[发明专利]原位晶片温度测量和控制

说明书

背景技术

随着半导体工业持续缩减特征尺寸，关键尺寸(CD)的控 制变得越来越重要以及对整个晶片CD变化的限制变得更加严格。对 于半导体等离子蚀刻工艺，往往使用多个等离子蚀刻室以实现产量 目标。蚀刻工艺的室与室之间的匹配以及保持一致的室蚀刻性能对 于获得良好的CD控制以满足严格的要求是关键的。

蚀刻形貌关键尺寸(如线宽)受到许多因素的影响，但是最 典型地是光刻工艺。在蚀刻工艺期间，基片温度对蚀刻速率和所蚀 刻的形貌有很强的影响。为了实现CD紧密控制，基片温度必须仔细 地监测和控制。

常规上，蚀刻工艺室中的基片温度并不在原位监测。在硬件 显影或硬件维护期间间或测量基片温度以在开始新的工艺之前校 准工艺温度。通常，通过控制ESC温度直接控制基片温度。然而， 在蚀刻工艺期间，由于晶片和ESC表面之间热传递的热传递系数比 ESC的热传递系数低而导致基片温度会比ESC的表面高差不多60 ℃。所以，测量ESC温度来精确控制基片温度是不现实的。

如前面提到的，在硬件显影或硬件维护期间间或测量基片温 度以调节工艺设置。然而，在等离子蚀刻期间，由于在蚀刻工艺中 使用工艺化学制剂而导致静电卡盘(ESC)(用以支撑基片)经历表 面粗糙度的变化。表面粗糙度的改变会因此导致ESC和该晶片之间 的接触变化，其导致基片(或晶片)温度随时间漂移，即使在设备 和工艺设置保持不变的情况下。进一步的问题是，这种温度漂移导 致室与室之间的变化，以及增加了在多个室之间获得一致的蚀刻结 果的难度。

鉴于前面所述，需要一种自动原位测量基片温度以及自动调 节室工艺温度以补偿制造期间基片温度变化或差异的机制。该原位 温度测量机制以及自动工艺参数调节将允许紧密CD控制以满足高 级半导体制造的严格CD要求。

发明内容

大体而言，本发明的实施例通过提供自动原位晶片(或基片) 温度测量方法方法以及用于通过该蚀刻处理工具自动调节工艺参 数的设备来满足的该需求。该原位晶片温度测量方法以及设备提供 瞬时晶片温度信息以允许连续监测该蚀刻工艺以及允许紧密CD控 制。应当认识到，本发明可以多种方式实现，包括工艺、设备或系 统。下面描述本发明的多个创新性实施例。

在一个实施例中，提供处理室。该处理室包括静电卡盘，其 包括至少一个光线管，该静电卡盘能够接收基片，其在该基片背面 上至少一个点上具有感光以及温敏材料。该处理室还包括耦接到该 至少一个光线管的光源，该光源配置为提供光线至该至少一个光线 管，以便当该基片位于该静电卡盘上时提供光线至该基片背面上的 至少一个点。

该处理室进一步包括耦接到该光线管的检测器，该检测器配 置为收集从该基片背面上至少一个点上的感光以及温敏材料发出 的光线以确定该基片背面至少一个点上的基片温度。另外，该处理 室包括室控制器，基于所确定的基片温度以调节该静电卡盘的温度 控制从而为在该静电卡盘上处理的多个基片保持所需的基片温度 范围。

在另一实施例中，提供组合设备工具系统。该组合设备工具 系统包括基片夹持工作台，用于夹持能够发出指示基片温度信号的 基片；以及处理室，该处理室配置为从该基片夹持工作台接收基片 以及当该基片在该处理室中时进行主动工艺操作。该组合设备工具 系统还包括用于在该处理室运行主动工艺操作时检测由该基片发 出的信号的信号检测器，该信号检测器配置为收集所发出的指示该 基片温度的信号。

在又一实施例中，提供在处理室中基片处理期间原位监测 以及控制基片温度的方法。该方法包括将基片设在该处理室中，以 及在该处理室开始一个处理序列。该方法还包括从该基片收集温度 测量信号以确定纵贯该基片一个或多个区的一个或多个基片处理 温度，以及确定该一个或多个基片处理温度是否在控制范围内。

本发明的这些和其他特征将在下面结合附图、作为本发明 示例说明的具体描述中变得更加明显。

附图说明

在附图中，本发明作为示例而不是作为限制来说明，以及 类似的参考标号指出相似的元件。

图1A示出在处理室中工艺温度测量原位使用的基片的一 个实施例的剖视示意图。

图1B示出荧光灯发射强度(I)衰减与时间(t)的函数。

图1C示出τ与温度函数的示范性曲线。

图1D示出基片温度监测以及控制区的另一示例。