TW202106918A - 使用電壓與電流量測以控制雙區陶瓷支座 - Google Patents

Abstract

一種用於基板處理系統的控制器包含一電阻計算模組，其設置為接收分別與一基板支架之一第一加熱器元件及一第二加熱器元件對應的一第一電流及一第二電流，接收分別與該第一加熱器元件及該第二加熱器元件對應的一第一電壓及一第二電壓，基於該第一電壓與該第一電流來計算該第一加熱器元件的一第一電阻，並且基於該第二電壓與該第二電流來計算該第二加熱器元件的一第二電阻。一溫度控制模組係設置為分別基於該第一電阻與該第二電阻、以及該第一及第二電阻與該基板支架之第一及第二溫度之間的各別關係，以個別地控制提供至該第一加熱器元件與該第二加熱器元件的功率。

Description

使用電壓與電流量測以控制雙區陶瓷支座

本揭露內容係關於ALD基板處理腔室的溫度可調式支座。

在此提供的先前技術說明係為了大致呈現本揭露內容背景之目的。在該先前技術段落中所述之目前列名發明人之工作、以及不可以其他方式認定為申請時之先前技術的實施態樣敘述皆不被明示或暗示地承認為針對本揭露內容之先前技術。

基板處理系統可用以處理例如半導體晶圓的基板。基板處理的範例包含蝕刻、沉積、光阻移除等等。在處理期間，基板被配置在例如靜電夾頭的基板支架上，以及一或多個處理氣體可被導入到處理腔室中。

可藉由氣體輸送系統，將該一或多個處理氣體輸送至處理腔室。在某些系統中，氣體輸送系統包含歧管，該歧管係藉由一或多個導管而與設置在處理腔室中的噴淋頭連接。在某些範例中，處理係使用原子層沉積(ALD，atomic layer deposition)，將薄膜沉積在基板上。

一種用於基板處理系統的控制器包含一電阻計算模組，其設置為接收分別與一基板支架之一第一加熱器元件及一第二加熱器元件對應的一第一電流及一第二電流，接收分別與該第一加熱器元件及該第二加熱器元件對應的一第一電壓及一第二電壓，基於該第一電壓與該第一電流來計算該第一加熱器元件的一第一電阻，並且基於該第二電壓與該第二電流來計算該第二加熱器元件的一第二電阻。一溫度控制模組設置為分別基於該第一電阻與該第二電阻、以及(i) 該第一電阻與該基板支架之一第一區域的一第一溫度之間及(ii) 該第二電阻與該基板支架之一第二區域的一第二溫度之間的各別關係，以個別地控制提供至該第一加熱器元件與該第二加熱器元件的功率。

在其他特徵中，該電阻計算模組更設置為基於該第一電壓及該第一電流來計算與該第一加熱器元件有關的一第一功率，並且基於該第二電壓及該第二電流來計算與該第二加熱器元件有關的一第二功率。一溫度計算模組設置為基於該第一電阻來計算該基板支架之一第一區域的一第一溫度，並且基於該第二電阻來計算該基板支架之一第二區域的一第二溫度。為了基於該第一電阻及該第二電阻來控制該功率，該溫度控制模組設置為分別基於該第一溫度及該第二溫度來控制提供至該第一加熱器元件與該第二加熱器元件的該功率。

在其他特徵中，該溫度計算模組更設置為基於該第一加熱器元件與該第二加熱器元件之材料的電阻熱係數來計算該第一溫度與該第二溫度。該材料具有至少1.0%的電阻熱係數。該溫度計算模組儲存使該材料之電阻與該材料之各別溫度產生關聯的資料，且其中該溫度計算模組更設置為基於所儲存之該資料來計算該第一溫度與該第二溫度。所儲存之該資料包含一轉換表。該溫度計算模組設置為基於該第一區域及該第二區域之至少一者的複數量測溫度與該第一區域及該第二區域的複數計算溫度之間的差異來計算一校正因子，並且基於該校正因子來修飾該轉換表的輸出結果。

在其他特徵中，該溫度計算模組設置為在原子層沉積處理期間計算該第一溫度與該第二溫度。該溫度控制模組更設置為響應引起該第一電阻變化的該第一區域中之熱負載變化，以調整提供至該第一加熱器元件的該功率。該溫度控制模組更設置為調整提供至該第一加熱器元件與該第二加熱器元件的該功率，以使該第一溫度與該第二溫度為不同。一種基板處理系統包含該控制器以及該基板支架，且該控制器更設置為控制在一基板上所執行的原子層沉積處理，該基板係配置在該基板支架上。

一種用以控制基板支架之溫度的方法，該基板支架係位於一基板處理系統中，該方法包含：接收分別與一基板支架之一第一加熱器元件及一第二加熱器元件對應的一第一電流及一第二電流；接收分別與該第一加熱器元件及該第二加熱器元件對應的一第一電壓及一第二電壓；基於該第一電壓與該第一電流來計算該第一加熱器元件的一第一電阻；基於該第二電壓與該第二電流來計算該第二加熱器元件的一第二電阻；以及分別基於該第一電阻與該第二電阻、以及該第一電阻與該基板支架之一第一區域的一第一溫度之間及該第二電阻與該基板支架之一第二區域的一第二溫度之間的各別關係，以個別地控制提供至該第一加熱器元件與該第二加熱器元件的功率。

在其他特徵中，該方法包含基於該第一電壓及該第一電流來計算與該第一加熱器元件有關的一第一功率，並且基於該第二電壓及該第二電流來計算與該第二加熱器元件有關的一第二功率。該方法包含基於該第一電阻來計算該基板支架之一第一區域的一第一溫度，並且基於該第二電阻來計算該基板支架之一第二區域的一第二溫度。基於該第一電阻及該第二電阻來控制該功率的步驟包含分別基於該第一溫度及該第二溫度來控制提供至該第一加熱器元件與該第二加熱器元件的該功率。

在其他特徵中，該方法包含基於該第一加熱器元件與該第二加熱器元件之材料的電阻熱係數來計算該第一溫度與該第二溫度。該材料具有至少1.0%的電阻熱係數。該方法包含儲存使該材料之電阻與該材料之各別溫度產生關聯的資料，並且進一步基於所儲存之該資料來計算該第一溫度與該第二溫度。該方法包含基於該第一區域及該第二區域之至少一者的複數量測溫度與該第一區域及該第二區域的複數計算溫度之間的差異來計算一校正因子，並且基於該校正因子來修飾一轉換表的輸出結果。

由詳細說明、請求項、及圖式，本揭露內容之其他領域的可應用性將變得顯而易見。詳細說明與具體範例僅係為了例示之目的而提出，並非意指限制本揭露內容的範圍。

在例如原子層沉積(ALD)的膜沉積處理中，所沉積之膜的各種特性係橫越空間(即，水平面的x-y座標)分佈而進行變化。例如，對於膜厚不均勻度(NU，non-uniformity)，基板處理工具可具有各別的規格，該膜厚不均勻度可被量測如在半導體基板之表面上的預定位置處所記錄之量測組的全範圍、半範圍、及/或標準偏差。在某些範例中，可例如藉由解決NU的直接原因及/或導入反作用(counteracting)NU以補償並抵消既存之NU，而使NU降低。在其他範例中，可在處理中之其他(例如先前或後續)的步驟故意不均勻地沉積及/或移除材料而補償已知的不均勻度。在這些範例中，預定的不均勻沉積/移除輪廓可被算出並且被使用。

所沉積之ALD膜的各種特性可受到沉積期間的基板溫度所影響。因此，基板支架(例如支座，如ALD支座)可實現溫度控制系統。例如，在ALD處理(例如氧化物膜沉積)期間，基板被配置在支座上。一般而言，ALD支座包含單一溫度控制區域。在某些範例中，ALD支座可包含多個溫度控制區域(例如中心、內區域以及外區域)。加熱器層可被嵌入ALD支座的上層內。加熱器層可設置為接收電壓/電流並且作為電阻加熱器，以對支座及配置於其上之基板進行加熱。加熱器層可設置為對支座之單一區域進行加熱或個別地對支座之多個區域(例如內區域與外區域)進行加熱。

一般而言，由於製造與結構限制，所以包含單一區域或多個區域的支座可能僅包含單一溫度感測器，其係配置在支座的中心區域中。因此，支座之溫度的準確控制係受到限制。換言之，甚至在對內與外區域實施個別溫度控制的支座中，外區域的準確控制也會因為外區域之實際溫度的不確定而受到限制。例如，由於構件與處理的變異，所以外區域中之支座的溫度(因此連帶之基板的溫度)不等於由配置在中心區域中的感測器所表示之內區域中之支座的溫度。內區域與外區域之溫度間的變異(即，溫度不均勻度)可能會引起基板處理不均勻度，並且在極端情況下可能會對基板及/或支座之構件造成損壞。

依照本揭露內容之原理的系統與方法係用以在不具有個別溫度感測器的情況下，判定並且控制獨立於內區域的支座之外區域的溫度。例如，依照本揭露內容的支座可包含加熱器層，該加熱器層包含具有高熱電阻係數(例如大於或等於1.0 %)的加熱器元件。例如，加熱器元件可包含但不限於鉬與鎳加熱器元件。用於加熱器元件的材料具有相關的電阻溫度係數(TCR，temperature coefficient of resistance)，其對應於隨著溫度增加而增加的電阻(就正TCR材料而言)或減少的電阻(就負TCR材料而言)。因此，加熱器層的整體電阻係表示加熱器層的溫度。可量測提供至加熱器層的電流以及橫越加熱器層的電壓，以計算加熱器層的電阻。可基於加熱器層的電阻變化來計算外區域與內區域的各別溫度。以此種方式，基板支架之不同區域的溫度(因此連帶之該不同區域中之基板區域的溫度)可彼此獨立受到控制，並且與熱負載以及其他系統暫態(transients)無關，此在下文中被更詳細地說明。

現在參考圖1，顯示依照本揭露內容之包含基板支架(例如ALD支座)104的基板處理系統100的一範例。基板支架104係配置在處理腔室108內。在處理期間，基板112係配置在基板支架104上。

氣體輸送系統120包含氣體源122-1、122-2、…、及122-N(統稱為氣體源122)，這些氣體源係連接至閥124-1、124-2、…、及124-N(統稱為閥124)與質量流量控制器(MFC，mass flow controllers)126-1、126-2、…、及126-N(統稱為MFC 126)。MFC 126控制從氣體源122到歧管128(於此處，氣體進行混合)的氣體流動。歧管128的輸出係經由可選的壓力調節器132而被供應至歧管136。歧管136的輸出被輸入至多注入器噴淋頭140。雖然顯示歧管128與136，但可使用單一歧管。

基板支架104包含複數區域。如圖所示，基板支架104包含內(中心)區域144以及外區域148。可藉由使用配置在基板支架104中的一或多個電阻加熱器160來控制基板支架104的溫度，此在下文中被更詳細地說明。

在某些範例中，基板支架104可包含冷媒通道164。從流體儲存器168與幫浦170，將冷卻流體供應至冷媒通道164。可將壓力感測器172、174分別配置在歧管128或歧管136中，以量測壓力。閥178與幫浦180可用以將反應物從處理腔室108抽空及/或控制處理腔室108內的壓力。

控制器182包含劑量控制器184，該劑量控制器控制由多注入器噴淋頭140所提供的用劑。控制器182亦控制來自氣體輸送系統120的氣體輸送。控制器182係使用閥178與幫浦180來控制處理腔室內的壓力及/或反應物的抽空。控制器182係基於(例如來自基板支架中之感測器(未圖示)及/或量測冷媒溫度之感測器(未圖示)的)溫度回饋，控制基板支架104與基板112的溫度。

現在參考圖2A與2B，分別以示意及俯視圖方式顯示依照本揭露內容的簡化基板支架200。基板支架200包含導電底板204以及加熱器層208。例如，加熱器層208可形成在底板204的上表面212上。底板204係配置在上板(例如鋁擴散板)216內。因此，加熱器層208係嵌埋在基板支架200內。基板220可配置在基板支架200上而進行處理(例如ALD處理)。

如圖所示，基板支架200(因此連帶之加熱器層208)包含兩個區域：內、中心區域224-1以及外區域224-2，統稱為區域224。內區域224-1與外區域224-2包含各別電阻加熱器元件228-1與228-2，統稱為加熱器元件228。僅為示範，加熱器元件228係由具有大於1.0 %之正或負TCR的材料所構成，例如鉬、鎳、鎢等等。加熱器元件228-1與228-2可被個別地控制。例如，加熱器元件228可響應來自控制器232的命令而接收功率(例如電流)，該控制器可對應於圖1之控制器182。在其他範例中，基板支架200可對應於僅單一可控制區域與加熱器元件。基板支架200可包含位於中心(即，內區域224-1中)之溫度感測器236。控制器232係設置為基於與加熱器元件228-1及228-2有關之量測電流與電壓來計算加熱器元件228-1及228-2的電阻，並且基於計算電阻來計算並控制區域224-1及224-2中的各別溫度，此在下文中被更詳細地說明。

現在參考圖3，顯示設置為計算並控制區域224-1及224-2中之溫度的一示範控制器300。控制器300接收信號，這些信號包含但不限於電壓信號304-1以及電流信號304-2，統稱為信號304。電壓信號304-1可包含表示區域224之加熱器元件228之各別電壓的信號。電流信號304-2可包含表示通過加熱器元件228之各別電流的信號。例如，電壓信號304-1與電流信號304-2可對應於從各別感測器308所提供的類比量測信號。

類比至數位(A/D)轉換器312將電壓信號304-1與電流信號304-2轉換成數位信號316。雖然顯示成單一A/D轉換器312，但控制器300可對信號304之每一者實施不同A/D轉換器。電阻計算模組320係設置為基於數位信號316來計算加熱器元件228之每一者的電阻。例如，電阻計算模組320可依照歐姆定律(Ohm’s law)而基於所表示之電壓與電流來計算電阻，並且輸出表示計算電阻的信號324。在某些範例中，在計算電阻之前，電阻計算模組320可對增益值進行校正及/或將偏移量應用於數位信號316。在某些範例中，電阻計算模組320可基於所表示的電壓與電流(例如藉由將加熱器元件228之每一者的電壓與電流相乘)來計算加熱器元件228之每一者的功率輸出，並且輸出表示計算功率值的信號328。

依照本揭露內容的溫度計算模組332接收加熱器元件228之每一者的計算電阻，並且基於計算電阻來計算各別區域224-1與224-2中的溫度。例如，如上所述，加熱器元件228的材料具有已知的TCR，其係表示響應溫度變化的電阻變化。因此，對於既定的加熱器元件228與材料，溫度計算模組332係設置為基於電阻變化來計算對應之區域224的溫度變化。

例如，依照由T = TCR * R - T_C (方程式1)所定義的曲線/斜率，區域224的溫度可與加熱器元件228的電阻產生關聯，於此處，T為區域224的溫度，R為加熱器元件228的計算電阻，TCR為TCR修飾符(例如℃/歐姆)，以及T_C 為溫度常數偏移量(例如230℃)。例如，對於鉬而言，可依照T = (46℃/歐姆) * R - 230℃來計算加熱器元件的溫度。溫度計算模組332儲存表示區域224之溫度與加熱器元件228之電阻間之關聯性的資料。在一範例中，溫度計算模組232儲存電阻對溫度(R/T)轉換表，其係依照由方程式1所定義的曲線，將加熱器元件228的可能量測電阻對區域224的對應溫度(例如以1℃間隔)的範圍編入索引。在其他範例中，溫度計算模組224可儲存並且執行模型、公式等等，以基於計算電阻來計算區域224的溫度。溫度計算模組332基於計算電阻與R/T轉換表而輸出區域224-1與224-2的各別溫度。

在初始校準期間(例如在處理腔室108之製造、組裝、維護等等期間、在基板支架200之安裝及/或維護期間等等)，溫度計算模組332可產生R/T轉換表。例如，在校準期間，可計算加熱器元件228的電阻，並且同時以一或多個臨時溫度感測器(例如配置在基板支架200上之溫度感測測試基板的感測器)來量測區域224中的溫度。

溫度計算模組332可更設置為將可變的校正因子應用於R/T轉換表。例如，校正因子可使R/T轉換之曲線向上或向下位移。換言之，校正因子可將一偏移量加入計算溫度或者從計算溫度減去一偏移量。在其他範例中，校正因子可相當於修飾計算溫度的乘數。例如，校正因子可相當於補償結構或系統變異的增益調整參數或其他參數。換言之，雖然溫度計算模組332所儲存的R/T轉換表或其他資料可代表加熱器元件228之電阻與溫度間的一致關係(consistent relationship)，但各別區域224之電阻與溫度間的關係可能因為系統變異(例如構件的配線修改、磨損及/或腐蝕等等)而稍微變化。在R/T轉換表對應於以上在方程式1中所定義之T = TCR * R - T_C 的一範例中，溫度計算模組332可依照T_COR = T + CF或T_COR = CF * T而輸出所校正的溫度T_COR ，於此處，CF為校正因子。

在可於每次功率開始被提供至基板支架而實施的起動模式期間(例如在基板處理之前、當基板支架200處於室溫或其他基準溫度而不被加熱時等等)，可決定校正因子。在一範例中，在起動模式期間，溫度計算模組332可依照如上所述的信號304與信號324來計算溫度，並且將計算溫度與從溫度感測器340(例如，圖2A與2B中所描述的溫度236)所接收的感測溫度信號336進行比較。換言之，溫度計算模組332可設置為判定實際感測之溫度與計算溫度間的差異，以決定校正因子。

溫度計算模組332可設置為單次(例如，在初始基準溫度)比較計算溫度與感測溫度、當功率在預定週期內被提供至加熱器元件228且區域224的溫度增加時、當功率被非連續地提供至加熱器元件228時(例如，當功率被交替地開啟與關閉時)、當功率被提供而僅對加熱器元件228之其中一者進行加熱時、當區域224被允許冷卻(即，在功率被關閉之後)時等等定期比較計算溫度與感測溫度、及/或其組合。以此種方式，可計算校正因子以準確反映加熱器元件228之計算溫度與區域224的實際溫度之間的差異，並且可據此更新R/T轉換表。

溫度控制模組344接收表示計算溫度的信號344，並且據此控制加熱器元件228。例如，溫度控制模組344係設置為基於計算溫度而輸出功率控制信號348，以調整提供至加熱器元件228的功率(例如電流)。以此種方式，控制器300係設置為實施區域224之溫度的閉迴路控制(closed-loop control)。溫度控制模組344可更設置為接收表示計算功率值的輸出信號328，並且將計算功率值與由功率控制信號348表示的命令功率(commanded power)進行比較。在某些範例中，命令功率與計算功率間的差異可表示一或多個故障，其包含但不限於配線故障(例如不連接或顛倒配線、配線短路等等)。控制器300可設置為(例如經由控制器300的使用者介面/顯示器352)向使用者指示該故障。

同樣地，溫度計算模組332可設置為判定及/或指示故障，該故障係與下者有關：計算溫度與(例如從溫度感測器340)感測溫度間的差異、區域224之各別計算之溫度間的差異(例如大於預定閾值的差異)、計算溫度與期望溫度(其係例如經由信號348所控制)間的差異等等。舉例而言，這些差異可進一步表示配線故障或其他故障，例如基板支架200的受損構件。

現在參考圖4，依照本揭露內容之用以計算並且控制基板支架之不同區域中之溫度的示範方法400係開始於404。如下所述，方法400可被實施而控制區域的溫度，以使不同區域中的溫度為均勻(即，將各別區域維持在同一溫度)及/或不均勻(即，將各別區域故意維持在不同溫度)，而與熱負載及/或基板處理系統內之其他暫態無關。例如，可能會影響基板與基板支架溫度的其他暫態包含但不限於基板支架的移動(例如邊緣環的移動)、氣流及RF功率的啟動、停用、及/或調整等等。藉由方法400所實施的溫度控制係補償熱負載及/或其他暫態的變化，以達到不同區域中之各別期望的溫度，此在下文中被更詳細地說明。

例如，方法400可基於相同或不同的溫度設定點來控制區域的各別溫度。當溫度設定點為不同時，可控制區域的溫度，以維持區域之溫度間的預定期望關係(例如預定之差異)。該等設定點可在既定基板之處理期間變化。

在408，方法400產生表示區域224之溫度與加熱器元件228之電阻間之關聯性的資料(例如R/T轉換表)。舉例來說，如以上圖3所述，在校準處理期間，依照構成加熱器元件228之材料的TCR來產生R/T轉換表。在412，方法400決定校正因子，以將其應用在R/T轉換表。舉例來說，如以上圖3所述，可藉由在起動模式期間比較感測溫度與計算溫度而決定校正因子。在某些範例中，校正因子可因各別區域224而為不同。例如，在校準處理期間，可對各別區域224的每一者計算出不同的校正因子。

在416，方法400(例如溫度控制模組344)依照各別設定點將功率提供至加熱器元件228，以獨立地控制區域224之各別溫度。舉例而言，在基板上所執行的一處理(例如ALD處理)之期間，依照期望溫度來控制區域224的溫度。在420，方法400(例如A/D轉換器312)接收與加熱器元件228之量測電壓及電流對應的類比信號，並且輸出表示量測電壓及電流的數位信號。在424，方法400(例如電阻計算模組320)基於量測電壓與電流來計算加熱器元件228的電阻。在某些範例中，電阻計算模組320可基於量測電壓與電流而可選地計算功率。

如上所述，區域224的期望溫度可為相同或不同。因此，溫度控制模組344依照各別設定點將功率提供至加熱器元件228，以選擇性地將區域224維持在相同溫度及/或不同溫度。因此，當熱負載於基板處理期間變化時，區域224之溫度間的期望關係(即，依照設定點的相同或不同溫度)被加以維持而與熱負載的變化無關。

在428，方法400(例如溫度計算模組332)基於計算電阻來計算區域224中的各別溫度。舉例來說，如以上圖3所述，溫度計算模組332係使用下者來計算溫度：計算電阻、使加熱器元件228之各個電阻與各別溫度產生關聯的R/T轉換表、以及應用於R/T轉換表的校正因子。

在432，方法400(例如溫度控制模組344)基於計算溫度來判斷是否調整區域224的溫度。例如，溫度控制模組344可基於區域224之計算溫度與期望溫度間的比較結果(例如差異)、區域224的各別溫度設定點、及/或區域224間的期望關係(即，是否依照區域224間的預定溫度偏移量等等，將區域224的溫度維持在相同溫度、不同溫度)，以判斷是否調整提供至加熱器元件228的功率。若為是，則方法400繼續往436。若為否，則方法400繼續往416。在436，方法400(例如溫度控制模組344)選擇性地調整提供至加熱器元件228的功率。例如，方法400可調整通往區域224之僅其中一者或區域224之其中兩或更多者之加熱器元件228的功率。換言之，在區域224之每一者中，提供至加熱器元件228的功率可被獨立控制。

一般而言，可限制提供至加熱器元件228以調整溫度之功率的調整速率。例如，由於區域224的準確溫度未被人所知悉並且可能僅基於區域224之僅其中一者中的一感測器來進行估計，所以可限制調整速率以防止對基板支架造成損壞。相反地，由於依照本揭露內容之原理的方法400係如上所述計算區域224之每一者的溫度，所以可顯著增加調整速率。例如，提供至加熱器元件之功率的調整速率可相當於每分鐘至少10℃。在某些範例中，調整速率係介於每分鐘15與20℃之間。

上述說明內容在本質上僅為例示性，而絕非意圖限制本揭露內容、其應用、或用途。本揭露內容的廣泛教示可以各種形式實施。因此，雖然本揭露內容包括特定的範例，但由於當研究圖式、說明書、與下列請求項時，其他變化將變得顯而易見，故本揭露內容之真實範圍不應如此受限。應理解，在不改變本揭露內容之原理的情形下，方法中之一或多個步驟可以不同順序(或同時)執行。又，雖然實施例之每一者係於以上描述為具有某些特徵，但關於本揭露內容之任何實施例所述該等特徵之任何一者或多者可在任何其他實施例中實施、及/或與其特徵組合(即使並未明確描述該組合)。換言之，所述實施例並非相互排斥，且一或多個實施例彼此的置換維持在本揭露內容之範圍內。

在元件之間(例如，在模組、電路元件、半導體層等等之間)的空間與功能上的關係乃使用包括「連接」、「接合」、「耦合」、「鄰近」、「在…旁」、「在…之上」、「上方」、「下方」、與「設置」之各種用語描述。除非明確地描述為「直接」，否則當於上述揭露內容中描述第一與第二元件之間的關係時，該關係可為在第一與第二元件之間不存在其他中介元件的直接關係，但亦可為在第一與第二元件之間存在一或多個中介元件(空間上或功能上)的間接關係。如在此所使用，詞組「A、B、與C之至少一者」應解釋成意指使用非排除性邏輯OR之邏輯(A OR B OR C)，且不應解釋成意指「A之至少一者、B之至少一者、與C之至少一者」。

在某些實施例中，控制器為系統的部分，該系統可為上述範例的部分。此種系統可包含半導體處理設備，其包含處理工具、腔室、處理用平台、及/或特定處理構件(晶圓支座、氣體流動系統等等)。這些系統可與電子元件整合在一起，該電子元件用以在處理半導體晶圓或基板之前、期間、以及之後，控制這些系統的操作。該電子元件可被稱為『控制器』，其可控制該系統的各種構件或子部件。可根據處理需求及/或系統類型，將該控制器程式化，以控制在此所揭露之任何處理，其包含處理氣體的輸送、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，radio frequency)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流率設定、流體輸送設定、位置與操作設定、進入及離開與一特定系統連接或介接之一工具及其他搬運工具及/或負載室的晶圓搬運。

大體而言，該控制器可被定義為具有各種積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子元件，其接收指令、發出指令、控制操作、進行清理操作、進行終點測量等等。該積體電路可包含具有韌體形式而儲存有程式指令的晶片、數位信號處理器(DSP，digital signal processor)、被定義為特定用途積體電路(ASIC，application specific integrated circuits)的晶片、及/或執行程式指令(例如軟體)的一或多個微處理器、或微控制器。程式指令可為以各種獨立設定值(或程式檔案)形式傳送至控制器的指令，以定義用以在半導體晶圓上或對一系統實現特定處理的操作參數。在某些實施例中，這些操作參數可為製程工程師所定義之配方的部分，以在晶圓之一或多個層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶粒的加工期間實現一或多個處理步驟。

在某些實施例中，該控制器可為電腦的一部分或耦合至該電腦，該電腦係與該系統整合在一起，或耦合至該系統，或網路連接至該系統，或為其組合。例如，該控制器可位在「雲端(cloud)」中或為晶圓廠主電腦系統的全部或一部分，此可允許晶圓處理的遠端存取。該電腦可對該系統進行遠端存取，以監視加工操作的當前進度、檢查過去加工操作的歷史、從複數加工操作來檢查趨勢或性能指標、改變當前處理的參數、依當前處理來設定處理步驟、或開始新的處理。在某些範例中，遠端電腦(例如伺服器)可透過網路將處理配方提供給系統，該網路可包含區域網路或網際網路。該遠端電腦可包含使用者介面，其可進行參數及/或設定值的輸入或程式化，這些參數及/或設定值之後從該遠端電腦傳送至該系統。在某些範例中，該控制器接收具有資料形式的指令，該指令規定待於一或多個操作期間執行之每一處理步驟的參數。吾人應瞭解這些參數可特定於待執行之處理的類型以及該控制器所介接或控制之工具的類型。因此，如上所述，可以下列方式來分配該控制器：例如藉由包含以網路連接在一起並且為一共同目的(例如在此所述的處理與控制)而運作的一或多個分離控制器。為此種目的而分配的控制器之一範例可為在腔室上之一或多個積體電路，該積體電路係與遠端設置(例如平台等級或作為遠端電腦之部分)的一或多個積體電路通信，以聯合控制腔室上的處理。

示範的系統可包含但不限於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、金屬電鍍腔室或模組、清理腔室或模組、斜邊蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積(PVD，physical vapor deposition)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD，chemical vapor deposition)腔室或模組、原子層沉積(ALD)腔室或模組、原子層蝕刻(ALE，atomic layer etch)腔室或模組、離子植入腔室或模組、塗佈顯影(track)腔室或模組、以及可聯合或用於半導體晶圓之加工及/或製造的任何其他半導體處理系統。

如上所述，根據待由該工具所執行的處理步驟，該控制器可與下列其中一或多者進行通信：其他工具電路或模組、其他工具構件、群集(cluster)工具、其他工具介面、相鄰工具、鄰近工具、設置遍布於工廠的工具、主電腦、另一控制器、或用於原料運送而將晶圓容器運至與運離半導體製造廠中之工具位置及/或裝載通道的工具。

上述說明內容在本質上僅為例示性，而絕非意圖限制本揭露內容、其應用、或用途。本揭露內容的廣泛教示可以各種形式實施。因此，雖然本揭露內容包括特定的範例，但由於當研究圖式、說明書、與下列請求項時，其他變化將變得顯而易見，故本揭露內容之真實範圍不應如此受限。應理解，在不改變本揭露內容之原理的情形下，方法中之一或多個步驟可以不同順序(或同時)執行。又，雖然實施例之每一者係於以上描述為具有某些特徵，但關於本揭露內容之任何實施例所述該等特徵之任何一者或多者可在任何其他實施例中實施、及/或與其特徵組合(即使並未明確描述該組合)。換言之，所述實施例並非相互排斥，且一或多個實施例彼此的置換維持在本揭露內容之範圍內。

在元件之間(例如，在模組、電路元件、半導體層等等之間)的空間與功能上的關係乃使用包括「連接」、「接合」、「耦合」、「鄰近」、「在…旁」、「在…之上」、「上方」、「下方」、與「設置」之各種用語描述。除非明確地描述為「直接」，否則當於上述揭露內容中描述第一與第二元件之間的關係時，該關係可為在第一與第二元件之間不存在其他中介元件的直接關係，但亦可為在第一與第二元件之間存在一或多個中介元件(空間上或功能上)的間接關係。如在此所使用，詞組「A、B、與C之至少一者」應解釋成意指使用非排除性邏輯OR之邏輯(A OR B OR C)，且不應解釋成意指「A之至少一者、B之至少一者、與C之至少一者」。

在某些實施例中，控制器為系統的部分，該系統可為上述範例的部分。此種系統可包含半導體處理設備，其包含處理工具、腔室、處理用平台、及/或特定處理構件(晶圓支座、氣體流動系統等等)。這些系統可與電子元件整合在一起，該電子元件用以在處理半導體晶圓或基板之前、期間、以及之後，控制這些系統的操作。該電子元件可被稱為『控制器』，其可控制該系統的各種構件或子部件。可根據處理需求及/或系統類型，將該控制器程式化，以控制在此所揭露之任何處理，其包含處理氣體的輸送、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、流體輸送設定、位置與操作設定、進入及離開與一特定系統連接或介接之一工具及其他搬運工具及/或負載室的晶圓搬運。

大體而言，該控制器可被定義為具有各種積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子元件，其接收指令、發出指令、控制操作、進行清理操作、進行終點測量等等。該積體電路可包含具有韌體形式而儲存有程式指令的晶片、數位信號處理器(DSP)、被定義為特定用途積體電路(ASIC)的晶片、及/或執行程式指令(例如軟體)的一或多個微處理器、或微控制器。程式指令可為以各種獨立設定值(或程式檔案)形式傳送至控制器的指令，以定義用以在半導體晶圓上或對一系統實現特定處理的操作參數。在某些實施例中，這些操作參數可為製程工程師所定義之配方的部分，以在晶圓之一或多個層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶粒的加工期間實現一或多個處理步驟。

在某些實施例中，該控制器可為電腦的一部分或耦合至該電腦，該電腦係與該系統整合在一起，或耦合至該系統，或網路連接至該系統，或為其組合。例如，該控制器可位在「雲端」中或為晶圓廠主電腦系統的全部或一部分，此可允許晶圓處理的遠端存取。該電腦可對該系統進行遠端存取，以監視加工操作的當前進度、檢查過去加工操作的歷史、從複數加工操作來檢查趨勢或性能指標、改變當前處理的參數、依當前處理來設定處理步驟、或開始新的處理。在某些範例中，遠端電腦(例如伺服器)可透過網路將處理配方提供給系統，該網路可包含區域網路或網際網路。該遠端電腦可包含使用者介面，其可進行參數及/或設定值的輸入或程式化，這些參數及/或設定值之後從該遠端電腦傳送至該系統。在某些範例中，該控制器接收具有資料形式的指令，該指令規定待於一或多個操作期間執行之每一處理步驟的參數。吾人應瞭解這些參數可特定於待執行之處理的類型以及該控制器所介接或控制之工具的類型。因此，如上所述，可以下列方式來分配該控制器：例如藉由包含以網路連接在一起並且為一共同目的(例如在此所述的處理與控制)而運作的一或多個分離控制器。為此種目的而分配的控制器之一範例可為在腔室上之一或多個積體電路，該積體電路係與遠端設置(例如平台等級或作為遠端電腦之部分)的一或多個積體電路通信，以聯合控制腔室上的處理。

示範的系統可包含但不限於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、金屬電鍍腔室或模組、清理腔室或模組、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、塗佈顯影腔室或模組、以及可聯合或用於半導體晶圓之加工及/或製造的任何其他半導體處理系統。

如上所述，根據待由該工具所執行的處理步驟，該控制器可與下列其中一或多者進行通信：其他工具電路或模組、其他工具構件、群集工具、其他工具介面、相鄰工具、鄰近工具、設置遍布於工廠的工具、主電腦、另一控制器、或用於原料運送而將晶圓容器運至與運離半導體製造廠中之工具位置及/或裝載通道的工具。

100:基板處理系統 104:基板支架 108:處理腔室 112:基板 120:氣體輸送系統 122-1:氣體源 122-2:氣體源 122-N:氣體源 124-1:閥 124-2:閥 124-N:閥 126-1:質量流量控制器 126-2:質量流量控制器 126-N:質量流量控制器 128:歧管 132:壓力調節器 136:歧管 140:多注入器噴淋頭 160:電阻加熱器 164:冷媒通道 168:流體儲存器 170:幫浦 172:壓力感測器 174:壓力感測器 178:閥 180:幫浦 182:控制器 184:劑量控制器 200:基板支架 204:導電底板 208:加熱器層 212:上表面 216:上板 220:基板 224-1:內區域 224-2:外區域 232:控制器 236:溫度感測器 228-1:電阻加熱器元件 228-2:電阻加熱器元件 300:控制器 304-1:電壓信號 304-2:電流信號 308:感測器 312:類比至數位轉換器 316:數位信號 320:電阻計算模組 324:信號 328:信號 332:溫度計算模組 336:感測溫度信號 340:溫度感測器 344:溫度控制模組 348:功率控制信號 352:使用者介面/顯示器 400:方法 404:開始 408:產生R/T轉換表 412:計算用於R/T轉換表的校正因子 416:對區域進行加熱以在該等區域中維持相同或不同溫度而與熱負載無關 420:接收加熱器元件的電壓與電流 424:計算加熱器元件的電阻 428:計算該等區域的溫度 432:調整提供至加熱器元件的功率 436:選擇性地調整通往該等區域之其中一或多者的功率

本揭露內容將由詳細說明與隨附圖式而變得更受到完整瞭解，其中：

圖1係依照本揭露內容之基板處理系統之一範例的功能方塊圖；

圖2A係依照本揭露內容的一示範基板支架；

圖2B係依照本揭露內容之基板支架之一示範加熱器層的俯視圖；

圖3係依照本揭露內容之一示範控制器的功能方塊圖；以及

圖4說明依照本揭露內容之用以計算與控制基板支架之不同區域中之溫度的一示範方法。

在圖式中，參考符號可重複使用以指示相似及/或相同的元件。

300:控制器

304-1:電壓信號

304-2:電流信號

308:感測器

312:類比至數位轉換器

316:數位信號

320:電阻計算模組

324:信號

328:信號

332:溫度計算模組

336:感測溫度信號

340:溫度感測器

344:溫度控制模組

348:功率控制信號

352:使用者介面/顯示器

Claims (20)

1. 一種用於基板處理系統的控制器，該控制器包含： 一電阻計算模組，設置為(i) 接收分別與一基板支架之一第一加熱器元件及一第二加熱器元件對應的一第一電流及一第二電流，(ii) 接收分別與該第一加熱器元件及該第二加熱器元件對應的一第一電壓及一第二電壓，(iii) 基於該第一電壓與該第一電流來計算該第一加熱器元件的一第一電阻，並且(iv) 基於該第二電壓與該第二電流來計算該第二加熱器元件的一第二電阻；以及 一溫度控制模組，設置為分別基於該第一電阻與該第二電阻、以及(i) 該第一電阻與該基板支架之一第一區域的一第一溫度之間及(ii) 該第二電阻與該基板支架之一第二區域的一第二溫度之間的各別關係，以個別地控制提供至該第一加熱器元件與該第二加熱器元件的功率。
2. 如申請專利範圍第1項之用於基板處理系統的控制器，其中該電阻計算模組更設置為(i) 基於該第一電壓及該第一電流來計算與該第一加熱器元件有關的一第一功率，並且(ii) 基於該第二電壓及該第二電流來計算與該第二加熱器元件有關的一第二功率。
3. 如申請專利範圍第1項之用於基板處理系統的控制器，更包含一溫度計算模組，該溫度計算模組設置為(i) 基於該第一電阻來計算該基板支架之一第一區域的該第一溫度，並且(ii) 基於該第二電阻來計算該基板支架之一第二區域的該第二溫度，其中，為了基於該第一電阻及該第二電阻來控制該功率，該溫度控制模組設置為分別基於該第一溫度及該第二溫度來控制提供至該第一加熱器元件與該第二加熱器元件的該功率。
4. 如申請專利範圍第3項之用於基板處理系統的控制器，其中該溫度計算模組更設置為基於該第一加熱器元件與該第二加熱器元件之材料的電阻熱係數來計算該第一溫度與該第二溫度。
5. 如申請專利範圍第4項之用於基板處理系統的控制器，其中該材料具有至少1.0%的電阻熱係數。
6. 如申請專利範圍第4項之用於基板處理系統的控制器，其中該溫度計算模組儲存使該材料之電阻與該材料之各別溫度產生關聯的資料，且其中該溫度計算模組更設置為基於所儲存之該資料來計算該第一溫度與該第二溫度。
7. 如申請專利範圍第6項之用於基板處理系統的控制器，其中所儲存之該資料包含一轉換表。
8. 如申請專利範圍第7項之用於基板處理系統的控制器，其中該溫度計算模組設置為(i) 基於該第一區域及該第二區域之至少一者的複數量測溫度與該第一區域及該第二區域的複數計算溫度之間的差異來計算一校正因子，並且(ii) 基於該校正因子來修飾該轉換表的輸出結果。
9. 如申請專利範圍第3項之用於基板處理系統的控制器，其中該溫度計算模組設置為在原子層沉積處理期間計算該第一溫度與該第二溫度。
10. 如申請專利範圍第3項之用於基板處理系統的控制器，其中該溫度控制模組更設置為響應引起該第一電阻變化的該第一區域中之熱負載變化，以調整提供至該第一加熱器元件的該功率。
11. 如申請專利範圍第3項之用於基板處理系統的控制器，其中該溫度控制模組更設置為調整提供至該第一加熱器元件與該第二加熱器元件的該功率，以使該第一溫度與該第二溫度為不同。
12. 如申請專利範圍第3項之用於基板處理系統的控制器，其中
13. 一種基板處理系統，包含： 如申請專利範圍第1項之該控制器；以及 該基板支架， 其中該控制器更設置為控制在一基板上所執行的原子層沉積處理，該基板係配置在該基板支架上。
14. 一種用以控制基板支架之溫度的方法，該基板支架係位於一基板處理系統中，該方法包含： 接收分別與一基板支架之一第一加熱器元件及一第二加熱器元件對應的一第一電流及一第二電流； 接收分別與該第一加熱器元件及該第二加熱器元件對應的一第一電壓及一第二電壓； 基於該第一電壓與該第一電流來計算該第一加熱器元件的一第一電阻； 基於該第二電壓與該第二電流來計算該第二加熱器元件的一第二電阻；以及 分別基於該第一電阻與該第二電阻、以及(i) 該第一電阻與該基板支架之一第一區域的一第一溫度之間及(ii) 該第二電阻與該基板支架之一第二區域的一第二溫度之間的各別關係，以個別地控制提供至該第一加熱器元件與該第二加熱器元件的功率。
15. 如申請專利範圍第14項之用以控制基板支架之溫度的方法，更包含：(i) 基於該第一電壓及該第一電流來計算與該第一加熱器元件有關的一第一功率，並且(ii) 基於該第二電壓及該第二電流來計算與該第二加熱器元件有關的一第二功率。
16. 如申請專利範圍第14項之用以控制基板支架之溫度的方法，更包含：(i) 基於該第一電阻來計算該基板支架之一第一區域的一第一溫度，並且(ii) 基於該第二電阻來計算該基板支架之一第二區域的一第二溫度，其中，基於該第一電阻及該第二電阻來控制該功率的步驟包含分別基於該第一溫度及該第二溫度來控制提供至該第一加熱器元件與該第二加熱器元件的該功率。
17. 如申請專利範圍第16項之用以控制基板支架之溫度的方法，更包含基於該第一加熱器元件與該第二加熱器元件之材料的電阻熱係數來計算該第一溫度與該第二溫度。
18. 如申請專利範圍第17項之用以控制基板支架之溫度的方法，其中該材料具有至少1.0%的電阻熱係數。
19. 如申請專利範圍第17項之用以控制基板支架之溫度的方法，更包含儲存使該材料之電阻與該材料之各別溫度產生關聯的資料，並且進一步基於所儲存之該資料來計算該第一溫度與該第二溫度。
20. 如申請專利範圍第19項之用以控制基板支架之溫度的方法，更包含：(i) 基於該第一區域及該第二區域之至少一者的複數量測溫度與該第一區域及該第二區域的複數計算溫度之間的差異來計算一校正因子，並且(ii) 基於該校正因子來修飾一轉換表的輸出結果。

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