具有等离子体处理系统和热处理系统的工件处理装置的制作方法

1.本公开总体涉及半导体处理装置，例如可操作以执行工件的等离子体处理和热处理的设备。


背景技术：

2.等离子体处理广泛地用于半导体工业中，用于材料沉积、材料改性、材料去除以及半导体晶片和其它衬底的相关处理。等离子体源(例如，电感耦合等离子体源、电容耦合等离子体源、微波等离子体源、电子回旋共振等离子体源等)通常用于等离子体处理，以产生用于处理衬底的高密度等离子体和反应性物质。等离子体中的反应性物质可包括带正电的离子和带负电的离子、带负电的电子、电荷中性的自由基和其它高能的中性粒子。为了避免材料的电荷损坏，来自远程等离子体室中产生的等离子体的带电物质可以被过滤掉，而电荷中性自由基和其它高能中性粒子可以穿过分离栅格进入处理室以处理衬底，例如半导体晶片。
3.热处理也用于半导体晶片和其它衬底的处理。通常，如本文所使用的热处理室是指加热工件的装置，所述工件例如半导体工件。这种装置可包括用于支撑一个或多个工件的支撑板和用于加热工件的能量源，例如加热灯、激光器或其它热源。在热处理期间，工件可以在受控环境下加热。
4.许多热处理工艺需要在一定温度范围内加热工件，使得在工件上发生各种化学和物理转变。例如，在快速热处理期间，工件可以在通常小于几分钟的持续时间内由灯阵列从约300℃加热到约1,200℃的温度。在这些过程中，主要目标可以是根据各种期望的加热方案可靠且准确地测量和控制工件的温度。
5.在半导体晶片和其它衬底的工艺流程中，可以有顺序地进行等离子体处理和热处理步骤。代替用于等离子体处理和热处理的两个单独的处理装置，能够对工件进行等离子体处理和热处理二者的单个处理装置对于减少制造周期时间和制造成本是理想的。此外，在半导体和其它衬底的处理流程中，处理步骤可能需要对工件同时进行等离子体处理和热处理。因此，期望一种能够对工件进行等离子体处理和热处理二者的处理装置。


技术实现要素：

6.本公开的实施例的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可以从描述中得知，或者可以通过实施例的实践得知。
7.本发明的示例方面涉及一种用于处理工件的处理装置。该处理装置包括：处理室；等离子体室，与所述处理室分开，设置在所述处理室的第一侧；气体输送系统，所述气体输送系统配置为将一种或多种工艺气体输送至所述等离子体室；等离子体源，配置为在所述等离子体室中由所述一种或多种工艺气体产生等离子体；工件支撑体，设置在所述处理室内，所述工件支撑体配置为支撑工件，所述工件支撑体包括石英，其中，所述工件的背侧面向所述工件支撑体；一个或多个辐射热源，配置在所述处理室的所述第一侧的相对侧，所述
相对侧也是第二侧，所述一个或多个辐射热源配置为从所述工件的所述背侧加热所述工件；电介质窗口，设置在所述工件支撑体与所述一个或多个辐射热源之间；工件温度测量系统，配置为在温度测量波长范围处以获得指示所述工件的温度的温度测量值；以及工件温度控制系统，配置为控制对辐射热源供电。
8.参照以下描述和所附权利要求，将更好地理解各种实施例的这些和其它特征、方面和优点。并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与描述一起用于解释相关原理。
附图说明
9.在参照附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的实施例的详细讨论，其中：
10.图1示出了根据本公开的示例方面的示例处理系统；
11.图2示出了根据本公开的示例方面的示例处理系统；
12.图3示出了根据本公开的示例方面的示例处理系统的一部分；
13.图4示出了根据本公开的示例性方面的示例泵送板；
14.图5示出了根据本公开的示例实施例的示例处理系统；
15.图6示出了根据本公开的示例实施例的示例处理系统；
16.图7示出了根据本公开的示例实施例的示例温度测量系统；
17.图8示出了根据本公开的示例实施例的示例后等离子气体喷射系统；
18.图9示出了根据本公开的示例方面的示例处理系统；以及
19.图10示出了根据本公开的示例方面的方法的示例流程图。
具体实施方式
20.现在将详细参照实施例，在附图中示出了实施例的一个或多个示例。每个示例是作为对实施例的解释而提供的，而不是对本公开的限制。实际上，对于本领域技术人员来说明显的是，在不背离本公开的范围或精神的情况下，可以对实施例进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可与另一实施例一起使用，以产生又一实施例。因此，本公开的各方面旨在覆盖这样的修改和变化。
21.各种工件加工处理可能需要等离子体处理、热处理或两者。通常，等离子体处理和热处理(例如快速热处理)必须在不同的装置或处理室中进行，以便精确地控制工艺参数。此外，在等离子体和热处理期间，可能难以获得工件的精确工件温度测量值。
22.因此，本公开的各方面提供了许多技术效果和益处。例如，本文提供的处理装置允许在同一处理室中进行等离子体和热处理二者的能力，从而减少半导体处理工厂中的制造周期时间、制造成本和总装置占地面积。此外，本文提供的装置包括温度测量系统，能够在处理期间精确地确定工件中心和周边处两者的工件温度。
23.可以对本公开的这些示例实施例进行变化和修改。如在说明书中所使用的，单数形式“一”、“和”以及“该(所述)”包括复数指示物，除非上下文另外清楚地指明。“第一”、“第二”、“第三”等的使用被用作标识符，并且不一定指示任何顺序、暗示的或其它。为了说明和讨论的目的，可以参照“衬底”"或“工件”来讨论示例方面。使用本文提供的公开内容，本领
域普通技术人员将理解，本公开的示例性方面可与任何合适的工件一起使用。术语“约”与数值结合使用是指在所述数值的20％内。
24.图1示出了可以用于执行根据本公开的示例实施例的过程的示例处理装置100。如图所示，处理装置100包括处理室110和与处理室110分开的等离子体室120。处理室110包括工件支撑体112或基座，工件支撑体112或基座可操作以保持待处理的工件114(例如半导体晶片)。在该示例说明中，等离子体由感应耦合等离子体源135在等离子体室120(即，等离子体产生区域)中产生，并且期望的物质通过分离栅格组件200从等离子体室120传输到工件114的表面。
25.为了说明和讨论的目的，参照电感耦合等离子体源讨论本公开的各方面。使用本文提供的公开内容，本领域普通技术人员将理解，在不偏离本公开范围的情况下，可以使用任何等离子体源(例如，电感耦合等离子体源、电容耦合等离子体源等)。
26.等离子体室120包括电介质侧壁122和顶板124。电介质侧壁122、顶板124和分离栅格200限定等离子体室内部125。电介质侧壁122可以由电介质材料、例如石英和/或氧化铝形成。电介质侧壁122可以由陶瓷材料形成。电感耦合等离子体源135可包括感应线圈130，感应线圈130设置为邻近等离子体室120周围的电介质侧壁122。感应线圈130通过合适的匹配网络132耦合到rf功率发生器134。感应线圈130可由任何合适的材料形成，包括适于在等离子体室120内诱发等离子体的导电材料。工艺气体可从气体供应源155和环形气体分配通道151或其它合适的气体引入机构提供到腔室内部125。当感应线圈130由来自rf功率发生器134的rf功率激励时，可在等离子体室120中产生等离子体。在特定实施例中，处理装置100可包括任选的接地法拉第屏蔽体128，以减少感应线圈130对等离子体的电容耦合。接地法拉第屏蔽体128可由任何合适的材料或导体形成，包括与感应线圈130类似或基本类似的材料。
27.如图1所示，分离栅格200将等离子体室120与处理室110分开。分离栅格200可用于从由等离子体室120中的等离子体产生的混合物中进行离子过滤，以产生经过滤的混合物。经过滤的混合物可以暴露于处理室110中的工件114。
28.在一些实施例中，分离栅格200可以是多板分离栅格。例如，分离栅格200可包括以彼此平行的关系隔开的第一栅格板210和第二栅格板220。第一栅格板210和第二栅格板220可以分开一定距离。
29.第一栅格板210可以具有第一栅格图案，该第一栅格图案具有多个孔。第二栅格板220可以具有第二栅格图案，该第二栅格图案具有多个孔。第一栅格图案可以与第二栅格图案相同或不同。带电粒子可以在它们通过分离栅格中的每个栅格板210、220的孔的路径中在壁上重新结合。中性物质(例如，自由基)可以相对自由地流动通过第一栅格板210和第二栅格板220中的孔。孔的尺寸和每个栅格板210和220的厚度可以影响带电粒子和中性粒子的透过性。
30.在一些实施例中，第一栅格板210可以由金属(例如铝)或者其它导电材料制成，和/或第二栅格板220可以由导电材料或者电介质材料(例如石英、陶瓷等)制成。在一些实施例中，第一栅格板210和/或第二栅格板220可以由其它材料、例如硅或者碳化硅制成。在栅格板由金属或其它导电材料制成的情况下，栅格板可接地。在一些实施例中，栅格组件可包括具有一个栅格板的单个栅格。
31.在一些实施例中，栅格板可以具有设置在其中的一个或者多个冷却机构，用于在处理装置的操作期间冷却栅格板。例如，可在栅格板中设置一个或多个冷却通道。空气或流体(例如水)可被泵送通过冷却通道以降低栅格板的温度。其它已知的冷却化学品可以被泵送通过冷却通道以冷却栅格板。
32.工件114可以是任何合适的工件或包括任何合适的工件，例如半导体工件，例如硅晶片。在一些实施例中，工件114可以是掺杂硅晶片或包括掺杂硅晶片。例如，可掺杂硅晶片，使得硅晶片的电阻率大于约0.1ω
·
cm，例如大于约1ω
·
cm。
33.现在将参照图1
‑
8讨论处理装置的示例实施例。如图1所示，根据本公开的示例方面，装置100可包括气体输送系统155，气体输送系统155配置为例如经由气体分配通道151或其它分配系统(例如，喷头)将工艺气体输送到等离子体室120。气体输送系统可包括多个进料气体管线159。可使用阀158和/或气体流量控制器185来控制进料气体管线159，以将期望量的气体输送至等离子体室中作为工艺气体。气体输送系统155可用于输送任何合适的工艺气体。示例的工艺气体包括含氧气体(例如o2、o3、n2o、h2o)、含氢气体(例如h2、d2)、含氮气体(例如n2、nh3、n2o)、含氟气体(例如cf4、c2f4、chf3、ch2f2、ch3f、sf6、nf3)、含烃气体(例如ch4)或它们的组合。可根据需要添加含有其它气体的其它进料气体管线。在一些实施例中，工艺气体可与惰性气体混合，该惰性气体可被称为“载体”气体，例如he、ar、ne、xe或n2。控制阀158可用于控制各供给气体管线的流速，以使工艺气体流入等离子室120中。在实施例中，气体输送系统155可以用气体流量控制器185控制。
34.待处理的工件114在处理室110中由工件支撑体112支撑。工件支撑体112可被操作以在热处理期间支撑工件114(例如，工件支撑板)。在一些实施例中，工件支撑体112可配置为支撑多个工件114，以便同时进行处理。在一些实施例中，工件支撑体112可以在热处理之前、期间和/或之后旋转工件114。在一些实施例中，工件支撑体112可以是透明的和/或以其它方式配置为允许至少一些辐射至少部分地穿过工件支撑体112，包括从热源140到工件114的辐射、从发射器150到工件114的辐射、从工件114到温度测量装置167和168的辐射、以及发射器150的由工件114反射到反射率传感器166的辐射。例如，在一些实施例中，可以选择工件支撑体112的材料以允许期望的辐射穿过工件支撑体112，诸如由工件114和/或发射器150发射的辐射。在一些实施例中，工件支撑体112可以是石英材料或包括石英材料，例如不含羟基的石英材料。
35.工件支撑体112可包括一个或多个从工件支撑体112延伸的支撑销115，例如至少三个支撑销。在一些实施例中，工件支撑体112可与处理室110的顶部隔开，例如与分离栅格220隔开。在一些实施例中，支撑销115和/或工件支撑体112能够从热源140传递热量和/或从工件114吸收热量。在一些实施例中，支撑销115可由石英制成。
36.处理装置还可包括穿过电介质窗口108的旋转轴900，旋转轴900配置为在处理室110中支撑工件支撑体112。例如，旋转轴900在一端联接至工件支撑体112，并且另一端周围联接至能够使旋转轴900旋转360
°
的旋转装置920(如图3所示)。例如，在工件114的处理(例如，热处理)期间，工件114可以连续地旋转，使得由一个或多个热源140产生的热量可以均匀地加热工件114。在一些实施例中，工件114的旋转在工件114上形成径向加热区域，这能够有助于在加热循环期间提供良好的温度均匀性控制。
37.在某些实施例中，应理解，旋转轴900的一部分配置于处理室110中，而旋转轴900
的另一部分以使得可在处理室110中维持真空压力的方式配置于处理室110外部。例如，在工件114的处理期间，可能需要在处理室110中维持真空压力。另外，在处理期间将需要旋转工件114。因此，旋转轴900被定位成穿过电介质窗108并位于处理室110中，使得旋转轴900能够有助于工件114的旋转，同时在处理室110中维持真空压力。
38.在其它实施例中，旋转轴900可联接至平移装置，该平移装置(图中未示出)能够以竖向方式上下移动旋转轴900和工件支撑体112。例如，当从处理室110装载或卸载工件114时，可能希望经由工件支撑体112升高工件114，使得移出装置可用于容易地到达工件114并将工件114从处理室110移出。示例性移出装置可包括机器人基座。在其它实施例中，工件支撑体112可能需要竖向移动，以便对处理室110和与处理室110相关联的元件提供例行维护。可联接到旋转轴900的合适的平移装置包括波纹管或能够以竖向运动平移旋转轴900的其它机械或电气装置。
39.处理装置100可包括一个或多个热源140。在一些实施例中，热源140可包括一个或多个加热灯141。例如，包括一个或多个加热灯141的热源140可发射热辐射以加热工件114。在一些实施例中，例如，热源140可以是宽带辐射源，包括弧光灯、白炽灯、卤素灯、任何其它合适的加热灯或它们的组合。在一些实施例中，热源140可以是单色辐射源，包括发光碘化物、激光碘化物、任何其它合适的加热灯或它们的组合。热源140可包括加热灯141的组件，其例如定位成加热工件114的不同区域。在加热工件114的同时，可以控制供应给每个加热区域的能量。此外，还可以以开环方式控制施加到工件114的各个区域的辐射的量和/或类型。在这种配置中，在手动优化之后，可以预先确定各个加热区域之间的比例。在其它实施例中，可以基于工件114的温度以闭环方式控制施加到工件114的各个区域的辐射的量和/或类型。
40.在一些实施例中，例如反射器800(例如，反射镜)的导向元件可配置为将辐射从热源140引导至处理室110中。在某些实施例中，反射器800可配置为将来自一个或多个加热灯141的辐射朝向工件114和/或工件支撑体112引导。例如，一个或多个反射器800可如图5和图6所示相对于热源140设置。可在反射器800之间或之内设置一个或多个冷却通道802。如图6中的箭头804所示，环境空气可以穿过一个或多个冷却通道802以冷却一个或多个热源140，例如加热灯141。
41.根据本公开的示例方面，可在热源140与工件支撑体112之间设置一个或多个电介质窗口108。根据本公开的示例方面，窗口108可设置在工件114和热源140之间。窗口108可配置为选择性地阻挡由热源140发射的辐射(例如，宽带辐射)的至少一部分进入处理室110的一部分。例如，窗口108可包括不透明区域160和/或透明区域161。如本文所用，“不透明”是指对于给定波长通常具有小于约0.4(40％)的透射率，并且“透明”是指对于给定波长通常具有大于约0.4(40％)的透射率。
42.不透明区域160和/或透明区域161可以定位成使得不透明区域160阻挡来自热源140的某些波长下的杂散辐射，并且透明区域161允许例如发射器150、反射率传感器166和/或温度测量装置167、168对处理室110中的工件114在被不透明区域160阻挡的波长下没有阻挡。这样，窗口108能够有效地保护处理室110免受给定波长的热源140的污染，同时仍然允许热源140加热工件114。不透明区域160和透明区域161通常可以分别被定义为对特定波长不透明和透明，即至少对于特定波长的辐射，不透明区域160是不透明的，而透明区域161
是透明的。
43.包括不透明区域160和/或透明区域161的窗口108可以由任何合适的材料和/或构造形成。在一些实施例中，电介质窗口108可以是石英材料或包括石英材料。此外，在一些实施例中，不透明区域160可以是或包括含羟基(oh)的石英，例如羟基(oh
‑
)掺杂的石英，并且透明区域161可以是不含羟基的石英或包括不含羟基的石英。根据本公开，羟基掺杂的石英能够表现出期望的波长阻挡性质。例如，羟基掺杂的石英能够阻挡具有约2.7微米波长的辐射，其可以对应于处理装置100中的一些传感器(例如，反射率传感器166和温度测量装置167、168)工作下的温度测量波长，而不含羟基的石英可以对具有约2.7微米波长的辐射是透明的。因此，羟基掺杂的石英区域能够保护传感器(例如，反射率传感器166和温度测量装置167、168)免受处理室110中的波长的杂散辐射(例如，来自热源140)，并且不含羟基的石英区域可以至少部分地设置在传感器的视场内，以允许传感器获得热处理系统内的波长下的测量值。
44.因此，在实施例中，电介质窗口108包括对温度测量波长范围内的辐射的至少一部分透明的一个或多个透明区域161和对温度测量波长范围内的辐射的一部分不透明的一个或多个不透明区域160。一个或多个不透明区域160配置为阻挡由热源140发射的在温度测量波长范围内的宽带辐射的至少一部分。
45.保护环109可用于减轻来自工件114的一个或多个边缘的辐射的边缘效应。保护环109可围绕工件114的周边定位。此外，在实施例中，处理装置包括围绕工件114设置的泵送板910。例如，图4示出了可以在所提供的实施例中使用的示例泵送板910。泵送板910包括一个或多个泵送通道912、913，以便于气体流过处理室110。例如，泵送板910可包括围绕工件114配置的连续泵送通道912。连续泵送通道912可包括环形开口，该环形开口配置为允许气体从工件114的第一侧(例如顶侧)流到工件的第二侧(例如背侧)。连续泵送通道912可围绕保护环109同心设置。附加的抽吸通道913可以设置在泵送板910中，以便于气体在处理室110中运动。泵送板910可以是石英材料或包括石英材料。此外，在一些实施例中，泵送板910可以是或包括含羟基(oh)的石英，例如羟基掺杂的石英(例如，含有显著水平的羟基的石英)。根据本公开，羟基掺杂的石英能够表现出期望的波长阻挡性质。
46.可以在处理室110中设置一个或多个排气口921，一个或多个排气口921配置为将气体泵送出处理室110，使得可以在处理室110中维持真空压力。例如，工艺气体可以从等离子体室120流过一个或多个分离栅格200，并且按照图6中所示的箭头进入处理室110。工艺气体暴露于工件114，然后围绕工件114的任一侧流动，并且经由一个或多个排气口921从处理室110排出。工艺气体的流动如图6中的箭头806所示。一个或多个泵送板910可以围绕工件114的外周设置，以便于工艺气体流动。隔离门180在打开时允许工件114进入处理室110，并且在关闭时使得处理室110密封，使得可以在处理室110中维持真空压力，从而可以对工件114执行热处理。
47.在实施例中，装置100可包括控制器175。控制器175控制处理室110中的各种部件以引导工件114的处理。例如，控制器175可用于控制热源140。另外和/或可替代地，控制器175可用于控制工件温度测量系统，包括例如发射器150、反射率传感器166和/或温度测量装置167、168。控制器175也可以执行一个或多个工艺参数，例如控制气体流量控制器185和改变处理室110的条件，以便在工件114的处理期间保持处理室中的真空压力。控制器175可
包括例如一个或多个处理器和一个或多个存储器装置。一个或多个存储器装置可以存储计算机可读指令，当由一个或多个处理器执行时，这些计算机可读指令使得一个或多个处理器执行操作，诸如本文描述的控制操作中的任何一个。
48.特别地，图1
‑
2示出了可用于工件温度测量系统的某些部件，包括一个或多个温度测量装置167、168。在实施例中，温度测量装置167相对于温度测量装置168位于更居中的位置。例如，温度测量装置167可以设置在工件支撑体112的中心线上或中心线附近，使得当工件114设置在工件支撑体112上时，温度测量装置167可以获得对应于工件114中心的温度测量值。温度测量装置168可设置在工件支撑体112中心线的外部位置，使得温度测量装置168可测量工件114沿工件114外周的温度。因此，温度测量系统包括能够在工件114上的不同位置处测量工件114的温度的一个或多个温度测量装置。温度测量装置167、168可包括能够感测从工件114发射的辐射的一个或多个传感器，例如高温计。温度测量装置167、168也可包括一个或多个能够感测由发射器发射并由工件反射的辐射的反射部分的传感器，这将在下面更详细地讨论。
49.例如，在一些实施例中，温度测量装置167、168可配置为测量由工件114发射的在温度测量波长范围下的辐射。例如，在一些实施例中，温度测量装置167、168可以是高温计，该高温计配置为测量由工件发射的处于温度测量波长范围内的波长的辐射。在不透明区域160包括羟基掺杂的石英的实施例中，可以选择波长，使得透明区域161对例如2.7微米透明和/或不透明区域160对其不透明。第一波长可另外对应于由工件114发射的黑体辐射的波长。因此，温度测量波长范围可包括2.7微米。
50.在一些实施例中，温度测量系统包括一个或多个发射器150和一个或多个反射率传感器166。例如，在实施例中，工件温度测量系统还可包括发射器150，发射器150配置为发射以倾斜角度指向工件114的辐射。在实施例中，发射器150可以配置为发射红外辐射。由发射器150发射的辐射在本文中也可被称为校准辐射(calibration radiation)。由发射器150发射的辐射可以被工件114反射，形成由反射率传感器166收集的辐射的反射部分。工件114的反射率可以由入射到反射率传感器166上的辐射的反射部分的强度来表示。对于不透明工件114，工件114的发射率可随后由工件114的反射率来计算。同时，由工件114发射的辐射可以由温度测量装置167和168中的传感器测量。在一些实施例中，由工件114发射并由温度测量装置167和168中的传感器测量的这种辐射不构成由发射器150发射并由工件114反射的校准辐射的反射部分。最后，可基于由工件114发射的辐射结合工件114的发射率来计算工件114的温度。
51.由发射器(例如发射器150)发射的和/或由传感器(例如反射率传感器166和/或温度测量装置167、168中的传感器)测量的辐射可以具有一个或多个相关波长。例如，在一些实施例中，发射器可以是或包括发射辐射的窄带发射器，使得所发射的辐射的波长范围在数值的公差内，诸如在数值的10％内，在这种情况下，发射器由数值来指代。在一些实施例中，这可以通过发射宽带光谱(例如，普朗克光谱)的宽带发射器和配置为仅使宽带光谱内的窄带通过的诸如光学陷波滤波器的光学滤波器的组合来实现。类似地，传感器可以配置为测量数值波长处(例如，在其公差内)的窄带辐射的强度。例如，在一些实施例中，诸如高温计的传感器可包括配置为测量(例如选择用于测量)特定窄带波长的一个或多个头部。
52.根据本公开的示例方面，一个或多个透明区域161可至少部分地设置在发射器150
和/或反射率传感器166的视场中。例如，发射器150和反射率传感器166可以在透明区域161透明的温度测量波长范围下操作。例如，在一些实施例中，发射器150和/或反射率传感器166可以在2.7微米下操作。如图1和图2所示，透明区域161可以定位成使得辐射流(通常由虚线表示)从发射器150出发，通过透明区域161，被工件114反射，并由反射率传感器166收集，而不被窗口108(例如不透明区域160)阻挡。类似地，不透明区域160可以设置在窗口108上的在发射和反射的辐射流之外的区域中，以保护工件114、尤其是保护反射率传感器166免受来自热源140的温度测量波长范围内的辐射。例如，在一些实施例中，可包括透明区域161以用于在2.7微米波长下操作的传感器和/或发射器。
53.在一些实施例中，发射器150和/或反射率传感器166可以是锁相的。例如，在一些实施例中，发射器150和/或反射率传感器166可以根据锁相机制来操作。例如，尽管不透明区域160可配置为阻挡来自热源140的第一波长处的大部分杂散辐射，但在一些情况下，如上所述，杂散辐射仍然可被反射率传感器166感知到。根据锁相机制操作发射器150和/或反射率传感器166能够即便存在杂散辐射也有助于提高强度测量的精度。
54.如图7所示，参照图表250、260讨论示例锁相机制。图表250示出了由发射器150在温度测量波长范围内发射的辐射i
ir
的辐射强度随时间(例如，在对工件114执行的处理过程的整个持续时间内)的变化。如图表250所示，可以调制由发射器150发射的辐射强度。例如，发射器150可以在强度调制的情况下将校准辐射发射到工件114上。例如，由发射器150发射的辐射强度可以被调制为脉冲251。在一些实施例中，辐射可以由发射器150以脉冲模式发射。在一些其它实施例中，发射器150的恒定辐射可由旋转斩波轮(图中未示出)周期性地阻挡。斩波轮可包括一个或多个阻挡部和/或一个或多个通过部。斩波轮可以在发射器150的视场内转动，使得来自发射器150的恒定辐射流被斩波轮的阻挡部间歇地中断，并利用斩波轮的通过部通过。因此，由发射器150发射的恒定辐射流可以被调制为具有与斩波轮旋转相对应的脉冲频率的脉冲251。脉冲频率可以被选择为或包括与处理装置100中的其它部件的操作几乎没有重叠或没有重叠的频率。例如，在一些实施例中，脉冲频率可以是约130hz。在一些实施例中，130hz的脉冲频率能够是特别有利的，因为热源140可配置为基本上不发射具有130hz频率的辐射。另外和/或可替代地，可以基于脉冲频率而使反射率传感器166锁相。例如，处理装置100(例如，控制器175)可基于发射器150的以脉冲频率调制且从工件114反射的校准辐射而使测量(例如工件114的反射率测量)脱离反射率传感器166。这样，处理装置100能够在来自反射率传感器166的测量值上减少来自杂散辐射的干扰。在实施例中，可以至少部分地基于脉冲频率，将至少一个反射率测量与一个或多个传感器脱离。
55.类似地，图表260示出了由反射率传感器166测量的反射辐射强度i
r
随时间的变化。图表260示出了随着时间的推移(例如随着工件114温度增加)，腔室中的杂散辐射(由杂散辐射曲线261示出)会增加。这可归因于例如工件114的发射率增大，相应地工件114的反射率相对于工件114的温度升高、热源140的强度增大和/或与工件114的处理有关的各种其它因素而减小。
56.在发射器150不发射辐射的时间点期间，反射率传感器166可以获得对应于杂散辐射曲线261的测量值(例如杂散辐射测量值)。类似地，在发射器150发射辐射(例如脉冲251)的时间点期间，反射率传感器166可以获得对应于总辐射曲线262的测量值(例如总辐射测量值)。然后，可以基于指示杂散辐射曲线261的该信息来校正反射率测量值。
57.虽然示例实施例公开了反射率传感器166用于收集由发射器150发射的反射辐射，但是本公开不限于此。在某些实施例中，一个或多个加热灯141可以用于发射类似于如本文所述的发射器150的辐射。例如，由一个或多个加热灯141发射的辐射可包括第一辐射分量和第二辐射分量。发射的第一辐射分量配置为加热工件114，而发射的第二辐射分量以脉冲频率被调制。由一个或多个加热灯141发射的经调制的第二辐射分量的一部分可以被工件114反射并被反射率传感器166收集，从而可以获得工件114的反射率测量值。
58.在其它某些实施例中，温度测量装置167、168也可以配置有能够以与反射率传感器166类似的方式起作用的传感器。即，温度测量装置167、168也可收集经调制的辐射(例如校准辐射)的反射部分，该反射部分可用于确定工件114的反射率测量值。在一些实施例中，处理装置(例如控制器175)可以将工件114的第一辐射测量和工件114的第二反射率测量与反射率传感器166和/或温度测量装置167、168脱离。工件114的第二反射率测量是基于由发射器150、或者一个或多个加热灯141发射的辐射的以脉冲频率调制的反射部分。
59.在某些实施例中，工件温度控制系统可用于控制对热源140供电，以便调节工件114的温度。例如，在某些实施例中，工件温度控制系统可以是控制器175的一部分。在一些实施例中，工件温度控制系统可配置为独立于由温度测量系统获得的温度测量值而改变对热源140供电。然而，在其它实施例中，工件温度控制系统可配置为至少部分地基于工件114的一个或多个温度测量值来改变对热源140供电。可以应用闭环反馈控制来调节对热源140供电，使得热源140施加到工件114的能量将工件加热到不高于期望温度。因此，工件114的温度可通过热源140的闭环反馈控制来保持，例如通过控制热源140的功率来保持。
60.如上所述，热源140能够在加热波长范围内发射辐射，并且温度测量系统能够获得关于温度测量波长范围的温度测量值。因此，在某些实施例中，加热波长范围不同于温度测量波长范围。
61.图8示出了根据本公开的示例实施例的在分离栅格处的示例后等离子体气体注入。将参照图1的处理装置100作为示例来讨论图8。
62.根据本公开的示例方面，处理装置100可包括一个或多个气口1000，该一个或多个气口1000配置为将气体注入到流过分离栅格200的中性物质中。例如，气口1000可操作以在多板分离栅格中的栅格板之间注入气体(例如冷却气体)。以此方式，分离栅格可提供到中性物质中的后等离子体气体注入。后等离子体气体注入可提供许多技术效果和益处。在一些实施例中，可以注入气体以控制工艺的均匀性特性。例如，可以注入中性气体(例如惰性气体)以对工件控制均匀性，例如在径向方向上的均匀性。在一些其它实施例中，可以注入冷却气体以控制穿过分离栅格的自由基的能量。
63.分离栅格200可以是多板分离栅格(例如，图1所示的双板栅格、三板栅格、四板栅格等)。如图8所示，处理装置100可包括气口1000，气口1000配置为在栅格板210和栅格板220之间注入气体1002，例如在形成于栅格板210和栅格板220之间的通道中注入气体1002。更特别地，在等离子体中产生的离子和中性物质的混合物可暴露于栅格板210。气口1000可将气体1002或其它物质注入到流经栅格板210的中性物质中。穿过栅格板220的中性物质可暴露于工件。在一些实施例中，气口1000可在分离栅格200下方且工件114的表面上方的位置处将气体1002直接注入到处理室110中。
64.来自气口1000的气体1002或其它物质可以处于比来自等离子体室120的自由基更
高或更低的温度，或者可以与来自等离子体室120的自由基具有相同的温度。通过控制穿过分离栅格200的游离基的能量，可以使用气体来调节或校正处理装置100内的均匀性，例如游离基均匀性。非工艺气体可包括稀释气体(例如氮气(n2))和/或惰性气体(例如氦气(he)、氩气(ar)或其它惰性气体)。在一些实施例中，气体1002可以是惰性气体，例如氦气、氮气和/或氩气。
65.在实施例中，处理装置可以具有如图9所示的双工件配置，例如，处理装置1200包括等离子体室120a、120b和处理室110a、110b。在实施例中，处理室110a、110b可由壁1202分隔。然而，在其它实施例中，预期处理室110包括未分隔的处理室(图中未示出)。如图所示，工件支撑体112a、112b设置在处理室110a、110b中，用于支撑工件114a、114b。一个或多个热源140a、140b设置在处理室110a、110b的与等离子体室120a、120b相对的一侧。一个或多个分离栅格200a、200b将处理室110a、110b与等离子体室120a、120b分开。一个或多个电介质窗口108a、108b设置在热源140a、140b与工件支撑体112a、112b之间。一个或多个温度测量装置167a、167b配置为获得工件114a、114b的温度测量值，也可以相对于处理室110a、110b进行设置。虽然仅示出了温度测量装置167a、167b，但是双工件处理装置1200也可包括如本文所述的温度测量系统的其它部件，包括发射器150、反射率传感器166、温度测量装置168等(图9中未示出)。
66.旋转轴900a、900b联接至工件支撑体112a、112b，用于在处理室110a、110b中旋转工件支撑体112a、112b。旋转轴900a、900b的一部分可设置在处理室110a、110b中，而旋转轴900a、900b的其它部分设置在处理室110a、110b的外部，从而能够在旋转轴900a、900b促进工件114a、114b的旋转的同时，在处理室110a、110b中保持真空压力。
67.装置1200可包括气体输送系统155a、155b，气体输送系统155a、155b配置为例如经由气体分配通道151a、151b或其它分配系统(例如喷头)将工艺气体输送至处理室110a、110b。气体输送系统155a、155b可包括多个进料气体管线159a、159b。可以使用阀158a、158b和/或气体流量控制器185a、185b控制进料气体管线159a、159b，以将期望量的气体输送到等离子体室中作为工艺气体。气体输送系统155a、155b可用于输送任何合适的工艺气体。控制阀158a、158b可用于控制每个进料气体管线的流速，以使工艺气体流入处理室110a、110b。在一些实施例中，气体输送系统155a、155b可由气体流量控制器185a、185b控制。在一些其它实施例中，气体分配系统155可以是包括联接至单个气体分配管线的进料气体管线159的整体系统，该单个气体分配管线能够经由气体分配通道151(图中未示出)将工艺气体输送到等离子体室110a、110b中。
68.这种双工件配置允许处理多个工件。例如，工件可以在处理室110a中被传送和处理，而另一工件在处理室110b中被同时处理。例如，第一处理室110a中的工件可以经由合适的等离子体和/或热处理来处理，而第二处理室110b中的另一工件可以经由合适的等离子体和/或热处理来处理。
69.图10示出了根据本公开的示例方面的一个示例方法(700)的流程图。将参照图1的处理装置100通过示例的方式讨论方法(700)。可以在任何合适的处理装置中实施方法(700)。图10为了说明和讨论的目的示出了以特定顺序执行的步骤。使用本文提供的公开内容，本领域普通技术人员将理解，在不脱离本公开范围的情况下，本文描述的任何方法的各步骤可以省略、扩展、同时执行、重排和/或以各种方式修改。另外，在不偏离本公开范围的
情况下，可以执行各种步骤(未示出)。
70.在(702)，该方法可包括将工件114放置在处理装置100的处理室110中。处理室110可以与等离子体室120分开(例如由分离栅格组件分开)。例如，该方法可包括将工件114放置在图1的处理室110中的工件支撑体112上。工件114可包括一个或多个层，所述一个或多个层包括硅、二氧化硅、碳化硅、一种或多种金属、一种或多种电介质材料或它们的组合。
71.在(704)，该方法包括允许工艺气体进入等离子体室。例如，工艺气体可以经由包括气体分配通道151的气体输送系统155进入等离子体室120。气体输送系统155可用于输送能够从工件114蚀刻至少一个材料层的工艺气体。例如，工艺气体可包括含氧气体(例如o2、o3、n2o、h2o)、含氢气体(例如h2、d2)、含氮气体(例如n2、nh3、n2o)、含氟气体(例如cf4、c2f4、chf3、ch2f2、ch3f、sf6、nf3)、含烃气体(例如ch4)或它们的组合。在一些实施例中，工艺气体可与惰性气体混合，该惰性气体可被称为“载体”气体，例如he、ar、ne、xe或n2。控制阀158可用于控制各供给气体管线的流速，以使工艺气体流入等离子室120中。气体流量控制器185可以用于控制工艺气体的流量。
72.在(706)，该方法包括使用在等离子体室120中诱导的等离子体由工艺气体产生一种或多种物质。例如，为了产生一种或多种物质、或者自由基，可以用来自rf功率发生器134的rf功率来激励感应线圈130，以在等离子体室120中由工艺气体产生等离子体。所产生的等离子体可包括一种或多种物质，该一种或多种物质包括自由基。合适的自由基可包括能够从工件去除部分材料或材料层的蚀刻剂自由基。可以产生能够改变工件114的表面性质的其它自由基。例如，可以产生能够在工件的一部分上选择性地沉积材料层的自由基。可产生能够改变工件上材料层的化学或材料组成的自由基，包括但不限于表面清洁、表面平滑、材料氧化、材料氮化、材料掺杂等。合适的自由基的示例包括氢自由基、氧自由基、氟自由基及它们的组合。在一些实施例中，在等离子体室中产生的等离子体是包含一个或多个自由基的远程等离子体，该一个或多个自由基例如为氢自由基、氟自由基、氧自由基及它们的组合。
73.在(708)，该方法包括过滤一种或多种物质以产生经过滤的混合物。为了产生经过滤的混合物，可以经由将等离子体室120与处理室110分开的分离栅格200来过滤一种或多种物质，以产生期望的自由基。分离栅格200可用于从由等离子体室120中的等离子体产生的混合物中进行离子过滤，以产生经过滤的混合物。经过滤的混合物可以含有一种或多种自由基。
74.在一些实施方案中，分离栅格200可配置为以大于或等于约90％、例如大于或等于约95％的效率过滤离子。离子过滤的效率百分比是指相对于混合物中离子总数从混合物中除去的离子量。例如，约90％的效率表示在过滤期间除去了约90％的离子。约95％的效率表明在过滤期间除去了约95％的离子。
75.在一些实施例中，分离栅格可以是多板分离栅格。多板分离栅格可具有平行的多个分离栅格板。可以选择栅格板中的孔的布置和对准，以提供用于离子过滤的期望效率，例如大于或等于约95％。
76.在一些实施例中，一个或多个分离栅格板可包括设置在其中的一个或多个冷却通道。该方法可包括通过将水泵送通过一个或多个冷却通道来冷却一个或多个分离栅格。
77.此外，在一些实施例中，该方法包括允许非工艺气体通过分离栅格处或下方的一
个或多个气体注入口，以调节穿过分离栅格的自由基的能量。
78.在(710)，该方法包括将工件暴露于经过滤的混合物。经过滤的混合物可包括一种或多种能够改性工件114表面的自由基。例如，经过滤的混合物可包括能够从工件114剥离材料的一种或多种自由基。在其它实施例中，经过滤的混合物可包括能够在工件114上沉积材料层的一种或多种自由基。在其它实施例中，经过滤的混合物可包括能够改变工件114的表面上的一个或多个材料层的化学组成、或者化学或机械性质的一种或多种自由基。
79.在(712)处，该方法包括发射指向工件的一个或多个表面的辐射以加热工件。例如，一个或多个热源140可包括一个或多个加热灯141。如本文先前所述，可使用其它合适的热源。在一些实施例中，例如反射器800(例如反射镜)的导向元件可配置为将辐射从热源140引导至处理室110中并朝向工件114和/或工件支撑体112。
80.在某些实施例中，在加热工件期间，工件114可在处理室110中旋转。例如，联接至工件支撑体112的旋转轴900可用于使处理室110中的工件114旋转。
81.将工件114暴露于经过滤的混合物(710)和将辐射发射在工件处(712)可以交替进行，直到实现工件的期望处理。在其它实施例中，可能需要将工件114暴露于经过滤的混合物，同时将辐射发射在工件处以加热工件。根据工艺参数，工艺气体可以经由一个或多个排气口921从处理室110中移除。
82.在(714)，该方法包括获得指示工件114的温度的温度测量值。例如，如本文先前所述，一个或多个温度测量装置167、168、发射器150和/或反射率传感器166可用于获得指示工件114的温度的温度测量值。在一些实施例中，温度测量可包括：由一个或多个发射器将校准辐射发射在工件的一个或多个表面处；由一个或多个反射率传感器测量由一个或多个发射器发射并由工件的一个或多个表面反射的校准辐射的反射部分；以及至少部分地基于反射部分来确定工件114的反射率。在一些实施例中，工件反射率测量可以通过如下来实现：以脉冲频率调制由一个或多个发射器发射的辐射；以及至少部分地基于脉冲频率使至少一个测量脱离一个或多个反射率传感器。工件114的发射率可由工件114的反射率确定。在一些其它实施例中，一个或多个传感器、例如温度测量装置167、168中的那些传感器可用于实现来自工件114的直接照射测量。一个或多个窗口106、108可用于阻挡由一个或多个加热灯141发射的宽带辐射的至少一部分入射到一个或多个传感器(例如温度测量装置167、168或反射率传感器166中的那些传感器)上。工件141的温度可以根据工件114的辐射和发射率来确定。
83.在实施例中，如图10中的各箭头所指示的，该方法可包括以各种顺序或组合列出的步骤。例如，在某些实施例中，工件114可放置在处理室110中，并在工件114的等离子体处理之前暴露于来自热源140的辐射。在其它实施例中，在获得工件114的温度测量值之后，工件114可经受等离子体处理或热处理工艺。将工件114暴露于经过滤的混合物、将辐射发射在工件114处、以及获得工件114的温度测量值可以交替进行，直到完成工件114的期望处理。在其它实施例中，可能需要将工件114暴露于经过滤的混合物，同时将辐射发射在工件114处以加热工件114。可以获得温度测量值，直到工件处理完成。根据所需的处理参数，可以以任何方式交替或重复本文提供的步骤。
84.在其它实施例中，预期工件114可放置在处理室110中，然后工件114可暴露于辐射，例如以将工件114加热到某一处理或预处理温度。在工件114暴露于辐射并达到期望的
预处理温度之后，工件114可以经受等离子体处理工艺。
85.在(716)，停止等离子体产生，停止气体流入等离子体室和/或处理室，并且停止辐射发射，从而结束工件处理。
86.在(718)，该方法包括从处理室110移出工件。例如，工件114可以从处理室110中的工件支撑体112移出。然后，可以调整处理装置以用于将来处理另外的工件。
87.本发明的其它方面由以下条款的主题提供：
88.一种用于在处理装置中处理工件的方法，所述方法包括：将所述工件放置在处理室中的工件支撑体上，所述工件支撑体包括石英；使一种或多种工艺气体进入等离子体室；使用所述等离子体室中的电感耦合等离子体源从等离子体中的所述一或多种工艺气体产生一或多种物质；使用一个或多个分离栅格过滤所述一种或多种物质，以产生含有一种或多种自由基的经过滤的混合物；将所述工件暴露于含有一种或多种自由基的所述经过滤的混合物；由一个或多个辐射热源发射指向工件的一个或多个表面的辐射，以加热所述工件的表面的至少一部分；以及获得指示所述工件的温度的温度测量值。
89.根据任一前述条款所述的方法，还包括利用至少部分地设置在所述处理室中的旋转轴使所述工件在所述处理室中旋转。
90.根据任一前述条款所述的方法，还包括在所述处理室中保持真空压力。
91.根据任一前述条款所述的方法，使用一个或多个排气口从所述处理室移出气体。
92.根据任一前述条款所述的方法，还包括围绕所述工件设置泵送板，所述泵送板提供用于引导工艺气体流穿过所述处理室的一个或多个通道。
93.根据任一前述条款所述的方法，其中，所述工艺气体包括含氧气体、含氢气体、含氮气体、含烃气体、含氟气体或它们的组合。
94.根据任一前述条款所述的方法，其中，获得指示所述工件的温度的温度测量值包括：由一个或多个发射器将校准辐射发射在所述工件的一个或多个表面处；由一个或多个传感器测量由所述一个或多个发射器发射并由所述工件的所述一个或多个表面反射的所述校准辐射的反射部分；以及至少部分地基于反射部分来确定指示所述工件的温度的第一温度测量值。
95.根据任一前述条款所述的方法，其中所述方法还包括：由所述一个或多个发射器以脉冲频率发射辐射；以及至少部分地基于所述脉冲频率使至少一个测量与所述一个或多个传感器脱离。
96.根据任一前述条款所述的方法，还包括：通过一个或多个窗口阻挡由配置为加热所述工件的一个或多个加热灯发射的宽带辐射的至少一部分入射到一个或多个传感器上。
97.根据任一前述条款所述的方法，包括交替地将所述工件暴露于所述含有一种或多种自由基的经过滤的混合物以及由一个或多个热源发射指向工件的一个或多个表面的辐射以加热所述工件的表面的至少一部分。
98.根据前述条款中任一项所述的方法，包括通过将流体泵送通过设置在所述一个或多个分离栅格中的一个或多个冷却通道来冷却所述一个或多个分离栅格。
99.根据任一前述条款所述的方法，还包括允许非工艺气体通过所述分离栅格处或下方的一个或多个气体注入口。
100.根据任一前述条款所述的方法，还包括停止等离子体产生、停止工艺气体的流动、
或停止发射辐射。
101.根据任一前述条款所述的方法，还包括从所述处理室移出所述工件。
102.尽管已针对本主题的特定示例性实施例详细描述了本发明，但应了解，所属领域的技术人员在获得对上文的理解后可容易地产生对此些实施例的更改、变化和等效物。因此，本公开的范围是通过示例的方式而不是通过限制的方式，并且本公开不排除包括对本领域普通技术人员将容易明显的对本主题的此种修改、变化和/或添加。