多路的加熱器陣列的故障檢測(cè)方法
【專利說明】多路的加熱器陣列的故障檢測(cè)方法
[0001] 本申請(qǐng)是2013年04月19日提交的中國(guó)申請(qǐng)?zhí)枮?01180050579.7(國(guó)際申請(qǐng)?zhí)?為PCT/US2011/053558)、發(fā)明名稱為"多路的加熱器陣列的故障檢測(cè)方法"的發(fā)明專利申請(qǐng) 的分案申請(qǐng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著每一后繼的半導(dǎo)體技術(shù)的產(chǎn)生，晶片直徑趨向于增加而晶體管尺寸減小，從 而導(dǎo)致在襯底處理中需要更高程度的精度和可重復(fù)性。半導(dǎo)體襯底材料，如硅晶片，通過使 用真空室的技術(shù)進(jìn)行處理。這些技術(shù)包括諸如電子束沉積之類非等離子體應(yīng)用，以及諸如 濺射沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD)、抗蝕劑剝離、和等離子體蝕刻之類等離子 體應(yīng)用。
[0003] 半導(dǎo)體制造工具中目前可用的等離子體處理系統(tǒng)面臨提高精度和可重復(fù)性的日 益增加的需求。等離子體處理系統(tǒng)的一個(gè)度量是改進(jìn)的均勻性，該均勻性包括產(chǎn)生在半導(dǎo) 體襯底上的表面的工藝均勻性以及用標(biāo)稱相同的輸入?yún)?shù)處理的一連串的襯底的工藝結(jié) 果的均勻性。襯底上均勻性的持續(xù)改進(jìn)是合乎期望的。除其他以外，這還需要具有改進(jìn)的 均勻性、一致性和自診斷性的等離子體室。
[0004] 具有多個(gè)獨(dú)立可控的平面加熱器區(qū)域的半導(dǎo)體處理裝置中的用于襯底支撐組件 的加熱板在共同擁有的美國(guó)專利申請(qǐng)序列No. 12/582,991中公開，其公開內(nèi)容通過引用并 入本文。該加熱板包括平面加熱器區(qū)域與功率供給線和功率回線的可擴(kuò)展的多路布置方 案。通過調(diào)節(jié)平面加熱器區(qū)域的功率，在處理過程中的溫度分布可以在徑向和方位角形成 某種形狀。雖然主要描述該加熱板用于等離子體處理裝置，該加熱板還可以用于不使用等 離子體的其他的半導(dǎo)體處理裝置。為了防止加熱區(qū)域中過熱，故障檢測(cè)系統(tǒng)將是合乎期望 的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明描述了一種在半導(dǎo)體處理裝置中用于支持半導(dǎo)體襯底的襯底支撐組件中 的多區(qū)域加熱板的故障檢測(cè)的方法，所述加熱板包括多個(gè)平面加熱器區(qū)域、多個(gè)功率供給 線和多個(gè)功率回線，其中每個(gè)平面加熱器區(qū)域連接到所述功率供給線中的一個(gè)和所述功率 回線中的一個(gè)，并且沒有兩個(gè)平面加熱器區(qū)域共用相同的成對(duì)的功率供給線和功率回線； 所述方法包括：(a)獲得一個(gè)或多個(gè)平面加熱器區(qū)域的測(cè)量的總加熱功率；(b)比較所述一 個(gè)或多個(gè)加熱器區(qū)域的所述測(cè)量的總加熱功率與預(yù)先確定的總加熱功率；(c)如果所述測(cè) 量的總加熱功率偏離所述預(yù)先確定的總加熱功率預(yù)先確定的差額，則觸發(fā)報(bào)警信號(hào)。
【附圖說明】
[0006] 圖1是其中包括具有成陣列的平面加熱器區(qū)域的加熱板的襯底支撐組件的示意 性剖視圖，該襯底支撐組件還包括靜電卡盤（ESC)。
[0007] 圖2示出加熱板中的成陣列的平面加熱器區(qū)域的功率供給線和功率回線的電連 接。
[0008] 圖3是可包括圖1的襯底支撐組件的等離子體處理室的示例性的示意圖。
[0009] 圖4顯示了根據(jù)一種實(shí)施方式的到加熱板的電壓表和電流表的電連接。
[0010] 圖5顯示了根據(jù)另一種實(shí)施方式的到加熱板的電壓表和電流表的電連接。
[0011] 圖6顯示了根據(jù)另一種實(shí)施方式的到加熱板的電壓表和電流表的電連接。
[0012] 圖7示出了到加熱板的電壓表、電流表和兩個(gè)多路轉(zhuǎn)換器的電連接。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 在半導(dǎo)體加工裝置中控制徑向和方位角的襯底溫度以實(shí)現(xiàn)期望的在所述襯底上 的臨界尺寸（CD)均勻性變得越來越迫切。即使是很小的溫度變化可能影響CD到無法接受 的程度，尤其是當(dāng)在半導(dǎo)體制造工藝中⑶接近亞-IOOnm時(shí)。
[0014] 襯底支撐組件可被配置用于處理過程中的各種功能，如支撐襯底、調(diào)節(jié)襯底溫度、 并供給射頻功率。襯底支撐組件可以包括用于在處理過程中將襯底夾持到襯底支承組件 上的靜電吸盤（ESC)。該ESC可以是可調(diào)式ESC(T-ESC)。T-ESC在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利 No. 6, 847, 014和6, 921，724中得到描述，其通過引用并入本文。襯底支撐組件可包括陶瓷 襯底支架、流體冷卻的散熱器（以下簡(jiǎn)稱為冷卻板）和多個(gè)同心的平面加熱器區(qū)域以實(shí)現(xiàn) 逐步和徑向的溫度控制。通常情況下，冷卻板保持在-20°C和80°C之間。加熱器位于該冷 卻板上，兩者之間具有熱絕緣體。加熱器可以保持襯底支撐組件的支撐表面在冷卻板的溫 度之上約〇°C到90°C的溫度。通過改變多個(gè)平面加熱器區(qū)域內(nèi)的加熱器功率，襯底支撐件 的溫度分布可以在中心熱、中心冷、和均勻之間進(jìn)行變化。另外，平均的襯底支撐件的溫度 可以在冷卻板的溫度之上〇°C到90°C的溫度運(yùn)行范圍內(nèi)逐步地進(jìn)行變化。由于⑶隨半導(dǎo) 體技術(shù)的進(jìn)步而減小，小的方位角溫度變化帶來更大的挑戰(zhàn)。
[0015] 由于以下幾個(gè)原因，控制溫度不是容易的任務(wù)。首先，許多因素會(huì)影響熱傳遞，如 熱源和散熱片的位置，介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)、材料和形狀。其次，熱傳遞是動(dòng)態(tài)過程。除非考慮的系 統(tǒng)處于熱平衡，否則會(huì)發(fā)生熱傳遞，并且溫度分布和熱傳遞會(huì)隨時(shí)間變化。第三，非平衡現(xiàn) 象，如等離子體，其在等離子體處理中當(dāng)然是始終存在的，使得任何實(shí)際的等離子體處理裝 置的熱傳遞行為的理論預(yù)測(cè)非常困難。
[0016] 等離子體處理裝置中的襯底的溫度分布受許多因素的影響，如等離子體密度分 布、RF功率分布和卡盤中的各種加熱和冷卻元件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，因此襯底的溫度分布往往是 不均勻的，并且用少數(shù)加熱元件或冷卻元件難以控制該溫度分布。這種缺陷轉(zhuǎn)變成整個(gè)襯 底的處理速率的非均勻性，以及襯底上的器件管芯的臨界尺寸的非均勻性。
[0017] 根據(jù)溫度控制的復(fù)雜特性，在襯底支撐組件中引入多個(gè)獨(dú)立可控的平面加熱器區(qū) 域以使得裝置能夠有效地產(chǎn)生并保持合乎期望的時(shí)間和空間的溫度分布，并補(bǔ)償影響CD 均勻性的其他不利因素，將是有利的。
[0018] 具有多個(gè)獨(dú)立可控的平面加熱器區(qū)域的半導(dǎo)體處理裝置中的用于襯底支撐組件 的加熱板在共同擁有的美國(guó)公布專利申請(qǐng)No. 2011/0092072中得到公開，其公開內(nèi)容通過 引用并入本文。該加熱板包括平面加熱器區(qū)域與功率供給源和功率回線的可擴(kuò)展的多路布 置方案。通過調(diào)節(jié)平面加熱器區(qū)域的功率，處理過程中的溫度分布可以在徑向和方位角形 成某種形狀。雖然該加熱板的主要描述用于等離子體處理裝置，但該加熱板還可以用于不 使用等離子體的其他的半導(dǎo)體處理裝置。
[0019] 該加熱板中的平面加熱器區(qū)域優(yōu)選地布置成確定的圖案，例如，矩形網(wǎng)格、六角形 網(wǎng)格、極性陣列、同心環(huán)或任何所需的圖案。每個(gè)平面加熱器區(qū)域可以具有任何合適的尺 寸，并且可以具有一個(gè)或多個(gè)加熱元件。平面加熱器區(qū)域中的所有加熱元件一起開啟或關(guān) 閉。為了將電連接的數(shù)量降到最低，布置功率供給線和功率回線，使得每個(gè)功率供給線連 接到不同組的平面加熱器區(qū)域，并且每個(gè)功率回線連接到不同組的平面加熱器區(qū)域，其中 每個(gè)平面加熱器區(qū)域是連接到特定的功率供給線的所述組中的一組和連接到特定的功率 回線的所述組中的一組。沒有兩個(gè)平面加熱區(qū)域連接到相同的成對(duì)的功率供給線和功率回 線。因此，平面加熱器區(qū)域可以通過將電流引導(dǎo)通過與該特定的平面加熱器區(qū)域連接的成 對(duì)的功率供給線和功率回線來激活。加熱器元件的功率優(yōu)選小于20W，更優(yōu)選為5至10W。 加熱器元件可以是電阻加熱器，如聚酰亞胺加熱器、硅橡膠加熱器、云母加熱器、金屬加熱 器（如W、Ni/Cr合金、Mo或Ta)、陶瓷加熱器（例如WC)、半導(dǎo)體加熱器或碳加熱器。加熱器 元件可以進(jìn)行絲網(wǎng)印刷、繞線、或蝕刻箱加熱器。在一種實(shí)施方式中，每個(gè)平面加熱器區(qū)域 不大于半導(dǎo)體襯底上制造的4個(gè)器件管芯，或者不大于半導(dǎo)體襯底上制造的2個(gè)器件管芯， 或者不大于半導(dǎo)體襯底上制造的1個(gè)器件管芯，或?qū)?yīng)于襯底上的器件管芯每個(gè)平面加熱 器區(qū)域的面積從16至IOOcm 2，或面積從1至15cm2，或面積從2至3cm2。加熱器元件的厚度 的范圍可從2微米至1毫米，優(yōu)選5-80微米。為了允許平面加熱器區(qū)域和/或功率供給線 和功率回線之間有空間，平面加熱器區(qū)域的總面積可以高達(dá)90%的襯底支撐組件的上表面 的面積，例如50-90%的所述面積?？梢詫⒐β使┙o線或功率回線（統(tǒng)稱功率線）布置在 平面加熱器區(qū)域之間的范圍從1至10毫米的間隙中，或布置在通過電絕緣層與平面加熱器 區(qū)域平面分開的單獨(dú)的平面中。為了運(yùn)載大電流并減少焦耳熱，優(yōu)選地制備功率供給線和 功率回線達(dá)到在空間所允許的最大寬度。在一種實(shí)施方式中，其中的功率線與平面加熱器 區(qū)域是在相同的平面，功率線的寬度優(yōu)選為在〇. 3毫米和2毫米之間。在另一種實(shí)施方式 中，其中的功率線與平面加熱器區(qū)域是在不同的平面，功率線的寬度可以寬達(dá)平面加熱器 區(qū)域，例如對(duì)于300毫米的卡盤，寬度可以是1至2英寸。功率線的材料可以與加熱器元件 的材料相同或不同。優(yōu)選地，功率線的材料是具有低電阻率的材料，如Cu、Al、W、格樣孝失 合金 _( (Inconelu )或 Mo。
[0020] 圖1示出了襯底支撐組件，其包含具有并入兩個(gè)電絕緣層104A和104B的成陣列 的平面加熱器