[发明专利]衬底处理系统中非均匀性的原位实时感测和补偿

说明书

本公开的系统和方法对衬底处理系统中的各种非均匀性进行原位感测和实时补偿。通过确定设置在衬底支撑件中的多个微型加热器的矩阵上的温度分布来感测等离子体非均匀性。替代地，通过使用矩阵加热器和用于加热衬底支撑件的一个或多个区域的一个或多个加热器确定穿过衬底支撑件的热通量来感测等离子体非均匀性。等离子体非均匀性通过调整一个或多个参数来补偿，所述参数例如提供给矩阵加热器的功率、被提供以产生等离子体的射频功率、用于产生等离子体的一种或多种气体的化学性质和/或流速、热控制单元或制冷器的设置等。此外，衬底支撑件中固有的非均匀性使用区域和矩阵加热器感测，并通过调整一个或多个参数进行补偿。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年7月25日申请的美国临时申请No.62/878,548的优先权。上述引用的申请其全部公开内容都通过引用合并于此。

技术领域

本公开总体上涉及衬底处理系统，更具体地涉及衬底处理系统中的各种非均匀性的原位感测和实时补偿。

背景技术

这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。

衬底处理系统通常包括多个处理室(也称为处理模块)以执行衬底(例如半导体晶片)的沉积、蚀刻和其他处理。可以在衬底上执行的处理的示例包括但不限于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)处理、化学增强等离子体气相沉积(CEPVD)处理和溅射物理气相沉积(PVD)处理。可以在衬底上执行的处理的其他示例包括但不限于蚀刻(例如，化学蚀刻、等离子体蚀刻、反应离子蚀刻等)和清洁处理。

在处理期间，衬底被布置在衬底处理系统的处理室中的衬底支撑件(例如基座、静电卡盘(ESC)等)上。在沉积过程中，将包括一种或多种前体的气体混合物引入处理室，并激励等离子体以激活化学反应。在蚀刻期间，包括蚀刻气体的气体混合物被引入处理室，并且等离子体被激励以激活化学反应。计算机控制的机械手通常以衬底将被处理的顺序将衬底从一个处理室转移到另一个处理室。

发明内容

一种衬底处理系统包括：衬底支撑件、气体源、RF发生器、电源和控制器。所述衬底支撑件被配置为在处理室中支撑半导体衬底。所述衬底支撑件包括矩阵加热器。所述矩阵加热器包括被布置成矩阵并且被配置为在处理期间控制所述半导体衬底的温度的多个加热器元件。所述气体源被配置为向所述处理室提供处理气体。所述RF发生器被配置为向所述处理室提供RF功率以在所述处理室中产生等离子体。所述电源被配置为向所述矩阵加热器的所述多个加热器元件提供功率。

所述控制器被配置为在向所述矩阵加热器的所述多个加热器元件提供预定功率的同时执行以下操作：提供所述处理气体和所述RF功率以产生所述等离子体；确定所述多个加热器元件的第一电阻；改变选自由所述处理气体的化学性质、所述处理气体的流速和所述RF功率组成的群组中的一个参数以继续产生所述等离子体，同时保持所述群组中的其他参数恒定；响应于改变所述一个参数来确定所述多个加热器元件的第二电阻；以及基于所述多个加热器元件的所述第一电阻和第二电阻来确定所述等离子体的均匀性。

在其他特征中，述控制器被配置为在打开所述气体源和所述RF发生器之前执行以下操作：通过向所述第二加热器的多个加热器元件提供功率来确定多个加热器元件的加热响应；以N个增量将给所述多个加热器元件的所述功率增加到所述预定功率；以及在每个增量之后确定所述多个加热器元件的电阻，其中N是正整数。所述控制器被配置为：在确定所述第二加热器的多个加热器元件的所述加热响应之后，基于所述多个加热器元件的所述加热响应以及所述第一电阻和第二电阻确定所述等离子体的均匀性。

在其他特征中，所述控制器被配置为：基于所述多个加热器元件的所述加热响应以及所述第一电阻和第二电阻确定所述多个加热器元件上的温度分布。所述控制器被配置为：基于所述多个加热器元件上的所述温度分布确定所述等离子体的均匀性。