TW202036645A - 藉由電阻式熱量測之噴淋頭加熱的控制 - Google Patents

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尼可 雷 小萊恩巴格
柯蒂斯 Ｗ 貝利
伊斯華 斯尼華森
德文 佩爾基
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美商蘭姆研究公司
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Abstract

用於電漿腔室之噴淋頭包括：電阻式加熱器，用以接收功率以加熱電漿腔室之噴淋頭；及電阻元件，熱接合至電漿腔室之噴淋頭。電阻元件回應於噴淋頭溫度之改變而改變電阻。電阻元件係封入絕緣材料中以使電阻元件與噴淋頭電絕緣。該絕緣材料係良好的熱導體。基於電阻元件之電阻，接收至電阻式加熱器之功率。

Description

藉由電阻式熱量測之噴淋頭加熱的控制
本揭示內容大致關於半導體製造設備，具體而言，關於藉由電阻式熱量測結果之噴淋頭加熱之控制。
本文中所提出之先前技術大致上用於呈現本揭示內容之背景。在此先前技術部分中所述之本案發明人之成果範圍、以及不適格做為申請時之先前技術之實施態樣，皆非直接或間接地被承認為對抗本揭示內容之先前技術。
基板處理系統可用於在基板（例如半導體晶圓）上沉積膜。基板處理系統一般包括處理腔室及基板支撐件。在膜沉積期間，可將自由基及前驅物氣體供應至處理腔室。
例如，處理腔室可包括上腔室、下腔室及基板支撐件。噴淋頭可配置在上腔室與下腔室之間。基板係配置在下腔室中之基板支撐件上。電漿氣體混合物被供應至上腔室，並且在上腔室中點燃電漿。由電漿所產生之一些自由基通過噴淋頭而流至下腔室。噴淋頭過濾離子及遮蔽紫外光使其無法到達下腔室。 前驅物氣體混合物通過噴淋頭而供應至下腔室並與自由基進行反應，以沉積膜在基板上。
一種用於量測電漿腔室之噴淋頭之溫度及基於該溫度而控制該噴淋頭之加熱之系統，該系統包括：一電阻式加熱器，以加熱該電漿腔室之該噴淋頭；及一電阻元件，熱接合至該電漿腔室之該噴淋頭。該電阻元件包括一單一金屬，該單一金屬回應於該單一金屬之溫度之改變而改變電阻。一控制器用以：供應功率至該電阻式加熱器以加熱該噴淋頭；供應電壓至該電阻元件；量測通過該電阻元件之電流；及基於供應至該電阻元件之該電壓及所測得的通過該電阻元件之該電流而判定該電阻元件之電阻。該控制器更用以：基於該電阻元件之該電阻而判定該噴淋頭之該溫度；將該溫度與該噴淋頭之一設定溫度進行比較；及基於該比較而控制至該電阻式加熱器之功率之該供應，以控制該噴淋頭之該加熱。
在另一特徵中，該控制器係用以使用藉由執行該電阻元件之原位校準所產生之一查找表而判定該噴淋頭之該溫度。
在另一特徵中，該控制器係用以：回應於該噴淋頭之該溫度小於或等於該設定溫度，增加供應至該電阻式加熱器之該功率；及回應於該噴淋頭之該溫度大於或等於該設定溫度，減少供應至該電阻式加熱器之該功率。
在另一特徵中，該電阻元件係封入一絕緣材料中以使該電阻元件與該噴淋頭電絕緣，該絕緣材料係一良好的熱導體。
在另一特徵中，該電阻元件之該電阻之該判定對於與該噴淋頭有關之DC偏壓有抗性。
在另一特徵中，該DC偏壓係由該電漿腔室中之電漿所引起。
在另一特徵中，該DC偏壓係施加至該噴淋頭以控制該電漿腔室中之粒子之流動。
在另一特徵中，該噴淋頭包括一第一電極。該系統更包括一基板支撐件，用以在處理期間支撐一基板。該基板支撐件包括一第二電極。該系統更包括：一RF產生器，用以產生RF功率；及一氣體輸送系統，用以在該電漿腔室中供應處理氣體。該控制器更用以回應於被供應之該處理氣體而施加該RF功率在該第一電極及該第二電極，以在該電漿腔室中點燃電漿。該電阻元件之該電阻之該判定不受在該噴淋頭上由該電漿所引起之DC偏壓之影響。
在另一特徵中，該控制器用以施加一DC偏壓至該噴淋頭以控制該電漿腔室中之粒子之流動，該電阻元件之該電阻之該判定不受施加至該噴淋頭之該DC偏壓之影響。
在另一特徵中，供應至該電阻式加熱器之該功率包括AC功率，供應至該電阻元件之該電壓包括DC電壓。
在另一特徵中，該系統更包括一第二電阻元件，熱接合至該噴淋頭。該第二電阻元件包括該單一金屬。該控制器用以：供應該電壓至該第二電阻元件；量測通過該第二電阻元件之電流；及基於供應至該第二電阻元件之該電壓及所測得的通過該第二電阻元件之該電流而判定該第二電阻元件之電阻。該控制器更用以：基於該第二電阻元件之該電阻而判定該噴淋頭之一第二溫度；將該第二溫度與一預定臨限溫度進行比較；及回應於該第二溫度大於或等於該預定臨限溫度，停止至該電阻式加熱器之功率之該供應，以防止該噴淋頭過熱。
在另一特徵中，該系統更包括一第二電阻元件，熱接合至該噴淋頭。該第二電阻元件包括該單一金屬。該控制器用以：供應該電壓至該第二電阻元件；量測通過該第二電阻元件之電流；及基於供應至該第二電阻元件之該電壓及所測得的通過該第二電阻元件之該電流而判定該第二電阻元件之電阻。該控制器更用以：基於該第二電阻元件之該電阻而判定該噴淋頭之一第二溫度；基於該溫度及該第二溫度而判定該噴淋頭之一平均溫度；將該平均溫度與該設定溫度進行比較；及基於該比較而控制至該電阻式加熱器之功率之該供應。
在另一特徵中，該系統更包括：一第二電阻式加熱器，配置在該噴淋頭中與該電阻式加熱器不同的位置中，以加熱該噴淋頭；及一第二電阻元件，熱接合至該噴淋頭並靠近該不同位置。該第二電阻元件包括該單一金屬。該控制器用以：供應該電壓至該第二電阻元件；量測通過該第二電阻元件之電流；及基於供應至該第二電阻元件之該電壓及所測得的通過該第二電阻元件之該電流而判定該第二電阻元件之電阻。該控制器更用以：基於該第二電阻元件之該電阻而判定該噴淋頭之一第二溫度；將該第二溫度與該設定溫度進行比較；及基於該比較而控制至該第二電阻式加熱器之功率之該供應。
在另一特徵中，該控制器係用以使用藉由執行該第二電阻元件之原位校準所產生之一第二查找表而判定該噴淋頭之該溫度。
在又其它特徵中，用於電漿腔室之噴淋頭包括：一電阻式加熱器，用於接收功率以加熱該電漿腔室之該噴淋頭；及一電阻元件，熱接合至該電漿腔室之該噴淋頭。該電阻元件回應於該噴淋頭之溫度之改變而改變電阻。該電阻元件係封入一絕緣材料中以使該電阻元件與該噴淋頭電絕緣。該絕緣材料係一良好的熱導體。基於該電阻元件之該電阻，接收至該電阻式加熱器之該功率。
在其它特徵中，一系統包括一噴淋頭及一控制器。該控制器用以：供應該功率至該電阻式加熱器；供應電壓至該電阻元件；量測通過該電阻元件之電流；及基於供應至該電阻元件之該電壓及所測得的通過該電阻元件之該電流而判定該電阻元件之該電阻。該控制器更用以：基於該電阻元件之該電阻而判定該噴淋頭之該溫度；將該溫度與該噴淋頭之一設定溫度進行比較；及基於該比較而控制至該電阻式加熱器之該功率之該供應，以控制該噴淋頭之該加熱。
在另一特徵中，該控制器係用以使用藉由執行該電阻元件之原位校準所產生之一查找表而判定該噴淋頭之該溫度。
在其它特徵中，該控制器係用以：回應於該噴淋頭之該溫度小於或等於該設定溫度，增加供應至該電阻式加熱器之該功率；及回應於該噴淋頭之該溫度大於或等於該設定溫度，減少供應至該電阻式加熱器之該功率。
在另一特徵中，該電阻元件之該電阻之該判定對於與該噴淋頭有關之DC偏壓有抗性。
在另一特徵中，該DC偏壓係由該電漿腔室中之電漿所引起。
在另一特徵中，該DC偏壓係施加至該噴淋頭以控制該電漿腔室中之粒子之流動。
在其它特徵中，該噴淋頭包括一第一電極。該系統更包括：一基板支撐件，用以在處理期間支撐一基板。該基板支撐件包括一第二電極。該系統更包括：一RF產生器，用以產生RF功率；及一氣體輸送系統，用以在該電漿腔室中供應處理氣體。該控制器更用以回應於被供應之該處理氣體而施加該RF功率在該第一電極及該第二電極，以在該電漿腔室中點燃電漿。該電阻元件之該電阻之該判定不受在該噴淋頭上由該電漿所引起之DC偏壓之影響。
在其它特徵中，該控制器用以施加一DC偏壓至該噴淋頭以控制該電漿腔室中之粒子之流動，該電阻元件之該電阻之該判定不受施加至該噴淋頭之該DC偏壓之影響。
在另一特徵中，供應至該電阻式加熱器之該功率包括AC功率，供應至該電阻元件之該電壓包括DC電壓。
在其它特徵中，該系統更包括一第二電阻元件，熱接合至該噴淋頭。該控制器用以：供應該電壓至該第二電阻元件；量測通過該第二電阻元件之電流；及基於供應至該第二電阻元件之該電壓及所測得的通過該第二電阻元件之該電流而判定該第二電阻元件之電阻。該控制器更用於：基於該第二電阻元件之該電阻而判定該噴淋頭之一第二溫度；將該第二溫度與一預定臨限溫度進行比較；及回應於該第二溫度大於或等於該預定臨限溫度，停止至該電阻式加熱器之功率之該供應，以防止該噴淋頭過熱。
在另一特徵中，該控制器係用以使用藉由執行該第二電阻元件之原位校準所產生之一第二查找表而判定該噴淋頭之該溫度。
在其它特徵中，該系統更包括：一第二電阻元件，熱接合至該噴淋頭。該控制器用以：供應該電壓至該第二電阻元件；量測通過該第二電阻元件之電流；及基於供應至該第二電阻元件之該電壓及所測得的通過該第二電阻元件之該電流而判定該第二電阻元件之電阻。該控制器更用以：基於該第二電阻元件之該電阻而判定該噴淋頭之一第二溫度；基於該溫度及該第二溫度而判定該噴淋頭之一平均溫度；將該平均溫度與該設定溫度進行比較；及基於該比較而控制至該電阻式加熱器之功率之該供應。
在其它特徵中，系統更包括：一第二電阻式加熱器，配置在該噴淋頭中與該電阻式加熱器不同的位置中，以加熱該噴淋頭；一第二電阻元件，熱接合至該噴淋頭並靠近該不同位置。該控制器用以：供應該電壓至該第二電阻元件；量測通過該第二電阻元件之電流；及基於供應至該第二電阻元件之該電壓及所測得的通過該第二電阻元件之該電流而判定該第二電阻元件之電阻。該控制器更用以：基於該第二電阻元件之該電阻而判定該噴淋頭之一第二溫度；將該第二溫度與該設定溫度進行比較；及基於該比較而控制至該第二電阻式加熱器之功率之該供應。
在又其它特徵中，用於控制電漿腔室之噴淋頭之加熱之方法包括：配置一電阻式加熱器在該電漿腔室之該噴淋頭中，以加熱該噴淋頭；及將一電阻元件熱接合至該電漿腔室之該噴淋頭。該電阻元件回應於該噴淋頭之溫度之改變而改變電阻。該電阻元件係封入一絕緣材料中以使該電阻元件與該噴淋頭電絕緣。該絕緣材料係一良好的熱導體。該方法更包括藉由供應電壓至該電阻元件及量測通過該電阻元件之電流以量測該電阻元件之電阻。該方法更包括：基於該電阻元件之該測得的電阻而判定該噴淋頭之該溫度。該方法更包括：基於該判定的溫度而控制至該電阻式加熱器之功率。
在其它特徵中，該方法更包括：使用藉由執行該電阻元件之原位校準所產生之一查找表而判定該噴淋頭之該溫度。
在其它特徵中，該方法更包括：回應於該噴淋頭之該溫度小於或等於該設定溫度，增加供應至該電阻式加熱器之該功率；及回應於該噴淋頭之該溫度大於或等於該噴淋頭之該設定溫度，減少供應至該電阻式加熱器之該功率。
在其它特徵中，該電阻元件之該電阻之該判定不受與該噴淋頭有關之DC偏壓之影響，該DC偏壓係由該電漿腔室中之電漿所引起及∕或被施加至該噴淋頭以控制該電漿腔室中之粒子之流動。
在其它特徵中，該方法更包括：將一第二電阻元件熱接合至該噴淋頭。該第二電阻元件回應於該噴淋頭之溫度之改變而改變電阻。該第二電阻元件係封入一絕緣材料中。該方法更包括：藉由供應該電壓至該第二電阻元件及量測通過該第二電阻元件之電流以量測該第二電阻元件之電阻。該方法更包括：基於該第二電阻元件之該測得的電阻而判定該噴淋頭之一第二溫度。該方法更包括：將該第二溫度與一預定臨限溫度進行比較；及回應於該第二溫度大於或等於該預定臨限溫度，停止至該電阻式加熱器之該功率之供應，以防止該噴淋頭過熱。
在其它特徵中，該方法更包括：將一第二電阻元件熱接合至該噴淋頭。該第二電阻元件回應於該噴淋頭之溫度之改變而改變電阻。該第二電阻元件係封入該絕緣材料中。該方法更包括：藉由供應該電壓至該第二電阻元件及量測通過該第二電阻元件之電流以量測該第二電阻元件之電阻。該方法更包括：基於該第二電阻元件之該測得的電阻而判定該噴淋頭之一第二溫度。該方法更包括：基於該溫度及該第二溫度而判定該噴淋頭之一平均溫度。該方法更包括：將該平均溫度與該噴淋頭之一設定溫度進行比較。該方法更包括：基於該比較而控制至該電阻式加熱器之該功率。
在其它特徵中，該方法更包括：使用藉由執行該第二電阻元件之原位校準所產生之一第二查找表而判定該噴淋頭之該溫度。
在其它特徵中，該方法更包括：將一第二電阻式加熱器配置在該噴淋頭中與該電阻式加熱器不同的位置中，以加熱該噴淋頭；及將一第二電阻元件熱接合至該噴淋頭並靠近該不同位置。該方法更包括：供應該電壓至該第二電阻元件；量測通過該第二電阻元件之電流；及基於供應至該第二電阻元件之該電壓及所測得的通過該第二電阻元件之該電流而判定該第二電阻元件之電阻。該方法更包括：基於該第二電阻元件之該電阻而判定該噴淋頭之一第二溫度；將該第二溫度與該設定溫度進行比較；及基於該比較而控制至該第二電阻式加熱器之功率之該供應。
根據實施方式、申請專利範圍及圖式，本揭露內容之進一步應用範圍將變得明顯。實施方式及具體範例僅僅是為了說明之目的，並非用於限制本揭示內容之範疇。
通常，噴淋頭不具有熱控制系統。但是，在某些處理系統中，使用基本的熱控制系統以控制噴淋頭之溫度，其係使用電阻式加熱器進行加熱。當使用電阻式加熱器元件來加熱噴淋頭時，通常在噴淋頭中嵌入一或更多熱電偶以量測噴淋頭之溫度並且基於所測得的溫度來控制噴淋頭之加熱。
基於熱電偶的控制系統之問題在於，引入系統中的任何DC或AC功率（低頻或高頻，目前為13.56 kHz、400 Hz及120 Hz）（例如，提供至電阻式加熱器之AC功率及∕或在噴淋頭上電漿感應或施加之DC偏壓）可能影響控制系統。主要問題在於，來自任何這些來源之DC會被加入至低電壓熱電偶訊號中做為DC雜訊，而將低電壓熱電偶訊號與DC雜訊區分開是非常困難的。因此，控制系統從熱電偶接收到錯誤的讀數，其可能使得控制系統不準確或無法操作。雖然對DC進行濾波是可能的，但濾波需要額外的電路。
替代地，本揭示內容提出系統及方法，用於量測噴淋頭之溫度及使用電阻式熱量測結果來控制噴淋頭加熱。根據本揭示內容之系統及方法可藉由量測電阻元件（其電阻隨溫度而改變）之電阻來量測噴淋頭溫度及控制噴淋頭加熱。
具體而言，為了量測噴淋頭溫度以用於控制噴淋頭加熱，在電阻元件上施加DC電壓，並量測通過電阻元件之電流。基於所測得的電流及施加至電阻元件之電壓，可判定電阻元件之電阻。在某些情況下，因為電源所輸出之DC電壓可能會變化，且因為需要精確地偵測及量測電阻元件之電阻，所以電源所輸出之DC電壓也可與所測得的電流一起量測及使用以判定電阻元件之電阻。
藉由參考查找表（lookup table），所測得的電阻元件之電阻可用於推斷（亦即，產生關聯或轉換為）噴淋頭之溫度，查找表可藉由執行以下所詳述之校準程序而事先由經驗產生。或者，由於電阻元件之溫度∕電阻關係通常是線性關係，並且可藉由公式加以描述，所以該公式可用於判定噴淋頭之溫度。接著，控制系統可將所測得的噴淋頭溫度與噴淋頭之期望設定溫度進行比較。基於該比較，控制系統可增加或減少提供至電阻式加熱器之功率，以將噴淋頭溫度維持在或接近噴淋頭之期望設定溫度。
由於在電阻元件上施加了已知的或所測得的DC電壓，並且量測了通過電阻元件之電流，所以在電阻計算時，上述被加入之任何雜散或額外的DC或AC可被考慮。因此，本揭示內容所提出之基於電阻元件的量測使控制系統與由功率輸入或處理腔室中之其它來源所引入之雜訊脫勾。
在根據本揭示內容之基於電阻元件的控制系統中，電阻元件緊密地連接（接合）至噴淋頭之熱質量，以提供精確控制所需之回應（參見圖3及圖4）。與上述易受DC雜訊影響之基於熱電偶的控制系統不同，基於電阻元件的控制系統由於上述原因而對DC雜訊不敏感。因此，與基於熱電偶的控制系統不同，基於電阻元件的控制系統提供了對噴淋頭加熱之精確控制。
此外，本揭示內容之控制系統可能需要或可能不需要過熱控制或輔助溫度量測裝置。然而，若使用這樣的裝置，則該裝置可使用與用於控制噴淋頭加熱之電阻元件相似之另一電阻元件來實現。或者，可使用速動開關（snap switch）（亦即，常閉開關），其在噴淋頭過熱且噴淋頭溫度超過預定極限時斷開電阻式加熱器之電源。亦或者，可使用熱電偶或任何其它合適的裝置，以做為過熱控制或輔助溫度量測裝置。
根據本揭示內容之用於控制噴淋頭加熱之電阻元件提供了額外的優點。例如，電阻元件可在噴淋頭使用之整個過程中控制噴淋頭之溫度。具體而言，即使在關閉了電阻式加熱器之電源時，電阻元件仍可量測噴淋頭之溫度。也就是說，電阻元件不僅可在噴淋頭處於打開狀態時而且可以在噴淋頭處於關閉狀態時量測噴淋頭之溫度。換句話說，不需要為了使用電阻元件來量測噴淋頭之溫度而打開電阻式加熱器之電源。
相反地，當使用熱電偶來量測及控制噴淋頭之溫度時，基於熱電偶的控制系統僅在噴淋頭處於打開狀態時才可以量測噴淋頭之溫度。當噴淋頭處於關閉狀態（亦即，噴淋頭加熱器之電源關閉）時，基於熱電偶的控制系統無法量測噴淋頭之溫度。因此，由於此原因（再加上電阻元件不受DC雜訊的影響並且為噴淋頭提供比熱電偶更精確的溫度量測及加熱控制），使用電阻元件來代替熱電偶是有利的。
本揭示內容係描述如下。用於處理基板之處理腔室之範例係參考圖1及圖2而描述。根據本揭示內容之控制系統之範例係參考圖3而描述，該控制系統包括電阻元件用於量測噴淋頭之溫度並基於所測得的溫度來控制噴淋頭加熱。根據本揭示內容之嵌入在噴淋頭中之電阻元件之範例係詳細地顯示在圖4中。使用在本揭示內容之控制系統中用於量測噴淋頭溫度以控制噴淋頭加熱之溫度量測電路之範例係參考圖5而描述。藉由將噴淋頭劃分為複數區域並且對於每一區域使用各別的電阻式加熱器及各別的電阻元件來實現整個噴淋頭之溫度均勻性之範例係參考圖6A及6B而描述。根據本揭示內容之使用電阻元件來量測噴淋頭溫度並且基於所測得的溫度來控制噴淋頭加熱之方法之範例係參考圖7而描述。
圖1顯示基板處理系統20，基板處理系統20包括處理腔室22。雖然上述範例將在電漿增強化學氣相沉積（PECVD）之背景下加以描述，但本揭示內容之教示可應用於其它基板處理系統，例如原子層沉積（ALD）、PEALD、CVD或其它處理。系統20包括處理腔室22，其包圍系統20之其它構件並且容納RF電漿（若有使用的話）。系統20包括上電極24及靜電夾頭（ESC）26或其它基板支撐件。在操作期間，基板28係配置在ESC 26上。
例如，上電極24可包括氣體分配裝置29（例如，噴淋頭），其引入並且分配處理氣體。氣體分配裝置29可包括柄部，柄部包括連接至處理腔室頂表面之一端。基部通常為圓柱形，並且在與處理腔室頂表面分隔開之位置處、自柄部之一相反端徑向朝外延伸。噴淋頭基部之面向基板表面或面板包括複數孔洞，已蒸發的前驅物、處理氣體或吹淨氣體（purge gas）流過該等孔洞。或者，上電極24可包括導電板，且處理氣體可以另一方式導入。
ESC 26包括做為下電極之底板30。底板30支撐加熱板32，加熱板32可相當於陶瓷多區加熱板。熱電阻層34可配置在加熱板32與底板30之間。底板30可包括一或更多通道36，用以使冷卻劑流過底板30。
若使用電漿的話，RF產生系統40產生並輸出RF電壓至上電極24及下電極（例如ESC 26之底板30）其中一者。上電極24及底板30其中另一者可為DC接地、AC接地、或浮動電位。僅做為範例，RF產生系統40可包括產生RF功率之RF產生器42，RF功率係藉由匹配與分配網路44而供給至上電極24或底板30。在其它範例中，電漿可為感應式產生或在遠端產生。
氣體輸送系統50包括一或更多氣體來源52-1、52-2、…、及52-N（統稱為氣體來源52），其中N為大於零之整數。氣體來源52藉由閥54-1、54-2、…、及54-N（統稱為閥54）與質量流量控制器56-1、56-2、…、及56-N（統稱為質量流量控制器56）而連接至歧管60。蒸氣輸送系統61將已蒸發的前驅物供應至連接至處理腔室22之歧管60或另一歧管（未顯示）。歧管60之輸出係供給至處理腔室22。
溫度控制器63可連接至配置在加熱板32中之複數熱控制元件（TCE）64。溫度控制器63可用於控制該複數TCE 64，以控制ESC 26及基板28之溫度。溫度控制器63可與冷卻劑組件66通訊，以控制冷卻劑流動通過通道36。例如，冷卻劑組件66可包括冷卻劑幫浦、貯存器及一或更多溫度感測器。溫度控制器63操作冷卻劑組件66，以選擇性地使冷卻劑流過通道36以冷卻ESC 26。
閥70與幫浦72可用於將反應物從處理腔室22抽空。系統控制器80可用於控制系統20之構件。在一些範例中，可使用電阻式加熱器以加熱噴淋頭（參見圖3所示之範例）。控制器80可連接至配置在噴淋頭（例如參考圖3-6B所述之那些）中之一或更多溫度感測器，以量測噴淋頭之溫度及基於利用感測器所測得之溫度來控制噴淋頭之加熱。控制器80可分別控制AC及DC功率供應至電阻式加熱器及感測器，如參考圖3-6B之詳細描述。
圖2顯示用於蝕刻基板之一層之處理腔室100之範例。雖然顯示及描述特定的腔室，但本揭示內容之教示可應用於其它基板處理設備。處理腔室100包括下腔室區域102及上腔室區域104。下腔室區域102由腔室側壁表面108、腔室底部表面110、及氣體分配裝置114之下表面所界定。
上腔室區域104由氣體分配裝置114之上表面及圓頂118之內表面所界定。在一些範例中，圓頂118置於第一環形支座121上。在一些範例中，第一環形支座121包括一或更多間隔開的孔洞123，用以將處理氣體輸送至上腔室區域104。在一些範例中，處理氣體係藉由該一或更多間隔開的孔洞123在朝上方向上、以相對於包括氣體分配裝置114之平面呈銳角而輸送，然而亦可使用其它的角度∕方向。在一些範例中，在第一環形支座121中之氣體流動通道134將氣體供應至該一或更多間隔開的孔洞123。
第一環形支座121可置於第二環形支座125上，第二環形支座125界定一或更多間隔開的孔洞127，用於將來自氣體流動通道129之處理氣體輸送至下腔室區域102。在一些範例中，在氣體分配裝置114中之孔洞131與孔洞127對準。在其它範例中，氣體分配裝置114具有較小的直徑且不需要孔洞131。在一些範例中，處理氣體係藉由一或更多間隔開的孔洞127在朝下方向上、以相對於包括氣體分配裝置114之平面呈銳角而朝向基板輸送，然而亦可使用其它的角度∕方向。
在其它範例中，上腔室區域104係具有平坦頂表面之圓柱形，並且可使用一或更多平的感應線圈。在又其它範例中，可使用單一腔室，具有位於噴淋頭與基板支撐件之間之間隔件。
基板支撐件122配置在下腔室區域102中。在一些範例中，基板支撐件122包括靜電夾頭（ESC），然而亦可使用其它類型之基板支撐件。在蝕刻期間，基板126配置在基板支撐件122之上表面上。在一些範例中，基板126之溫度可藉由加熱器板130、選用的具有流體通道之冷卻板、及一或更多感測器（未顯示）加以控制，然而亦可使用任何其它適合的基板支撐件溫度控制系統。
在一些範例中，氣體分配裝置114包括噴淋頭（例如具有複數間隔開的孔洞133之板128）。該複數間隔開的孔洞133自板128之上表面延伸至板128之下表面。在一些範例中，間隔開的孔洞133之直徑在從0.4”至0.75”之範圍中，且噴淋頭由導電材料（例如鋁）、或具有由導電材料製成之嵌入式電極之非導電材料（例如陶瓷）所製成。
一或更多感應線圈140係配置為圍繞圓頂118之外部。當通電時，一或更多感應線圈140在圓頂118之內部產生電磁場。在一些範例中，使用上線圈及下線圈。氣體注入器142注入來自氣體輸送系統150-1之一或更多氣體混合物。
在一些範例中，氣體輸送系統150-1包括一或更多氣體源152、一或更多閥154、一或更多質量流量控制器（MFC）156、及一混合歧管158，然而亦可使用其它類型之氣體輸送系統。可使用氣體分流器（未顯示）以改變氣體混合物之流率。可使用另一氣體輸送系統150-2以將蝕刻氣體或蝕刻氣體混合物供應至氣體流動通道129及∕或134（在來自氣體注入器142之蝕刻氣體之外額外供應，或取代來自氣體注入器142之蝕刻氣體而供應）。
在一些範例中，氣體注入器142包括以朝下方向引導氣體之中央注入位置、及相對於該朝下方向呈一角度來注入氣體之一或更多側注入位置。在一些範例中，氣體輸送系統150-1以第一流率將氣體混合物之第一部分輸送至氣體注入器142之中央注入位置，並以第二流率將氣體混合物之第二部分輸送至氣體注入器142之側注入位置。在其它範例中，藉由氣體注入器142輸送不同的氣體混合物。在一些範例中，氣體輸送系統150-1將調節氣體輸送至氣體流動通道129及134、及∕或處理腔室中之其它位置，如下所述。
電漿產生器170可用以產生RF功率，RF功率係輸出至一或更多感應線圈140。電漿190產生在上腔室區域104中。在一些範例中，電漿產生器170包括RF產生器172及匹配網路174。匹配網路174將RF產生器172之阻抗與一或更多感應線圈140之阻抗相匹配。在一些範例中，氣體分配裝置114連接至參考電位，例如接地。閥178及幫浦180可用以控制下腔室區域102及上腔室區域104之內部之壓力並抽空反應物。
控制器176與氣體輸送系統150-1及150-2、閥178、幫浦180及電漿產生器170通訊，以控制處理氣體、吹淨氣體（purge gas）之流動、RF電漿及腔室壓力。在一些範例中，藉由一或更多感應線圈140將電漿維持在圓頂118之內部。使用氣體注入器142（及∕或孔洞123）自腔室之頂部引入一或更多氣體混合物，並且使用氣體分配裝置114將電漿限制在圓頂118之內。
將電漿限制在圓頂118中使得電漿物種得以進行體積復合（volume recombination），並且使得想要的蝕刻劑物種得以通過氣體分配裝置114而流出。在一些範例中，沒有RF偏壓施加至基板126。因此，在基板126上沒有活性鞘層，且離子不以任何有限的能量撞擊基板。某些量之離子將通過氣體分配裝置114而擴散出電漿區域。然而，擴散之電漿量比位於圓頂118內之電漿低一個數量級。電漿中之大多數離子是由於高壓下之體積復合而損失。在氣體分配裝置114之上表面處之表面複合損失亦降低了在氣體分配裝置114下方之離子密度。
在其它範例中，提供RF偏壓產生器184，RF偏壓產生器184包括RF產生器186及匹配網路188。RF偏壓可用以在氣體分配裝置114與基板支撐件之間產生電漿、或用以在基板126上產生自偏壓而吸引離子。控制器176可用以控制RF偏壓。
在一些範例中，可使用電阻式加熱器來加熱噴淋頭（參見圖3所示之範例）。控制器176可連接至配置在噴淋頭中之一或更多溫度感測器，例如參考圖3至6B所述之那些，以量測噴淋頭之溫度並基於使用感測器所測得之溫度來控制噴淋頭之加熱。控制器176可分別控制AC及DC功率對電阻式加熱器及感測器之供應，如以下參考圖3至6B之詳細描述。
圖3顯示根據本揭示內容之控制系統200，其使用電阻元件來量測噴淋頭之溫度並基於所測得的溫度來控制噴淋頭之加熱。控制系統200包括噴淋頭202及控制器204。噴淋頭202可類似於圖1及2中所示之噴淋頭29、114。控制器204可類似於圖1及圖2所示之控制器80、176。
噴淋頭202可由例如鋁或其合金之金屬塊製成。電阻式加熱器206係嵌入在噴淋頭202中。此外，一或更多電阻元件208、210係嵌入在噴淋頭202中。電阻元件208用於量測噴淋頭202之溫度，如下所述。雖然僅顯示出一電阻元件208，但是在整個噴淋頭202之金屬塊中可配置複數電阻元件208，並且可將複數電阻元件208所提供之溫度量測結果加以平均以提高控制系統200之準確度。電阻元件210可選地用於過熱保護，如下所述。或者，可替代地使用其它保護元件，例如速動開關（如上所述）、熱電偶或其它合適的元件。
電阻元件208包括由單一金屬或元素（例如鎢、鉑或鉬）所製成之導線212。用於導線212之材料具有高的電阻溫度係數（TCR），並且當噴淋頭202之溫度略微變化時可量測地改變電阻。用於導線212之材料之溫度∕電阻曲線之斜率使得，可藉由量測導線212之電阻來偵測噴淋頭202溫度之微小變化。導線212被絕緣體214包圍。絕緣體214是不良的電導體及良好的熱導體。例如，具有高導熱率（與用於形成導線212之金屬之導熱率相容）之介電材料（例如，MgO）可做為絕緣體214。因此，電阻元件208係與噴淋頭202電絕緣，但是高導熱性的。電阻元件208熱連接至噴淋頭202之金屬塊，使得電阻元件208與噴淋頭202之金屬塊係緊密熱接觸。用於將電阻元件208熱連接至金屬塊之處理及材料之非限制性範例包括，使用導熱環氧樹脂黏合材料、或藉由焊接、銅焊、型鍛或使用界面接合等而將圍繞電阻元件208之保護套黏合到金屬塊上。
導線212、絕緣體214及∕或電阻元件208之製造商整體上可以提供查找表，查找表指出導線212，絕緣體214及∕或電阻元件208整體上之溫度∕電阻關係。然而，製造商所提供之查找表並未考慮電阻元件208在其中運行之周圍環境–噴淋頭202。例如，包圍導線212之絕緣體214可能影響從噴淋頭202至導線212之傳熱速率。為了解決這樣的影響，在電阻元件208安裝在噴淋頭202中之情況下，執行原位（in-situ）校準程序。在電阻元件208安裝在噴淋頭202中之情況下，使用校準程序以產生特定的查找表，該查找表指出電阻元件208之實際溫度∕電阻關係。使用此特定的查找表，而不是製造商對於導線212、絕緣體214及∕或電阻元件208整體上之查找表，以當電阻元件208之電阻被判定時（如上所述）推斷或判定噴淋頭202之溫度。此外，如果多個電阻元件208被設置在噴淋頭202內之不同區域中（參見圖6A和6B及以下的對應描述），則每一區域中之電阻元件208係分別進行原位校準。此外，為了準確地進行噴淋頭202之熱控制，選擇用於導線212及絕緣體214之材料，使得它們的熱性質及電阻性質隨時間保持穩定。
電阻元件208不是熱電偶。具體而言，電阻元件208之導線212由單一金屬製成，此與由兩種金屬製成之熱電偶不同。此外，與感測在其兩種元件之間之溫差並產生電壓訊號之熱電偶不同，電阻元件208藉由改變其電阻來回應其周圍環境之溫度改變。因此，電阻元件208是根據其電阻來感測溫度之單一元件結構，而不是像感測溫度並輸出電壓訊號之熱電偶那樣的二元件結構。
圖4更清楚地顯示電阻元件208之結構。在使用時，電阻元件210之結構及安裝與電阻元件208類似。在電阻元件208、210中，電阻器被顯示以代表導線212之電阻，其僅用於示例性目的而顯示。所示的電阻器僅表示導線212具有電阻。除了導線212之外，電阻元件208、210不包括電阻。
此外，電阻元件208、210被顯示為二端子元件（即，每一者具有二端子或引線）。然而，雖然未顯示，但是電阻元件208、210可各自包括3或4端子，且落在本揭示內容之範圍內。根據每一者具有之引線數量，可將與電阻元件208、210相關聯之電路（例如，溫度量測電路222及過熱保護電路224）進行適配。
圖4亦顯示出，DC偏壓存在於噴淋頭202上。DC偏壓可包括相對於基板支撐件在噴淋頭202上之電漿感應DC電位（稱為自偏壓）。替代地或附加地，DC偏壓可包括提供至噴淋頭202之偏壓，以控制相對於（例如，遠離）基板之自由基流動。正是此DC偏壓使得基於熱電偶的控制不準確。相反地，由於噴淋頭溫度係使用電阻元件208加以量測（具體而言，施加DC電壓至電阻元件208、量測通過電阻元件208之電流（及在電阻元件208兩端之電壓）、判定電阻元件208之電阻、並且關聯電阻以推斷噴淋頭202之溫度），所以基於電阻元件208的控制對於DC偏壓有抗性（亦即，不受DC偏壓之影響）。
在圖3中，控制器204包括功率控制電路220、溫度量測電路222及過熱保護電路224。控制器204接收分別提供至電阻式加熱器206及電阻元件208、210之AC及DC功率。功率控制電路220在溫度量測電路222及過熱保護電路224之控制下將AC功率供應至電阻式加熱器206，如下所述。
溫度量測電路222將DC電壓供應至電阻元件208。溫度量測電路222亦可量測供應至電阻元件208之DC電壓。溫度量測電路222量測通過電阻元件208之電流，當電阻元件208之電阻基於噴淋頭202溫度之變化而變化時，通過電阻元件208之電流隨之變化。圖4示意性地顯示將DC電壓施加至電阻元件208以及量測通過電阻元件208之電流（及在電阻元件208兩端之電壓）。
溫度量測電路222基於所測得的通過電阻元件208之電流及施加至電阻元件208之DC電壓，來確定電阻元件208之電阻。溫度量測電路222使用事先產生之查找表或使用代表電阻元件208之溫度∕電阻相關性公式，將所測得的電阻與噴淋頭202之溫度相關聯。
溫度量測電路222將噴淋頭202之測得溫度與噴淋頭202之設定溫度進行比較。溫度量測電路222將指示輸出至功率控制電路220，該指示關於噴淋頭202之測得溫度是否大於或小於噴淋頭202之設定溫度。根據噴淋頭202之測得溫度是否大於或小於設定溫度，功率控制電路220減少或增加供應至電阻式加熱器206之AC功率。
當使用複數電阻元件208以量測噴淋頭溫度時，可使用額外的平均電路（未顯示），以將來自複數電阻元件208其中每一者之溫度量測結果進行平均。輸出至功率控制電路220之指示係基於溫度量測結果之平均值與噴淋頭202之設定溫度之比較。
以與關於溫度量測電路222所述之相同的方式，過熱保護電路224亦使用電阻元件210來量測噴淋頭202之溫度。過熱保護電路224將噴淋頭202之測得溫度與預定臨限溫度進行比較。例如，預定臨限溫度係大於或等於噴淋頭溫度被控制之溫度範圍之上限。過熱保護電路224將指示輸出至功率控制電路220，該指示關於噴淋頭202之測得溫度是否大於或小於預定臨限溫度。當噴淋頭202之測得溫度大於或等於預定臨限溫度時，功率控制電路220斷開或停止供應AC功率至電阻式加熱器206。
圖5顯示溫度量測電路222之範例。例如，溫度量測電路222可包括DC電源230、電流量測電路232、電壓量測電路233（可選）、電阻量測電路234、轉換電路236及比較器238。DC電源230供應DC電壓在電阻元件208上。電流量測電路232量測通過電阻元件208之電流。電壓量測電路233量測藉由DC電源230而施加在電阻元件208上之DC電壓。電阻量測電路234基於所測得的通過電阻元件208之電流及已知或測得的供應至電阻元件208之DC電壓，來量測電阻元件208之電阻。
電阻量測電路234將電阻量測結果輸出至轉換電路236。轉換電路236利用查找表或代表電阻元件208之溫度∕電阻相關性之公式來將電阻量測結果轉換為溫度量測結果，並且輸出對應於電阻量測結果之溫度量測結果。換言之，基於電阻量測電路234所執行之電阻量測，轉換電路236之輸出指示噴淋頭202之當前溫度。
比較器238將由轉換電路236所輸出之溫度量測結果與噴淋頭202之設定溫度進行比較。比較器238將指示輸出至功率控制電路220，該指示關於噴淋頭202之溫度是否大於或小於設定溫度。
取決於噴淋頭202之測得溫度是大於或小於設定溫度，功率控制電路220減少或增加供應至電阻式加熱器206之AC功率。基於噴淋頭202之測得溫度，功率控制電路220減少或增加供應至電阻式加熱器206之AC功率。例如，根據噴淋頭202之測得溫度是否小於或大於設定溫度，功率控制電路220可增加或減少供應至電阻式加熱器206之AC功率之量。或者，根據噴淋頭202之測得溫度是否小於或大於設定溫度，功率控制電路220可增加或減少供應至電阻式加熱器206之AC功率之持續時間。
除了過熱保護電路224中之比較器可將噴淋頭202之測得溫度與預定臨限溫度進行比較之外，過熱保護電路224可具有與溫度量測電路222類似之結構，其中預定臨限溫度係遠大於設定溫度（例如，大於或等於噴淋頭溫度被控制之溫度範圍之上限）。此外，當過熱保護電路224中之比較器輸出噴淋頭202之溫度大於或等於預定臨限溫度之指示時，功率控制電路220關閉至電阻式加熱器206之AC功率供應，而不是增加或減少至電阻式加熱器206之AC功率供應。
現在參考圖6A及6B，在一些實施例中，噴淋頭202可被劃分為複數區域。各別的電阻式加熱器（例如電阻式加熱器206）及各別的電阻元件（例如電阻元件208）可設置在每一區域中。僅做為範例，該等區域可包括如圖6A所示之同心區域Z1、Z2及Z3、或如圖6B所示之輻射狀區域Z1-Z6。可使用比圖示中更少或更多的區域。或者，亦可使用其它類型之分區配置。基於由區域Zi中之電阻元件所量測之區域Zi之溫度來控制區域Zi中之電阻式加熱器。可在整個噴淋頭202上幾乎均勻地保持噴淋頭202之溫度。
圖7顯示根據本揭示內容之方法300，用於量測噴淋頭之溫度並且基於使用電阻元件所測得的溫度來控制噴淋頭之加熱。在302處，該方法施加DC電壓至嵌入在噴淋頭組件之熱質量中之電阻元件。在304處，該方法量測通過電阻元件之電流（及可選地，在電阻元件兩端之電壓）。在306處，該方法基於所測得的電流及已知或所測得的施加電壓來量測電阻元件之電阻。在308處，該方法基於所測得的電阻來判定噴淋頭之溫度。在310處，該方法將噴淋頭之溫度與噴淋頭之設定溫度進行比較。在312處，該方法基於上述之比較來控制至噴淋頭加熱器之功率供應。在一些實施例中，當噴淋頭之溫度大於或等於預定臨限溫度時，該方法亦切斷至噴淋頭加熱器之電力，如上所述。
以上所述在本質上僅用於說明，並非用於限制本揭示內容、其應用、或使用。本揭示內容的廣泛教示可以各種形式加以實施。因此，雖然本揭示內容包含特定的範例，但本揭示內容之實際範圍不應如此受限，因為在研讀圖示、說明書及以下的申請專利範圍後，其它的變化將變得顯而易見。應了解，在方法中之一或更多步驟可以不同的順序（或同時）執行而不改變本揭示內容之原理。此外，儘管每一實施例中皆於以上敘述為具有某些特徵，但關於本揭示內容之任何實施例所述之該等特徵其中任何一或多者，可實施於其它實施例其中任一者之特徵中及∕或與之結合，即使該結合並未明確地加以說明。換言之，所述的實施例並非互相排斥，且一或更多實施例彼此之間之排列組合仍然落在本揭示內容之範圍內。
在元件之間（例如，在模組、電路元件，半導體層等之間）之空間及功能上的關係使用各種術語來表示，包括「連接」、「接合」、「耦接」、「相鄰」、「接近」、「在頂部上」、「在上方」、「在下方」及「配置」。當於上述揭示內容中描述第一與第二元件之間之關係時，除非明確地描述為「直接」，否則該關係可為第一與二元件之間沒有其它中間元件存在之直接關係，但亦可為第一與二元件之間（空間上或功能上）存在一或更多中間元件之間接關係。如本文中所使用，詞組「A、B及C其中至少一者」應解讀為表示使用非排除性邏輯OR之邏輯（A OR B OR C），且不應解讀為表示「A其中至少一者、B其中至少一者、及C其中至少一者」。
在某些實施例中，控制器為系統的一部分，其可為上述範例之一部分。這樣的系統可包括半導體處理設備，其包括一處理工具或複數處理工具、一腔室或複數腔室、用以進行處理之一平台或複數平台、及∕或特定的處理構件（晶圓基座、氣體流動系統、等）。這些系統可與電子元件整合，電子元件係用以於半導體晶圓或基板之處理之前、期間內、及之後控制它們的操作。電子元件可稱為「控制器」，其可控制一系統或複數系統之各種構件或子部分。根據處理需求及∕或系統類型，控制器被程式化以控制本文中所揭示的任何處理，包括處理氣體之傳輸、溫度設定（例如，加熱及∕或冷卻）、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻（RF）產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流率設定、流體傳輸設定、定位及操作設定、晶圓傳遞進入與離開連接至特定系統或與特定系統接合之工具及其它傳遞工具及∕或負載鎖室。
廣義而言，控制器可定義為具有用以接收指令、發出指令、控制操作、使清洗操作得以進行、使終點量測得以進行、及達成類似功能之各種積體電路、邏輯、記憶體、及∕或軟體之電子元件。積體電路可包括儲存程式指令之韌體形式之晶片、數位訊號處理器（DSP）、定義為特殊應用積體電路（ASIC）之晶片、及∕或一或更多微處理器、或執行程式指令（例如，軟體）之微控制器。程式指令可為以各種單獨設定（或程式檔案）之形式通訊至控制器的指令，定義了用以在半導體晶圓上、或對半導體晶圓、或對系統實行特定處理之操作參數。在某些實施例中，操作參數可為由製程工程師所定義以在半導體晶圓之一或更多層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及∕或晶粒之製造期間內完成一或更多處理步驟之配方之一部分。
在某些實施例中，控制器可為電腦之一部分或耦接至電腦，該電腦與該系統整合、耦接至該系統、以其它方式網路連接至該系統、或其組合。例如，控制器可在「雲端」中、或可進行晶圓處理之遠端控制之工廠主機電腦系統之全部或一部分。該電腦可進行對系統之遠端控制，以監控製造操作之當前處理、檢驗過去製造操作之歷史記錄、檢驗複數製造操作之趨勢或效能評量、改變當前處理之參數、設置在當前處理之後之處理步驟、或開始新的處理。在某些範例中，遠端電腦（例如伺服器）可透過網路而將處理配方提供至系統，網路可包括區域網路或網際網路。遠端電腦可包括使用者界面，該使用者介面使得參數及∕或設定之輸入或程式化得以進行，該參數及∕或設定接著從遠端電腦被傳遞至該系統。在某些範例中，控制器接收數據形式之指令，指令為待於一或更多操作期間內執行之該等處理步驟其中每一者指定了參數。應了解，該等參數可針對待執行之處理類型、及控制器與其接合或對其進行控制之工具類型。因此，如上所述，控制器可為分散式的，例如藉由包括以網路連接在一起並朝著共同目標（例如本文中所描述之處理及控制）工作之一或更多獨立控制器。用於這樣的目標之分散式控制器之範例將是腔室中之一或更多積體電路，該一或更多積體電路與位於遠端（例如，在平台等級或做為遠端電腦之一部分）之一或更多積體電路通訊相結合，以控制腔室中的處理。
非限制性地，示例性系統可包括電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉清洗腔室或模組、金屬鍍腔室或模組、清潔腔室或模組、斜邊蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積（PVD）腔室或模組、化學氣相沉積（CVD）腔室或模組、原子層沉積（ALD）腔室或模組、原子層蝕刻（ALE）腔室或模組、離子植入腔室或模組、軌道腔室或模組、及關於或用於半導體晶圓之加工及∕或製造之任何其它半導體處理系統。
如上所述，取決於待由工具所進行之處理步驟，控制器可與下列之一或多者通訊：其它工具電路或模組、其它工具構件、叢集工具、其它工具介面、相鄰工具、鄰近工具、位於工廠各處之工具、主電腦、另一控制器、或在半導體製造工廠中將晶圓容器移入及移出工具位置及∕或裝載埠之材料傳送用工具。
20:基板處理系統 22:處理腔室 24:上電極 26:靜電夾頭（ESC） 28:基板 29:氣體分配裝置 30:底板 32:加熱板 34:熱電阻層 36:通道 40:RF產生系統 42:RF產生器 44:匹配與分配網路 50:氣體輸送系統 52-1:氣體來源 52-2:氣體來源 52-N:氣體來源 54-1:閥 54-2:閥 54-N:閥 56-1:質量流量控制器 56-2:質量流量控制器 56-N:質量流量控制器 60:歧管 61:蒸氣輸送系統 63:溫度控制器 64:熱控制元件（TCE） 66:冷卻劑組件 70:閥 72:幫浦 80:系統控制器 100:處理腔室 102:下腔室區域 104:上腔室區域 108:腔室側壁表面 110:腔室底部表面 114:氣體分配裝置 118:圓頂 121:第一環形支座 122:基板支撐件 123:孔洞 125:第二環形支座 126:基板 127:孔洞 128:板 129:氣體流動通道 130:加熱器板 131:孔洞 133:孔洞 134:氣體流動通道 140:感應線圈 142:氣體注入器 150-1:氣體輸送系統 150-2:氣體輸送系統 152:氣體來源 154:閥 156:質量流量控制器（MFC） 158:混合歧管 170:電漿產生器 172:RF產生器 174:匹配網路 176:控制器 178:閥 180:幫浦 184:RF偏壓產生器 186:RF產生器 188:匹配網路 190:電漿 200:控制系統 202:噴淋頭 204:控制器 206:電阻式加熱器 208:電阻元件 210:電阻元件 212:導線 214:絕緣體 220:功率控制電路 222:溫度量測電路 224:過熱保護電路 230:DC電源 232:電流量測電路 233:電壓量測電路 234:電阻量測電路 236:轉換電路 238:比較器 300:方法 302, 304, 306, 308, 310, 312:操作 Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6:區域
根據實施方式及隨附圖式，將能更完整地理解本揭露內容，其中：
圖1係基板處理系統之處理腔室之範例之功能方塊圖；
圖2係基板處理系統之處理腔室之另一範例之功能方塊圖；
圖3係根據本揭示內容之控制系統之範例之功能方塊圖，控制系統包括電阻元件用於量測噴淋頭之溫度並基於所測得的溫度來控制噴淋頭加熱；
圖4詳細地顯示根據本揭示內容之圖3之控制系統之電阻元件，並且概要地顯示電阻元件嵌入在圖3之噴淋頭之金屬塊中。
圖5係根據本揭示內容之圖3之控制系統之溫度量測電路之範例之功能方塊圖，其量測噴淋頭溫度以控制噴淋頭加熱。
圖6A及6B顯示一範例，將噴淋頭劃分為複數區域並且對於每一區域使用各別的電阻式加熱器及各別的電阻元件來實現整個噴淋頭之溫度均勻性；及
圖7係根據本揭示內容之方法之範例之流程圖，其使用電阻元件來量測噴淋頭溫度並且基於所測得的溫度來控制噴淋頭加熱。
在圖式中，元件符號可能重複使用，以標示類似及∕或相同的元件。
200:控制系統
202:噴淋頭
204:控制器
206:電阻式加熱器
208:電阻元件
210:電阻元件
212:導線
214:絕緣體
220:功率控制電路
222:溫度量測電路
224:過熱保護電路

Claims (28)

  1. 一種用於量測電漿腔室之噴淋頭之溫度及基於該溫度而控制該噴淋頭之加熱之系統，該系統包括： 一電阻式加熱器，以加熱該電漿腔室之該噴淋頭； 一電阻元件，熱接合至該電漿腔室之該噴淋頭，其中該電阻元件包括一單一金屬，該單一金屬回應於該單一金屬之溫度之改變而改變電阻；及 一控制器，用以： 供應功率至該電阻式加熱器以加熱該噴淋頭； 供應電壓至該電阻元件； 量測通過該電阻元件之電流； 基於供應至該電阻元件之該電壓及所測得的通過該電阻元件之該電流而判定該電阻元件之電阻； 基於該電阻元件之該電阻而判定該噴淋頭之該溫度； 將該溫度與該噴淋頭之一設定溫度進行比較；及 基於該比較而控制至該電阻式加熱器之功率之該供應，以控制該噴淋頭之該加熱。
  2. 如申請專利範圍第1項之用於量測電漿腔室之噴淋頭之溫度及基於該溫度而控制該噴淋頭之加熱之系統，其中該控制器係用以使用藉由執行該電阻元件之原位校準所產生之一查找表而判定該噴淋頭之該溫度。
  3. 如申請專利範圍第1項之用於量測電漿腔室之噴淋頭之溫度及基於該溫度而控制該噴淋頭之加熱之系統，其中該控制器係用以： 回應於該噴淋頭之該溫度小於或等於該設定溫度，增加供應至該電阻式加熱器之該功率；及 回應於該噴淋頭之該溫度大於或等於該設定溫度，減少供應至該電阻式加熱器之該功率。
  4. 如申請專利範圍第1項之用於量測電漿腔室之噴淋頭之溫度及基於該溫度而控制該噴淋頭之加熱之系統，其中該電阻元件係封入一絕緣材料中以使該電阻元件與該噴淋頭電絕緣，及其中該絕緣材料係一良好的熱導體。
  5. 如申請專利範圍第1項之用於量測電漿腔室之噴淋頭之溫度及基於該溫度而控制該噴淋頭之加熱之系統，其中該電阻元件之該電阻之該判定對於與該噴淋頭有關之DC偏壓有抗性。
  6. 如申請專利範圍第5項之用於量測電漿腔室之噴淋頭之溫度及基於該溫度而控制該噴淋頭之加熱之系統，其中該DC偏壓係由該電漿腔室中之電漿所引起。
  7. 如申請專利範圍第5項之用於量測電漿腔室之噴淋頭之溫度及基於該溫度而控制該噴淋頭之加熱之系統，其中該DC偏壓係施加至該噴淋頭以控制該電漿腔室中之粒子之流動。
  8. 如申請專利範圍第1項之用於量測電漿腔室之噴淋頭之溫度及基於該溫度而控制該噴淋頭之加熱之系統，其中該噴淋頭包括一第一電極，該系統更包括： 一基板支撐件，用以在處理期間支撐一基板，該基板支撐件包括一第二電極； 一RF產生器，用以產生RF功率；及 一氣體輸送系統，用以在該電漿腔室中供應處理氣體， 其中該控制器更用以回應於被供應之該處理氣體而施加該RF功率在該第一電極及該第二電極，以在該電漿腔室中點燃電漿，及 其中該電阻元件之該電阻之該判定不受在該噴淋頭上由該電漿所引起之DC偏壓之影響。
  9. 如申請專利範圍第8項之用於量測電漿腔室之噴淋頭之溫度及基於該溫度而控制該噴淋頭之加熱之系統，其中： 該控制器用以施加一DC偏壓至該噴淋頭以控制該電漿腔室中之粒子之流動；及 該電阻元件之該電阻之該判定不受施加至該噴淋頭之該DC偏壓之影響。
  10. 如申請專利範圍第1項之用於量測電漿腔室之噴淋頭之溫度及基於該溫度而控制該噴淋頭之加熱之系統，其中供應至該電阻式加熱器之該功率包括AC功率，及其中供應至該電阻元件之該電壓包括DC電壓。
  11. 如申請專利範圍第1項之用於量測電漿腔室之噴淋頭之溫度及基於該溫度而控制該噴淋頭之加熱之系統，更包括： 一第二電阻元件，熱接合至該噴淋頭，其中該第二電阻元件包括該單一金屬；及 其中該控制器用以： 供應該電壓至該第二電阻元件； 量測通過該第二電阻元件之電流； 基於供應至該第二電阻元件之該電壓及所測得的通過該第二電阻元件之該電流而判定該第二電阻元件之電阻； 基於該第二電阻元件之該電阻而判定該噴淋頭之一第二溫度； 將該第二溫度與一預定臨限溫度進行比較；及 回應於該第二溫度大於或等於該預定臨限溫度，停止至該電阻式加熱器之功率之該供應，以防止該噴淋頭過熱。
  12. 如申請專利範圍第1項之用於量測電漿腔室之噴淋頭之溫度及基於該溫度而控制該噴淋頭之加熱之系統，更包括： 一第二電阻元件，熱接合至該噴淋頭，其中該第二電阻元件包括該單一金屬；及 其中該控制器用以： 供應該電壓至該第二電阻元件； 量測通過該第二電阻元件之電流； 基於供應至該第二電阻元件之該電壓及所測得的通過該第二電阻元件之該電流而判定該第二電阻元件之電阻； 基於該第二電阻元件之該電阻而判定該噴淋頭之一第二溫度； 基於該溫度及該第二溫度而判定該噴淋頭之一平均溫度； 將該平均溫度與該設定溫度進行比較；及 基於該比較而控制至該電阻式加熱器之功率之該供應。
  13. 如申請專利範圍第1項之用於量測電漿腔室之噴淋頭之溫度及基於該溫度而控制該噴淋頭之加熱之系統，更包括： 一第二電阻式加熱器，配置在該噴淋頭中與該電阻式加熱器不同的位置中，以加熱該噴淋頭； 一第二電阻元件，熱接合至該噴淋頭並靠近該不同位置，其中該第二電阻元件包括該單一金屬；及 其中該控制器用以： 供應該電壓至該第二電阻元件； 量測通過該第二電阻元件之電流； 基於供應至該第二電阻元件之該電壓及所測得的通過該第二電阻元件之該電流而判定該第二電阻元件之電阻； 基於該第二電阻元件之該電阻而判定該噴淋頭之一第二溫度； 將該第二溫度與該設定溫度進行比較；及 基於該比較而控制至該第二電阻式加熱器之功率之該供應。
  14. 如申請專利範圍第13項之用於量測電漿腔室之噴淋頭之溫度及基於該溫度而控制該噴淋頭之加熱之系統，其中該控制器係用以使用藉由執行該第二電阻元件之原位校準所產生之一第二查找表而判定該噴淋頭之該溫度。
  15. 一種用於電漿腔室之噴淋頭，該噴淋頭包括： 一電阻式加熱器，用於接收功率以加熱該電漿腔室之該噴淋頭；及 一電阻元件，熱接合至該電漿腔室之該噴淋頭， 其中該電阻元件回應於該噴淋頭之溫度之改變而改變電阻， 其中該電阻元件係封入一絕緣材料中以使該電阻元件與該噴淋頭電絕緣， 其中該絕緣材料係一良好的熱導體，及 其中基於該電阻元件之該電阻，接收至該電阻式加熱器之該功率。
  16. 一種系統，包括： 如申請專利範圍第15項之該噴淋頭；及 一控制器，用以： 供應該功率至該電阻式加熱器； 供應電壓至該電阻元件； 量測通過該電阻元件之電流； 基於供應至該電阻元件之該電壓及所測得的通過該電阻元件之該電流而判定該電阻元件之該電阻； 基於該電阻元件之該電阻而判定該噴淋頭之該溫度； 將該溫度與該噴淋頭之一設定溫度進行比較；及 基於該比較而控制至該電阻式加熱器之該功率之該供應，以控制該噴淋頭之該加熱。
  17. 如申請專利範圍第16項之系統，其中該控制器係用以使用藉由執行該電阻元件之原位校準所產生之一查找表而判定該噴淋頭之該溫度。
  18. 如申請專利範圍第16項之系統，其中該控制器係用以： 回應於該噴淋頭之該溫度小於或等於該設定溫度，增加供應至該電阻式加熱器之該功率；及 回應於該噴淋頭之該溫度大於或等於該設定溫度，減少供應至該電阻式加熱器之該功率。
  19. 如申請專利範圍第16項之系統，其中該電阻元件之該電阻之該判定對於與該噴淋頭有關之DC偏壓有抗性。
  20. 如申請專利範圍第19項之系統，其中該DC偏壓係由該電漿腔室中之電漿所引起。
  21. 如申請專利範圍第19項之系統，其中該DC偏壓係施加至該噴淋頭以控制該電漿腔室中之粒子之流動。
  22. 如申請專利範圍第16項之系統，其中該噴淋頭包括一第一電極，該系統更包括： 一基板支撐件，用以在處理期間支撐一基板，該基板支撐件包括一第二電極； 一RF產生器，用以產生RF功率；及 一氣體輸送系統，用以在該電漿腔室中供應處理氣體， 其中該控制器更用以回應於被供應之該處理氣體而施加該RF功率在該第一電極及該第二電極，以在該電漿腔室中點燃電漿，及 其中該電阻元件之該電阻之該判定不受在該噴淋頭上由該電漿所引起之DC偏壓之影響。
  23. 如申請專利範圍第22項之系統，其中： 該控制器用以施加一DC偏壓至該噴淋頭以控制該電漿腔室中之粒子之流動；及 該電阻元件之該電阻之該判定不受施加至該噴淋頭之該DC偏壓之影響。
  24. 如申請專利範圍第16項之系統，其中供應至該電阻式加熱器之該功率包括AC功率，及其中供應至該電阻元件之該電壓包括DC電壓。
  25. 如申請專利範圍第16項之系統，更包括： 一第二電阻元件，熱接合至該噴淋頭；及 其中該控制器用以： 供應該電壓至該第二電阻元件； 量測通過該第二電阻元件之電流； 基於供應至該第二電阻元件之該電壓及所測得的通過該第二電阻元件之該電流而判定該第二電阻元件之電阻； 基於該第二電阻元件之該電阻而判定該噴淋頭之一第二溫度； 將該第二溫度與一預定臨限溫度進行比較；及 回應於該第二溫度大於或等於該預定臨限溫度，停止至該電阻式加熱器之功率之該供應，以防止該噴淋頭過熱。
  26. 如申請專利範圍第25項之系統，其中該控制器係用以使用藉由執行該第二電阻元件之原位校準所產生之一第二查找表而判定該噴淋頭之該溫度。
  27. 如申請專利範圍第16項之系統，更包括： 一第二電阻元件，熱接合至該噴淋頭；及 其中該控制器用以： 供應該電壓至該第二電阻元件； 量測通過該第二電阻元件之電流； 基於供應至該第二電阻元件之該電壓及所測得的通過該第二電阻元件之該電流而判定該第二電阻元件之電阻； 基於該第二電阻元件之該電阻而判定該噴淋頭之一第二溫度； 基於該溫度及該第二溫度而判定該噴淋頭之一平均溫度； 將該平均溫度與該設定溫度進行比較；及 基於該比較而控制至該電阻式加熱器之功率之該供應。
  28. 如申請專利範圍第16項之系統，更包括： 一第二電阻式加熱器，配置在該噴淋頭中與該電阻式加熱器不同的位置中，以加熱該噴淋頭； 一第二電阻元件，熱接合至該噴淋頭並靠近該不同位置；及 其中該控制器用以： 供應該電壓至該第二電阻元件； 量測通過該第二電阻元件之電流； 基於供應至該第二電阻元件之該電壓及所測得的通過該第二電阻元件之該電流而判定該第二電阻元件之電阻； 基於該第二電阻元件之該電阻而判定該噴淋頭之一第二溫度； 將該第二溫度與該設定溫度進行比較；及 基於該比較而控制至該第二電阻式加熱器之功率之該供應。
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