JP2001021416A - 非貫入型の作動温度測定及び監視システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性、プロセス独立性、非貫入型であり、
生産性を最大にしながら、正確なデータを蓄積する。 【解決手段】 本発明は放射物体を移動する温度を測定
する装置及び方法を供給する。高温計等のプローブは放
射透過窓近傍の真空チャンバーの開口部に配置されてい
る。プローブは処理チャンバーに出入りする放射物体を
遮る光路を規定する。放射物体は光路を通って移動し、
電磁波を放出する。電磁波はプローブにより集められ、
信号処理装置に送られ、波は検出され、温度の読みに変
換される。所望であれば、その後、蓄積されたデータは
放射物体により経験された熱の影響を示す冷却曲線を生
成するために使用されてもよい。推定又は相関方法はプ
ローブにより集められたデータの前又は後の地点に冷却
曲線を延長するために使用されてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体処理に関し、
特に、赤外線高温測定法を使用して物体の温度測定及び
調整をするための方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造において、基板温度は重要な
プロセスパラメータである。各種段階の基板の取扱い及
び処理の間、基板温度は著しく変化する。所定時に基板
温度を測定することは貴重なデータを蓄積及び分析する
ことを可能にする。その後、フィードバックはプロセス
パラメータを調整又は一定の処理材料の可能性を決定す
るために使用されることができる。

【０００３】好適な温度測定装置は信頼性があり、非貫
入型で、正確で、再現可能で、プロセス独立性のある測
定でなければならない。更に、装置は処理システムのス
ループット、すなわち、システムの生産性を妨げてはな
らない。スループットは基板が処理されていない間の不
稼動時間に関連する。そのため、好適な装置はシステム
の不稼動時間にあまり寄与しない。

【０００４】通常の非接触の温度測定装置は加熱面から
の放射を検出可能な高温計である。高温計は赤外線のよ
うな測定される物体から一定のスペクトル型で放射され
る放射量を測定することにより作動する。その後、温度
はプランクの放射法則のような公知の公式により決定さ
れることができる。

【０００５】高温計を使用する現在の方法及び装置は通
常、インサイチュー（in-situ）測定が可能である。イ
ンサイチューシステムは処理中、基板への照準線に高温
計を配置し、高温計が基板から直接電磁波を受け取るよ
うになっている。光パイププローブは時々高温計と縦に
一列に並んで使用され、伝搬波を高温計に導く。これは
処理期間を通して実時間の温度の読みを可能にする。そ
のような配置の例は、インターナショナルビジネスマシ
ーンズ社（International Business Machines,Inc.）に
譲渡された米国特許No.5,738,440、及びテキサスインス
トルメンツ社（Texas Instruments,Inc.）に譲渡された
米国特許No.4,956,538で説明されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、インサイチュ
ーシステムは現存のチャンバーで実行するのは困難且つ
高価である。例えば、基板を支持するために台に装備さ
れた堆積チャンバーは光パイププローブのように、台の
裏側から光学装置を受け取るように変更されなければな
らない。そのような変更が研究と開発の目的のためしば
しばなされるが、それは高価であり、大量生産を実現す
ることはできない。

【０００７】更に、化学気相成長（ＣＶＤ）チャンバー
のような、幾つかのチャンバーは貫入型の光学装置を支
持しないだろう。ＣＶＤはチャンバーに化学液を導入
し、それらを基板と接触させることにより基板に被膜を
堆積することを含んでいる。光パイププローブのような
貫入型装置は電磁波を受け取るため「眼」又は光入口を
必要とする。時間に亘り、化学先駆物質が眼に堆積さ
れ、それを通る波の伝搬を遮り、正確な温度測定を妨げ
る。

【０００８】インサイチュー温度検出技術の欠点は別の
エクスサイチューシステムのために供給される起動力を
有している。処理システムで使用される１つのそのよう
なシステムでは、基板温度は処理後に冷却チャンバーで
測定される。冷却チャンバーは光パイプを取り付けら
れ、熱放射を受け取ると共に基板温度を決定する。処理
後、搬送ロボットは基板を処理チャンバーから回収し、
それを冷却チャンバーに往復させ、それは光パイプを考
慮して支持部材に置かれる。一度、温度の読みが取られ
ると、処理の終了温度は外挿法により決定可能である。

【０００９】しかし、そのような配置は更新した現在の
機器に含まれた欠点からだけでなく不十分なデータの生
成からも悪化する。処理チャンバーから冷却チャンバー
への搬送の間、加熱された基板は実質的且つ迅速な冷却
をこうむる。プロセス終了時間と冷却チャンバーの温度
の読みの間のずれは外挿法によりプロセス終了温度の推
定の誤りを増加させる。

【００１０】多数の要求は温度測定装置に対する設計変
更の柔軟性を限定している。一般に、高いスループット
の必要性は測定をアニール又は冷却のような他の必要な
処理事象と同時に行うことを必要としている。更に、現
在、業界内で公知なインサイチュー及びエクスサイチュ
ーシステムは温度測定の間、基板を固定することを必要
としている。結果として、温度測定は通常、冷却チャン
バー又は全体の処理シーケンスの一部としての期間、基
板が存在する堆積を含まない他のチャンバーに配置され
る。したがって、好適な装置はスループットに有害な影
響を最小にしながら、優れたデータを発生させなければ
ならない。

【００１１】そのため、信頼性、プロセス独立性、非貫
入型であり、現在の製造システムで容易に実行されるエ
クスサイチュー光学検出器の必要性がある。更に、エク
スサイチュー装置は生産性を最大にしながら、正確なデ
ータを蓄積できなければならない。

【００１２】

【課題を解決するための手段】一般に、本発明は放射物
体の温度を測定するための装置を供給する。プローブは
第１チャンバーに取り付けられ、第２チャンバーの開口
部への照準線を有している。プローブは放射物体の表面
に入射する光路を規定する。放射物体により放射される
電磁波はプローブにより集められ、温度の読みに変換さ
れる。１実施例では、第１チャンバーが搬送チャンバー
であってもよく、第２チャンバーが近傍の処理チャンバ
ーであってもよい。

【００１３】本発明の別の特徴では、プローブはチャン
バーに取り付けられ、移動する放射物体を遮る光路を規
定する。プローブは電磁波が光路を通過する時に放射物
体から伝搬する電磁波を集める。電磁波は光ケーブル上
を信号変換器に送信され、信号変換器は波を放射物体の
温度を示す電気信号に変換する。信号変換器に結合され
たマイクロプロセッサ／コントローラは電気信号を受け
取ると共に処理する。１実施例では、プローブは高温計
である。

【００１４】本発明の更に別の特徴では、２以上のプロ
ーブはチャンバーに取り付けられ、２以上の光路を規定
する。各光路は所定位置で移動する放射物体を遮る。プ
ローブは基板から放射される電磁波を集め、信号処理装
置に一致する信号を送信するう。信号処理装置は信号を
受け取ると共に処理する。

【００１５】更なる別の特徴では、本発明は移動物体の
温度測定を行う方法を供給する。物体はプローブの光路
に移動され、放射線を放射する。放射線はプローブによ
り集められ、その後、信号処理装置に伝送される。その
後、処理装置は放射測定値を温度の読みに変換する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下の説明の数字は添付した図面
に一致する。理解の容易のため、同一又は同様の特徴は
各図面において同一数字により示されている。

【００１７】本発明は物体の温度をオンザフライ（on-t
he-fly（ＯＴＦ））、すなわち、物体が動作している間
に測定する装置及び方法である。装置は高温計のような
プローブを備え、プローブは半導体基板のような熱的に
揺れ動く物体の温度を測定するための信号処理装置に結
合されている。好適な実施例では、プローブは処理チャ
ンバー間での搬送の間、基板への高低線で搬送チャンバ
ーに配置されている。処理前後の基板により放射された
放射線はプローブにより受け取られ、信号処理装置への
経路を定め、それは光信号から温度を示す一致する電気
信号に変換される。電気信号はコンピュータメモリ等の
データ記憶装置に記憶されてもよく、またディスプレイ
上で見られてもよい。その後、フィードバックが発生さ
れ、ガス流量割合、ヒータ温度、圧力等のチャンバーの
動作パラメータを調整するために使用され所望のレベル
を達成又は維持してもよい。

【００１８】図１は処理システム１０の断面図であり、
搬送チャンバー１２及びそれに取り付けられた処理チャ
ンバー１４を備えている。延長可能なブレード１６は中
央に配置された搬送ロボット１８により回転及び放射方
向に始動され、各種位置の間で基板を往復させる。搬送
チャンバー１２及び処理チャンバー１４は図２に示され
たもののようなクラスタツールの構成部品を備えていて
もよく、以下に詳細に説明される。

【００１９】処理チャンバー１４近傍の搬送チャンバー
壁２２に形成された開口部２０は処理チャンバー１４の
スリットバルブ開口部２４に照準線を供給する。開口部
は通常のクラスタツールで見られるもののような地点で
あってもよい。開口部２０ないに配置された窓２６は搬
送チャンバー１２を外気状態から密閉する。好ましく
は、窓２６はサファイア又は石英又は赤外線光に透過す
る他の材料を備えていてもよい。本発明は、０．９〜１
０．０μλの状態、すなわち、赤外線スペクトラム領域
内で動作されてもよく、好ましくはサファイア及び石英
が優れた効率を示す０．９〜４．０μλの間で起こる。

【００２０】プローブ２８は従来の取付装置、例えば、
図１に示されている例示により開口部２０内に配置され
ている。開口部２０と実質的に同一の幾何学形状を有す
るアダプタ３０は窓２６近傍の開口部２０に配置され示
されている。プローブ２８はアダプタ３０に形成された
ネジ穴に固定され、搬送チャンバー１２内部からの放射
はプローブ２８の入口端部３３で受け取られてもよい。
アダプタ３０は陽極酸化されたアルミニウム等の不透明
材料製であってもよい。アダプタ３０の不透明性は外部
源からの放射が開口部を通って伝搬し、本発明の動作を
遮るのを防止する。

【００２１】プローブ２８はカリフォルニア州、サンタ
クララ市のLuxtron社から入手可能な高温計のように赤
外線光を集めることができる通常の装置であってもよ
い。プローブ２８は処理の前後で基板３４のような移動
する放射物体を遮る窓２６を通る光路３２を規定するよ
うに配置されている。プローブ２８がスリットバルブの
開口部２４の入口に照準線を有する搬送チャンバー１２
内の位置に配置されていてもよいが、図１に示されてい
るような好適な位置はスリットバルブの開口部上方で、
又はできるだけそれに近くなっている。光路３２は開口
部２０から最小の距離で基板３４を遮り、処理チャンバ
ー１４にある処理基板の温度の読みは、実質的な冷却が
搬送チャンバー１２で起こる前になされてもよいように
なっている。したがって、本発明による処理基板の温度
の読みは、その入場及び又は基板がプローブ２８から見
られない処理チャンバー１４からの出現の直前で基板の
温度を近似する。更に、周囲の騒音の寄与を最小にする
ため、好適な位置はプローブ２８とスリットバルブの開
口部２４の間の距離を最小にする。

【００２２】更に、図１に示された好適な位置では、プ
ローブ２８はそれが搬送チャンバー１２に出入りする時
に基板の直上にある。したがって、光路３２は温度の読
みがなされている間、基板３４に対して正常である。プ
ローブ２８はスリットバルブの開口部２４への照準線を
有する位置にあるが、基板の放射率は光路と基板の間の
角度で変化する。そのため、放射率、基板温度を決定す
るのに必要なユーザーが選択した変数であるが、それは
本発明の特定の幾何学形状により計算されなければなら
ない。放射率、及び本発明におけるその適用は以下でも
っと詳細に説明される。

【００２３】基板検出センサ３６はまたプローブ２８近
傍の開口部２０内に配置され、処理チャンバー１４のス
リットバルブの開口部２４を出入りする基板の存在を検
出する。基板検出センサ３６は図１に示されたブラケッ
ト３７及びネジ３９のような従来の留め金具によりアダ
プタ３０に取り付けられてもよい。順番に、ブラケット
３７はアダプタ３０に取り付けられ、アダプタ３０の直
径より僅かに大きい長さである。各ブラケットは開口部
２０に形成されたノッチ（図示せず）により受け取られ
る。したがって、ブラケット３７は開口部２０にアダプ
タを安定化させるのと同様に基板検出センサ３６を取り
付けるための手段を供給する。

【００２４】任意に、基板検出センサ３６の機能はプロ
ーブ２８により実行されてもよい。そのような実施例で
は、基板の表面から伝搬する放射線はプローブにより受
け取られ、後述されるもののような単一処理装置に送信
される。放射信号は基板の存在を示し、信号処理装置に
適切な事象シーケンス、例えば、測定シーケンスを引き
起こさせる。

【００２５】プローブ２８及び基板検出センサ３６は両
方共信号処理装置３８に結合されている。各装置を結合
するために使用されるケーブルのタイプは支持される信
号により決定される。したがって、光ケーブル４０はプ
ローブ２８を信号処理装置３８に結合し、光信号を送
り、出力ケーブル４２は基板検出センサ３６を信号処理
装置３８に結合し、電気信号を送る。

【００２６】信号処理装置３８は図１に示されており、
信号検出器／変換器４４及びマイクロプロセッサ／コン
トローラ４６を備え、それらは両方共、商業電源を介し
て使用可能である。信号検出器／変換器４４及びマイク
ロプロセッサ／コントローラはＲＳ−２３２ケーブルの
ようなケーブルにより共に結合されている。好ましく
は、信号検出器／変換器４４は、０．９μλから３．０
μλに較正されたインジウムガリウム砒化物（InGaAs）
サーモメータ等の光ファイバサーモメータ（ＯＦＴ）で
ある。他のＯＦＴが使用されてもよいが、InGaAsＯＦＴ
は低温度の読みに対して特に有用である。しかし、幾つ
かの材料はシリコン及び１μλより大きい波長の透過す
る酸化物のように、スペクトル動作型のInGaAsＯＦＴに
おいて透過するので、ＯＦＴは結局、特定の基板構成物
により選択される。本発明で使用可能な光ファイバサー
モメータは、Luxtron社及びSekidenko等の供給業者から
入手可能である。

【００２７】マイクロプロセッサ／コントローラ４６は
また処理システム１０に結合されて示されており、処理
事象を監視すると共に制御する。この配置は各種周辺装
置、すなわち、プローブ２８、基板検出センサ３６、信
号検出器／変換器４４等から集められた情報を動作パラ
メータを変更することで使用させる。代わりに、多数の
マイクロプロセッサ／コントローラは周辺装置に個々に
接続されてもよい。後者の配置では、マイクロプロセッ
サ／コントローラは入力／出力ラインによりお互いに連
結可能であり、フィードバックの送信を可能にする。信
号処理装置３８の詳細は以下により詳細に説明する。

【００２８】処理チャンバー１４は通常の物理気相成長
（ＰＶＤ）チャンバーの簡略図である。一般に、ＰＶＤ
チャンバー１４は処理領域４８及び処理中に基板を支持
する移動可能な台５０を備えている。台５０はヒータ及
び又は静電チャックを備えていてもよく、チャンバー１
４の外側に配置されたモータ５２により始動される。リ
フトピン５４は昇降板５６に固定され、アクチュエータ
５８により垂直に移動され、ブレード１６から及びそこ
に基板を持上げる。ターゲット６２はチャンバーの上端
部に配置され、処理中に堆積される材料を備えている。
簡略化のため、誘導コイル、排気溝のような他の通常の
構成部品は示されていない。

【００２９】本発明は特定のチャンバーに限定されず、
チャンバー１４は単に可能な構成の例示に過ぎない。他
の処理チャンバーは化学気相成長チャンバー、イオン注
入チャンバー、イオン金属プラズマチャンバー、及び基
板の温度の読みが必要とされる他のチャンバーを備えて
いてもよい。

【００３０】搬送チャンバー１２及び処理チャンバー１
４はそれぞれ、クラスタツールとして一般に公知のより
大きな装置の一部分であってもよい。図２は本発明が役
立つために使用される半導体処理用の通常のクラスタツ
ール６４の平面図である。２個のそのようなプラットフ
ォームはCentura（登録商標）及びEndura(登録商標)で
あり、共にカリフォルニア州、サンタクララ市のApplie
d Materials社から入手可能である。１つの段階的真空
基板処理システムの詳細は、1993年２月１６日に発行さ
れたTepmanらによる「段階的真空ウェーハ処理システム
及び方法」と題する米国特許No.5,186,718に開示され、
ここにインコーポレイテッドバイリファレンスされてい
る。チャンバーの正確な配置及び組合せは製造プロセス
の特定の段階を実行する目的のため変更されてもよい。

【００３１】本発明によると、クラスタツール６４はク
ラスタツール６４で実行される各種処理方法を実行する
ようにプログラムされたマイクロコントローラ４６を備
えているのが好ましい。一般に、クラスタツール６４は
複数のチャンバー及びロボットを備えている。クラスタ
ツール６４の前部に配置されたカセットロードロック６
６は前部の環境とバッファチャンバー６８の間の第１真
空相互接続を供給する。ブレード７２を有するロボット
７０はバッファチャンバー６８を通ってカセットロード
ロック６６から脱気／基板定位チャンバーに基板を搬送
し、その後、事前洗浄チャンバー７６に搬送する。その
後、ロボット６４は基板を搬送チャンバー１２に配置さ
れたロボット１８に搬送する。ロボット１８は基板上の
膜層の堆積のため搬送チャンバー１２に取り付けられた
各種処理チャンバー１４の１つに基板を配置する。処理
チャンバー１４は物理気相成長、化学気相成長、エッチ
ング等のようなかなり多くの処理を実行してもよい。

【００３２】（図１にも示されているような）多数の観
察地点２０は搬送チャンバー１２に視覚のアクセスを供
給する。観察地点２０からパイレックス(登録商標)窓を
取り除くと共にそれらを上述したような石英又はサファ
イア等の適切な赤外線透過性材料と交換することによ
り、クラスタツール６４は容易に本発明を含むように適
応されることができる。代わりに、パイレックス(登録
商標)窓は適所に残されてもよく、本発明の検出機器は
パイレックス(登録商標)の伝送能力により較正されても
よい。その後、プローブ２８及び本発明の基板センサ３
６はアダプタ３０又は他の従来の固定方法又は機構によ
り観察地点２０に固定されてもよい。その後、プローブ
２８及び基板検出センサ３６は信号処理装置３８に結合
される。この方法では、別個のプローブ２８及び基板セ
ンサ３６は１以上の観察地点に配置されてもよい。好ま
しくは、各観察地点２０はプローブ２８及び基板センサ
３６を備えており、各チャンバーに出入りする基板が監
視されるようになっている。

【００３３】プローブ２８及び基板センサ３６を配置す
るための前述した説明は単に例示であり、他の方法が使
用されてもよい。例えば、好適な実施例はプローブ２８
及び搬送チャンバー１２の外部の基板センサ３６を供給
するが、両方の構成部品は搬送チャンバー１２内に配置
され、したがって真空状態下に置かれてもよい。従来の
密閉方法はケーブル４０，４２のために供給される搬送
チャンバーの本体出口を密閉するために使用されてもよ
い。他の実施例は当業者により認識されるであろう。

【００３４】ここで図１及び図３を参照すると、本発明
の動作が説明されている。基板の温度の読みは処理チャ
ンバー１４へのその導入及びその中での処理の前に取ら
れてもよく、以下の説明は後の処理測定に言及する。

【００３５】処理チャンバー１４の処理の完了により、
処理チャンバー１４は搬送チャンバー１２の圧力と実質
的に等しい圧力までポンプアップされる。その後、リフ
トピン５４は台５０の上面から基板３４を上昇させ、ス
リットバルブの開口部２４は開放される。その後、ロボ
ットブレード１６は処理チャンバー１４に伸長され、基
板３４はブレード１６に降下される。ブレード１６が搬
送面３５に沿って処理チャンバー１４から搬送チャンバ
ー１２に収縮されると、ブレード１６に配置された基板
３４は図３に示されたように地点Ａで光路を遮る。連続
する温度測定は基板面の第１直径Ｄ１に沿ってとられ
る。その後、ブレード１６は回転し、別の処理チャンバ
ー等の搬送チャンバー１２の別の領域に基板を往復させ
る。

【００３６】プローブ２８により集められた放射線は光
ケーブル４０を介して光信号の形で信号検出器／変換器
に搬送される。その後、信号検出器／変換器４４は光信
号の一連のタスクを実行する。最初、信号検出器／変換
器４４は現在の例として予め較正された動作方式、０．
９μλ〜１０．０μλにより光信号を濾過する。その
後、濾過された光信号は電気信号に変換され、電気信号
はその後、ケーブル４５を介してマイクロプロセッサ／
コントローラ４６に伝送される。電気信号はユーザーが
入力した放射率の値により調整される温度に一致する。
その後、冷却曲線は調整された温度測定を使用して生成
される。処理チャンバーに維持された冷却を示すため、
結果として生じる冷却曲線は処理終了時間に外挿されて
もよい。１つの可能性あるアルゴリズムは温度データの
蓄積を含むステップを備え、外挿法は図７及び８に関連
して後述される。

【００３７】プローブ２８の好適な位置は第１温度の読
みが取られる前に基板によって運ばれる距離を最小にす
るが、位置は特定の適用により変更されてもよい。した
がって、代わりの実施例では、光路は図４に示されてい
るように点Ｂで基板を遮る。点Ｂは基板が半径Ｒ１に沿
う第１方向の光路を通って移動し、及び回転路Ｒ２に沿
う第２方向の光路を通って移動するように配置されてい
る。第１方向は放射状、すなわち、搬送面３５に沿うブ
レード１６の収縮の間であり、第２方向は角を成し、す
なわち、ブレード１６の回転の間である。この構成は好
都合であり、２つの実質上直交路Ｒ１及びＲ２を横切る
温度の均一性が決定される。Ｒ２は中心軸のロボット１
８の回転のため曲率を有して示されている。

【００３８】代わりの実施例では、多数のプローブが使
用されてもよい。例えば、２個のプローブが使用されて
もよく、基板領域を横切る温度均一のデータを蓄積す
る。第１プローブは処理チャンバーへの入口の直上に取
り付けられ、光路はそれがチャンバーから現れる時に基
板の縁を遮る（図１のプローブ等）。その後、第２プロ
ーブは第２光路を規定するように配置され、第２光路は
処理チャンバーからもっと離れて基板を遮る。この構成
は処理チャンバーを出た後、第２プローブに遅れて追加
のデータを集めさせている間に第１プローブにその最高
温度で基板から及び又は基板の別の部分データを集めさ
せる。したがって、第１プローブは（基板が処理チャン
バーから現れる時に先頭の基板の縁から他の側への）１
方向の基板の直径に亘る温度の読みを供給し、第２プロ
ーブは第２方向の基板に亘るデータを集めるように配置
されてもよい。例えば、図５はそれぞれ第１及び第２プ
ローブの２つの光路のための２つの入射地点を示してい
る（プローブは示されていない）。したがって、点Ｃは
第１直径Ｄ１を横切る温度の読みを集めるために配置さ
れ、点Ｄは第２直径Ｄ２を横切る温度の読みを集めるた
めに配置される。その後、蓄積されたデータは基板の表
面を横切る温度均一性を決定するのと同様に冷却曲線を
生成するために使用可能である。当業者は他の可能な実
施例を認識されるであろう。

【００３９】図６は本発明による集められたデータに基
づいてエクスサイチュー曲線８０及び処理チャンバーに
更新された通常のインサイチューセンサを使用して生成
されたインサイチュー曲線８２のグラフ式表現である。
インサイチュー曲線８２は高温計の見えるところにくる
前に処理チャンバーの基板の温度を示している。インサ
イチュー曲線８２は処理の開始から基板がチャンバーを
出る時までの基板温度のスペクトラムを示している。一
般に、インサイチュー曲線８２は基板入口の読み８８
と、処理開始の読み９０と、処理の完了点の読み９２
と、基板の出口の読み９２とを備えている。処理の終了
点の読み９２と基板の出口の読み９４の間の部分はイン
サイチュー冷却曲線９８を規定し、インサイチュー曲線
は冷却基板が処理チャンバーにある時に検出された減少
温度を示している。

【００４０】エクスサイチュー曲線８０に関して、単一
の高温計はスリットバルブの開口部上部のクラスタツー
ルの見えるところで図１に示されたものと同様の構成の
処理チャンバーに取り付けられていた。その後、エクス
サイチュー曲線８０は受けた処理の後、処理チャンバー
を出る高度にドープされた基板からの多数の連続した温
度の読みをとることにより生成されていた。読みはLuxt
ron社の高温計により秒毎に約４つの（４）の割合でと
られた。高温計により集められた放射線は放射信号が温
度に変換された地点で工場で較正された検出器／変換器
に向けられた。ユーザーが選択した放射率の値は温度を
調整するために使用されていた。

【００４１】一般に、エクスサイチュー曲線８０は基準
線部分８４とエクスサイチュー冷却曲線８６の２個の構
成部品を備えている。（約１３０〜１４０℃に示されて
いる）基準線部分８４は、脱気ランプ及びイオンゲージ
等の周囲の放射源から放出される高温計により検出され
るノイズを示し、エクスサイチュー冷却曲線８６はチャ
ンバーを出た後に基板が受ける冷却を示している。エク
スサイチュー冷却曲線８６のピークは高温計により取ら
れた最初の温度測定を示している。集計された温度の読
みは最後の読みまで実質的に直線の冷却曲線を規定し、
その点でエクスサイチュー冷却曲線８６は終了し、その
後、エクスサイチュー曲線８０は劇的に降下する。エク
スサイチュー曲線８０の勾配のこの突然の変化は基板が
高温計の光路から移動したことを示している。その後、
エクスサイチュー曲線８０は基準線部分８４で安定す
る。

【００４２】２つの曲線８０，８２の比較は高温計が処
理チャンバーの入口に極めて接近して置かれるべきであ
ることを示している。エクスサイチュー冷却曲線８６は
比較的急勾配であり、速い冷却割合を示している。基板
が出る時にすぐに光路が基板を遮るように高温計を配置
し、処理チャンバーは処理チャンバーを出る直前に基板
の温度のよりよい近似を保証する。図６から分かるよう
に、高温計による最初の温度の読みはエクスサイチュー
冷却曲線８６のピークで示されているが、インサイチュ
ー曲線８２の基板の出口の読み９４にほぼ等しくなって
いる。これは処理チャンバーから高温計の視界に移動す
る間に基板によって受けられる冷却が最小となる所望の
結果を表している。その結果、エクスサイチュー冷却曲
線８６を使用して作られたデータは基板がチャンバーか
ら取り除かれる直前に処理チャンバーにある間、実際の
基板の温度を正確に表している。

【００４３】さらに、エクスサイチュー冷却曲線８６の
勾配は実質的にインサイチュー冷却曲線９８のそれに等
しい。したがって、エクスサイチュー冷却曲線８６は本
質的に処理チャンバーで始められた基板の冷却曲線の連
続である。この連続性はエクスサイチュー冷却曲線８６
により供給された部分情報にのみ基いて完全な曲線を生
成するために使用されている。これは例えば、表に記憶
されると共に表から検索される公知の温度の値を外挿又
は相関することにより達成されてもよい。したがって、
処理の終了点で始まる完全な冷却曲線は本発明により供
給されたデータに基づいて、及び処理の終了点から高温
計によりとられた最初の温度測定への経過時間を記録す
ることにより生成可能である。経過時間はほぼ処理チャ
ンバー内の冷却時間を示している。外挿を使用して生成
した曲線の１例は図７に示され、以下に詳細に説明す
る。信号処理装置 本発明はコンピュータプログラム製品を使用して動作さ
れてもよく、プログラムコードを備え、従来のコンピュ
ータシステムで稼動可能である。図１に示された実施例
では、マイクロプロセッサ／コントローラ４６は処理シ
ステム１０のすべての事象を監視すると共に制御する。
一般に、マイクロプロセッサ／コントローラ４６は、例
えば、カリフォルニア州のSynergy Microsystemsから商
業的に入手可能な68400マイクロプロセッサのような周
辺制御構成部品を有するメモリシステムに接続される１
以上の中央処理装置（ＣＰＵ）を備えている。コンピュ
ータプログラムコードは、例えば、68000アセンブリ言
語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、又はJavaのようなコンピュ
ータで読取り可能なプログラム言語で書かれてもよい。
適切なプログラムコードは従来のテキストエディタを使
用して、単一ファイル、又は多数のファイルに入力さ
れ、コンピュータのメモリシステムのようなコンピュー
タで使用可能な媒体に記憶又は具体化されている。入力
されたコードのテキストが高水準言語の場合には、コー
ドはコンパイルされ、その後、結果として生じたコンパ
イラコードは予めコンパイルされたウィンドウライブラ
リルーチンのオブジェクトコードとリンクされる。リン
クされコンパイルされたオブジェクトコードを実行する
ため、システムのユーザーはオブジェクトコードを呼び
出し、コンピュータシステムをメモリのコードにロード
させ、ＣＰＵはプログラムに識別されたタスクを実行す
るコードを読むと共に実行する。

【００４４】本発明により基板温度を測定するため、コ
ンピュータプログラム製品は多数のチャンバーのため基
板の温度データを記録可能なグラフィカルユーザーイン
ターフェース（ＧＵＩ）を装備したソフトウェアパッケ
ージを備えているのが好ましい。データは「実行流れ
図」の形式（例えば、時間、チャンバー、温度、基板数
等）でモニタに表示され、チャンバー特定の上部及び下
部のユーザー制御の警告水準及び使用の限界を有してい
る。各チャンバーはそれ自身の実行流れ図を有してい
る。モニタのクラッタを最小にするため、各チャンバー
のための制御はトグル機能を使用して視野から隠すこと
が可能である。

【００４５】ソフトウェアはエンジニアリング及びオペ
レータモードの２つの動作モードを可能にするのが好ま
しい。エンジニアリングモードでは、すべてのデータは
記録されると共に表示され、オペレータモードでは、
（以下により詳細に説明される）アルゴリズムが表示さ
れる概要の温度データを獲得するために使用される。両
方のモードでは、ソフトウェアは、それが目標の基板か
ら生じる温度プロフィールを識別する時に基板の指数を
記録する。基板は基板がチャンバーに入るか出るかのい
ずれかの時に目標と考えられるが、基板がチャンバーの
間で移動する時は考えられない。しかし、この実施例は
単に例示であり、ソフトウェアはプログラムされてもよ
く、所定の時間に基板を目標にする。

【００４６】チャンバー内の基板の温度は以下に説明し
たアルゴリズムを使用して評価され、測定された冷却率
（例えば、図６のエクスサイチュー冷却曲線８６）及び
（処理チャンバー内の冷却の間の時間の点又は範囲を示
す）ユーザーの選択可能な時間要素を基に温度を外挿す
る。アルゴリズムは、基板の移動による適当且つ規則正
しいノイズと同様に、基板がチャンバーを出た時の放射
損失による基板の急速な温度減少を免れるように設計さ
れるのが好ましい。さらに、温度は高温計２８、信号検
出器／変換器４４、光ケーブル４０等のハードウェアに
よる信号利得／損失及び放射率を調整される。信号利得
／損失はそれぞれのハードウェア製造業者から得られる
較正値により明らかにされる。放射率の値は、放射物体
の特定の材料及び高温計と（上述した）基板の間の幾何
学的関係により決定可能であるので、表は各種材料のた
め作られてもよい。動作の間、適切な放射率の値は表か
ら検索され、温度の読みを調整するために使用されても
よい。調整温度は各測定のためユーザーの選択した上部
及び下部の警告及び仕様水準と比較される。温度がこれ
らの水準外になった場合には、その後、システムオペレ
ータはスクリーンのフラッシングエラーの表示器を介し
て通報される。

【００４７】一度、基板の温度測定が得られると、フィ
ードバックはチャンバー圧力及び温度のような各種処理
パラメータを調整するために発生されてもよい。パラメ
ータは手動又は特定の基板温度に相関する表から検索さ
れた予め確立された設定点により入力されてもよい。アルゴリズム 上述したように、本発明は移動する基板の多数の点から
各種温度データを集めている。データ点は図７に示され
たもののように冷却曲線１００を作るために使用され
る。しかし、基板の冷却は温度の読みが取られない処理
チャンバーで始まるので、冷却曲線１００の最初の部分
は外挿又は相関表により作られる。したがって、冷却曲
線１００は一般に記憶曲線１０２及び外挿曲線１０４の
２つの構成曲線１０２を備えている。以下はアルゴリズ
ムを備えたステップの１例であり、アルゴリズムは本発
明により冷却曲線１００を作るためデータを蓄積するの
に役立つように使用される。２００ｍｍの高度にドープ
されたシリコンウェーハの温度の読みは秒毎にほぼ４つ
の（４）の割合でとられる。出力はウィンドウ、ケーブ
ル、高温計等のようなハードウェアのため放射率及び損
失／利得のため調整された。図８のフローチャートのス
テップと同様に図７を参照する。

【００４８】所定の基板のため、基板の温度測定値は連
続時間の増分[ｎ]により監視され、Ｔ[ｎ]は現在の温度
測定値を示している。各時間の増分のため、温度の値Ｔ
[ｎ]、エラー値、Ｅ[ｎ]、及び差値、Ｄ[ｎ]が生成され
る。Ｅ[ｎ]は連続測定値間の温度の変化、すなわち、Ｔ
[ｎ]−Ｔ[ｎ−１]として定義される。Ｄ[ｎ]は連続測定
値間のエラー値の差、すなわち、Ｅ[ｎ]−Ｅ[ｎ−１]と
して定義される。ユーザーの定義したしきい値温度Ｔ１
がプローブにより測定される時にデータ記録シーケンス
が開始される（ステップ１１０）。Ｔ１に割り当てられ
た値は特定の処理に依存し、一般に、Ｔ１はセンサによ
り受け取られる基本ノイズレベルより大きく、処理後に
チャンバーを出る基板の予想温度より低い。好ましく
は、２つの連続データの読みは処理する前のＴ１と比較
される。この比較はその後のプログラムステップを引き
起こす悪い読みの可能性を最小にする。

【００４９】一度、ステップ１１０が満たされると、シ
ーケンスが開始される。ステップ１１２では、最高点の
下り坂の始めが検出される。一般に、これは基板の温度
が以前の時間の増分で減少されているかどうか、すなわ
ち、Ｅ[ｎ-１]が負の数Ｔ２より小さいかどうかを決定
することにより行われ、Ｔ２は負であり、減少する冷却
曲線勾配を示している。Ｔ２はユーザーが選択した数で
あり、冷却曲線がどれだけ下がっているかを決定するた
めに選択される。更に、現在の温度変化Ｅ[ｎ]はＥ[ｎ
−１]と比較され、Ｅ[ｎ−１]がＥ[ｎ]より小さいかど
うかを決定する。

【００５０】両方の状態が満たされると、すなわち、Ｅ
[ｎ−１]＜Ｔ２及びＥ[ｎ−１]＜Ｅ[ｎ]であると、シー
ケンスはステップ１１４に進む。ステップ１１４は冷却
曲線が実質上一定（すなわち、変化しない）勾配を達成
する点を検出する。これは連続するエラー値の変化を比
較することにより決定される。上述したように、この変
数はＤ[ｎ]として定義される。Ｄ[ｎ]がゼロに達する
と、連続温度変化は等しく、すなわち、Ｅ[ｎ]＝Ｅ[ｎ
−１]となる。しかし、実際には、ゼロより僅かに大き
い値Ｔ３はユーザーにより入力される。図２の冷却曲線
にとって、Ｔ３のための値は０．１であった。Ｄ[ｎ]＝
Ｔ３となり、一定勾配は検出され、「シーケンスはステ
ップ４に進む。

【００５１】ステップ１１６では、データは蓄積され、
一定勾配の終了が検出される。勾配の終了は基板が高温
計の視野から動いた時に起こる。勾配の終了はＤ[ｎ]を
ユーザーの選択した値Ｔ４と比較することにより検出さ
れてもよい。しかし、冷却率は今減少、すなわち、勾配
は小さい負となっているので、Ｅ[ｎ]は＜Ｅ[ｎ−１]で
あり、負となるＤ[ｎ]となる。したがって、ステップ１
１６はＤ[ｎ]の絶対値はＴ４より大きいという要求を含
んでいてもよい。更に、ノイズによるデータの読みの僅
かな変化を補償するため、Ｔ４に割り当てられる値はＴ
３より大きいことが望ましい。図２の冷却曲線のため、
Ｔ４のための値は２．０であった。勾配の最初（Ｔ３）
及び勾配の終了（Ｔ４）でデータ点を達成して、間にあ
るデータ点は内挿法により生成される。基板の冷却率は
短時間に亘ってのみ監視されているので、冷却曲線は直
線であると仮定され、図７の実質上直線に示された曲線
１０２となってもよい。同様に、示された曲線１０２は
所定点にちょうど外挿されてもよく、高温計の見えると
ころに来る前、すなわち、処理チャンバー内にある間に
基板が経験した冷却を示している。基板の冷却のこの部
分は外挿された曲線１０４により図７に示されている。
外挿された曲線１０４の範囲は処理の終了点から高温計
により取られた最初の測定値への記録時間により定義さ
れる。経過時間はマイクロプロセッサ／コントローラ４
６により記録されてもよい。

【００５２】Ｔ４に続く図７の曲線の残っている下向き
部分は基板が高温計の光路から動いた後にとられた読み
を示している。そのため、Ｔ４の後のデータ点は一般に
重要ではなく、捨てられてもよい。しかし、所望すれ
ば、２番目の外挿された曲線１０６は記録された曲線１
０２により作られてもよい。そのような曲線１０６は基
板の連続冷却を表す。代わりに、２番目の外挿された曲
線は表に記憶された所定値から生成されてもよい。

【００５３】前述したのは本発明の単なる例示である。
他の設計及び変更は本発明の範囲から逸脱することなく
信号処理装置及びアルゴリズムになされてもよい。した
がって、アルゴリズムは背景のノイズに対抗するように
もっと強く作られるのと同様に異なる処理環境及び冷却
曲線に適応されてもよい。

【００５４】前述したのは本発明の好適な実施例に導か
れるが、本発明の他のさらなる実施例はその基本的な範
囲から逸脱することなく発明され、その範囲は前記特許
請求の範囲により決定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】処理システムの側断面図である。

【図２】本発明を備えた通常のクラスタツールの平面図
である。

【図３】本発明の１実施例を示す図２の搬送チャンバー
の平面図である。

【図４】本発明の別の実施例を示す図２の搬送チャンバ
ーの平面図である。

【図５】本発明の別の実施例を示す図２の搬送チャンバ
ーの平面図である。

【図６】本発明のインサイチュープローブ及びエクスサ
イチュー装置を使用する冷却曲線のグラフ式比較であ
る。

【図７】本発明を使用して作成した冷却曲線のグラフ式
表現である。

【図８】アルゴリズムのフローチャートである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アショク ダス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94089 サニーヴェール ワイルドウッド アベニュー 1235−48 (72)発明者 ネティー クリシュナ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94087 サニーヴェール ハーウィック ウェイ 105 (72)発明者 マーク シュヴァイツァー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95126 サン ホセ クリーヴランド ア ベニュー 1780 (72)発明者 ナリン パタディア アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95008 キャンベル ヴィア クリストバ ル 3977 (72)発明者 ウェイ ヤン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94539 フリーモント エルズワース ス トリート 43682 (72)発明者 ウメシュ ケルカル アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94086 サニーヴェール ノース マチル ダ アベニュー 330−606 (72)発明者 ヴィージェイ ディー パルケ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95135 サン ホセ ブーケット パーク レーン 4054 (72)発明者 スコット ペティート アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94086 サニーヴェール イースト エヴ リン アベニュー 560 (72)発明者 ニティン クーラナ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95051 サンタ クララ ハルフォード アベニュー 1700−205

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体の温度を測定する装置であって、 （ａ）物体の搬送のための開口部を備えた第１真空チャ
   ンバーと、 （ｂ）前記真空チャンバーの外部で、物体から熱放射を
   受けるため前記開口部に近接して配置されたプローブ
   と、 （ｃ）前記プローブに結合された信号処理装置と、を備
   えたことを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 前記プローブが高温計である請求項１に
   記載の装置。
3. 【請求項３】 前記第１真空チャンバーに配置されたロ
   ボットをさらに備え、前記ロボットは物体を支持すると
   共に前記プローブの光路に物体を配置する移動可能なブ
   レードを備えた請求項１に記載の装置。
4. 【請求項４】 前記開口部はそれを通る搬送面を規定
   し、前記プローブは前記搬送面を遮る光路を規定する請
   求項１に記載の装置。
5. 【請求項５】 前記第１真空チャンバーは物理気相成長
   チャンバー、化学気相成長チャンバー、エッチングチャ
   ンバー、及びイオン金属プラズマチャンバーを備えたグ
   ループから選択される請求項１に記載の装置。
6. 【請求項６】 前記信号処理装置は（ｉ）前記プローブ
   に結合され、前記光学信号を電気信号に変換する信号変
   換器と、 （ｉｉ）前記信号変換器に結合され、前記電気信号を処
   理すると共にそれからデータを生成するマイクロプロセ
   ッサと、を備えた請求項１に記載の装置。
7. 【請求項７】 前記マイクロプロセッサに結合されたメ
   モリをさらに備え、前記メモリはコンピュータで読取り
   可能なプログラムコードを有するコンピュータで使用可
   能な媒体を備え、前記データを受け取ると共にそこから
   前記物体の冷却曲線を生成する請求項６に記載の装置。
8. 【請求項８】 前記信号変換器は光学ファイバサーモメ
   ータである請求項６に記載の装置。
9. 【請求項９】 第２真空チャンバーをさらに備え、前記
   第２真空チャンバーはそこに配置されたプローブを有す
   るポートを備え、前記開口部は前記第１及び第２真空チ
   ャンバー間の連絡を供給する請求項１に記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記ポートに配置された放射透過窓を
    さらに備えた請求項９に記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記放射透過窓は石英、サファイア、
    パイレックス（登録商標）及びそれらの組合せを含むグ
    ループから選択される請求項１０に記載の装置。
12. 【請求項１２】 前記放射透過窓は赤外線放射を実質上
    透過させる材料を備えている請求項１０に記載の装置。
13. 【請求項１３】 処理前及び又は処理後に物体の温度を
    測定する装置であって、 （ａ）第１真空チャンバーと、 （ｂ）前記第１真空チャンバーに取り付けられた第２真
    空チャンバーとを備え、前記第１及び第２真空チャンバ
    ーは物体の搬送のための開口部を備え、前記開口部は搬
    送面を規定し、 （ｃ）前記第２真空チャンバーの外部に配置され、前記
    第１真空チャンバー内で、前記搬送面に入射する第１光
    路を規定する第１プローブと、 （ｄ）前記第１プローブに結合された信号処理装置と、
    を備えたことを特徴とする装置。
14. 【請求項１４】 前記信号処理装置は、 （ｉ）前記プローブに結合され、前記光信号を電気信号
    に変換する信号検出器と、 （ｉｉ）前記信号変換器に結合されるマイクロプロセッ
    サと、を備えた請求項１３に記載の装置。
15. 【請求項１５】 前記第１プローブは高温計である請求
    項１３に記載の装置。
16. 【請求項１６】 前記第１真空チャンバーに配置された
    ロボットをさらに備え、前記ロボットは物体を支持する
    と共に前記第１光路に前記物体を配置する移動可能なブ
    レードを備えた請求項１３に記載の装置。
17. 【請求項１７】 前記第１真空チャンバーはそこに配置
    された前記第１プローブを有するポートを備え、前記ポ
    ートに配置された放射透過窓をさらに備え、前記第１光
    路はそれを通って延びている請求項１３に記載の装置。
18. 【請求項１８】 前記信号処理装置に結合され、前記搬
    送面に入射する第２光路を規定する第２プローブをさら
    に備えた請求項１３に記載の装置。
19. 【請求項１９】 前記第１光路は少なくとも第１方向で
    前記物体を遮り、前記第２光路は少なくとも第２方向で
    前記物体を遮る請求項１８に記載の装置。
20. 【請求項２０】 処理前及び又は処理後に物体の温度を
    測定する装置であって、 （ａ）第１真空チャンバー壁に形成された１以上の開口
    部を備えた第１真空チャンバーと、 （ｂ）前記第１真空チャンバーに配置され、搬送面を規
    定するロボットブレードを備えたロボットと、 （ｃ）前記第１真空チャンバーに取り付けられた第２真
    空チャンバーとを備え、前記第１真空チャンバー及び前
    記第２真空チャンバーは前記物体の搬送のための開口部
    を介して連通し、 （ｄ）前記１以上の開口部に配置され、前記第１真空チ
    ャンバー内で、前記搬送面に入射する１以上の光路を規
    定する１以上の高温計と、 （ｅ）前記１以上の高温計に結合された信号処理装置
    と、を備えたことを特徴とする装置。
21. 【請求項２１】前記１以上の開口部に配置された１以上
    の放射透過窓をさらに備え、前記１以上の光路はそれを
    通って延びている請求項２０に記載の装置。
22. 【請求項２２】 前記ロボットのブレードは前記１以上
    の光路に配置可能である請求項２０に記載の装置。
23. 【請求項２３】 真空チャンバーに出入りする放射物体
    の温度を測定する方法であって、 （ａ）前記真空チャンバーの外部に配置されたプローブ
    の光路に前記放射物体を移動し、 （ｂ）前記放射物体の第１温度を測定することを含むこ
    とを特徴とする方法。
24. 【請求項２４】 前記（ｂ）は（ｉ）前記プローブで前
    記放射物体から伝搬波を受け取り、 （ｉｉ）前記伝搬波を電気信号に変換し、 （ｉｉｉ）前記電気信号を前記放射物体の前記第１温度
    に変換することを含む請求項２３に記載の方法。
25. 【請求項２５】 前記（ａ）及び（ｂ）は同時に実行さ
    れる請求項２３に記載の方法。
26. 【請求項２６】 処理終了点から（ｂ）への経過時間を
    記録し、（ｂ）に続いて、前記放射物体の前記第１温度
    を基に第２温度を外挿する請求項２３に記載の方法。
27. 【請求項２７】 前記第２温度は前記処理終了点の後又
    はそれに等しい時点、及び前記第１温度以前の物体温度
    に一致する請求項２６に記載の方法。
28. 【請求項２８】 前記放射物体の前記第１温度を第２温
    度に相関させることをさらに含む請求項２６に記載の方
    法。
29. 【請求項２９】 前記第２温度は前記処理終了点の後又
    はそれに等しい時点、及び前記第１温度以前の物体温度
    に一致する請求項２６に記載の方法。