一種半導(dǎo)體處理裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]用于集成電路的制造的半導(dǎo)體處理工藝包括化學(xué)氣相沉積工藝、和等離子體刻蝕工藝等。在等離子輔助的半導(dǎo)體處理裝置中，為了產(chǎn)生等離子體需要施加高功率的射頻能量到等離子反應(yīng)腔內(nèi)，所以整個(gè)反應(yīng)腔空間內(nèi)存在大幅度的射頻電磁場(chǎng)。隨著半導(dǎo)體處理精度的日益提高，要獲得更均一的處理效果需要更精細(xì)的調(diào)節(jié)各種與處理效果相關(guān)的參數(shù)，比如半導(dǎo)體基片溫度。為了更精確的控制基片溫度，業(yè)內(nèi)廣泛采用了在放置晶圓的靜電夾盤(ESC)內(nèi)放置加熱裝置的辦法。加熱裝置放置在靜電夾盤的不同區(qū)域內(nèi)獨(dú)立控制不同區(qū)域的溫度，以獲得均一的溫度分布。加熱裝置典型的如電阻絲等需要功率輸入線向加熱裝置輸入電能，輸入的加熱電壓通常是低頻交流或者直流的加熱電壓。加熱裝置位于被射頻輻射的靜電夾盤中，所以需要額外配置濾波器防止射頻信號(hào)從功率輸入線逆向流出到加熱電壓源中。為了控制靜電夾盤中每個(gè)區(qū)的溫度，需要測(cè)量每個(gè)區(qū)的溫度，以便確定需要輸入多少功率到加熱裝置。溫度檢測(cè)系統(tǒng)主要有兩種:一種是如專利US8092639第17欄所述，將一個(gè)探頭埋設(shè)在靜電夾盤中，將溫度轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，通過光纖將信號(hào)傳輸?shù)酵獠繘]有射頻干擾的控制器中。這種溫度檢測(cè)光纖價(jià)格昂貴而且由于光纖安裝在反應(yīng)腔內(nèi)的測(cè)量區(qū)域，在反應(yīng)腔清洗或者更換部件時(shí)很容易將光纖碰碎，維護(hù)難度大。另一種是利用熱電偶(thermal coupler)探頭來測(cè)溫，由于熱偶探頭是導(dǎo)體，而且溫度產(chǎn)生的電勢(shì)信號(hào)很微弱只有mv級(jí)別，所以需要額外的濾波器將耦合到熱偶探頭的射頻電信號(hào)盡可能的濾除。如圖1所示為采用熱電偶測(cè)溫方式的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖。傳統(tǒng)反應(yīng)器中包括反應(yīng)腔1，反應(yīng)腔I內(nèi)包括位于頂部的氣體分布裝置40，氣體分布裝置40通過管道和閥門連接到氣源50。反應(yīng)腔內(nèi)底部包括一個(gè)基座33，基座內(nèi)包括一個(gè)下電極，一個(gè)射頻電源連接到該下電極。下電極上方包括一個(gè)靜電夾盤34。靜電夾盤上方放置有待處理的基片30。圍繞在靜電夾盤和基片30周圍的還包括一個(gè)邊緣環(huán)36。靜電夾盤內(nèi)包括多個(gè)加熱裝置，位于中心位置的加熱裝置60b和環(huán)繞該中心加熱裝置60b的邊緣加熱裝置60a。這些加熱裝置通過功率輸入線接收加熱功率(圖中未示出)。兩個(gè)熱電偶104、102的溫度探測(cè)端分別靠近邊緣加熱裝置60a和中心加熱裝置60b，以分別探測(cè)兩個(gè)區(qū)內(nèi)各自的溫度。兩個(gè)濾波器103分別連接在熱電偶104、102和溫度檢測(cè)器之間，溫度檢測(cè)器將來自熱電偶的電信號(hào)處理后獲得溫度信號(hào)，并將溫度信號(hào)傳輸給工藝控制器。工藝控制器根據(jù)溫度信號(hào)和其它參數(shù)如氣壓，射頻功率，處理時(shí)間等確定需要調(diào)整的工藝參數(shù)。半導(dǎo)體處理裝置還包括一個(gè)抽氣裝置20排出反應(yīng)腔的的氣體以獲得所需的低壓。
[0003]如圖1所示，當(dāng)需要獨(dú)立控制的溫度區(qū)域較多，比如圖中的2區(qū)時(shí)，需要至少2個(gè)濾波器分別濾除射頻信號(hào)，并且讓微弱的電信號(hào)傳輸?shù)綔囟葯z測(cè)器，所以濾波器調(diào)試的難度很大。而且多個(gè)濾波器不僅體積較大，影響半導(dǎo)體處理裝置內(nèi)機(jī)構(gòu)的排布。由于溫度檢測(cè)器必須設(shè)置在射頻輻射區(qū)以外，所以造成熱電偶104、102需要很長(zhǎng)的線路才能到達(dá)溫度控制器，由熱電偶的材料特性決定，較長(zhǎng)的熱電偶會(huì)造成熱容量增大，進(jìn)一步造成溫度測(cè)量時(shí)的響應(yīng)速度降低，無法測(cè)量到快速變化的溫度。
[0004]為了解決上述問題，業(yè)內(nèi)需要一種新的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在射頻環(huán)境中對(duì)多個(gè)加熱區(qū)域的溫度精確快速的測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體處理裝置，能夠低成本且可靠的檢測(cè)具有多個(gè)溫控區(qū)域的的的支撐盤的溫度。本發(fā)明半導(dǎo)體處理裝置包括:反應(yīng)腔，反應(yīng)腔內(nèi)包括一個(gè)基座，基座上設(shè)置有絕緣材料支撐盤，支撐盤上設(shè)置有待處理基片，射頻發(fā)生裝置，發(fā)生射頻電磁場(chǎng)并施加到反應(yīng)腔內(nèi)；反應(yīng)腔底部和側(cè)壁包括電場(chǎng)屏蔽導(dǎo)體，屏蔽反應(yīng)腔內(nèi)的電場(chǎng)；所述支撐盤內(nèi)包括第一加熱裝置加熱所述支撐盤的第一區(qū)域，一個(gè)第二加熱裝置圍繞在第一加入裝置外圍加熱所述支撐盤的第二區(qū)域，第一熱電偶包括一個(gè)探測(cè)端設(shè)置于所述第一區(qū)域，還包括一個(gè)第二端連接到一個(gè)溫度檢測(cè)器；第二熱電偶包括一個(gè)探測(cè)端設(shè)置于所述第二區(qū)域，還包括一個(gè)第二端連接到所述溫度探測(cè)器；溫度探測(cè)器接收并處理來自第一熱電偶和第二熱電偶的電信號(hào)并獲得第一區(qū)域和第二區(qū)域的溫度信號(hào)，通過一個(gè)傳輸光纖傳輸所述溫度信號(hào)到位于屏蔽導(dǎo)體外側(cè)的工藝控制器。
[0006]其中溫度檢測(cè)器通過一個(gè)濾波器連接到屏蔽導(dǎo)體外側(cè)的直流電源，可以為溫度檢測(cè)器提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)，所述濾波器安裝在所述屏蔽導(dǎo)體內(nèi)側(cè)，可以防止射頻電場(chǎng)泄露到反應(yīng)腔外。
[0007]其中所述第一和第二加熱裝置分別通過第一加熱濾波器和第二加熱濾波器連接到第一加熱電源和第二加熱電源。工藝控制器根據(jù)所述第一區(qū)域和第二區(qū)域的溫度信號(hào)控制第一加熱電源和第二加熱電源的功率輸出，實(shí)現(xiàn)溫度的反饋控制。
[0008]本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體處理裝置，包括:反應(yīng)腔，反應(yīng)腔內(nèi)包括一個(gè)基座，基座上設(shè)置有絕緣材料支撐盤，支撐盤上設(shè)置有待處理基片，一個(gè)射頻發(fā)生裝置，產(chǎn)生射頻電磁場(chǎng)并施加到反應(yīng)腔內(nèi)，反應(yīng)腔底部和側(cè)壁包括電場(chǎng)屏蔽導(dǎo)體，屏蔽反應(yīng)腔內(nèi)的電場(chǎng)，一個(gè)電信號(hào)檢測(cè)器位于反應(yīng)腔內(nèi)，所述電信號(hào)檢測(cè)器包括至少一個(gè)信號(hào)輸入端，所述信號(hào)輸入端連接到一個(gè)工藝參數(shù)探頭的信號(hào)輸出端，所述工藝參數(shù)探頭還包括一個(gè)檢測(cè)端設(shè)置于基座或支撐盤，所述電信號(hào)檢測(cè)器處理來自工藝參數(shù)探頭的信號(hào)以獲得工藝參數(shù)數(shù)據(jù)，所述電信號(hào)檢測(cè)器將所述工藝參數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號(hào)，并通過一個(gè)光學(xué)信號(hào)輸出端輸出；一個(gè)傳輸光纖連接在所述電信號(hào)檢測(cè)器的光學(xué)信號(hào)輸出端和位于電場(chǎng)屏蔽導(dǎo)體外側(cè)的工藝控制器之間。
[0009]其中電信號(hào)檢測(cè)器處于電浮地狀態(tài)，以保證射頻信號(hào)不會(huì)干擾到工藝參數(shù)信號(hào)的檢測(cè)。
[0010]其中工藝參數(shù)是支撐盤溫度或者基片的電勢(shì)或者支撐盤的漏電流，能夠更綜合的實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的檢測(cè)。
[0011]其中電信號(hào)檢測(cè)器可以包括多個(gè)信號(hào)輸入端，每個(gè)信號(hào)輸入端連接到一個(gè)工藝參數(shù)探頭的信號(hào)輸出端，所述多個(gè)信號(hào)探頭的檢測(cè)端位于基座或支撐盤不同區(qū)域，用于檢測(cè)不同的工藝參數(shù)。多個(gè)工藝參數(shù)探頭的檢測(cè)端也可以是設(shè)置于支撐盤中不同區(qū)域，用于檢測(cè)支撐盤對(duì)應(yīng)的不同區(qū)域的溫度，其中支撐盤的不同的區(qū)域呈網(wǎng)格狀分布，且區(qū)域數(shù)量大于8。在溫控區(qū)域數(shù)量很大時(shí)本發(fā)明能顯著減少濾波器的數(shù)量和占用空間。
【附圖說明】
[0012]圖1是現(xiàn)有技術(shù)用熱電偶測(cè)溫的半導(dǎo)體處理裝置示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明用熱電偶測(cè)溫的半導(dǎo)體處理裝置示意圖；
[0014]圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例中靜電夾盤具有多個(gè)溫度控制區(qū)的示意圖。
[0015]圖4是本發(fā)明用于電勢(shì)/電流檢測(cè)的第三實(shí)施例示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]請(qǐng)參考圖2，圖2為本發(fā)明用熱電偶測(cè)溫的半導(dǎo)體處理裝置示意圖，圖中包括反應(yīng)腔1，反應(yīng)腔I內(nèi)包括位于頂部的氣體分布裝置40，氣體分布裝置40通過管道和閥門連接到氣源50。反應(yīng)腔內(nèi)底部包括一個(gè)基座33，基座內(nèi)包括一個(gè)下電極，一個(gè)射頻電源連接到該下電極。下電極上方包括一個(gè)靜電夾盤34。射頻電源也可以施加到同時(shí)作為上電極的氣體分布裝置40，或者施加到反應(yīng)腔I外部的電感線圈，電感線圈產(chǎn)生的電磁場(chǎng)通過反應(yīng)腔頂部的絕緣材料窗進(jìn)入反應(yīng)腔空間，以電離反應(yīng)腔內(nèi)的反應(yīng)氣體。靜電夾盤上方放置有待處理的基片30。圍繞在靜電夾盤和基片30周圍的還包括一個(gè)邊緣環(huán)36。靜電夾盤內(nèi)包括多個(gè)加熱裝置，位于中心位置的加熱裝置60b和環(huán)繞該中心加熱裝置60b的邊緣加熱裝置60a。這些加熱裝置通過功率輸入線接收來自加熱電源的加熱功率(圖中未示出)，功率輸出線上還串聯(lián)有濾波器連接在加熱電源盒加熱裝置之間。這些濾波器能夠?yàn)V除反應(yīng)功率輸入線上的射頻信號(hào)，只允許加熱功率(如低頻的交流電流或者直流電流)通過功率輸入線。
[0017]半導(dǎo)體處理裝置的反應(yīng)腔I底部和側(cè)壁包括接地的屏蔽導(dǎo)體，能夠屏蔽射頻電場(chǎng)，使得射頻電場(chǎng)只存在屏蔽導(dǎo)體內(nèi)側(cè)，保證屏蔽導(dǎo)體外側(cè)不會(huì)出現(xiàn)射頻電場(chǎng)。
[0018]兩個(gè)熱電偶104’、102’的溫度探測(cè)端分別靠近邊緣加熱裝置60a和中心加熱裝置60b，以分別探測(cè)兩個(gè)區(qū)內(nèi)各自的溫度，同時(shí)兩個(gè)熱電偶104’、102’的檢測(cè)端分別連接到一個(gè)溫度檢測(cè)器的兩個(gè)輸入端。溫度檢測(cè)器將來自熱電偶的電信號(hào)處理后獲得溫度數(shù)據(jù)，再將溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號(hào)，通過傳輸光纖106將帶有溫度數(shù)據(jù)的光學(xué)信號(hào)傳輸?shù)椒磻?yīng)腔底部屏蔽導(dǎo)體以下，一個(gè)工藝控制器接