JP2019511111A - 回転式ウェーハ支持組立体のための温度感知システム - Google Patents

Abstract

半導体加工装置が、ウェーハ支持組立体と、ウェーハ支持組立体に組み込まれたウェーハ支持組立体の温度を測定するための温度センサと、温度センサによって得られた温度測定値に関係する信号を外部制御モジュールへ無線送信する信号送信デバイスと、を含んでいる。【選択図】図１

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２０１６年２月８日出願の米国仮特許出願第６２／２９２，６１４号の恩典を主張する。上記出願の開示をここに参考文献としてそっくりそのまま援用する。

本開示は、半導体加工装置に関し、より厳密には半導体加工装置のための温度感知システムに関する。

この項の記述は本開示に関係のある背景情報を提供しているにすぎず先行技術を構成しているわけではない。

半導体加工は、処理チャンバ内のウェーハになされる様々なプロセス段階を伴う。加工段階の幾つかでは、例えば３００℃−１１００℃の範囲の高温で加工されるウェーハを加熱するのにヒーターが使用されている。ウェーハは加熱されるウェーハ支持部上に設置されることによって熱せられる。ウェーハ支持部を加熱するために、ヒーターはウェーハ支持部の一体部分として形成されていることもあればウェーハ支持部の下に配置されていることもある。薄膜堆積プロセスの様な一部のプロセスでは、加熱されるウェーハ支持部を回転させる必要がある。したがって、ヒーターは、ウェーハ支持部と共に回転可能であるように構成されていることもあれば、ウェーハ支持部が回転するときも静止したままであるように構成されていることもある。

ヒーターがウェーハ支持部の下に設けられている場合、回転するウェーハ支持部上に配置されたウェーハの温度を制御するのは困難である。第１に、温度はヒーターから回転するウェーハ支持部へ、主として処理チャンバの真空／低圧力環境での放射によって、伝えられる。ヒーターからの熱の大部分は周囲環境中に失われる。したがって、ウェーハに所望の温度変化を実現させるのにヒーターからどれくらいの熱が必要となるのかを推定するのは難しい。第２に、ウェーハ支持部の回転運動によって直接的な温度感知が困難になる。ウェーハがウェーハ支持部と共に回転しているときにウェーハの表面温度を１箇所乃至数箇所で測定するには、パイロメーターの様な光学的感知／非接触デバイスが使用されるのが典型的である。遠隔温度感知は、典型的には、ウェーハ全域に亘っての所望される温度測定を提供しない。

本開示のある形態では、半導体加工装置が、ウェーハ支持組立体と、ウェーハ支持組立体に組み込まれ、ウェーハ支持組立体の温度を測定するための温度センサと、温度センサによって得られた温度測定値に関する信号を外部制御モジュールへ無線送信する信号送信デバイスと、を含んでいる。

別の形態では、温度感知システムが、温度情報を得るための温度センサと、温度センサによって得られた温度情報を制御モジュールへ無線送信するためのＷｉＦｉ接続モジュールと、を含んでいる。

更に別の形態では、半導体加工システムが、処理チャンバと、ウェーハ支持組立体と、ヒーターと、ヒーターを制御するためのヒーター制御モジュールと、温度センサと、ＷｉＦｉ接続モジュールと、を含んでいる。ウェーハ支持組立体は、処理チャンバ内部に配置されているウェーハ支持部と、ウェーハ支持部へ接続されていて処理チャンバの壁を貫いて延びているシャフトと、を含んでいる。ヒーターはウェーハ支持部を加熱する。温度センサはウェーハ支持部に組み込まれている。ＷｉＦｉ接続モジュールは、温度センサによって得られた温度測定値に関する信号をヒーター制御モジュールへ無線送信するために温度センサへ電気的に接続されている。

ここに提供されている説明から、適用可能性のある更なる分野が明らかになるであろう。説明及び具体例は例示を目的としており本開示の範囲を限定しようとするものではないことを理解されたい。

本開示が十分に理解されるようにするため、これより添付図面を参照しながら一例として与えられているその様々な形態を説明してゆく。

本開示の教示により構築された温度感知システムを組み入れている半導体加工装置の断面図である。 本開示の教示により構築された温度感知システムのブロック線図である。

ここに説明されている図面は例示のみが目的であり本開示の範囲を如何様にも限定する意図はない。

次に続く説明は、本質的に例示にすぎず、本開示、適用、又は使用を限定しようとするものではない。

図１を参照すると、本願の開示による半導体加工装置が全体として符号１０で示されている。半導体加工装置１０は、ウェーハ支持組立体１２と、ウェーハ支持組立体１２に組み込まれた温度感知システム１４と、を含んでいる。ウェーハ支持組立体１２は、半導体処理チャンバ１８内に配置されているウェーハ支持部１６と、ウェーハ支持部１６へ接続されていて半導体処理チャンバ１８の壁２２を貫いて延びているシャフト２０と、を含んでいる。ウェーハ支持部１６は、サセプター、静電チャック、又は加工されるウェーハを載せて支持することのできる何らかの支持手段とすることができる。シャフト２０は半導体処理チャンバ１８の外の外部回転手段（図示せず）へ接続されている。外部回転手段はウェーハ支持組立体１２を駆動して半導体処理チャンバ１８内で回転させる。

半導体加工装置１０は、更に、ウェーハ支持部１６とその上に配置されているウェーハ（図示せず）を加熱するためにウェーハ支持部１６の下に配置されているヒーター２４を含んでいる。ヒーター２４は、処理チャンバ１８の外に設けられたヒーター制御システム２５によって制御される。ヒーター２４は管状ヒーターであってもよい。

温度感知システム１４は、ウェーハ支持部１６に組み込まれた複数の温度センサ２６を含んでおり、温度センサ２６に複数のワイヤ２９を介して感知制御ユニット２８が接続されている。感知制御ユニット２８は、誘導性電源充電モジュール３０と、ＤＣ電源３２と、インタラクティブＷｉＦｉ接続モジュール３４と、オペレーティングシステム電子モジュール３６と、アクセス電子モジュール３８と、走査感知電子入力モジュール４０と、を含んでいる。感知制御ユニット２８の様々なモジュールの中で、誘導性電源充電モジュール３０だけはシャフト２０の外に配置されていて静止しているのに対し、残りのモジュール３２、３４、３６、３８、４０は、シャフト２０の内部の処理チャンバ１８の外になる部分に配置されている。

ある形態では、感知電子入力モジュール４０は温度センサ２６からの低い電圧又は電流の入力を受容する。感知電子入力モジュール４０の入力型式、冷接点補償、スケール、範囲、エラー報告、線形化、及び較正オフセット調節は、入力チャネル毎に独立している。ある形態では、各感知電子入力モジュール４０は、１６入力までを受容でき、条件付けられ且つバッファされた値をバックプレーンバス上の他のモジュールに対し１０Ｈｚのアップデートレートで利用可能にすることができる。本開示の範囲内に留まる限り、任意の数の入力及び異なるアップデートレートが提供されてもよいものと理解されたい。

オペレーティングシステム電子モジュール３６は、ＰＬＣ（プログラマブル論理制御装置）システムで典型的に使用される一選択肢であるが、その一般的な形態で分散型プロセッサシステムに使用されるのは通例ではない。実行される典型的な機能には、他にもあるが中でも特に、データの補足及び分配のスケジューリング、数学処理、エラー及び例外の取り扱い、ＨＭＩ（ヒューマン・マシン・インターフェース）の駆動、スタートアップ及びシャットダウンの管理、ローカル−リモートアクセス管理、ローカルデータロギング、及び、多重通信ポートアクセスを含めることができる。

アクセス電子モジュール３８は、ある形態では、ローカルのバックプレーンデータバスと、制御及びデータ補足のためにホストコンピュータシステムと双方向に通信している外部「フィールドバス」と、の間に（物理的にではなく論理的に）位置する２ポート通信トランスレータである。フィールドバスオプションの幾つかの例を挙げるなら、Ｍｏｄｂｕｓシリアル、Ｍｏｄｂｕｓ ＴＣＰ（ＥｔｈｅｒＮＥＴ）、ＥｔｈｅｒＣＡＴ、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、又はＰｒｏｆｉｂｕｓということになるだろう。加えて、アクセス電子モジュール３８は、バックプレーンバス上の他の全てのモジュールについて構成ファイルのコピーを、交換用モジュールの迅速で正確なソフトウェア構成のために使用されるよう保持することができる。

ＤＣ電源３２は、シャフト２０内に組み込まれたインタラクティブＷｉＦｉ接続モジュール３４、オペレーティングシステム電子モジュール３６、アクセス電子モジュール３８、及び走査感知電子入力モジュール４０へ電力を供給するためにシャフト２０の中へ組み込まれている。誘導性電源充電モジュール３０はＤＣ電源３２を誘導によって充電する。

更に別の形態では、冷却デバイス又はループ３９がシャフト２０の周りに配置されている。冷却デバイス３９は、シャフト２０と分離していてもよいしシャフト２０内に組み込まれていてもよく、冷却流体を提供されているスリーブを含め幾つもの数の形態をとることができる。

図２を参照して、誘導性電源充電モジュール３０は送信器４２を含むことができる。ＤＣ電源３２は受信器４４とバッテリ４６を含むことができる。一例として、送信器４２と受信器４４はそれぞれ第１コイルと第２コイルの形態をしていてもよい。誘導性電源充電モジュール３０はＤＣ電源３２に近接して配置されている。誘導性電源充電モジュール３０は定常的又は周期的に第１コイルをアクティブにし、すると第１コイルが磁場を発生させてＤＣ電源３２内の第２コイルに電流を誘導し、バッテリ４６が充電されることになる。結果として、ＤＣ電源３２のバッテリ４６は定常的又は周期的に充電されてウェーハ支持組立体１２に組み込まれた様々なモジュール３４、３６、３８、及び４０へ電力を供給することができる。代わりに、ＤＣ電源３２のバッテリ４６の電力を監視して、バッテリ４６の電力が閾値まで下がったら誘導性電源充電モジュール３０が送信器４２をアクティブにしてバッテリ４６を充電させる、というようになっていてもよい。

温度センサ２６は、熱電対の様な技術的に既知である如何なる形態をしていてもよく、ウェーハ支持部１６の温度を直接的に測定するためにウェーハ支持部１６に組み込まれている。したがって、ウェーハ支持部１６上に配置されたウェーハの温度をより高い精度で測定することができる。温度センサ２６は、ウェーハの温度を求める信号処理のために、走査感知電子入力モジュール４０へ信号を送信することができる。アクセス電子モジュール３６は、信号を送信する温度センサの場所を確定する。オペレーティングシステム電子モジュール３８は、温度に関係する信号及び温度センサの場所に関係する信号を無線パケットへ変換する。インタラクティブＷｉＦｉ接続モジュール３４は、受信器２２を含んでいるヒーター制御モジュール２６に無線パケットを送信して温度測定情報を含む無線パケットを受信させる。するとヒーター制御モジュール２６は、ヒーター２４の熱出力を、温度測定情報及びウェーハ側の所望温度プロファイルに基づいて制御し調節する。

本願の温度感知システム１４では、温度センサ２６を回転するウェーハ支持組立体に組み込み、且つ温度測定情報を外部のヒーター制御モジュール２６へ無線送信することによって、直接的な温度感知が可能となっている。したがって、温度感知システム１４は、ウェーハの温度をより高い精度で測定することができる。温度測定信号を外部制御モジュール２６へ送信するのに配線は使用されない。

開示は、実施例として説明され描かれている形態に限定されないことを指摘しておきたい。多種多様な修正形を説明してきたが、更に多くの修正形が当業者の知識の一部である。これら及び更なる修正形並びに技術的等価物による何らかの置き換えは、開示及び本特許の保護の範囲を離脱することなく説明及び図に付加され得る。

１０ 半導体加工装置
１２ ウェーハ支持組立体
１４ 温度感知システム
１６ ウェーハ支持部
１８ 半導体処理チャンバ
２０ シャフト
２２ 壁
２４ ヒーター
２５ ヒーター制御モジュール
２６ 温度センサ
２８ 感知制御ユニット
２９ ワイヤ
３０ 誘導性電源充電モジュール
３２ ＤＣ電源
３４ インタラクティブＷｉＦｉ接続モジュール
３６ オペレーティングシステム電子モジュール
３８ アクセス電子モジュール
３９ 冷却デバイス
４０ 走査感知電子入力モジュール
４２ 送信器
４４ 受信器
４６ バッテリ

Claims (14)

1. ウェーハ支持組立体と、
   前記ウェーハ支持組立体に組み込まれ、前記ウェーハ支持組立体の温度を測定するための温度センサと、
   前記温度センサによって得られた温度測定値に関する信号を外部制御モジュールへ無線送信する信号送信デバイスと、
   を備えている半導体加工装置。
2. 前記信号送信デバイスが、前記ウェーハ支持組立体に組み込まれている、請求項１に記載の半導体加工装置。
3. 前記信号送信デバイスが、インタラクティブＷｉＦｉ接続モジュールを含んでいる、請求項１に記載の半導体加工装置。
4. 前記ウェーハ支持組立体に組み込まれたＤＣ電源と、前記ウェーハ支持組立体の外に配置されている誘導性電源充電モジュールと、を更に備えている、請求項１に記載の半導体加工ユニット。
5. 前記誘導性電源充電モジュールが第１コイルを含み、前記ＤＣ電源が第２コイルを含み、前記第１コイルが磁場を生成して前記第２コイルに電流を誘導するようにされた、請求項４に記載の半導体加工ユニット。
6. 前記ウェーハ支持組立体に組み込まれた感知電子入力モジュールを更に備えている、請求項１に記載の半導体加工ユニット。
7. 前記ウェーハ支持組立体は、ウェーハ支持部と、前記ウェーハ支持部へ接続されているシャフトと、を含んでおり、前記温度センサは前記ウェーハ支持部に配置され、前記信号送信デバイスは前記シャフト内に配置されている、請求項１に記載の半導体加工ユニット。
8. 前記ウェーハ支持組立体の前記ウェーハ支持部の下に配置されているヒーターを更に備えている、請求項７に記載の半導体加工装置。
9. 前記ウェーハ支持組立体は回転可能である、請求項７に記載の半導体加工装置。
10. 前記外部制御モジュールが、ヒーターを前記温度測定値に基づいて制御するヒーター制御モジュールである、請求項１に記載の半導体加工装置。
11. 走査感知電子入力モジュールとアクセス電子モジュールとオペレーティングシステム電子モジュールのうちの少なくとも１つを更に備えている、請求項１に記載の半導体加工装置。
12. 処理チャンバと、上記請求項１に記載の半導体加工装置と、を備えている半導体加工システム。
13. 前記ウェーハ支持組立体が、前記処理チャンバ内部に配置されているウェーハ支持部と、前記ウェーハ支持部へ接続されていて前記処理チャンバの壁を貫いて延びているシャフトと、を含んでいる、請求項１に記載の半導体加工システム。
14. 前記シャフトの周りに配置されている冷却デバイスを更に備えている、請求項１３に記載の半導体加工システム。