確定襯底支撐組件的熱穩定性的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及等離子體處理裝置，且更具體地涉及等離子體處理裝置的統計過程控制。
【背景技術】
[0002]集成電路從襯底或半導體襯底形成，在襯底或半導體襯底上形成圖案化的微電子層。在襯底的處理過程中，往往采用等離子體在襯底上沉積膜或者蝕刻膜的擬定部分。縮小特征尺寸和在下一代微電子層中使用新材料已對等離子體處理設備提出了新的要求。在等離子體處理過程中，數以百計的襯底可被處理。但是，不是所有被處理的襯底都能達到可接受的質量標準。更小的特征、更大的襯底尺寸和新的處理技術要求等離子體處理裝置的改進以控制等離子體處理的條件，而且除其它方面外，這還要求等離子體處理裝置具有改進的均勻性、一致性和自診斷。所以，為了識別可能沒有達到可接受的質量標準的襯底，故障檢測可被執行。本文所討論的故障檢測是指識別潛在的問題襯底的工藝。

【發明內容】

[0003]本文公開了一種確定等離子體處理裝置中的襯底支撐組件的上表面的熱穩定性的方法，其中所述襯底支撐組件包括成陣列的熱控制元件，其中所述成陣列的熱控制元件中的一或多個熱控制元件形成所述襯底支撐組件的能獨立控制的加熱器區，且其中成陣列的熱控制元件能操作來控制所述襯底支撐組件的所述上表面的空間和時間溫度。所述方法包括在執行等離子體處理工藝之前記錄所述襯底支撐組件的時間分辨的處理前溫度數據(time resolved pre-process temperature data)，同時給所述成陣列的熱控制元件供電以達到所述襯底支撐組件的所述上表面的所希望的空間和時間溫度。襯底或成批襯底在所述等離子體處理裝置中被處理，同時給所述成陣列的熱控制元件供電以達到所述襯底支撐組件的所述上表面的所希望的空間和時間溫度，且所述襯底支撐組件的時間分辨的處理后溫度數據(time resolved post-process temperature data)在處理所述襯底或所述成批襯底之后被記錄，其中在所述處理后溫度數據被記錄的同時給所述成陣列的熱控制元件供電以達到所述襯底支撐組件的所述上表面的所希望的空間和時間溫度。將所述處理后溫度數據與所述處理前溫度數據進行比較，并確定所述處理后溫度數據是否在所述處理前溫度數據的所希望的公差范圍內。
【具體實施方式】
[0004]在接下來的描述中，許多具體細節被闡述以便提供對本文所描述的實施方式的透徹理解。但對本領域技術人員而言，顯而易見的是所描述的實施方式可在沒有這些具體細節中的一些細節的情況下被實施。另一方面，如果實施細節和工藝操作是已經公知的，則不會被詳細描述。另外，本文所使用的術語“約”在結合數值使用時是指±10%。
[0005]本文所描述的各種實施方式包括方法和技術以及制造品，比如包括其上存儲有用于執行本文所描述的實施方式的諸如軟件算法之類的計算機可讀指令的計算機可讀介質和用于控制本文所描述的實施方式的控制系統的制造品。所述計算機可讀介質可包括用于存儲計算機可讀代碼的例如半導體形式、磁形式、光磁形式、光學形式、或者其它形式的計算機可讀介質。此外，本文所描述的實施方式可包括裝置(比如專用和/或可編程的電路)以執行與本文所公開的方法有關的任務。這種裝置的示例包括通用計算機和/或經適當編程的專用計算設備，且可包括計算機/計算設備和適合與本文所描述的實施方式有關的各種任務的專用/可編程電路的組合。
[0006]襯底支撐組件在半導體等離子體處理過程中可被配置用于多種功能，比如支撐半導體襯底、調整襯底溫度(其中成陣列的熱控制元件可被用來調整襯底支撐組件的上表面的溫度)、以及提供射頻功率。襯底支撐組件和用于襯底支撐組件的加熱裝置的示例性實施方式可在共同受讓的美國專利8，461，674、共同受讓的美國專利申請公布第 2011/0092072、2013/0072035、2013/0068750、2012/0115254、2013/0220989 和2011/0143462號和共同受讓的美國專利申請第13/908，676序列號中找到，上述所有專利或專利申請均通過參考全文并入此處。用于襯底支撐組件的功率供應和功率切換系統(包括與所述功率供應和功率切換系統電氣連接的成陣列的熱控制元件)的示例性實施方式可在共同受讓的美國專利申請第13/690，745序列號中找到，該專利申請通過參考全文并入此處。
[0007]襯底支撐組件可包括用于在處理過程中將襯底靜電夾持到襯底支撐組件的上表面上的靜電卡盤(ESC)。襯底支撐組件可包括陶瓷襯底架、流體冷卻式散熱器(即冷卻板)、加熱器板、以及多個可獨立控制的加熱器區從而實現襯底支撐組件的逐步的徑向溫度控制、方位角溫度控制和/或逐個芯片(die by die)的溫度控制。例如，在實施方式中，流體冷卻式散熱器可被維持在約_20°C和80°C之間，其中成陣列的熱控制元件(加熱器)可將襯底支撐組件的上表面并從而將被支撐在該上表面上的襯底維持在流體冷卻式散熱器的溫度之上約0°C到90°C的溫度。可獨立控制的加熱器區可這樣形成:控制提供給成陣列的熱控制元件中的每一個熱控制元件的加熱器功率因而允許襯底支撐組件的上表面的溫度分布并從而允許被支撐在襯底支撐組件的上表面上的襯底的溫度分布能夠在空間上和/或時間上受控。
[0008]但是，出于若干原因，控制溫度不是一個簡單的任務。第一，許多因素會影響傳熱，比如熱源和散熱器的位置、RF分布、以及媒介的移動、材料和形狀。第二，傳熱是一個動態過程。除非討論中的系統處理熱平衡，否則傳熱就會發生，而溫度分布和傳熱會隨著時間改變。第三，非平衡現象(比如在等離子體處理過程中產生的等離子體)使得對任何實際等離子體處理裝置的傳熱行為的理論預期很難(如果不是不可能的話)。第四，在形成可獨立控制的加熱器區的兩或更多個熱控制元件之間的位置處的襯底支撐件的上表面上的溫度可比每個相應的熱控制元件的已知溫度高，從而增加監控襯底支撐組件的上表面的溫度分布的難度，并從而增加監控襯底支撐組件的上表面上所支撐的襯底的溫度分布的難度。
[0009]甚至在襯底支撐組件中具有由成陣列的熱控制元件和下層散熱器組成的多個可獨立控制的加熱器區的情況下，當多個襯底或多批襯底被處理時，由襯底支撐組件控制的處理條件也會隨時間變化。此外，在等離子體處理裝置中處理襯底時，改變處理條件可導致監控溫度數據的傳感器收集到噪聲。所以，優選地，噪聲從所監控的處理溫度數據中被過濾。所以，希望的是監控襯底支撐組件中的多個可獨立控制的加熱器區的熱穩定性以使該裝置能夠積極地建立并維持襯底支撐組件的上表面的所希望的空間和時間溫度分布。因此，利用統計過程控制優選地連同噪聲過濾技術，襯底支撐組件的上表面溫度可相對于襯底支撐組件的上表面的空間和時間溫度分布(即溫度輸出)被確定、被監控和/或被穩定。通過這種方式，可減少與處理半導體襯底有關的制造成本和工藝錯誤，比如跨越(across)待處理的襯底或成批襯底的處理蝕刻或沉積速率的非均勻性。
[0010]本文所使用的術語統計分析或統計過程控制(SPC)是指對溫度數據的測得參數(measured parameter)或導出參數(derived parameter)或者成組的測得或導出參數的統計行為的分析，且指將這種行為與歷史(基線)統計限度進行比較。這樣的統計分析或SPC可產生與測得參數是否在可接受范圍內相關的信息(比如硬公差范圍或軟公差范圍(hardor soft tolerance range))或者與等離子體處理裝置的特定子系統或系統是否表現出表示失敗、故障或其它問題的特定工藝狀態的行為或趨勢相關的信息。SPC可被用于確定襯底支撐組件的上表面的熱穩定性、監控控制襯底支撐組件的熱輸出的參數及導出參數、以及控制襯底支撐組件的溫度輸出(即襯底支撐件的上表面的溫度)。
[0011]為了確定等離子體處理裝置中的襯底支撐組件的上表面的熱穩定性，可在等離子體處理裝置中執行等離子體處理工藝之前記錄襯底支撐組件的時間分辨的處理前溫度數據(處理前溫度數據)，其中成陣列的熱控制元件被供電以達到襯底支撐組件的上表面的所希望的空間和時間溫度。在襯底支撐組件的處理前溫度數據被記錄之后，襯底或成批襯底可在等離子體處理裝置中被處理，同時成陣列的熱控制元件被供電以達到襯底支撐組件的上表面的所希望的處理空間和時間溫度(processing spatial and temporaltemperature)。在處理襯底、成批襯底之后，或者在替代實施方式中處理多批襯底之后，襯底支撐組件的時間分辨的處理后溫度數據(處理后溫度數據)被記錄，同時成陣列的熱控制元件被供電以達到襯底支撐組件的上表面的所希望的空間和時間溫度。優選地，