[发明专利]一种半导体处理装置

说明书

本发明提供了一种半导体处理装置。本发明通过设置一个电浮地的电信号检测器在射频环境中，就近接收多个探头接收到的微弱电信号，将这些电信号处理后获得所需的工艺参数数据，并将工艺参数数据转化为光学信号传输到射频环境外，最终获得精确的测量数据，而且避免了射频功率的外泄，节约了多个滤波器的成本和空间。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体处理装置。

背景技术

用于集成电路的制造的半导体处理工艺包括化学气相沉积工艺、和等离子体刻蚀工艺等。在等离子辅助的半导体处理装置中，为了产生等离子体需要施加高功率的射频能量到等离子反应腔内，所以整个反应腔空间内存在大幅度的射频电磁场。随着半导体处理精度的日益提高，要获得更均一的处理效果需要更精细的调节各种与处理效果相关的参数，比如半导体基片温度。为了更精确的控制基片温度，业内广泛采用了在放置晶圆的静电夹盘（ESC）内放置加热装置的办法。加热装置放置在静电夹盘的不同区域内独立控制不同区域的温度，以获得均一的温度分布。加热装置典型的如电阻丝等需要功率输入线向加热装置输入电能，输入的加热电压通常是低频交流或者直流的加热电压。加热装置位于被射频辐射的静电夹盘中，所以需要额外配置滤波器防止射频信号从功率输入线逆向流出到加热电压源中。为了控制静电夹盘中每个区的温度，需要测量每个区的温度，以便确定需要输入多少功率到加热装置。温度检测系统主要有两种：一种是如专利US8092639第17栏所述，将一个探头埋设在静电夹盘中，将温度转换为光信号，通过光纤将信号传输到外部没有射频干扰的控制器中。这种温度检测光纤价格昂贵而且由于光纤安装在反应腔内的测量区域，在反应腔清洗或者更换部件时很容易将光纤碰碎，维护难度大。另一种是利用热电偶（thermal coupler）探头来测温，由于热偶探头是导体，而且温度产生的电势信号很微弱只有mv级别，所以需要额外的滤波器将耦合到热偶探头的射频电信号尽可能的滤除。如图1所示为采用热电偶测温方式的反应器结构图。传统反应器中包括反应腔1，反应腔1内包括位于顶部的气体分布装置40，气体分布装置40通过管道和阀门连接到气源50。反应腔内底部包括一个基座33，基座内包括一个下电极，一个射频电源连接到该下电极。下电极上方包括一个静电夹盘34。静电夹盘上方放置有待处理的基片30。围绕在静电夹盘和基片30周围的还包括一个边缘环36。静电夹盘内包括多个加热装置，位于中心位置的加热装置60b和环绕该中心加热装置60b的边缘加热装置60a。这些加热装置通过功率输入线接收加热功率（图中未示出）。两个热电偶104、102的温度探测端分别靠近边缘加热装置60a和中心加热装置60b，以分别探测两个区内各自的温度。两个滤波器103分别连接在热电偶104、102和温度检测器之间，温度检测器将来自热电偶的电信号处理后获得温度信号，并将温度信号传输给工艺控制器。工艺控制器根据温度信号和其它参数如气压，射频功率，处理时间等确定需要调整的工艺参数。半导体处理装置还包括一个抽气装置20排出反应腔的的气体以获得所需的低压。

如图1所示，当需要独立控制的温度区域较多，比如图中的2区时，需要至少2个滤波器分别滤除射频信号，并且让微弱的电信号传输到温度检测器，所以滤波器调试的难度很大。而且多个滤波器不仅体积较大，影响半导体处理装置内机构的排布。由于温度检测器必须设置在射频辐射区以外，所以造成热电偶104、102需要很长的线路才能到达温度控制器，由热电偶的材料特性决定，较长的热电偶会造成热容量增大，进一步造成温度测量时的响应速度降低，无法测量到快速变化的温度。

为了解决上述问题，业内需要一种新的系统能够实现在射频环境中对多个加热区域的温度精确快速的测量。

发明内容