TW201531677A - 利用矽晶圓反射干涉的溫度量測 - Google Patents

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Abstract

矽晶圓的溫度量測係描述為利用離開晶圓表面的反射光之間的干涉。一個範例中，本發明包含矽處理腔室、在該腔室內的晶圓支架，該晶圓支架用以持定用於處理的矽基板，及導引至該基板的表面之雷射。光偵測器從該雷射接收光，該光從該表面直接反射且穿過該基板，且處理器基於該接收的反射光而判定該矽基板的溫度。

Description

利用矽晶圓反射干涉的溫度量測
本描述有關於半導體晶圓處理的領域且特別是有關於晶圓溫度的量測。
半導體及微機構裝置通常以群組建構於矽晶圓上。在該晶圓完全處理後，該晶圓被切割成獨立晶片。該等矽晶片接著以某方式封裝以與電子裝置使用。於處理時，該晶圓可移動至不同的腔室以暴露至各種塗層、蝕刻、清洗及光微影處理。對於許多的處理，極端的溫度與化學環境被使用。該等處理運作受到該腔室中的溫度與該晶圓溫度之影響。
晶圓溫度對電漿蝕刻處理效能具有顯著的影響。晶圓溫度的變化可能造成從晶圓至晶圓與工具至工具上的顯著蝕刻率及蝕刻特徵尺寸之變化。若該蝕刻率不精準地控制，則所有特徵必須做大以容納該等變化(較大的臨界尺寸(CD))否則許多該等晶圓將具有破壞晶片的製造錯誤。較大的CD與較低的晶片良率兩者皆增加生產良好晶片的成本。
矽晶圓的溫度量測係描述為利用離開該晶圓表面的反射光之間的干涉。一個範例中，本發明包含矽處理腔室、在該腔室內的晶圓支架，該晶圓支架用以持定用於處理的矽基板，及導引至該基板的表面之雷射。光偵測器從該雷射接收光，該光從該表面直接反射且穿過該基板，且處理器基於該接收的反射光而判定該矽基板的溫度。
100‧‧‧電漿蝕刻系統
105‧‧‧腔室
108‧‧‧電漿
110‧‧‧工件
120‧‧‧上光學定位器
122‧‧‧帶通濾波器
124‧‧‧圓形偏振片
125‧‧‧電漿偏壓功率
126‧‧‧光偵測器
128‧‧‧鎖相放大器
130‧‧‧信號處理器
132‧‧‧下光學定位器
134‧‧‧帶通濾波器
136‧‧‧偏振濾波器
137‧‧‧偏振分光鏡
138‧‧‧光偵測器
142‧‧‧夾具組件
143‧‧‧介電層
155‧‧‧高容量渦輪機械泵
175‧‧‧電流與流動控制系統
178‧‧‧系統控制器
220‧‧‧升舉機制
222‧‧‧保護嵌入件
224‧‧‧光管
226‧‧‧光管連接器
228‧‧‧腔室出口配件
230‧‧‧雷射
234‧‧‧偏振分光鏡
236‧‧‧偏振片
238‧‧‧光通道
242‧‧‧陶瓷蓋
244‧‧‧光學定位器
246‧‧‧光管
248‧‧‧光管
250‧‧‧連接部
254‧‧‧O形環
260‧‧‧光學通道
264‧‧‧偏振分光鏡
268‧‧‧濾波器
270‧‧‧帶通濾波器
272‧‧‧偏振濾波器
274‧‧‧光偵測器
334‧‧‧偏振分光鏡
335‧‧‧狹窄頻帶濾波器
336‧‧‧偏振片
338‧‧‧第二光偵測器
402‧‧‧雷射光
404‧‧‧雷射光的另一個部份
406‧‧‧雷射光的一部份
408‧‧‧光
410‧‧‧第一表面
412‧‧‧遠端表面
702‧‧‧方塊
704‧‧‧方塊
706‧‧‧方塊
708‧‧‧方塊
710‧‧‧方塊
712‧‧‧方塊
714‧‧‧方塊
716‧‧‧方塊
本發明的實施例以範例而非限制的方式繪示於附圖的圖式中。
第1圖依據本發明實施例，為具有晶圓溫度量測系統的晶圓處理腔室之圖形。
第2圖依據本發明實施例，為部份晶圓的剖面圖及具有光學定位器的晶圓夾具。
第3圖依據本發明實施例，為具有光學定位器的部份處理腔室殼體的剖面圖。
第4圖依據本發明實施例，為判定處理腔室中的晶圓溫度之程序流程圖。
第5圖依據本發明實施例，為隨著溫度變化的接收反射光干涉之模擬的作圖圖形。
第6圖依據本發明實施例，為來自兩個雷射的隨著溫度變化之接收反射光干涉之模擬的作圖圖形。
第7圖依據本發明實施例，為於晶圓處理時的量測溫度之程序流程圖。
處理腔室中的晶圓溫度可藉由改變該處理腔室的參數而改變。電漿或其他氣體的熱度及反應氣體的溫度可被改變。此外，該腔室中的基板載體可具有加熱器、冷卻腔室或兩者，該加熱器與冷卻腔室可用以改變該晶圓的該溫度。為了最佳地控制該晶圓的該溫度，該晶圓的該溫度應首先被量測。藉由在該晶圓位於處理腔室內時量測晶圓的溫度，該量測溫度可被用以正精準地調節該晶圓溫度。更精準的溫度控制提供了對該腔室中的處理之更精準的控制。藉由控制電漿蝕刻腔室中的蝕刻率，舉例而言，特徵的該CD可做得更小而沒有過於蝕刻該特徵的風險。
某些案例中，一次性使用的溫度控制晶圓在腔室中處理，以在大量生產處理開始前對該腔室量測並校正溫度分佈。該晶圓並不量測實際溫度，但允許該腔室以特定方式設定下量測處理的速率。該校正處理可被重複，在每個試行後調整腔室參數，直到達到已知且所需的蝕刻率。此方法中每個處理與每個腔室可基於測試執行而量測並調整。然而，晶圓溫度將隨著時間飄移，因為腔室設備被使用。該溫度將亦因為其他因素的變化而改變，該因素例如進入的晶圓種類，輸入化學、輸入設施與運作員。
藉由直接量測該蝕刻腔室中的該晶圓溫度，該晶圓溫度可對任何變化調整。該溫度可在電漿原位(in-situ)的存在或不存在下量測。該晶圓溫度可對每個晶圓處理量測。
雖然簡單的熱耦或其他接觸溫度計對於量測溫度可能看似有用，但對於某些處理而言，該處理腔室在非常高的 溫度且包含極為腐蝕的化學物。如茲所解釋，藉由量測從前表面反射的光與從該晶圓的背表面反射的光之間的干涉，該晶圓的該溫度可被判定。該干涉可藉由基於該晶圓的本質而謹慎地選擇光波長來量測。
矽，一種常見的晶圓材料，具有熱光折射係數。矽的折射率隨著矽的溫度變化而改變。折射率的改變改變了光傳播通過矽的行走時間。藉由比較直接反射離開矽的光之抵達時間與行走通過矽且從矽的相對面反射的光之抵達時間，矽的折射率可被量測。換言之，從矽晶圓的前側與背側反射的光之間的行走時間差異可被量測。一種判定行走時間差異的方式為結合該兩個反射並分析該干涉。從該背側離開的光之延遲將造成該兩個反射光束不同相(out of phase)。該等光束在反射後結合時，接著將互相干涉。此干涉信號通常為矽晶圓之溫度的正弦函數。相同的手法可被用以比較兩個傳輸光束，但在此僅描述反射。
干涉條紋的數量為矽晶圓溫度的指示。每個干涉條紋(從波峰至波峰或從波谷至波谷)代表大約攝氏4.5度的溫度改變。該溫度亦可藉由將模擬信號與實驗或接收信號作比較而提取，或藉由將實驗信號與預產生的表格或校正曲線作比較而提取。
干涉對比將隨著矽摻雜濃度增加而降級。然而，對於在攝氏200度的重摻雜矽而言，仍有明顯的干涉對比。
為了在整個干涉路徑(干涉圖)各處提供更清晰的溫度信號，兩個互相鄰近的雷射波長可被使用。當結合時，該 兩個波長產生干涉「差頻(beat)」。此差頻基於該干涉圖提供矽的溫度之快速且明確的判定。
典型的矽晶圓為750μm厚的級數。對於這樣的晶圓，一或更多個雷射被選擇以具有比2mm更大之波長的長同調長度。更長的波長(例如1.5μm)可能作用更佳，因為矽在更長的波長下更為透光。該等波長基於雷射可用性、矽的透光度、矽的厚度與光子能量的平衡而選擇。光子能量遠大於或接近矽的帶隙能量將提供更佳且更確定的信號。
雷射可在連續模式或連續波(CW)中驅動，或該雷射可被調變。當使用調變雷射時，鎖相放大器可如茲描述地使用，以取回干涉信號位準。對重摻雜矽晶圓而言，此舉致使具有高信噪比(signal to noise ratio)的低信號被偵測。
第1圖為電漿蝕刻系統100的示意圖，該電漿蝕刻系統包含光學熱量測系統。電漿蝕刻系統100可為本領域已知的任何種類之高效能蝕刻腔室，例如，但不限制於，EnablerTM、DPS II、AdvantEdgeTM G3、E-MAX®、Axiom、Orion，或Mesa CIP腔室，前述所有腔室皆由美國加利福尼亞州的應用材料公司製造。其他商業可取得的蝕刻腔室可類似地利用在此描述的溫度感測器。雖然模範實施例描述於電漿蝕刻系統100的上下文中，但在此描述的熱量測亦可適用於其他的處理腔室，該等處理腔室用於行使任何將熱負載擺放於晶圓上的電漿製造處理(例如電漿沉積系統等等)。
參考第1圖，電漿蝕刻系統100包含接地腔室105。處理氣體從氣源(未顯示)供應至腔室105的內部體積，該氣源 透過質量流量控制器連接至該腔室。腔室105透過排氣閥抽空，該排氣閥連接至高容量渦輪機械泵155。當電漿功率施加至腔室105時，電漿108形成於工件110上方的處理區域。電漿偏壓功率125耦合至夾具組件142中以對該電漿通電。電漿偏壓功率125通常具有大約2MHz至60MHz之間的低頻率，且可為，舉例而言，在13.56MHz的頻帶中。電漿蝕刻系統100亦可包含運作於大約2MHz頻帶的額外電漿偏壓電源。
工件110透過開口而裝載，並夾緊至該腔室內的夾具組件142。工件110，例如半導體晶圓，可為任何晶圓、基板或採用於電漿處理技藝中的其他材料，且本發明在此方面不受限制。工件110設置於介電層143的頂表面上，或該夾具組件的定位盤上。夾具電極(未顯示)嵌入至介電層143中。特定實施例中，夾具組件142可包含加熱器與冷卻劑通道。該熱傳送流體可為液體，例如，但不受限於，乙二醇/水混合物。電流與流動控制系統175經耦合以控制供應至該等加熱器的電流，且耦合至該等冷卻劑通道以控制流過該夾具的冷卻劑流動。如此，該控制系統可增加或減少該夾具與該晶圓的該溫度。
系統控制器178耦合至各種不同的系統，包含RF電漿功率125、氣體控制泵155及溫度控制器175，以控制該腔室中的製造處理。該控制器可連接至溫度控制器175以執行溫度控制演算法(例如，溫度反饋控制)且可為軟體或硬體或軟體及硬體兩者的組合。該溫度控制器亦包含中央處理單 元、記憶體及輸入/輸出介面。溫度控制器175將輸出控制信號，該控制信號影響夾具組件142與在電漿腔室105外部的熱源及/或散熱器之間的熱傳送之速率。
為了量測該晶圓的該溫度，光學系統透過腔室壁耦合於該晶圓的上方或下方或兩者。上光學定位器120導引雷射至晶圓110上，且接收該反射光。該反射光帶過光學通道至狹窄的帶通濾波器122以過濾掉雜光。該光接著通過圓形偏振片124，例如四分之一波片，以為了通過偏振分光鏡125作準備。剩餘的光在光偵測器126中被偵測且轉換成電信號，該電信號連接至溫度判定系統。
類似地，下光學定位器132導引雷射至該晶圓的底部，且引導回任何反射光通過狹窄的帶通濾波器134、偏振濾波器136(例如四分之一波片)及偏振分光鏡137至光偵測器138，該光偵測器將該光轉換成電信號。在繪示的範例中，兩個受轉換光束由鎖相放大器接收，該鎖相放大器判定兩個光束之間的差頻頻率。該差頻頻率提供至信號處理器130以判定對應的溫度。在該晶圓位於該腔室中且在該晶圓被處理的同時，此溫度可提供至系統控制器178。該系統控制器可藉由加熱或冷卻該晶圓而回應所接收的溫度，以改變該晶圓的溫度。替代地或額外地，該系統控制器可藉由修改處理參數而回應該晶圓的溫度，以適應所量測的溫度。
該雷射不引入任何新的化學化合物至該系統中，且因此該雷射不影響該處理。此外，該光學端口允許該雷射投射至該腔室中，且允許反射光在沒有任何設備置入該腔室中 的情況下被接收。此溫度可在該晶圓上的多個位置，且在晶圓處理之前、當下及之後的任何時間及所有時間量測。該溫度可利用單一雷射在單一位置量測、利用多個雷射或來自單一雷射的多個光束而從該晶圓的頂部或底部量測，或如顯示地利用導引至一或更多個位置的一或更多個雷射而從該晶圓的該頂部及底部兩者量測。
第2圖為簡化的部份晶圓夾具143之剖面圖，舉例而言靜電夾具(ESC)。冷卻板材與阻抗加熱器輪廓沒有被顯示，以簡化該繪圖。工件110夾緊至腔室105內的夾具組件143。該夾具組件附接至升舉機制220，以控制該晶圓相對於該腔室內的電漿源、噴淋頭及氣槽與氣源的位置與高度。該升舉器具有保護嵌入件222以持定光管224。該保護嵌入件可由任何種類的不同材料而製造，該材料可保護該光管或光纖束，包含黑的陽極處理鋁或PEEK(聚醚醚酮)。該光管可為玻璃管、管束或光纖束，以將光從雷射帶至基板且從該基板帶至光偵測器。
該光管從夾具升舉器220延伸離開該晶圓至腔室出口配件228。該腔室出口包含光管連接器226以引導光至該光管及離開該光管，至外部光通道238及離開該外部光通道。雷射照明與反射量測系統提供於該腔室外側，以照明該晶圓並從該晶圓接收反射光。此系統的特定配置可經適配以符合不同種類的光管、晶圓及照明選擇。
繪示的範例中，雷射230提供光學耦合至偏振分光鏡234，該偏振分光鏡從該雷射引導光至光通道238中。此光 行走通過該等光學定位器內的該光管以撞擊晶圓110。透鏡、準直器，及其他光學裝置可被提供以聚焦或發散在該晶圓上的光，取決於特定的實作。該雷射可根據所使用的溫度量測種類而提供單一狹窄波長光束或多個狹窄或寬廣光束。
從該晶圓反射的光通過光管224且離開腔室105，透過偏振片236與該相同的偏振分光鏡。來自偏振濾波器236的該偏振光傳送通過偏振分光鏡234至狹窄頻帶濾波器134及第二選擇性的偏振濾波器136至光偵測器138。除了反射的雷射光外，從該腔室行走至該光管中的光可能包含來自該晶圓的熱及發射輻射、來自該腔室中之電子與化學設備的光，及電漿產物或其他反應。該狹窄頻帶濾波器可被用以過濾掉所有的其他光源，使得撞擊該光偵測器的光大部份係來自該雷射的光。此狹窄頻帶濾波器可為光學帶通濾波器，該光學帶通濾波器僅傳送具有與該雷射發射的光大約相同波長的光。若該雷射發射比一個更多的波長，則該狹窄頻帶濾波器可從而修改。
二或更多個雷射可用於該上或下光定位器或兩者。第2圖中顯示額外的元件，該等元件可用以提供額外的雷射照明及量測額外的雷射反射。二或更多個不同頻率的雷射可利用光纖或其他光學結合器在源頭230處結合並導引朝向該晶圓。在反射的光學路徑上，該兩個波長可獨立量測。如何獨立量測該兩個反射波長的範例為利用額外的偏振分光鏡334以分割出部份的光。該分割出的光可接著通過用於第二波長的狹窄頻帶濾波器335，過濾掉該第一波長，且偏振片336 接著撞擊第二光偵測器338。來自兩個偏振片138、338的電子信號代表對該第一與第二波長的反射光之波幅。此光可被結合以取得差頻及用於在此解釋的其他目的。
第3圖為光學定位器的剖面圖，該光學定位器可用於該晶圓上方的該腔室壁。如電漿處理腔室的腔室105或其他種類的製造腔室具有晶圓110上方的上壁或陶瓷蓋242。光學定位器244安裝於此蓋242並以O形環254對該蓋密封。該光學定位器承載玻璃或光纖或如上所述的另一個建構之光管246。該光管將光帶至該晶圓且從該晶圓接收該雷射光的反射。該光管可包含各種其他光學元件以導引、操縱或聚焦該雷射光至該晶圓上並收集反射光。
光管248從腔室105延伸離開且可連接至任何種類的連接器，導件、肘部，或連接部250，以將該光帶至光學通道260。類似於下通道，雷射262產生一或更多個連續或脈衝波形的雷射光束。此雷射照明藉由偏振分光鏡264導引至光通道中。類似地，來自該腔室的光在濾波器268中偏振，傳送通過分振分光鏡264、帶通濾波器270、偏振濾波器272,且接著於光偵測器274接收。如上所述，一個以上的雷射波長可被使用，藉由增加額外的雷射與偵測器，如第2圖的範例中所示或其他方式。
雖然具有偏振光束光學元件的玻璃光管被顯示，但可利用任何其他種類的光學系統以將光導引該晶圓並從該晶圓接收。具有耦合器與結合器的光纖可被使用。分離的通道可被用於該傳送光及反射光。準直或聚焦光學元件可被用以 從一個通道導引光，並在分離的鄰近通道中接收反射光。其他變化可根據特定實作而使用。
第4圖為晶圓上的入射雷射光造成的光路徑之圖形。雷射光402觸擊矽晶圓110的頂表面或底表面，取決於雷射光來自該晶圓上方或下方。入射雷射光402的部份406反射離開晶圓的鄰近表面410。該雷射光的另一個部份404傳送通過第一表面410且從晶圓110的遠端表面412反射。該遠端表面為該晶圓的底表面或頂表面任一者的另一者。從遠端表面412反射的光408平行於從鄰近表面410反射的光406傳播。雖然該等光束顯示為平行且間隔開來，然該等光束通常為重合的。作為結果，反射光束406、408將被結合。
第4圖為僅顯示感興趣之光束的簡化圖形。某些光將被放棄。某些光將傳送通過該晶圓的遠側412。某些從遠側412反射的光亦將從該晶圓的近側410反射，且不與其他反射光406結合。某些該光將被該晶圓吸收為熱。某些該光將在該光內以傾斜角度散射並在不同方向中反射或傳送。該雷射的強度可經選擇以提供足夠的反射光以允許精準的量測，儘管在該晶圓內及穿過該晶圓的所有損失。
由於從該遠表面反射的光束408比從該近表面反射的光束406行走更遠，故兩條光束不同相。距離中的差異為該晶圓之厚度(t)的兩倍。此外，由於從該遠表面反射的該光束傳播通過該晶圓，故此光束被延遲，該晶圓具有與腔室105之環境(通常為周圍空氣、氮、二氧化碳或某種其他氣體環境，取決於該腔室中行使的處理)不同的折射率。折射率(n)定義為 在真空中的光速(c)對在媒介中的光速(v)之比值，n=c/v，(n>1)因此從該晶圓之該遠側反射的該光束行走得比c還慢(v)，該慢的量取決於該晶圓的折射率(n)，v=c/n。
多晶矽晶圓具有大於3.5的折射率，該折射率取決於任何摻雜的量且取決於該晶圓的該溫度而變化，使得從該晶圓之該遠側反射的該光束將顯著地變慢。
考量到該晶圓的該溫度，在任何特定溫度之該晶圓的折射率(nT)取決的該晶圓的溫度(T)。
nT=n0+nCT 方程式1
其中n0為常數；且nC為該晶圓的熱光係數(thermo-optic coefficient)；且T為矽晶圓在攝氏度數中的溫度。
利用折射率中與溫度的變化，該晶圓的該溫度可以任何的各種不同方式來判定。一種手段為結合從該晶圓的該近面及遠面反射的光束。由於該等光束不同相，將有建設性干涉及破壞性干涉將產生波幅的變化。
就矽晶圓溫度而言的干涉條紋之描述
從該近面反射的光與從該遠面反射的光之間的光程差(OD)可被量化為OD=2tnT 方程式2
其中2t為兩倍晶圓厚度的額外距離。對於發生在溫度T1的特定建設性干涉，該距離為：ODT1=2t(n0+nT1)=mλ 方程式3
其中λ為干涉條紋週期。
對於發生在溫度T2的下一個建設性干涉，該距離為：ODT2=2t(n0+nT2)=(m+1)λ 方程式4
此舉導致干涉條紋週期(λ)以(T2-T1)的矽晶圓溫度表示為：2tnC(T2-T1)=λ 方程式5
利用λ=1.06μm，t=800μm，及nC=2e-4，得到(T2-T1)=3.3℃，或每3.3℃的晶圓溫度改變一條紋。
該晶圓的起始溫度係已知的。藉由監視干涉差頻(beats)或條紋，可隨著在該腔室中加熱該晶圓而量測溫度變化。該等條紋可簡單量測為所量測之光強中的波峰或波谷。
第5圖為來自單一雷射之反射的模擬光偵測器輸出圖形。來自該晶圓之該近面及遠面的該等反射在該光偵測器中結合。用於典型矽基板的合適雷射可具有1.3μm量級的波長。建設性干涉顯現為高波幅波峰。破壞性干涉顯現為低波幅波谷。干涉的本質隨著溫度改變而改變。波峰之間的距離隨著該雷射的該波長、該熱光係數(nC)及該晶圓厚度而改變。該起始信號為該雷射之波長、基底折射率(n0)及該晶圓之厚度的函數。若該系統首先被特性化，則在一個溫度的該單一雷射結果可被利用為對另一個溫度的單一雷射結果之參考或基線。在處理的開始處，該腔室及晶圓的該溫度通常為廣知的，故此溫度可作為在晶圓處理的過程中用來對溫度作圖的基線。
多個雷射可用於不同目的。該等雷射可導引至該晶 圓上的不同位置。二或更多個不同的位置可被用以取得該晶圓上不同位置的溫度量測。舉例而言，電漿處理中，該晶圓的中心通常比該晶圓的周圍更涼。該溫度差可利用導引至多個位置的雷射而量測且補償。特定位置亦可基於該腔室選擇。特定的腔室可具有熱斑或冷斑。該等斑在該雷射上的效應可利用該晶圓上的多個位置量測且補償，若有需要的話。此外，第二量測點可被用來與第一量測點比較，以確保該第一系統能運作或該第一點係提供合理的結果。在第一雷射系統失效的事件中，第二雷射亦可作為備用。
在以上的單一雷射範例中，該第一雷射被利用作為對自己的參考點。在該腔室加熱時於不同時間的量測係對應至不同的溫度。較早的較低溫度時間被用來作為對較晚的較高溫度量測之參考。由於較晚的量測較接近處理溫度，故較晚的量測比較重要。對較早的溫度作參考給較晚的溫度提供了較好的基準。
替代地，具有不同波長的第二雷射可被用來提供對溫度量測的參考。此案例中，該第二雷射量測該晶圓的一部分，該晶圓的部分係預期為大約與該第一雷射量測的該晶圓部分相同的溫度。該兩個雷射可量測相同或非常相近的位置。利用合適的組合光學元件，該第二雷射可耦合至與該第一雷射相同的光管中。該第二雷射可相反地耦合至不同的光管中。替代地，該第二雷射可在該晶圓的另一面被導引。作為範例，可能有一個光管在該晶圓下方的光學定位器中，且領一個光管在該晶圓上方的光學定位器中，舉例而言如第1 圖中所示。該兩個光管耦合至具有不同波長的兩個不同雷射。
第6圖為從具有不同波長之兩個雷射反射的模擬光偵測器輸出的圖形。該兩個波長對典型的200mm矽晶圓皆為大約1.3μm。該等波長差異2-10%，取決於特定的選擇波長及可用的雷射。該等波長之間的差異將決定每個雷射的干涉曲線之間的差頻。較相似的波長將具有較高的差頻且較不同的波長將具有較低的差頻。一個範例中，一個雷射在1.30μm且另一個在1.35μm，然而該等波長可經適配以適應不同的晶圓材料及硬體要求。來自該晶圓的近面及遠面之反射在光偵測器中對每個雷射結合。若該等光束在單一光管或光學光纖束中結合，則單一光偵測器可被使用。替代地，分光鏡或分離光學路徑可被使用，使得不同的光偵測器用於該兩個波長。
第6圖顯示兩個正弦曲線，每個雷射各一個。對每個曲線，建設性干涉顯現為高波幅波峰。破壞性干涉顯現為低波幅波谷。如以上所述，該等波峰之間的距離隨著該雷射的波長而改變。在對兩個曲線的所有其他參數相同的情況下，該等波峰僅在特定溫度處排列。該等溫度可數學地決定或估計。在圖形中，該兩個曲線在最右邊波峰對齊。在右邊的下一個波峰處(未顯示)，該等波峰將在相反方向中離散。在幾個更多個循環後，該等波峰將看似圖形中的最左邊波峰。該兩個曲線可被結合且該兩個曲線之間的差頻將提供第三組波峰及波谷。此舉可被用以決定溫度。
第7圖為流程圖，該流程圖依據本發明的實施例顯示量測晶圓之溫度的範例。在方塊702，晶圓載入至晶圓處理 腔室中。該腔室可經配置用於任何種類的不同處理，且包含一或更多個光學定位器以用於照明該晶圓及接收反射。在該晶圓的表面之附近、相對，或遠端位置中可具有一或更多個雷射照明點。在704處，該腔室溫度被決定。此舉可以任何習知方式而完成，例如使用溫度計。通常該腔室在處理之前係在環境溫度。
在706處，該晶圓以雷射光照明。此舉在腔室於已知溫度處首先完成。雷射光為優選，因為它在狹窄的波長帶內提供便宜的同調光來源。然而，其他光源可被使用，取決於特定應用。在708處，從該晶圓反射的雷射光被接收且結合已形成干涉圖案。此干涉圖案可被記錄。來自一個以上的雷射之反射可分離地或組合地使用。在710處干涉圖案參考對先前決定的腔室溫度而決定。
在710處開始晶圓處理。該處理為一種改變該晶圓之溫度的處理。通常晶圓於處理時加熱，然而，本發明並非如此限制。在電漿處理中，晶圓可從環境20℃改變至超過300℃。隨著該晶圓被加熱，該干涉圖案將改變。此改變可被記錄且與參考圖案比較。基於此比較，在712處利用所接收的干涉圖案而決定該晶圓溫度。此溫度可以各種不同的方式使用。做為範例，在714處該溫度可選擇地被用為以加熱器或冷卻劑調整晶圓溫度的基底，或用於改變處理參數。該溫度亦可被用為品質控制量測以決定該處理是否在期望的限制內行使。
此描述中，各種細節被闡述，然而，熟知技藝者將 顯見本發明可在不具有該等特定細節下而行使。在某些情況下，廣知的方法及裝置以方塊圖型形式而非細節顯示，以避免隱藏本發明。整個此說明書中對「實施例」或「一個實施例」的參考意味著連同該實施例描述的特定特徵、結構、功能或特性係包含於本發明的至少一個實施例中。因此，在整個此說明書中各種地方出現的「在實施例中」或「在一個實施例中」的用語不必然係指本發明的相同實施例。進一步而言，特定特徵、結構、功能或特性可在一或更多個實施例中以任何合適的方式結合。舉例而言，在與兩個實施例相關的特定特徵、結構、功能或特性不互相排斥的任何地方，第一實施例可與第二實施例結合。
如使用於本發明及附加請求項的描述中，單一形式的「一」及「該」係意於亦包含複數形式，除非內文明確地另外指出。亦將理解如在此所使用的「及/或」之用詞參考且涵蓋任何及所有一或更多個相關列出項目的可能組合。
「耦合」及「連接」等用詞，以及其衍生詞在此可用來描述部件之間的功能性關係或結構性關係。應理解到，該等用詞並非意於作為彼此的同義詞。反而，特定實施例中，「連接」可被用來指示二或更多個元件係直接地彼此實體、光學或電性接觸。「耦合」可被用來指示二或更多個元件係直接地或者間接地(該等元件之間有其他介入之元件)彼此實體、光學或電性接觸，及/或該二或更多個元件彼此合作或互動(例如，在因果關係中)。
在以下的描述及請求項中，「晶片(chip)」、「晶元 (die)」交互使用，以指示適合用於封裝及在計算裝置中使用的任何種類之微電子、微機構、類比或混合小裝置。
在此使用的「上方」、「下方」、「之間」及「上(on)」等用詞指示一個部件或材料層相對於其他部見或材料層的相對位置，其中這樣的實體關係值得注意的。舉例而言在材料層的內文中，設置於另一層上方或下方的一層可直接與另一層接觸或具有一或更多個介入層。此外，設置於兩層之間的一層可直接與該兩層接觸或可具有一或更多個介入層。反之，在第二層「上」的第一層係與該第二層直接接觸。相似的差別將在部件組件的內文中作出。
將理解到以上描述係意圖為例示性的而非限制性的。舉例而言，雖然圖式中的流程圖顯示由本發明特定實施例行使的特定運作順序，但應理解到這樣的順序並非要求的(例如，替代實施例可以不同順序、結合特定運作、重疊特定運作等等而行使該等運作)。進一步而言，熟知技藝者在閱讀及理解以上描述後將顯見許多其他實施例。雖然本發明參考特定模範實施例描述，但將認定本發明並非受限於所述的實施例，而是可在附加請求項的將神及範疇內而修改及變化地實施。因此，本發明的範疇應該參考附加請求項，連同這樣的請求項有權的完整等同物範疇而決定。
100‧‧‧電漿蝕刻系統
105‧‧‧腔室
108‧‧‧電漿
110‧‧‧工件
120‧‧‧上光學定位器
122‧‧‧帶通濾波器
124‧‧‧圓形偏振片
125‧‧‧電漿偏壓功率
126‧‧‧光偵測器
128‧‧‧鎖相放大器
130‧‧‧信號處理器
132‧‧‧下光學定位器
134‧‧‧帶通濾波器
136‧‧‧偏振濾波器
137‧‧‧偏振分光鏡
138‧‧‧光偵測器
142‧‧‧夾具組件
143‧‧‧介電層
155‧‧‧高容量渦輪機械泵
175‧‧‧電流與流動控制系統
178‧‧‧系統控制器

Claims (20)

  1. 一種設備，該設備包括：一矽處理腔室；該腔室內的一晶圓支架，該晶圓支架用以持定用於處理的一矽基板；一雷射，該雷射導引至該基板的一表面；一光偵測器，該光偵測器用以從該雷射接收光，該光從該表面直接反射且穿過該基板；及一處理器，該處理器用以基於該接收的反射光而判定該矽基板的一溫度。
  2. 如請求項1所述之設備，該設備進一步包括一第二雷射，該第二雷射導引至該基板的一第二表面，該第二表面相對於第一表面；及一第二光偵測器，該第二光偵測器用以從該第二雷射接收光，該光從該第二表面直接反射且穿過該基板，其中該處理器亦基於從該第二光偵測器接收的該反射光而判定該溫度。
  3. 如請求項1所述之設備，該設備進一步包括，在該矽基板與該光偵測器之間，一四分之一波片以在一偏振分光鏡之前偏振反射光，以透過該偏振分光鏡而導引該反射光至該光偵測器。
  4. 如請求項1所述之設備，其中該處理器藉由將干涉條紋的一數量與對應溫度的一表格作比較而判定一溫度。
  5. 如請求項1所述之設備，其中該處理器藉由將一模擬信號與該接收的反射光作比較而判定一溫度。
  6. 如請求項1所述之設備，其中該處理器藉由將一預產生的校正信號與該接收的反射光作比較而判定一溫度。
  7. 如請求項1所述之設備，其中該雷射在該基板透光處產生一雷射光波長。
  8. 如請求項1所述之設備，其中該雷射產生兩個互相干涉的不同雷射光波長。
  9. 如請求項1所述之設備，其中該雷射產生調變光，該設備進一步包括一鎖相放大器，該鎖相放大器耦合至該光偵測器以鎖定至該反射光的該調變中以接收該反射光。
  10. 一種方法，該方法包括以下步驟：以雷射光照明一處理腔室內的一晶圓；從該晶圓的一鄰近表面接收該雷射的一第一反射光；從該雷射的一遠離表面透過該晶圓接收該雷射的一第二反射光； 結合該第一與第二接收的反射光；分析該等反射光的一干涉圖案；及基於該分析而判定一晶圓溫度。
  11. 如請求項10所述之方法，該方法進一步包括以下步驟：在基於該分析判定一晶圓溫度之前，判定該晶圓的一初始溫度；在該判定的初始溫度處分析該等反射光的一初始干涉圖案；及其中判定一晶圓溫度壓縮係利用該初始溫度與該初始干涉圖案作為參考。
  12. 如請求項11所述之方法，該方法進一步包括以下步驟：加熱該腔室，其中該晶圓在該腔室內，以在判定一初始溫度後增加該晶圓的該溫度，且其中接收一第一與第二反射光的步驟包括隨著該晶圓的該溫度增加而接收該第一與第二反射光。
  13. 如請求項10所述之方法，該方法進一步包括以下步驟：以在一第二波長的一第二雷射光照明該處理腔室內的一晶圓；從該晶圓的一鄰近表面接收該第二雷射的一第一反射光；從該雷射的一遠離表面透過該晶圓接收該第二雷射的一 第二反射光；結合該第二雷射的該第一與該第二接收反射光；比較該第一雷射的該第一與第二接收反射光之一第一干涉圖案與該第二雷射反射光的該第一與第二接收反射光的一第二干涉圖案；及基於該比較而判定一晶圓溫度。
  14. 如請求項13所述之方法，其中以一第二雷射照明一晶圓的該步驟包括以下步驟：從該第一雷射光照而在該晶圓之一相對側邊上照明該晶圓。
  15. 如請求項13所述之方法，其中以一第一雷射照明一晶圓的該步驟包括以下步驟：透過一光管照明該晶圓，該光管導引至該晶圓，且其中以一第二雷射照明一晶圓的步驟包括透過相同的該光管照明該晶圓。
  16. 如請求項13所述之方法，其中比較一干涉圖案的步驟包括以下步驟：判定該第一干涉圖案與該第二干涉圖案之間的一干涉條紋圖案，且其中判定一晶圓溫度之步驟包括以下步驟：映射該條紋圖案至一溫標。
  17. 如請求項16所述之方法，其中該溫標係基於該晶圓的該熱光係數與該晶圓的該厚度而判定，該第一雷射的該第二反射光與該第二晶圓的該第二反射光穿過該厚度前進。
  18. 一種設備，該設備包括：一矽處理腔室；該腔室內的一晶圓支架，該晶圓支架用以持定用於處理的一矽基板，該矽基板具有第一與第二相對面；一第一雷射，該第一雷射導引至該基板的一表面；一第一光偵測器，該第一光偵測器用以在通過該第一與第二面之間的該晶圓後，從該第一雷射接收光，該光從該晶圓的該第一面反射，且該第一光偵測器用以接收從該雷射的該第二面反射的光，並產生一第一電子干涉圖案；及一第二雷射，該第二雷射導引至該基板的一表面；一第二光偵測器，該第二光偵測器用以在通過該第二與第一面之間的該晶圓後，從該第二雷射接收光，該光從該晶圓的該第二面反射，且該第二光偵測器用以接收從該雷射的該第一面反射的光，並產生一第二電子干涉圖案；及一處理器，該處理器用以接收該第二與第二電子干涉圖案且比較該等接收的干涉圖案以判定該矽基板的一溫度。
  19. 如請求項18所述之設備，該設備進一步包括：一第一光管，該第一光管耦合至該腔室並導引至該晶圓的該第一面以傳送該第一雷射光至該晶圓並接收反射，及一第二光管，該第二光管耦合至該腔室並導引至該晶圓的該第二面以傳送該第二雷射光至該晶圓並接收反射。
  20. 如請求項18所述之設備，其中該處理器藉由將干涉條紋的一數量與一溫標作比較而判定一溫度。
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