[发明专利]半导体工件处理装置及方法

说明书

本发明一般涉及处理半导体工件的方法和装置，特别涉及半导体工件处理期间的温度控制和监测。

在如硅的半导体晶片等的半导体工件的某个处理(例如，等离子体腐蚀或淀积)期间，工件放置在处理室中设置的基座上。静电吸盘广泛地用于处理期间使用DC偏置电压产生的静电力将半导体晶片固定在基座上的适当位置。吸盘包括设置在两个介质层之间的电极，其中电极连接到DC偏置电压。图1为包括由室壁12限定的处理室10的常规处理室的示意方框图。要处理的半导体晶片W放置在基座14上，并通过静电吸盘固定在适当的位置。静电吸盘的DC偏置电压由DC电源16提供。提供真空口18以抽空处理室10。用于进行特定处理或淀积工艺的处理气体引入到处理室10内。设置在室外的磁场发生器(未示出)(例如螺线管或永磁铁)和RF电源20用于产生具有离子和电子用需要的能量入射晶片的等离子体。磁场发生器并不是必需的，但装置包含它以增加等离子体密度。其它的晶片处理装置在U．S．专利No．5，567，267；5，542，559；5，462，603；5，458，687；5，382，311以及5，290，381中有介绍。

在处理期间，由离子和电子入射晶片的能量以及等离子体和晶片之间的化学反应产生热。参考图2，使用在基座14中形成的冷却介质通路30中循环例如水的冷却介质冷却基座14。为了通过将热由晶片传递到基座14来控制晶片W的温度，在晶片W的下表面和静电吸盘的上介质层之间的空间32中提供氦或一些其它的传热气体。通过在基座14中形成的气体通路34将氦气提供到空间32。通过控制氦的导热率(以及由此传递到被冷却的基座的热量)，可以控制晶片的温度。由于在某个压力范围中，氦的导热率随氦的压力成函数变化，使用压力控制器36控制氦的压力能够控制氦的导热率，因此可以控制由热晶片传递到冷基座的热量。

通常重要的是在处理期间将晶片的温度控制在特定的温度或在特定的温度范围内。例如，如果温度太低，存在水将被引入到淀积在晶片上的膜内的可能性，对所完成的器件的操作特性和可靠性产生不利的影响。另一方面，温度太高例如会导致已淀积的金属布线层例如铝布线层出现不希望地熔化，并且已注入到晶片内的杂质出现不希望地扩散。当氦提供到晶片W和静电吸盘之间的空间32时，氦通常由晶片的边缘泄漏，如图2所示，在这些边缘部分，氦的压力减小。所述压力减小降低了这些边缘部分处氦的导热率。与由晶片中心部分传递到基座14的热量相比，所述导热率的降低减少了由晶片的边缘部分传递到基座14的热量．由此，与晶片的中心部分的温度相比，晶片的这些边缘部分的温度增加。由于晶片的不同部分处于不同的温度，因此所述不均匀的晶片温度使晶片的温度控制变得很难。

将晶片的温度控制在某个温度范围的需要也需要一种方便的测量晶片温度的结构。虽然用热电偶可以容易地测量晶片温度，但所述技术仅用于检测(测试)晶片而不用于实际制造晶片。也可以通过检测晶片的红外辐射测量晶片温度。然而，由于硅晶片可以基本上透过红外辐射，因此检测红外辐射的检测器将检测由衬底发出的红外辐射，由此导致不精确的温度测量。

晶片处理装置包括处理室，设置在处理室中支撑晶片的吸盘，以及与吸盘间隔开的底座。第一导热气体层提供在吸盘和晶片之间，第二导热气体层提供在底座和吸盘之间的空间中。将第一导热气体层的压力控制在与压力变化相比第一导热气体的导热率基本上不变的压力范围内，控制第二导热气体的压力以控制传递到底座的热量。

由于晶片和吸盘之间的第一导热气体层的压力保持在相对于第一导热气体的压力变化第一导热气体的导热率不显著改变的范围内，晶片边缘的泄漏不会显著改变晶片温度的均匀性。通过提供在吸盘和基座之间空间内的第二导热气体的压力可以控制晶片和吸盘的温度。所述空间的边缘由热绝缘体密封，由此可以在晶片提供均匀的导热率。由于第一导热气体层具有较低的热阻，因此晶片的温度基本上与吸盘的温度相同。由此可以使用例如设置在吸盘上的热电偶确定晶片的温度。所述温度信息提供到系统控制计算机。使用所述温度信息，系统控制计算机控制第二导热气体的压力，由此控制晶片和吸盘的温度。

本申请还介绍了晶片处理方法和晶片处理装置的控制电路。

如果结合附图阅读下面详细的说明，可以更清楚地理解和更好的介绍本发明的这些和其它特点和方案。

本发明的所述总结不需要介绍所有必须的特征，所以本发明也可以是这些介绍特征的变形。

当结合附图阅读下面详细的说明时，可以更充分地理解本发明，其中：

图1为处理半导体晶片的常规处理室的简略的框图。