本開示の実施形態は、注入器アセンブリと基板又はサセプタアセンブリとの間の間隙を測定するための装置及び方法に向けられる。本開示の幾つかの実施形態は、再現可能な仕方でサセプタアセンブリ上にウェハを配置するための装置及び方法に向けられる。本開示の一つ以上の実施形態は、サセプタアセンブリの温度を測定するための装置及び方法に向けられる。本開示の幾つかの実施形態は、直接的温度測定並びにカメラ、容量センサ、及び様々なパラメータをモニタすることを可能にする設計要素を用いる、ウェハ配置座標の実行中の調整のみならず、被覆領域にわたる間隙の静的及び動的3Dマッピングを提供する。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いられる場合、「ウェハ」、「基板」などの用語は、交換可能に用いられる。幾つかの実施形態において、ウェハは、堅くて曲がらない個別的な基板であり、例えば、200mm又は300mmのシリコンウェハである。
本開示の実施形態は、ウェハと処理チャンバ定着物(例えば、ガス分配シャワーヘッド)との間の、又は2つのプロセス定着物(例えば、シャワーヘッド及びウェハペデスタル)の間の垂直寸法制御から利益を得る任意のプロセスで用いられることができる。本開示の実施形態は、半導体処理設備に関して記載されているけれども、本開示の範囲は、半導体処理に限定されない。
幾つかの半導体プロセスにおいて、ガス分配アセンブリ間の間隙は、プロセス均一性を制御するのに有用であり得るパラメータである。シャワーヘッドのような、処理チャンバ定着物は、ある特定の機械間隙を達成し維持するように正確に設計することができるが、この間隙は変化し得る。例えば、間隙は温度とともに変化することができ、定着物同士が離れた場合、処理チャンバは点検修理のために開けられる。
更に、ウェハサイズが増加し、スループットの最大化は、複数のウェハが同時に処理されることにつながるので、基板支持装置/定着物のサイズが増加する。そのようなシステムでは、支持位置から離れてウェハに沿ったかなりの垂れ下がり(droop)の可能性がある。シャワーヘッドとウェハペデスタル(サセプタ)の間の間隙の非線形の非均一性は、中心に間隙を確定し調整することを困難にし得る。限られたスペース、高い温度、プラズマグロー並びにプロセスハードウェアからの電気的及び機械的干渉は、チャンバ内での非接触式の近接センサに対する選択肢を制限する。容量性/誘導性センサはまた、法外に高価である。
図1は、注入器又は注入器アセンブリとも呼ばれるガス分配アセンブリ120、及びサセプタアセンブリ140を含む処理チャンバ100の断面図を示す。ガス分配アセンブリ120は、処理チャンバの中で用いられる任意のタイプのガス供給装置である。ガス分配アセンブリ120は、サセプタアセンブリ140に面する前面121を含む。前面121は、サセプタアセンブリ140に向かってガス流を供給するための任意の数の又は種類の開口を有することができる。ガス分配アセンブリ120はまた、実施形態において実質的に円形に示される外側エッジ124を含む。
使用されるガス分配アセンブリ120の具体的なタイプは、使用されている特定のプロセスに応じて変わり得る。本開示の実施形態は、サセプタとガス分配アセンブリの間の間隙が制御される任意のタイプの処理システムで用いることができる。様々なタイプのガス分配アセンブリ(例えば、シャワーヘッド)を用いることができるが、本開示の実施形態は、複数の実質的に平行なガスチャネルを有する空間的ALDガス分配アセンブリで特に有用であり得る。本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いられる場合、「実質的に平行」という用語は、ガスチャネルの長軸が、同じ一般的方向に伸びる、ということを意味する。ガスチャネルの平行性には、わずかな不完全さがあってもよい。複数の実質的に平行なガスチャネルは、少なくとも一つの第一の反応性ガスAチャネル、少なくとも一つの第二の反応性ガスBチャネル、少なくとも一つのパージガスPチャネル及び/又は少なくとも一つの真空Vチャネルを含むことができる。第一の反応性ガスAチャネル(複数可)、第二の反応性ガスBチャネル(複数可)及びパージガスPチャネル(複数可)から流れるガスが、ウェハの上面の方に向けられる。ガス流のうちのいくらかが、ウェハの表面を横切って水平に移動し、パージガスPチャネル(複数可)を通って処理領域から出る。ガス分配アセンブリの一端から他端に移動する基板が、プロセスガスの各々に順番に曝露され、基板表面上に層を形成するであろう。
幾つかの実施形態において、ガス分配アセンブリ120は、単一の注入器ユニットから作られた強固な静止した本体である。一つ以上の実施形態において、ガス分配アセンブリ120は、図2に示されるように、複数の個別のセクタ(例えば、注入器ユニット122)から作られる。一体型本体又はマルチセクタ本体のいずれかが、記載された本開示の様々な実施形態で用いることができる。
サセプタアセンブリ140が、ガス分配アセンブリ120の下に位置決めされる。サセプタアセンブリ140は、上面141及び上面141の中の少なくとも一つの凹部142を含む。サセプタアセンブリ140はまた、底面143及びエッジ144を有する。凹部142は、処理されているウェハの形状及びサイズに応じて任意の適当な形状及びサイズであってよい。図1に示された実施形態において、凹部142は、ウェハの底部を支持するための平坦な底部を有するが、凹部の底部は様々であってよいということが、理解されるであろう。幾つかの実施形態において、凹部は、凹部の外側周辺エッジの周囲に階段領域を有し、その大きさは、ウェハの外側周辺エッジを支持するように決められる。階段によって支持される、ウェハの外側周辺エッジの量は、例えば、ウェハの厚さ及びウェハの裏側にすでにある特徴部の存在に応じて、変わり得る。
図1に示される幾つかの実施形態において、サセプタアセンブリ140の上面141の凹部142は、凹部142の中に支持されるウェハ60が、サセプタ140の上面141と実質的に共平面の上面61を有するように、大きさが決められる。本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いられる場合、「実質的に共平面」という用語は、ウェハの上面及びサセプタアセンブリの上面が、±0.2mm以内で共平面であるということを意味する。幾つかの実施形態において、これらの上面と上面は、±0.15mm、±0.10mm又は±0.05mm以内で共平面である。
図1のサセプタアセンブリ140は、サセプタアセンブリ140を上昇させ、降下させ、回転させることのできる支持柱160を含む。サセプタアセンブリは、支持柱160の中心内にヒータ、又はガスライン、又は電気部品を含んでよい。支持柱160は、サセプタアセンブリ140とガス分配アセンブリ120の間の間隙を増大又は縮小させ、サセプタアセンブリ140を適当な位置に移動させる、主要な手段であり得る。サセプタアセンブリ140はまた、サセプタアセンブリ140に微小な調整を行い、サセプタアセンブリ140とガス注入器アセンブリの間の所定の間隙170を作ることのできる微調整アクチュエータ162を含んでよい。
幾つかの実施形態において、間隙170の距離は、約0.1mm〜約5.0mmの範囲、又は約0.1mm〜約3.0mmの範囲、又は約0.1mm〜約2.0mmの範囲、又は約0.2mm〜約1.8mmの範囲、又は約0.3mm〜約1.7mmの範囲、又は約0.4mm〜約1.6mmの範囲、又は約0.5mm〜約1.5mmの範囲、又は約0.6mm〜約1.4mmの範囲、又は約0.7mm〜約1.3mmの範囲、又は約0.8mm〜約1.2mmの範囲、又は約0.9mm〜約1.1mmの範囲、又は約1mmである。
図に示される処理チャンバ100は、サセプタアセンブリ140が複数のウェハ60を保持することができるカルーセルタイプのチャンバである。図2に示されるように、ガス分配アセンブリ120は、複数の個別の注入器ユニット122を含んでよく、ウェハが注入器ユニットの下を移動するときに、各注入器ユニット122は、ウェハ上に膜を堆積させることができる。2つのパイ形状の注入器ユニット122が、サセプタアセンブリ140のほぼ向かい合う両側かつサセプタアセンブリ140の上方に位置するのが示される。注入器ユニット122の数は、例示的目的のみで示される。より多くの注入器ユニット122が含まれてもよいし、より少ない注入器ユニット122が含まれてもよいことが、理解されるであろう。幾つかの実施形態において、サセプタアセンブリ140の形状に一致する形状を形成するのに十分な数のパイ形状の注入器ユニット122が存在する。幾つかの実施形態において、個々のパイ形状の注入器ユニット122の各々が、他の注入器ユニット122のいずれにも影響することなく、独立に移動、除去、及び/又は置換され得る。例えば、一つのセグメントが持ち上げられて、ロボットが、サセプタアセンブリ140とガス分配アセンブリ120の間の領域にアクセスし、ウェハ60をロード/アンロードすることができてもよい。
ウェハが同じプロセスフローを経験するように、複数のウェハを同時に処理するために、複数のガス注入器を有する処理チャンバが用いられてもよい。例えば、図4に示されるように、処理チャンバ100が、4つのガス注入器アセンブリと4つのウェハ60を有する。処理の最初に、ウェハ60が、注入器アセンブリ30と注入器アセンブリ30の間に位置決めされ得る。サセプタアセンブリ140を45°回転させる17ことによって、注入器アセンブリと注入器アセンブリの間にある各ウェハ60が、注入器アセンブリの下方の点線の円で示されるように、膜堆積のために注入器アセンブリへ移動されるであろう。追加の45°の回転により、ウェハ60は、注入器アセンブリ30から離れて移動するであろう。空間的ALD注入器により、注入器アセンブリに対するウェハの移動中に膜がウェハ上に堆積される。幾つかの実施形態において、サセプタアセンブリ140は、ウェハ60が注入器アセンブリの下で停止するのを防止する増分で回転される。ウェハ60とガス分配アセンブリ120の数は、同じであってもよいし、違っていてもよい。幾つかの実施形態において、ガス分配アセンブリと同じ数のウェハが処理される。一つ以上の実施形態において、処理されるウェハの数は、ガス分配アセンブリの数の分数又は整数倍である。例えば、4つのガス分配アセンブリがある場合、4x枚のウェハが処理される。ここで、xは、1以上の整数値である。
図4に示される処理チャンバ100は、単に一つの可能な構成を表しているだけであり、本開示の範囲を限定するものと考えるべきではない。ここで、処理チャンバ100は、複数のガス分配アセンブリ120を含む。示されている実施形態において、4つのガス分配アセンブリ(注入器アセンブリ30とも呼ばれる)が、処理チャンバ100の周りに等間隔で配置される。示されている処理チャンバは、八角形である。しかしながら、これは一つの可能な形状であり、本開示の範囲を限定するものと考えるべきでないということを、当業者は理解するであろう。示されているガス分配アセンブリ120は台形であるが、単一の円形部品であってもよいし、図2に示されるもののように、複数のパイ形状のセグメントから作られてもよい。
図4に示される実施形態は、ロードロックチャンバ180、すなわちバッファステーションのような補助チャンバを含む。このチャンバ180が、処理チャンバ100の一つの側面に接続され、例えば基板(ウェハ60とも呼ばれる)がチャンバ100からロード/アンロードされることを可能にする。ウェハロボットが、チャンバ180の中に配置され、基板をサセプタの上に移動させてもよい。
カルーセル(例えば、サセプタアセンブリ140)の回転は、連続であってもよいし、不連続であってもよい。連続処理において、ウェハは絶えず回転し、注入器の各々に順に曝露される。不連続処理において、ウェハは、注入器領域に移動し、停止し、その後、注入器間の領域84に移動し、停止し得る。例えば、カルーセルが回転することにより、ウェハが注入器間領域から注入器を横切って移動し(又は注入器に隣接して停止し)、次の注入器間領域に移動し、そこで再び停止してもよい。注入器間で停止することは、各層堆積の間で追加の処理ステップ(例えば、プラズマへの曝露)のための時間を提供し得る。
本開示の一つ以上の実施形態が、間隙170制御のために用いられることができる。図3を参照すると、間隙170制御は、撮像及び画像処理のための、外部に据付けられたCCDカメラ210、及び/又はリアルタイムの連続的な間隙170測定のための、ガス分配アセンブリ120又は被覆プラットフォーム(すなわち、サセプタアセンブリ140)の内部に埋め込まれた容量性センサ230(図1に示される)を用いることによって、達成することができる。本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いられる場合、「画像」という用語は、光学機器によって得られるデータの点の2次元配列、例えば、視野211で又はその中で焦点を合わせられている対象物の実際の視覚的表示を与えるデジタル写真、を指す。幾つかの実施形態において、同じ物理的間隔についての一連のシーケンシャルな又はランダムな測定と反対に、画像全体が、時間的に単一のスナップショットで撮像される。画像は、3次元対象物の、連続した2次元表示であってもよい。
カメラ210は、例えば、サセプタアセンブリ140の周囲の3つの位置に据付けることができ、視野211は、ガス注入器プレートのエッジ、及び注入器からのガス流に対して表面を上にしたウェハを運ぶサセプタのエッジを同時に撮像するのに十分に広い。これにより、注入器が、間隙の測定に対する参照点として働くことができる。3つのカメラを使って、ガス注入器プレート及びサセプタが静止しているサセプタアセンブリの両方についての一つの画像により、注入器に対してキャリアによって形成される平面を決めることができる。これは、被覆表面の傾斜及びオフセットをモニタし、この間隙の調整及び補正を可能にするのに役立つ。キャリアが回転するときの被覆エッジの位置を測定することにより、例えば、回転中の震動又はキャリアプラットフォームの非均一のたるみによって引き起こされる動的な間隙非均一性のモニタが可能になる。プレートのエッジは、静的及び動的な寸法均一性を有する2次元マップを提供するための画像処理技術を用いて、識別され得る。
従って、図3を参照して、本開示の一つ以上の実施形態が、堆積チャンバ100に向けられる。本装置は、前面121及びエッジ124を有するガス分配アセンブリ120を含む。説明を簡単にするために、ガス分配アセンブリ120は、ディスク形状のユニットとして示されるが、これは、特にガスラインが接続され得る上部で、非常に不規則な形状であり得るということを、当業者は理解するであろう。
チャンバ100はまた、ガス分配アセンブリ120から間隔を空けられたサセプタアセンブリ140を含む。サセプタアセンブリは、上面141、底面143及びエッジ144を有する。間隔は、間隙170とも呼ばれ、本装置の主要な反応領域である。サセプタアセンブリ140は、その周りにサセプタアセンブリ140が回転することができる中心軸として働く支持柱160を有する。サセプタアセンブリ140は、複数の基板を保持するようなサイズの、ポケットとも呼ばれる、複数の凹部142のある上面141を有する。
カメラ210が、サセプタアセンブリとガス分配アセンブリのエッジの近くに配置され、ガス分配アセンブリ120のエッジ124、サセプタアセンブリ140のエッジ144及び間隙170を含む視野211を有する。ただ一つのカメラ210のみが図3に示されているが、一つより多いカメラ210が用いられてもよい。例えば、平面を定めるのに少なくとも3つの点が必要とされるので、本開示の幾つかの実施形態は、3つのカメラを用い、これらは、分析されたときに、平面を計算するのに十分なデータを提供することができる。
幾つかの実施形態において、カメラ210は、サセプタアセンブリ140のエッジ144を含む視野211を有する。この種の実施形態において、カメラ210は、ガス分配アセンブリ120以外の参照平面に対して補正され得る。例えば、カメラ210は、画像中にない何らかの参照平面(例えば、機械基準面など)に対して補正され得る。間隙は、基準面に対するサセプタエッジ144の場所から計算することができる。
カメラ210は、コントローラ220に接続される。コントローラは、情報を保存するためのメモリ、及びデータを分析し、カメラ210又はアクチュエータ162のような外部装置と通信するためのサポート回路を有するコンピュータであり得る。コントローラは、カメラ210からの画像を評価し、サセプタアセンブリ140の上面141とガス分配アセンブリ120の前面121の間の間隙170を確定する。
カメラ210は、コントローラ220によって分析されることのできる画像を生成する。分析中に、コントローラ220は、ガス分配アセンブリ120の前面121と相互関連する、ガス分配アセンブリの前エッジ、及びサセプタアセンブリ140の上面141と相互関連する、サセプタアセンブリ140の上エッジを検出し得る。カメラ210が、ガス分配アセンブリ120から既知の距離にある場合、ガス分配アセンブリの前エッジとサセプタアセンブリの上エッジの間のピクセル数は、間隙170の寸法に比例する。カメラ210は、ある数のピクセルにわたる間隙を示すことができるレンズを含み得る。レンズは、間隙を示すのに十分な解像度を有する、ということを意味する。コントローラは、エッジ間のピクセルの数を数え、その値を、ガス分配アセンブリ120までの所定の距離についてのルックアップテーブルと比較し得る。ルックアップテーブル技法が説明されるけれども、カメラ210画像を間隙170の寸法と相関させるための他の技法(例えば、規格化方程式)が存在することを、当業者は理解するであろう。
図5を参照すると、幾つかの実施形態において、堆積チャンバ100の内部領域の周囲に間隔を置いて配置された少なくとも3つのカメラ210が存在する。図5に示される実施形態は、ガス分配アセンブリ120の上面を示す上面図であり、サセプタアセンブリ140は、ページ面の下方に位置する。視覚化を容易にするために、ガスライン及びガス分配アセンブリ120への接続部が、この図から省略されているが、ガス分配アセンブリへの任意の数のガス接続又は真空接続が存在し得るということが、理解されるであろう。間隔は様々であり得、例えば、各カメラ210が、円形のガス分配アセンブリ120とサセプタアセンブリ140の周囲に120°離れていてもよい。各カメラ210は、ガス分配アセンブリ120のエッジ124、サセプタアセンブリ140のエッジ144及び間隙170を同時に見ることができる。各カメラ210から取得された画像は、コントローラ220によって処理されることができ、各カメラ210位置における間隙170を確定することができる。コントローラは、ガス分配アセンブリ120によって形成される平面に対してサセプタアセンブリによって形成される平面を確定することができる。これにより、固定されたガス分配アセンブリ120に対する傾斜角を計算することが可能になる。例えば、カメラ210の各々によって測定される間隙170が同一である場合、サセプタアセンブリ140とガス分配アセンブリ120の間に実質的に傾斜は存在せず、この2つは共平面であろうということを意味するであろう。サセプタのエッジだけを分析することは、サセプタ全体が完全に平坦であることを保証できないので、この部品は、実質的に共平面であり、ことによると、完全には共平面でない小さな領域を有するであろう。
間隙のマルチカメラ分析は、サセプタアセンブリ140が静止している場合、特に有益であり得る。コントローラは、間隙を分析し、その後、支持柱160又は図1の底部及び図3の上部に示されたアクチュエータ162に信号を送ることができ、それらは、間隙170の寸法を変えることができる。コントローラ220は、少なくとも一つの間隙制御作動装置(例えば、支持柱160又はアクチュエータ162)と通信するフィードバック回路を含み得る。コントローラ220は、少なくとも一つの間隙制御作動装置に信号を送り、装置に指示して、サセプタアセンブリ140とガス分配アセンブリ120のうちの一つ以上を移動させ、間隙170の寸法を変えることができる。
静止したサセプタと注入器との間隙170を分析することに加えて、コントローラは、サセプタアセンブリ140の平坦性を動的に分析することができる。単一のカメラ210が、サセプタアセンブリ140が回転するときに、間隙の複数の画像を記録するために使用できる。画像は、タイムスタンプされ、又はサセプタアセンブリ140の特定の回転角度と相関させることができる。コントローラは、画像を角度又は時間の関数として分析し、サセプタアセンブリ140の平坦性を計算することができる。一つのカメラのみが、平坦性の動的測定のために用いられ得るが、複数のカメラを用いることもできる。
幾つかの実施形態において、ガス分配アセンブリ120は、ガス分配アセンブリ120のエッジ124上に参照マーク125を含む。参照マーク125は、間隙170を計算する際に、ガス分配アセンブリ120の前面121の代替として用いることができる。図1に示される参照マークは、例えば、ガス分配アセンブリ120の前面121から既知の距離で、ガス分配アセンブリ120のエッジ124の中に刻まれた溝であってもよい。カメラによって撮像された画像は、参照マーク125を含み、これは、ガス分配アセンブリ120のエッジを確定する代わりに、コントローラ220によって検出するのが、より容易であり得る。同様な参照マークが、サセプタアセンブリ140のエッジ144上に作られ、同じ仕方で用いることができる。幾つかの実施形態において、コントローラ220は、両方の参照マークが見える、カメラ210からの画像を分析する。参照マーク間の間隔から、それぞれのアセンブリのエッジからの参照マークの距離を引くと、間隙170の寸法になるであろう。
幾つかの実施形態において、センサ230(例えば、容量センサ又は渦電流センサ;図1を参照)を固定された注入器プレートに取付けることにより、間隙又はサセプタアセンブリ140の面のリアルタイム3Dマッピングが可能になり得る。これは、ウェハキャリアプレートが静止しているときに行われてもよいし、注入器アセンブリの下で回転しているときに行われてもよい。容量センサヘッドが、ウェハキャリア面に面しており、センサからのキャリア面の距離に比例する電気信号を送る。被覆領域にわたって様々な場所に幾つかのセンサを取付けることにより、ウェハとガス源との間の分離の静的及び動的3Dマッピングが可能になる。
複数の容量センサ230を、サセプタアセンブリ140の上面141の方に向けられたガス分配アセンブリ120の前面121に配置することができる。容量センサ230が、ガス分配アセンブリの面と完全には同じ高さでない場合、オフセット量を任意の計算に含むことができる。コントローラ220が、複数の容量センサ230に接続され、複数の容量センサ230によって提供される電気信号から、サセプタアセンブリ140の上面141とガス分配アセンブリ120の前面121との間の間隙を確定することができる。
幾つかの実施形態において、コントローラ220は、サセプタアセンブリ140が静止したままである間に、各容量センサ230位置でのサセプタアセンブリ140の上面141とガス分配アセンブリ120の前面121との間の間隙170を確定する。十分なセンサ230をガス分配アセンブリの面の周りに配置することにより、サセプタの面の詳細な3Dマッピングが得られるであろう。
一つ以上の実施形態において、コントローラ220は、サセプタアセンブリ140が回転する処理サイクルの間に得られた、少なくとも一つの容量センサ230からの複数の測定値を用いる。コントローラ220は、処理サイクル中に容量センサ230によって提供された電気信号から、容量センサ230に隣接するサセプタアセンブリ140の部分の平坦性を確定することができる。サセプタアセンブリ140の様々な部分にわたるこの種の分析は、アセンブリの同心部分の平坦性を確定することによって、サセプタアセンブリのエッジまでの距離の関数としてサセプタアセンブリの平坦性の詳細なマップを提供することができる。
再び、コントローラ220は、少なくとも一つの間隙制御作動装置と通信する一つ以上のフィードバック回路を含み得る。サセプタアセンブリ140の平坦性の詳細な分析により、コントローラ220は、一つ以上のアクチュエータに信号を送り、サセプタアセンブリ140の一部分のみを、注入器アセンブリからより近く又はより遠くに移動させ得る。これは、サセプタアセンブリ140が、図2の注入器アセンブリのように、複数のパイ形状のセグメントから作られている場合に、特に有用であり得る。
本開示の様々な実施形態が、チャンバの中心の間隙を確定し調整するため、空間、温度、真空の完全性及び費用の制約内で働く接触式センサに向けられる。幾つかの実施形態において、アクチュエータは、シャワーヘッドの中心に埋め込まれることができる。アクチュエータは、上部に広いヘッドを有し、底部に細長いピンを有することができる。幾つかの実施形態において、アクチュエータヘッドは、注入器の上部に位置し、スプリングにより押下げられる。
一つ以上の実施形態において、アクチュエータピンは、既定の間隙よりも小さい量だけ注入器の底部を超えて伸びる。注入器の上部に固定された放射体と受信器が、アクチュエータのヘッドを通るスルーホールを通って互いを見る。サセプタがアクチュエータピンを押し上げると、光線のための開口が覆われ、受信器によって受け取られる光の量を減少させ、信号を減少させ得る。信号の減少、すなわち光の減衰は、アクチュエータが押し上げられた量を確定するために用いることができる。注入器プレートの下面に対するアクチュエータの下端の最初の位置を知ることにより、注入器からのサセプタの距離を確定することができる。幾つかの実施形態において、アクチュエータには、上部にスプリングが取付けられ、サセプタが接触していないときに、アクチュエータを最初の位置に戻す。
幾つかの実施形態において、アクチュエータヘッドの下のOリングが、動作中に最大圧縮及び最小圧縮でのリークを防止する(すなわち、流体密閉を形成する)ために含まれ得る。この方法は、例えば、処理チャンバ内でのプロセス定着物(注入器及びサセプタ)の間の中心間隙を確定し調整するため、エッジに置かれたカメラとともに働くことによって、サセプタの傾斜と垂れ下がりを確定するため、及びカメラとともに働くことによって、ウェハ支持装置/定着物の処理表面に沿った高さの変動を制御するために、用いることができる。
幾つかの実施形態の近接センサは、標準的な光学的解決法より高い温度及び小さい空間で動作することができる。容量センサ及び誘導センサに比べて、近接センサはまた、チャンバ内の電気/プラズマノイズを受けやすくない。本開示の実施形態は、大きなプロセス定着物の中心での正確な間隙制御をルーチン的に確認し維持するために、実際のプロセス条件の下で測定を行うことができる。そのような測定の結果がウェハハンドリングシステムにフィードバックされ、最適なウェハ配置及び間隙制御を自動的に維持することができる。
図6を参照して、近接センサ300の実施形態が説明される。ハードストップ310は、上部312と底部313のある本体311を有する。上部312は上端314を有し、底部は底端316を有する。開口317が、上端314から底端316へ本体311を通って伸びる。
幾つかの実施形態において、上部312は、例えば、ガス分配アセンブリ120と接続することのできるフランジ318を有する。図6に示された実施形態において、ハードストップ310は、ボルト319でガス分配アセンブリ120の前面121に接続されるフランジ318を有する。
ハードストップ310の底部313は、ガス分配アセンブリ120の前面121と同じ高さであってよい。底部313は、ガス分配アセンブリ120の中に凹んでいてもよい。しかしながら、図6に示される実施形態において、ハードストップ310の底部313は、ガス分配アセンブリ120の前面121を越えて伸びるので、前面121から突き出る部分315がある。ある表面(例えば、サセプタ)が、ガス分配アセンブリ120の近くに動かされるとき、突き出ている部分315は、ガス分配アセンブリ120の前面121を保護することができる。表面は、ハードストップ310の底端316と接触し、表面が前面121により近付くことを防止するであろう。
底部313が突き出る量、言い換えると、突き出る部分315の長さは、約0.1mmより大きいあたりであり得る。幾つかの実施形態において、部分315は、約1mmまでの長さ、又は約0mmから約1mmまでの範囲の長さ、又は0mmより大きく約1mmまでの長さである。
アクチュエータ320は、上部322と下部323のある本体321を有する。上部322は上端324を有し、下部323は下端325を有する。アクチュエータ320が、ハードストップ310の中の開口317の内部にスライド可能に配置される。本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いられる場合、「スライド可能に」という用語は、アクチュエータが、開口の内部でスライドできることを意味する。
示された実施形態は、アクチュエータ320とハードストップ310との間に目に見える間隙を有する。間隙は、処理チャンバの中の圧力と干渉しない任意の寸法であってよい。円形のアクチュエータの場合、外径は、アクチュエータのスライド可能な運動中にいくらか摩擦があるほど、開口317の内径に非常に近くてもよい。
アクチュエータ320の断面形状は、例えば、円形、正方形又は八角形であってよい。アクチュエータ320の形状は、ハードストップ310の中の開口317の形状と概して一致する。例えば、ハードストップ310が、三角形の断面の開口を有する場合、アクチュエータ320の本体321もまた、三角形の断面を有し得る。アクチュエータ320の形状は、ハードストップ310の中の開口317の内部に合うような大きさに作られる。他の記述が、アクチュエータ320、ハードストップ310、開口317又は他の部品を円形であると言及するかもしれないが、他の形状が本開示の範囲内にあるということを、当業者は理解するであろう。
通路330が、本体321の上部322を通って第一の端331から第二の端332に伸びる。通路330は、上部322の断面形状の中央を通って伸びてもよいし、中心を外れて伸びてもよい。例えば、上部322が円形断面を有する場合、通路330は、円形断面の中心を通過するように、上部322を通って半径方向に伸びてもよい。幾つかの実施形態において、通路330は、上部322を通って軸を外れて伸びる。例えば、円形の上部において、通路330は、上部322の外側エッジ上の任意の2点を結ぶ円の弦のように伸びてもよい。
アクチュエータ320は、ハードストップ310の底端316を越えて伸びるような大きさに作られる。従って、力がアクチュエータ320の下端325に加えられていない場合、アクチュエータ320の下端325が、ハードストップの底端316から第一の距離D1だけ突き出る。これは、図7Aに見ることができる。
ハードストップ310とアクチュエータ320は、任意の適切な材料から作ることができる。幾つかの実施形態において、ハードストップ310とアクチュエータ320の両方とも、ステンレス鋼から作られる。図6に示される実施形態が、ハードストップ310、アクチュエータ320、ガス分配アセンブリ120、ボルト319、及び他の部品について、異なる陰影を有するのは、異なる部品を図解するのに役立つようにするために過ぎず、構造材料を指定するものではない。これらの部品の各々が、異なる材料から作られることができるが、部品の全て又は幾つかを同じ材料から作ることが有益なこともある。例えば、幾つかの実施形態のアクチュエータ320とハードストップ310は、熱膨張係数が類似又は同一の材料から作られる。
放射体340が、アクチュエータ320の中の通路330の第一の端331と位置合わせされる。検出器350が、アクチュエータ320の中の通路330の第二の端332と位置合わせされる。放射体340は、検出器350と相互作用して、放射体と検出器の間の部品によって引き起こされる障害の尺度を与えることができる任意の適当な部品であってよい。本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いられる場合、この点について用いられる「位置合わせされた」というのは、アクチュエータのスライド可能な運動中のある点で、検出器が放射体への直接的視線を有するであろう、ということを意味する。直接的視線は、アクチュエータ320の上部322によって部分的に遮られることができ、又は全く遮られないようにできる。放射体340の適当な例は、限定されないが、レーザ及びLEDを含む。適当な検出器350は、限定されないが、ダイオードアレイ及びフォトン計数装置を含む。
図7A及び図7Bに示されるように、アクチュエータ320の運動により、通路330に対する放射体340及び検出器350の位置合わせが変わる。図7Aにおいて、アクチュエータ320の下端325は、サセプタアセンブリ140の前面141と接触していない。それ故、下端325は、ハードストップ310の底端316から第一の距離D1だけ突き出る。示されている実施形態において、通路330は、放射体340と検出器350の間の視線と実質的に干渉しない。本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いられる場合、このように用いられる「実質的に干渉しない」という用語は、放射された光の約10%未満が、検出器によって測定されないということを意味する。この点で、通路330は、放射体からの光に第一の減衰を与える。この文脈で用いられる場合、放射体からの光の「減衰」は、例えば、アクチュエータ320の上部322によって遮られている光の量を意味する。減衰がゼロとは、放射体340によって放射された光の全てが、通路330を通過することを意味する。
図7Bにおいて、サセプタアセンブリ140が持ち上げられ、サセプタアセンブリの運動中に上面141がアクチュエータ320の下端325と接触する。接触は、アクチュエータ320のスライド可能な上方への運動を引き起こし、それにより、アクチュエータ320の上部322が、放射体340からの光が検出器350に届くのを妨げ始める。このように、より少ない放射体340からの光が、通路330を通過するので、通路330は、光に対して第二の減衰を与える。第二の減衰は第一の減衰と異なるので、間隙170の変化が測定できる。
図7Aと図7Bで示される実施形態において、アクチュエータ320が第一の距離D1突き出る場合(図7A)、第一の減衰は、アクチュエータが第二の距離D2突き出る場合(図7B)の第二の減衰より小さい。示されているように、光の大部分又は全てが通過できるように、放射体/検出器が通路に対して位置合わせされるので、第一の減衰は小さい。第二の減衰は、はるかに大きく、これは、アクチュエータ320の上部322の一部が、通路330を通過させずに、放射体からの光を遮るので、より少ない光が、通路を通過することを意味する。
幾つかの実施形態において、アクチュエータ320が第一の距離だけ突き出るとき(すなわち、何もアクチュエータを上方に押していない)、第一の減衰は、アクチュエータ320が上方に動かされ、第二の距離D2だけ突き出るときよりも大きくなるように、放射体340と検出器350が、通路330に対して位置合わせされる。この状況では、D1位置において、アクチュエータ320の上部322は、光の一部又は全てが通路330を通過するのを妨げている。間隙170が縮小し、アクチュエータ320が押し上げられるとき、通路330は、放射体/検出器と、より良く位置合わせされるようになる。従って、通路330を通って検出器350に達するのを妨げられる放射体340からの光が、より少なくなる。
幾つかの実施形態において、図6に示されるように、Oリング360が、アクチュエータ320とハードストップ310の間に配置される。示された実施形態において、Oリング360は、アクチュエータのフランジ238とハードストップ310のフランジ318の間にある。Oリング360は、ハードストップ310とアクチュエータ320の間に流体密閉を形成するのに役立つ。幾つかの実施形態において、アクチュエータが、第一の距離D1だけ伸びていることから、第二の距離D2だけ伸びていることへと動くときに、流体密閉が維持される。これは、図8Aと図8Bに示される。図8Aにおいて、アクチュエータ320は、第一の距離D1伸びている。Oリング360が、圧縮されてほとんど平坦であるように示されている。アクチュエータ320が図8Bの位置に動き、第二の距離D2伸びているとき、Oリング360は、ほとんど完全に膨張するが、アクチュエータ320とハードストップ310の間の流体密閉を維持し続ける。流体密閉を維持することは、処理チャンバの圧力を維持することができることを保証するのに役立つであろう。
幾つかの実施形態において、スプリング370が、アクチュエータ320の上端324に隣り合ってかつ接触して配置される。プレート375が、アクチュエータ320の反対側にスプリング370と隣り合って配置される。プレート375は、スプリングに圧力を加え、アクチュエータ320を押下げる。幾つかの実施形態において、アクチュエータが第二の距離D2突き出るとき、スプリング370は、最大に圧縮されている。幾つかの実施形態において、アクチュエータ320が第一の距離D1突き出るとき、スプリング370は、最大に圧縮されてはいない。これは、図9Aと図9Bに見ることができる。図9Aにおいて、スプリング370が伸ばされる、すなわち、十分に圧縮されてはいない。スプリング370は、無圧縮状態であってもよいし、部分的に圧縮されていてもよい。図9Bにおいて、アクチュエータが第二の距離D2にあるとき、スプリング370は十分に圧縮されていて、アクチュエータ320は、それ以上動くことができないかもしれない。幾つかの実施形態において、スプリングが最大に圧縮されているとき(図9B)、アクチュエータ320は、ハードストップ310の底端から少なくとも約0.1mm突き出る。
図6に示された実施形態において、プレート375が、ボルト379によってハードストップ310のフランジ318に取付けられる。幾つかの実施形態において、ハードストップ310の上部312は、スプリング370が最大に圧縮されているとき、アクチュエータ320の下端が、約0.1mm〜約1.2mmの範囲の第二の距離だけハードストップ310の底端から突き出るように、プレートとハードストップの間に十分な距離をおいてプレートに接続されるフランジ318を有する。
図6の実施形態は、ガス分配アセンブリとサセプタアセンブリの間の間隙を測定するために用いることのできるフィードバック回路を有するコントローラ380を含む。コントローラ380は、放射体340及び検出器350と通信しているのが示されているが、サセプタアセンブリを持ち上げるモータと通信してもよい。このように、コントローラ380とフィードバック回路は、間隙の寸法が縮小するとき、放射体から検出器へ進む光を測定することができる。間隙が、放射体/検出器の組合せによって決定されるような、既定の量に調整されたとき、フィードバック回路は、サセプタアセンブリを移動させるのを止めることができる。
本開示の幾つかの実施形態は、サセプタアセンブリとガス分配アセンブリの間の間隙を調整する方法に向けられる。図7Aと図7Bを参照すると、ハードストップ310とアクチュエータ320を含む近接センサ300が、ガス分配アセンブリの開口の内部に配置され、アクチュエータ320の下端325が、ハードストップ310の底部から、ガス分配アセンブリ120とサセプタアセンブリ140の間の間隙170の中に第一の距離D1伸びる。放射体340から通路330を通って検出器350に伝わる光の量が測定される。測定は、コントローラ380を含むが、それに限定されない任意の適当な方法を用いて行うことができる。通路330は、放射体からの光を減衰させ、第一の減衰を与える。図7Aの実施形態において、第一の減衰は、放射体340からの光が、通路330を通って検出器350に進むことを実質的に妨げない。
サセプタアセンブリ140とガス分配アセンブリ120が、間隙170を縮小させるために、共に近付けられる。ガス分配アセンブリ120とサセプタアセンブリ140のいずれか、または両方が、間隙170の寸法を縮小させるために、移動させることができる。間隙が縮小すると、サセプタアセンブリ140の上面141が、アクチュエータ320の下端325に接触し、アクチュエータを押し上げ、アクチュエータがハードストップ310の底部から伸びる距離を減少させる。第一の距離D1が、図7Bに示される第二の距離D2へ減少すると、通路330が、放射体340と検出器350に対して移動する。通路330は、放射体340からの光を減衰させ、第一の減衰と異なる第二の減衰を与える。検出器は、第二の減衰を通る放射体からの光を測定するために用いることができる。
間隙170は、検出器350の測定値から確定することができる。第二の減衰を伴って検出された光の量が、例えば、アクチュエータ320において測定される間隙170を確定するための、コントローラ380の中のルックアップテーブルと比較されることができる。このように、ガス分配アセンブリ120とサセプタアセンブリ140の間の間隙170が、通路330が第一の減衰を与える場合に測定される第一の光の量及び通路330が第二の減衰を与える場合に測定される第二の光の量に基づいて、確定されることができる。
サセプタアセンブリの形態もまた、アクチュエータ320及びサセプタアセンブリ140に隣接して置かれる少なくとも一つのカメラ210を用いて、測定されることができる。アクチュエータ320における間隙170が、通路330からの第二の減衰を用いて測定される。サセプタアセンブリ140のエッジは、中心に対して垂れ下がっていることもあるし、傾いていることもある。ガス分配アセンブリ120のエッジ124とサセプタアセンブリ140のエッジ144が、カメラ210の視野211の中にあるように、サセプタアセンブリに隣接して少なくとも一つのカメラを配置する。カメラ210からの視野211の画像が、ガス分配アセンブリ120の前面121及びサセプタアセンブリ140の上面141の位置、並びに、それ故に、間の間隙170を確定するために用いられる。一つ以上のカメラ210で複数の場所における間隙170を測定することは、サセプタの形態(すなわち、傾き又は垂れ下がり)を確定するために利用することができる。
上記は本開示の実施形態を対象とするが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の及び更なる実施形態を考え出すこともでき、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。