JP2018530150A - リアルタイムの力および膜応力制御を備えた基板支持体 - Google Patents

Abstract

本明細書に開示された実施形態は、センサアセンブリを有する基板支持体と、センサアセンブリを有する処理チャンバとを含む。一実施形態では、基板支持体がパックを有する。パックは、加工品支持面と、加工品支持面を出るガス孔とを有する。センサアセンブリが、ガス孔内に配置されると共に、加工品支持面に配置された加工品の撓みを示すメトリックを検出するように構成され、このセンサアセンブリは、ガス孔内に位置するときに、ガスがセンサアセンブリを通り越して流れることができるように構成される。

Description

本発明の実施形態は一般に、超小型電子デバイスを製作するための処理チャンバ内で使用される基板支持体に関する。

高精度の製造、たとえば半導体製造においては、均一品質を向上し欠陥を減らすために、製造作業中に加工品が固定具によって正確に保持される必要がある。一部の製造作業においては、加工品を支持構造体に押し当てて保持するための固定具として基板支持体が使用されることがある。静電力もしくは他の力（クランプ力）がしばしば、１つまたは複数の製造作業中に加工品を基板支持体の加工品支持面に正確に保持するために使用される。
高精度の製造作業において加工品は、欠陥を減らすために可能な限り小さいクランプ力によって保持され、加工品支持面との接触が最小限でなければならない。しかし、加工品に施される、チャッキング力を変えることのある表面処理、基板支持体の支持面の摩耗および汚染などの製造変動性の故に、また他の環境的影響の故に、製造要員はしばしば、上述の変動性、およびこれらの変動性のチャッキング力に対する影響を阻止するために、ある安全係数を得るための目標クランプ力を増加させて十分なクランプ力が加わることを確保することになる。
半導体製造業界で使用される大多数の基板支持体では、必要とされるよりも大きいクランプ力をかけること、すなわちオーバチャッキングが多い。オーバチャッキングにより、たとえば、加工品の裏側に穴が生じる、基板支持体の部品が加工品にめり込む、加工品における膜応力が増加する、かつ／または加工品の処理面の品質問題を引き起こすおそれのある微粒子が生じることによって、加工品が損傷することになる。加えて、加工品の振動と共に、加工品の異なるゾーンにおける不均衡なチャッキング力により、不定の歩留まりに関連した問題が生じる。
オーバチャッキング問題を減少させるための従来の手法には、クランプ力がかけられる前に、クランプ力に影響を及ぼし得る加工品の電位を測定することが含まれる。その場合、従来の手法では、測定された電位を、クランプ中の加工品の電位を補償するためのアルゴリズムに利用して、最小限のクランプ力を決定し、加える。しかし、従来手法の方法を用いても、加工品はなおしばしばオーバチャックされることがあり、その結果なお損傷を受ける。製造許容値がますます厳しくなり、コストを低減する必要性がより重要になるにつれて、より広い範囲の製造変動性に対処するためのより一定の、予測可能なクランプ力が得られる新規の手法が必要とされている。

したがって、基板支持体の改善が必要とされている。

本明細書に開示された実施形態は、センサアセンブリを有する基板支持体と、センサアセンブリを有する処理チャンバとを含む。一実施形態では、基板支持体がパックを有する。パックは、加工品支持面と、加工品支持面を出るガス孔とを有する。センサアセンブリが、ガス孔内に配置されると共に、加工品支持面に配置された加工品の撓みを示すメトリックを検出するように構成され、このセンサアセンブリは、ガス孔内に位置するときに、ガスがセンサアセンブリを通り越して流れることができるように構成される。
別の実施形態では、処理チャンバが内部チャンバ容積を有する。基板支持体が、この内部チャンバ容積内に配置される。基板支持体はパックを有する。パックは、加工品支持面と、加工品支持面を出るガス孔とを有する。センサアセンブリが、ガス孔内に配置されると共に、加工品支持面に配置された加工品の撓みを示すメトリックを検出するように構成され、このセンサアセンブリは、ガス孔内に位置するときに、ガスがセンサアセンブリを通り越して流れることができるように構成される。

さらに別の実施形態では、基板支持体がパックを有する。パックは、加工品支持面と、パック内に配置されたリフトピンとを有する。センサアセンブリが、リフトピン内に配置されると共に、加工品支持面に配置された加工品の撓みを示すメトリックを検出するように構成される。
さらなる特徴および利点が、以下の「発明を実施するための形態」で論述され、一部は、その説明により当業者には容易に明らかになり、あるいは、以下の「発明を実施するための形態」、特許請求の範囲、および添付の図面を含めて、本明細書に記載の実施形態を実践することによって理解されよう。
上記の一般的な説明も以下の詳細な説明も、例示的なものにすぎず、特許請求の範囲の性質および特性を理解するための概要または枠組みを与えるものであることを理解されたい。添付の図面は、さらなる理解が得られるように含まれており、また本明細書に組み込まれ、その一部を構成している。図面は１つまたは複数の実施形態を示し、明細書と共に様々な実施形態の原理および動作を説明する役割を果たす。

本発明の実施形態の上記に列挙された特徴が細部にわたり理解できるように、上で簡潔に要約された本発明の実施形態について、添付の図面にその一部が示されている実施形態を参照することによって、より具体的な説明が得られよう。しかし、本発明の実施形態では、その他の同様に効果的な実施形態も認めることができるので、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態を示すにすぎず、したがって、本発明の範囲を限定するものとみなされるべきでないことに留意されたい。

基板支持体が組み込まれている例示的なプラズマ処理チャンバの概略側面図である。 センサアセンブリが裏側ガス貫通孔内に取り付けられている基板支持体の部分断面等角図である。 裏側ガス貫通孔内のセンサアセンブリと制御システムの間の垂直連結部を描く断面等角図である。 センサハウジングの分割プレートの等角図である。 分割プレートの平面図である。 センサハウジングの取付けヘッドの断面斜視図である。 加工品が上に配置されている基板支持体の部分断面図である。 センサアセンブリの様々な場所を示す基板支持体の上面図である。 センサアセンブリの様々な場所を示す基板支持体の上面図である。 センサアセンブリの様々な場所を示す基板支持体の上面図である。 センサアセンブリの様々な場所を示す基板支持体の上面図である。 センサアセンブリがリフトピン内に取り付けられている基板支持体の部分断面透視図である。

次に、添付の図面にその例が図示されている実施形態を詳細に参照する。図面には、実施形態の全部ではなく一部が示されている。実のところ、その概念は多くの異なる形で具現化することができ、本明細書において限定するものと解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が当該の法的要件を満たすように提示されている。可能なときにはいつも、同様の参照番号が同様の構成要素または部品を指示するのに使用される。
本明細書で開示される実施形態には、１つまたは複数のセンサハウジングおよび撓みセンサを含むセンサアセンブリが含まれる。このセンサアセンブリは、静電チャック、台座、真空チャック、ヒータ、または他の、処理中に加工品を処理チャンバ内で保持するのに適しているアセンブリなどの基板支持アセンブリ内に配置されるように構成される。たとえば、センサアセンブリは、基板支持アセンブリの既存の裏側ガス送出孔の中に配置することができる。撓みセンサは、基板支持アセンブリ上に配置された、加工品にかかるクランプ力または他の力によって撓む加工品、すなわち半導体ウエハまたは基板などの、撓みのリアルタイム測定値を提供することができる。撓みセンサを使用して基板支持アセンブリ上の加工品の撓みを決定することによって、制御システムが、その測定された加工品の撓みを用いて、加工品にかかる力を決定することができる。制御システムは、撓みセンサからの情報を利用して加工品にかかるクランプ力を修正し、目標クランプ力を維持する。こうして、このクランプ力により加工品が基板支持アセンブリに固定され、製造作業中の過剰なクランプ力による加工品の不要な過度の撓みから生じる基板損傷が防止され得る。

図１は、センサアセンブリ１９０の一実施形態を示す。図１は、基板支持アセンブリ１７０が組み込まれている例示的なプラズマ処理チャンバ１００の概略図を示す。基板支持アセンブリ１７０は、その中にセンサアセンブリ１９０が配置されている。一実施形態では、プラズマ処理チャンバ１００は、スパッタエッチ処理チャンバまたはプラズマエッチシステムである。しかし、物理的気相成長（すなわち、スパッタリング）チャンバ、化学的気相成長チャンバ、または他の真空処理チャンバなど、他のタイプの処理チャンバもまた、本明細書に記載の実施形態を実践するのに使用されてよい。
処理チャンバ１００は、たとえばシリコンウエハである基板などの加工品１０１の処理中に、チャンバ内部容積１２０内の減圧を維持するように適切に適合させることができる真空チャンバである。処理チャンバ１００は、底面１２６を有するチャンバ本体１０６を含み、チャンバ内部容積１２０を密閉する蓋１０４によって覆われる。チャンバ本体１０６および蓋１０４は、アルミニウムなどの金属、または他の適切な材料で作ることができる。

処理チャンバ１００は、処理チャンバ１００をポンプダウンし排気するために使用されるスロットルバルブ（図示せず)、および真空ポンプ（図示せず）を含む真空システム１１４と結合され、流体連結している。処理チャンバ１００の内部の圧力は、スロットルバルブおよび／または真空ポンプを調整することによって調節することができる。処理チャンバ１００はまた、アルゴン、酸素、塩素、または他の、加工品１０１を処理するのに適切なガスなど、１つまたは複数の処理ガスを処理チャンバ１００へ供給できる処理ガス供給源１１８と結合され、流体連結している。

ＲＦプラズマ電源１１７は、プロセスガスにエネルギーを与えて、加工品１０１を処理するためのプラズマ１０２を維持することができる。基板支持アセンブリ１７０は、加工品１０１を偏らせて、そこにイオンをプラズマ１０２から引き寄せてもよい。塩素などの処理ガスは、処理ガス供給源１１８から処理チャンバ１００の中に導入され、ガス圧は、プラズマ点火のプリセット値に調整される。プラズマ１０２は、ＲＦ電力が送出されると容量性結合によってチャンバ内部容積１２０内で点火される。ＲＦ整合部（図示せず）を調整またはプリセットして、ＲＦプラズマ電源１１７からプラズマ１０２への電力伝達の効率を改善することができる。

チャンバ内部容積１２０内に、基板支持アセンブリ１７０が配置される。基板支持アセンブリ１７０は加工品支持面１７２を有し、その上には加工品１０１が処理の間中載っている。基板支持アセンブリ１７０は、真空チャック、静電チャック、サセプタ、ヒータ、または他の、処理中に加工品１０１を処理チャンバ１００内に支持するのに適している、基板支持体を含むことができる。
一実施形態では、基板支持アセンブリ１７０は静電チャック１２２を含む。基板支持アセンブリ１７０はさらに、冷却プレート１５１および支持ベース１５２を含むことができる。支持ベース１５２は、支持体ハウジング１４９、ベローズアセンブリ１１０、および支持軸１１２を含むことができる。支持軸１１２は、図示の上方の処理位置と下方の加工品移送位置（図示せず）の間で基板支持アセンブリ１７０の垂直移動を行うことができるリフト機構１１３と結合することができる。ベローズアセンブリ１１０は、支持軸１１２のまわりに配置することができ、支持ベース１５２と処理チャンバ１００の底面１２６との間に結合されて、処理チャンバ１００の内部から真空が失われることを防止しながら基板支持アセンブリ１７０の垂直の動きを可能にする可撓性シールを提供することができる。
基板支持アセンブリ１７０上に配置された加工品１０１の温度調節が、冷却プレート１５１内に配置されている複数の冷却チャネル１６０によって容易になり得る。冷却チャネル１６０は流体供給源１４２と結合され、流体連結しており、この流体供給源は、水などの冷媒流体を供給するが、任意の適切な、ガスまたは液体である冷媒流体が使用されてよい。

基板支持アセンブリ１７０は、ロボット（図示せず）により処理チャンバ１００に出し入れする移送の間中、加工品１０１を加工品支持面１７２の上に間隔をあけて支持するための基板リフト１３０を含むことができる。基板リフト１３０は、軸１１１に連結されたプラットフォーム１０８と整合されたリフトピン１０９を含むことができる。一実施形態では、リフトピン１０９は、図８に示された細長い中空本体を有する。基板支持アセンブリ１７０は、リフトピン１０９が持ち上げられた位置にあるときに、たとえば加工品１０１を支持しているときに、リフトピン１０９を受け入れて通すための貫通孔（図示せず）を含むことができる。基板リフト１３０は、加工品１０１のロボット移送を容易にするためにリフトピン１０９を貫通孔から延ばして加工品支持面１７２の上方の位置に加工品１０１を支持する、第２のリフト機構１３２に結合される。基板リフト１３０はさらに、リフトピン１０９を加工品支持面１７２の下に降下させて、加工品１０１を加工品支持面１７２に置く。

静電チャック１２２はパック１５０を含む。パック１５０は、加熱素子を含むことができる。パック１５０、冷却プレート１５１、および／または静電チャック１２２の他の構成要素の温度は、１つまたは複数の温度監視装置に結合された熱電対などの１つまたは複数の温度センサ（図示せず）を使用して監視することができる。一例では、パック１５０は、温度監視用の少なくとも１つの熱電対に結合される。

パック１５０は、加工品１０１を支持しチャッキングする、すなわちクランプ力（Ｆｃ）を加工品１０１にかける。パック１５０は、クランプ力（Ｆｃ）を発生させるために電極１３４が中に埋め込まれている、電気絶縁用パックベース１６２を含むことができる。電極１３４は、ＤＣ電源などのチャック電源１４０に電気的に接続される。電極１３４は、加工品１０１をパック１５０の加工品支持面１７２にチャッキングするためのクランプ力（Ｆｃ）を提供する。電極１３４は、金属または金属合金などの任意の適切な導電性材料で作ることができる。電極１３４への電力は、チャック電源１４０に結合された制御システム１９４によって制御することができる。一例では、パック１５０は、加工品１０１をチャッキングするための１つの電極１３４を含む。電極１３４は、パックベース１６２の中に配置された薄い円板または細い線でよい。別の例では、パック１５０は、加工品１０１をチャッキングするための２つ以上の電極１３４を含む。電極１３４はそれぞれ、互いに独立して動作できる薄い半円形または「Ｄ」形のプレートでよい。しかし、１つまたは複数の電極１３４は、環、くさび、細片などを含んでよい、任意の適切な形状を有することができる。

メサ１６８および凹部１６４が、パックベース１６２の加工品支持面１７２に配置される。加工品支持面１７２はさらに、１つまたは複数の溝およびチャネル、または他の幾何形状を含むことができる。加工品１０１は、メサ１６８の上に支持し、凹部１６４の上方に持ち上げることができる。凹部１６４は、ガス供給源１４１と流体連結して、裏側ガスなどの流体を各メサ１６８の間に供給することができる。裏側ガスは、ガス供給源１４１から凹部１６４まで、パック１５０に形成された１つまたは複数の裏側ガス送出孔１９８を通して送出することができる。裏側ガスは、パック１５０と加工品１０１の間の熱伝達速度を調節する助けとするために、加工品１０１とパック１５０の間に流れることができる。一例では、裏側ガスは、アルゴンなどの不活性ガスを含むことができる。

センサアセンブリ１９０は、パック１５０の中に形成された、裏側ガス送出孔１９８などの貫通孔の中に配置されてよい。あるいは、図８に示されるように、細長い本体８３２を有するリフトピン８０９が、細長い本体８３２の空洞８２０内に配置されたセンサアセンブリ８９６を有することができる。リフトピン８０９はヘッド８３４を有し、このヘッドは、その上の基板に接触し、それを支持するように構成される。センサアセンブリ８９６は、リフトピン８０９のヘッド８３４の近くに配置される。空洞８２０は、細長い本体８３２の全長に延びることができる。あるいは、空洞８２０は、センサアセンブリ１９０がヘッド８３４から突出してヘッド８３４上に配置された基板に接触することなく、センサアセンブリ１９０を空洞８２０内に支持するのに十分な距離だけ、ヘッド８３４から細長い本体に沿って延びることができる。センサアセンブリ８９６は、実質的にセンサアセンブリ１９０と類似しており、センサ２８０を含み、センサアセンブリ１９０の１つまたは複数の他の構成要素をさらに含むこともできる。さらに別の実施形態では、センサアセンブリ１９０は、凹部１６４の中、または他の適切な場所に取り付けられてよい。センサアセンブリ１９０は、多孔性であり、裏側ガスなどの流体が横切って通り抜けることができる。たとえば、センサアセンブリ１９０は、流体がセンサアセンブリ１９０を通過できるようにする通路を有することができる。

センサアセンブリ１９０は、制御システム１９４と通信することができる。センサアセンブリ１９０は、加工品支持面１７２上の加工品１０１の撓みを測定する。コントローラ１９２は、センサアセンブリ１９０によって測定された撓みに基づいて、加工品１０１にかかっているクランプ力Ｆｃを決定する。こうして、コントローラ１９２は、チャック電源１４０から電極１３４に供給されるクランプ電圧Ｖｃを調整することによって、所望のクランプ力Ｆｃを維持するようにクランプ力Ｆｃを調整することができる。実際のクランプ力の（センサアセンブリ１９０を介した）リアルタイム監視、および電極１３４に供給される電力のリアルタイム調整により所望のクランプ力Ｆｃを維持することによって、静電チャック１２２から受ける加工品１０１の損傷を従来のチャッキング技法と比較して減らすことができる。

センサアセンブリ１９０は、図１のパック１５０の中に取り付けられて示されているが、有利なことに、センサアセンブリ１９０を取り付けるための同様の構成は、部材の撓みをナノメートル単位で、またはマイクロメートルレベルで測定することが必要とされる他の製品に拡張することができる。しかし、センサアセンブリ１９０およびその利点についての以下の議論では、上述のパック１５０に関して論じる。たとえば、パック１５０の動作パラメータは、センサアセンブリ１９０から供給されるデータに依拠するフィードバックループを用いて有利に制御することができる。センサアセンブリ１９０による撓みの測定は、膜応力を緩和し加工品１０１の平面を維持して、処理中に加工品１０１上に形成される膜層のばらつきおよび欠陥を減らすために、加工品１０１に作用する振動および力をさらに計算することに拡張することができる。

図２は、センサアセンブリ１９０が裏側ガス送出孔１９８の中に取り付けられている図１に示された静電チャック１２２の部分断面図である。加工品支持面１７２に垂直な垂直線２９８が与えられている。垂直線２９８は説明的なものにすぎず、裏側ガス送出孔１９８、またはパック１５０内の他の孔には必ずしも存在しない。パック１５０内でセンサアセンブリが中に取り付けられる孔の形状は、円形孔に限定されない。孔は、レーザドリルまたは機械加工であける、または別の方法で形成することができる。
裏側ガス通路２１８は、裏側ガス送出孔１９８と、裏側ガスをパック１５０の加工品支持面１７２へ供給するために裏側ガス送出孔に連結された移行導管２１０とを含むことができる。裏側ガス送出孔１９８内に配置されたセンサアセンブリ１９０が制御システム１９４に配線される実施形態では、センサアセンブリ１９０と制御システム１９４の間の通信結線２８４が、裏側ガス通路２１８を少なくとも一部は通って横切っていくことができる。図８に示される、センサアセンブリ８９６がリフトピン８０９の空洞８２０内に配置され、制御システム１９４に配線される実施形態では、センサアセンブリ８９６と制御システム１９４の間の通信結線８８４が、静電チャック１２２内のリフトピン孔を少なくとも一部は通って横切っていくことができる。

図３を簡単に参照すると、図３は、裏側ガス送出孔１９８内のセンサアセンブリ１９０とコントローラ１９２の間の垂直連結部３００を描く断面図である。移行導管２１０は、Ｔ字形連結部３１０と結合することができる。あるいは、かなりの大きさの導管、または裏側ガス通路２１８を維持するための他の適切な手段が、移行導管２１０とＴ字形連結部３１０の間に結合されてよい。Ｔ字形連結部は、水平通路３２０の１つの開口３２２（第３の開口）、および垂直通路３３０の２つの開口３３２、３３４（それぞれ第１の開口および第２の開口）と共に示されているが、Ｔ字形連結部３１０は、第２の開口が水平通路にあり、また１つだけの開口が垂直通路にあるように、９０度ほど回転できることが考えられる。他の実施形態では、Ｔ字形連結部３１０は、別の適切なガスコネクタと置き換えることができる。たとえば、Ｔ字形連結部３１０は、４つなど複数の開口を有することができる。Ｔ字形連結部３１０は、移行導管２１０に流体結合された第１の開口を有することができる。第２および第３の開口は、流体供給源と流体結合することができる。最後に、第４および最終の開口は、コントロールシステム１９４と結合することができる。

図３の実施形態では、Ｔ字形連結部３１０の第１の開口３３２は移行導管２１０と結合される。しかし、上で論じたように、センサアセンブリ１９０を経由するガス送出を可能にしながらセンサアセンブリ１９０を制御システム１９４に連結する他の構成が考えられる。一実施形態では、第２の開口３３４はコネクタ３３６と結合することができる。コネクタ３３６は、配線通過固定具（ｗｉｒｉｎｇ ｔｈｒｕ−ｆｉｔｔｉｎｇ）３４０と整合するように適合される。配線通過固定具３４０は、通信結線２８４と整合するように構成されたチャネル３４２を有する。配線通過固定具３４０は、通信結線２８４が通信信号を伝達することを可能にしながら、流体が失われないようにコネクタ３３６を封止する。一実施形態では、チャネル３４２は、配線通過固定具３４０と通信結線２８４の間の封止を行うガスケット材に形成される。別の実施形態では、チャネル３４２は、通信結線２８４を差し込むことができるピンコネクタなどのコネクタとすることができる。

裏側ガスは、第３の開口３２２を通ってＴ字形連結部３１０に入る。ガス供給部１４１は、第１の開口３３２と流体結合している。裏側ガスは、開口３２２を通ってＴ字形連結部３１０に入り、静電チャック１２２の裏側ガス送出孔１９８に連結されている第１の開口３３２を通ってＴ字形連結部３１０を出る。
別の実施形態では、裏側ガスは、第２の開口３３４を通ってＴ字形連結部３１０に入る。配線通過固定具３４０は、第３の開口３２２に取り付けられて、センサアセンブリ１９０と制御システム１９４の間の通信を可能にしながら、第３の開口３２２を流体封止する。さらに他の実施形態では、Ｔ字形連結部３１０は、裏側ガスの流体供給源、および制御システム１９４への連通をパック１５０の裏側ガス送出孔１９８から分離する。

図２に戻ると、センサアセンブリ１９０はセンサ２８０およびセンサハウジング２２０を含む。センサ２８０は、ファブリペローセンサ（ＦＰＳ）または干渉計、または他の、小さい撓みを測定するのに適しているセンサなど、光ファイバベースのセンサでよい。一実施形態では、センサ２８０はＦＰＳである。センサ２８０は、制御システム１９４と通信する。一実施形態では、センサ２８０は、制御システム１９４内のコントローラ１９２に配線された通信接続部２８４を有することができる。別の実施形態では、センサアセンブリ１９０は、制御システム１９４と無線で通信することができる。センサ２８０は、パック１５０上に配置された加工品（図示せず）までの距離を示すメトリックを測定し、そのメトリックを制御システム１９４に、制御システム１９４または他の適切なデバイスによる分析のために、リアルタイムで提供することができる。

センサ２８０は、センサヘッド２８２を有することができる。センサヘッド２８２は、距離測定を行うための信号を放出および受信することができる。センサ２８０は、センサヘッド２８２と加工品（図示せず）などの任意の対象物との間の距離をリアルタイムで測定して相対変位をナノメートル精度で決定できるように、パック１５０内に精密取り付けすることができる。センサ２８０は、裏側ガス通路２１８の移行導管２１０の中に精密に取り付けることができる。センサハウジング２２０は、センサ２８０を裏側ガス通路２１８内に保持する。センサヘッド２８２は、垂直線２９８の±３度以内で、言い換えれば、加工品支持面１７２の垂線から±３度以内に位置合わせすることができる。センサヘッド２８２の距離は、パック１５０の中のセンサハウジング２２０の位置を調整することによって、メサ１６８の上部より概ね５ｍｍ未満からメサ１６８の上部より約３００ｍｍまで精密に調整することができる。

センサ２８０は、放射を放出する放射放出器と、加工品１０１によって反射された放射の一部を測定する放射検出器とを含むことができる。放射または信号は、たとえば、波長が約６００ナノメートルから約１７００ナノメートルの間の電磁放射でよい。センサ２８０内の放射検出器は、放出された放射信号の復路を測定する。したがって、センサ２８０の角度および位置は、測定に影響を及ぼす可能性がある。センサハウジング２２０は、正確な測定を容易にするために、センサ２８０を精密な位置および配向に保持する。
センサハウジング２２０は、分割プレート２２２および取付けヘッド２２４を含むことができる。分割プレート２２２および取付けヘッド２２４について、ここで図４Ａ、図４Ｂおよび図５をさらに参照して論じる。図４Ａは、センサアセンブリ１９０の分割プレート２２２の斜視図である。センサ２８０の自己整合が、六角形分割プレート２２２と共に円錐形取付けヘッド２２４を用いて実現され得る。図４Ｂは、分割プレート２２２の平面図である。図５は、センサアセンブリ１９０の取付けヘッド２２４の断面図である。

取付けヘッド２２４および分割プレート２２２は両方とも、低温動作に適しているポリマーから形成することができる。あるいは、取付けヘッド２２４および分割プレート２２２は、高温用途か低温用途かに適しているセラミックまたは金属材料から形成することができる。取付けヘッド２２４および分割プレート２２２は、ステンレス鋼（ＳＳＴ）、チタン、アルミニウム、タングステン、ニッケル、または他の合金などの金属で作ることができる。あるいは、取付けヘッド２２４および分割プレート２２２は、アルミナもしくは窒化アルミニウム、または石英などのセラミック材料で作ることができる。取付けヘッド２２４および分割プレート２２２はまた、金属材料かセラミック材料かで３Ｄ印刷することもできる。

センサハウジング２２０は、ガスがセンサアセンブリ１９０を通って流れることができるように構成される。センサハウジング２２０は多孔性とすることができる。取付けヘッド２２４および分割プレート２２２は、両方とも多孔性にすることができ、加えて、または別法として、裏側ガスが通り抜けて流れることができるように多数の孔またはスロットを有することができる。たとえば、図５に示されるように、取付けヘッド２２４は、ガスがセンサアセンブリ１９０を通過できるようにするための孔５２６、５６４を有する。加えて、図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、分割プレート２２２は複数の孔４６４を有する。分割プレート２２２の孔４６４は、取付けヘッド２２４の孔５６４と整合して、流体がセンサアセンブリ１９０を通って流れることを促進する。孔５２６、５６４は、取付けヘッド２２４を貫通して延びることができる。取付けヘッド２２４および分割プレート２２２は、裏側ガスがセンサアセンブリ１９０を通って流れるようにするための、周辺に沿った４つ以上などの孔５２６、５６４、４６４と共に、精密機械加工することができる。あるいは、複数の孔５２６は、３Ｄ印刷などの付加的な製造プロセス中に、取付けヘッド２２４および分割プレート２２２の中に形成することができる。孔５２６、５６４、４６４の数は、孔を通って流れる流体のコンダクタンスを調整するために、約１個から約１００個以上の範囲としてよい。あるいは、センサハウジング２２０は、センサ２８０が裏側ガス送出孔１９８または他の貫通孔の中に取り付けられる場合に、裏側ガス流をさらに改善するために多孔性セラミックなどの多孔性材料から形成されてよい。

図４Ａおよび図４Ｂを簡単に参照すると、取付けヘッド２２４は本体４０１を有する。本体４０１は環形とすることができる。本体４０１は側面開口４３０を有してもよい。本体４１０は中心開口４５０を有する。一実施形態では、本体４０１は六角形環であり、側面開口４３０を形成するために六角形の一面を欠いている。別の実施形態では、本体４０１は円環形を有することができ、側面開口４３０を効果的に形成するために本体４０１の一部分を欠いている。
中心開口４５０は内周部４０２を有することができる。中心開口４５０は、内周部４０２から中心開口４５０の中へ延びる内側張出部４２０を有することができる。内側張出部４２０は内周部４３２を有することができる。中心開口４５０の内周部４０２は、センサ２８０を通せるように寸法設定される。内側張出部４２０の内周部４３２は、中心開口４５０の内周部４０２よりも小さい。内側張出部４２０の内周部４３２はまた、センサ２８０を内側張出部４２０によって支持できるように、センサ２８０の幅よりも小さい。こうして、取付けヘッド２２４内のセンサ２８０の位置は、裏側ガス送出孔１９８の中にセンサ２８０が精密に配置されるように構成することができる。

取付けヘッド２２４の本体４０１は複数の孔４６４を有する。孔４６４は、上面４０９から底面４０８まで延びる。一実施形態では、取付けヘッド２２４は４つの孔４６４を有する。別の実施形態では、取付けヘッドは６つ以上の孔４６４を有する。孔４６４は、センサアセンブリ１９０が裏側ガス送出孔１９８の中に取り付けられたときに流体が取付けヘッド２２４の本体４０１を通り越して流れることができるように構成される。有利なことに、センサアセンブリ１９０は、従来の静電チャック内の既存の流体送出孔の内側に取り付けることができ、したがって、既存の静電チャックの改良を可能にすることができ、センサアセンブリ１９０を収容する孔の中を通る流体の流れにセンサアセンブリ１９０が干渉することがない。

取付けヘッド２２４の本体４０１はさらに、１つまたは複数のピン４７４を有する。ピン４７４は、上面４０９から底面４０８を通り越えて延びる。一実施形態では、取付けヘッド２２４は、分割プレート２２２の取付けヘッド２２４と整合し、これを設置するための３つのピン４７４を有する。
図５を簡単に参照すると、分割プレート２２２は複数の受け孔５７４を有する。分割プレート２２２の受け孔５７４は、取付けヘッド２２４からのピン４７４を受け入れる。したがって、分割プレート２２２は、あらかじめ定められたように取付けヘッド２２４と整合することができる。

分割プレート２２２は本体５０１を有する。本体５０１は、底面５０７および上面５０８を有することができる。本体５０１は環形とすることができ、また底面５０７から上面５０８まで延びる内部開口５７５を有することができる。複数のフィン５７０が上面５０８の上方に延びることができる。フィン５７０は、分割プレート２２２と取付けヘッド２２４の間の接合部に安定性をもたらす。加えて、フィン５７０は、取付けヘッド２２４のピン４７４を分割プレート２２２の受け孔５７４に整合させる助けとなり得る。
本体５０１は、本体５０１を貫通して延びる複数の通路５６０、すなわち孔５２６、５６４を有することができる。通路５６０は、取付けヘッド２２４の孔４６４と整合することができる。したがって、通路５６０と孔４６４の組合せにより、流体がセンサハウジング２２０を越えて、すなわちセンサアセンブリ１９０を通り抜けて流れるための連続導管が得られる。一例では、流体が分割プレート２２２の底面５０７の内部開口５７５に入る。この流体は、分割プレート２２２を通り抜けて上方に、上面５０８に向かって移動する。流体は、分割プレート２２２内に形成された通路５６０に入り、取付けヘッド２２４の孔４６４の中に導かれ通過する。流体は、取付けヘッド４２４の上面４０９で孔４６４を出てから、パック１５０の加工品支持面１７２まで裏側ガス送出孔１９８を上昇し続ける。すなわち、通路５６０と孔４６４が一緒の組合せは、流体がセンサアセンブリ１９０を通過できるようにする。

分割プレート２２２の本体５０１は、裏側ガス通路２１８を流れる流体に干渉することなく裏側ガス通路２１８の移行導管２１０に整合するように構成される。本体５０１は、底面５０７において内径５４４を有する。内径５４４は、上方の上面５０８に向かって広がる。内径５４４は、傾斜内面５３０に対し角度５３２で推移する。傾斜内面５３０は、内径５４４から角度５３２で上面５０８に向かって外向きに広がることができる。角度５３２および傾斜内面５３０は、流体のコンダクタンス、圧力または速度などの流体流の特性をもたらすように構成することができる。

本体５０１はさらに、外面５７７に面取り部５５０を有することができる。面取り部５５０は、分割プレート２２２と移行導管２１０の間にプレスフィットを形成するように角度を付けることができる。面取り部５５０は、上面５０８から規定の距離５５２とすることができる。距離５５２は、必要に応じて任意の大きさにすることができる。たとえば、距離５５２は、面取り部５５０と上面５０８の間の長いまたは短いある距離５５２で本体５０１を形成することによって寸法設定することができる。あるいは、本体５０１は、第１の部分が上面５０８を含み第２の部分が面取り部５５０を含む、２つの部分で形成することができる。これらの部分は、段と踊り場の組合せを使用して、または距離５５２を修正できる別の適切な方法を使用して、各部分を一緒にねじ留めするなどの方法で一緒に結合することができる。有利には、図２に示されるセンサヘッド２８２は、加工品支持面１７２の上方に向けてまたはそこから下方に、加工品支持面１７２の最上部より概ね５ｍｍ未満から約３０ｍｍまで精密に調整することができる。センサヘッド２８２の加工品支持面１７２までの距離の調整は、異なる厚さの分割プレート２２２を使用することによって、または面取り部５５０の上面５０８からの距離５５２を変えることによって修正することができる。

図６は、加工品１０１が上に配置されている静電チャック１２２の部分断面図である。図６は、パック１５０と、裏側ガス送出孔１９８に近接している静電チャック１２２のメサ１６８とを示す。メサ１６８は、交差する１つまたは複数の凹部１６４の間に配置されている。メサ１６８は、加工品１０１を支持するためにパック１５０から上に延びる、様々なサイズの正方形もしくは長方形ブロック、円錐、くさび、ピラミッド、柱、円筒形隆起、もしくは他の突起、またはこれらの組合せを含むことができる。加工品１０１は、上で論じたように、クランプ力Ｆｃで静電チャック１２２に固定することができる。

隣り合うメサ１６８は、各中心の間隔を距離６６０とすることができる。一実施形態では、距離６６０は約０．３インチから約０．５インチの範囲とすることができる。隣り合うメサ１６８はそれぞれ、約５０マイクロメートルから約７００マイクロメートルの高さを有することができる。隣り合うメサ１６８はそれぞれ、約５００マイクロメートルから約５０００マイクロメートルの範囲の幅を有することができる。凹部１６４は、約２ミリメートルから約１０ミリメートルの幅を有することができる。メサ１６８および凹部１６４は、静電チャック１２２が加工品１０１を支持することを、加工品１０１の熱管理も行いながら可能にする。

メサ１６８は、加工品１０１を支持する上面６４２を有する。上面６４２は一般に、静電チャック１２２からのクランプ力Ｆｃがかかっていないときに加工品１０１が載っている基準面６２０を規定する。一実施形態では、基準面６２０はある場所となる。基準面６２０は、加工品１０１の撓みをセンサ２８０によってそこから測定できる参照点として機能することができる。
加工品１０１は、クランプ力Ｆｃがかかると静電チャック１２２に固定され得る。クランプ力Ｆｃは、加工品１０１をメサ１６８に向けて引き寄せ、メサ１６８との接触と相俟って、加工品１０１が静電チャック１２２に対して動かないようにする。クランプ力Ｆｃは、静電チャック１２２の加工品支持面１７２の全体にわたって同じではなく、実質的に類似もしていないことさえあり得る。クランプ力Ｆｃのばらつきは、特に、材料の堆積によるパック１５０の変化、洗浄およびエッチングによる腐食、ならびに摩耗に原因があると考えられる。加えて、クランプ力Ｆｃは、区域に分けられた静電チャック構成などにおいて、加工品支持面１７２の全体にわたって意図的に差異化することもできる。

センサ２８０は、基準面６２０に対する加工品１０１の撓みを測定する。クランプ力Ｆ_cを制御するために、クランプ電圧が静電チャック内の電極１３４に印加される。クランプ電圧は、センサ２８０によって測定された加工品１０１の撓みに応じて変えることができる。クランプ力Ｆｃをかけると、加工品１０１は、凹部１６４の幾何学的平面６１０と整合することができる。許容可能な撓みを表す範囲と測定された撓みとを比較することができ、クランプ電圧は、測定された撓みが所定の範囲に入るまで調整することができる。たとえば、許容可能な撓みの所定の範囲は、３０マイクロメートルから約７０マイクロメートルの間とすることができる。測定された撓みが約７０マイクロメートルよりも大きい場合、クランプ電圧は、撓みが３０マイクロメートルから約７０マイクロメートルの間にあることをセンサがリアルタイムで決定するまで、低減させることができる。撓みは、２つ以上の位置に配置されたセンサアセンブリ１９０を用いて測定することができ、それによってクランプ電圧の精密な調整が可能になる。

センサ２８０は、加工品１０１の撓みの変化を短い時間間隔で測定することができる。制御システム１９４は、センサ２８０からの撓みのリアルタイム測定値を使用して加工品１０１の振動を検出することができ得る。制御システム１９４は、センサ２８０からの撓みデータをクランプ電圧のどんな変化とも同じ時間間隔で比較することができる。静クランプ電圧の場合、撓み測定値の許容範囲外の変動は、加工品１０１の動き、すなわち振動を示していることがある。制御システム１９４が、基板が動いていると決定すると、制御システム１９４はクランプ電圧を調整すると共に、撓みの変化をセンサ２８０によって監視することができる。多数のセンサ２８０が加工品１０１の撓みを監視し、静電チャック１２２に多数のクランプゾーンが備えられる実施形態では、制御システム１９４は、別々のクランプゾーンに設置された個々のセンサ２８０からのデータを使用して、その特定のクランプゾーンにおけるクランプを制御することができる。有利なことに、制御システム１９４は、加工品１０１の膜応力を最小限にすることができる。

静電チャック１２２は、多数のクランプゾーンを備えることができ、センサ２８０を有する多数のセンサアセンブリ１９０を使用して各クランプゾーンを監視することができる。図７Ａ〜７Ｄは、静電チャック１２２などの基板支持体の上面図であり、センサアセンブリ１９０の様々な位置を示す。センサアセンブリ１９０は、静電チャック１２２に設けられた既存の孔の中に設置することができる。たとえば、センサアセンブリ１９０は、裏側ガス送出孔１９８の中に設置することができる。センサアセンブリ１９０はさらに、リフトピン１０９の空洞に設置することもできる。あるいは、センサアセンブリ１９０を中に設置するのに適している孔が、静電チャック１２２の製造中または製造後に、静電チャック１２２内に形成されてもよい。センサアセンブリ１９０の位置は、静電チャック１２２のパック１５０の既存の構成に基づいて決定することができる。

図７Ａは、裏側ガス送出孔１９８およびリフトピン孔７０９を有するパック１５０の加工品支持面１７２の中心にセンサアセンブリ１９０が設置されている一実施形態を示す。センサアセンブリ１９０は、静電チャックの中心の裏側ガス送出孔１９８内に設置することができる。あるいは、静電チャック１２２の中心に位置する別の適切な孔がセンサアセンブリ１９０を設置するのに利用されてもよい。有利なことに、このセンサアセンブリ１９０の配置により、加工品１０１についての過度のチャッキングの防止および振動検出のためのデータが得られる。このデータを利用して膜応力を減らし、加工品１０１の欠陥を最小限にすることができる。加えて、センサアセンブリ１９０をパック１５０に形成された既存の孔の中に設置することは費用がかからず、既存の静電チャックの改良を可能にする。

図７Ｂは、裏側ガス送出孔１９８およびリフトピン孔７０９を有するパック１５０の加工品支持面１７２に沿って２つ以上のセンサアセンブリ7９１が遠心に設置されている第２の実施形態を示す。３つのセンサアセンブリ７９１がリフトピン孔７０９の中に設置されている。センサアセンブリ７９１はリフトピン（図１の要素１０９）の内側にあってよい。あるいは、センサアセンブリ７９１はリフトピンを囲むことができる。さらに別の代替形態では、センサアセンブリを中に入れるのに適切な孔をパック１５０内に形成することができる。いくつかの実施形態では、２つ以上のセンサアセンブリ７９１は、図１に示された中心センサアセンブリ１９０をさらに含むことができる。有利なことに、遠心に設置されたこの３つのセンサアセンブリ７９１の配置により、加工品全体にわたって、加工品１０１に作用するクランプ力をよりよく制御するための撓みデータが得られる。加えて、遠心に設置されたこのセンサアセンブリ７９１の配置は、静電チャック１２２の未修整パック１５０に設けることができ、したがって、静電チャック１２２の改良が可能であり、実施コストがほんのわずかである。

図７Ｃは、裏側ガス送出孔１９８およびリフトピン孔７０９を有するパック１５０の加工品支持面１７２に沿って多数のセンサアセンブリ７１１、７１２、７１３、７１４が遠心に設置されている第３の実施形態を示す。４つのセンサアセンブリ７１１、７１２、７１３、７１４が適切な孔の中に設置されている。これら適切な孔とは、裏側ガス孔、リフトピン孔、またはパック１５０に形成された他の孔であってよい。センサアセンブリ７１１、７１２、７１３、７１４は、チャッキング力のばらつき、または加工品の振動をパック１５０上の４つの四分円にわたって検出することができる。いくつかの実施形態では、多数のセンサアセンブリ７１１、７１２、７１３、７１４は、図１に示された中心センサアセンブリ１９０をさらに含むことができる。有利なことに、このセンサアセンブリ７１１、７１２、７１３、７１４の配置により、加工品１０１に作用するクランプ力を精密に制御するための、加工品１０１の４つの四分円についての測定値が得られる。したがって、各四分円内のクランプ力Ｆｃはリアルタイムで監視および調整することができ、それによって、過度のクランピングを防止すること、および加工品１０１の振動を容易に検出することが可能になり得る。

図７Ｄは、裏側ガス送出孔１９８およびリフトピン孔７０９を有するパック１５０の加工品支持面１７２の全体にわたって多数のセンサアセンブリ７２１〜７２８、１９０が設置されている第４の実施形態を示す。センサアセンブリ７２１〜７２８、１９０は、同心の列に、および／またはチャック電極の配置に対応するパック１５０の領域に、置くことができる。たとえば、静電チャック１２２は、同心に配置された複数の個別チャック電極を有することができる。センサアセンブリ７２１〜７２８は、内環群７３０および外環群７４０として配置することができる。センサアセンブリ７２１〜７２８は、チャッキング力の小さいばらつき、または加工品の振動をパック１５０のチャック電極に沿って検出することができる。いくつかの実施形態では、多数のセンサアセンブリ７２１〜７２８は、図７Ａに示された中心センサアセンブリ１９０、および／または図７Ｂに示されたセンサアセンブリ７９０〜７９３をさらに含むことができる。有利なことに、このセンサアセンブリ７２１〜７２８の配置により、過度のチャッキングからの保護の強化のための、加工品１０１の全体についての個別撓み測定値を得ることができる。

有利なことに、本明細書に記載のセンサアセンブリは、静電チャック上に配置された加工品の過度のチャッキングを防止する助けになる。過度のチャッキングを防止することはまた、製造中に膜応力を低減させる助けにもなる。１つまたは複数のセンサアセンブリの配置を用いて、異なるゾーンにおけるアンバランスなチャッキング力を防止することができ、加工品振動に対処することが可能である。上述の実施形態は、静電チャック上の加工品の過度のチャッキングを測定するための容易かつ費用対効果の高い解決策を提供する。静電チャックを修正なしで使用することは、より広範囲のチャック製造ばらつきに対応するためのより一定で予測可能なクランプ力を与えながら、既存のプロセス機器が１つまたは複数のセンサアセンブリを組み込んで高い費用対効果で改良されることを可能にする。

本明細書に論述されていない多くの修正および他の実施形態が、上記の説明および添付の図面において提示された教示の利益を受けてその実施形態に関係する当業者には想起されよう。したがって、本明細書および特許請求の範囲が、開示された特定の実施形態に限定されないこと、ならびに修正および他の実施形態が添付の特許請求の範囲内に含まれるものであることを理解されたい。諸実施形態は、その実施形態の修正形態および変形形態を、これらが添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲に入るのであれば、包含するものである。特定の用語が本明細書に使用されているが、これらは一般的および説明的な意味で使用されているにすぎず、限定を目的とするものではない。

上記は本開示の諸実施形態を対象としているが、本発明のその他のさらなる実施形態を本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、その範囲は添付の特許請求の範囲によって決まる。

Claims (15)

1. 加工品支持面、および
   前記加工品支持面を貫通して形成されたガス孔
   を含むパックと、
   前記ガス孔内に配置されている、かつ前記加工品支持面に配置された加工品の撓みを示すメトリックを検出するように構成されているセンサアセンブリであって、前記ガス孔内に位置するときに、ガスが前記センサアセンブリを通り越して流れることができるように構成される、センサアセンブリと
   を備える、基板支持体。
2. 前記センサアセンブリが、
   多孔性センサハウジングと、
   前記センサハウジング内に配置されたセンサと
   を含む、請求項１に記載の基板支持体。
3. 前記センサが、
   前記加工品支持面に対する垂線から±３度以内に位置合わせされたセンサヘッド
   を含む、請求項２に記載の基板支持体。
4. 前記センサハウジングが、
   ガスが前記センサアセンブリを通り抜けて流れることができるように構成された約１個から約１００個以上の孔
   を含む、請求項２に記載の基板支持体。
5. 前記センサハウジングが、
   前記センサのまわりに配置された取付けヘッドと、
   前記取付けヘッドの下に配置された、かつ前記センサヘッドを前記加工品支持面の下に位置付けるように構成された分割プレートと
   を含む、請求項２に記載の基板支持体。
6. 前記取付けヘッドが、
   前記取付けヘッドの孔を前記分割プレートの孔に整合させる配向の前記分割プレート内で、前記取付けヘッドと整合しこれを設置するピン
   を含む、請求項５に記載の基板支持体。
7. 前記センサアセンブリが前記加工品支持面の上部から概ね約３０ｍｍ未満にある、請求項１に記載の基板支持体。
8. 前記センサアセンブリが前記加工品支持面の上部から概ね約５ｍｍ未満にある、請求項７に記載の基板支持体。
9. 前記加工品支持面がさらに、
   １つまたは複数のメサ、溝、チャネルまたは他の幾何形状
   を含む、請求項１に記載の基板支持体。
10. 前記センサアセンブリが前記メサの上部から約１００ｍｍ未満にある、請求項９に記載の基板支持体。
11. 前記センサアセンブリが前記メサの上部から概ね約５ｍｍ未満にある、請求項１０に記載の基板支持体。
12. 前記センサアセンブリが、
    光ファイバベースのセンサ
    を含む、請求項１に記載の基板支持体。
13. 前記光ファイバベースのセンサがファブリペローセンサである、請求項１２に記載の基板支持体。
14. チャンバ内部容積を囲むチャンバ本体と、
    前記チャンバ内部容積内に配置された基板支持体であって、
    加工品支持面、
    前記加工品支持面を貫通して形成されたガス孔、および
    前記加工品支持面を貫通して形成されたリフトピン孔
    を含むパックと、
    前記リフトピン孔内に配置されたリフトピンであって、空洞を含む細長い本体を有する、リフトピンと、
    前記ガス孔または前記リフトピンの前記空洞の中に配置されたセンサアセンブリであって、前記加工品支持面に配置された加工品の撓みを示すメトリックを検出するように構成され、前記ガス孔内に位置するときに、ガスが前記センサアセンブリを通り越して流れることができるように構成される、センサアセンブリと
    を備える、基板支持体と
    を備える、処理チャンバ。
15. 基板を真空処理チャンバ内の基板支持体から持ち上げるのに適しているリフトピンであって、
    空洞を有する細長い本体と、
    前記細長い本体の前記空洞内に配置されたセンサアセンブリであって、前記加工品支持面に配置された加工品を示すメトリックを検出するように構成される、センサアセンブリと
    を備える、リフトピン。

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