JP2023517095A - トラックシステムに統合するための長波赤外線熱センサ - Google Patents

Abstract

基板、基板処理および／または基板処理モジュール部材の熱特性を監視するためのシステムおよび方法の様々な実施形態が本明細書に開示される。より具体的には、本開示は、基板処理システムの様々な基板処理モジュール（例えば、液体分配モジュール、焼成モジュールもしくは複合焼成モジュール、インターフェースブロック、ウエハ検査システム（ＷＩＳ）モジュール、めっき分配モジュールまたは別の処理モジュール）内の熱画像センサの様々な実施形態を提供する。熱画像センサを基板処理システム内の様々な場所に配置することにより、本開示は、基板表面、基板表面上に分配された液体、基板を取り囲む処理空間または基板処理モジュール内に含まれる部材（例えば、液体分配ノズル、スピンチャック、スピンコートカップ、冷却アーム、ＷＩＳ部材、加熱部材など）から熱データが遠隔で収集されることを可能にする。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年３月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／９８７，７８２号明細書に対する優先権およびその出願日の利益を主張するものであり、その出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、基板の処理に関する。特に、本開示は、基板、基板処理および／または基板処理モジュール部材の熱特性を監視するためのシステムおよび方法の様々な実施形態を提供する。一実施形態では、本明細書に開示されるシステムおよび方法は、半導体基板を処理するときに利用され得る。

従来の基板処理システムは、コーティング、露光、現像および焼成ステップを含むフォトリソグラフィ処理を利用する。これらのステップで利用される材料および処理は、全て基板上の膜厚、限界寸法目標、ライン粗さ、均一性等に影響を与え得る。基板処理における形状が縮小し続けるにつれて、基板上に構造を形成することに対する技術的課題が増大する。

基板処理システムには、多くの処理およびステップが存在し、基板のリアルタイム温度監視、基板（一例ではウエハ）上に分配されている化学物質の温度または基板上で発生する化学反応の影響から恩恵を受けることができる。従来の基板処理システムでは、熱監視は、歴史的に、例えば熱電対などの接触プローブを利用してきた。残念ながら、接触ベースの熱監視プローブは、基板処理システム内で使用され得る熱監視の範囲を制限する。

赤外線サーモグラフィまたは熱画像は、物体から放出される赤外線放射を監視することによって物体の温度を遠隔で判定するために他の分野（警備、建物の建設／検査など）で利用されている。通常、８～１５ｕｍの波長領域をカバーする熱画像センサは、熱放射のみに基づいて且つ照明を必要とせずに、室温よりわずかにのみ高い温度の物体の完全に受動的な熱画像を取得することができる。したがって、基板、基板処理および基板処理モジュール部材の遠隔の熱監視を提供するために、基板処理システム内に熱画像センサを組み込むことが望ましいであろう。

基板、基板処理および／または基板処理モジュール部材の熱特性を監視するためのシステムおよび方法の様々な実施形態が本明細書に開示される。より具体的には、本開示は、基板処理システムの様々な基板処理モジュール（例えば、液体分配モジュール、焼成モジュールもしくは複合焼成モジュール、インターフェースブロック、ウエハ検査システム（ＷＩＳ）モジュール、めっき分配モジュールまたは別の処理モジュール）内の熱画像センサの様々な実施形態を提供する。熱画像センサを基板処理システム内の様々な場所に配置することにより、本開示は、基板表面、基板表面上に分配された液体、基板を取り囲む処理空間または基板処理モジュール内に含まれる部材（例えば、液体分配ノズル、スピンチャック、スピンコートカップ、冷却アーム、ＷＩＳ部材、加熱部材など）から熱データが遠隔で収集されることを可能にする。

一実施形態によれば、本明細書で提供されるシステムは、一般に、基板を処理するための少なくとも１つの処理モジュールと、基板、基板上に分配された液体または少なくとも１つの処理モジュール内に含まれる部材から熱データを取得するために、少なくとも１つの処理モジュール内に配置された熱画像センサと、熱画像センサから熱データを受信するように結合され、且つ故障検出監視、処理制御、基板評価、機器評価、処理評価または寿命予測のために熱データを処理するように構成された制御器とを含む。

１つの代替的実施形態では、少なくとも１つの処理モジュールが液体分配モジュールであり、熱画像センサが、熱画像センサの視野（ＦＯＶ）が基板および／または１つ以上の周囲の部材を包含するように、液体分配モジュールの天井または天井の近くに配置される、システムが更に記載され得る。

１つの代替的実施形態では、少なくとも１つの処理モジュールが液体分配モジュールであり、熱画像センサが、熱画像センサの視野（ＦＯＶ）がノズルおよび／またはノズルによって分配された液体を包含するように、液体分配モジュール内に含まれるノズルスキャンアームまたは液体分配モジュールの側壁上に取り付けられる、システムが更に記載され得る。

別の代替的実施形態では、少なくとも１つの処理モジュールが、焼成チャンバを含む焼成モジュールであり、熱画像センサが、熱画像センサの視野（ＦＯＶ）が、焼成チャンバから基板を取得し、且つ冷却チャンバに基板を搬送するように構成される冷却アームを包含するように、焼成モジュールの天井または天井の近くに配置される、システムが更に記載され得る。

別の代替的実施形態では、少なくとも１つの処理モジュールがインターフェースブロック（ＩＦＢ）である、システムが更に記載され得る。

別の代替的実施形態では、少なくとも１つの処理モジュールが、検査処理中に基板の画像を取得するためのカメラシステムを含むウエハ検査（ＷＩＳ）モジュールであり、熱画像センサが、熱画像センサの視野（ＦＯＶ）がカメラシステムおよび／または基板を包含するように、ＷＩＳモジュールの天井または側壁上に配置される、システムが更に記載され得る。

別の代替的実施形態では、少なくとも１つの処理モジュールが、基板の上面に対して平面である熱グリッドを含み、熱画像センサが少なくとも１つの処理モジュールの天井に配置され、且つ基板の上方でセンタリングされる、システムが更に記載され得る。

別の代替的実施形態では、少なくとも１つの処理モジュールが、めっき化学物質分配アセンブリおよびヒータを含むめっき分配モジュールを含み、熱画像センサが、熱画像センサの視野（ＦＯＶ）がめっき化学物質分配アセンブリ、ヒータおよび／または基板を包含するように、めっき分配モジュール内に配置される、システムが更に記載され得る。

本発明およびその利点のより詳細な理解は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することによって得ることができ、図面では、同様の参照番号が同様の特徴を示す。しかし、添付の図面は、開示する概念の例示的な実施形態のみを示し、したがって適用範囲を限定するものと見なすべきではなく、開示する概念を他の同等に効果的な実施形態にも適用できることに留意されたい。

液体分配モジュール内に配置された基板の温度、液体分配モジュール内で発生する処理ステップもしくは化学反応または液体分配モジュール内に含まれる部材を監視するために熱画像センサが含まれる、液体分配モジュールの側面図である。 分配アームアセンブリまたは分配アームアセンブリによって分配された液体の温度を監視するために、熱画像センサが分配アームアセンブリ上に取り付けられる、液体分配モジュールの側面図である。 基板を焼成チャンバから冷却チャンバに搬送するために使用される冷却アームの温度を監視するために熱画像センサが含まれる、複合焼成モジュールの側面図である。 焼成チャンバから冷却チャンバに基板を搬送する際に冷却アーム内に保持される熱を示すグラフである。 インターフェースブロック（ＩＦＢ）またはＩＦＢ内に配置された基板の温度を監視するために熱画像センサが含まれる、ＩＦＢおよびリソグラフィツールのブロック図である。 １つ以上のＷＩＳ部材の温度を監視するために熱画像センサが含まれる、ウエハ検査システム（ＷＩＳ）の側面図である。 モジュールの天井に熱画像センサが結合される、基板処理モジュールの側面図である。 基板表面の２次元（２Ｄ）熱グリッド画像を取得するために熱画像センサが配置され得る方法を示す、図７に示される基板処理システムの正面斜視図である。 実質的に平坦な基板表面の２Ｄ熱グリッド画像の上面図である。 平坦ではない基板表面の２Ｄ熱グリッド画像の上面図である。

基板、基板処理および／または基板処理モジュール部材の熱特性を監視するためのシステムおよび方法の様々な実施形態が本明細書に開示される。より具体的には、本開示は、基板処理システムの様々な基板処理モジュール（例えば、液体分配モジュール、焼成モジュールもしくは複合焼成モジュール、インターフェースブロック、ＷＩＳモジュール、めっき分配モジュールまたは別の処理モジュール）内の熱画像センサの様々な実施形態を提供する。熱画像センサを基板処理システム内の様々な場所に配置することにより、本開示は、基板表面、基板表面上に分配された液体、基板を取り囲む処理空間または基板処理モジュール内に含まれる部材（例えば、液体分配ノズル、スピンチャック、スピンコートカップ、冷却アーム、ＷＩＳ部材、加熱部材など）から熱データが遠隔で収集されることを可能にする。

接触ベースの温度（熱電対など）を使用する従来の基板処理システムと異なり、本開示は、基板処理システムの様々な基板処理モジュール（例えば、液体分配モジュール、焼成モジュールもしくは複合焼成モジュール、インターフェースブロック、ＷＩＳモジュール、めっき分配モジュールまたは別の処理モジュール）内の熱画像センサを提供する。熱画像センサを基板処理システム内の様々な場所に配置することにより、本開示は、基板表面、基板表面上に分配された液体、基板を取り囲む処理空間または基板処理モジュール内に含まれる部材（例えば、液体分配ノズル、スピンチャック、スピンコートカップ、冷却アーム、ＷＩＳ部材、加熱部材など）から熱データが遠隔で収集されることを可能にする。

基板は、例示的な一実施形態では、半導体ウエハであり、一般に、シリコンのベース層を含むように形成される。シリコンは、長波赤外線（ＬＷＩＲ）に関連する波長を大きく透過する。加えて、分配された液体および／または様々な基板処理モジュールに導入された添加層は、ＬＷＩＲに関連する波長において吸光性および発光特性を有する。結果として、ＬＷＩＲセンサ（またはカメラ）は、基板（またはウエハ）および製品ウエハ上で実行される処理の熱監視に使用することができる。

いくつかの実装形態では、本明細書に開示される基板処理モジュールで使用するのに好適な熱画像センサは、約８～１４μｍのスペクトル範囲を有するＬＷＩＲセンサを含み得る。好適なＬＷＩＲセンサの一例は、Ｌｅｐｔｏｎとして知られる、ＦＬＩＲ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．によって提供されるＬＷＩＲマイクロ熱カメラモジュールである。ＦＬＩＲ Ｌｅｐｔｏｎモジュールは、２Ｄ熱画像の全てのピクセルにおいて非接触温度データを提供するＬＷＩＲカメラである。小さいフォームファクタ（約１０×１２×７ｍｍ）を考慮して、ＬＷＩＲカメラは、様々な基板処理モジュールに容易に組み込むことができる。しかしながら、本明細書に開示される熱画像センサは、ＬＷＩＲカメラに限定されず、他の実施形態において代替的に実装され得ることに留意されたい。

熱画像センサによって収集された熱データは、基板処理モジュール内に含まれる１つ以上の部材および／または基板処理モジュール内で実行される１つ以上の基板処理ステップを制御するための様々な制御器に供給され得る。例えば、熱データは、故障検出監視、フィードバックおよび／もしくはフィードフォワード処理制御、部材の寿命監視並びに／または較正に使用される様々な制御器に供給され得る。

本明細書に記載の熱監視技術は、多様な基板処理モジュールおよび／またはシステム内で利用され得ることが認識されるであろう。本明細書に記載の熱監視技術が実行され得る基板処理モジュールの例を図１～図３および図５～図７に示す。しかしながら、この概念は、他の基板処理モジュールで利用され得ることが認識されるであろう。

いくつかの実施形態（図１～図２を参照されたい）では、熱画像センサを液体分配モジュール（例えば、コーティングモジュール、現像モジュール、裏面スクラバモジュールなど）内に組み込んで、基板表面、基板表面に塗布される液体または液体分配モジュール内に含まれる部材（例えば、液体分配ノズル、スピンチャック、スピンコートカップなど）の温度を監視することができる。他の実施形態（図３を参照されたい）では、熱画像センサを焼成モジュール（または複合焼成モジュール）内に組み込んで、それに含まれる部材（例えば、焼成チャンバから冷却チャンバに基板を搬送するために使用される冷却アームなど）の温度を監視することができる。更に他の実施形態（図５参照されたい）では、熱画像センサは、基板処理モジュール間で基板を搬送するために使用されるインターフェースブロック（ＩＦＢ）またはインターフェースセクション内に設けられ得る。更なる実施形態（図６を参照されたい）では、ウエハ検査システム（ＷＩＳ）モジュール内に熱画像センサを設けて、１つ以上のＷＩＳモジュール部材（例えば、ランプ、カメラまたは他の部材など）の温度を監視することができる。更に別の実施形態では、熱画像センサをめっき分配モジュール内に組み込んで、分配されためっき化学物質の温度、分配されためっき化学物質によって誘発された基板温度変化、インサイチュヒータまたはインサイチュヒータによって誘発された基板温度変化を監視することができる。一実施形態では、めっき分配モジュールは、無電解めっきモジュールであり得る。

本明細書に示され、説明される基板処理モジュールは、本明細書に記載される熱監視技術が適用され得るモジュールの単なる例示的な実施形態であることが認識されるであろう。したがって、本明細書に開示される熱監視技術は、液体分配モジュール、焼成モジュール、インターフェースブロック、ＷＩＳモジュール、めっき分配モジュール（例えば、無電解モジュール）および／または他のタイプの基板処理モジュールの他の実施形態に適用され得る。本明細書に示され、説明される基板処理モジュールは、スタンドアロンユニットであり得るか、またはより大きい基板処理システムに統合され得ることに留意されたい。例えば、本明細書に示され、説明される基板処理モジュールの１つ以上は、コーティング、露光、現像、焼成、めっき、検査などのモジュールを含むより大きい基板処理システム内に統合され得る。

第１の実施形態 － 液体分配モジュール内に組み込まれた熱画像センサ
図１は、処理目的で基板に液体が塗布される例示的な液体分配モジュール１０（例えば、コーティングモジュール、現像モジュール、スピンコーティングモジュールなど）を示す。図１に示される液体分配モジュール１０は、本明細書に記載の熱監視技術が適用され得る基板処理モジュールの一例に過ぎないことが認識されるであろう。したがって、本明細書に開示される技術は、他の液体分配モジュールおよび／または他の処理ユニットに適用することができる。

基板は、液体分配モジュール１０において様々な処理液でコーティングされる。図１に示されるように、液体分配モジュール１０は、チャンバ壁１２によって区画された処理チャンバを含む。チャンバ壁１２の内側に配置されたスピンチャック１４は、基板（いくつかの実施形態では、半導体ウエハ（Ｗ）であり得る）の支持を提供する。より具体的には、スピンチャック１４は、処理中に基板が支持される水平な上面を有する。基板を吸引力でスピンチャックに固定するために、吸引ポート（図示せず）がスピンチャック１４の水平な上面に設けられ得る。スピンチャック１４およびスピンチャック１４によって支持される基板は、駆動機構１６によって可変角速度で回転し得、駆動機構１６は、ステッパモータ等であり得る。駆動機構１６は、液体材料を塗布し、液体材料を基板上に流すために様々な角速度で動作し得る。

ノズル１８は、指定されたレートで１つ以上の液体を基板上に分配して、基板の上面上に１つ以上の層または膜を塗布するように適合される。基板表面に塗布され得る典型的な層または膜には、トップコート（ＴＣ）バリア層、トップコート反射防止（ＴＡＲＣ）層、底部反射防止（ＢＡＲＣ）層、イメージング層（例えば、フォトレジスト）並びにエッチング停止のための犠牲およびバリア層（ハードマスク）が含まれるが、これらに限定されない。ノズル１８は、液体供給ライン２０を介して液体供給ユニット（図示せず）に結合される。いくつかの実施形態では、ノズル１８は、ノズルホルダを通してノズルスキャンアーム２２の先端に取り付けられ得る。ノズルスキャンアーム２２は、ガイドレール２８上を一方向（例えば、Ｙ方向）に水平移動可能な垂直支持部材２６の上端に取り付けられ得る。図１に示されていないが、駆動機構（図示せず）をノズルスキャンアーム２２、垂直支持部材２６またはガイドレール２８に結合して、ノズル１８をＹ方向に移動することができる。ノズル１８をＺ方向および／またはＸ方向に移動させるために、他の機構（ここでも図示せず）が使用され得る。

カップ（ＣＰ）は、スピンチャック１４によって回転中に生成される遠心力によって基板から放出された液体材料の大部分を捕捉および収集するために提供される。スピンチャック１４は、静止しているカップに対してその中心法線軸の周りで基板を支持し、回転させる（すなわちスピンさせる）。基板から排出され、カップによって収集された液体材料は、排出ライン１５および排出ユニット（図示せず）を介して排出される。いくつかの実施形態では、排気ライン１７および真空ポンプまたは他の負圧発生デバイスなどの排気ユニット（図示せず）も使用して、カップ内部の処理空間から（処理中に基板層から放出される蒸気を含むが、これに限定されない）ガス種も除去され得る。

スピンチャック１４および駆動機構１６は、カップ（ＣＰ）の開口部内に配置される。図１に示されるように、基板は、処理アーム１１によってスピンチャック１４に送達され得、処理アーム１１は、基板を液体分配モジュール１０に出し入れするために使用され得る。いくつかの実施形態では、エアシリンダおよび上下ガイドユニットなどの昇降機構を使用して、駆動機構１６および／またはスピンチャック１４を上向きに持ち上げて、処理アーム１１によって送達された基板を受け取ることができる。代わりに、カップ（ＣＰ）は、上下に移動するように構成され得るか、または基板がスピンチャック１４上に配置されることを可能にするために分離および拡大するように構成され得る。

図１に示される実施形態では、熱画像センサ３０を液体分配モジュール１０に組み込んで、基板、基板上に分配された液体または液体分配モジュール内に含まれる部材（例えば、スピンチャック１４、カップ（ＣＰ）、ノズル１８など）の温度を監視する。いくつかの実施形態では、熱画像センサ３０の視野（ＦＯＶ）が基板および／または周囲の部材（例えば、スピンチャック１４、カップ（ＣＰ）、ノズル１８など）を包含するように、熱画像センサ３０は（図１に示されるように）液体分配モジュール１０の天井または液体分配モジュール１０の側壁上の天井の近くに結合され得る。

図１に示されるように、熱画像センサ３０によって収集された熱データは、更なる処理のために制御器３２に提供される。用途に応じて、制御器３２を実装するために様々な異なる制御器が使用され得ることが認識されるであろう。いくつかの用途では、制御器３２は、熱画像センサ３０によって収集された熱データを処理し、処理されたデータを故障検出監視に使用することができる。他の実施形態では、制御器３２は、処理されたデータをフィードバックおよび／またはフィードフォワード処理制御のための入力変数として使用することができる。更に他の実施形態では、制御器３２によって生成された処理されたデータを使用して、処理モジュール部材の寿命を監視または予測することができる。用途に応じて、図１に示される実施形態は、コーティングモジュール、現像モジュール、裏面スクラバモジュールおよび／またはそれらの任意の組み合わせに適用され得る。

図１に示される実施形態の第１の応用では、熱画像センサ３０をコーティングモジュールにおいて使用して、コーティングの終点を判定し、且つおよび／または一貫したコーティング蒸発履歴を確実にするための手段として、基板（例えば、ウエハ）に塗布される溶媒の蒸発冷却効果を監視することができる。溶媒が（例えば、ウエハに塗布されたレジスト膜から）蒸発すると、蒸発を誘発するために必要な熱により、ウエハ（および膜）上に蒸発冷却効果を引き起こす。センサのＦＯＶがウエハ表面を包含するように熱画像センサ３０を配置することにより、コーティングされたウエハからの溶媒蒸発によって提供される蒸発冷却効果を監視することができる。

図１に示される実施形態の第１の応用では、熱画像センサ３０は、ウエハ表面から熱データを収集し、制御器３２は、熱データを処理して、ウエハ表面からの溶媒蒸発の蒸発冷却効果を監視する。場合により、制御器３２は、熱データを処理して、故障検出制御によってフラグ付けされ得る、ウエハ間の蒸発冷却差を検出することができる。他の場合、制御器３２は、熱データを処理して、モジュール間の蒸発冷却差を検出することができ、これを使用して、モジュール間のマッチング／再現性に対する処理パラメータ（例えば、空気流、排気、化学物質温度など）を調整または最適化することができる。更に別の場合、制御器３２は、熱データを処理して、蒸発冷却熱履歴の終了に関連するメトリックを検出することができる（例えば、ウエハ温度がモジュールの周囲温度に向かってトレンドバックを開始する）。このメトリックは、処理終了点メトリックとして使用することができ、ウエハ間で一貫して処理レシピの次のステップに進む方法として、別のもの（例えば、膜厚制御器）によって使用することができる。上述のように、熱データは、ウエハ表面に関連する。しかしながら、裸のシリコンは、ＬＷＩＲ光の透過率が高い。したがって、特定のウエハ（ウエハの厚さ、量、ウエハ上に形成される層のタイプおよび厚さなど）に応じて、発光は、ウエハ表面の下方の材料（例えば、裏面の化学物質温度および／またはスピニングダイナミクスによる真空チャックの温度変化）にも関連し得る。

図１に示される実施形態の第２の応用では、熱画像センサ３０をコーティングモジュールまたは現像モジュールにおいて使用して、ウエハ上に分配された液体の温度（例えば、レジスト消費、エッジビード除去、レジスト、現像などの溶液の低減）および／または分配された液体によって誘発されたウエハの温度変化を監視することができる。いくつかの分配された液体は、従来の処理システムでは熱制御および熱監視されるが、そこでは、温度制御に関係なく、ウエハ表面上に分配された液体の熱質量によってウエハがどのように影響を受けるかは、必ずしも明らかではない。更に、全ての液体がウエハの中心に分配されるわけではないため、分配された量に関係なく、分配された液体がウエハ表面上に及ぼす局所的温度の影響を予測することは、困難である。しかしながら、センサＦＯＶがウエハ表面を包含するように熱画像センサ３０を配置することにより、分配された液体のウエハにわたる温度の影響を欠陥検出目的のため且つ／またはウエハ間およびウエハ処理制御内で監視することができる。

図１に示される実施形態の第２の応用では、熱画像センサ３０は、ウエハ表面から熱データを収集し、制御器３２は、熱データを処理して、ウエハ上に分配された液体の温度または分配された液体によってウエハ上に誘発された温度変化を監視する。場合により、制御器３２は、熱データを処理して、分配された液体の平均温度または分配された液体によって誘発された平均ウエハ温度変化を判定することができる。場合により、膜厚（ＦＴ）平均制御器（コーティング処理用）または限界寸法（ＣＤ）平均制御器（現像処理用）は、分配された液体の平均温度または分配された液体によって誘発された平均ウエハ温度変化をフィードバックまたはフィードフォワード処理制御のための入力変数として使用することができる。

他の場合、制御器３２は、熱データを処理して、分配された液体のウエハにわたる温度差または分配された液体によって誘発されたウエハにわたる温度差を判定することができる。場合により、ＦＴ均一性制御器（コート処理用）またはＣＤ均一性制御器（現像処理用）は、分配された液体のウエハにわたる温度差または分配された液体によって誘発されたウエハにわたる温度差をフィードバックまたはフィードフォワード処理制御のための入力変数として使用することができる。例えば、入力変数を使用して複数の潜在的な制御ノブを変更して、分配された液体温度のウエハにわたる差または分配された液体によって誘発されたウエハにわたる温度差の影響を軽減することができる。

他の場合、制御器３２によって処理された熱データは、故障検出監視に使用することができる。障害検出監視には、（特に現像処理中の）熱制御器のドリフト／故障および不良／不完全なパドル形成検出の早期診断が含まれるが、これらに限定されない。例えば、不完全なパドル形成は、パドル被覆がある基板領域（パドルの温度）対パドル被覆がない領域（下にある基板の温度）間の識別可能な温度差として現れる場合がある。

図１に示される実施形態の第３の応用では、熱画像センサ３０をコーティングモジュールまたは現像モジュールにおいて使用して、スピンチャック１４（および／または駆動機構１６）の温度を監視することができる。駆動機構１６は、従来の処理システムでは熱的に制御されて熱的に監視されるが、駆動機構１６内に含まれるスピンモータとスピンチャック１４との間の接続の性質により、スピンチャック１４の熱制御および熱監視における遅延をもたらす。大量生産では、この熱制御の遅延は、通常、特に長時間のアイドル状態から開始する際、ロット処理を通してスピンチャック温度の熱差が存在することを意味する。しかしながら、センサのＦＯＶがスピンチャック１４を包含するように熱画像センサ３０を配置することにより、スピンチャック１４（および／または駆動機構１６）の温度を故障検出監視および／または処理制御のために監視することができる。

図１に示される実施形態の第３の応用では、熱画像センサ３０は、（例えば、ウエハ送達の直前に）スピンチャック１４から熱データを収集し、制御器３２は、熱データを処理して、スピンチャック１４の温度を監視する。場合により、制御器３２は、フィードバックまたはフィードフォワード処理制御のための入力変数としてスピンチャック温度を使用するＦＴ平均／均一性制御器（コーティング処理用）またはＣＤ平均／均一性制御器（現像処理用）であり得る。例えば、スピンチャック１４は、ウエハよりも小さいため、熱シンクとの接触面積の差により、ウエハにわたって熱差が多くの場合に誘発される。スピンチャック温度をＦＴまたはＣＤ均一性制御器に供給することにより、ウエハにわたる温度差を軽減することができる。

他の場合、制御器３２に提供されるスピンチャック温度は、故障検出監視に使用することができる。障害検出監視には、スピンモータの故障の早期診断、スピンチャック１４上の液体の検出または磨耗もしくは損傷したスピンチャック１４の識別が含まれ得るが、これらに限定されない。例えば、差し迫ったスピンモータの故障は、（例えば、ベアリングまたはグリースの問題によりスピンモータの摩擦が増加する場合に発生し得る）スピンチャック温度の熱傾向の上昇を検出することによって予測することができる。加えて、スピンチャック１４（および／またはサブアセンブリ領域）上の液体を、アセンブリの残りの部分に対するスピンチャック１４上の（例えば、液体の蒸発冷却効果による）温度差を観察することによって検出することができる。最後に、摩耗または損傷したスピンチャックは、ウエハ処理中にウエハのスピンチャック領域の温度を監視し、且つウエハにわたって誘発されたスピンチャックの熱パターンを分析することによって識別することができる。

図１に示される実施形態の第４の応用では、熱画像センサ３０をコーティングモジュールにおいて使用して、カップ（ＣＰ）の温度を監視することができる。カップの温度（ＣＰ）は、通常、監視または制御されないが、いくつかの膜のエッジコートの均一性に影響を与えることがわかっている。センサのＦＯＶがカップ（ＣＰ）を包含するように熱画像センサ３０を配置することにより、故障検出監視および／または処理制御のためにカップの温度を監視することができる。

図１に示される実施形態の第４の応用では、熱画像センサ３０は、（例えば、ウエハ送達の直前に）カップから熱データを収集し、制御器３２は、熱データを処理して、カップ（ＣＰ）の温度を監視する。場合により、制御器３２は、フィードバックまたはフィードフォワード処理制御のための入力変数としてカップ温度を使用するＦＴ均一性制御器であり得る。例えば、カップ温度は、ＦＴ均一性制御器によって使用され、潜在的な制御ノブの数を変更してカップ温度差の影響を軽減することができる。他の場合、制御器３２に提供されるカップ温度は、故障検出監視に使用することができる。障害検出監視には、化学物質の落下問題の識別（例えば、アーム移動中に化学物質がカップ上に落下した場合）、カップタイプの違いの識別およびカップ内の化学物質残留物の蓄積の識別などが含まれるが、これらに限定されない。

図１に示される実施形態の第５の応用では、熱画像センサ３０を現像モジュールにおいて使用して、現像パドルの温度を監視し、位置ごとの現像パドル処理の経時的な熱プロファイルを理解することができる。現像パドルの温度は、チャック温度、化学物質の温度、入ってくるウエハの温度および空気の温度など、多くの要因により影響を受けるが、これらに限定されない。現像速度も温度に大きく依存するため、位置ごとに現像パドル処理の熱プロファイルを経時的に（および累積的に）監視する能力を使用して、現像処理を最適化または制御することができる。センサのＦＯＶがウエハ表面を包含するように熱画像センサ３０を配置することにより、フィードバックおよび／またはフィードフォワード処理制御のために現像パドルの温度を監視することができる。

図１に示される実施例の第５の応用では、熱画像センサ３０は、現像パドル処理中にウエハ表面から熱データを収集し、制御器３２は、熱データを処理して、現像パドルの温度を監視する。場合により、制御器３２は、熱データを処理して、フィードバックおよび／またはフィードフォワード処理制御に使用され得る現像パドルの平均累積温度を判定することができる。例えば、現像パドルの平均蓄積温度を別の制御器にフィードバックして、パドル形成中に使用される１つ以上の処理パラメータ（例えば、現像時間、温度または分配条件）を変更することができる。フィードフォワード制御の一例では、現像パドルの平均累積温度を使用し、ウエハの局所領域において追加の熱制御された現像溶液を分配してパドルの熱均一性を改善することができる。フィードフォワード制御の別の例では、局所的な熱加熱方法（例えば、吸収ベースの加熱方法）を使用して、ウエハ（パドル）にわたる累積温度をより均一にすることができる。

図１に示される実施形態の第６の応用では、熱画像センサ３０を様々な液体分配モジュールにおいて使用して、ウエハ上の吸熱または発熱化学反応の温度を監視し、単一のウエハの吸熱または発熱化学反応の経時的な熱プロファイルを（例えば、洗浄のために）位置ごとに理解することができる。ウエハ／化学物質の動的温度は、化学物質分配の方法および処理、反応性化学物質の局所濃度、チャック温度、化学物質温度、入ってくるウエハの温度および空気温度を含むが、これらに限定されない多くの事柄によって影響を受ける。化学反応速度も温度に大きく依存するため、位置ごとの単一のウエハの吸熱または発熱化学反応の経時的（および累積）熱プロファイルを監視する能力を使用して、化学処理を最適化または制御することができる。センサのＦＯＶがウエハ表面を包含するように熱画像センサ３０を配置することにより、フィードバックおよび／またはフィードフォワード処理制御のためにウエハ／化学反応の温度を監視することができる。

図１に示される実施形態の第６の応用では、熱画像センサ３０は、ウエハ処理中にウエハ表面から熱データを収集し、制御器３２は、熱データを処理して、ウエハ上で発生する化学反応の温度を監視する。場合により、制御器３２は、熱データを処理して、フィードバックおよび／またはフィードフォワード処理制御に使用され得るウエハの局所または平均蓄積温度を判定することができる。例えば、ウエハの局所または平均累積温度を別の制御器にフィードバックして、ウエハ処理中に使用される１つ以上の処理パラメータ（例えば、化学反応処理時間、温度、濃度または混合比）を変更することができる。フィードフォワード制御の一例では、ウエハの局所または平均累積温度を使用して、ウエハの局所領域において追加の反応性化学物質を分配し、局所領域における化学反応性を高めることができる。フィードフォワード制御の別の例では、局所的な熱加熱方法（例えば、吸収ベースの加熱方法）を使用して、ウエハにわたる累積温度をより均一にすることができる。

図１に示される実施形態の第７の応用では、熱画像センサ３０を裏面スクラバモジュールにおいて使用して、ウエハの温度を監視して、裏面スクラバ処理に関連するウエハ状態を理解し、且つ／または裏面スクラバブラシの状態を理解することができる。裏面スクラバブラシは、ブラッシングによって誘発された摩擦により、ウエハを局所的に加熱する。センサのＦＯＶがウエハ表面を包含するように熱画像センサ３０を配置することにより、裏面スクラバ処理によってウエハ上に誘発された局所的な加熱を監視することができる。

図１に示される実施形態の第７の応用では、熱画像センサ３０は、裏面スクラバ処理中にウエハ表面から熱データを収集し、制御器３２は、熱データを処理して、裏面スクラバ処理中のウエハの温度を監視する。場合により、制御器３２は、裏面スクラバ処理中に監視されたウエハ温度を欠陥軽減の程度のメトリックとして使用することができる。例えば、欠陥が除去されると、ブラッシングによって誘発された摩擦が減少し、そのような摩擦に関連する局所的な加熱が低減される。場合により、制御器３２は、ブラシ寿命のメトリックとして、ウエハ間で誘発された平均加熱を監視することができる。ブラシが磨耗すると、摩擦による加熱が減少し、これは、ウエハ間の信号において観察可能であるべきである。ウエハ間で誘発された平均加熱を監視することにより、制御器３２は、裏面スクラバブラシの寿命を予測することができる。

図１に示される実施形態では、熱画像センサ３０を液体分配モジュール１０の天井または天井の近くに配置して、液体分配モジュール内に配置された基板の温度、液体分配モジュール内で発生する処理ステップもしくは化学反応または液体分配モジュール内に含まれる部材を監視する。しかしながら、熱画像センサ３０は、図１に示される配置または上述の温度監視および制御技術に厳密に限定されないことが認識されるであろう。

図２は、本明細書に記載の熱監視技術が適用され得る液体分配モジュール１０（例えば、コーティングモジュール、現像モジュール、スピンコーティングモジュールなど）の別の実施形態を示す。いくつかの実施形態では、熱画像センサ３０の視野（ＦＯＶ）がノズル１８および／またはノズル１８によって分配された液体を包含するように、熱画像センサ３０は、（図２に示されるように）ノズルスキャンアーム２２上に取り付けられ得るか、または液体分配モジュール１０の側壁に結合され得る。これにより、熱画像センサ３０および制御器３２は、ノズル１８の温度またはノズルによって分配された液体を監視することができる。

図２に示される構成により、分配された液体の使用点（ＰＯＵ）温度（すなわち液体がウエハ上に分配されるときのノズル１８における液体の温度）および分配ノズルの状態（例えば、サックバック高さ）を容易に見定めることができる。場合により、熱画像センサ３０および制御器３２によって監視されるＰＯＵ温度は、ＦＴ平均もしくは均一性制御器（コーティング処理用）またはＣＤ平均もしくは均一性制御器（現像処理用）にフィードバックまたはフィードフォワード処理制御のための入力変数として供給され得る。他の場合、ノズル１８内の液体の位置が液体位置の下方の空気に対する熱差として見られることになるため、分配ノズルの状態（例えば、サックバック高さ）は、熱画像センサ３０および制御器３２によって提供される熱監視を介して容易に見定めることができる。

第２の実施形態 － 焼成モジュール内に組み込まれた熱画像センサ
図３は、焼成処理および冷却処理の両方を実行するように構成され得る例示的な複合焼成モジュール４０を示す。図３に示される複合焼成モジュール４０は、本明細書に記載の熱監視および制御技術が適用され得る基板処理モジュールの一例に過ぎないことが認識されるであろう。したがって、本明細書に開示される技術は、他の焼成モジュールおよび／または他の処理モジュールに適用することができる。

図３に示される複合焼成モジュール４０は、１つ以上の外壁４８内に配置され、且つそれらにより区画された焼成チャンバ４２および冷却チャンバ５０を含む。図３に示される焼成チャンバ４２は、焼成プレート４４および焼成チャンバ４２の一部を形成する焼成チャンバ蓋４６を含む。１つ以上のヒータ（図示せず）を焼成プレート４４内に埋め込んで熱を生成させることができ、これを使用して、焼成プレート４４の上面上に搭載された基板を熱処理（または焼成）することができる。加えて、１つ以上の温度センサ（図示せず）を焼成プレート４４内に埋め込んで、焼成プレート４４の温度を測定することができる。いくつかの実施形態では、焼成プレート４４は、リフトピン（図示せず）が挿入および使用されて、基板（例えば、ウエハＷ）を持ち上げるか、または焼成プレート４４の上面上に基板を下ろすことができる複数のスルーホールを含み得る。

複数の異なる焼成処理（例えば、露光後焼成、現像後焼成、塗布後焼成、静電露光後焼成など）を複合焼成モジュール４０の焼成チャンバ４２内で実行して、基板（ウエハＷなど）上に事前に塗布または堆積された１つ以上の層または膜を熱処理（または焼成）することができる。典型的な層または膜には、トップコート（ＴＣ）バリア層、トップコート反射防止（ＴＡＲＣ）層、底部反射防止（ＢＡＲＣ）層、イメージング層（例えば、フォトレジスト）並びにエッチング停止のための犠牲およびバリア層（ハードマスク）が含まれるが、これらに限定されない。基板が熱処理された後、冷却アーム５２は、焼成プレート４４の上面から基板を取得し、冷却チャンバ５０に基板を搬送して冷却処理を実行することができる。

図３に示される冷却チャンバ５０は、焼成プレート４４の上面から基板を取得し、且つ冷却チャンバ５０に基板を搬送するように構成された冷却アーム５２を含む。いくつかの実施形態では、冷却アーム５２は、線形ガイド５４に結合され得、これにより、基板の取得および搬送のために冷却アームが直線方向（例えば、Ｘ方向）に移動することを可能にする。冷却チャンバ５０および／または冷却アーム５２は、焼成チャンバ４２内で熱処理または焼成された基板に対して冷却処理を実行することができる。

冷却は、様々な異なる方法で実行され得る。いくつかの実施形態では、冷却アーム５２は、ウエハの温度を下げるための冷却機構（図示せず）を含み得る。例えば、冷却アーム５２は、ウエハから熱を奪うために、それを通して流れる処理冷却水を有し得る。他の実施形態では、冷却は、アクティブな温度制御された（ペルチェ）冷却プレートを介して達成され得る。これらの冷却プレートは、独立したユニットとして提供され得る。

基板処理システムのスループット制約により、冷却処理に対して限られた時間のみが許容される場合がある。そのため、冷却アーム５２内には、前のウエハ冷却処理からの熱保持が多くの場合に存在し（特にフルの大量生産で動作している場合）、これは、複合焼成モジュール４０において処理される次のウエハの熱履歴に影響を与える（例えば、図４を参照されたい）。

この問題を克服するために、熱画像センサ３０が複合焼成モジュール４０に組み込まれて、冷却アーム５２の温度を監視する。いくつかの実施形態では、熱画像センサ３０の視野（ＦＯＶ）が冷却アーム５２を包含するように、熱画像センサ３０が（例えば、図３に示されるように）複合焼成モジュール４０の天井または複合焼成モジュール４０の側壁上の天井の近くに結合され得る。

熱画像センサ３０は冷却チャンバ５０内に配置されるが、センサＦＯＶが冷却アーム５２を包含する限り、センサは、複合焼成モジュール内の他の場所に配置され得ることが認識されるであろう。例えば、熱画像センサ３０は、冷却チャンバ５０の代わりに、焼成チャンバ４２内に配置され得る。図３に示されるように、複合焼成モジュール４０の代わりに、熱画像センサ３０は、焼成チャンバを含むが、冷却チャンバを含まない焼成モジュール内に組み込むことができる。そのような実施形態では、センサＦＯＶが、焼成チャンバから基板を取得するように構成された（従来のアームまたは代替的に冷却アームであり得る）アームを包含するように、熱画像センサは、焼成モジュールの天井または天井の近くに配置され得る。

図３に示される第２の実施形態では、熱画像センサ３０は、ウエハの搬送前、搬送中または搬送後に冷却アーム５２から熱データを収集し、制御器３２は、熱データを処理して、冷却アーム５２の温度を監視する。場合により、制御器３２は、フィードフォワードまたはフィードバック処理制御のために冷却アーム温度を利用することができる。例えば、複合焼成モジュール４０の（例えば、冷却アームが焼成処理への移行を開始するときとの）ウエハ処理履歴での同等の瞬間における冷却アーム温度および／またはウエハ温度の正確な知識を有することにより、制御器３２が、焼成プロファイル（例えば、ランプ速度、定常状態温度または定常状態時間）を調整して、そのウエハの冷却処理の開始時の冷却アーム５２の温度に関係なく、その後に処理されるウエハが同等の総蓄積熱履歴を確実に参照することを可能にし得る。

第３の実施形態 － インターフェースブロック（ＩＦＢ）内に組み込まれた熱画像センサ
図５は、例えば、リソグラフィツール７０などの他の処理モジュールに基板を搬送するために使用され得る例示的なインターフェースブロック（ＩＦＢ）６０を示す。図５に示されるインターフェースブロック６０は、本明細書に記載の熱監視および制御技術が適用され得る基板処理モジュールの一例に過ぎないことが認識されるであろう。したがって、本明細書に開示される技術は、他のインターフェースブロックおよび／または他の処理モジュールに適用することができる。インターフェースブロック（ＩＦＢ）６０は、図５に示されるようなインターフェース冷却プレート６２を含み得る。

図５に示される第３の実施形態では、熱画像センサ３０をインターフェースブロック（ＩＦＢ）６０において使用して、ＩＦＢ６０またはＩＦＢ内に配置された基板（例えば、ウエハ、Ｗ）の温度を監視することができる。通常、ＩＦＢの温度は、監視または制御されないが、リソグラフィツールオーバーレイ制御に影響を与えることがわかっている。熱画像センサ３０をＩＦＢ６０内に配置することにより、フィードバックおよび／またはフィードフォワード処理制御のために、ＩＦＢ６０またはＩＦＢ内に配置された基板の温度を監視することができる。

図５に示される第３の実施形態では、熱画像センサ３０は、基板がリソグラフィツール７０に搬送される前に、ＩＦＢまたはＩＦＢ内に配置された基板から熱データを収集し、制御器３２は、熱データを処理して、ＩＦＢ６０または基板の温度を監視する。場合により、制御器３２は、フィードバック処理制御のためにＩＦＢ温度を利用することができる。例えば、制御器３２は、基板がリソグラフィツール７０に搬送される前に、冷却プレート制御器６４にＩＦＢ温度を提供して、冷却プレート６２の温度または現在の冷却処理に関連する冷却時間を調整することができる。そのようなフィードバック処理制御を使用して、経時的なＩＦＢ温度での熱差を考慮することができる。

他の場合、制御器３２は、フィードフォワード処理制御のために基板温度を利用することができる。例えば、制御器３２は、ＩＦＢ／リソグラフィツール交換の瞬間にリソグラフィツールオーバーレイ制御器７２に基板温度を提供することができる。そのようなフィードフォワード処理制御により、リソグラフィツール７０が実際の基板温度を考慮および／または補正することを可能にすることができ、したがって最後の冷却処理によって誘発された熱の再現性を無効にするＩＦＢ／リソグラフィツール交換の予期しない遅延を考慮することができる。

第４の実施形態 － ウエハ検査システム（ＷＩＳ）内に組み込まれた熱画像センサ
図６は、基板（またはウエハ）に対する検査処理を実行するように構成され得る例示的なウエハ検査システム（ＷＩＳ）モジュール８０を示す。いくつかの実施形態では、ＷＩＳモジュール８０は、基板処理システム内で基板が処理されるときに基板を検査するために、基板処理システム内に一体化され得る。他の実施形態では、ＷＩＳモジュール８０は、基板処理システムの外側に配置されたスタンドアロンモジュールであり得る。図６に示されるＷＩＳモジュール８０は、本明細書に記載の熱監視および制御技術が適用され得る基板処理モジュールの一例に過ぎないことが認識されるであろう。したがって、本明細書に開示される技術は、他の検査モジュールおよび／または他の処理モジュールに適用することができる。

ウエハ検査システム（ＷＩＳ）モジュールは、多くの場合、基板処理システム内で１つ以上の処理ステップ（例えば、コーティング処理、焼成処理、現像処理など）が実行されている間またはその後に使用されて、基板（半導体ウエハなど）を検査する。例えば、ＷＩＳモジュールは、ウエハの表面に塗布された層の膜厚（ＦＴ）を、ウエハが焼成処理を受けて、層が硬化するかまたは固まった後に判定することができる。別の例では、ＷＩＳモジュールは、ウエハ上に形成された構造の限界寸法（ＣＤ）を、ウエハが現像されて構造が形成された後に判定することができる。

図６に示されるように、ＷＩＳモジュール８０は、外壁８２によって区画され、基板（例えば、ウエハ、Ｗ）が検査のためにＷＩＳモジュール内に配置されている間、基板を支持するための支持構造体８４を含む。カメラシステム８６は、基板の画像を取得するためにＷＩＳモジュール８０内に配置される。いくつかの実施形態では、図６に示されるように、カメラシステム８６は、カメラシステム８６の視野（ＦＯＶ）が基板の上面全体をキャプチャするように、外壁８２の内面に結合され、基板の上方でセンタリングされ得る。しかしながら、図６に示すカメラ位置は、単なる一例であることと、他の実施形態では、カメラシステム８６は、代わりに、ＷＩＳモジュール８０内に配置され得ることとが認識されるであろう。更に、ミラーまたは他の光学系を利用して、ＷＩＳモジュールの他の場所に配置され得るカメラシステムに画像を導き得る。例えば、図６のカメラの位置にミラーを配置して、図６の基板の平面に平行な平面に配置されたカメラ上に画像を導くことができる。

カメラシステム８６は、一般に、光源（またはランプ）および光受容センサ（またはカメラ）を含み得る。しかしながら、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）画像センサカメラ、相補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）画像センサカメラ、Ｎ型金属酸化物半導体（ＮＭＯＳ）画像センサカメラ、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）画像センサカメラ、インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）画像センサカメラなどを含むが、これらに限定されない多様なカメラシステムが利用され得ることに留意されたい。

カメラシステム８６内に含まれる光源は、典型的には、可視スペクトルを有する光源であり得るか、または波長がより長い光源であり得る。例えば、可視スペクトル、近赤外（ＮＩＲ）、短波赤外（ＳＷＩＲ）および中波赤外（ＭＩＲ）の光源は、基板の表面を照明するためにカメラシステム８６内で使用され得る例示的な光源を表す。

カメラシステム８６の光受容センサ（例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、ＮＭＯＳなど）は、基板の表面から反射された光を検出し、検出された光を生の赤、緑、青（ＲＧＢ）値のラインスキャンまたはマトリックスに変換する。カメラシステム８６から出力されたＲＧＢ値は、更なる処理のためにＷＩＳ制御器８８に提供される。いくつかの実施形態では、ＷＩＳ制御器８８は、共通モデルをＲＧＢ値に適用して、基板上で検出された色差を膜厚（ＦＴ）または限界寸法（ＣＤ）値に変換することができる。

場合により、カメラシステム８６によってＷＩＳ制御器８８に提供されるＲＧＢ値は、とりわけ、カメラシステム８６の１つ以上の部材（例えば、光源、受光センサ）の温度に依存するか、またはそれらによって影響を受け得る。この温度依存性により、基板上でカメラシステム８６によって検出された色または色差は、ＦＴもしくはＣＤ値または差として誤って解釈される場合がある。

この問題を克服するために、熱画像センサ３０をＷＩＳモジュール８０内に含めて、カメラシステム８６の部材の温度および／またはＷＩＳモジュール８０内に配置された基板の温度を監視する。ＷＩＳモジュール内の温度は、通常、監視または制御されないが、基板上のカメラシステム８６によって検出される色または色差に影響を与えることがわかっている。

いくつかの実施形態では、熱画像センサ３０の視野（ＦＯＶ）がカメラシステム８６を包含するように、熱画像センサ３０は、（例えば、図３に示されるように）ＷＩＳモジュール８０の天井または内部側壁に結合され得る。いくつかの実施形態では、センサＦＯＶが基板を包含するように、熱画像センサ３０は、追加的または代替的に配置され得る。センサＦＯＶがカメラシステム８６および／または基板を包含するように、熱画像センサ３０をＷＩＳモジュール８０内に配置することにより、カメラシステム８６の部材および／または基板の温度を監視し、ＷＩＳ較正目的に使用することができる。

図６に示される第４の実施形態では、熱画像センサ３０は、検査処理中にカメラシステム８６の部材またはＷＩＳモジュール８０内に配置された基板から熱データを収集し、制御器３２は、熱データを処理して、カメラシステム８６の部材の温度および／または基板の温度を監視する。いくつかの実施形態では、制御器３２は、カメラシステム８６の部材の温度および／または基板の温度をＷＩＳ制御器８８に直接提供することができる。他の実施形態では、制御器３２は、熱データを処理して、ＷＩＳ制御器８８に提供され得る補正値（例えば、ランプ温度補正値、カメラ温度補正値、基板温度補正値など）を判定することができる。ＷＩＳ制御器８８は、制御器３２によって提供された温度または補正値を使用して、カメラシステム８６によって提供されたＲＧＢ値を調整することができる。そうすることで、ＷＩＳ制御器８８は、ＷＩＳ制御器８８によって生成されたＦＴ／ＣＤ値を較正して、カメラシステム８６の部材または基板温度における変動を考慮することができる。

第５の実施形態 － 基板処理モジュール内に組み込まれた熱画像センサ
図７は、処理（例えば、コーティング処理、現像処理、焼成処理、露光処理、冷却処理、めっき処理、堆積処理、エッチング処理または多様な基板処理のいずれかなど）を実行するように構成され得る一般的な基板処理モジュール９０を示す。図７に示される一般的な基板処理モジュール９０は、本明細書に記載の熱監視技術が適用され得る基板処理モジュールの一例に過ぎないことが認識されるであろう。

図７に示される一般的な基板処理モジュール９０は、外壁９２によって区画され、基板（例えば、ウエハ、Ｗ）を支持するための支持構造９４を含むが、基板は、処理モジュール内に配置される。基板処理モジュール９０内で実行される処理に応じて、支持構造９４は、スピンチャック、ヒートプレート、冷却プレート、エッチングチャック、堆積チャックなどであり得る。

図７に示される第５の実施形態では、熱画像センサ３０は、基板処理モジュール９０内に組み込まれ、熱画像センサ３０が基板（またはウエハ、Ｗ）の平面に平行であり、且つ基板の中心より上方でセンタリングされるように、モジュールの天井に結合される。熱放射は、大部分の表面から反射する。図７に示されるように熱画像センサ３０を配置することにより、熱画像センサ３０は、基板の表面から反射された熱放射を観察して、基板表面における高さ変動を検出することができる。

図８Ａ～Ｃは、図７に示される熱画像センサ３０がどのように使用されて、基板表面の高さ変動を検出することができるかを説明するために使用され得る概念図である。例えば、図８Ａに示されるように、熱グリッドが基板の上面の平面と平行になるように、熱グリッド９６は、熱画像センサ３０と同じ平面または熱画像センサに平行な平面に作成することができる。熱グリッド９６の温度は、基板処理モジュール９０内の周囲温度と異なる任意の温度であり得る。熱グリッド９６によって生成された熱放射は、基板（Ｗ）の表面から反射され、熱反射グリッド９８として熱画像センサ３０により収集される。

基板の上面に対して平面である（その温度が周囲温度から識別可能である）熱グリッド９６を作成することにより、熱画像センサ３０および制御器３２は、基板表面が平坦でない場合、このグリッドの変形の性質を観察することができる。図８Ｂは、平坦な基板表面から観察され得る例示的な熱反射グリッド９８を示す。図８Ｃは、基板の表面が平坦でない場合、反射グリッド画像において熱グリッド９６がどのように変形され得るかを表す例示的な熱反射グリッド９８を示す。粗いウエハ形状は、熱画像センサ３０によって観察される熱グリッド９６の変形に基づいて抽出され得る。

第６の実施形態 － めっき分配モジュール内に組み込まれた熱画像センサ
第６の実施形態では、熱画像センサ３０をめっき分配モジュール内に組み込んで、分配されためっき化学物質の著しく上昇した温度（例えば、約５５℃）、分配されためっき化学物質に応答する基板温度、インサイチュヒータの温度および／またはインサイチュヒータによって誘発された基板温度変化を監視することができる。一技術では、めっき分配モジュールは、無電解めっきモジュールである。センサＦＯＶがめっき化学物質分配アセンブリ、インサイチュヒータおよび／または基板を包含するように熱画像センサ３０を配置することにより、熱画像センサ３０によって収集された熱データを、故障検出監視および処理制御に使用することができる。

第６の実施形態では、熱画像センサ３０は、めっき化学物質分配アセンブリ、インサイチュヒータおよび／または基板から熱データを収集し、制御器３２は、熱データを処理して、分配されためっき化学物質の温度、分配されためっき化学物質によって誘発された基板温度変化、インサイチュヒータの温度またはインサイチュヒータによって誘発された基板温度変化を監視する。いくつかの実施形態では、無電解めっきモジュールの性質を考慮して、インサイチュヒータ処理中のウエハ温度監視に対して、熱画像センサ３０は、基板の下から熱データを収集することができる。

場合により、分配されためっき化学物質の温度、分配されためっき化学物質によって誘発された基板温度変化、インサイチュヒータの温度または熱画像センサ３０によって検出されるインサイチュヒータによって誘発された基板温度変化は、制御器３２に供給され得、故障検出監視および／または処理制御のための入力変数として使用され得る。例えば、制御器３２は、平均めっき量に関連するめっき処理制御器であり得る。めっき処理制御器として実装されると、制御器３２は、分配されためっき化学物質の温度、分配されためっき化学物質によって誘発された基板温度変化、インサイチュヒータの温度またはインサイチュヒータによって誘発された基板温度変化をフィードバックまたはフィードフォワード制御処理における入力変数として使用することができる。

場合により、制御器３２は、ウエハにわたるめっき均一性制御器であり得る。ウエハにわたるめっき均一性制御器として実装されると、制御器３２は、分配されためっき化学物質の温度、分配されためっき化学物質によって誘発された基板温度変化、インサイチュヒータの温度またはインサイチュヒータによって誘発された基板温度変化をフィードバックまたはフィードフォワード制御における入力変数として使用して、複数の潜在的な制御ノブを変更してウエハにわたる差の影響を軽減することができる。

他の場合、制御器３２によって処理された熱データは、故障検出監視に使用することができる。障害検出監視には、熱制御器のドリフト／故障および不良／不完全なパドル形成の早期診断が含まれるが、これらに限定されない。例えば、不完全なパドル形成は、めっきパドル被覆がある基板領域対パドル被覆がない領域（下にある基板の温度）間の識別可能な温度差として現れる場合がある。

本明細書に記載される制御器は、多様な方法で実施できることに留意されたい。一例では、図１～図３および図５～図７に示される制御器３２は、コンピュータであり得る。別の実施例では、制御器３２は、本明細書に記載される機能性を提供するようにプログラムされた１つ以上のプログラム可能集積回路を含み得る。例えば、１つ以上のプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ、マイクロ制御器、中央処理装置など）、プログラム可能ロジックデバイス（例えば、コンプレックスプログラム可能ロジックデバイス（ＣＰＬＤ））、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）など）および／または他のプログラム可能集積回路をソフトウェアまたは他のプログラミング命令でプログラムして、制御器３２のための、本明細書に記載された機能性を実装できる。ソフトウェアまたは他のプログラミング命令は、１つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体（例えば、メモリ記憶デバイス、フラッシュメモリ、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、再プログラム可能な記憶デバイス、ハードドライブ、フロッピーディスク、ＤＶＤ、ＣＤ－ＲＯＭなど）に記憶され得ることと、ソフトウェアまたは他のプログラミング命令は、プログラム可能集積回路により実行されると、本明細書に記載される処理、機能および／または能力をプログラム可能集積回路に実行させることとに更に留意されたい。他の変形形態も実装され得る。

本明細書に開示される方法の実施形態は、液体分配モジュール、焼成モジュール（もしくは複合焼成モジュール）、ＷＩＳモジュール、ＩＦＢ、めっき分配モジュールまたは別の処理モジュールなどの処理モジュール内で広範囲の基板が処理される前、その間またはその後に利用され得ることが認識されるであろう。基板は、基板のパターニングが望ましい任意の基板であり得る。例えば、一実施形態では、基板は、その上に１つ以上の半導体処理層（それらの全てが一緒に基板を構成し得る）が形成された半導体基板であり得る。したがって、一実施形態では、基板は、多様な構造および層をもたらす複数の半導体処理ステップが施された半導体基板であり得、それらの全てが基板処理技術において知られており、それらは、基板の一部と考えることができる。例えば、一実施形態では、基板は、その上に１つ以上の半導体処理層が形成された半導体ウエハであり得る。

本発明の更なる修正形態および代替実施形態は、本明細書の記載を考慮して当業者に明らかになるであろう。したがって、本明細書の記載は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実施する方法を当業者に教示する目的のためのものである。本明細書に示され、且つ記載された本発明の形態および方法は、現在好ましい実施形態として解釈されるべきであることを理解されたい。本明細書で例示および記載されたものの代わりに均等な技術を使用することができ、本発明の特定の特徴は、他の特徴の使用とは無関係に利用することができ、これらは、全て本発明の本明細書の記載の利益を享受した後に当業者に明らかになるであろう。

Claims (37)

1. システムであって、
   基板を処理するための少なくとも１つの処理モジュールと、
   前記少なくとも１つの処理モジュール内に配置され、前記基板、前記基板上に分配された液体、または前記少なくとも１つの処理モジュール内に含まれる部材から、熱データを取得する熱画像センサと、
   前記熱画像センサから前記熱データを受信するように結合された制御器であって、故障検出監視、処理制御、基板評価、機器評価、処理評価または寿命予測のため、前記熱データを処理するように構成された、制御器と、
   を有する、システム。
2. 前記少なくとも１つの処理モジュールは、液体分配モジュールであり、
   前記熱画像センサは、前記熱画像センサの視野（ＦＯＶ）が前記基板および／または１つ以上の周囲の部材を包含するように、前記液体分配モジュールの天井または天井近くに配置される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記熱画像センサは、前記基板の表面から前記熱データを取得し、
   前記制御器は、前記熱データを処理して、前記基板の前記表面からの溶媒蒸発の蒸発冷却効果を監視する、請求項２に記載のシステム。
4. 前記制御器は、前記熱データを処理して、
   故障検出監視に使用される、ウエハツーウエハ（wafer-to-wafer）の蒸発冷却差を検出し、または
   前記少なくとも１つの処理モジュールの１つ以上の処理パラメータを最適化することに使用される、モジュールツーモジュール（module-to-module）の蒸発冷却差を検出し、または
   前記溶媒蒸発の終点に関連するメトリックを検出し、ここで、前記メトリックは、現在の処理ステップを終了し次の処理ステップに移行する、処理終点メトリックとして使用される、請求項３に記載のシステム。
5. 前記熱画像センサは、前記基板の表面から前記熱データを取得し、
   前記制御器は、前記熱データを処理して、前記基板上に分配された液体の温度および／または前記液体により前記基板上で誘発された温度変化を監視する、請求項２に記載のシステム。
6. 前記制御器は、前記熱データを処理して、
   フィードバックもしくはフィードフォワードの処理制御に使用される、前記液体の平均温度および／もしくは前記液体により前記基板上で誘発された平均温度変化を判定し、または
   フィードバックもしくはフィードフォワードの処理制御に使用される、前記液体のウエハにわたる温度差および／もしくは前記液体により前記基板上で誘発されたウエハにわたる温度差を判定する、請求項５に記載のシステム。
7. 前記制御器は、前記熱データを処理して、
   熱制御器のドリフトもしくは故障を検出し、または
   不良もしくは不完全なパドル形成を検出する、請求項５に記載のシステム。
8. 前記熱画像センサは、前記液体分配モジュール内に含まれるスピンチャックから前記熱データを取得し、
   前記制御器は、前記熱データを処理して、前記スピンチャックの温度を監視する、請求項２に記載のシステム。
9. 前記制御器は、フィードバックまたはフィードフォワードの処理制御の入力変数として、前記スピンチャックの前記温度を使用する、請求項８に記載のシステム。
10. 前記制御器は、前記スピンチャックの前記温度を使用して、差し迫ったスピンモータの故障を予測し、または前記スピンチャック上の液体を検出し、または磨耗もしくは損傷したスピンチャックを同定する、請求項８に記載のシステム。
11. 前記熱画像センサは、前記液体分配モジュール内に含まれるカップから前記熱データを取得し、
    前記制御器は、前記熱データを処理して、前記カップの温度を監視する、請求項２に記載のシステム。
12. 前記制御器は、フィードバックまたはフィードフォワードの処理制御の入力変数として、前記カップの前記温度を使用する、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記制御器は、前記カップの前記温度を使用して、化学物質の落下問題、またはカップタイプの違い、または前記カップ内の化学物質残留物の蓄積を検出する、請求項１１に記載のシステム。
14. 前記熱画像センサは、現像パドル処理の間、前記基板の表面から前記熱データを収集し、
    前記制御器は、前記熱データを処理して、前記基板の前記表面上に分配された現像パドルの温度を監視する、請求項２に記載のシステム。
15. 前記制御器は、前記熱データを処理して、フィードバックおよび／またはフィードフォワードの処理制御に使用される、前記現像パドルの平均累積温度を判定する、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記熱画像センサは、基板処理の間、前記基板の表面から前記熱データを収集し、
    前記制御器は、前記熱データを処理して、前記基板上で発生する化学反応の温度を監視する、請求項２に記載のシステム。
17. 前記制御器は、前記熱データを処理して、フィードバックおよび／またはフィードフォワードの処理制御に使用される、前記基板上で発生する前記化学反応の局所累積温度または平均累積温度を判定する、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記熱画像センサは、裏面スクラバ（ＢＳＴ）処理の間、前記基板の表面から前記熱データを収集し、
    前記制御器は、前記熱データを処理して、前記裏面スクラバ処理の間、前記基板の温度を監視する、請求項２に記載のシステム。
19. 前記制御器は、欠陥軽減の程度のメトリックとして、前記基板の前記温度を使用する、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記制御器は、前記基板の前記温度を使用して、ウエハツーウエハから誘発された平均温度を監視し、裏面スクラバブラシ寿命のメトリックとして、ウエハツーウエハから誘発された平均温度を使用する、請求項１８に記載のシステム。
21. 前記少なくとも１つの処理モジュールは、液体分配モジュールであり、
    前記熱画像センサは、前記熱画像センサの視野（ＦＯＶ）がノズルおよび／または前記ノズルにより分配された液体を包含するように、前記液体分配モジュール内に含まれるノズルスキャンアーム、または前記液体分配モジュールの側壁に取り付けられる、請求項１に記載のシステム。
22. 前記熱画像センサは、前記ノズルおよび／または前記ノズルにより分配された前記液体から前記熱データを収集し、
    前記制御器は、前記熱データを処理して、前記ノズルでの前記液体の温度および／または前記ノズル内の前記液体の位置を監視する、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記少なくとも１つの処理モジュールは、焼成チャンバを有する焼成モジュールであり、
    前記熱画像センサは、前記熱画像センサの視野（ＦＯＶ）が冷却アームを包含するように、前記焼成モジュールの天井または天井近くに配置される、請求項１に記載のシステム。
24. 前記熱画像センサは、前記基板が搬送される前、搬送中、または搬送後に、前記冷却アームから前記熱データを収集し、
    前記制御器は、前記熱データを処理して、前記冷却アームの温度を監視する、請求項２３に記載のシステム。
25. 前記制御器は、フィードバックおよび／またはフィードフォワードの処理制御に、前記冷却アームの前記温度を使用する、請求項２４に記載のシステム。
26. 前記少なくとも１つの処理モジュールは、インターフェースブロック（ＩＦＢ）である、請求項１に記載のシステム。
27. 前記熱画像センサは、前記ＩＦＢまたは前記ＩＦＢ内に配置された基板から、熱データを収集し、
    前記制御器は、前記熱データを処理して、前記ＩＦＢの温度または前記基板の温度を監視する、請求項２６に記載のシステム。
28. 前記制御器は、前記ＩＦＢの前記温度を、前記ＩＦＢ内に含まれる冷却プレート制御器に供給することにより、フィードバック処理制御に前記ＩＦＢの前記温度を使用し、
    前記制御器は、前記基板がリソグラフィツールに搬送される前に、前記ＩＦＢの前記温度を使用して、前記ＩＦＢ内に含まれる冷却プレートの温度、または現在の冷却処理に関連する冷却時間を調整する、請求項２７に記載のシステム。
29. 前記制御器は、前記基板の前記温度をリソグラフィツールオーバーレイ制御器に供給することにより、フィードフォワードの処理制御に前記基板の前記温度を使用する、請求項２７に記載のシステム。
30. 前記少なくとも１つの処理モジュールは、検査処理中に前記基板の画像を取得するカメラシステムを有するウエハ検査（ＷＩＳ）モジュールであり、
    前記熱画像センサは、前記熱画像センサの視野（ＦＯＶ）が前記カメラシステムおよび／または前記基板を包含するように、前記ＷＩＳモジュールの天井または側壁に配置される、請求項１に記載のシステム。
31. 前記熱画像センサは、前記検査処理の間、少なくとも１つのカメラシステム部材および／または前記基板から、前記熱データを収集し、
    前記制御器は、前記熱データを処理して、前記少なくとも１つのカメラシステム部材の温度および／または前記基板の温度を監視する、請求項３０に記載のシステム。
32. 前記少なくとも１つの処理モジュールは、前記基板の上部表面に対して平坦な熱グリッドを有し、
    前記熱画像センサは、前記少なくとも１つの処理モジュールの天井に配置される、請求項１に記載のシステム。
33. 前記熱グリッドにより生成された熱放射線は、前記基板の上部表面から反射され、熱反射グリッドとして、前記熱画像センサにより収集され、
    前記制御器は、前記基板の前記上部表面が平坦であるかないかを判定する、請求項３２に記載のシステム。
34. 前記少なくとも１つの処理モジュールは、めっき化学物質分配アセンブリおよびヒータを有するめっき分配モジュールを有し、
    前記熱画像センサは、前記熱画像センサの視野（ＦＯＶ）が前記めっき化学物質分配アセンブリ、前記ヒータ、および／または前記基板を包含するように、前記めっき分配モジュール内に配置される、請求項１に記載のシステム。
35. 前記熱画像センサは、前記めっき化学物質分配アセンブリ、前記ヒータ、および／または前記基板から前記熱データを収集し、
    前記制御器は、前記熱データを処理して、めっき化学物質の温度、前記めっき化学物質により前記基板上で誘発された温度変化、前記ヒータの温度、または前記ヒータにより前記基板上で誘発された温度変化を監視する、請求項３４に記載のシステム。
36. 前記制御器は、前記めっき化学物質分配アセンブリにより分配されためっき化学物質の前記温度、前記めっき化学物質により前記基板上で誘発された前記温度変化、前記ヒータの前記温度、または前記ヒータにより前記基板上で誘発された前記温度変化の少なくとも１つを、フィードバックまたはフィードフォワードの制御処理における入力変数として使用する、請求項３５に記載のシステム。
37. 前記制御器は、前記熱データを処理して、
    熱制御器のドリフトもしくは故障を検出し、または
    不良もしくは不完全なめっきパドル形成を検出する、請求項３５に記載のシステム。

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