等離子反應(yīng)設(shè)備及其溫度監(jiān)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種等離子反應(yīng)設(shè)備，以及一種應(yīng)用上述等離子反應(yīng)設(shè)備的溫度監(jiān)控方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體工藝加工的過(guò)程中，必須要嚴(yán)格控制等離子反應(yīng)腔室的大量參數(shù)以保證獲得理想的工藝結(jié)果。這些參數(shù)包括:腔室氣壓，腔室溫度，耦合窗溫度，上下電極功率，靜電卡盤(pán)溫度及其基座溫度等。耦合窗溫度就是一個(gè)十分重要的參數(shù)?？涛g工藝結(jié)果對(duì)耦合窗溫度的變化十分敏感。
[0003]目前主要是使用等離子體轟擊給耦合窗加熱升溫，由于腔室結(jié)構(gòu)上的差異，導(dǎo)致等離子體出現(xiàn)不均勻分布，導(dǎo)致其對(duì)耦合窗的加熱必然存在差異。再加上石英的導(dǎo)熱系數(shù)很小，熱傳導(dǎo)效率十分低。這兩個(gè)因素最終導(dǎo)致窗不同區(qū)域出現(xiàn)不同程度的溫差。這種溫差會(huì)對(duì)工藝結(jié)果造成不良影響。例如，導(dǎo)致缺陷(defect)的產(chǎn)生。刻蝕工藝過(guò)程中的氣態(tài)副產(chǎn)物遇到溫度較低區(qū)域的耦合窗，會(huì)凝固脫落，掉落到正在進(jìn)行工藝的晶片表面，形成工藝缺陷，最終影響產(chǎn)品的良率。這種影響隨著加工線(xiàn)寬的減小變的日益嚴(yán)重。
[0004]等離子體反應(yīng)室耦合窗的溫度對(duì)刻蝕工藝結(jié)果有著十分重要的作用。刻蝕工藝結(jié)果對(duì)其溫度非常敏感。例如:當(dāng)耦合窗溫度為40°C左右時(shí)，工藝配方為:30mT/600W/300W/l00Cl2/40HBr/30He02/70He/20NJi氮化硅的刻蝕速率為310A/min。當(dāng)石英窗的溫度為65°C時(shí)，相同工藝配方對(duì)對(duì)氮化硅的刻蝕速率為280A/min。對(duì)耦合窗整體的溫度監(jiān)控可以有效提高刻蝕速率的均勻性，進(jìn)而改善關(guān)鍵尺寸(CD)，溝槽深度(Trench depth)等關(guān)鍵工藝參數(shù)的均勻性。另外，對(duì)耦合窗整體的溫度監(jiān)控還可以減小刻蝕副產(chǎn)物的再沉積，進(jìn)而減小工藝缺陷的形成，提聞最終廣品的良率。
[0005]目前的一種等離子反應(yīng)腔室，上電極耦合窗是通過(guò)等離子體轟擊來(lái)升溫，其溫度監(jiān)控是使用單點(diǎn)監(jiān)控的方法進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)溫位置靠近耦合窗中心區(qū)域。
[0006]由于石英的熱導(dǎo)率特別差，單點(diǎn)監(jiān)測(cè)中心區(qū)域的溫度根本不能反應(yīng)其整體溫度的情況。由此判斷的最佳工藝開(kāi)始時(shí)間與真實(shí)的最佳工藝開(kāi)始時(shí)間會(huì)有較大誤差，會(huì)對(duì)工藝結(jié)果造成影響。
[0007]單點(diǎn)檢測(cè)的溫度結(jié)果不能提供有效的判斷，為了獲得可接受的工藝結(jié)果，需延長(zhǎng)稱(chēng)合窗的升溫時(shí)間。會(huì)增大稱(chēng)合窗部件的損耗，影響機(jī)臺(tái)的生產(chǎn)效率(throughput)。
[0008]鑒于上述缺陷，本發(fā)明人經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究和實(shí)踐終于獲得了本發(fā)明創(chuàng)造。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]基于此，有必要針對(duì)等離子反應(yīng)室的溫度測(cè)量存在誤差等問(wèn)題，提供一種能夠準(zhǔn)確測(cè)量耦合窗溫度的等離子反應(yīng)設(shè)備，以及應(yīng)用上述等離子反應(yīng)設(shè)備的溫度監(jiān)控方法。上述目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0010]一種等離子反應(yīng)設(shè)備，包括反應(yīng)室、位于所述反應(yīng)室頂部的耦合窗、位于所述反應(yīng)室底部的用于放置晶片的基座和多個(gè)測(cè)溫裝置；
[0011 ] 多個(gè)所述測(cè)溫裝置放置在所述耦合窗上；
[0012]多個(gè)所述溫度測(cè)量裝置用于測(cè)試所述耦合窗的不同位置處的溫度。
[0013]上述目的還可以通過(guò)下述技術(shù)方案進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
[0014]其中，每個(gè)所述測(cè)溫裝置在所述耦合窗的表面上的垂直投影到所述耦合窗的表面的中心的距離各不相等。
[0015]其中，任意一個(gè)所述測(cè)溫裝置在所述耦合窗的表面上的垂直投影和所述耦合窗的中心的連線(xiàn)與其他所述測(cè)溫裝置在所述耦合窗的表面上的垂直投影和所述耦合窗的中心的連線(xiàn)之間存在夾角。
[0016]其中，所述測(cè)溫裝置的數(shù)量為三個(gè)；
[0017]任意一個(gè)所述測(cè)溫裝置在所述耦合窗的表面上的垂直投影和所述耦合窗的中心的連線(xiàn)與另外兩個(gè)所述測(cè)溫裝置在所述耦合窗的表面上的垂直投影和所述耦合窗的中心的連線(xiàn)之間的夾角為120°。
[0018]其中，所述測(cè)溫裝置的數(shù)量為三個(gè)；
[0019]所述三個(gè)測(cè)溫裝置在所述耦合窗的表面上的垂直投影到所述耦合窗的表面的中心的距離分別等于所述晶片直徑的四分之一、所述晶片直徑的二分之一和所述晶片直徑的四分之三。
[0020]其中，所述測(cè)溫裝置為熱電偶或紅外線(xiàn)測(cè)溫儀。
[0021]其中，所述測(cè)溫裝置為熱電偶；
[0022]所述耦合窗的表面上設(shè)置有多個(gè)凹槽；
[0023]所述凹槽的數(shù)量與所述測(cè)溫裝置的數(shù)量相一致；
[0024]多個(gè)所述測(cè)溫裝置分別安裝到多個(gè)所述凹槽中。
[0025]還涉及一種等離子反應(yīng)設(shè)備的溫度監(jiān)控方法，應(yīng)用于等離子反應(yīng)設(shè)備，包括如下步驟:
[0026]在反應(yīng)室內(nèi)產(chǎn)生等離子體；
[0027]測(cè)量所述耦合窗的溫度；
[0028]通過(guò)所述耦合窗的溫度對(duì)工藝結(jié)果的影響，調(diào)整工藝配方的具體參數(shù)。
[0029]其中，所述測(cè)溫裝置的數(shù)量為三個(gè)；
[0030]任意一個(gè)所述測(cè)溫裝置在所述耦合窗的表面上的垂直投影和所述耦合窗的中心的連線(xiàn)與另外兩個(gè)所述測(cè)溫裝置在所述耦合窗的表面上的垂直投影和所述耦合窗的中心的連線(xiàn)之間的夾角為120°。
[0031]其中，所述測(cè)溫裝置的數(shù)量為三個(gè)；
[0032]所述三個(gè)測(cè)溫裝置在所述耦合窗的表面上的垂直投影到所述耦合窗的表面的中心的距離分別等于所述晶片直徑的1/4、所述晶片直徑的1/2和所述晶片直徑的3/4。
[0033]本發(fā)明的有益效果是:
[0034]本發(fā)明的等離子反應(yīng)設(shè)備及其溫度監(jiān)控方法，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單合理，通過(guò)采用多點(diǎn)測(cè)溫的方式，即多個(gè)測(cè)溫裝置分別放置到耦合窗的另一表面上，來(lái)測(cè)量耦合窗的溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)耦合窗溫度的整體監(jiān)控，為產(chǎn)品提供最佳工藝配方，提高反應(yīng)室的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的良率。
【附圖說(shuō)明】
[0035]圖1為本發(fā)明的等離子反應(yīng)設(shè)備一實(shí)施例的主視圖；
[0036]圖2為圖1所示的等離子反應(yīng)設(shè)備中測(cè)溫裝置與晶片、耦合窗的位置圖；
[0037]圖3為本發(fā)明的等離子反應(yīng)設(shè)備的溫度監(jiān)控方法的流程圖；
[0038]其中:
[0039]1-稱(chēng)合窗；2_反應(yīng)室；3_晶片；4_靜電卡盤(pán)；5_加熱器；
[0040]6-進(jìn)口；7-出口 ；8_第一測(cè)溫裝置；9_第二測(cè)溫裝置；10_第三測(cè)溫裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0041]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的等離子反應(yīng)設(shè)備及其溫度監(jiān)控方法進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0042]參見(jiàn)圖1和圖2，本發(fā)明的等離子反應(yīng)設(shè)備包括反應(yīng)室2、耦合窗I和多個(gè)測(cè)溫裝置，耦合窗I為平板狀，耦合窗I位于反應(yīng)室2的頂部，晶片3通過(guò)庫(kù)倫力固定在靜電卡盤(pán)4正上方，且晶片3的軸線(xiàn)與耦合窗I的軸線(xiàn)共線(xiàn)，靜電卡盤(pán)4安裝在反應(yīng)室的底部，靜電卡盤(pán)4外接溫度控制模塊(Chiller，未顯示)，溫度控制模塊中冷卻液通過(guò)進(jìn)口 6流入靜電卡盤(pán)4內(nèi)部,在靜電卡盤(pán)4內(nèi)部進(jìn)行熱量交換,從出口 7返回溫度控制模塊,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)晶片3的精確溫度控制。反應(yīng)室2的側(cè)壁通過(guò)加熱器5、測(cè)溫裝置和過(guò)溫開(kāi)關(guān)的組合形成對(duì)反應(yīng)室2的溫度控制。
[0043]f禹合窗I的一表面朝向反應(yīng)室2的內(nèi)部空腔,該表面為下表面,將多個(gè)測(cè)溫裝置放置到耦合窗I的另一表面上，該表面為上表面，通過(guò)多個(gè)測(cè)溫裝置測(cè)量耦合窗的不同位置處的溫度。進(jìn)一步地，本發(fā)明中的測(cè)溫裝置為熱電偶或紅外線(xiàn)測(cè)溫儀等測(cè)測(cè)溫裝置。在本實(shí)施例中，測(cè)溫裝置為熱電偶。
[0044]本發(fā)明的等離子反應(yīng)設(shè)備，通過(guò)采用多點(diǎn)測(cè)溫的方式，將多個(gè)測(cè)溫裝置分別放置到耦合窗I上，來(lái)測(cè)量耦合窗I的溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)耦合窗I溫度的整體監(jiān)控，為產(chǎn)品提供最佳工藝配方，提聞反應(yīng)室2的生廣效率和廣品的良率。
[0045]作為一種可實(shí)施方式，測(cè)溫裝置的數(shù)量為三、四、五或六個(gè)，每個(gè)測(cè)溫裝置在耦合窗I的表面上的垂直投影到耦合窗I的表面的中心的距離各不相等。進(jìn)一步地，任意一個(gè)測(cè)溫裝置在耦合窗I的表面上的垂直投影和耦合窗I的中心的連線(xiàn)與其他測(cè)溫裝置在耦合窗I的表面上的垂直投影和耦合窗I的中心的連線(xiàn)之間存在夾角。
[0046]作為一種可實(shí)施方式，測(cè)溫裝置的數(shù)量為三個(gè)，任意一個(gè)測(cè)溫裝置在耦合窗I的表面上的垂直投影和耦合窗I的中心的連線(xiàn)與另外兩個(gè)測(cè)溫裝置在耦合窗I的表面上的垂直投影和耦合窗I的中心的連線(xiàn)之間的夾角為120°。
[0047]進(jìn)一步地，三個(gè)測(cè)溫裝置在耦合窗I的表面上的垂直投影到耦合窗I的表面的中心的距離分別等于晶片3直徑的四分之一、晶片3直徑的二分之一和晶片3直徑的四分之
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[0048]一般而言，受等離子體擴(kuò)散