多路的加热器阵列的故障检测方法
【专利说明】多路的加热器阵列的故障检测方法
[0001] 本申请是2013年04月19日提交的中国申请号为201180050579.7(国际申请号 为PCT/US2011/053558)、发明名称为"多路的加热器阵列的故障检测方法"的发明专利申请 的分案申请。
【背景技术】
[0002] 随着每一后继的半导体技术的产生，晶片直径趋向于增加而晶体管尺寸减小，从 而导致在衬底处理中需要更高程度的精度和可重复性。半导体衬底材料，如硅晶片，通过使 用真空室的技术进行处理。这些技术包括诸如电子束沉积之类非等离子体应用，以及诸如 溅射沉积、等离子体增强化学气相沉积（PECVD)、抗蚀剂剥离、和等离子体蚀刻之类等离子 体应用。
[0003] 半导体制造工具中目前可用的等离子体处理系统面临提高精度和可重复性的日 益增加的需求。等离子体处理系统的一个度量是改进的均匀性，该均匀性包括产生在半导 体衬底上的表面的工艺均匀性以及用标称相同的输入参数处理的一连串的衬底的工艺结 果的均匀性。衬底上均匀性的持续改进是合乎期望的。除其他以外，这还需要具有改进的 均匀性、一致性和自诊断性的等离子体室。
[0004] 具有多个独立可控的平面加热器区域的半导体处理装置中的用于衬底支撑组件 的加热板在共同拥有的美国专利申请序列No. 12/582,991中公开，其公开内容通过引用并 入本文。该加热板包括平面加热器区域与功率供给线和功率回线的可扩展的多路布置方 案。通过调节平面加热器区域的功率，在处理过程中的温度分布可以在径向和方位角形成 某种形状。虽然主要描述该加热板用于等离子体处理装置，该加热板还可以用于不使用等 离子体的其他的半导体处理装置。为了防止加热区域中过热，故障检测系统将是合乎期望 的。
【发明内容】
[0005] 本发明描述了一种在半导体处理装置中用于支持半导体衬底的衬底支撑组件中 的多区域加热板的故障检测的方法，所述加热板包括多个平面加热器区域、多个功率供给 线和多个功率回线，其中每个平面加热器区域连接到所述功率供给线中的一个和所述功率 回线中的一个，并且没有两个平面加热器区域共用相同的成对的功率供给线和功率回线； 所述方法包括：(a)获得一个或多个平面加热器区域的测量的总加热功率；(b)比较所述一 个或多个加热器区域的所述测量的总加热功率与预先确定的总加热功率；(c)如果所述测 量的总加热功率偏离所述预先确定的总加热功率预先确定的差额，则触发报警信号。
【附图说明】
[0006] 图1是其中包括具有成阵列的平面加热器区域的加热板的衬底支撑组件的示意 性剖视图，该衬底支撑组件还包括静电卡盘（ESC)。
[0007] 图2示出加热板中的成阵列的平面加热器区域的功率供给线和功率回线的电连 接。
[0008] 图3是可包括图1的衬底支撑组件的等离子体处理室的示例性的示意图。
[0009] 图4显示了根据一种实施方式的到加热板的电压表和电流表的电连接。
[0010] 图5显示了根据另一种实施方式的到加热板的电压表和电流表的电连接。
[0011] 图6显示了根据另一种实施方式的到加热板的电压表和电流表的电连接。
[0012] 图7示出了到加热板的电压表、电流表和两个多路转换器的电连接。
【具体实施方式】
[0013] 在半导体加工装置中控制径向和方位角的衬底温度以实现期望的在所述衬底上 的临界尺寸（CD)均匀性变得越来越迫切。即使是很小的温度变化可能影响CD到无法接受 的程度，尤其是当在半导体制造工艺中⑶接近亚-IOOnm时。
[0014] 衬底支撑组件可被配置用于处理过程中的各种功能，如支撑衬底、调节衬底温度、 并供给射频功率。衬底支撑组件可以包括用于在处理过程中将衬底夹持到衬底支承组件 上的静电吸盘（ESC)。该ESC可以是可调式ESC(T-ESC)。T-ESC在共同转让的美国专利 No. 6, 847, 014和6, 921，724中得到描述，其通过引用并入本文。衬底支撑组件可包括陶瓷 衬底支架、流体冷却的散热器（以下简称为冷却板）和多个同心的平面加热器区域以实现 逐步和径向的温度控制。通常情况下，冷却板保持在-20°C和80°C之间。加热器位于该冷 却板上，两者之间具有热绝缘体。加热器可以保持衬底支撑组件的支撑表面在冷却板的温 度之上约〇°C到90°C的温度。通过改变多个平面加热器区域内的加热器功率，衬底支撑件 的温度分布可以在中心热、中心冷、和均匀之间进行变化。另外，平均的衬底支撑件的温度 可以在冷却板的温度之上〇°C到90°C的温度运行范围内逐步地进行变化。由于⑶随半导 体技术的进步而减小，小的方位角温度变化带来更大的挑战。
[0015] 由于以下几个原因，控制温度不是容易的任务。首先，许多因素会影响热传递，如 热源和散热片的位置，介质的运动、材料和形状。其次，热传递是动态过程。除非考虑的系 统处于热平衡，否则会发生热传递，并且温度分布和热传递会随时间变化。第三，非平衡现 象，如等离子体，其在等离子体处理中当然是始终存在的，使得任何实际的等离子体处理装 置的热传递行为的理论预测非常困难。
[0016] 等离子体处理装置中的衬底的温度分布受许多因素的影响，如等离子体密度分 布、RF功率分布和卡盘中的各种加热和冷却元件的详细结构，因此衬底的温度分布往往是 不均匀的，并且用少数加热元件或冷却元件难以控制该温度分布。这种缺陷转变成整个衬 底的处理速率的非均匀性，以及衬底上的器件管芯的临界尺寸的非均匀性。
[0017] 根据温度控制的复杂特性，在衬底支撑组件中引入多个独立可控的平面加热器区 域以使得装置能够有效地产生并保持合乎期望的时间和空间的温度分布，并补偿影响CD 均匀性的其他不利因素，将是有利的。
[0018] 具有多个独立可控的平面加热器区域的半导体处理装置中的用于衬底支撑组件 的加热板在共同拥有的美国公布专利申请No. 2011/0092072中得到公开，其公开内容通过 引用并入本文。该加热板包括平面加热器区域与功率供给源和功率回线的可扩展的多路布 置方案。通过调节平面加热器区域的功率，处理过程中的温度分布可以在径向和方位角形 成某种形状。虽然该加热板的主要描述用于等离子体处理装置，但该加热板还可以用于不 使用等离子体的其他的半导体处理装置。
[0019] 该加热板中的平面加热器区域优选地布置成确定的图案，例如，矩形网格、六角形 网格、极性阵列、同心环或任何所需的图案。每个平面加热器区域可以具有任何合适的尺 寸，并且可以具有一个或多个加热元件。平面加热器区域中的所有加热元件一起开启或关 闭。为了将电连接的数量降到最低，布置功率供给线和功率回线，使得每个功率供给线连 接到不同组的平面加热器区域，并且每个功率回线连接到不同组的平面加热器区域，其中 每个平面加热器区域是连接到特定的功率供给线的所述组中的一组和连接到特定的功率 回线的所述组中的一组。没有两个平面加热区域连接到相同的成对的功率供给线和功率回 线。因此，平面加热器区域可以通过将电流引导通过与该特定的平面加热器区域连接的成 对的功率供给线和功率回线来激活。加热器元件的功率优选小于20W，更优选为5至10W。 加热器元件可以是电阻加热器，如聚酰亚胺加热器、硅橡胶加热器、云母加热器、金属加热 器（如W、Ni/Cr合金、Mo或Ta)、陶瓷加热器（例如WC)、半导体加热器或碳加热器。加热器 元件可以进行丝网印刷、绕线、或蚀刻箱加热器。在一种实施方式中，每个平面加热器区域 不大于半导体衬底上制造的4个器件管芯，或者不大于半导体衬底上制造的2个器件管芯， 或者不大于半导体衬底上制造的1个器件管芯，或对应于衬底上的器件管芯每个平面加热 器区域的面积从16至IOOcm 2，或面积从1至15cm2，或面积从2至3cm2。加热器元件的厚度 的范围可从2微米至1毫米，优选5-80微米。为了允许平面加热器区域和/或功率供给线 和功率回线之间有空间，平面加热器区域的总面积可以高达90%的衬底支撑组件的上表面 的面积，例如50-90%的所述面积。可以将功率供给线或功率回线（统称功率线）布置在 平面加热器区域之间的范围从1至10毫米的间隙中，或布置在通过电绝缘层与平面加热器 区域平面分开的单独的平面中。为了运载大电流并减少焦耳热，优选地制备功率供给线和 功率回线达到在空间所允许的最大宽度。在一种实施方式中，其中的功率线与平面加热器 区域是在相同的平面，功率线的宽度优选为在〇. 3毫米和2毫米之间。在另一种实施方式 中，其中的功率线与平面加热器区域是在不同的平面，功率线的宽度可以宽达平面加热器 区域，例如对于300毫米的卡盘，宽度可以是1至2英寸。功率线的材料可以与加热器元件 的材料相同或不同。优选地，功率线的材料是具有低电阻率的材料，如Cu、Al、W、格樣孝失 合金 _( (Inconelu )或 Mo。
[0020] 图1示出了衬底支撑组件，其包含具有并入两个电绝缘层104A和104B的成阵列 的平面加热器