[发明专利]用于半导体应用的精确温度测量

说明书

背景技术

在半导体制造中，需要控制处理参数，以确保处理的一致性和重复性。随着半导体的器件节点向越来越小的特征(例如，90nm或更小)发展，半导体器件需在尺寸公差方面(例如，CD、厚度、蚀刻率、一致度、形貌，等)为亚纳米的精度，因此，处理控制的需求变得愈加重要。在更为先进的处理中，在所制造的器件(在晶片中、晶片到晶片、批到批、芯片到芯片、室到室，等)中，由所有处理变化产生的特征尺寸变化及尺寸公差需小于5nm，并需在三西格玛标准偏差以内。不久，随着晶片处理变得更加先进，可允许的特征尺寸变化将会更小，例如，小于2nm并在三西格玛标准偏差内。

较难控制、保持和表征的处理参数中之一为处理温度。例如，在室内壁表面、基板支持件表面以及基板表面上的温度难以控制、保持和表征。在本发明的范围内讨论时，所提及的晶片和基板是可互换的，因为半导体制造领域的技术人员通常互换使用这两个术语。很多处理方法易受处理温度变化的影响。小达1摄氏度的温度变化可对该处理方法的结果产生显著影响。例如，在半导体制造的蚀刻处理中，多晶硅栅(poly gate)的关键尺寸(CD，criticaldimension)随着处理温度(例如，基板支持件表面的温度、基板表面的温度，等)每变化1摄氏度而改变多达1nm。某些处理方法甚至受更小的处理温度变化影响，例如，0.5摄氏度。所以，随着器件节点趋于越来越小的特征尺寸，精确的温度控制以及测量正成为至关重要的处理控制需求。因此，期望一种精确的温度测量及表征，其能够测量绝对温度以及感应微小温度变化，例如小达0.5摄氏度或更小的变化。

很多当前可用的温度测量技术具有实施局限性，并且效果不甚理想。例如，许多当前可用的温度测量技术不能精确测量原位(insitu)处理温度。那些能够测量晶片原位温度的技术，通常包括设置一种其上嵌有温度传感器的特殊晶片。在处理室中设置特殊晶片需要中断处理的正常流程。通常，将特殊晶片设置于处理室内需要使处理室排气以达到环境气压。一旦该处理室被排气，则需要相当的时间以使该室回复到处理操作条件(例如，压力、温度，等)，这会影响批处理的生产能力。并且，在很多情况下，嵌入的传感器可能会是导致器件瑕疵的污染源。另外，这些嵌入有传感器的特殊晶片价格昂贵，并且这些传感器典型地不是非常耐用的。当这些传感器经受处理操作条件时，它们可能会出现故障或者不能正常工作。最后，该嵌入的传感器对传送理想的测量精确度而言是不可接受的，因为大多数这样的传感器具有0.5摄氏度或更大的温度测量不确定性。因此，需要一种改进的原位温度测量方法及设备。

发明内容

广义地讲，本发明提供了确保精确的原位温度测量的方法和结构。

在一个实施方式中，提供了一种带有温度传感元件的处理室，该温度传感元件可确保精确的原位温度测量。在该实施方式中，该温度传感元件设置于该处理室中。该温度传感元件具有空腔，在该空腔中有一透明的盖体设置于该空腔的开口上方。将材料设置于该温度传感元件的空腔中，并且将传感器配置为透过该透明盖体传感该材料的相变。

在另一个实施方式中，提供了另一种带有温度传感元件的处理室，该温度传感元件可确保精确的原位温度测量。在该实施方式中，该温度传感元件设置于处理室内的表面上(例如，处理室的内表面，基板支持件上的表面，等)。该温度传感元件具有空腔。将一材料设置于该温度传感元件的空腔内，其中该材料与该处理室内的表面相接触。传感器配置为传感该材料的相变。

在再一个实施方式中，提供了一种精确的原位温度测量的方法。该方法包括在处理室中设置温度传感元件。该温度传感元件具有嵌入材料。然后，在该处理室中开始处理操作。一定量的时间以后，该处理操作会导致该嵌入材料的相变。然后检测该嵌入材料的相变。记录与该相变相关联的温度。

本发明的其它方面和优点将会结合附图，并通过以下体现出本发明原理的示例性的描述而明显地呈现。

附图说明

结合附图并通过以下的具体描述，本发明将会更容易地被理解，附图中相同的标号代表相同的结构元件。

图1是根据本发明一个实施方式的处理室的横截面图，该室带有设置于其中的温度传感元件；

图2是根据本发明一个实施方式的温度传感元件的部分特写横横截面图；

图3是根据本发明一个实施方式的处理室的横截面图，该室带有设置于其中的温度传感元件；

图4是根据本发明一个实施方式的处理室的横截面图，该室带有设置在基板支持件表面的温度传感元件；

图5是根据本发明一个实施方式的温度传感元件的特写横截面图，该温度传感元件能够传感基板支持件表面上的温度；