TWI791558B

TWI791558B - 用於半導體基板處理室的溫度控制的方法、非暫時性機器可讀儲存媒體以及系統

Info

Publication number: TWI791558B
Application number: TW107124730A
Authority: TW
Inventors: 希曼Ｐ慕傑卡; 葛尼斯巴拉蘇拔馬尼安; 鈴木洋一; 艾比杜亞西斯克哈嘉
Original assignee: 美商應用材料股份有限公司
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2023-02-11
Also published as: TW201921202A

Abstract

本文描述了一種處理室和用於利用熱控制處理處理室中的基板的處理方法。該方法包括在第一處理操作期間使用加熱器裝置加熱第一基板。加熱器裝置在第一處理操作的至少第一部分期間具有第一設定點。第一基板設置在處理室中的靜電卡盤的基板支撐表面上。該方法還包括確定對應於靜電卡盤中的電阻率變化的第一參數變化，基於第一參數變化確定加熱器裝置的第二設定點，以及將加熱器裝置控制到第二設定點。

Description

用於半導體基板處理室的溫度控制的方法、非暫時性機器可讀儲存媒體以及系統

本公開的實現一般涉及用於處理基板(例如半導體基板)的裝置。更具體地，涉及用於半導體基板的處理室的溫度控制。

在處理室中的基板處理中，將基板放置在處理室中的基板支撐件上，同時在處理室中維持合適的處理條件，以在基板的表面上沉積、蝕刻、形成層或以其他方式處理基板的表面。可以使用高溫電漿處理環境在處理室中處理基板。在處理期間對於基板的關鍵特性重要的一個處理條件是基板溫度。基板溫度為在處理室中被處理的基板的溫度。基板溫度需要維持在目標基板溫度，以實現正在製造的基板的高公差。

隨著基板的特徵尺寸減小並且處理室中的溫度增加，需要將處理的基板的基板溫度維持在目標基板溫度。基板的處理對處理期間的溫度波動高度敏感，並且控制基板的基板溫度對於實現被處理基板的高公差是必要的。

處理室中的基板支撐件可包括加熱器裝置，其用於加熱處理室的處理容積和由基板支撐件支撐的基板。加熱器裝置具有加熱器溫度設定點，該加熱器溫度設定點確定加熱器裝置的熱輸出。控制加熱器裝置以具有選定的加熱器溫度設定點，以將基板溫度維持在目標基板溫度。

需要一種用於在處理期間控制基板溫度的方法和裝置。

在一個實施方式中，一種方法包括在第一處理操作期間使用加熱器裝置加熱第一基板。加熱器裝置在第一處理操作的至少第一部分期間具有第一設定點。第一基板設置在處理室中的靜電卡盤的基板支撐表面上。該方法還包括確定對應於靜電卡盤中的電阻率變化的第一參數變化，基於第一參數變化決定加熱器裝置的第二設定點，以及將加熱器裝置控制到第二設定點。

在另一實施方式中，一種方法包括執行多個第一處理運行以處理多個第一基板。在第一次處理運行的每一者期間處理多個第一基板中的至少一個。該方法還包括控制加熱器裝置，使其在多個第一處理運行期間具有第一設定點，以及確定第一參數變化。第一參數的變化對應於在多個第一處理運行過程中設置在處理室中的靜電卡盤中的多個第一電阻率的變化。該方法還包括在多個第二處理運行期間基於第一參數變化確定加熱器裝置的第二設定點，執行多個第二處理運行以處理多個第二基板，以及將加熱器裝置控制到第二設定點。

在另一實施方式中，非暫時性機器可讀儲存媒體上儲存有用於處理處理室中的基板的電腦程式。該電腦程式包括一組指令，該等指令用於使處理室執行一處理，該處理包括在第一處理操作期間使用加熱器裝置加熱第一基板。加熱器裝置在第一處理操作的至少第一部分期間具有第一設定點，並且第一基板設置在處理室中的靜電卡盤的基板支撐表面上。該方法還包括確定對應於靜電卡盤中的電阻率變化的第一參數變化，基於第一參數變化確定加熱器裝置的第二設定點，以及將加熱器裝置控制到第二設定點。

100:處理室

102:腔室主體

104:基板支撐組件

106:蓋組件

108:頂部電極

110:隔離器

112:氣體分配器

114:導管

116:氣體混合區域

118:開口

120:處理空間

126:狹縫閥開口

142:電源

144:軸

152:排氣口

154:基板

160:靜電卡盤

162:電極

164:介電材料

166:電極電源

168:電極控制線

170:加熱器裝置

172:加熱器電源

174:加熱器控制線

176:加熱器元件

178:漏電流傳感器

180:基板支撐表面

182:加熱器溫度傳感器

184:傳感器控制線

186:系統控制器

200:箭頭

202:箭頭

204:第一水平面

206:第二平面

208:第三水平軸

210:記憶體

212:CPU

214:輸入/輸出設備

216:地

500:基板分離線

502:電極分離線

504:第一線

506:第二線

900:控制方法

902:框

904:框

906:框

908:框

因此，可以詳細地理解本公開的上述特徵的方式，藉由參考本公開的方面，可以獲得以上簡要概述的本公開的更具體的描述，其中一些在附圖中示出。然而，應注意，附圖僅示出了本公開的典型方面，因此不應視為限制其範圍，因為本公開可允許其他同等有效的方面。

圖1是可用於一種實施方式的處理室的示意性剖視圖。

圖2是圖1的處理室的基板支撐組件的放大的示意性剖視圖。

圖3是耦合到電極電源、漏電流傳感器和系統控制器的，對於一種實施方式是有用的靜電卡盤的示意性剖視圖。

圖4是示出根據一種實施方式的在圖1的處理室的基板支撐組件處在不同加熱器溫度設定點TH處測量的漏電流IL的曲線圖。

圖5是示出根據另一實施方式的非傳感器基板溫度和傳感器基板溫度的檢測溫度與深度的關係的圖表。

圖6是示出根據另一實施方式的漏電流IL和基板溫度的圖表。

圖7是示出根據另一實施方式的漏電流隨時間變化的圖表。

圖8是示出根據另一實施方式的加熱器溫度設定點隨時間的變化的圖表。

圖9是根據另一實施方式的基板的處理方法的流程圖。

為了便於理解，在可能的情況下，使用相同的附圖標記來表示附圖中共有的相同元件。另外，一個示例的元件可以有利地適於在本文描述的其他示例中使用。

本公開一般涉及用於檢測和/或控制在處理室中處理的基板的溫度的方法和裝置。該方法和裝置提供處理室的處理容積中的基板的熱控制。在一個實施方式中，具有介電材料和電極的靜電卡盤(ESC)用作基板溫度傳感器。將夾持電壓施加到電極上以在基板上產生夾持力。在處理室中處理基板期間，漏電流流過靜電卡盤的介電質和電極，並由漏電流傳感器測量。漏電流的變化對應於基板溫度的變化。加熱器的溫度設定點是由一個使用來自基板溫度傳感器的漏電流參數的系統控制器加以調節。系統控制器至少部分地基於來自漏電流傳感器的漏電流資訊來調節加熱器溫度設定點。系統控制器調節加熱器溫度設定點，以在處理室中的處理操作的至少一部分期間將基板溫度維持在目標基板溫度。

圖1是根據本公開的一個方面的處理室100的剖視圖。處理室100可以是適於蝕刻基板的蝕刻腔室，例如基板154。可適於如本文所述受益的處理室的實例是PRODUCER^R蝕刻處理室和PRECISION^TM處理室，其可從位於加利福尼亞州聖克拉拉市的應用材料公司(Applied Materials，Inc.)商購獲得。也可以使用其他處理室，包括來自其他製造商的處理室。

處理室100可用於各種電漿處理，包括沉積和去除處理。在一個方面，處理室100可用於利用一種或多種蝕刻劑執行乾式蝕刻。例如，處理室100可用於由前體CxFy(其中x和y代表已知化合物)、O2、NF3或其組合形成電漿。在另一實施方式中，處理室100可用於具有一種或多種化學試劑的電漿增強化學氣相沉積(PECVD)。

處理室100包括腔室主體102、蓋組件106和基板支撐組件104。蓋組件106定位在腔室主體102的上端。圖1的蓋組件106和基板支撐組件104可以與任何處理室一起用於電漿或熱處理。來自其他製造商的腔室也可以與上述部件一起使用。基板支撐組件104設置在腔室主體102的內部；且蓋組件106耦合至腔室主體102且將該基板支撐組件104包圍在處理容積120中。腔室主體102包括形成在其側壁中的狹縫閥開口126。狹縫閥開口126選擇性地打開和關閉，以允許藉由基板處理機器人(未示出)進入處理容積120以進行基板傳送。示出的排氣口152延伸穿過腔室主體102。

頂部電極108可以鄰近腔室主體102設置，並將腔室主體102與蓋組件106的其他部件分開。頂部電極108可以是蓋組件106的一部分，或者可以是單獨的側壁電極。

隔離器110(其可以是諸如陶瓷或金屬氧化物的介電材料，例如氧化鋁和/或氮化鋁)接觸頂部電極108並將頂部電極108與氣體分配器112和腔室主體102電氣地和熱地分開。氣體分配器112具有開口118而用於允許處理氣體進入處理容積120。處理氣體可以經由導管114供應到處理室100，並且處理氣體可以在流過開口118之前進入氣體混合區域116。氣體分配器112可以耦合到電源142，例如RF發生器。也可以使用DC電源，脈衝DC電源和脈衝RF電源。

基板支撐組件104可包括設置在其上端的基板支撐表面180。基板支撐組件104可以由金屬或陶瓷材料形成，例如金屬氧化物或氮化物或氧化物/氮化物混合物、例如鋁、氧化鋁、氮化鋁或氧化鋁/氮化物混合物。基板支撐表面180被配置為支撐基板154以進行處理。基板支撐表面180可以通過軸144耦合到提昇機構，軸144延伸穿過腔室主體102的底表面。提昇機構可以通過波紋管柔性地密封到腔室主體102，該波紋管防止真空從軸144周圍洩漏。提昇機構允許基板支撐表面180在腔室主體102內在下部傳送位置和多個升高的處理位置之間垂直移動。

靜電卡盤(ESC)160設置在基板支撐組件104中。靜電卡盤160包括一個或多個電極162和介電材料164。在一些實施方式中，靜電卡盤160的介電材料164形成基板支撐表面180。在圖1中四個電極162由虛線描繪。介電材料164可以是適用於靜電卡盤的任何介電材料。在靜電卡盤160的實施方式中，介電材料可包括氧化物/氮化物混合物，例如鋁、氧化鋁、氮化鋁或氧化鋁/氮化物混合物。

電極162可以嵌入介電材料164中。電極162可以嵌入基板支撐組件104內或者耦合到基板支撐組件104的表面。所述一個或多個電極162可以是板、多孔板、網、金屬絲網，或任何其它分佈式佈置。一個或多個電極162可以透過電極控制線168耦合到電極電源 166，以向電極162提供功率並且有助於在處理基板154期間夾持基板154。電極電源166在圖2中被描繪為VESC並且包括地216。

用電極電源166為電極162供電產生電場以吸引基板154朝向電極162和基板支撐表面180，從而將基板154固定到基板支撐組件104的基板支撐表面180。電極控制線168可以是電纜。電極電源166可以將DC電壓施加到電極162。漏電流傳感器178經由電極電源166耦合到電極162，以測量在基板154和電極162之間流動的漏電流。在一些實施方式中，漏電流傳感器178可直接耦合到電極控制線168。

在一些實施方式中，基板支撐組件104可包括額外電極162，以用於與頂部電極108組合以在基板154的處理期間產生電漿。使用設置在基板支撐組件104中或靠近基板支撐組件104以產生電漿的頂部電極108和附加電極162可以具有多種實施方式。另外，一個或多個電極162可以與頂部電極108結合使用，以在處理基板154期間產生電漿。

在一些實施方式中，電極電源166以例如大約13.56MHz的頻率提供高達約1000W(但不限於約1000W)的RF能量，但是可以提供其他頻率和功率，這取決於應用。電極電源166可以是能夠產生連續或脈衝功率的一者或兩者的。在一些方面，偏置源可以是DC或脈衝DC源。在一些方面，偏置源可以能夠提供多個頻率，例如13.56MHz和2MHz。

基板支撐組件104還包括設置在其中的加熱器裝置170。加熱器裝置170用於加熱基板154，並且可以在處理基板154期間偶然加熱處理室100的處理容積120。加熱器裝置170透過加熱器控制線174耦合到加熱器電源172。加熱器裝置170可包括輸出熱量的加熱器元件176。加熱器元件176可以採用加熱器線圈的形式，該加熱器線圈藉由使電流流過而輸出熱量。加熱器裝置170可以具有各種實施方式。基板支撐組件104中的導管(未示出)可以在加熱器裝置和基板支撐表面180與處理容積120之間提供通路，以便於將熱量施加到基板154。在一些實施方式中，加熱器裝置170可以設置在基板支撐組件104的外部並且靠近處理容積120，以在用於處理基板154的處理操作期間加熱基板154。加熱器裝置170可設置在蓋組件106中。

加熱器溫度傳感器182用於確定加熱器裝置170的溫度。加熱器溫度傳感器182可以使用熱電偶確定所述加熱器裝置溫度。加熱器溫度傳感器182可以是用於測量加熱器裝置170的溫度的其他傳感器的形式，包括熱敏電阻和晶格振動傳感器。加熱器溫度傳感器182藉由傳感器控制線184耦合至系統控制器186。系統控制器186耦合至加熱器電源172以控制加熱器裝置170的溫度。系統控制器186可以調節加熱器裝置170的參數來調節和控制加熱器裝置170的溫度。系統控制器186還耦合到漏電流傳感器178。漏電流傳感器178發送包括漏電流參數的資訊，該資訊對應於在基板和電極162之間流動的漏電流。

在一個示例中，系統控制器186可以是包括用於儲存軟體的記憶體210的通用電腦，如圖2所示。軟體可以包括用於控制處理室100，包括加熱器裝置170的溫度以在處理期間控制基板154的溫度的指令，如下面進一步論述的。

參考圖2，示出了處理室100的基板支撐組件104的放大示意性剖視圖，該基板支撐組件耦合到電極電源166、加熱器電源172和系統控制器186。加熱器裝置170與基板支撐表面180和基板154分開一加熱器距離，該加熱器距離由設置在由基板支撐表面180限定的第一水平面204和從加熱器裝置170延伸的第二平面206之間的箭頭200表示。

電極162與基板支撐表面180和基板154分開一電極距離，該電極距離由在第一水平面204和從電極162延伸的第三水平軸208之間延伸的箭頭202表示。如圖2所示，靜電卡盤160的電極162設置在加熱器裝置170和基板支撐表面180之間。在這種情況下，電極162比加熱器裝置170更靠近基板支撐表面180和基板154。例如，在說明性實施方式中，處理室100的電極距離為約1毫米，並且加熱器距離為約4毫米。

在一個實施方式中，加熱器溫度傳感器182包括位於加熱器元件176附近的熱電偶，以測量加熱器裝置170的加熱器溫度。(至少部分地)由於支撐基板154的基板支撐表面180與加熱器裝置170之間的距離，加熱器溫度可以與基板154處理期間的基板溫度不同。系統控制器186控制加熱器電源172和加熱器裝置170，使得加熱器裝置170被控制到加熱器溫度設定點，以在基板154的處理操作期間將基板154維持在目標基板溫度。

在一些實施方式中，處理操作在基板154被裝載到處理室100中時開始，並且在基板154從處理室100移除時結束。當基板154被裝載到處理室100中時開始並且當從處理室100移除基板154時結束的處理操作可以被稱為處理運行。在其他實施方式中，處理操作持續一指定的時間期間，同時基板154被裝載到處理室100中。在一些實施方式中，目標基板溫度可為攝氏575度至攝氏700度。加熱器裝置170由系統控制器186所控制，以在基板154的處理操作期間維持目標基板溫度。

在基板154的處理操作期間維持目標基板溫度意味著在處理操作期間基板的溫度維持在公差溫度範圍內。例如，在處理操作期間，公差溫度範圍可以是攝氏三度。例如，若目標基板溫度是攝氏600度，則在處理操作期間基板154的容許溫度範圍將在攝氏599度和攝氏601度之間。例如，基板溫度可以偏離攝氏600度的目標基板溫度。透過將基板溫度維持在基板溫度公差範圍內，將基板溫度控制到目標基板溫度。在其他實施方式中，對於正在處理的基板，公差溫度範圍可以是攝氏二度。

用於處理基板154的操作例程，操作資訊和操作參數(包括漏電流參數和參數變化)可以儲存在系統控制器186中。另外，根據所公開的實施方式，加熱器溫度設定點和對應於漏電流參數的操作參數可以儲存在查找表中或以另外方式提供用於調節加熱器裝置以將基板溫度維持在目標基板溫度的資訊。

系統控制器186可以具有記憶體210、CPU 212和輸入/輸出設備214。系統控制器186使用操作例程和操作資訊來控制處理室100的操作。基板溫度例程用於在基板154的處理操作期間將基板溫度維持在目標基板溫度。基板溫度例程可以儲存在記憶體210中或儲存在非暫時性機器可讀儲存媒體上。非暫時性機器可讀儲存媒體，其上儲存有用於處理處理室100中的基板154的電腦程式。該電腦程式包括用於使處理室100在基板154上執行處理的設定指令的例程。

為了處理基板154，操作處理室100以在處理操作期間具有可在操作時間段內延伸的目標基板溫度。加熱器裝置170具有加熱器溫度設定點，該加熱器溫度設定點使用處理室100的經驗數據建立以實現目標基板溫度。經驗數據可以用於在維護週期內操作處理室100。維護週期可以在多天或數周內用於處理室100的多個處理運行，其中多個基板154會被處理。

在一些實施方式中，第一加熱器溫度設定點可以在第一維護週期期間用於多次運行。在第一維護週期結束時，維護週期可發生，其中在處理室100上執行維護操作。也可以在維護期間執行品質控制操作。

品質控制操作可以包括將加熱器溫度設定點校準到由基板溫度傳感器測量的基板溫度，基板溫度傳感器可以包括紅外溫度傳感器和熱電偶。品質控制操作減少了處理室100製造基板154的時間量。另外，品質控制中使用的基板154可能透過與溫度傳感器接觸而被污染。另外，諸如紅外溫度傳感器和熱電偶的基板溫度傳感器可能使處理室100的設計複雜化。在完成品質控制操作之後，接著可以將處理室100重新投入生產，以在隨後的維護週期中進行額外的處理運行。透過使用漏電流作為溫度的指示，可以盡量減少重新校準和/或複雜的溫度感測。

在處理操作期間，使用來自加熱器溫度傳感器182的加熱器傳感器資訊測量加熱器溫度。加熱器傳感器資訊被發送到系統控制器186。系統控制器186可以使用加熱器傳感器資訊來調節加熱器電源172以控制提供給加熱器裝置170的功率。調節來自加熱器裝置170的功率以增加或減少加熱器輸出，使得加熱器裝置170具有已經選擇的加熱器溫度設定點。

系統控制器186可以使用經驗數據或其他資訊來確定對應於目標基板溫度的加熱器溫度設定點。在一些實施方式中，系統控制器186可以控制加熱器電源172以向加熱器裝置170提供功率，使得加熱器裝置170在已經選擇的加熱器溫度設定點處輸出熱量。對於電漿處理操作，加熱器溫度設定點可以在攝氏575至700度的溫度範圍內。在其他基板處理操作中，加熱器溫度設定點範圍可以是攝氏560至650度，或者加熱器溫度設定點範圍可以是其他溫度範圍。

可以使用經驗數據和其他資訊而基於加熱器溫度設定點來推斷處理操作期間的目標基板溫度。然而，對於選定的加熱器溫度設定點，基板溫度可在基板的處理操作期間變化。加熱器溫度設定點的基板溫度的變化可能是由於對基板154的各種熱輸入和輸出。例如，處理室100的輻射邊界條件可能由於處理室100中的部件表面上的塗層或部件老化，包括圍繞處理容積120的部件而改變。

處理室100中的腔室部件的表面可以在處理期間通過沉積物塗覆。對於維護週期中的每個額外處理運行，塗層可逐漸增加。在每次處理運行期間逐漸增加處理室100中的塗層可導致處理室100的操作的改變。例如，當塗層變厚時，給定的加熱器設定點可能導致不同的基板溫度。

基板溫度可能受到各種因素的影響。電漿功率可以添加熱源以在處理操作期間向基板154提供熱輸入。另外，由於各種原因，包括電漿耦合和發射率的變化，處理室100中的某些部件可以在不同的溫度下操作。這些不同的條件可能導致在處理操作期間在選定的加熱器溫度設定點處輸入到基板154的熱量和基板溫度的變化。

如下所述，加熱器裝置170可以從在第一處理運行中使用的第一加熱器溫度設定點被調節到在第二處理運行中使用的第二加熱器溫度設定點。可以針對不同的處理運行加以調節加熱器溫度設定點，因為處理室100中的操作環境對於每個處理運行可以是不同的。透過調節用於不同的處理運行的加熱器溫度設定點，儘管對於不同的處理運行改變了環境條件(例如老化部件上的塗層增加)，仍然對於不同的處理運行維持基板溫度。

系統控制器186使用來自靜電卡盤160的漏電流來確定基板溫度。漏電流對應於基板溫度，因此漏電流的變化可用於確定基板溫度如何由於到基板之各種熱輸入和輸出而改變。確定基板溫度如何在選定的加熱器溫度設定點處改變提供了一資訊，該資訊係用於確定對所選加熱器溫度設定點的調節，而用以將基板溫度維持在目標基板溫度。可以對一個或多個後續處理運行進行對加熱器溫度設定點的調節。在一些實施方式中，在第一處理操作中確定基板溫度的變化，並且在第一處理操作期間進行從第一加熱器溫度設定點到第二加熱器溫度設定點的加熱器溫度設定點的調節以維持基板溫度。

如圖3所示，基板154和電極162處於不同的電壓，如基板154上的負符號和電極162上的正符號所示。基板154和電極162由介電材料164分開。漏電流流過介電材料164、電極電源166和漏電流傳感器178。漏電流傳感器178可以以傳統方式感測漏電流或與漏電流相對應的漏電流參數。漏電流傳感器178通常用於測量與靜電卡盤相關的漏電流。漏電流資訊(包括對應於漏電流的漏電流參數)從漏電流傳感器178傳輸到系統控制器186。

來自靜電卡盤160的漏電流可用於確定基板溫度，因為漏電流隨溫度而變化。在一些實施方式中，由漏電流確定的基板溫度可以是基板支撐表面180的頂部或介電材料164的頂部的溫度。由於基板支撐表面180和介電材料164緊密接近基板154，基板支撐表面180的頂部和介電材料164的溫度可用於表示基板溫度。

圖4示出了在表示為TH的不同加熱器溫度下測量的表示為IL的漏電流的圖。如圖所示，隨著加熱器溫度的升高，漏電流增加。當加熱器溫度在大約攝氏575度和更高的溫度範圍內增加時，靜電卡盤160的介電材料164的漏電流增加。例如，加熱器裝置170可以在攝氏575度和攝氏700度之間的範圍內操作。在其他實施方式中，加熱器裝置170可以在攝氏560度和攝氏650度之間的範圍內操作。在其他實施方式中，加熱器裝置170可以在其他溫度範圍內操作。

介電材料164形成漏電路的一部分，該漏電路包括基板154、電極162和電極電源166。隨著基板154 的溫度增加，漏電流增加。漏電流增加是因為介電材料164的電阻率由於介電材料164的溫度升高而降低。同樣，隨著介電材料164的電阻率由於溫度降低而增加，漏電流減小。

靜電卡盤160透過提供溫度相關的漏電流來用作基板溫度傳感器，其中該溫度相關的漏電流係在當處理室100處理基板154時由漏電流傳感器178所感測。經驗資訊示出，當加熱器裝置170在基板154的處理操作期間在大約攝氏575度以上的加熱器溫度下操作時，可以更有效地從靜電卡盤160使用漏電流。在大約攝氏575度以下，對於小的溫度變化，漏電流的變化幅度可能不足以與溫度變化相關聯。漏電流可能受到雜訊的影響，例如為電漿處理產生的RF信號會產生漏電流的微小變化。在大約攝氏575度及以上的加熱器溫度設定點處，漏電流具有足夠的大小以與在基板154的處理操作期間可能發生的基板溫度變化相關聯。

參考圖5，提供了加熱器裝置170具有攝氏TH度的加熱器溫度設定點的示例。包括有加熱器元件176的加熱器裝置170會與基板支撐表面180和基板154分離。基板分離線500表示出加熱器裝置170與基板支撐表面180的間隔距離。加熱器裝置170與電極162分離，如虛線的電極分離線502所示。電極162與基板支撐表面180和基板154之間的間隔距離可以配置為2mm或更小。透過將電極162放置在靠近基板支撐表面180和基板 154的位置，來自靜電卡盤160的漏電流可用於更有效地確定基板溫度。在其他實施方式中，電極間隔距離可以大於2mm。在圖5中，為了說明的目的，電極162顯示為距加熱器裝置170有3mm，並且基板支撐表面180距加熱器裝置170有4mm。

加熱器裝置170的加熱器溫度設定點顯示為攝氏TH度。加熱器裝置170透過加熱器溫度傳感器182，如圖1和2所示，以及系統控制器186而維持在加熱器溫度設定點。若加熱器溫度從加熱器溫度設定點漂移(如加熱器溫度傳感器182所測量的)，則系統控制器186向加熱器電源172發信號以調節提供給加熱器裝置170的功率和加熱器裝置170的加熱器輸出，以便使加熱器溫度朝加熱器溫度設定值移動。

由於加熱器裝置170和基板154之間的間隔距離，處理操作期間的基板溫度通常低於加熱器溫度。經驗數據可用於推斷非傳感器基板溫度TS1'。非傳感器基板溫度TS1'被顯示為攝氏Tħ度的加熱器溫度。第一線504描繪了基板溫度如何隨著距加熱器裝置170的距離而變化。如第一線504所示，非傳感器基板溫度T S1'隨著基板154距加熱器裝置170的距離增加而從加熱器溫度TH降低。非傳感器基板溫度TS1'不使用靜電卡盤160作為基板溫度傳感器。非傳感器基板溫度TS1'可能是不準確的，因為到基板154之熱輸入和輸出可能會發生變化。

例如，到基板154的熱輸入和輸出可以隨著處理室100(在一段時間內)(在處理操作中)或在多個處理運行中使用而變化，使得基板溫度TS1'的經驗數據變得不那麼準確了。在使用處理室100的一段時間內，處理室100的特性可以改變。例如，在多個處理運行中可以在處理室100中的部件上形成塗層，這導致基板溫度從非傳感器基板溫度TS1'漂移達到選定的加熱器溫度設定點。可能需要用於調節非傳感器基板溫度TS1'的附加經驗數據來考慮處理室100的改變的特性或處理環境。獲得額外的經驗數據可能需要使處理室100停止服務以進行維護和品質控制，因此其可能是不期望的。

可以使用靜電卡盤160作為基板溫度傳感器來確定基板溫度TS1。基板溫度TS1利用來自靜電卡盤160中的漏電流來確定。經驗數據可用於將漏電流與基板溫度相關聯。如圖5中的第二線506所示，可以基於當加熱器溫度處於攝氏TH度時確定的漏電流來確定基板溫度。如圖5所示，在不求助於漏電流的情況下確定的基板溫度與使用漏電流確定的基板溫度不同，並且差異隨著距加熱器的距離而增大。

在處理室100中的基板154的處理操作期間確定漏電流。因為在處理操作期間確定漏電流，所以處理室100的特性的變化(例如處理室100中的部件上的塗層)被分解為確定的漏電流和相應的基板溫度。使用漏電流確定的基板溫度的使用提供了以下益處：不需要頻繁地從操作中移除處理室100以獲得經驗數據以考慮處理室100的改變特性。

參照圖6，示出了描繪漏電流與基板溫度之間的關係的圖表。漏電流IL1對應於基板溫度TS1，及漏電流IL2對應於基板溫度TS2。漏電流的變化對應於基板溫度變化。在基板154的處理操作期間，基板溫度TS或基板溫度的變化dTS發生變化與漏電流IL1的變化相關聯，並且可以表示為：

其中I L是漏電流，並且漏電流與基板溫度的對應關係可以透過實驗確定。

在下面的等式中提供了在基板154的處理操作期間作為漏電流的函數的基板溫度的變化：

其中IL是漏電流，及A是漏電常數。常數A可以透過實驗確定。處理室100可以用於實驗，並且可以使用相同的靜電卡盤160、提供給靜電卡盤160的相同功率以及對基板154的相同處理操作來執行多個處理操作和基板154上的處理運行。然後可以改變基板溫度，例如藉由在多個處理操作和多個基板154的處理運行期間使用靠近處理室 100的附加熱源。然後可以確定多個處理操作、處理運行和變化的基板溫度的漏電流。基於來自多個處理操作的實驗數據，可以確定常數A。

參照圖7和圖8所示，加熱器裝置170的加熱器溫度設定點可以在基板154的處理操作期間改變，或者基於漏電流的變化而用於另一基板154的後續處理運行。選擇加熱器溫度設定點TH1以在處理操作期間維持目標基板溫度。靜電卡盤160用作基板溫度傳感器，以在基板154的處理操作期間確定基板溫度。如圖7所示，在加熱器裝置170具有第一加熱器溫度設定點TH1的時刻t1測量漏電流IL1。在處理操作期間，漏電流傳感器178測量漏電流IL2並將對應於漏電流IL2的漏電流資訊發送到系統控制器186。從t1到t2，漏電流從漏電流IL1減小到漏電流IL2。從漏電流IL1到漏電流IL2的減小表明靜電卡盤160中的介電材料164的電阻率增加並且基板溫度降低。

基板154的處理操作期間的基板溫度通常維持在目標基板溫度。加熱器裝置170可變化，以調節朝向目標基板溫度的基板溫度，以解決基板溫度從所述目標基板溫度漂離。如圖8所示，調節加熱器裝置170的加熱器溫度設定點以將加熱器溫度設定點從TH1增加到TH2，以使基板溫度朝向目標基板溫度而增加。加熱器裝置170在加熱器溫度設定點TH2輸出額外的熱量，使得基板溫度升高並朝向目標基板溫度移動。

在操作中，在圖9中描繪了控制處理室100中的基板溫度的控制方法900。在框902，控制方法900包括利用加熱器裝置170在第一基板上在第一處理操作期間加熱第一基板。加熱器裝置170在第一處理操作的至少第一部分期間具有第一加熱器溫度設定點。第一基板設置在靜電卡盤160上方的處理室100中。

系統控制器186可以操作處理程式以控制基板溫度，如本文的實施方式中所述。例如，處理程式可以儲存在記憶體210或其他非暫時性記憶體中，並且可以由系統控制器186使用。系統控制器186可以藉由使加熱器電源172向加熱器裝置170提供功率來控制加熱器裝置170，使得加熱器裝置170在第一加熱器溫度設定點下操作。

系統控制器186可以儲存第一加熱器溫度設定點。在框904，系統控制器186可確定處理室100的第一參數變化，其中第一參數變化對應於靜電卡盤160中的電阻率變化。確定第一參數的改變之步驟可以包括在第一處理操作期間確定第一參數，其中第一參數對應於靜電卡盤160中的第一電阻率。可以將第一參數與第二參數進行比較，其中第二參數對應於第二電阻率。第一參數可以是第一漏電流，及第二參數可以是第二漏電流。第一參數變化可以是第一漏電流變化，且第二加熱器溫度設定點可以根據在第一處理操作的至少一部分期間的漏電流變化來確定。

在框906，控制方法900包括藉由使用第一參數變化來確定加熱器裝置170的第二加熱器溫度設定點。在框908，控制方法900包括控制加熱器裝置170以將加熱器裝置170調節到第二加熱器溫度設定點。藉由調節提供給加熱器裝置170的功率將加熱器裝置170調節到第二加熱器溫度設定點，以將基板溫度調節到目標基板溫度。目標基板溫度是為處理室100選擇以執行處理操作的基板溫度。藉由將加熱器裝置170調節到第二加熱器溫度設定點來維持目標基板溫度。目標基板溫度可具有公差範圍。基板是藉由將目標基板溫度維持在公差範圍內而被維持在目標基板溫度。

在一些實現方式中，第一處理操作在第一處理運行中執行。控制基板溫度的方法還包括在第二處理運行中執行的第二處理操作期間用加熱器裝置170加熱第二基板。在第二處理操作的至少一部分期間，將加熱器裝置170調節到第二加熱器溫度設定點。

在一些實施方式中，控制處理室100中的基板溫度的方法進一步包括在第一基板上的第一處理操作的第二部分期間將加熱器裝置170調節到第二加熱器溫度設定點。

在一些實施方式中，控制處理室100中的基板溫度的方法包括執行多個第一處理運行以處理多個第一基板。在第一處理運行的每一次期間處理多個第一基板中的至少一個。在多個第一處理運行期間，控制加熱器裝置 170以具有第一加熱器溫度設定點。確定第一參數變化，其中第一參數變化對應於在多個第一處理運行期間設置在處理室100中的靜電卡盤160中的多個第一電阻率變化。藉由使用第一參數變化來確定加熱器裝置170的第二加熱器溫度設定點。

執行多個第二處理運行以處理多個第二基板。在多個第二處理運行期間，控制加熱器裝置170以具有第二加熱器溫度設定點。確定第一參數變化之步驟包括在多個第一處理運行期間確定多個第一參數，以及將多個第一參數與至少一個第二參數進行比較。多個第一參數對應於靜電卡盤160中的多個電阻率，其中每個第一處理運行與多個電阻率中的至少一個相關聯。多個第一參數可以是多個第一漏電流。至少一個第二參數對應於第二電阻率。第二參數可以是第二漏電流。

在一些實施方式中，系統控制器186可以使用查找表，該查找表包括與漏電流參數相關聯的加熱器溫度設定點以及用於處理操作的其他資訊。所述查找表可以被儲存在記憶體210或其他非暫時性記憶體中，並且可由系統控制器186所存取。例如，第二加熱器溫度設定點可以用查找表中的一個或多個漏電流參數來識別。

這裡公開的實施方式提供了用於控制處理室100中的基板溫度的裝置和方法，而無需複雜的硬體設計或溫度傳感器的複雜校準。靜電卡盤160和漏電流傳感器178用作虛擬溫度傳感器。虛擬溫度傳感器用於確定基板溫度的變化，然後可以使用基板溫度變化來調節加熱器裝置170的加熱器溫度設定點以維持目標基板溫度。如上所述調節加熱器溫度設定點可以具有減少處理室100正在進行維護和品質控制操作的時間量的益處。

儘管前述內容針對本公開的示例，但是可以在不脫離本公開的基本範圍的情況下設計本公開的其他和進一步的示例，並且本公開的範圍由所附申請專利範圍來確定。