專利名稱：用于卡盤熱校準的方法和儀器的制作方法
背景技術(shù)：
半導體晶片(“晶片”)制造通常包括將晶片暴露于等離子體以允許等離子體的活性組分(reactive constituent)改變晶片的表面，例如從晶片表面的未受保護區(qū)域去除材料。等離子體制造工藝后得到的晶片特性依賴于工藝條件，包括等離子體特性和晶片溫度。例如，在一些等離子體工藝中，晶片表面上的臨界尺寸，也就是特征寬度，可以按照每攝氏度晶片溫度大約1納米進行改變。應該理解，在其他同樣的晶片制造工藝之間晶片溫度的不同會導致不同的晶片表面特性。因而，可以通過等離子體處理期間晶片溫度的改變引起在不同晶片間工藝結(jié)果的變化。
晶片制造中的一般目標是盡可能以同樣的方式制造給定類型的每個晶片。為了滿足此晶片對晶片的一致性目標，必須控制影響所得晶片特性的制造參數(shù)。因此，必須控制等離子體制造工藝期間的晶片溫度?，F(xiàn)有的用于晶片制造的等離子體處理器件不包括有效的晶片溫度控制能力。因此，在等離子體制造工藝期間需要準確控制晶片溫度。

發(fā)明內(nèi)容
應該理解，本發(fā)明可以用多種方式實施，比如工藝、裝置、系統(tǒng)、器件或方法。下面描述本發(fā)明的幾個創(chuàng)造性實施例。
在一個實施例中，公開了用于執(zhí)行卡盤的熱校準的方法。該方法包括用于將晶片支撐在暴露于熱源的卡盤上的操作。該方法接著是在晶片和卡盤之間的界面施加基本上恒壓的氣體的操作。然后，移去熱源。移去熱源后，測量作為時間函數(shù)的晶片溫度，同時保持施加的氣壓。該方法進一步包括根據(jù)作為時間函數(shù)的測得晶片溫度來確定卡盤熱特性參數(shù)值的操作。確定的卡盤熱特性參數(shù)值與施加的氣壓直接相關(guān)。對于多個不同的施加氣壓重復前述的方法操作，以生成一組作為氣壓的函數(shù)的卡盤熱特性參數(shù)值。然后建立測得的卡盤熱特性參數(shù)值和相應氣壓之間的相關(guān)性，以生成卡盤的熱校準曲線。應該理解，使用生成的卡盤熱校準曲線，對于具體卡盤熱特性參數(shù)值可確定氣壓，反之亦然。此外，卡盤的熱校準曲線中表示的熱特性參數(shù)可與在晶片制造工藝期間的晶片溫度直接相關(guān)。
在另一個實施例中，公開了在晶片制造工藝期間用于控制晶片溫度的方法。該方法包括確定卡盤的目標熱特性參數(shù)值的操作。應該理解，在晶片制造工藝期間卡盤用來保持晶片。該方法進一步包括檢測卡盤的熱校準曲線以確定相應于卡盤目標熱特性參數(shù)的后部氣壓值的操作。應該了解，后部氣壓相應于施加在晶片和卡盤之間界面處的氣壓。該方法進一步包括設定將后部氣壓值操作，使后部氣壓值相應于卡盤目標熱特性參數(shù)值。應該理解，后部氣壓用于在制造工藝期間控制晶片溫度。
在另一個實施例中，公開了在晶片制造工藝期間用于提供晶片溫度控制的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括限定為保持暴露于等離子體中的晶片的卡盤。該卡盤包括多個端口以在晶片和卡盤之間的界面處提供氣體。該系統(tǒng)也包括限定為控制施加在晶片和卡盤之間界面處的氣壓的氣體控制器。該系統(tǒng)進一步包括用于控制氣體控制器的計算器件。計算器件包含卡盤的熱校準數(shù)據(jù)，其中熱校準數(shù)據(jù)確定設定為從計算器件傳輸?shù)綒怏w控制器以維持目標晶片溫度的氣壓。
通過本發(fā)明的示例說明，根據(jù)隨后結(jié)合附圖的詳細描述，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點將變得更加明顯。


圖1示出了依照本發(fā)明的一個實施例用于半導體晶片處理的等離子體腔室的通用表示的視圖；圖2示出了依照本發(fā)明的一個實施例的卡盤的垂直剖面圖；圖3示出了依照本發(fā)明的一個實施例在各種后部氣壓下由“ESC 1”表示的卡盤的瞬時晶片溫度測量圖；圖4示出了依照本發(fā)明的一個實施例的示例性熱特性參數(shù)與后部氣壓的曲線圖；圖5示出了依照本發(fā)明的一個實施例進行卡盤熱校準的方法的流程圖；和圖6示出了依照本發(fā)明的一個實施例在晶片制造工藝期間控制晶片溫度的方法的流程圖。
具體實施例方式
在隨后的描述中，為了提供本發(fā)明的全面理解提出多個具體細節(jié)。然而很明顯的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員不需要這些具體細節(jié)的一些或全部就可以實施本發(fā)明。在其它實例中，為了使本發(fā)明清楚，沒有詳細描述熟知的工藝操作。
圖1是依照本發(fā)明的一個實施例用于半導體晶片(此后稱“晶片”)處理的等離子體腔室100的通用表示的視圖。腔室100由環(huán)繞壁101、頂部102和底部104限定。將卡盤103放置在腔室100內(nèi)以保持暴露于等離子體107(將在腔室中產(chǎn)生)中的晶片105。在一個實施例中，卡盤103限定為能用電控制的靜電卡盤(ESC)以朝晶片105吸引等離子體107內(nèi)的離子。在一個實施例中，在腔室上限定了線圈109，以提供在腔室內(nèi)體積中產(chǎn)生等離子體107的能量。
在操作期間，反應氣體從進氣口(未示出)穿過腔室100流到排氣口(未示出)。然后將來自電源(未示出)的高頻功率(也就是RF功率)施加到線圈109以使RF電流流過線圈109。流過線圈109的RF電流在線圈109的周圍產(chǎn)生電磁場。電磁場在蝕刻腔室100內(nèi)體積中產(chǎn)生感應電流。感應電流作用在反應氣體上以產(chǎn)生等離子體107。在蝕刻工藝期間，線圈109執(zhí)行類似于變壓器內(nèi)初級線圈的功能，同時等離子體107執(zhí)行類似于變壓器內(nèi)的次級線圈的功能。
用非等離子體反應氣體的護層(sheath)封住等離子體107。因此，通過匹配電路將來自電源的高頻功率(也就是，RF功率)施加到卡盤103以為等離子體107提供定向，這樣將等離子體107下“拉”到晶片105表面上以實現(xiàn)蝕刻工藝。等離子體107包含以陽和陰離子形態(tài)的不同類型的基。陽和陰離子的不同類型的化學反應用來蝕刻晶片105。
圖2示出了依照本發(fā)明的一個實施例的卡盤103的垂直剖面圖。由包括陶瓷層203、粘合層205和鋁層206的多個材料區(qū)域限定?？ūP103也包括多個冷卻管道，其中有例如水的液體冷卻劑流過。在等離子體處理期間晶片105保持在卡盤103的表面202上。在一個實施例中，應用機械力將晶片105保持在表面202上。在另一個實施例中，在處理期間應用電力將晶片105吸引到表面202上且保持晶片105。
為了使本發(fā)明清楚，圖2中沒有示出卡盤103的附加特征。例如，除了流體冷卻劑管道207外，卡盤103也包括氣體冷卻劑管道，其用于定向氣體冷卻劑到晶片105和卡盤103的表面202之間的區(qū)域。而且，應該理解，能以產(chǎn)生預期操作效果所必須的基本上任何布置來構(gòu)造卡盤的流體和氣體冷卻劑管道。此外，將卡盤103限定為包括許多頂升桿以幫助晶片105的卡緊和解卡。而且，應該了解，通過匹配電路可以將卡盤電連接到電源，以提供等離子體107定向偏置和/或如前述的電晶片夾緊力。從而，卡盤103實際上是包括比圖2中明確示出的部件更多的復雜器件。
等離子體處理后的晶片特性一般依賴于等離子體處理期間晶片的溫度。例如，在某些等離子體工藝中晶片上的臨界尺寸，也就是特征寬度，可能以每攝氏度晶片溫度大約一納米進行改變。此外，在不同晶片的等離子體處理期間晶片溫度的不同可引起不同晶片之間在工藝結(jié)果中的變化。晶片制造中的一般目標是盡可能以同樣方式制造每個給定類型的晶片。因此，為了滿足此晶片到晶片的一致性目標，必須控制影響得到的晶片特性的制造參數(shù)。明顯地，等離子體狀態(tài)直接影響得到的晶片特性。然而，如前所述，在等離子體工藝期間晶片溫度也直接影響得到的晶片特性。
除了保持晶片105和作為用于定向地偏置等離子體107的機構(gòu)，在處理期間卡盤103也作為控制晶片105溫度的主要結(jié)構(gòu)。在操作期間，將自等離子體107散發(fā)的熱流引向晶片105。晶片105吸收的熱能從晶片經(jīng)卡盤103的不同區(qū)域傳導到冷卻劑管道207內(nèi)的流體冷卻劑。從而，冷卻劑管道207內(nèi)的流體冷卻劑作為主要散熱裝置。因此，應該理解，在處理期間晶片105的溫度不僅依賴于從等離子體107散發(fā)的熱流，而且依賴于卡盤103的熱特性，也就是熱量如何從晶片105傳導到散熱裝置。
對于圖2中描述的卡盤103，熱量通過其間的各種卡盤103的材料經(jīng)傳導從晶片105傳導到冷卻劑管道207內(nèi)的流體。在晶片105和陶瓷層203之間至少存在用于熱傳導的兩條通路。在一條通路內(nèi)，熱通過物理接觸從晶片105直接傳導到陶瓷層203。在另一條通路內(nèi)，通過晶片105和陶瓷層203之間的間隙201內(nèi)存在的氣體來傳導熱。間隙201由卡盤103的隨機微觀表面粗糙度和/或比如突起的工程表面形貌形成。應該理解，為了簡易論述，夸大了圖2中間隙201的尺寸。間隙201內(nèi)的氣體的傳導性依賴于氣壓和間隙201的特性。在一個實施例中，通過表面202上的口將例如氦的氣體提供到間隙201。控制氣壓以調(diào)整通過充滿氣體的間隙201的熱傳導的量。
通過直接傳導與間隙傳導的晶片到陶瓷的熱傳遞的比率是卡盤103的表面202特性與間隙201內(nèi)存在的氣體的壓力和類型的函數(shù)。當在間隙201內(nèi)存在氣體時，期望的是經(jīng)間隙傳導的熱傳遞略微影響到晶片105和陶瓷層201之間的總的熱傳遞。應該注意，經(jīng)間隙傳導的熱傳遞的量是晶片下的全部卡盤表面區(qū)域與晶片接觸的部分、間隙的物理特性、間隙內(nèi)存在的氣體的類型和間隙內(nèi)存在的氣體的壓力的函數(shù)。間隙的數(shù)量和間隙的物理屬性，也就是間隙的尺寸和形狀，可以以表面粗糙度參數(shù)和/或與晶片接觸的區(qū)域部分為特征。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應該理解，表面粗糙度參數(shù)可用均方根(RMS)表面粗糙度測量來表示。在一個實施例中，卡盤103的表面202限定為具有從大約5微英寸延伸到大約200微英寸的范圍內(nèi)的RMS表面粗糙度。在另一個更加優(yōu)選實施例中，卡盤103的表面202限定為具有從大約20微英寸延伸到大約100微英寸的范圍內(nèi)的RMS表面粗糙度。在可選的實施例中，卡盤103的表面202可限定為包括設計的間隙。可構(gòu)造成設計的間隙以增強間隙傳導對晶片105和陶瓷層203之間的總的熱傳遞的影響。
參考回到圖2的卡盤103，熱量從陶瓷層203傳導到粘合層205。熱量從粘合層205傳導到鋁層206。然后熱量從鋁層206傳導到冷卻管道207內(nèi)的流體。在優(yōu)選實施例中，冷卻管道207內(nèi)的流體作為理想的散熱裝置有效地執(zhí)行。應該理解，冷卻管道207內(nèi)的流體類型、流體溫度和流體流速可限定以接近理想散熱裝置的性能。
影響卡盤103的熱傳遞特性的許多參數(shù)是不隨著時間和使用而改變的。例如，粘合層205的厚度和大量的鋁層206是不希望隨著時間而變化的。然而，應該了解，對于卡盤103的這種不變的熱傳遞特性的制造所得值(as-fabricated value)，卡盤之間可能彼此不同。因此，不同的卡盤可以具有不同的初始熱特性。此外，不同卡盤安裝的方式可影響在等離子體處理期間卡盤的熱性能。而且，應該清楚，一些卡盤屬性易于作為使用的函數(shù)遭受改變。結(jié)果，卡盤的熱性能可以作為使用的函數(shù)而改變，并且引起晶片溫度的相應改變。由于卡盤熱性能對晶片溫度的直接影響，因此在晶片處理期間知道并控制卡盤熱性能是重要的。
如前論述，易于變化并且能夠顯著影響晶片溫度的卡盤的一項屬性是與晶片接合(interfacing)的卡盤表面(“接合表面”)的表面粗糙度。在使用期間，通過各種工藝可以改變界面表面粗糙度，比如無水自動清洗工藝。此外，隨著擴展應用，通過物理磨損晶片本身可以改變界面粗糙度。為了保持晶片和卡盤間持續(xù)的熱界面，必須量化界面粗糙度和其的任何改變。
為了在等離子體處理期間保持目標晶片溫度，本發(fā)明提供量化卡盤103的熱特性的方法，包括晶片到卡盤界面。在一個實施例中，對于不同的后部氣壓，測量晶片溫度對于等離子體功率變化的瞬時響應，其中后部氣壓對應于晶片105和卡盤103之間界面處的間隙201內(nèi)的氣壓。圖3示出了依照本發(fā)明的一個實施例，在各種后部氣壓下用“ESC 1”表示的卡盤的瞬時晶片溫度測量圖。每個后部氣壓下晶片溫度瞬時特性的測量開始于在穩(wěn)態(tài)等離子體107存在時測量晶片溫度。參照圖3，用“通等離子體(Plasma On)”表示存在穩(wěn)態(tài)等離子體。然后，關(guān)閉等離子體，并且對于每種氣壓(301-309)作為冷卻時間函數(shù)來測量晶片的溫度。參照圖3，用“關(guān)閉等離子體(Plasma Off)”表示沒有等離子體。
當存在等離子體時，晶片溫度基本上在穩(wěn)定狀態(tài)。當關(guān)閉等離子體時，晶片溫度依照卡盤103的熱傳遞特性而降低。應該理解，在沒有等離子體時估計卡盤103的熱性能，不必考慮從等離子體至晶片的熱流量貢獻。因此，關(guān)閉等離子體后，晶片溫度的瞬時性能可直接歸因于卡盤103熱特性。一旦獲得晶片溫度測量值，可對每個后部氣壓做出溫度與時間數(shù)值的曲線擬合。參照圖3，評估了用曲線301-309表示的5種后部氣壓。分析晶片溫度與時間的曲線以確定卡盤103的熱特性參數(shù)值。在一個實施例中，卡盤103的熱特性參數(shù)用卡盤103的有效熱傳導性表示。在另一個實施例中，卡盤103的熱特性參數(shù)用描述了卡盤103熱性能的導出參數(shù)表示，例如時間常數(shù)。每條溫度與時間曲線所確定的卡盤熱特性參數(shù)值相應于相關(guān)后部氣壓。應該理解，對每個相關(guān)卡盤確定不同后部氣壓下等離子體功率關(guān)閉的瞬時晶片溫度響應。
由如圖3所示的瞬時晶片溫度響應曲線確定的不同后部氣壓下的測得熱特性參數(shù)值，用于產(chǎn)生相應卡盤的熱特性參數(shù)與后部氣壓的曲線。圖4示出了依照本發(fā)明的一個實施例的示例熱特性參數(shù)與后部氣壓的曲線圖。為了簡化論述，給定卡盤的熱特性參數(shù)與后部氣壓的曲線稱為“熱校準曲線”。圖4示出了分別表示為“ESC 1”和“ESC 2”的兩個卡盤的熱校準曲線401和405。應該理解，由于每個卡盤的晶片接合表面粗糙度不同，ESC 1與ESC 2的熱校準曲線間的傾斜度也不同。例如，可期望具有允許更多暴露于晶片背面間隙的表面粗糙度的卡盤顯示出后部氣壓對晶片溫度更強的影響。
每個卡盤的熱校準曲線可用于確定相應于具體目標熱參數(shù)值的具體卡盤的后部氣壓，其中目標熱參數(shù)值表示目標卡盤熱性能。應該理解，將卡盤的后部氣壓調(diào)整到相同目標熱參數(shù)值的不同卡盤會具有基本上相似的總熱傳遞能力。從而，與調(diào)整到相同目標熱參數(shù)值的不同卡盤相關(guān)的晶片溫度也會基本上相似。因此，為了在等離子體處理期間匹配晶片溫度，通過后部氣壓，不同卡盤的熱校準曲線可用來調(diào)整不同的卡盤。具體卡盤獲得目標熱傳遞能力所需的后部氣壓可明確指定或者為卡盤指定作為相對于初始后部氣壓的壓力偏移量。在一個實施例中，后部氣體是氦，并且可將其控制在從大約5torr延伸到大約100torr的壓力范圍內(nèi)。
在另一個實施例中，可以用多個熱特性參數(shù)校準卡盤熱性能。例如，在校準卡盤的熱性能時，可以結(jié)合一個或多個其他參數(shù)，例如卡盤冷卻器溫度或者卡盤加熱器溫度來考慮后部氣壓。在本實施例中，結(jié)合后部氣壓和其他參數(shù)來調(diào)整以實現(xiàn)相同目標熱性能的不同卡盤會具有基本上相似的總熱傳遞能力，導致了基本上相似的晶片溫度。因此，本發(fā)明也提供了使用多參數(shù)熱校準數(shù)值來調(diào)整不同卡盤，以在等離子體處理期間匹配晶片溫度。
圖5示出了依照本發(fā)明的一個實施例進行卡盤熱校準的方法流程圖。該方法包括用于將晶片支撐在暴露于熱源的卡盤上(或者等價測試目標)的操作501。該方法接著是在晶片和卡盤之間的界面處施加基本上恒壓的氣體的操作503。在操作505中，移去熱源。然后，執(zhí)行操作507以測量作為時間函數(shù)的晶片溫度，同時保持施加的氣壓。在操作501-507期間，將除施加氣壓之外的卡盤的控制參數(shù)設定為晶片制造工藝中卡盤的使用期間將施加的值。
該方法進一步包括基于作為時間函數(shù)的測得晶片溫度來確定熱特性參數(shù)值的操作509。在一個實施例中，熱特性參數(shù)限定為表示作為時間函數(shù)的測得晶片溫度的數(shù)學模型內(nèi)的時間常數(shù)。在另一個實施例中，熱特性參數(shù)限定為卡盤的有效熱傳導值。應該理解，不考慮具體的熱特性參數(shù)實施例，所確定的熱特性參數(shù)值與施加的氣壓直接相關(guān)。在操作511中，對于多種不同的施加氣壓重復操作501-509。在一個實施例中，多種不同的施加氣壓是在從大約5torr延伸到大約100torr的范圍內(nèi)。操作511后，得到對于多種施加氣壓的一組測得熱特性參數(shù)數(shù)據(jù)。在操作513中，在測得熱特性參數(shù)數(shù)據(jù)和相應的氣壓之間建立相關(guān)性，以生成卡盤的熱校準曲線。
應該理解，使用生成的熱校準曲線，對于具體熱特性參數(shù)值可確定其氣壓，反之亦然。此外，在卡盤的熱校準曲線中表示的熱特性參數(shù)可與晶片制造工藝期間的晶片溫度直接相關(guān)。從而，可以用工藝中晶片溫度與施加氣壓的可選形式表示卡盤的熱校準曲線。
在可選實施例中，對于結(jié)合施加的壓力考慮的附加熱影響參數(shù)的多個不同值重復圖5方法中的操作501到511。例如，附加熱影響參數(shù)可以是卡盤冷卻器溫度或者卡盤加熱器溫度。在本可選實施例中，稍微修改前述操作513以建立確定的卡盤熱特性參數(shù)值與氣壓值和附加熱影響參數(shù)值的組合之間的相關(guān)性，以產(chǎn)生卡盤的多參數(shù)熱校準曲線。在等離子體處理期間多參數(shù)熱校準曲線用來調(diào)整卡盤以得到具體晶片溫度。
圖6示出了依照本發(fā)明的一個實施例在晶片制造工藝期間控制晶片溫度的方法的流程圖。在操作601中，確定卡盤目標熱特性參數(shù)值。應該理解，在晶片制造工藝期間卡盤用來保持晶片。卡盤目標熱特性參數(shù)值相應于卡盤目標熱性能，其在晶片制造工藝中導致目標晶片溫度。在一個實施例中，卡盤目標熱特性參數(shù)值限定為卡盤的目標有效熱傳導值。在另一個實施例中，卡盤目標熱特性參數(shù)值限定為通過卡盤熱傳遞的目標時間常數(shù)。
該方法進一步包括操作603，其用于檢測卡盤的熱校準曲線以確定相應于卡盤目標熱特性參數(shù)的后部氣壓值。應該了解，后部氣壓對應于晶片和卡盤間的界面處施加的氣壓。在一個實施例中，施加在晶片和卡盤之間界面處的氣體是氦。在操作605中，后部氣壓設定為與卡盤目標熱特性參數(shù)值相應的值。操作605后，在晶片上執(zhí)行制造工藝，同時保持后部氣壓的值相應于卡盤目標熱特性參數(shù)值。應該理解，后部氣壓用于在制造工藝期間控制晶片溫度。
對于卡盤之間熱特性的初始可變性，用于開發(fā)并使用特定卡盤熱校準曲線的本發(fā)明的方法可在制造的條件下將卡盤調(diào)整到目標熱傳遞能力。例如，對于每個卡盤可根據(jù)其制造的狀態(tài)開發(fā)熱校準曲線。然后，在操作期間可設定每個卡盤的后部氣壓以匹配熱特性參數(shù)的目標值。每個卡盤與目標熱特性參數(shù)值的匹配會引起每個卡盤以基本上相同的速度將熱遠離晶片傳導。從而，對應于已調(diào)整的不同卡盤的晶片溫度就會基本相同。
當長時間使用卡盤時，可以更新卡盤的熱校準曲線以反映卡盤的最近狀態(tài)。因而，更新的熱校準曲線會捕獲影響熱性能的卡盤屬性變化，比如晶片到卡盤的界面的表面粗糙度。應該理解，具體卡盤相關(guān)的熱校準曲線的修改頻率依賴于熱校準曲線如何很好地連續(xù)預測卡盤的熱性能。例如，當用已有的熱校準曲線確定的后部氣壓開始產(chǎn)生不同的卡盤熱性能時，如晶片溫度所指示，必須重復熱校準曲線的開發(fā)工藝(development process)以獲得反映卡盤的最近物理和熱狀態(tài)的更新的熱校準曲線。
在晶片制造中，通常期望在多腔室中進行相同的晶片工藝以得到相同的所得晶片狀態(tài)。如果在每個腔室中的晶片溫度由于卡盤熱特性而不同，那么有可能很難從各個腔室得到相同的所得晶片狀態(tài)。采用本發(fā)明，通過由相應熱校準曲線所確定的后部氣壓可以調(diào)整每個腔室內(nèi)的卡盤，以提供一致的熱性能。從而，在晶片處理期間，調(diào)整的卡盤將使每個腔室內(nèi)能保持一致的晶片溫度。結(jié)果，與每個腔室相關(guān)的后處理晶片狀態(tài)不會如預期腔室間的工藝期間晶片溫度變化一樣呈現(xiàn)實質(zhì)性變化。
在晶片制造工藝期間本發(fā)明也可作為提供晶片溫度控制的系統(tǒng)實施。本系統(tǒng)包括卡盤、氣體控制器和用于控制氣體控制器的計算器件。在制造工藝期間卡盤限定為保持暴露于等離子體的晶片?？ūP包括許多端口以在晶片和卡盤之間的界面處供給氣體。氣體控制器限定為控制施加在晶片和卡盤之間的界面處的氣壓。計算器件包含卡盤的熱校準數(shù)據(jù)。應該理解，在不同的實施例中可用不同的形式保存熱校準數(shù)據(jù)，比如以等式(限定成適合數(shù)據(jù))的參數(shù)或數(shù)值的表格形式。熱校準數(shù)據(jù)確定了設定從計算器件傳輸?shù)綒怏w控制器以維持目標晶片溫度的氣壓。目標晶片溫度與用熱校準數(shù)據(jù)表示的具體的卡盤目標熱特性參數(shù)值有關(guān)?？ūP的熱校準數(shù)據(jù)表示卡盤熱特性參數(shù)，該卡盤熱特性參數(shù)是施加在晶片和卡盤之間的界面處的氣壓的函數(shù)。在一個實施例中，卡盤的熱特性參數(shù)限定為卡盤的有效熱傳導性。在另一個實施例中，卡盤的熱特性參數(shù)限定為經(jīng)過卡盤的熱傳遞的時間常數(shù)。
應該清楚，卡盤熱校準曲線的開發(fā)和使用使得卡盤預穩(wěn)定(pre-conditioning)以限制工藝變化。此外，卡盤熱校準曲線可使作為操作時間函數(shù)的卡盤熱特性中的變化得到補償。而且，本發(fā)明的卡盤熱校準曲線允許使用卡盤而不是非卡盤的相關(guān)工藝參數(shù)來控制晶片溫度，比如RF功率、腔室壓力等。由于非卡盤相關(guān)工藝參數(shù)間的依賴性，在嘗試用來控制晶片溫度的非卡盤相關(guān)工藝參數(shù)的調(diào)整可能導致處理窗口變窄，其中處理窗口由能影響晶片結(jié)果的每個工藝參數(shù)的可接受范圍限定。由于卡盤獨立于處理窗口，因此可在不縮小處理窗口的情況下通過調(diào)整卡盤的總的熱性能來控制晶片溫度。
雖然根據(jù)幾個實施例描述了本發(fā)明，但是應該理解，一旦閱讀先前的說明書并研究附圖，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會實現(xiàn)各種變型、添加、置換及其等效。因此，應該意識到，本發(fā)明包括所有落在本發(fā)明的實質(zhì)精神和范圍內(nèi)的此類變型、添加、置換及其等效。
權(quán)利要求
1.執(zhí)行卡盤熱校準的方法，包括(a)將晶片保持在暴露于熱源的卡盤上；(b)在晶片和卡盤之間的界面處施加基本上恒壓的氣體；(c)移去熱源；(d)熱源去除后，測量作為時間函數(shù)的晶片溫度，同時維持施加的氣壓；(e)根據(jù)作為時間函數(shù)的測得晶片溫度確定卡盤熱特性參數(shù)值，其中測得卡盤熱特性參數(shù)值對應于施加的氣壓；(f)對于多個不同的施加氣壓重復操作(a)到(e)；和(g)建立確定的卡盤熱特性參數(shù)值和相應氣壓間的相關(guān)性，以形成卡盤的熱校準曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括將除了施加氣壓之外的卡盤的控制參數(shù)設定為在晶片制造工藝中卡盤的使用期間所施加的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括根據(jù)卡盤的熱校準曲線確定得到相應于卡盤的目標熱性能的具體卡盤熱特性參數(shù)值所需的氣壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中卡盤的目標熱性能對應于在晶片制造工藝期間的目標晶片溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中熱源是維持在基本上恒定功率水平的等離子體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括對于結(jié)合施加的氣壓考慮的附加熱影響參數(shù)的多個不同值重復操作(a)到(f)；和建立確定的卡盤熱特性參數(shù)值與氣壓值和其它熱影響參數(shù)值的組合之間的相關(guān)性，以產(chǎn)生卡盤的多參數(shù)熱校準曲線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中卡盤熱特性參數(shù)值限定為表示作為時間函數(shù)的晶片測量溫度的數(shù)學模型內(nèi)的時間常數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中卡盤熱特性參數(shù)值限定為卡盤的有效熱傳導值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中多種不同的施加氣壓在從大約5torr延伸到大約100torr的范圍內(nèi)。
10.一種用于在晶片制造工藝期間控制晶片溫度的方法，包括確定在晶片制造工藝期間用作保持晶片的卡盤的目標熱特性參數(shù)值；檢測卡盤的熱校準曲線以確定相應于卡盤的目標熱特性參數(shù)的后部氣壓值，其中后部氣壓相應于施加在晶片和卡盤之間界面處的氣壓；和設定后部氣壓的值，使后部氣壓相應于卡盤的目標熱特性參數(shù)值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中卡盤的目標熱特性參數(shù)值相應于卡盤的目標熱性能，所述卡盤的目標熱性能導致晶片制造工藝期間的目標晶片溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中卡盤的目標熱特性參數(shù)值限定為卡盤的目標有效熱傳導值。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中卡盤的目標熱特性參數(shù)值限定為通過卡盤熱傳遞的目標時間常數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中施加到晶片和卡盤之間界面處的氣體是氦。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進一步包括在晶片上執(zhí)行制造工藝，同時將后部氣壓的值保持在相應于卡盤的目標熱特性參數(shù)值的值，其中在制造工藝期間后部氣壓控制晶片溫度。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進一步包括通過以下步驟生成卡盤的熱校準曲線，(a)將晶片保持在暴露于熱源的卡盤上；(b)在晶片和卡盤之間的界面處施加基本上恒壓的氣體；(c)移去熱源；(d)熱源去除后，測量作為時間函數(shù)的晶片溫度，同時維持施加的氣壓；(e)根據(jù)作為時間函數(shù)的測得晶片溫度來確定熱特性參數(shù)值，其中熱特性參數(shù)值與施加的氣壓相關(guān)；(f)對于多個不同的施加氣壓重復操作(a)到(e)；和(g)建立測得熱特性參數(shù)值和相關(guān)氣壓間的相關(guān)性，以生成卡盤的熱校準曲線。
17.一種用于在晶片制造工藝期間提供晶片溫度控制的系統(tǒng)，包括卡盤，其限定為保持暴露于等離子體的晶片，該卡盤包括多個端口以在晶片和卡盤之間的界面上供給氣體；氣體控制器，其限定為控制施加在晶片和卡盤之間界面處的氣壓；和計算器件，用于控制氣體控制器，其中計算器件包含卡盤的熱校準數(shù)據(jù)，熱校準數(shù)據(jù)確定了設定從計算器件傳輸?shù)綒怏w控制器以維持目標晶片溫度的氣壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中卡盤的熱校準數(shù)據(jù)表示卡盤的熱特性參數(shù)，所述卡盤熱特性參數(shù)是在晶片和卡盤之間界面處施加的氣壓的函數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中卡盤的熱特性參數(shù)是卡盤的有效熱傳導或通過卡盤的熱傳遞時間常數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中目標晶片溫度與由熱校準數(shù)據(jù)表示的具體目標熱特性參數(shù)值相關(guān)。
全文摘要
移去晶片所暴露的熱源后，測量作為時間函數(shù)的晶片溫度。在晶片溫度測量期間，在晶片和卡盤之間的界面處提供基本恒壓的氣體，晶片支撐于所述卡盤之上。與施加的氣壓相應的卡盤熱特性參數(shù)值由作為時間函數(shù)的測得晶片溫度確定。對于多個施加的氣壓測量晶片溫度以形成一組作為氣壓函數(shù)的卡盤熱特性參數(shù)值?？ūP的熱校準曲線由該組測得卡盤熱特性參數(shù)值和相應的氣壓生成。在制造工藝期間，卡盤的熱校準曲線可以用來調(diào)整氣壓以得到具體的晶片溫度。
文檔編號G01K3/00GK1956146SQ200610164119
公開日2007年5月2日 申請日期2006年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月5日
發(fā)明者K·W·加夫, N·M·P·本杰明 申請人:蘭姆研究有限公司