TWI310961B - Accurate temperature measurement for semiconductor applications - Google Patents

Description

1310961 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 無。 【先前技術】 在半導體產針，必須控㈣程參 現性。當半㈣裝置隨著褒置節 私—致性與再 9-及更小)而在尺寸容差羅 廓等)上要求次奈核之精麵時^速H摊、輪 在更先進製程中，由全部製程變之萬求漸形重要。 圓間、批次間、晶粒間、胪室門辇，之製造裝置(晶圓内、晶 差必須小於5mn，且在標準差3 σ内。很快地ϋ尺寸^ 進，可容許之特徵部大小變化纟 、巩考日日®處理越先 差3σ内。 丨人以化將扣更小，如小於2nm且在標準 較難控制、維持、及特徵化的製程 例如’在處理室内絲面者為處理严。 與基板的名稱為可互換^因為半導t日内所述，晶圓 響，小如rc之溫度變化將f二上^處方/文處理溫度變化所影 如，在半導體製造蝕刻製程中衣，生=著，響。例 等等的溫度ί在基板支座表面、基板表面上 時，精確的溫度上裝f郎點進步至越來越小的特徵部大小 期望能夠量測絕^變成關鍵的製程控制條件。所以， 徵化，例如小«㈣射溫錢测與特 有許夕告此少或更小的變化。 應，例度量職纽能_與非期望效 口仃的溫度量測技街無法精罐地量測原地處理 1310961 溫度。能夠量測晶圓之原地處理溫度的技術通常包含設置具 度感測器嵌入於晶圓上的特殊晶圓。在處理室中設置一特&曰= 需要中斷處理之常態流程。通常，將特殊晶圓設於處理室内 使處理室排氣達到大氣壓。一旦處理室排氣後，就需要相當 間使處理室回到製程操作條件(如，壓力、溫度等），此將影^比次 處理之產量。另外’在許多情況中，所狀的感測器可能^為$ -致裝置缺陷之污染源。此外，這些嵌人感測!I之特殊晶圓係所費 、·不貲，域常這些制H並雜具祕。#感靡被暴露於呈 作條件^，其將失效或不正常運作。再者，由於這些感測^大 龜夕具有0.5 C以上的溫度量測不確定性，故所散入之感測3|益 φ人滿意地傳送廳之量晴確性。因此，需要改良切、地溫= 【發明内容】 構 廣泛CT之本發明φζ供確保精確的原地溫度量測的方法與结 、在貝施例中，设置具有溫度感測元件之一處理室，其自匕夠 ，，精確_地溫度制。在此實施例中，溫度_元件係^置 在處理室内。溫度感測元件具有一空腔，其中有一透明罩蓋設 在空腔開口處上方。在溫度感測元件之空腔内設置一材料， 且一 感測器係配置成可越過透明罩蓋來感測材料之相變化 At々在另貝把例中，设置具有溫度感測元件之另一處理室，1 確的原地溫度量測。在此實施例中，係將溫度感測^ ㈣之表面上(如處理室之喊面、基板支座上之表 Π二ί測元件具有。將—婦設置在溫度感測元件 材ί::=與處理室内之該表面相接觸。配置-感測 β ^在ί另一實施例中，提供精確的原地溫度量測方法。該方法 包含：在處理㈣置人-溫度_元件，該溫度感測元件具^ 6 1310961 =入材料，接著，在處理室内起始一 ^製程操作將使欲入材料產生相變化間量之 邊化；記錄與相變化相關聯之溫度 、川肷入材料之相 由下列說明、結合附圖，經由本發 本發明之料實補樣顧點更騎剌^知齡紹，將使 【實施方式】 j由下列實施例所述者，本發明提供 ΐ疋製造半導體）用之精確原地溫度量測的方 =本j明之實施例整合成精確原地溫度量測用以室可= 理^ί程、及f呈再現性，而不致影響處 法式“羊應瞭解可將本發明以多種方式加以實施，包含方 “操子中’為了避免混淆本發明，並未詳加說明 t 100°^ 106、^ 基板支座 其中基板支座104具有複數個空腔 、126、與136。這些複數個空腔106、116、126、及136 =一者係、適於配置為在其中分別支座複數靖料舰、ιΐ8、 沾々、及j38的其中一者。複數個透明罩蓋110、120、130、及140 者係適於配置來分別覆蓋這些複數個空腔106、U6、126、 去孫口處。因此’這些材料觀、118、128、及138的每-含於複數個空腔106、116、126、及136的每一者中。 内部環㈣11!、i28、及138的每—者係實f上被封住且與處理室 Hi 材料108、118、128、及138係隔離於處理室 内。卩，當然使其免於將污染物導入處理室1〇2中。為了適合 地封住與隔離材料⑽、118、128、及138，透明罩蓋110、12〇田、 13^、及140係由一適當韌性材料製成，其能夠承受處理室102内 之處理狀況。此等祕材料之其中—例為石英。 再參考圖1 ’在處理室1〇2中配置一或更多感測器η]以監測 1310961 、128、及138其中每—者的相變化。為了便於說明， 理室1G2中所配置的其中—感測器ιΐ2。然而，可在 mm 配置一或更多感測器112，以監測這些材料1〇8、 ，中每—個別相變化用之每—者。由—或更多感 4 Si f的相變化資料被傳輸至監測系統114。監測系統 的元件°·’系統控制器可控制進人處理室1〇2 予品的操作、控制一或更加熱器以加熱處理室搬内之 基板、控制如μ之能量以激發處理室⑽内之化學 ϊ，且、^ 測系統114處理資料，如利用f料處理演算 示給使^者。者介面，如一畫面監視器而適切地將分析資料顯 與材料相變化相關母之溫者度 溫;=知組成的相變化溫度而言，其4 個併 ===128、及138之每-者之=以 中起Ϊ 4之處理溫度。例如，當在處理室102 敎器j支座1〇4通常受到加熱。當足量熱能自一加 ΞίΪΪ⑽、118、128、及138將開始經歷相變化。可利ϋ 量隨ΐ時間量測傳送至基板支座賴能量且將之二 Π8 ^ ut^^V12 108. 接結主及138。虽么生相變化時，其中固定材料之該位罟4 接觸表面，便已達到與該材料相關之相變化溫度。彳置如 8 1310961 測定、能夠 ^ 128 ^ Π8 1〇8 ' 之表面各處的浪声止相夂化日可，可測定基板支座104 .^^：ii"：:#^〇rn；^-3r^rra 、具有已知相變化溫度之已知組成，叫=埶t38之母一者包含 每一材料隨著時間經歷相變化^=基^支座1〇4且 •度變化將可隨時間加以測定。▲板支座1〇4之表面各處的溫 因材料108、118、128、及138备 伽、U6、以、及136之每=一=糸分f皮封在空腔 材料損失。因此，可於處理室10 間產^顯著的 料108、118、128、及138。 尤重覆處週期再使用材 -之熔Ϊ化中已知有機與某些無機化合物呈現出極精準 I 128參ιΐΛ1/配置一或更多感測器112感測材料刚、m、 配置-或更多圖1所示， ί^ΐίί m ^ ° 集資料至處理= 所包含的材料卿、n8、128、及138相關之相變= 度戶 =中 9 1310961 光學，數值。處理室控制器可為來自監測系統114所遠端設置的 ^早兀。或者，可將處理室控制器與監統n 一社 管處理室控制器與監測系統114之實際架構為 處理室控制器聯繫監測系、统m ,且監測系統114、經由使用者^ 面，如晝面監視器，提供處理溫度資訊給使用者。 ⑽顯^根ί本發明之另一實施例之處理室系、统200。處理室 1 204’其中基板支座204磁數個空腔施、 座其中之iii材一者為分別支 > 一因Ϊ係適於配置來分別覆蓋這些複數個^ 2〇6=的 這些材料施、218的每一者係包含於複數個空= f、216的母一個別者中，且材料208、218的每一者係實質上 被封住且隔離。翻罩蓋21G、22G係 所^ =處理室__之處_。 如圖2所示，在處理室系統2〇〇中配 及222以監測材料2〇8、218其中每一者的相變^匕更夕==2 斤收集的相變化資料被傳送至監測系統214 ^ 糸統214可包含_系統控制器，其控制著包含處‘二夕; 運轉之處理室系統200的全部元件。例如，系J至二 里至202内之表面而處理一基板、控 Ί 發處理室202内之化學品而起始製能1以激 如利用資料處理演算法，且經由使用^介皿面=、統處理資料， 而適切地將分析資料顯示給使用者。 〇旦面盔視态， 的相=考材料― 變化資料。與材料相變化相關之溫度，如自目記錄相 指定壓力下，對材料之特殊組成而言係為值量^液:處二 10 1310961 m如气板支座204之表面溫度，就材料之已知組成的相變化 /皿又5，，可用來作為量測處理溫度之參考。 t顯Γ根據本發明之另—實施例之處理室系統3GG。處理室 土板支座304及複數個併入處理室302腔壁中的空腔 —一水、356、及366。複數個材料338、348、358、及368之 =-者係分別包含於處理室3G2腔壁中的複數個空腔336、346、 土、及366其中一者。複數個空腔336、346、356、及366之每 一者係分別由複數個透明罩蓋34〇、35〇、、謂其中一者加以 =主配置-或更多感測器312越過複數個透明罩蓋遍、挪、 、370其中個別一者，來感測複數個材料338、348、358、及 每一者的相變化。雖然圖3顯示一感測器312，但可在處理 至2中配置-或更多感測器祀來感測材料3〇8、318、328、338、 =8、3=及368之每-者的相變化。在—實施例中，感測器312 雷射光譜儀。連_測器312以聯繫處理室系統控制器。 感測器312达出來自監測材料3〇8、318、328、338、348、358、 ί的，給處理f _之處理室系統控制器。利用資 枓處理凟异法之處理室控制器來處理資料，且產生與材料308、 =328、338、348、358及368相關之相變化溫度所對應的光學 吊數值。。可進-步處理相變化溫度，且經由使用者介面（如一畫 面監視器）顯示給使用者。顯示給使用者之資訊可具有溫度分佈 圖之形式，如溫度與時間之分佈圖、溫度與位置分佈圖等。 圖4顯示根據本發明之一實施例之處理室系統铜的橫剖面 圖。在處理室系統400中，將基板支座4〇4設置於處理室4〇2中。 基板415設置於基板支座4〇4上。溫度感應測試基 板415 基板層414與透明層410。在透明層41〇中配置複數個 空腔406、426、及436 ’其中複數個材料4〇8、428、及4兇其中 一者係個別設置在複數個空腔406、426、及436其中一者中使 材料408、428、及438與基板層414相接觸。透明層41〇隔絕材 料408、428、及438與處理室402之内部環境，使得材料4〇8、 1310961 428及438無法將任何污染物導入處理室402之内部環境中。在處 理室402中配置一或更多感測器412以感測材料408、428、及438 的相變化。 圖5顯示根據本發明之實施例之溫度感應測試基板415的放 大检剖面圖。溫度感應測試基板415包含基板層414及透明層 410。透明層410係配置成具有複數個空腔4〇6、426、及436。空 、 腔406、426、及436之每一者包含複數個材料4〇8、428、及438 ' 其中一者。材料408、428、及438與基板層414相接觸，以致於 : 在熱平衡時，每一材料408、428、及438與基板層414在每一接 φ 觸表面區域處具有相同溫度。 返回參考圖4 ’當製程在處理室402中起始時，通常基板支座 404就受到加熱。可利用溫度感應測試基板415測定在處理室4〇2 中被處理之基板的溫度或熱分佈。 當足量熱能自加熱器傳送至基板支座404時，亦藉由傳導與 對ί/iL加熱inn·度感應測试基板415之基板層414。基板層414將 ，正在處理室402接受處理之真實基板。因此，基板層414之^ 將接近於處理室402中待處理之基板溫度。與基板層414接 材料408、428、及438將與基板層414處於相同溫度。當足夠熱 能被傳送至材料408、428、及438時’將啟動材料之相變化。一 鲁或更多感測器412感測材料408、428、及438之相變化。一戍更 多感測器412傳輸感測資料給處理室系統控制器以處理資料:且 經由使用者介面（如一晝面監視器）而顯示處理資料給使用者。 顯示給使用者之處理資料可以基板層414之溫度分佈η， 其能夠代表處理基板之溫度分佈圖。 〇 圖6顯示根據本發明之一實施例之溫度感測元件。 測元件610設置在處理室602中。溫度感測元件6包含配‘ 容納材料608的透明罩606。透明罩6〇6係由韌性材料 並二 夠承受處理室602内之狀況(如熱能、壓力、即能量、微波、;:舌= 電漿等)而不會發生任何材料性質劣化之情況。此等韌性材之一 12 1310961 ，列為石英。材料608係配置為與處理室6〇2内之任意表面相接觸， ，被封在處理室602内之接觸表面與透明罩6〇6之間。將感測器 U設置在處理室602中、越過透明罩6〇6感測材料6〇8^相& 匕丄感測盗可為例如雷射光譜儀。材料6〇8可為具有極精確熔點 ^有機或無機化合物，如熔點精確度在〇1 之範圍内。‘’ 與無機化合物之某-魏含萘、水楊酸、二綠，、確酸 =Π)、安息香酸鋁、醋酸鋁、溴化銻（111)、及氣化銻（冚）。 θ 6中，為了便於說明與討論，僅顯示一設置於處理室⑼2 件_與-感測器612，'然而，在本發明之範嘴内， β t6G2巾使躲意數目之溫度制元件與感測器。 理6G2 _始時’處理室表面亦受到加熱。處 Ξ ίΓΓΐΙί同方式加熱。處理室表面可利用一循環流 何其它適合之卫具加熱。本發明之實施例提 仏精確$測原地處理溫度用之方法與設備。 相因ΐί理ί Γ2内之表面相接觸之材料_將與接觸表面處於 ΐ觸^面傳送^量熱能至材料_時，材料_ 感測器612感測該相變化且將相變化資料傳輸至 理=資二= 感測==^溫度_牛獅 板支Γ4上。溫度感測元件%=具7==1: 中I腔1不中8與728係分別包含於溫度感測元件710 感測料718與728係與基板支座704相接觸。 圖7Α顯示配置為咸^為感測材料718與728之相變化。雖然 722，可利用任立、Ί曰材料718與728之相變化的感測器712與 如，可配置—感^Λ：^測器感測材料718與728之相變化。例 思。來感測在溫度感測元件71〇中所包含之任意 13 1310961 數目之材料的相 彳 b 〇 明之顯示溫度感測元件710與基板714之頂視圖。根據本發 二;;::使溫度感測與基板 H / 田袈牙在處理至702中開始時，通常將基板支座 =熱以促成基板714之處理。當一足量熱能自—加孰器傳送至 基板支座704以加熱處理用之基板714時，材料718、728、738、 ί熱。材料718、728、738、及748係就具有極精確 熔點，如精確度在0.1或G.2t之範_，而加以選擇。已知， 2料組成而言，與材料之相變化相關的溫度係為恆量， 參考μ度，以控制且監測基板714用之處理溫度。 712 Ζ為、738、及748之相變化的感測器 产，’如專輸至處理室系統控制器來控制處理溫 ί導ϊί 避免讓峨化影響處理結果，如在 由使用者=特ίϊ關鍵尺寸。此外’處理室系統控制器可經 =ί二分=處理相變化資料給使 Φ ，圖8顯不根據本發明之—實施例中，精確 之^細方法流程圖。該方法開始於操作_ 例所述之溫度感測元件根^發明之各種實施 理室中開始-製程。I樹操作⑽2中，在處 14 1310961 48.1 C之炫點溫度、俩始（π)具有坑之溶點溫度、 ΠΪΪί有198〇C之炫點溫度、醋酸銘具有114°C之炼點溫 具有96.6<t之溶點溫度、及氯化録（111)具有

圖9A顯示根據本發明之另一實施例之溫度指示設備。圖9A ”、、不，有空腔906之溫度指示設備9〇4。例如，空腔9〇6具有至少 ’第-腔室912與第二腔室914。在此實施例中，將材料 设置於^一腔室912中。罩蓋91〇封住空腔906。罩蓋910可 明罩蓋’因此可儀溫度料設備9G4來如如上所述之 原，處理溫度。如同先前就本發明之其它實關所述之溫度感測 讀’可將溫度指示設備904設置於處理室中及越過罩蓋91〇、利 =配置為感測材料908之相變化的感測器來感測材料9〇8之相變 圖9B顯示根據本發明之一實施例之溫度指示設備，其中材料 9〇^已經歷一相變化。如圖9B所示，當材料9〇8自其中一相變成 另二相時，如固相至液相或反之亦然，將材料9〇8自第一腔室912 傳送至第二腔室914。溫度指示設備9〇4能夠利用觀察空腔9〇6 中之材料908的空間位置而指示是否達到與材料9〇8相關之相變 化丄其中例如該材料係包含於第一腔室中或第二腔室中。因此， 在完成處理週期後，可觀察溫度指示設備9〇4以確認當執行製程 處方時，在處理中之某些點的處理溫度已達到與材料9〇8之相變 ，相關的溫度。在本發明之一實施例中，罩蓋91〇可非一透明罩 ^。例如，其中作為空間指示器之用的溫度指示設備就不 有一透明罩蓋。 〃 雖然已在此詳加說明本發明之一些實施例，但需由普通技藝 者們瞭解，在不脫離發明之精神或範疇情形下，本發明可以許^ 其它特定形式加以實施。所以’可將本文之範例與士施例視為說 明性而非限制性者，且本發明並非限於在此所提供之細節，並可 在所附專利範圍之範疇内加以修改與施行。 15 1310961 【圖式簡單說明】 ’且相同符號指定為相同結構 由下列附圖將清楚暸解本發明 之元件。 圖1為根據本發明之一實施例中，具有溫度感測元件設置於 ，、中之處理室的橫剖面圖。 、 圖2為根據本發明之一實施例中，溫度感測器元件 的放大橫剖面圖。

圖3為根據本發明之一實施例中，具有溫度感測元件設置於 ，、中之處理室的橫剖面圖。 圖4為根據本發明之一實施例中，具有溫度感測元件設置於 基板支座表面上之處理室的橫剖面圖。 ' 、圖5為根據本發明之一實施例中，能夠感測基板支座表面上 之溫度的溫度感測元件的放大橫剖面圖。 圖6為根據本發明之一實施例中，具有溫度感測元件設置於 其中之處理室的橫剖面圖。 圖7A為根據本發明之一實施例中，具有溫度感測元件設置於 f板支座表面上之處理室的橫剖面圖，該基板支座亦具有設置於 其上之某;fe。 ' 、圖7B為根據本發明之一實施例中，能夠感測基板支座上 之溫度之溫度感測元件的頂視圖。 8為根據本發明之—實施例中，精確量測原地處理溫度的 詳細處理流程圖。 圖9A為根據本發明之一實施例之溫度指示設備的橫剖面圖。 _圖9B為根據本發明之一實施例中，指示已發生相變化之溫度 指示設備的橫剖面圖。 【主要元件符號說明】 100〜處理室系統 16 1310961 102〜處理室 104〜基板支座 106〜空腔 108〜材料 110〜透明罩蓋 112〜感測器 114〜監測系統 116〜空腔 : 118〜材料 120〜透明罩蓋 • 126〜空腔 128〜材料 130〜透明罩蓋 136〜空腔 13 8〜材料 140〜透明罩蓋 146〜空腔 148〜材料 150〜透明罩蓋 • 200〜處理室系統 202〜處理室 M 204〜基板支座 .. 206〜空腔 208〜材料 210〜透明罩蓋 212〜感測器 214〜監測系統 216〜空腔 218〜材料 17 1310961 220〜透明罩蓋 222〜感測器 300〜處理室系統 302〜處理室 304〜基板支座 306〜空腔 308〜材料 310〜透明罩蓋 ： 312〜感測器 316〜空腔 籲318〜材料 320〜透明罩蓋 326〜空腔 328〜材料 330〜透明罩蓋 336〜空腔 338〜材料 340〜透明罩蓋 346〜空腔 φ 348〜材料 350〜透明罩蓋 *' 356〜空腔 358〜材料 360〜透明罩蓋 366〜空腔 368〜材料 370〜透明罩蓋 400〜處理室系統 402〜處理室 18 1310961 404〜基板支座 406〜空腔 408〜材料 410〜透明層 412〜感測器 414〜基板層 415〜溫度感應測試基板 426〜空腔 ： 428〜材料 436〜空腔 _ 43 8〜材料 602〜處理室 604〜基板支座 606〜透明罩 608〜材料 610〜溫度感測元件 612〜感測器 702〜處理室 704〜基板支座 φ 710〜溫度感測元件 712〜感測器 714〜基板 .. 718〜材料 722〜感測器 728〜材料 738〜材料 748〜材料 904〜溫度指示設備 906〜空腔 1310961 908〜材料 910〜罩蓋 912〜第一腔室 914〜第二腔室

Claims (1)

1310961 第95111411號專利申請案中文申請專利範圍修正本（無劃線) 98年3月巧日修訂 ΧΓΤΤΤΓ 98 '、申請專利範圍： 1. 種具有精綠溫度量測之半導體處理室，包含. 其中纽以隨内， 一透明罩蓋，其設置在該空腔之一開口上方； 質賴ίϊ熔ΐ設置於該溫度感測元件之該空腔内’且具有一實 一感測器，其設置於該半導體處理室内且且有至,丨#u 她咖），辑鍋鳴輕、==相之變直 項Λ具有精確溫度量測之半導體處理室，盆 m變化包含自固相變成液相、 免至其 其中該材料係有機及無機化合物其卜 導體處理室’ ’ ^申請翻翻第3項之具有㈣溫度量 本基綱、且該無機化合物係選自於水杨酸、二 ，⑻、安息香酸銘、醋酸銘κ “成^族群：硝酸 (III)。 節CIII)、及氯化録 = 範圍第1項之具有精確溫度量測之半導體h A 6· 導體處理室中溫度分佈之特徵化方法，該方法包 21 1310961 在該半導體處理室之圍壁内設置具有 元件，減入材料具有—實質上固定之溶點；_的酿度感測 在該半導體處理室内起始一製程操作； 透過設置於該半導體處理室内之感測器 該圍壁内的該嵌入材料之相變化；及 關在該處理至之 記錄與該相變化相關聯之溫产。 22專=:第7項之在半導體處理室中溫度分佈之特 9.4=3 =設置在該，室之基板支座内。 徵化在半導體處理室中溫度分佈之特 瓜如該半導體處理室之侧壁。 徵化方法，其巾半導翁理室中溫度分佈之特 固相其中—者，1 k含自固相變成液相、自液相變成 件内之第相變化使得該材料由該溫度感測元 η·如申請專二第7弟二空(empty)腔室。 徵化方法，更包含：項之在半導體處理室中溫度分佈之特 以一透明罩i覆蓋該嵌入材料。 十一、囷式： 22