TWI677037B - 半導體基板支持組件之溫度控制板中的失效溫度控制元件之自動校正 - Google Patents

半導體基板支持組件之溫度控制板中的失效溫度控制元件之自動校正 Download PDF

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Harmeet Singh
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Abstract

一種溫度控制元件陣列中至少一失效溫度控制元件之自動校正的方法，該溫度控制元件陣列係可獨立控制，且位於基板支持組件之溫度控制板中，該基板支持組件在半導體基板之處理過程中支撐半導體基板，該方法包含：藉由包含處理器的控制單元偵測出溫度控制元件陣列之至少一溫度控制元件係失效的；藉由控制單元停用至少一失效溫度控制元件；以及藉由控制單元修正溫度控制板中至少一有效溫度控制元件之功率位準，以使至少一失效溫度控制元件在至少一失效溫度控制元件的位置對於期望溫度輸出的影響最小化。

Description

半導體基板支持組件之溫度控制板中的失效溫度控制元件之自動校正
本發明有關於半導體基板支持組件之溫度控制板中的失效溫度控制元件之自動校正。
隨著每一連續的半導體技術世代，基板直徑趨於增加且電晶體尺寸減小，導致基板處理中需要更高程度之精確性和可重複性。
當今可用的電漿處理系統係屬於那些處於對改善精確性和可重複性有漸增需求的半導體製造工具。電漿處理系統的一度量標準是增加的均勻性，該均勻性包含半導體基板表面上處理結果的均勻性、以及利用相同標稱輸入參數處理的一系列基板之處理結果的均勻性。希望持續改善基板上的均勻性。除其他方面之外，還需要具有改善的均勻性、一致性和自我診斷的電漿腔室。半導體晶片晶圓之蝕刻和/或沉積制程期間，控制基板支持組件之溫度對於控制從晶圓產出之元件的良率至關重要。
根據一實施例，提供可獨立控制且位於基板支持組件之溫度控制板中的溫度控制元件陣列中至少一失效溫度控制元件之自動校正方法，該基板支持組件在半導體基板之處理過程中支撐半導體基板，該方法包含：藉由包含處理器的控制單元偵測出溫度控制元件陣列之至少一溫度控制元件係失效的；藉由控制單元停用至少一失效溫度控制元件；以及藉由控制單元修正溫度控制板內至少一有效溫度控制元件之功率位準，以使至少一失效溫度控制元件在至少一失效溫度控制元件的位置對於期望溫度輸出的影響最小化。
根據另一實施例，提供儲存指令的非暫態電腦可讀儲存媒體，在被處理器執行時，該指令針對可獨立控制且位於基板支持組件之溫度控制板中的溫度控制元件陣列中至少一失效溫度控制元件執行實施自動校正方法，該基板支持組件在半導體基板之處理過程中支撐半導體基板。 該指令導致執行以下步驟：(1) 偵測出溫度控制元件陣列之至少一溫度控制元件係失效的；(2)停用至少一失效溫度控制元件；以及(3) 修正基板支持組件中至少一有效溫度控制元件之功率位準，以使至少一失效溫度控制元件在至少一失效溫度控制元件的位置對於期望溫度輸出的影響最小化。
根據進一步實施例，提供可獨立控制且位於基板支持組件之溫度控制板中的溫度控制元件陣列中至少一失效溫度控制元件之自動校正方法，該基板支持組件在半導體基板之處理過程中支撐半導體基板，該方法包含：藉由包含處理器的控制單元偵測出溫度控制元件陣列之至少一溫度控制元件係失效的；藉由控制單元停用至少一失效溫度控制元件；以及藉由控制單元維持溫度控制板中所有有效溫度控制元件之功率位準，以使至少一失效溫度控制元件在該至少一失效溫度控制元件的位置對於期望溫度輸出的影響最小化。
溫度控制元件陣列中至少一失效溫度控制元件之自動校正方法的特定實施例的這些和其他例示性特徵和優點現在將藉由例示性實施例而描述，但該等特徵和優點並不限於該等例示性實施例。
圖1顯示包含腔室122之電漿處理腔室的例示性示意圖，該腔室122具有上噴淋頭電極108和結合加熱板的基板支持組件112。基板支持組件112也稱為卡盤或者靜電卡盤（ESC, electrostatic chuck ）。基板110透過裝載埠（未顯示）載至基板支持組件112上。氣體管線104供應處理氣體至將處理氣體傳送至腔室中的上噴淋頭電極108。氣體源102（例如，供應適當氣體混合物的質流控制器）連接至氣體管線104。射頻（RF，radio frequency）電源106連接至上噴淋頭電極108。操作中，腔室藉由真空泵抽空，並且RF功率電容耦合於上噴淋頭電極108和基板支持組件112中之下電極之間，以在基板110與上噴淋頭電極108之間的空間中將處理氣體激發為電漿。電漿可用以將元件晶粒特徵部蝕刻至基板110上之複層內。基板支持組件112可包含可將基板支持組件112加熱至期望溫度的至少一溫度控制元件（TCE，thermal control element）114（114a、114b、114c、114d等）。非限制性實施例中，基板支持組件112包含以晶粒為單位的溫度控制元件以利用高空間解析度控制基板支持組件表面溫度。特定溫度控制元件114之功率輸出係藉由給定的溫度需求而計算和最佳化，並且功率輸出與溫度之間的關係藉由例如後續將更詳細討論的單元反應矩陣（URM，unit response matrix）的矩陣所賦予。
每一溫度控制元件114都連接至控制單元116，該控制單元116包含儲存資料的儲存裝置118，例如硬碟、唯讀記憶體（ROM，read-only memory）、隨機存取記憶體（RAM， random-access memory ）、光碟機、快閃記憶體、磁帶機等。也可使用無RF/功率控制等的腔室122。
控制單元116也可包含例如電腦處理器之處理器裝置120。可使用多控制單元來代替單控制單元116。控制單元116可實施為編寫在電腦上的電腦可讀碼，如此使其成為特定用途電腦。例如，控制單元116可實施於使用硬體、軟體、韌體、其上儲存有指令的非暫態電腦可讀媒體、或其組合的電腦系統中，並且可在一或多電腦系統或其他處理系統中實施。硬體、軟體或其之任意組合可包含用以實施圖6和圖9之例示方法的模組和元件。
若使用可程式化邏輯，此邏輯可在商用處理平臺或特殊用途裝置上執行。此領域具有通常技術者可瞭解此處揭示之實施例可利用多種電腦系統配置而實行，包含多核多處理器系統、迷你電腦、大型電腦、與分散式功能聯繫或聚集的電腦、以及可被嵌入幾乎任何裝置的普遍或小型電腦。例如，至少一處理器裝置和一記憶體可用以實施上述實施例。
如此處討論之處理器裝置可是單一處理器、複數處理器或其組合。處理器裝置可具有一或更多處理器「核心」。如此處討論的用語「電腦程式媒體」、「非暫態電腦可讀媒體」和「電腦可用媒體」一般被用來代表例如可移除儲存單元或安裝於硬碟機內的硬碟之有形媒體。
多種實施例係關於例示性控制單元116而被描述。讀過該描述後，如何使用其他電腦系統和/或電腦架構執行此實施例對於熟悉相關領域者而言將變得顯而易見。儘管操作可敘述為連續製程，但操作中的若干者事實上可並行執行、同時執行、以及/或者於分散式環境中執行，並且利用本地或遠端地儲存以供單一或者多處理器機器存取的程式碼執行。另外，在一些實施例中，操作的順序可重新安排。
處理器裝置120可為特殊用途或一般用途的處理器裝置。處理器裝置120可連接至通訊基礎設施，例如匯流排、訊息列、網路、多核心資訊傳遞架構等。網路可是任何適於執行如此處揭示之功能的網路，並且可包含區域網路（LAN，local area network）、廣域網路（WAN，wide area network）、無線網路（例如，WiFi）、行動通訊網路、衛星網路、網際網路、光纖、同軸電纜、紅外線、射頻（RF）或其任意組合。其他適合的網路類型和配置對於相關領域中之技術者而言將顯而易見。
應瞭解儘管電漿處理腔室的詳細設計會改變（例如，腔室可爲感應耦合電漿處理腔室、螺旋波、微波、或其他類型腔室，噴淋頭電極可由RF天線代替），但RF功率皆透過基板支持組件112耦合至電漿。
在一例示性實施例中，基板支持組件112可被控制，使得基板支持組件表面溫度(且因此晶圓基板110之溫度)被一陣列之溫度控制元件114控制。例如，該陣列可包含任何數量的溫度控制元件114，譬如，最少50，多達400等。在一例示性實施例中，每一溫度控制元件114可為近似於晶圓上元件晶粒之尺寸，使得可對每一元件晶粒位置控制晶圓溫度、以及因此之電漿蝕刻製程、沉積、或清洗製程，以使晶圓產出之元件的良率最大化。舉例而言，沉積製程可是化學氣相沉積（CVD，chemical vapor deposition）、電漿增強化學氣相基沉積(PECVD，plasma enhanced chemical vapor based deposition)、氣相磊晶(VPE，vapor phase epitaxy) 、物理氣相沉積（PVD ，physical vapor deposition ）、 電化學沉積（ECD，electrochemical deposition）、分子束磊晶（MBE，molecular beam epitaxy）、原子層沉積(ALD，atomic layer deposition)等。舉例而言，清洗製程可是電漿剝除、電漿清洗、化學蝕刻、化學清洗、濕式清洗等。
溫度控制元件114可以是基板支持組件112內唯一的溫度控制元件，或可為具有多元件（例如更多的或不同的溫度控制元件、冷卻劑液體、和/或冷卻劑氣體）之溫度調整系統的一部分。舉例而言，溫度控制元件114可為電阻元件，例如聚醯亞胺溫度控制元件、矽氧橡膠、 雲母溫度控制元件、金屬溫度控制元件 (例如，W、 Ni/Cr合金、 Mo 或 Ta)、陶瓷（ceramic）溫度控制元件、半導體溫度控制元件、碳溫度控制元件、可加熱及冷卻的帕爾貼元件（Peltier devices）、或是任何可以改變溫度的其他元件。
在一例示性實施例中，溫度偵測器124（比如紅外攝影機）偵測基板支持組件112以及/或者晶圓基板110的表面溫度。基板支持組件112中一或多個溫度控制元件114之故障風險隨溫度控制元件114之數量的增加而增加。
在一例示性實施例中，控制單元116或另一控制器産生/執行演算法，該演算法執行一陣列之如例示性實施例中所述可獨立控制的溫度控制元件中至少一失效（例如，表現異常或故障）溫度控制元件114之自動校正。自動校正方法的有利特徵是一溫度控制元件114故障時基板支持組件112的持有成本的降低。自動校正使具備減少數量之有效溫度控制元件的基板支持組件112仍在目標溫度輪廓的規格之內。成本降低係由兩因素造成：第一因素是硬體成本（亦即，購入新基板支持組件112的成本）和更換基板支持組件112時不運作處理腔室之成本的降低。另外，使偵測故障和修正參數之全製程自動化避免人爲錯誤的引入。
圖2顯示包含溫度控制板之實施例的基板支持組件112，該溫度控制板具有結合於兩電絕緣層111A和111B中的一陣列之平面熱區域101。每一平面熱區域101可包含一或更多溫度控制元件114。電絕緣層可為高分子材料、無機材料、如氧化矽、鋁土（alumina）、氧化釔（yttria）、氮化鋁之陶瓷材料或其他適合的材料。基板支持組件112更包含：（a）具有陶瓷層103（靜電夾持層）的靜電卡盤，電極109（例如，單極或雙極）被嵌入於該陶瓷層103內以利用DC或AC電壓將基板靜電夾持至陶瓷層103之表面；（b）熱阻隔層107；（c）包含用於冷卻劑流之溝道113的溫度受控底板105 。
在一例示性實施例中，每一平面熱區域101都連接至供電線路和迴電線路。未有兩平面熱區域101共用同一對供電線路和迴電線路。藉由適當的電切換配置，便可將一對供電線路和迴電線路連接至電源，藉以僅使連接至此對線路之平面熱區域101開啟。每一平面熱區域101之時間平均加熱/冷卻功率可藉由以時間控制方式切換系統開和關而獨立調整。
基板支持組件112可包含溫度控制板之實施例，其中溫度控制板之每一平面熱區域101是近似於或小於基板上單一元件晶粒或元件晶粒組之尺寸，使得對每一元件晶粒位置而言基板溫度(以及因此之電漿蝕刻製程)可得到控制以使基板產出之元件的良率最大化。溫度控制板可包含10至100、100至200、200至300或更多個平面熱區域101。溫度控制板之可縮放式架構可在溫度受控底板105中最少數量之供電線路、迴電線路、以及引線的情況下輕易容納以晶粒爲單位之基板溫度控制（在300mm直徑的基板上典型地超過100晶粒，且因此為100或更多個熱區域）所需的平面熱區域數量，這樣降低了對基板溫度的干擾、製造的成本、以及基板支持組件112的複雜性。雖然未顯示，基板支持組件112可包含特徵部如用以舉起基板110之抬升銷、氦背部冷卻、用以提供溫度回饋信號的溫度感測器、用以提供加熱功率回饋信號的電壓和電流感測器、溫度控制元件114和/或夾持電極之功率饋電、和/或RF過濾器。
圖3A是例示性實施例中使用的基板支持組件112的熱影像。在圖3A中，所有溫度控制元件114都正常運作，且都受到供電使得基板支持組件112具有均勻的溫度。溫度係以任意單位（a.u. :arbitrary units）顯示。這些單位係按比例縮放以最佳地呈現溫度變化。這些任意單位可轉換成標準溫度單位，例如但不限於：凱式溫度、攝氏溫度以及華氏溫度。在一非限制性實施例中，溫度控制元件之總溫度範圍可為2°C、或5°C、 或 20°C。圖3B顯示圖3A中相同基板支持組件的熱影像，但說明在一溫度控制元件114故障、且故障的溫度控制元件114未藉由校正而補償時，基板支持組件112範圍之溫度輪廓如何改變。圖3B顯示故障的溫度控制元件114對於整體溫度分佈和局部溫度變化的影響。例如，故障溫度控制元件114的周圍之溫度約爲0.5a.u.，而不是如圖3A中的約0.82 a.u.。如圖3B中所示，若一溫度控制元件114完全故障，則在故障溫度控制元件114的位置周圍的局部熱均勻性下降。熱均勻性下降導致點缺陷以及降低每一晶圓之晶片良率。在此處描寫的自動校正方法之前，人員不得不接受良率損失、修理溫度控制元件114、或者更換整個基板支持組件112。與此相反，此處描述的方法考慮到偵測一故障溫度控制元件114或一組故障溫度控制元件114，並且將自動校正製程用以校正該故障溫度控制元件114或該組故障溫度控制元件114。
圖4顯示例示性基板支持組件112的俯視圖。圖4中之基板支持組件包含一陣列之溫度控制元件114，且每一溫度控制元件114係藉由獨特識別符號加以標識。在圖4中所示之非限制性實施例中，溫度控制元件114係藉由數字而被獨特地標識。然而溫度控制元件114可藉由任何其他方式(例如，獨特的字母等)加以標識。在圖4之非限制性實施例中，標識爲1、3和5（分別為114a、114b、114c）的溫度控制元件並未正常運作，也就是說其運作已故障。
圖3B是說明故障溫度控制元件114c（亦即，5）在故障溫度控制元件未藉由校正而被補償時對於基板支持組件112熱均勻性的影響之熱影像。
圖5A是包含溫度資料的例示性表格，該溫度資料與未執行故障溫度控制元件之補償時的故障溫度控制元件114a、114b和114c相關。圖5A中表格的第一列顯示當所有溫度控制元件都正常運作(亦即沒有故障溫度控制元件)時基板支持組件112的溫度資料。沒有故障溫度控制元件時，基板支持組件112上最低溫度為0.75 a.u.，基板支持組件112之範圍內的平均溫度為0.82 a.u.，基板支持組件112上最高溫度為0.89 a.u.，且標準差為0.01 a.u.。
圖5A中表格之第二列顯示溫度控制元件114a故障時基板支持組件112之溫度資料。此情況下，基板支持組件112上最低溫度為0.00 a.u.，基板支持組件112之範圍內的平均溫度為0.80 a.u.，基板支持組件112上最高溫度為0.88 a.u.，且標準差為0.08a.u.。
圖5A中表格之第三列顯示溫度控制元件114b故障時基板支持組件112之溫度資料。此情況下，基板支持組件112上最低溫度為0.33 a.u.，基板支持組件112之範圍內的平均溫度為0.80 a.u.，基板支持組件112上最高溫度為0.89a.u.，且標準差為0.05a.u.。
圖5A中表格之第四列（最終列）顯示溫度控制元件114c故障時基板支持組件112之溫度資料。此情況下，基板支持組件112上最低溫度為0.50 a.u.，基板支持組件112之範圍內的平均溫度為0.81a.u.，基板支持組件112上最高溫度為0.89a.u.，且標準差為0.04a.u.。
圖3C是說明故障溫度控制元件114c（亦即，5）在故障溫度控制元件藉由校正而被補償時對於基板支持組件112溫度均勻性的影響之熱影像。補償係藉由調整其他有效溫度控制元件的溫度而發生，並且後續將更詳細討論。
圖5B是包含溫度資料的例示性表格，該溫度資料與執行故障溫度控制元件之補償時的故障溫度控制元件114a、114b和114c相關。圖5B中表格的第一列顯示當所有溫度控制元件都正常運作(亦即沒有故障溫度控制元件)時基板支持組件112的溫度資料。沒有故障溫度控制元件時，基板支持組件112上最低溫度為0.75 a.u.，基板支持組件112之範圍內的平均溫度為0.82 a.u.，基板支持組件112上最高溫度為0.89 a.u.，且標準差為0.01 a.u.。
圖5B中表格之第二列顯示為了校正溫度控制元件114a的故障而執行補償時基板支持組件112之溫度資料。此情況下，基板支持組件112上最低溫度為0.45a.u.，基板支持組件112之範圍內的平均溫度為0.81 a.u.，基板支持組件112上最高溫度為1.00a.u.，且標準差為0.02a.u.。
圖5B中表格之第三列顯示為了校正溫度控制元件114b的故障而執行補償時基板支持組件112之溫度資料。此情況下，基板支持組件112上最低溫度為0.62a.u.，基板支持組件112之範圍內的平均溫度為0.83 a.u.，基板支持組件112上最高溫度為0.92a.u.，且標準差為0.02a.u.。
圖5B中表格之第四列（最終列）顯示為了校正溫度控制元件114c的故障而執行補償時基板支持組件112之溫度資料。此情況下，基板支持組件112上最低溫度為0.71a.u.，基板支持組件112之範圍內的平均溫度為0.83 a.u.，基板支持組件112上最高溫度為0.89a.u.，且標準差為0.01a.u.。
如上所述，特定溫度控制元件114之功率輸出係藉由給定的溫度需求而計算和最佳化，並且功率輸出與溫度之間的關係藉由如圖7、8A和8B中顯示之單元反應矩陣的矩陣給出。功率輸出與溫度之間的關係可由其他非矩陣方法（例如，公式、表格、清單等）代表。
在一例示性實施中，一故障溫度控制元件114或一組故障溫度控制元件114之補償係藉由偵測和停用故障溫度控制元件或複數元件114、以及修正矩陣(例如用來對基板支持組件112中之溫度控制元件114供電以及調整其溫度的單元反應矩陣) 中的參數而達成。矩陣中對應於周圍溫度控制元件114的參數係被調整以使故障溫度控制元件對於整體溫度輸出的影響最小化。此處描述的自動校正方法可顯著地使故障溫度控制元件114的影響最小化。觀測到在鄰近溫度控制元件114的數量較多且與最接近之溫度控制元件114間的距離較小的情況下，自動校正運作得較好。
圖7說明針對溫度控制元件的例示性的單元反應矩陣，並且單元反應矩陣針對每一溫度控制元件114的已知功率輸入給出一二維溫度輸出。換句話說，單元反應矩陣是將溫度控制元件114之功率輸入（p）和溫度反應（T）相聯繫的函數矩陣。例如，藉由方程式p = f(URM, T)。
單元反應矩陣包含以下資訊：1）標識所考慮之特定溫度控制元件114（例如識別符號、索引號碼等）；2）標識溫度控制元件114的空間位置（列數和行數，極坐標（亦即，r、θ）等）；以及3）包含空間位置上的溫度。空間位置是對於任意密度而言基板支持組件112表面上的所有點上之一陣列。例如，取決於量測密度為何，在300mm基板支持組件112之中，可以有一千個位置點、兩萬個位置點、或者五萬個位置點。在一非限制性實施例中，­­線性重疊可被用來從單元反應矩陣中重建完整的空間地圖。
在圖7中，圖左側的功率輸入矩陣包含多功率值p1 、p2 、…pk ，此處k是基板支持組件112陣列中溫度控制元件114的數量。例如，若基板支持組件112有100個溫度控制元件，則k=100。功率輸入矩陣內每一功率值p1 , p2 , …pk 係與功率位準相關。在一非限制性實施例中，功率位準可被數位化並且可有0至x功率位準，此處x是任何整數值，例如若x=100，溫度控制元件114就可設定至101個不連續的功率位準（例如，0、1、2、3、….、100）。功率位準0可以是最低可能功率位準，且功率位準100可以是最高可能功率位準，或反之亦然。也就是說，功率位準100可對應於100%的功率且功率位準0可對應於0%的功率。上述功率位準係例示性，且可由上述方式以外的其他方式代表。
圖7之中間部分顯示說明溫度控制元件對於功率輸入的溫度反應的三維網格。在圖7中，溫度係顯示在z軸上，且位置係顯示在x和y軸上。在一例示性實施例中，所有溫度控制元件係在直接量測的情況下加以量測/計算/模型化。在一例示性實施例中，量測網格係獨立於溫度控制元件114的位置。而且，在一例示性實施例中，溫度控制元件114之溫度的高密度量測係使用熱電偶（TC，thermal couple）、電阻式溫度偵測器（RTD，resistance temperature detector）、紅外（IR，infrared ）攝影機、或任何其他量測溫度的設備而執行。
在圖7中，圖右側的溫度輸出矩陣包含基板支持組件112內各個位置之多個溫度量測值。例如，在圖7中，T11 是基板支持組件112內位置x=1且y=1之溫度值，並且Tmn 是基板支持組件112內位置x=m且y=n之溫度值。換句話說，圖7中所示之溫度矩陣包含基板支持組件112表面上各個位置偵測到之溫度值。。
圖8A以三維代表圖說明例示性單元反應矩陣，且圖8B以二維代表圖說明例示性單元反應矩陣。單元反應矩陣可以二維或三維表示。對三維單元反應矩陣而言，所有k個二維次矩陣被疊加成為圖8A中所示之三維矩陣。此處k是基板支持組件112內溫度控制元件114的數量。對二維矩陣而言，每一二維次矩陣係被向量化（2D至1D）並且向量化的一維矩陣被疊加成為二維矩陣。
在一例示性實施例中，單元反應矩陣係藉由將對應於故障溫度控制元件144之行設定為0、且定義向量T具有等於預定溫度（例如，均勻的0.82 a.u.）之元素而修正。線性方程式p=f(URM, Tin )係以單元反應矩陣對向量功率位準p（例如，100個元素）求解，且p係藉由功率位準之有效數字(例如，100)而被數位化。新向量p係用來計算真實溫度輸出，Tout =f(URM,p)。
圖6是說明實施例之例示性自動校正方法的流程圖。步驟S101中，基板支持組件112內每一溫度控制元件114都受到檢查以查看是否有一或更多表現異常或故障的溫度控制元件114。在一例示性實施例中，一或更多表現異常或故障的溫度控制元件114係藉由溫度偵測器124而加以偵測。舉例而言，溫度偵測器124可為溫度攝影機或任何其他可偵測溫度之設備。在一例示性實施例中，至少一表現異常或故障的溫度控制元件114係藉由執行感測至少一表現異常或故障溫度控制元件114的開路、閉路、或其他狀態的電氣監控而加以偵測。例如，溫度控制元件114之功率可藉由使用方程式P = I2 * R而加以監控，此處P為功率，I為電流，且R為電阻。若溫度控制元件114之受監控功率意外地漂移或落於預定範圍之外，其可判定爲表現異常或故障溫度控制元件114。另外，控制單元116可監控基板支持組件112內每一溫度控制元件114以判定一溫度控制元件114是否爲開路故障狀態、閉路故障狀態，或相對於期望功率輸出發生任何其他變化（例如，在控制功率之例示性方法中，實施方法可以是介於開和關狀態之間基於時間的受控切換而並非控制恆定電流，據此可偵測是否系統未在期望狀態，例如在其應為關狀態時為開狀態）。溫度控制元件114可藉由量測流至每一溫度控制元件114的電流、藉由用歐姆表量測電阻、或藉由使用焦耳計加以監控。
步驟S101中故障溫度控制元件114被偵測到後，方法進行至步驟S103，並且若步驟S101中未偵測到故障溫度控制元件114，方法進行至步驟S107。
步驟S103中，藉由將故障溫度控制元件之單元反應矩陣內功率位準設定為0而將故障溫度控制元件停用。接著，藉由修正單元反應矩陣內其他溫度控制元件之功率位準而補償故障溫度控制元件以産生修正單元反應矩陣（mURM，modified unit response matrix）。任意溫度輪廓之解決方案會使用修正的參數來解析最佳的個別溫度控制元件的輸出。在一例示性實施例中，使用與計算無故障溫度控制元件或複數元件的功率輸出相同之已建立的全域最佳化常用程式（global optimization routine）來產生修正單元反應矩陣。針對單元反應矩陣使用與修正單元反應矩陣相同之常用程式的優點是該常用程式已經被徹底測試，且完全有效溫度控制元件陣列之情況下的結果符合客戶期望。第二優點是只需要維護一編碼基礎。不同於維護兩編碼基礎，任何未來的改良和/或修正只需撰寫程式和檢測一次。
修正參數且使用相同全域最佳化常用程式的另一優點是該常用程式之穩固性，因為其係針對所有功率輸出計算而發展和使用。
另一方法是局部最佳化常用程式，該局部最佳化常用程式僅使用最鄰近的溫度控制元件114而非使用基板支持組件112內所有溫度控制元件114（即爲，全域最佳化常用程式）來補償故障溫度控制元件114。因爲基板支持組件材料具有有限的導熱性，所以補償故障溫度控制元件114的主要作用係由最鄰近溫度控制元件114所給予。若對於最接近相鄰補償使用單獨最佳化演算法，其將必須被發展和測試，這會增加與基板支持組件112相關之整體成本，卻在故障的情況下僅獲得一優點。若將來常用程式被最佳化，成本的差異甚至可能增加。
單元反應矩陣內的修正參數被儲存及代替原始參數用來為溫度控制元件114供電。原始參數的副本也會被儲存在例如控制單元116之儲存裝置118內，以在一故障溫度控制元件114或一組故障溫度控制元件可被再啟用、維修或更換時進行恢復。降低有效溫度控制元件114的數量可能導致總範圍和/或變異範圍降低之全域空間溫度輪廓。
針對多故障溫度控制元件114的補償能力取決於故障溫度控制元件114的位置。舉例而言，最鄰近之溫度控制元件114的同時故障會導致對溫度輪廓更大的影響，同時還有較低的補償該影響之彈性，因為校正的主要部分係由最鄰近溫度控制元件114所完成。然而，若空間上獨立的多溫度控制元件114故障，全域溫度輪廓上之影響會較不嚴重。
在一例示性實施例中，故障溫度控制元件114的影響可由數學方法獲得並傳達給使用者，如製程操作者。舉例而言，使用者被告知關於期望誤差的影響且被要求接受此變化，並且規格會被修正。在一例示性實施例中，使用者僅在特定輪廓超出原始定義規格時被告知且她/他可接受或拒絕每一超出規格的情況。在一例示性實施例中，指示故障或異常溫度控制元件對於基板支持組件的影響之通知係傳送至一設備。舉例而言，在一例示性實施例中，該設備可以是例如智慧型手機、膝上型電腦、平板電腦等。該設備也可是基板支持組件的獨立控制機構，例如，電腦系統。在一例示性實施例中，電腦系統可包含決定影響是否可接受、或規格是否該由於變化而被修正、以及規格該如何因變化而改變的電腦演算法。
修正單元反應矩陣産生後，步驟S105中溫度控制元件114之功率位準係使用修正單元反應矩陣和需求溫度（T）作爲輸入值而計算。例如，藉由使用方程式p = f(mURM, T)。步驟S105後，步驟S109中溫度控制元件114係藉由使用步驟S105中所計算的溫度控制元件114之功率位準而被控制單元116所控制。
步驟S101後若無故障溫度控制元件被偵測到，步驟S107中溫度控制元件114之功率位準係使用單元反應矩陣（未被修正）和需求溫度（T）作為輸入值而計算。步驟S107後，步驟S109中溫度控制元件114係使用步驟S107中所計算的溫度控制元件114之功率位準而被控制單元116所控制。
圖9說明針對一陣列之可獨立控制且位於基板支持組件112之溫度控制板中的溫度控制元件114中至少一表現異常或故障溫度控制元件114的自動校正之例示性方法，其中該基板支持組件在處理過程中支撐半導體基板110。在一例示性實施例中，該陣列包含至少50個溫度控制元件114，並且如圖2中所示，溫度控制板係位於溫度受控底板105和含有至少一靜電夾持電極109的陶瓷層103之間。
該方法包含：步驟S201中，藉由包含處理器裝置120的控制單元116偵測出該陣列之溫度控制元件114中至少一溫度控制元件114a表現異常或其運作已故障。如上所述，舉例而言，表現異常或故障的溫度控制元件114a可藉由溫度偵測器124、電器監控等而被偵測。
步驟S203包含藉由控制單元116停用至少一表現異常或故障的溫度控制元件114a。在一例示性實施例中，停用係藉由停止向至少一表現異常或故障溫度控制元件114a供應功率而執行。舉例而言，藉由將單元反應矩陣內對應於表現異常或故障溫度控制元件114a的功率變數調整為零功率位準。另外，若表現異常溫度控制元件被卡在閉路狀況，則其總為供電狀態，且此事實也可藉由調整基板支持組件112中其他溫度控制元件114而被補償。
步驟S205包含藉由控制單元116修正溫度控制板中至少一有效溫度控制元件114之功率位準，以使表現異常或故障溫度控制元件114a在至少一表現異常或故障溫度控制元件114a的位置上對於期望溫度輸出的影響最小化。在一例示性實施例中，被修正的至少一有效溫度控制元件114係與至少一表現異常或故障溫度控制元件114a相鄰近的溫度控制元件。在一例示性實施例中，被修正之至少一有效溫度控制元件114係在離該至少一表現異常或故障溫度控制元件一預定距離之半徑內的複數溫度控制元件114。
在一例示性實施例中，在S205之修正步驟期間，使用矩陣將溫度控制元件114之功率輸入關聯至溫度控制元件114之溫度輸出。舉例而言，矩陣可包含向量。在一例示性實施例中，在S205之修正步驟期間，使用單元反應矩陣。舉例而言，可使用如圖7、8A和8B中所示之單元反應矩陣。
在一例示性實施例中，步驟S205中，取代修正溫度控制板內至少一有效溫度控制元件114之功率位準，控制單元116藉由不修正溫度控制板內任何有效溫度控制元件114之功率位準而使溫度最佳化，使得表現異常或故障溫度控制元件114在至少一表現異常或故障溫度控制元件114的位置對於期望溫度輸出的影響最小化。換言之，在某些情況下，故障溫度控制元件或複數元件114係開路狀態且不向系統供熱時，最佳解決辦法可以是維持（且不變動）有效溫度控制元件114之功率位準。
在一例示性實施例中，圖9之方法包含基於期望溫度輸出和將溫度控制元件的功率輸入關聯至溫度控制元件114的溫度輸出之矩陣，計算溫度控制板之溫度控制元件114的功率輸入。
一例示性方法包含在電漿處理腔室122內處理半導體基板110，在該電漿處理腔室122內，半導體基板110被支撐於具有溫度控制板的基板支持組件112上，該溫度控制板具有藉由上述和圖9中所示之方法所自動校正的溫度控制元件114之陣列。例示性方法也包含電漿處理半導體基板110，同時在半導體基板110上控制徑向和方位角溫度輪廓。在一例示性實施例中，電漿處理包含電漿蝕刻。
在一例示性實施例中，非暫態電腦可讀儲存媒體（例如，RAM、ROM、DVD、藍光碟片等）儲存指令，其在由處理器（CPU等）執行時，執行上述自動校正方法。
基板支持組件可具有加熱器區域/冷卻器區域之各種配置，該加熱器區域/冷卻器區域藉由溫度控制元件114而被加熱/冷卻。見例如共同受讓的美國公開申請案2011/0092702、2012/0115254、 2012/0068750、 2013/0072035、 2013/0220989、2013/0270250、2014/0048529、 2014/0110060、以及 2014/0047705，其全部之整體內容係併入於此以供參考。
儘管上文已描述本揭示方法之多種例示性實施例，應理解其係僅針對例示而非限制之目的呈現。其並非詳盡無遺且不將本揭示內容限制於所揭露的精確形式。在不脫離範圍和內容的情況下，基於以上教示的修改與變化係有可能或可從本揭示內容的實行中獲取。
101‧‧‧平面熱區域
102‧‧‧氣體源
103‧‧‧陶瓷層
104‧‧‧氣體管線
105‧‧‧溫度受控底板
106‧‧‧射頻電源
107‧‧‧熱阻隔層
108‧‧‧上噴淋頭電極
109‧‧‧電極
110‧‧‧基板
111A‧‧‧電絕緣層
111B‧‧‧電絕緣層
112‧‧‧基板支持組件
113‧‧‧溝道
114‧‧‧溫度控制元件
114a‧‧‧溫度控制元件
114b‧‧‧溫度控制元件
114c‧‧‧溫度控制元件
114d‧‧‧溫度控制元件
116‧‧‧控制單元
118‧‧‧儲存裝置
120‧‧‧處理器裝置
122‧‧‧腔室
124‧‧‧溫度偵測器
S101‧‧‧步驟
S103‧‧‧步驟
S105‧‧‧步驟
S107‧‧‧步驟
S109‧‧‧步驟
本揭示內容之範圍係於結合隨附圖式閱讀時由以下例示性實施例的詳細描述獲得最佳瞭解。圖式中包含以下的圖：
圖1說明根據例示性實施例可使用的系統架構。
圖2說明例示性實施例中使用的基板支持組件。
圖3A-C是例示性實施例中使用的基板支持組件之熱影像。
圖4是例示性基板支持組件之俯視圖。
圖5A是包含與不執行補償時不良溫度控制元件相關之溫度資料的例示性表格。
圖5B是包含與執行補償時不良溫度控制元件相關之溫度資料的例示性表格。
圖6是說明實施例之例示性方法的流程圖。
圖7說明根據例示性實施例可使用的例示性單元反應矩陣。
圖8A-B說明根據例示性實施例可使用的複數例示性單元反應矩陣。
圖9是說明實施例之例示性方法的流程圖。
本揭示內容的進一步應用領域由以下提供之詳細描述當可更加明白。應理解例示性實施例的詳細描述僅意在說明之目的，並且因此其意並非必定限制本揭示內容之範圍。

Claims (22)

  1. 一種溫度控制元件陣列中至少一失效溫度控制元件的自動校正方法，該溫度控制元件陣列係可獨立控制，且位於一基板支持組件之一溫度控制板中，該基板支持組件在一半導體基板之處理過程中支撐該半導體基板，該方法包含：偵測步驟，藉由包含一處理器的一控制單元偵測出該溫度控制元件陣列之至少一溫度控制元件係失效的；停用步驟，藉由該控制單元停用該至少一失效溫度控制元件；以及修正步驟，藉由該控制單元修正該溫度控制板內至少一有效溫度控制元件之一功率位準，以使該至少一失效溫度控制元件在該至少一失效溫度控制元件的位置對於期望溫度輸出的影響最小化，其中該至少一失效溫度控制元件係藉由執行電氣監控而被偵測，該電氣監控感測該至少一失效溫度控制元件的開路、閉路、或改變狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項的溫度控制元件陣列中至少一失效溫度控制元件的自動校正方法，其中該停用步驟係藉由停止向該至少一失效溫度控制元件供應功率而執行。
  3. 如申請專利範圍第1項的溫度控制元件陣列中至少一失效溫度控制元件的自動校正方法，其中被修正之該至少一有效溫度控制元件係與該至少一失效溫度控制元件鄰近的一溫度控制元件。
  4. 如申請專利範圍第1項的溫度控制元件陣列中至少一失效溫度控制元件的自動校正方法，其中在該修正步驟期間，使用將一溫度控制元件之功率輸入關聯至該溫度控制元件之溫度輸出的一矩陣。
  5. 如申請專利範圍第4項的溫度控制元件陣列中至少一失效溫度控制元件的自動校正方法，其中該矩陣包含向量。
  6. 如申請專利範圍第1項的溫度控制元件陣列中至少一失效溫度控制元件的自動校正方法，更包含：基於一期望溫度輸出和將溫度控制元件的功率輸入關聯至該溫度控制元件的溫度輸出之一矩陣，計算該溫度控制板的該溫度控制元件之功率輸入。
  7. 如申請專利範圍第1項的溫度控制元件陣列中至少一失效溫度控制元件的自動校正方法，其中在該修正步驟期間，使用一單元反應矩陣。
  8. 如申請專利範圍第1項的溫度控制元件陣列中至少一失效溫度控制元件的自動校正方法，其中指示失效溫度控制元件對於該基板支持組件的影響之一通知被傳送至一設備。
  9. 一種溫度控制元件陣列中至少一失效溫度控制元件的自動校正方法，該溫度控制元件陣列係可獨立控制，且位於一基板支持組件之一溫度控制板中，該基板支持組件在一半導體基板之處理過程中支撐該半導體基板，該方法包含：偵測步驟，藉由包含一處理器的一控制單元偵測出該溫度控制元件陣列之至少一溫度控制元件係失效的；停用步驟，藉由該控制單元停用該至少一失效溫度控制元件；以及修正步驟，藉由該控制單元修正該溫度控制板內至少一有效溫度控制元件之一功率位準，以使該至少一失效溫度控制元件在該至少一失效溫度控制元件的位置對於期望溫度輸出的影響最小化，其中該溫度控制元件陣列包含至少50個溫度控制元件，且該溫度控制板係位於一溫度受控底板和包含至少一靜電夾持電極的一介電層之間。
  10. 一種非暫態電腦可讀儲存媒體，其儲存指令，在被一處理器執行時，該指令針對溫度控制元件陣列中至少一失效溫度控制元件執行一實施自動校正的方法，該溫度控制元件陣列可獨立控制且位於一基板支持組件之一溫度控制板中，該基板支持組件在一半導體基板之處理過程中支撐該半導體基板，該方法包含：偵測步驟，偵測出該溫度控制元件陣列之至少一溫度控制元件係失效的；停用步驟，停用該至少一失效溫度控制元件；以及修正步驟，修正該基板支持組件中至少一有效溫度控制元件之一功率位準，以使該至少一失效溫度控制元件在該至少一失效溫度控制元件的該位置對於期望溫度輸出的影響最小化，其中該至少一失效溫度控制元件係藉由執行電氣監控而被偵測，該電氣監控感測該至少一失效溫度控制元件的開路、閉路、或改變狀態。
  11. 如申請專利範圍第10項的非暫態電腦可讀儲存媒體，其中該停用步驟係藉由停止向該至少一失效溫度控制元件供應功率而執行。
  12. 如申請專利範圍第10項的非暫態電腦可讀儲存媒體，其中被修正之該至少一有效溫度控制元件係與該至少一失效溫度控制元件鄰近的一溫度控制元件。
  13. 如申請專利範圍第10項的非暫態電腦可讀儲存媒體，其中在該修正步驟期間，使用將一溫度控制元件之功率輸入關聯至該溫度控制元件之溫度輸出的一矩陣。
  14. 如申請專利範圍第13項的非暫態電腦可讀儲存媒體，其中該矩陣包含向量。
  15. 如申請專利範圍第10項的非暫態電腦可讀儲存媒體，其中該方法更包含：基於一期望溫度輸出和將一溫度控制元件的功率輸入關聯至該溫度控制元件的溫度輸出之一矩陣，計算該基板支持組件之該溫度控制元件的功率輸入。
  16. 如申請專利範圍第10項的非暫態電腦可讀儲存媒體，其中在該修正步驟期間，使用一單元反應矩陣。
  17. 一種非暫態電腦可讀儲存媒體，其儲存指令，在被一處理器執行時，該指令針對溫度控制元件陣列中至少一失效溫度控制元件執行一實施自動校正的方法，該溫度控制元件陣列可獨立控制且位於一基板支持組件之一溫度控制板中，該基板支持組件在一半導體基板之處理過程中支撐該半導體基板，該方法包含：偵測步驟，偵測出該溫度控制元件陣列之至少一溫度控制元件係失效的；停用步驟，停用該至少一失效溫度控制元件；以及修正步驟，修正該基板支持組件中至少一有效溫度控制元件之一功率位準，以使該至少一失效溫度控制元件在該至少一失效溫度控制元件的位置對於期望溫度輸出的影響最小化，其中該溫度控制元件陣列包含至少50個溫度控制元件，且該溫度控制板係位於一溫度受控底板和包含至少一靜電夾持電極的一介電層之間。
  18. 一種在一處理腔室內處理一半導體基板的方法，在該電漿處理腔室內，該半導體基板係被支撐於具有溫度控制板的基板支持組件上，該溫度控制板具有藉由申請專利範圍第1項中所述之方法自動校正的溫度控制元件陣列，該方法包含：處理該半導體基板，同時控制該半導體基板之範圍內的一徑向和方位角溫度輪廓。
  19. 如申請專利範圍第18項的在一處理腔室內處理一半導體基板的方法，其中該處理包含電漿蝕刻。
  20. 如申請專利範圍第18項的在一處理腔室內處理一半導體基板的方法，其中該處理包含沉積製程。
  21. 如申請專利範圍第18項的在一處理腔室內處理一半導體基板的方法，其中該處理包含清洗製程。
  22. 一種溫度控制元件陣列中至少一失效溫度控制元件的自動校正方法，該溫度控制元件陣列係可獨立控制，且位於一基板支持組件之一溫度控制板中，該基板支持組件在一半導體基板之處理過程中支撐該半導體基板，該方法包含：偵測步驟，藉由包含一處理器的一控制單元偵測出該溫度控制元件陣列之至少一溫度控制元件係失效的；停用步驟，藉由該控制單元停用該至少一失效溫度控制元件；以及維持步驟，藉由該控制單元維持該溫度控制板內所有有效溫度控制元件之功率位準，以使該至少一失效溫度控制元件在該至少一失效溫度控制元件的位置對於期望溫度輸出的影響最小化，其中該至少一失效溫度控制元件係藉由執行電氣監控而被偵測，該電氣監控感測該至少一失效溫度控制元件的開路、閉路、或改變狀態。
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