确定衬底支撑组件的热稳定性的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及等离子体处理装置，且更具体地涉及等离子体处理装置的统计过程控制。
【背景技术】
[0002]集成电路从衬底或半导体衬底形成，在衬底或半导体衬底上形成图案化的微电子层。在衬底的处理过程中，往往采用等离子体在衬底上沉积膜或者蚀刻膜的拟定部分。缩小特征尺寸和在下一代微电子层中使用新材料已对等离子体处理设备提出了新的要求。在等离子体处理过程中，数以百计的衬底可被处理。但是，不是所有被处理的衬底都能达到可接受的质量标准。更小的特征、更大的衬底尺寸和新的处理技术要求等离子体处理装置的改进以控制等离子体处理的条件，而且除其它方面外，这还要求等离子体处理装置具有改进的均匀性、一致性和自诊断。所以，为了识别可能没有达到可接受的质量标准的衬底，故障检测可被执行。本文所讨论的故障检测是指识别潜在的问题衬底的工艺。
【发明内容】
[0003]本文公开了一种确定等离子体处理装置中的衬底支撑组件的上表面的热稳定性的方法，其中所述衬底支撑组件包括成阵列的热控制元件，其中所述成阵列的热控制元件中的一或多个热控制元件形成所述衬底支撑组件的能独立控制的加热器区，且其中成阵列的热控制元件能操作来控制所述衬底支撑组件的所述上表面的空间和时间温度。所述方法包括在执行等离子体处理工艺之前记录所述衬底支撑组件的时间分辨的处理前温度数据(time resolved pre-process temperature data)，同时给所述成阵列的热控制元件供电以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和时间温度。衬底或成批衬底在所述等离子体处理装置中被处理，同时给所述成阵列的热控制元件供电以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和时间温度，且所述衬底支撑组件的时间分辨的处理后温度数据(time resolved post-process temperature data)在处理所述衬底或所述成批衬底之后被记录，其中在所述处理后温度数据被记录的同时给所述成阵列的热控制元件供电以达到所述衬底支撑组件的所述上表面的所希望的空间和时间温度。将所述处理后温度数据与所述处理前温度数据进行比较，并确定所述处理后温度数据是否在所述处理前温度数据的所希望的公差范围内。
【具体实施方式】
[0004]在接下来的描述中，许多具体细节被阐述以便提供对本文所描述的实施方式的透彻理解。但对本领域技术人员而言，显而易见的是所描述的实施方式可在没有这些具体细节中的一些细节的情况下被实施。另一方面，如果实施细节和工艺操作是已经公知的，则不会被详细描述。另外，本文所使用的术语“约”在结合数值使用时是指±10%。
[0005]本文所描述的各种实施方式包括方法和技术以及制造品，比如包括其上存储有用于执行本文所描述的实施方式的诸如软件算法之类的计算机可读指令的计算机可读介质和用于控制本文所描述的实施方式的控制系统的制造品。所述计算机可读介质可包括用于存储计算机可读代码的例如半导体形式、磁形式、光磁形式、光学形式、或者其它形式的计算机可读介质。此外，本文所描述的实施方式可包括装置(比如专用和/或可编程的电路)以执行与本文所公开的方法有关的任务。这种装置的示例包括通用计算机和/或经适当编程的专用计算设备，且可包括计算机/计算设备和适合与本文所描述的实施方式有关的各种任务的专用/可编程电路的组合。
[0006]衬底支撑组件在半导体等离子体处理过程中可被配置用于多种功能，比如支撑半导体衬底、调整衬底温度(其中成阵列的热控制元件可被用来调整衬底支撑组件的上表面的温度)、以及提供射频功率。衬底支撑组件和用于衬底支撑组件的加热装置的示例性实施方式可在共同受让的美国专利8，461，674、共同受让的美国专利申请公布第 2011/0092072、2013/0072035、2013/0068750、2012/0115254、2013/0220989 和2011/0143462号和共同受让的美国专利申请第13/908，676序列号中找到，上述所有专利或专利申请均通过参考全文并入此处。用于衬底支撑组件的功率供应和功率切换系统(包括与所述功率供应和功率切换系统电气连接的成阵列的热控制元件)的示例性实施方式可在共同受让的美国专利申请第13/690，745序列号中找到，该专利申请通过参考全文并入此处。
[0007]衬底支撑组件可包括用于在处理过程中将衬底静电夹持到衬底支撑组件的上表面上的静电卡盘(ESC)。衬底支撑组件可包括陶瓷衬底架、流体冷却式散热器(即冷却板)、加热器板、以及多个可独立控制的加热器区从而实现衬底支撑组件的逐步的径向温度控制、方位角温度控制和/或逐个芯片(die by die)的温度控制。例如，在实施方式中，流体冷却式散热器可被维持在约_20°C和80°C之间，其中成阵列的热控制元件(加热器)可将衬底支撑组件的上表面并从而将被支撑在该上表面上的衬底维持在流体冷却式散热器的温度之上约0°C到90°C的温度。可独立控制的加热器区可这样形成:控制提供给成阵列的热控制元件中的每一个热控制元件的加热器功率因而允许衬底支撑组件的上表面的温度分布并从而允许被支撑在衬底支撑组件的上表面上的衬底的温度分布能够在空间上和/或时间上受控。
[0008]但是，出于若干原因，控制温度不是一个简单的任务。第一，许多因素会影响传热，比如热源和散热器的位置、RF分布、以及媒介的移动、材料和形状。第二，传热是一个动态过程。除非讨论中的系统处理热平衡，否则传热就会发生，而温度分布和传热会随着时间改变。第三，非平衡现象(比如在等离子体处理过程中产生的等离子体)使得对任何实际等离子体处理装置的传热行为的理论预期很难(如果不是不可能的话)。第四，在形成可独立控制的加热器区的两或更多个热控制元件之间的位置处的衬底支撑件的上表面上的温度可比每个相应的热控制元件的已知温度高，从而增加监控衬底支撑组件的上表面的温度分布的难度，并从而增加监控衬底支撑组件的上表面上所支撑的衬底的温度分布的难度。
[0009]甚至在衬底支撑组件中具有由成阵列的热控制元件和下层散热器组成的多个可独立控制的加热器区的情况下，当多个衬底或多批衬底被处理时，由衬底支撑组件控制的处理条件也会随时间变化。此外，在等离子体处理装置中处理衬底时，改变处理条件可导致监控温度数据的传感器收集到噪声。所以，优选地，噪声从所监控的处理温度数据中被过滤。所以，希望的是监控衬底支撑组件中的多个可独立控制的加热器区的热稳定性以使该装置能够积极地建立并维持衬底支撑组件的上表面的所希望的空间和时间温度分布。因此，利用统计过程控制优选地连同噪声过滤技术，衬底支撑组件的上表面温度可相对于衬底支撑组件的上表面的空间和时间温度分布(即温度输出)被确定、被监控和/或被稳定。通过这种方式，可减少与处理半导体衬底有关的制造成本和工艺错误，比如跨越(across)待处理的衬底或成批衬底的处理蚀刻或沉积速率的非均匀性。
[0010]本文所使用的术语统计分析或统计过程控制(SPC)是指对温度数据的测得参数(measured parameter)或导出参数(derived parameter)或者成组的测得或导出参数的统计行为的分析，且指将这种行为与历史(基线)统计限度进行比较。这样的统计分析或SPC可产生与测得参数是否在可接受范围内相关的信息(比如硬公差范围或软公差范围(hardor soft tolerance range))或者与等离子体处理装置的特定子系统或系统是否表现出表示失败、故障或其它问题的特定工艺状态的行为或趋势相关的信息。SPC可被用于确定衬底支撑组件的上表面的热稳定性、监控控制衬底支撑组件的热输出的参数及导出参数、以及控制衬底支撑组件的温度输出(即衬底支撑件的上表面的温度)。
[0011]为了确定等离子体处理装置中的衬底支撑组件的上表面的热稳定性，可在等离子体处理装置中执行等离子体处理工艺之前记录衬底支撑组件的时间分辨的处理前温度数据(处理前温度数据)，其中成阵列的热控制元件被供电以达到衬底支撑组件的上表面的所希望的空间和时间温度。在衬底支撑组件的处理前温度数据被记录之后，衬底或成批衬底可在等离子体处理装置中被处理，同时成阵列的热控制元件被供电以达到衬底支撑组件的上表面的所希望的处理空间和时间温度(processing spatial and temporaltemperature)。在处理衬底、成批衬底之后，或者在替代实施方式中处理多批衬底之后，衬底支撑组件的时间分辨的处理后温度数据(处理后温度数据)被记录，同时成阵列的热控制元件被供电以达到衬底支撑组件的上表面的所希望的空间和时间温度。优选地，