般性目的電腦處理器之一者，該一般性目的電腦處理器可被使用於工業定型中。輔助電路642傳統地耦合至CPU 638，及輔助電路642可包含：快取、時脈電路、輸入/輸出子系統、電源，及類似者。軟體常式當由CPU 638執行時轉變CPU 638為特定目的電腦(控制器)644。軟體常式亦可由第二控制器(未顯示出)儲存及/或執行，該第二控制器位於處理系統600的遠端處。
一種用於利用第5A圖至第5C圖的設備來偵測基材溫度的過程可包含以下步驟：提供基材至處理設備，例如第5A圖的製程腔室500。在基材上進行蝕刻製程以在基材上形成特徵。來自光產生器(例如第二訊號源512)的脈波光透射至基材以偵測當進行蝕刻時基材的透射率的改變。然後分析偵測到的透射率。當處於不同的基材溫度的基材的透射率顯著地影響穿越經過基材的光能量的總 量，基於穿越基材的光透射率的改變，基材溫度可基於代表透射率的改變的量度來決定。
因此，本發明提供用於在蝕刻製程期間測量基材溫度的方法和設備。方法和設備有利地透過感測器在蝕刻製程期間測量透射穿越基材的IR透射率來監控實際的基材溫度。處於不同的溫度中的基材的不透光性提供：穿越經過基材的IR透射率的不同的總量，藉此協助感測器來決定實際的基材溫度。
有利地，本發明的實施例提供：多個窗口，該等窗口促進在處理期間使用非接觸的、無可逃避的(non-evasive)、即時的方法來決定基材的溫度分佈和變化率。
第7圖係一示意圖，該示意圖顯示：基材處理系統700的實施例，該基材處理系統可與在此描述的溫度決定方法和設備相組合來使用。(額外的細節可見於美國專利申請號12/106,881中，前述者藉由參照的方式併入，如同在此完整地陳述。)可適合用於蝕刻製程的另一處理系統係：可獲用於應用材料公司的Centris Solstice製程。基材處理系統700包含：工廠界面710，其中基材載入至負載鎖定腔室740及從負載鎖定腔室740卸載；基材傳送室770，該基材傳送室容納基材-搬運(substrate-handling)機器人772；及複數個雙製程腔室780，該等雙製程腔室連接至傳送室770。基材處理系統700經調適以容納各種製程和支持腔室的硬體 (supporting chamber hardware)，例如CVD和蝕刻製程。在後文描述的實施例將關於：系統，該系統能夠實施PEVCD以沉積包含非晶碳(Amorphous carbon)的先進圖樣薄膜，及亦能夠蝕刻沉積在基材上的薄膜的邊緣部分。然而，理解到：可由在此描述的實施例考慮到其它的製程。
如同在第7圖中所顯示者，工廠界面710可包含：基材卡匣(substrate cassettes)713及基材-搬運機器人715。基材卡匣713的每一者包含：準備用以處理的基材。基材-搬運機器人715可包含基材映射系統以索引到(index)在每一基材卡匣713中的基材，以準備載入基材至負載鎖定腔室740。
傳送室770包含：基材-搬運機器人772，該基材-搬運機器人可操作於在負載鎖定腔室740和雙製程腔室780之間傳送基材。更為特定而言，基材-搬運機器人772可具有：雙基材-搬運葉片774，該雙基材-搬運葉片適合於在相同的時間從一腔室傳送二個基材至另一腔室。基材可藉由狹縫閥776在傳送室770和雙製程腔室780之間傳送。基材-搬運機器人772的移動可藉由馬達驅動系統(未顯示出)來控制，該馬達驅動系統可包含：伺服馬達或步進馬達。
雖然前述係關於本發明的實施例，可設計本發明的其它和另外的實施例，而不偏離本發明之基本的範疇，及本發明之範疇係由後續的申請專利範圍來決定。
100‧‧‧設備(4)
102‧‧‧基材(39)
104‧‧‧訊號產生器(14)
106‧‧‧感測器(14)
108‧‧‧熱源(4)
110‧‧‧訊號(14)
112‧‧‧第一部分(2)
114‧‧‧感測器部分(7)
120‧‧‧控制器(2)
122‧‧‧第二反射的訊號(2)
124‧‧‧部分
138‧‧‧cpu(4)
140‧‧‧記憶體
142‧‧‧輔助電路(2)
202‧‧‧記錄曲線
204‧‧‧第一溫度區域
310‧‧‧記錄曲線(4)
320‧‧‧記錄曲線
410‧‧‧記錄曲線
420‧‧‧記錄曲線
430‧‧‧記錄曲線
440‧‧‧記錄曲線
500‧‧‧製程腔室
502‧‧‧基材支撐組件(17)
504‧‧‧靜電夾具(9)
506‧‧‧基部板材(3)
508‧‧‧訊號產生器
510‧‧‧感測器
512‧‧‧第二訊號源(3)
514‧‧‧感測器
520‧‧‧窗口塞(13)
522‧‧‧加熱器
524‧‧‧窗口塞
526‧‧‧窗口塞(11)
528‧‧‧訊號
532‧‧‧腔室蓋(15)
536‧‧‧處理空間(2)
550‧‧‧製程腔室主體(2)
568‧‧‧電漿功率源
570‧‧‧第一匹配網路
572A‧‧‧同軸線圈元件
572B‧‧‧同軸線圈元件
572‧‧‧天線(2)
574‧‧‧氣體控制板(2)
580‧‧‧控制器(4)
582‧‧‧記憶體
586‧‧‧輔助電路
596‧‧‧周圍區域(2)
598‧‧‧中心區域(2)
600‧‧‧處理系統
602‧‧‧工廠界面(8)
604‧‧‧處理平臺(3)
606A‧‧‧前開式晶圓傳送盒
606B‧‧‧前開式晶圓傳送盒
608‧‧‧塢站
612‧‧‧製程腔室(6)
614‧‧‧工廠界面機器人(2)
616‧‧‧葉片
618‧‧‧測量站
622‧‧‧負載鎖定腔室(6)
624‧‧‧傳送的基材
626‧‧‧終端
628‧‧‧製程腔室(6)
630‧‧‧真空機器人(2)
632‧‧‧製程腔室(6)
634‧‧‧葉片
636‧‧‧腔室(4)
638‧‧‧cpu(4)
640‧‧‧記憶體
642‧‧‧輔助電路(2)
644‧‧‧系統控制器(6)
700‧‧‧基材處理系統(3)
710‧‧‧工廠界面(2)
713‧‧‧基材卡匣
715‧‧‧基材-搬運機器人(2)
740‧‧‧負載鎖定腔室(3)
770‧‧‧腔室(4)
772‧‧‧基材-搬運機器人(3)
774‧‧‧雙基材-搬運葉片
776‧‧‧狹縫閥
780‧‧‧雙製程腔室(3)
810‧‧‧記錄曲線(2)
820‧‧‧記錄曲線(2)
830‧‧‧記錄曲線(4)
840‧‧‧記錄曲線(2)
910‧‧‧線段
920‧‧‧資料點記錄曲線
930‧‧‧線段
940‧‧‧資料點記錄曲線
950‧‧‧資料點記錄曲線
1010‧‧‧波(3)
1010a‧‧‧線段
1010b‧‧‧線段
1020‧‧‧燈泡的光訊號(2)
1030‧‧‧總體的光輸入區域(2)
1030a‧‧‧參考線段
1030b‧‧‧參考線段
1040‧‧‧分離的雷射光輸入(2)
1040a‧‧‧參考線段
1040b‧‧‧參考線段
為了使得可詳細地理解前文引述本發明的特徵之方式，本發明的更為特定的描述(簡短地於前文中概括者)可藉由參照實施例來獲得，其中一些者被示例性地說明於隨附的圖式中。然而，注意到：隨附的圖式僅示例說明此發明的典型的實施例及因而不被認為限制本發明之範疇，對於本發明可容許其它的同等有效的實施例。
第1A圖至第1C圖描繪：適合用於實施特定的實施例的示例性處理設備的簡化的示意圖。
第2圖描繪一圖表，該圖表示例說明：在特定的IR光波長的情況下，矽基材透射率相對於基材溫度。
第3圖描繪一圖表，該圖表示例說明：在特定的IR光波長的情況下，矽基材透射率相對於基材溫度。
第4圖描繪一圖表，該圖表示例說明：在特定的IR光波長的情況下，光強度和基材透射率相對於基材溫度(用於線性的測量和對數測量)。
第5A圖描繪示例性處理設備的示意圖，該示例性處理設備經配置以實施本發明。
第5B圖至第5C圖描繪：配置在第5A圖的處理設備中的基材支撐組件的不同的實施例之俯視圖。
第6圖描繪示例性處理系統的示意圖，該示例性處理系統具有第5A圖的設備的至少一者，該第5A圖的設備 的至少一者併入該處理系統中以實施本發明。
第7圖描繪示例性處理系統的示意圖，該示例性處理系統具有併入其中的第5A圖的設備的至少一者。
第8圖描繪一圖表，該圖表示例說明：用於先前技術的方法的製程步驟。
第9圖描繪一圖表，該圖表示例說明：光強度或透射率相對於晶圓溫度。
第10圖描繪一圖表，該圖表示例說明：在加熱期間的雷射和燈泡訊號。
第11圖提供一表格，該表格顯示：藉由用於20 Hz取樣的取樣數目和加熱速率的溫度分辨率。
考慮到：實施例的元件和特徵可有益地合併在其它的實施例中，而無需進一步的詳述。然而，注意到：圖式僅示例說明此發明的示例性實施例及因而不被認為限制此發明之範疇，對於本發明可容許其它的有效的實施例。
1010‧‧‧波(3)
1010a‧‧‧線段
1010b‧‧‧線段
1020‧‧‧燈泡的光訊號(2)
1030‧‧‧總體的光輸入區域(2)
1030a‧‧‧參考線段
1030b‧‧‧參考線段
1040‧‧‧分離的雷射光輸入(2)
1040a‧‧‧參考線段
1040b‧‧‧參考線段

Claims (20)

  1. 一種用於在一蝕刻製程期間測量一基材溫度的設備，該設備包含：一腔室主體，該腔室主體具有：一腔室蓋，該腔室蓋將該腔室主體封閉；一基材支撐組件，該基材支撐組件配置在該腔室主體中及該基材支撐組件具有一基材支撐表面；一或多個窗口，該等窗口形成在該基材支撐表面中；一第一訊號產生器，該第一訊號產生器經配置以激發一第一訊號，其中該第一訊號產生器光耦合穿越該基材支撐組件至該一或多個窗口，以使得脈波訊號可透射穿越該一或多個窗口；及一第一感測器，該第一感測器經設置以接收：從該第一訊號產生器透射穿越該一或多個窗口的能量，其中該第一感測器經配置以：偵測代表透射率的一量度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該第一訊號產生器係一雷射及經配置以激發一波長的光，及其中該第一感測器經配置以偵測此波長的光。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之設備，進一步包含：一或多個加熱燈泡，該等加熱燈泡當開啟時可發射：具有至少與該第一訊號產生器相同的波長的光， 其中該光係具有在大約1000 nm和1500 nm之間的一波長的紅外光，及其中該第一感測器經設置以偵測：來自(a)當該第一訊號產生器開啟時來自該第一訊號產生器和該一或多個加熱燈泡的該波長的紅外光，及(b)當該第一訊號產生器關閉時來自該一或多個加熱燈泡的該波長的紅外光。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之設備，進一步包含：一計算裝置，該計算裝置經可程式化、經線路連接或另外地經配置以決定：來自該第一訊號穿越經過設置在該基材支撐表面上的一基材的透射的改變，其中該計算裝置從(1)代表當該第一訊號開啟時來自該一或多個加熱燈泡和該第一訊號的紅外光穿越該基材的透射率的數值中減去(2)代表當該第一訊號關閉時來自該一或多個加熱燈泡的紅外光穿越該基材的透射率的數值，及其中該計算裝置決定：該基材的一溫度。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之設備，其中代表透射率的該等數值為正規化的透射率(normalized transmission ratio)。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之設備，其中代表透射率的該等數值係：以伏特為單位測量的光訊號。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之設備，進一步包含：一閉回路控制系統，該閉回路控制系統耦合至該一或多個加熱燈泡和該計算裝置。
  8. 如申請專利範圍第3項所述之設備，其中由該第一訊號產生器提供的該紅外光的波長係1200 nm。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之設備，進一步包含：一第二訊號產生器，該第二訊號產生器經配置以激發一第二訊號，其中該第二訊號產生器光耦合穿越在該基材支撐組件中的一窗口；及一第二感測器，該第二感測器經設置以接收：來自該第二訊號產生器透射穿越該窗口的能量，該第二訊號產生器耦合至該窗口，其中該第二感測器經配置以偵測：代表透射率的一量度。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之設備，其中該第二訊號係：相較於該第一訊號為一較短的波長的紅外光。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之設備，進一步包含：一對數偵測器。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之設備，其中該第二訊號 係：相較於該第一訊號為一較長的波長的紅外光。
  13. 一種在一蝕刻製程期間測量一基材溫度的方法，該方法包含以下步驟：在一製程腔室中提供一基材，該基材處於低於在一第一紅外光波長的透射率中的一過渡點的一啟始溫度；使用幅射能量加熱該基材；激發一第一光，該第一光具有大約等於該第一紅外光波長的一波長；決定代表當該第一光開啟時穿越該基材的總體的透射率之一量度；決定代表當該第一光關閉時穿越該基材的背景透射率之一量度；及基於來自該第一光的該第一紅外光波長穿越該基材的透射率來決定該基材的一製程溫度。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該第一光係一雷射。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，進一步包含以下步驟：分離代表從該雷射穿越該基材的透射率的一量度，而不具有該背景透射率。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之方法，進一步包含以 下步驟：從(1)代表當該第一光開啟時穿越該基材的總體透射率的量度中減去(2)代表當該第一光關閉時穿越該基材的該背景透射率的量度。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該紅外雷射光的該波長係大約1200 nm，及其中該加熱步驟進一步包含以下步驟：開啟一或多個加熱燈泡。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該透射率的量度係：一正規化的透射率或以伏特為單位測量的一光訊號。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之方法，進一步包含以下步驟：冷卻該基材，而決定該製程溫度。
  20. 如申請專利範圍第13項所述之方法，進一步包含以下步驟：激發一第二光，該第二光具有一第二紅外光波長，該第二紅外光波長不同於該第一紅外光波長。
TW101124043A 2011-09-06 2012-07-04 利用獨立光源以測量晶圓溫度之方法與設備 TW201312673A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161531327P 2011-09-06 2011-09-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201312673A true TW201312673A (zh) 2013-03-16

Family

ID=47753466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW101124043A TW201312673A (zh) 2011-09-06 2012-07-04 利用獨立光源以測量晶圓溫度之方法與設備

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20130059403A1 (zh)
JP (1) JP2013057660A (zh)
KR (1) KR101464477B1 (zh)
CN (1) CN102980663A (zh)
TW (1) TW201312673A (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11022877B2 (en) * 2017-03-13 2021-06-01 Applied Materials, Inc. Etch processing system having reflective endpoint detection
CN109724712B (zh) * 2017-10-31 2021-04-30 上海微电子装备（集团）股份有限公司 温度检测装置及其制造方法和激光表面退火设备
KR102421732B1 (ko) 2018-04-20 2022-07-18 삼성전자주식회사 반도체 기판 측정 장치 및 이를 이용한 플라즈마 처리 장치
KR20220147112A (ko) * 2020-02-28 2022-11-02 매슨 테크놀로지 인크 열 처리 시스템 내의 워크피스의 투과 기반 온도 측정
US11688616B2 (en) * 2020-07-22 2023-06-27 Applied Materials, Inc. Integrated substrate measurement system to improve manufacturing process performance
TWI765571B (zh) * 2021-02-09 2022-05-21 華邦電子股份有限公司 熱板冷卻系統
KR20230142267A (ko) * 2022-04-01 2023-10-11 한국기계연구원 플라즈마 장치용 공정 모니터링 시스템

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100255961B1 (ko) 1994-03-11 2000-05-01 아끼구사 나오유끼 물리량 측정방법 및 장치, 반도체 장치의 제조방법과 파장측정방법 및 장치
AU3084101A (en) * 2000-01-05 2001-07-16 Tokyo Electron Limited A method of wafer band-edge measurement using transmission spectroscopy and a process for controlling the temperature uniformity of a wafer
KR100636016B1 (ko) * 2000-11-06 2006-10-18 삼성전자주식회사 반도체 제조를 위한 기판의 온도를 측정하는 방법 및 장치
US20090316749A1 (en) * 2008-06-23 2009-12-24 Matthew Fenton Davis Substrate temperature measurement by infrared transmission in an etch process

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130027076A (ko) 2013-03-14
US20130059403A1 (en) 2013-03-07
CN102980663A (zh) 2013-03-20
KR101464477B1 (ko) 2014-11-24
JP2013057660A (ja) 2013-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7946759B2 (en) Substrate temperature measurement by infrared transmission
US20090316749A1 (en) Substrate temperature measurement by infrared transmission in an etch process
TW201312673A (zh) 利用獨立光源以測量晶圓溫度之方法與設備
JP5850601B2 (ja) その場ウエハー温度測定並びに制御
US8696197B2 (en) Method and system for determining optical properties of semiconductor wafers
JP3329685B2 (ja) 計測装置および計測方法
US20020135785A1 (en) Device for manufacturing semiconductor device and method of manufacturing the same
US20050082482A1 (en) Process monitoring using infrared optical diagnostics
CN101142475A (zh) 半导体晶片测量装置和方法
US6976782B1 (en) Methods and apparatus for in situ substrate temperature monitoring
JP2023516623A (ja) 熱処理システムにおけるワークピースの透過ベースの温度測定
US20050145614A1 (en) Rapid temperature compensation module for semiconductor tool
US20230282500A1 (en) Apparatus, system, and method for non-contact temperature monitoring of substrate supports
TWI451510B (zh) 半導體基板中成分之非接觸性評估的裝置及方法
US20240145274A1 (en) Low temperature measurement of semiconductor substrates
JP2003234330A (ja) 真空処理装置用の被処理体温度検出装置、及び該被処理体温度検出装置を備える真空処理装置
JP2007036023A (ja) 半導体製造装置及び半導体製造方法
JPH05335397A (ja) 半導体ウェハの温度測定方法