JP2023535758A - 基板支持体の非接触温度モニタリングのための装置、システム、及び方法 - Google Patents

Abstract

本開示の実施形態は、基板処理のための装置、システム、及び方法に関する。取り外し可能な基板支持体は、処理チャンバの処理空間内に配置され、基板支持体は、基板インターフェース面及び裏面を含む。ペデスタルハブは、基板支持体に取り外し可能に結合された支持面を有する。ペデスタルハブのハブ空間は、基板支持体の裏面から放出される電磁エネルギーを受け取るように位置付けられた、その中に配置された温度測定アセンブリを含む。温度測定アセンブリは、アセンブリに入る電磁エネルギーの強度を測定し、強度信号を発生させる。基板の見かけ温度は、強度信号に基づき決定される。【選択図】図１

Description

［０００１］本開示の実施形態は、概して、半導体基板を処理するための装置、システム、及び方法に関する。より具体的には、本開示の実施形態は、基板支持体のための非接触温度モニタリングシステムに関する。

関連技術の記載
［０００２］化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、及び原子層堆積（ＡＬＤ）などの半導体基板を処理するために通常使用される熱プロセスでは、基板は制御された処理条件下で処理される。処理中、基板の温度は、モニタリングされ、温度範囲内でプロセスを制御するように管理されることが多い。基板温度を測定する１つの方法は、処理空間内に基板を保持する基板支持体の温度を測定することである。基板支持体の裏面の温度は、通常、熱電対などの直接接触デバイスを使用して測定される。かかるデバイスは、通常、測定のために取られたエネルギーの損失により、温度の均一性及びエネルギー送達効率に影響を及ぼし得る熱ドレインを生み出す。非接触センサは、コスト、及び種々の熱プロセスで使用され得る広い温度範囲を測定する課題のため、従来、実行可能な選択肢ではなかった。特に、特定の高温計が想定されているが、高温計は、通常、低温範囲を検出することができない。したがって、基板及び基板支持体の広範囲の温度を測定するための非接触温度モニタリングシステムが必要とされている。

［０００３］したがって、上述の問題を解決する非接触温度モニタリングシステムが必要である。

［０００４］一実施形態では、処理空間を画定する熱処理チャンバを含む基板処理装置が提供される。処理空間内の基板支持体は、基板インターフェース面及び裏面を有する。ペデスタルハブが、接触ピンアセンブリによって、基板支持体に取り外し可能に結合される。ビューポートが、ペデスタルハブに結合される。基板支持体は、センサの上に位置付けられ得る搬送可能な基板支持体である。センサはペデスタルハブ内に配置され、ペデスタルハブのビューポートを通って基板支持体の裏面から放出される電磁エネルギーを受け取るように位置付けられた入力端を有する。基板支持体は、センサ及びペデスタルハブに対して第１の方向から結合解除され、第１の方向に位置付け可能である。センサは、センサに入る電磁エネルギーの強度を測定し、強度信号を発生させるように構成される。センサは、強度信号に基づき、見かけ温度を決定するように構成されたプロセッサに通信可能に結合される。

［０００５］別の実施形態では、処理空間を画定する処理チャンバを含む基板処理装置が提供される。基板支持体は、処理空間内に配置され、基板支持体は、基板インターフェース面及び裏面を含む。処理チャンバは、ハブ空間の少なくとも一部分を画定するペデスタルハブを含む。ペデスタルハブは、基板支持体に取り外し可能に結合された支持面を有する。ペデスタルハブ空間は、そこに配置されたプローブを含み、該プローブは、基板支持体の裏面から放出される電磁エネルギーを受け取るように位置付けられた入力端を有する。基板支持体は、プローブ及びペデスタルハブに対して第１の方向に位置付け可能であり、そこに位置合わせされると、ペデスタルハブに結合される。センサは、プローブの出力端に光学的に結合され、プローブに入る電磁エネルギーの強度を測定して強度信号を発生させるように構成される。センサは、ハブ空間の外側に配置され、ケーブルを用いてなど、プロセッサに通信可能に結合される。プロセッサは、強度信号に基づき見かけ温度を決定する。

［０００６］別の実施形態では、処理温度を制御する方法が提供され、プローブ及び処理チャンバのペデスタルハブに対して第１の方向に基板支持体を位置合わせすることを含む。基板支持体の裏面は、ペデスタルハブ上に配置された接触ピンのセット上に結合された接触端子のセットを含む。基板支持体は、接触ピン及び接触端子を使用して、ペデスタルハブに取り外し可能に結合される。本方法は、基板支持体の支持面上に基板を位置付けることと、コリメータを用いて、基板支持体の裏面から放出される電磁エネルギーを受け取ることとを含む。コリメータは、ペデスタルハブのハブ空間の少なくとも一部分に配置される。電磁エネルギーは、コリメータからセンサへと送信される。センサは、電磁エネルギーの強度信号を発生させ、強度信号から基板の見かけ温度を決定する。

［０００７］本開示の上述の特徴を詳しく理解し得るように、上記で簡単に要約した本開示のより詳細な記載が、実施形態を参照することによって得られ、一部の実施形態は、添付の図面に示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容し得ることから、添付の図面は本開示の典型的な実施形態のみを示すものであり、したがって、本開示の範囲を限定するものと見なすべきではないことに留意されたい。

［０００８］本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係る、例示的な温度測定アセンブリを含む処理チャンバの概略図である。 ［０００９］本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係る、搬送可能な基板支持体の斜視図である。 ［００１０］本開示の幾つかの実施形態に係る、接触ピンを有するペデスタルハブの斜視図である。 ［００１１］本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係る、例示的な搬送可能な基板の接触ピンの位置合わせの側面図である。 ［００１２］本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係る、基板支持体の温度をモニタリングするための例示的なシステムのブロック図である。 ［００１３］本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係る、基板支持体、ペデスタルハブ、及びコレクターレンズを有する温度センサを含む温度測定アセンブリの断面概略図である。 ［００１４］本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係る、基板支持体、ペデスタルハブ、並びにコレクターレンズ及びコンフォーカルレンズを有する温度センサを含む温度測定アセンブリの断面概略図である。 ［００１５］本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係る、基板支持体、ペデスタルハブ、及びコレクタを有する温度センサを含む温度センサアセンブリの断面概略図である。

［００１６］理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれ得ると想定される。

［００１７］処理チャンバ内に配置された一又は複数の基板の温度を測定及び制御するための装置及びシステムの実施形態が、本明細書に開示される。特に、基板を処理するために複数のチャンバを使用する基板処理プラットフォーム／装置（例えば、複数の堆積プロセスシーケンス、ガス抜きプロセス等を含むＰＶＤプロセス）。静電チャック（ＥＳＣ）は、基板を様々な処理領域で適所に保持する静電力を開発するために、基板支持体として使用され、しばしば、基板への適切で制御され、かつ、均一な熱伝導を保証するために温度モニタリングされる。本明細書に記載の非接触温度モニタリングシステムは、従来のモニタリングツールと比較した場合、比較的安価であり、設置面積が比較的小さく、広い温度範囲にわたって温度測定の反復率が向上し、エネルギー効率が向上した（例えば、熱損失が低減した）。

［００１８］図１は、本開示の少なくとも幾つかの実施形態による、例示的な温度測定アセンブリを含む処理チャンバ１２０の概略図である。処理チャンバ１２０は、処理チャンバ１２０の側壁１２２ａ、底部１２２ｂ、及び上部１２２ｃによって画定される処理空間１２２を含む。幾つかの構成では、図１に示されるように、上部１２２ｃはターゲット１２３とスパッタターゲット１２３に結合された電源１２５とを含み得る。本明細書で提供される開示の一又は複数の態様とともに使用され得る適切な処理チャンバの例は、物理的気相堆積（ＰＶＤ）処理チャンバ（図１）、化学気相堆積（ＣＶＤ）処理チャンバ、エッチングチャンバ、冷却チャンバ、アニーリングチャンバ、及び原子層堆積（ＡＬＤ）処理チャンバを含む。基板支持体１１２及びペデスタルハブ１４０が、処理チャンバ１２０の処理空間１２２内に配置される。基板支持体１１２は、接触ピンアセンブリ１５０を使用して、ペデスタルハブ１４０から取り外し可能である。稼働中、処理空間１２２は、約２５℃から約６５０℃（例えば、約２５℃から約５００℃（例えばＰＶＤプロセス）、又は約１００℃から約６５０℃（例えばＣＶＤプロセス）、例えば、約１００℃から約５００℃（例えばアニーリングプロセス）、又は約３００℃から約５５０℃）で動作する。
本明細書に開示の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、処理空間１２２は、約１ｍＴｏｒｒから約３５０Ｔｏｒｒ（例えば、約１ｍＴｏｒｒから約２００ｍＴｏｒｒ（例えばＰＶＤプロセス）、例えば、約１０^－８Ｔｏｒｒから約１０^－３Ｔｏｒｒ、例えば、約１０^－７Ｔｏｒｒから約１０^－３Ｔｏｒｒ（例えばアニーリングプロセス）、又は約１０Ｔｏｒｒから約３５０Ｔｏｒｒ（例えばＣＶＤプロセス）の低減圧を含む。ペデスタルハブ１４０は、ペデスタルハブ１４０の側壁１４２ａ、上面１４２ｂ、及び底面１４２ｃによって画定されるペデスタルハブ空間１４２を含む。稼働中、ペデスタルハブ空間１４２は、処理空間１２２から流体的に隔離され、したがって、処理空間１２２の圧力よりも大きいガス圧力を含む。特に、ペデスタルハブ空間１４２は、大気圧又は大気圧に近い圧力（例えば、約７００Ｔｏｒｒから約８００Ｔｏｒｒ、例えば、約７４０Ｔｏｒｒから約７８０Ｔｏｒｒ、例えば、約７５０Ｔｏｒｒから約７７０Ｔｏｒｒ、例えば、７６０Ｔｏｒｒ）を含む。

［００１９］図２Ａは、一又は複数の実施形態による、基板支持体１１２の斜視図を示す。基板支持体１１２は、搬送可能な基板支持体１１２であり、搬送可能な基板支持体１１２の裏面１０８上に配置された、一又は複数の第１の分離可能な接触端子２０２及び一又は複数の第２の分離可能な接触端子２０６を含む。一又は複数の第１の分離可能な接触端子２０２のそれぞれ及び一又は複数の第２の分離可能な接触端子２０６のそれぞれは、取り外し可能な接続領域及び電気接続領域を含む。電気接続領域は、搬送可能な基板支持体１１２内に配置された電気要素に結合される。電気接続領域は、例えば最大３０Ａの大電流、及び例えば最大１５００ＶＤＣの高電圧で動作可能である。

［００２０］本明細書に開示の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、一又は複数の第１の分離可能な接触端子２０２のうちの一又は複数は、くぼんでいる。本明細書に開示の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、一又は複数の第１の分離可能な接触端子２０２のうちの一又は複数は、搬送可能な基板支持体１１２の支持面１１０に平行に配置された平坦な表面を含む。本明細書に開示の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、第２の分離可能な接触端子２０６のうちの一又は複数は、搬送可能な基板支持体１１２の支持面１１０に平行に配置された平坦な表面を含む。一又は複数の第１の分離可能な接触端子２０２及び一又は複数の第２の分離可能な接触端子２０６は、全体の集中抵抗を低減するために、モリブデン、タングステン、又はそれらの組み合わせから製造される。

［００２１］図２Ｂは、一又は複数の実施形態による、ペデスタルハブ１４０の斜視図を示す。ペデスタルハブ１４０の上面１４２Ｂは、一又は複数のビューポート１０４を含む。ペデスタルハブ１４０は、その上に配置された一又は複数のピン２０４を含む。一又は複数のピン２０４の各ピンは、ペデスタルハブの上面１４２Ｂから離隔しており、一又は複数の第１の分離可能な接触端子２０２又は一又は複数の第２の分離可能な接触端子２０６の対応する端子と取り外し可能に接続及び切断するように構成される。

［００２２］一又は複数のピン２０４は、全体の集中抵抗を低減するために、任意の適切な材料（例えば、モリブデン、タングステン、又はそれらの組み合わせ）から製造され得る。一又は複数の実施形態では、一又は複数のピン２０４及び一又は複数の第１の分離可能な接触端子２０２は、種々の材料である。例えば、一実施形態では、一又は複数の第１の分離可能な接触端子２０２は、タングステンから製造され、一又は複数のピン２０４は、モリブデンから製造される。一又は複数の実施形態では、一又は複数のピン２０４及び一又は複数の第１の分離可能な接触端子２０２は、同じ材料から製造される。

［００２３］一又は複数のピンと一又は複数の端子との間の接続は、搬送可能な基板支持体１１２がペデスタルハブ１４０と自己整合することを可能にする。一又は複数の第１の分離可能な接触端子２０２及び第２の分離可能な接触端子２０６のそれぞれの取り外し可能な接続領域は、搬送可能な基板支持体１１２に対して支持ペデスタルハブ１４０を第１の方向に再配置することによって、一又は複数のピン２０４の対応するピンと取り外し可能に接続及び切断するように構成される。

［００２４］図２Ｃは、一又は複数の第１の分離可能な接触端子２０２と一又は複数のピン２０４の位置合わせを含む、接触アセンブリ１５０の側面図を示す。上述のように、搬送可能な基板支持体１１２上に配置された一又は複数の第１の分離可能な接触端子２０２及び第２の分離可能な接触端子２０６のそれぞれの取り外し可能な接続領域は、ペデスタルハブ１４０上に配置された一又は複数のピン２０４の対応するピンと取り外し可能に接続及び切断するように構成される。

［００２５］図３は、本開示の少なくとも幾つかの実施形態による、基板支持体１１２の温度をモニタリングするための例示的な方法のブロック図３００である。図３の工程は、図１、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、４Ａ、４Ｂ、及び４Ｃを参照して本明細書に記載される。基板支持体１１２の温度をモニタリングするための方法は、概して、以下に更に述べるように、以下の工程を含む。工程３０２において、基板１３１は、基板支持体１１２の支持面１１０上に位置付けられる。工程３０４において、基板１３１とともに基板支持体１１２は、処理チャンバ１２０の処理空間１２２内に配置されたペデスタルハブ１４０上に位置付けられ、基板支持体は、ペデスタルハブ１４０に取り外し可能に結合される。幾つかの実施形態では、基板１３１とともに基板支持体１１２は、処理チャンバ１２０のセンサ１０２及びペデスタルハブ１４０に対して第１の方向に位置付けられ得る。基板支持体１１２は、センサ１０２又はプローブ４３０（図４Ｃに示されるように）の上で基板支持体１１２の裏面１０８の標的面１０６を位置合わせするように位置付けられる。基板支持体１１２の裏面１０８の標的面１０６は、温度の読み取りに使用される表面である。

［００２６］工程３０６において、基板１３１は、処理空間１２２内で処理され、基板を処理するプロセスは、基板支持体上に位置付けられた基板にエネルギーを送達するか、又は基板からエネルギーを除去するように構成される。工程３０８において、基板支持体の裏面から放出される電磁エネルギーは、温度測定アセンブリによって受け取られる。工程３１０において、電磁エネルギーの強度信号が温度測定アセンブリによって受け取られ、工程３１２において、基板の見かけ温度が強度信号から決定される。

［００２７］幾つかの実施形態では、基板支持体１１２は、接触ピンアセンブリ１５０（例えば、接触端子２０２、２０６、接触ピン２０４）を使用することによって、ペデスタルハブ１４０から取り外し可能であり、これによって、電力及び／又は流体が、ペデスタルハブ１４０上に位置付けられるときに、基板支持体１１２の部分に提供されることが可能になる。基板支持体１１２の取り外し可能な構成は、基板１３１が基板支持体１１２によって継続的に支持されることを可能にし、また、基板１３１及び基板支持体１１２が、他の処理チャンバ（図示せず）並びに／又は処理チャンバ１２０及び他の処理チャンバに結合されるクラスタツールメインフレーム（図示せず）の間で、及び／又はこれらを介して、１つのユニットとして共に搬送される構成において、温度の変動を減少させることを制限するために有用である。接触ピンアセンブリ１５０は、ペデスタルハブ１４０の上面１４２ｂに配置された接触ピン２０４から取り外し可能な、基板支持体１１２の裏面１０８上の接触端子２０２、２０６を含む。本明細書に開示の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、基板支持体１１２は、センサ１０２又はプローブ４３０（図４Ｃに示されるように）の上で基板支持体１１２の裏面１０８の標的面１０６が配置されるように位置合わせされる。位置合わせされると、基板支持体１１２の接触端子２０２、２０６のセットは、ペデスタルハブ１４０の表面上に配置される接触ピン２０４のセットに取り外し可能に結合される（例えば、工程３０４）。

［００２８］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、基板は、回転カルーセル上に配置された基板支持体の支持面上に位置付けられる。基板支持体は、基板と共に、回転カルーセル上に配置された接触端子のセット上に配置される。回転カルーセルは、基板と共に基板支持体を処理チャンバへ回転させ、基板と共に基板支持体を処理空間内へ搬送する。基板支持体の接触ピンのセットは、センサ１０２が標的面１０６と位置合わせされるように、ペデスタルハブ１４０の接触端子のセットの上に位置合わせされ、配設される。

［００２９］幾つかの実施形態では、図１に示されるように、コントローラ１６０は、チャッキング電源１６８と、接触端子２０２、２０６及び接触ピン２０４の一又は複数の対との使用によって、基板支持体１１２内に配置されたチャッキング電極（図示せず）へのチャッキング電圧の送達を制御するように適合される。更に、コントローラ１６０はまた、ヒータ電源１６９と、接触端子２０２、２０６及び接触ピン２０４の一又は複数の対との使用によって、基板支持体１１２内に配置された一又は複数の加熱要素（図示せず）への電力の送達を制御するように適合される。したがって、接触端子及び接触ピンは、交流電流（ＡＣ）及び直流電流（ＤＣ）に対して定格の電気接点である。

［００３０］基板１３１の処理中、電源１５２が処理空間１２２にエネルギーを提供して、基板１３１上に所望のプロセスを実行させる。幾つかの構成では、図１に示されるように、電源１５２から提供されるエネルギーは、電源１２５からのＤＣ又はＲＦ電力の送達によって、処理チャンバ１２０内に形成されるプラズマ１２９によって生み出される。この場合、形成されたプラズマ１２９は、基板及び基板支持体１１２に追加の熱を提供する。基板支持体１１２の裏面１０８は、赤外線エネルギーなどの電磁エネルギーを放出し、温度測定アセンブリ（例えば工程３０８）によって受け取られる。特に、電磁エネルギーは、標的面１０６からビューポート１０４を通ってペデスタルハブ空間１４２の少なくとも一部分へ放出される。ビューポート１０４は、センサの入力端又はヘッドが電磁エネルギーを受け取ることを可能にするようにサイズ決定される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、ビューポート１０４窓は、約１５ｍｍから約４５ｍｍの直径を含む。第１の搬送可能な基板支持体１１２は第１の基板１３１と共に、センサ１０２の入力端の上に位置合わせされて、センサ１０２が第１の基板１３１と共に、第１の搬送可能な基板支持体１１２の第１の標的面１０６から電磁エネルギーを受け取ることを可能にする。第１の搬送可能な基板は、第１の基板と共に、ペデスタルハブから除去され、第２の搬送可能な基板は、第２の基板と共に、センサの上に位置合わせされ、位置付けられて、センサ１０２が、第２の基板１３１と共に第２の搬送可能な基板支持体１１２の第２の標的面１０６から電磁エネルギーを受け取ることを可能にする。センサが第２の標的面１０６から電磁エネルギーを受け取った後、第２の支持体は、ペデスタルハブから除去される。本明細書に開示の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、第１の搬送可能な基板は、更なる処理及び温度モニタリングのために、別のセンサの上に、又は同じセンサの上に位置付けられる。自己整合接触ピンアセンブリ１５０を有する基板１３１と共に基板支持体１１２を移動させることにより、標的面１０６のセンサ１０２の上での繰り返し可能な位置合わせが提供され、順次処理される幾つかの種々の基板の効率的な温度評価が可能になる。更に、基板１３１は基板支持体１１２上に残るので、基板支持体１１２上の基板１３１の移動及びシフトは、ある処理チャンバから別の処理チャンバへの移動中に大幅に最小化される。基板支持体１１２に対する基板１３１の位置の移動及びシフトを最小化することによって、基板１３１の温度の均一性がもたらされる。本明細書に記載のプロセスとは対照的に、幾つかのプロセスは、典型的には最初にペデスタルハブに結合される基板支持体を含み、基板は、処理のためにチャンバ空間内で基板支持体上に位置付けられる。この構成では、基板支持体の下方に配置されたセンサが、基板支持体上に位置付けられた基板の交換に関係なく、基板支持体の同じ標的面からの電磁エネルギーを測定する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、本明細書に開示の温度測定アセンブリは、基板１３１が処理チャンバ内で使用される基板支持体１１２上に位置付けられるプロセスのために使用される。かかる実装形態では、基板１３１の温度均一性、基板支持体１１２の温度、基板支持体１１２に対する基板１３１の位置、及び／又はそれらの組み合わせなどの要因が、基板１３１の見かけ温度の較正、測定、及び計算中に考慮される。

［００３１］ビューポート１０４は、標準的なガラス材料、石英、ゲルマニウム、サファイア、コダイアル（ｋｏｄｉａｌ）、ホウケイ酸塩、又は他の適切な材料から作製され得る。しかし、ビューポート材料は、ビューポートによって許容される所望のパーセンテージの光学透過率に基づいて選択され、光学透過率を調整するために、及び／又は望ましくない反射率を回避するために、コーティングされるか、又はコーティングされない。本明細書で使用する場合、用語「光学透過率」は、ビューポートを透過する、放出される全放射のパーセンテージを指す。適切なビューポートは、所定のスペクトル範囲において、約８０％以上、例えば約８０％から約９４％、又は約８０％から約９０％の透過率パーセンテージを含む。所定のスペクトル範囲は、温度測定システムのために選択されたセンサ１０２のタイプと、基板が通常処理時に処理される温度範囲とに基づいて決定される。特に、約８ミクロンから約１４ミクロンのスペクトル範囲で動作し、約ー５０℃から約９７５℃の温度範囲を測定することができるセンサ１０２が、反射防止コーティングを有するゲルマニウムビューポートを透過する赤外線エネルギーを測定するために使用される。本明細書に開示の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、コーティングは、ダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）コーティングである。あるいは、約２ミクロンから約３ミクロンのスペクトル範囲で動作し、約５０℃から約４００℃の温度範囲を測定することができるセンサ１０２が、標準ガラスビューポートと共に使用される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、標準ガラスビューポートは、ホウケイ酸塩、ポリカーボネート、石英、又はそれらの組み合わせから構成される。高温計は、標準ガラスと共に使用されるが、高温計は、２００℃を超える温度を測定することができ、したがって、２００℃未満のより低い温度で動作するプロセスには有用ではない。温度との波長放出関係は、ウィーンの変位則によって支配される。特に、単位波長あたりの黒体放射のスぺクトル放射輝度は、絶対温度に比例する波長でピークに達する。したがって、ピーク波長又はスペクトル範囲に対して定格のあるＩＲセンサが選択される。

［００３２］温度測定アセンブリ４００は、図４Ａ、４Ｂ、及び４Ｃに示される幾つかの種々の構成を含む。本明細書に開示の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、センサ１０２は、図４Ａ及び４Ｂに示されるように、ペデスタルハブ空間１４２の内側に配置される。更に、ビューポートは、センサ１０２の入力端と標的面１０６との間に配置される。本明細書に開示の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、一又は複数の追加のレンズが、センサ１０２の入力端の間に配置される（例えば、図４Ａに示されるようなコレクターレンズ４２２、又は、図４Ｂに示されるような追加のコンフォーカルレンズ４２４を有するコレクターレンズ４２２）。単一のコレクターレンズ４２２を有する図４Ａに示される温度測定アセンブリは、基板の低温で、十分な感度を提供し、高温プロセスなどの幾つかの目的及び／又はプロセスのための温度測定に適している。

［００３３］あるいは、図４Ｂに示されるように、コンフォーカルレンズ４２４などの追加のレンズが使用される。追加のレンズは、センサが受け取る光子の量を増加させ、幾つかの目的及び／又はプロセス（例えば低温プロセス）のための温度測定に適している、より低い温度での感度を更に高める。したがって、追加のレンズの使用と感度の強化との間にトレードオフが見られる。特に、追加のレンズは、ハードウェアの複雑性及びコストを増大させるが、処理チャンバ温度が低い場合の温度測定値の正確さを高める。レンズの一又は複数がコーティングされ、及び／又はレンズの一又は複数がコーティングされない。レンズは、湾曲しており、センサ１０２内の感知要素に赤外線を集中させるように構成される。特に、一又は複数のレンズは、センサと標的面との間の測定長さを延ばす。

［００３４］あるいは、センサ１０２は、図４Ｃに示されるように、ペデスタルハブ空間１４２の外側に配置される。プローブ４３０は、ペデスタルハブ空間１４２内に配置され、図４Ｃに示されるように、光ファイバ４３２によってセンサ１０２に結合される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、センサ１０２は、約６０℃から約７０℃など、約５０℃から約１００℃の設計温度を有する。５００℃を超える、又は６００℃を超えるプロセスなどの高温プロセスの場合、センサ１０２は、高温ゾーンから離れるように移動されて、センサ１０２が過熱すること、信号対ノイズ比に関連する信号検知の問題、及び／又は低減されたセンサ寿命を防止する。センサ１０２は、ペデスタルハブ空間１４２の外側に移動し、ペデスタルハブ空間１４２内に配置されたプローブ４３０に光ファイバ４３２で結合される。

［００３５］特に、プローブ４３０はコリメータである。コリメータ（例えばコレクタ）は、電磁エネルギーを収集し、センサに対して特定の及び／又はより位置合わせされた及び／又はより狭い方向にエネルギーを方向付ける。ペデスタルハブ１４０の内側に配置されたコリメータを使用することにより、センサ１０２の検出器１０２ａ部分を加熱ゾーンの外側に移動させることが可能になる。コリメータは、光ファイバ４３２を使用して検出器１０２ａに結合される。光ファイバ及びカプラは、温度センサアセンブリの初期設定、較正、及び動作中に考慮すべきことである効率損失を誘発する。更に、ビューポートは、プローブ４３０の入力端と標的面１０６との間に配置される。図に示された各実施例では、センサ１０２は、（図１に示されるように）コントローラ１６０に結合される。

［００３６］本開示の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、センサは、約ー５０℃から約９７５℃（例えば、約２５℃から約６００℃、例えば、５０℃から約４００℃）の温度を検出し、約１ミクロンから約１４ミクロン（例えば、約２ミクロンから約３ミクロン、又は約８ミクロンから約１４ミクロン）の電磁エネルギー波長を検出するのに有用である。センサの入力端から基板支持体１１２の標的面１０６までの距離は、約２０ｍｍから約１５０ｍｍ（例えば、約４０ｍｍから約１００ｍｍ、例えば、約５０ｍｍから約８０ｍｍ）である。本明細書に開示の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、センサは、ペデスタルハブ内に配置される小型ＩＲセンサである。センサは、約２０ｍｍから約３０ｍｍの長さ（例えば約２５ｍｍから約３２ｍｍ、例えば約２８ｍｍ）である。センサは、約１０ｍｍから約２０ｍｍ幅（例えば、約１２ｍｍから約１６ｍｍ幅）である。センサは、約２２：１などの、約２０：１から約２４：１の光学的分解能を有する。本明細書で使用される場合、「光学的分解能」という用語は、センサと標的面との間の距離と、測定される標的面の直径との比を指す。高い光学的分解能（例えば大きな比）を有するセンサは、制限されたバックグラウンド干渉でより正確に長い距離で小さな標的面を測定することができる。高い光学的分解能センサの特徴である狭いビーム経路により、周囲環境からのノイズの低減が可能になる。狭い温度測定標的スポットの表面仕上げの制御は、測定ノイズの低減をもたらし、これにより、良好に制御された表面仕上げが表面の放射率に及ぼす影響により、より優れた温度測定精度及び／又は反復率を可能にする。

［００３７］本明細書に開示の実施形態のためのセンサの選択は、ビューポートサイズ、センサと標的面との間の距離、センサのためのハブ空間内の空間許容量、コスト、及びそれらの組み合わせなどの制限を考慮して、信頼性のある温度測定値のための適切な光学的分解能を提供する。

［００３８］センサは、１８０℃未満（例えば、１２０℃未満、例えば、１００℃未満、例えば、８０℃未満）の温度で動作する定格である。他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、センサ１０２は、設計温度内に保たれるように、ハブ空間１４２の内側のビューポートから離れた距離に配置される。ハブの温度は、供給源（図示せず）から冷却流体（例えば水）を受け取る冷却チャネルを使用して管理される。冷却チャネル及び供給源は、通常、約５０℃から１００℃などの１００℃未満の温度でハブを維持することができる。あるいは、センサ１０２の温度は、冷却ハウジング１０３を用いて管理されて、基板支持体１１２の標的面１０６から受け取られた信号の信号対ノイズ比を改善する。ビューポート１０４の温度は、ガス源１０５からの加圧空気１０７を用いて管理される。あるいは、センサの温度は、ハブ空間を清浄な乾燥空気で一掃することによって管理される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、ビューポート１０４の温度が９０℃超（例えば１００℃超）であるとき、ハブ空間は清浄な乾燥空気で一掃される。８０％超、又は８５％、又は８５％超などの高い透過率を有するビューポート１０４は、８０％未満の透過率を有するビューポート１０４に対して、より少ないＩＲ波及びより少ない熱を吸収する。

［００３９］基板支持体１１２の裏面１０８は、金属、金属窒化物、金属酸化物、又はそれらの混合物から構成される。基板支持体１１２は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ホウ素、炭化ケイ素、ステンレス鋼、又はそれらの混合物から構成される。センサは、周囲圧力環境に配置され、ビューポート１０４の使用によって減圧環境内に配置された基板支持体１１２の温度を測定する。初期設定段階では、センサ１０２は、温度測定範囲全体にわたる一又は複数の地点での標的面の放射率、ガラスを通る透過率、隣接する加熱表面からのノイズ、及び他の熱放射要因を考慮するために、熱電対を使用して較正され得る。温度測定アセンブリは、電磁エネルギーを受け取り、受け取った電磁エネルギーから強度信号を発生させるように構成される（例えば工程３１０）。

［００４０］センサ１０２は、電源１５２（例えばスパッタ電源１２５）及び基板１３１の温度を制御するために使用されるヒータ電源１６９を制御する温度コントローラ１６０に通信可能に結合される。コントローラ１６０は、センサ１０２からの強度信号をモニタリングし、センサ読み取りの強度信号に基づき標的面１０６の温度を計算し、ヒータ電源１６９を操作して（例えば、処理空間へのヒータ電力供給１７０を起動する）、所定の処理温度に対する基板１３１の温度を管理する。温度コントローラ１６０は、センサ１０２からの強度信号をモニタリングする比例、積分、微分（ＰＩＤ）の閉ループコントローラを含む。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、基板を処理する間の所定の処理温度は、約２５℃から約６５０℃（例えば約２５℃から約５００℃、又は約１００℃から約６５０℃、例えば約１００℃から約５００℃、又は約３００℃から約５５０℃）である。本明細書に開示の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、処理空間１２２は、約１ｍＴｏｒｒから約３５０Ｔｏｒｒ（例えば、約１ｍＴｏｒｒから約２００ｍＴｏｒｒ、例えば、約１０^－８Ｔｏｒｒから約１０^－３Ｔｏｒｒ、例えば、約１０^－７Ｔｏｒｒから約１０^－３Ｔｏｒｒ、又は約１０Ｔｏｒｒから約３５０Ｔｏｒｒ）の低減圧を含む。コントローラ１６０は、プロセッサ１６２を含む。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、コントローラは、電源からの電力強度を制御するために使用されるメモリ１６４及びサポート回路１６６を含む。

［００４１］あるいは、コントローラ１６０は、処理装置用の制御モジュールに通信可能に結合され、制御モジュールは、電源からの電力強度を制御するために使用されるメモリ１６４及びサポート回路１６６を含む。制御モジュールは、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む。ＣＰＵは、産業用設定で使用されるものなどの汎用コンピュータプロセッサの形態をとる。ソフトウェアルーチンは、メモリ（リモートストレージシステム、ランダムアクセスメモリ、読出専用メモリ、フロッピ、若しくはハードドライブディスク又は他の形態のデジタルストレージ）に記憶される。サポート回路は、キャッシュ、クロック回路、入出力システム、電源などを含む、当技術分野で知られている任意の構成を使用して、プロセッサに結合される。処理チャンバ１２０の制御モジュールと様々な構成要素（例えば、コントローラ、センサ、電源、及びバルブ）との間の双方向通信は、多数の信号ケーブルを介して、無線信号によって、または組み合わせ（例えば、図１の破線によって示される）によって取り扱われる。

［００４２］プロセッサ１６２は、センサ１０２の出力端からの強度信号に基づいて基板の見かけ温度を計算する。更に、プロセッサ１６２は、一部において、センサの出力端からの強度信号に基づき、標的面１０６の放射率を計算する。本明細書で使用される場合、物体の「放射率」は、同じ温度における黒体の放射スペクトル強度に対するその放射スペクトル強度の比である。プロセッサは、式（１）によって決定される熱放射エネルギーと温度との関係を用いて基板の温度を計算する：
Ｑ＝εσＡＴ^４ （１）
ここで、
Ｑは熱放射エネルギー；
εは放射率；
σはボルツマン定数；
Ａは標的面の面積；及び
Ｔは、標的面の温度である。

［００４３］センサ１０２は、所定のプロセス温度範囲内の較正温度で較正される。センサ１０２は、試験及び／又は較正の目的で提供される熱電対を用いてなど、較正温度での直接温度測定値を使用して較正される。特に、接触熱電対はセンサと同時に物体の温度を測定する。あるいは、センサは、熱電対と同じ条件下（例えば較正温度で）の同じ物体の温度を測定する。センサに通信可能に結合されたプロセッサによって計算される見かけ温度は、熱電対によって表示される温度と一致するように調節される。較正は、センサ検出及び測定値を妨げる環境ノイズの影響を低減する。更に、物体の計算された放射率は温度とともに変化し、計算された温度がセンサに対して較正温度から逸脱すると、放射率誤差を生じる。放射率誤差は、基板温度を決定するために使用される計算に組み込まれる。放射率データは、窒化アルミニウムなどの様々な材料について実験的に発生する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、温度などの動作パラメータの放射率を含む放射率ライブラリは、メモリ内の様々な基板支持体材料のために記憶され、かつ／又はプロセッサにアクセス可能である。センサ１０２を較正するプロセスは、基板支持体１１２の寿命を通して複数回実行されて、標的面放射率の変化又は環境の変化による検出温度のドリフトを回避し得る。

［００４４］従来の温度測定値は、処理チャンバ１２０の寿命を通して、基板支持体１１２の同じ表面においてシステム１００のシャフト１１４を介して直接的に取得される。対照的に、図１から分かるように、本開示の標的面１０６は、基板支持体１１２の裏面の中心にはなく、クラスタツール内で移動される多くの種々の基板支持体１１２上で使用され得る。標的面１０６の位置の相違、及びそれらの寿命及び処理履歴の種々の段階での種々の基板支持体１１２の使用は、全て温度制御及び反復率の問題に対する考慮事項である。

［００４５］本開示の幾つかの態様において、実行されると、例示的な方法３００を実行させる命令を記憶した非一時的コンピュータ可読媒体。上記の説明は、本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他の及び更なる実施形態は、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく考案されてもよく、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。

Claims (20)

1. 基板処理装置であって、
   処理空間を画定する熱処理チャンバと、
   前記処理空間内の基板支持体であって、基板インターフェース面及び裏面を備える基板支持体と、
   前記基板支持体に取り外し可能に結合されており、ハブ空間の少なくとも一部分を画定するペデスタルハブと、
   前記ペデスタルハブに結合されたビューポートと、
   前記ペデスタルハブ内に配置されたセンサであって、前記ペデスタルハブのビューポートを通って、前記基板支持体の前記裏面から放出される電磁エネルギーを受け取るように位置付けられた入力端を有し、前記基板支持体が、前記センサ及び前記ペデスタルハブに対して、第１の方向から結合解除され、前記第１の方向に位置付け可能であり、前記センサが、前記センサに入る前記電磁エネルギーの強度を測定し、強度信号を発生させるように構成されるセンサと、
   前記強度信号に基づき、見かけ温度を決定するように構成され、前記センサに通信可能に結合されたプロセッサと
   を備える、基板処理装置。
2. 前記センサが、赤外線センサを含み、前記赤外線センサが、約２ミクロンから約１４ミクロンのスペクトル範囲を有する、請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記センサの前記入力端と前記ビューポートとの間に配置されたコレクターレンズ及び／又はコンフォーカルレンズを更に備える、請求項１に記載の基板処理装置。
4. 前記ペデスタルハブが、接触ピンのセットを備え、前記基板支持体の前記裏面が、接触端子のセットを備え、前記接触ピンのセット及び前記接触端子のセットが、互いから取り外し可能であるように構成されている、請求項１に記載の基板処理装置。
5. 前記プロセッサが、前記強度信号に基づき、前記基板支持体の前記裏面の放射率を決定するように構成されている、請求項１に記載の基板処理装置。
6. 基板処理装置であって、
   処理空間を画定する処理チャンバと、
   前記処理空間内の基板支持体であって、基板インターフェース面及び裏面を備える基板支持体と、
   ハブ空間の少なくとも一部分を画定するペデスタルハブであって、前記基板支持体に取り外し可能に結合されるように構成された支持面を有するペデスタルハブと、
   前記ハブ空間内に配置されたプローブであって、前記基板支持体の前記裏面から放出される電磁エネルギーを受け取るように位置付けられた入力端を有し、前記基板支持体が、前記プローブ及び前記ペデスタルハブに対して第１の方向に位置付け可能である、プローブと、
   前記プローブの出力端に光学的に結合されたセンサであって、前記プローブに入る前記電磁エネルギーの強度を測定して強度信号を発生させるように構成され、前記センサが前記ハブ空間の外側に配置された、センサと、
   前記センサに通信可能に結合され、前記強度信号に基づき、見かけ温度を決定するように構成されたプロセッサと
   を備える、基板処理装置。
7. 前記基板支持体が静電チャックであり、前記センサが前記ハブ空間の外側に配置され、前記センサが光ファイバによって前記プローブの前記出力端に光学的に結合されている、請求項６に記載の基板処理装置。
8. ビューポートが、前記プローブの前記入力端と前記基板支持体の前記裏面との間に配置され、前記プローブの前記入力端から前記基板支持体の前記裏面までの距離が、約４０ｍｍから１００ｍｍである、請求項６に記載の基板処理装置。
9. 前記プローブがコリメータである、請求項６に記載の基板処理装置。
10. 光学的分解能が、約２０：１から約２４：１である、請求項６に記載の基板処理装置。
11. 処理温度を制御する方法であって、
    基板支持体の支持面上に基板を位置付けることと、
    処理チャンバの処理空間内に配置されたペデスタルハブ上に配置された接触ピンのセット上に前記基板支持体を位置付けることであって、前記基板支持体が前記ペデスタルハブに取り外し可能に結合され、前記基板支持体の標的面が前記ペデスタルハブ内に配置されたセンサの上に配置されるように、前記基板支持体が位置付けられる、前記基板支持体を位置付けることと、
    前記処理空間内の前記基板上でプロセスを実行する間、前記基板支持体の前記標的面から放出される電磁エネルギーを、前記センサによって受け取ることと、
    前記センサを用いて、前記電磁エネルギーの強度信号を発生させることと、
    前記強度信号から前記基板の見かけ温度を決定することと、
    前記基板を処理した後、前記接触ピンのセットから、前記基板及び前記基板支持体を除去することと
    を含む、方法。
12. 前記基板の前記見かけ温度を決定することが、前記強度信号から放射率を決定することと、前記放射率に基づき、前記見かけ温度を調節することとを更に含む、請求項１１に記載の方法。
13. 熱電対を用いて、ある温度で前記センサを較正することを更に含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記処理空間の処理温度が、約１００℃から約６００℃であり、前記処理空間の処理圧力が、約１０^－８Ｔｏｒｒから約３５０Ｔｏｒｒであり、前記ペデスタルハブのハブ空間のハブ圧力が、約７００Ｔｏｒｒから約８００Ｔｏｒｒである、請求項１１に記載の方法。
15. 前記基板支持体の前記支持面上に前記基板を位置付けることが、回転カルーセル上に配置された前記基板支持体の前記支持面上に前記基板を位置付けることを含む、請求項１１に記載の方法。
16. 前記接触ピンのセット上に前記基板支持体を位置付けることが、前記処理チャンバに対して前記回転カルーセルを回転させることと、前記基板とともに前記基板支持体を前記処理空間内に搬送することと、前記センサが前記標的面と位置合わせされるように、前記接触ピンのセットを接触端子のセットの上に位置合わせすることとを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 実行されると、請求項１１に記載の方法を実行させる命令を記憶した、非一時的コンピュータ可読媒体。
18. 比例、積分、微分（ＰＩＤ）の閉ループコントローラから前記基板の前記見かけ温度を受け取ることと、
    前記処理空間へのヒータ電力供給を起動することと
    を更に含む、請求項１１に記載の方法。
19. 前記基板を処理中の前記基板支持体の標的面の温度が、約２５℃から約６５０℃である、請求項１１に記載の方法。
20. 前記処理空間の処理圧力が、約１０^－８Ｔｏｒｒから約２００ｍＴｏｒｒである、請求項１１に記載の方法。
    

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