KR101259218B1 - 반도체 처리 툴의 용량성 거리 감지 장치 및 방법 - Google Patents

반도체 처리 툴의 용량성 거리 감지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

무선 센서(10, 100, 200)는 반도체 처리 환경 내에서 대상물(14)에 관련된 거리를 감지하기 위한 적어도 하나의 용량 플레이트(10, 12; 102, 104)를 포함한다. 센서(10, 100, 200)는 내부 전원(28, 342)과 무선통신(362)을 포함하여, 용량플레이트(10, 12; 102, 104)을 사용하여 얻어진 거리 및/또는 평행 측정이 외부 장치에 무선으로 제공될 수 있다.

Description

반도체 처리 툴의 용량성 거리 감지 장치 및 방법{CAPACITIVE DISTANCE SENSING IN SEMICONDUCTOR PROCESSING TOOLS}
본 발명은 반도체 처리 툴의 용량성 거리(capacitive distance) 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.
평면 패널 텔레비전 세트에 사용되는 반도체 웨이퍼 및/또는 LCD 패널의 제조 동안에, 기판은 전기적으로 생성된 플라즈마가 형성되는 가스에 노출된다. 가스는 전극의 하나로 기능하여 플라즈마를 형성하는 기판 위에 배치되는 설비와 같은 "샤워헤드(showerhead)"를 통하여 들어간다. 수율을 최대화시키기 위하여, 샤워헤드로부터 기판까지의 거리가 전체 기판 표면을 가로질러 일치되어야 하는 것이 중요하다. 즉, 기판 표면의 평면과 샤워헤드의 평면은 평행되어야 하는 것이 중요하다. 따라서, 공정이 행해지는 반도체 처리 툴의 설치에서 샤워헤드와 기판의 상대적인 위치 또는 기판을 유지하는 플래튼(platen)이 평행하게 조정되어야 하는 것이 매우 중요하다. 이것은 샤워헤드와 기판의 상대적 위치, 특히 샤워헤드와 기판의 평행 측정을 제공할 수 있는 다양한 지점에서의 그들 사이의 거리를 측정하는 능력 을 필요로 한다.
이러한 거리/평행 측정을 수행하는 종래의 하나의 방법은 샤워헤드 아래의 플래튼 상에 배치된 측정 장치의 사용에 의한 것이었다. 이러한 측정 장치는 일반적으로 압축성 내부 스프링을 구비한다. 상기 측정 장치는 플래튼 상에 놓여 샤워헤드와 접촉해야 하고, 샤워헤드가 낮아질수록 압축되어야 한다. 샤워헤드가 낮아진 상태에서, 임의 지점에서의 상기 측정 장치의 두께는 플래튼과 샤워헤드 사이의 거리이다. 상기 측정 장치의 내부에 있는 측정 기기는 그 장치의 두께를 측정함으로써, 플래튼으로부터 샤워헤드까지의 거리를 측정할 수 있다. 따라서, 플래튼과 샤워헤드 사이의 다양한 지점에서 이루어지는 측정은 플래튼과 샤워헤드의 전반적인 평행 측정을 제공할 수 있다.
그러나, 이러한 장치는 비압축된 상태에서는 플래튼과 샤워헤드 사이의 명목 거리(nominal distance)보다 일반적으로 더 크다. 따라서, 플래튼 상에 측정 장치를 배치하기 전에 측정 장치를 압축하는 것이 필요하고, 그렇지 않을 경우 샤워헤드가 첫번째로 제거되어야 할 것이다. 추가적으로, 이들 측정 장치는 일반적으로 반도체 처리 챔버 도어로부터 디스플레이 장치까지 연장되는 케이블을 사용하여 평행에 관한 정보를 제공한다. 상기 처리 챔버가 닫혀 있을 때에 측정이 이루어지고 조정이 수행되어야 하므로, 상기 케이블은 평면이고 도어가 닫히는 경우에도 도어를 관통할 수 있다. 상기 케이블은 도어의 밀봉시에 관통하고 압축되기 때문에, 일반적으로 파손되는 경향이 있다.
따라서, 케이블없이 측정과 데이터 표시를 수행할 필요가 있다. 최근에, 무 선통신을 사용하는 기판 처리 시스템 내의 조건을 감지하는 기술이 개발되었다. 미국 특허 6,468,816은 기판 처리 시스템 내의 조건을 감지하는 방법을 보고하고 있다. 또한 상기 참조 문헌은, 웨이퍼 표면이 공정 챔버의 타겟 또는 샤워헤드에 대하여 평행하고, 또한 공정 챔버의 타겟 또는 샤워헤드로부터 적절한 거리에 있음을 보장할 수 있는 거리 탐침(probe)을 제공한다. 상기 거리 탐침은 탐침과 타겟 또는 샤워헤드로부터의 거리 및 탐침과 타겟 또는 샤워헤드 사이의 경사각 (angle of inclination)을 판단하기 위하여, 탐침 플랫폼의 표면상의 다수의 위치에 배열된 접촉 센서 또는 전자광학 센서를 구비하도록 개시되어 있다. 이러한 전개들이 반도체 처리 툴의 설치와 작동을 도와주기는 하였지만, 극단적 저-프로파일(low-profile) 거리 센서의 공급은 부족하였다.
반도체 처리 툴의 샤워헤드에 대한 플래튼의 평행 조절에 관한 또 다른 문제점은, 기술자가 샤워헤드 또는 타겟에 대한 플래튼의 배향 및 높이를 조정하면서 3개 내지 8개의 개별 거리 측정을 모니터링하는 것을 필요로 한다는 것이다. 완전한 평면인 플래튼 또는 샤워헤드 또는 타겟을 제공하는 것은 일반적으로 실용적이지 않고, 모든 거리 측정이 동일하게 되도록 플래튼을 조정하는 것은 일반적으로 불가능하다. 따라서, 기술자의 판단은 언제 조정이 충분한 지를 판단하는 것에 의존한다.
그러므로, 반도체 처리 툴의 플래튼과 샤워헤드 사이의 거리를 자동으로 측정하고 조정하는 보다 좋은 방법뿐만 아니라, 반도체 처리 툴 내의 극단적 저 프로파일 거리/평행 감지에 대한 계속적인 필요가 존재한다.
본 발명의 무선 센서는 반도체 처리 환경 내의 대상물(object of interest)에 대한 거리를 감지하는 적어도 하나의 용량 플레이트(capacitive plate)를 포함한다. 상기 센서는 용량 플레이트(들)를 사용하여 측정된 거리 및/또는 평행 측정이 무선으로 외부 장치에 제공될 수 있도록 하는 내부 전원과 무선 통신을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량을 사용한 대상물에 대한 거리 감지의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량을 사용한 대상물에 대한 거리 감지의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량을 사용하여 대상물에 대한 거리를 감지하는 센서 설계의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량을 사용한 샤워헤드에 대한 거리 감지와 플래튼 상에 배치된 센서의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 측정에 의한 제1 표면과 제2 표면 사이의 거리 감지를 위한 센서의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 처리 시스템에서 대상물에 대한 용량-기반 거리 측정을 제공하기 위한 회로의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 용량성 거리 센서로부터 얻어진 경사 정보를 표시하는 예시적 사용자 인터페이스이다.
본 발명의 다양한 양상에 따르면, 정전용량(capacitance)은 두 개의 대상물 사이의 거리의 표시로서 감지된다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 장치는, 일반적으로 또 다른 전도성 대상물과 커패시터(capacitor)를 형성하는 적어도 하나의 용량 플레이트를 포함하고, 상기 커패시터의 정전용량은 플레이트와 대상물 사이의 거리의 함수에 따라 가변된다. 정전용량-기반 감지는 센서로부터 대상물의 표면까지의 거리를 판단하기 위한 공지 기술이다.
일반적으로, 대상물의 표면은 전도성이고, 저 임피던스 신호 경로가 대상물과 감지 표면의 "접지(ground)" 사이에 존재한다. 따라서, 완전한 회로는 감지 장치, 대상물과 감지 장치 사이의 저 임피던스 신호 경로, 대상물 및 대상물과 감지 장치 사이에 형성된 커패시터를 포함한다. 상기 정전용량은 대상물과 센서 사이의 분리의 함수이고, 이 사실은 분리가 측정된 정전용량으로부터 판단되도록 한다. 많은 경우에 있어서, 감지 장치와 대상물 사이의 저 임피던스 신호 경로는 대상물과 주변 환경 사이에 그리고 감지 장치와 주변 환경 사이에 존재하는 정전용량으로 이루어질 수 있다. 이 정전용량이 충분히 클 때, 또는 직접적인 전도성 연결이 있을 때, 임피던스는 측정된 정전용량에 최소한의 영향을 미친다. 접지 경로 임피던스가 비교적 큰 경우에, 이 방법은 유용하지 않은데, 이는 접지 경로 임피던스가 측정되 어야 하는 정전용량의 임피던스에 더해져 정전용량의 정확한 측정이 불가능해지기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서의 용량 플레이트와 대상물 사이의 정전용량은 대상물과 센서의 접지 사이의 신호 경로의 임피던스에 관계없이 측정된다.
도 1은 대상물(14)에 직면하는 표면(미도시) 상의 2개의 플레이트(10, 12)를 포함하는 정전용량-기반 거리 센서의 개략도이다.
일반적으로, 대상물(14)은 플레이트(10, 12)에 직면하는 표면(16) 상에 편평하다. 커패시터(C1, C2)는 각각 플레이트(10, 12)와 대상물(14)의 표면(16) 사이에 존재한다. 대상물(14)의 표면(16)이 전도성이면, 커패시터(C1, C2)는 전기적으로 직렬이다. 커패시터(C1, C2)는 정전용량을 측정하는 감지 회로(18)에 의하여 하나의 등가(equivalent) 커패시터로서 취급된다. 측정된 정전용량은 용량 플레이트 (10, 12)를 갖는 센서와 대상물(14)의 표면(16) 사이의 분리의 함수이다. 모든 다른 요인들이 밝혀지면, 측정된 정전용량은 분리 측정으로 변환될 수 있다.
측정을 위하여, 차동 전압(voltage differential)이 센서의 플레이트(10, 12)에 인가되고, 전압 인가의 결과로서 플레이트(10, 12) 사이에 전도되는 충전량이 측정된다. 이를 행하는 하나의 방법은 특별 변형된 시그마-델타 변조기 회로(공지 형태의 아날로그-디지털 컨버터)을 사용하는 것이고, 이것의 일 예는 아날로그 디바이스 회사(Analog Device Inc.)로부터 입수할 수 있는 AD7745라는 제품명으로 제공된다. 이런 형태의 회로는 차동 전압을 플레이트(10, 12)에 인가함으로써 작동한다. 전압은 커패시터(또는 등가 커패시터)를 충전하도록 전류가 흐르도록 하며, 이 충전은 디바이스 내의 회로에 의하여 축적되고 측정된다.
그러나, 대상물(14)은 등가 커패시터의 플레이트(10, 12)로의 그리고 등가 커패시터의 플레이트(10, 12)로부터의 전류의 흐름 이외에도, 전하가 흐를 수 있는 제3 경로를 제공한다. 따라서, 전류는 또한 센서의 몸체(body)나 하우징(housing)(도 1에 미도시)을 거쳐 그리고 회로 접지를 거쳐 대상물(14)로부터 회로(18)로 흐를 수 있다. 이 전도성 경로는 전류(I3)로서 도 2에 도시된다. 전류(I1, I2)는 커패시터 또는 등가 커패시터의 충전에 의하여 야기되는 전류이고, 전류(I1)는 제3 전류 경로(I3)가 없는 경우에 전류(I2)와 같을 것이다. 전류(I3)는 대상물과 회로(18)의 접지 사이에 흐를 수 있는 전류이다. 경로의 임피던스가 알려지지 않기 때문에, 전류(I3)는 알려지지 않고, 제3 경로의 임피던스에 따라, 전류(I1) 및/또는 전류(I2)의 측정의 유효성을 감소시키거나 측정을 불가능하게 만들 수 있다.
정전용량의 정확한 측정을 제공하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 제3 경로에서 전하의 흐름을 효과적으로 제거한다. 이것은 플레이트(10,12)에 인가되는 전압의 선택에 의하여 이루어진다. 시그마-델타 변조기 회로로부터의 차동 전압이 인가되고, 차동 전압은 센서의 몸체에 관련한 하나의 플레이트 상에서 양극이고, 다른 플레이트 상에서는 음극이다. 2개의 전압의 크기 비율은 2개의 커패시터의 임피던스의 비율과 같거나, 또는 2개의 커패시터의 정전용량의 비율에 반대이다.
이것은, 설령 커패시터가 분리에 따라 가변될 지라도 커패시터의 비율이 동일하기 때문에 가능하다. 상기 비율은 플레이트(10, 12)의 표면 면적에 의하여 결 정된다. 임피던스 비율에 비례하는 전압 비율의 결과는 동일한 양의 전하가 각 커패시터 내에서 이동하고 이로 인해 전하가 제3 경로에서 흐르지 않는 것이다. 이것은 제3 경로 즉, 대상물과 센서 사이의 임의의 연결 또는 용량성 커플링이 측정에 영향을 미치지 않고, 그래서 측정이 대상물(14)과 센서(18) 사이의 연결 또는 연결없음에 관계없이 이루어질 수 있다는 것을 의미한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량-기반 거리 센서의 개략도이다.
센서(20)는 외부 케이스나 또는 측정 회로(18)를 포함하는 하우징(22)을 구비한다. 측정 회로(18)는 각 용량 플레이트(10, 12)에 연결된다. 특히, 바람직하게는, 회로(18)는 아날로그 디바이스 회사로부터 입수할 수 있는 AD7745라는 제품명으로 판매되는 시그마-델타 변조기 회로이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 회로(18)는 정전용량 플레이트(10)에 전기적으로 연결되는 CIN+ 라인을 구비한다. 추가적으로, 회로(18)는 용량 플레이트(12)에 전기적으로 연결되는 EXCA 라인을 구비한다. 도 3이 용량 플레이트(10, 12) 사이에 연장되는 라인(24)을 보이고 있음을 유의하는 것이 중요하다. 라인(24)은 단지 외부 케이스(22)의 연장을 나타내는 것이고, 용량 플레이트(10, 12) 사이의 전기적 연결을 나타내는 것은 아니다. 회로(18)는 라인(EXCA) 상에 여기 전압(excitation voltage)을 제공하고, 여기 전압은 구형파(square wave)로서 시간에 따라 가변하는 진폭을 갖는다. 정전용량 플레이트(10)는 감지 입력 CIN+ 라인에 연결된다. 플레이트(10)의 전압은 회로 접지(26)에 관련하여 0 V이다.
상기 여기 전압은 커패시터의 임피던스 비율로 전압 분배기 세트에 의하여 분배되고, 버퍼링되고, 그리고 정전용량 플레이트(10, 12)를 제외한 전체 회로를 둘러싸는 외부 케이스(22)를 구동시킨다. 장치(20)의 회로는 전원(28)으로 개략 도시된 배터리 등에 의하여 내부적으로 전원을 공급받는다. 외부 센서(20)로부터 보여지는 것처럼, 그 결과는 케이스(22)가 기준 전압에 대해 명백한 회로 접지이고, 하나의 플레이트가 케이스(22)에 관련하여 양극으로 가는 반면에, 다른 플레이트는 음극으로 간다는 것이다. 이러한 조건 하에서, 센서(20)와 대상물의 사이의 분리의 정확한 측정이 가능하다. 한편, 도 1 내지 3에 도시된 본 발명의 실시예는 한 쌍의 정전용량 플레이트를 나타내고 있으나, 2개 이상의 플레이트가 사용될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 정전용량-기반 감지는 반도체 처리 챔버 내의 플래튼과 샤워헤드 사이의 거리 및/또는 평행을 감지하기 위한 센서에 사용된다.
도 4는 다수의 용량 플레이트(102, 104)를 포함하는 정전용량-기반 감지 장치(100)를 도시한다. 장치(100)는 플래튼(106)에 놓여 지는 것으로 나타내고, 그리고 센서(100)의 상부 표면(108)과 샤워헤드(112)의 하부 표면(110) 사이의 거리(d)를 감지한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 각 플레이트(102, 104)는 샤워헤드(112)의 표면(110)을 갖는 각 커패시터를 형성한다. 센서(100)는 임의의 적합한 형태를 취할 수 있고, 그리고 시스템에 의하여 처리되는 기판과 유사한 물리적 패키지 내에 바람직하게 구현된다. 따라서, 반도체 처리 시스템에서 센서(100)는 반도체 웨이퍼 또는 LCD 평면 패널을 나타낸다. 한편, 센서(100)가 플레이트(102, 104)를 사용하여 관찰되는 정전용량의 함수로서 거리(d)를 측정하는데 반하여, 플래튼(106)과 샤 워헤드(112)의 표면(110) 사이의 실제 거리는 단지 센서(100)의 두께를 측정된 거리(d)에 더함으로써 센서(100)에 의하여 용이하게 계산될 수 있다.
개시된 본 발명의 실시예는 일반적으로 대상물 또는 샤워헤드에 대한 거리를 직접적으로 감지하고 있으나, 또한 실시예는 센서의 표면을 확장시켜 샤워헤드에 접촉하는 단계와, 정전용량을 사용하여 확장 거리를 측정하는 단계를 포함한다.
도 5는 확장 가능한 센서의 개략도이다.
센서(200)는 도 3에 관하여 설명된 센서(20)와 유사하고, 같은 구성 요소는 동일한 도면 번호를 부여하였다. 하우징(202)이 표면(206)이 화살표(208)에 의하여 지시되는 방향으로 이동하도록 확장될 수 있는 확장형 부분(204)을 수용한다는 점에서, 센서(200)의 하우징은 센서(20)의 하우징(22)과 다르다. 센서(200) 및 근접 표면(206) 내에, 용량 플레이트(210)가 용량 플레이트(12)를 갖는 커패시터를 형성하도록 장착된다. 이렇게 형성된 커패시터는 개략적으로 Cv로 도시된다. 센서(200)의 표면(206)은 라인(214)으로 나타내는 것처럼 표면(206)에 작동 가능하게 연결된 액츄에이터(212)에 의하여 이동될 수 있다. 액츄에이터(212)는 에너지 인가 (energization) 또는 명령(command) 신호에 기반하여 표면(206)의 적절한 움직임을 발생시킬 수 있는 임의의 적절한 장치이다.
상기 액츄에이터(212)의 적절한 예는 자석 방식, 전기 방식, 전자석 방식, 압전 방식(piezoelectric), 기계 방식 및/또는 공압(pneumatic) 방식을 사용한다. 예를 들어, 액츄에이터(212)는 표면(206)을 하나의 방향 또는 다른 방향으로 구동시키도록 하는 메카니즘을 보장하는 작은 전자 모터를 단순하게 구비할 수도 있다. 또는, 액츄에이터(212)는 선택적으로 표면을 샤워헤드 표면 내부로 또는 샤워헤드 표면으로부터 이격되게 구동시키기 위한 전자석, 영구 자석, 또는 그들의 임의의 결합을 포함할 수도 있다. 액츄에이터(212)는 컨트롤러(도 5에 미도시)에 연결되고, 컨트롤러로부터 수신되는 명령 또는 신호에 기반하여 구동(actuation)을 제공한다. 액츄에이터(212)가 표면(206)을 샤워헤드와 접촉하도록 구동시키면, 회로(18)는 플레이트(12, 210) 사이의 정전용량(Cv)를 감지한다. 감시된 정전용량은 플레이트(12, 210) 사이의 거리를 나타낸다. 그리고 나서, 센서(200) 내에 고정된 플레이트(12)의 상대 위치를 알면, 표면(206)으로부터 케이스(202)의 하부 표면(216)까지의 전체 거리가 제공될 수 있다.
추가적으로, 실시예에서, 계산된 거리와 액츄에이터(212)에 보내진 명령이나 또는 제공된 명령을 비교함으로써, 감지된 거리는 유효해질 수 있다. 예를 들어, 액츄에이터(212)가 표면(206)을 높이거나 낮추도록 하는 메카니즘을 갖는 스텝퍼 모터이면, 스텝퍼 모터에 보내진 카운트 수 또는 펄스 수는 감지된 거리와 비교될 수 있다. 한편, 감지된 거리의 정확도가 액츄에이터(212)로부터 입수할 수 있는 것보다 훨씬 더 클 수도 있으나, 상기 2개의 값의 단순 일치가 중요한 유효성을 제공할 수도 있다.
또는, 구동은 다음 방식으로 주위 압력에 의하여 영향을 받을 수 있다. 본 실시예에서, 케이스(202)는 밀봉되고, 내부 공간은 대기압보다 낮은 감소된 압력에서 공기나 적절한 가스로 채워진다. 센서가 대기 조건에서 배치되면, 외부 공기압은 내부 압력을 초과하고 센서가 압축되도록 한다. 센서가 저기압이나 진공에서 배 치되면, 내부 압력은 외부 압력을 초과하고, 케이스(202)를 그의 최대 높이까지 확장시키거나 케이스(202)가 샤워헤드에 접촉할 때까지 확장시킨다. 어떤 의미에서, 액츄에이터는 밀봉형 공간 내에 밀봉된 가스이고 구동을 야기시키는 신호는 감소된 외부 공기압력이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 용량성-기반 감지 시스템의 전자 회로의 개략도이다.
바람직하게는, 부분(300)은 다수의 전기 구성요소가 장착되는 회로 보드 (302)를 포함한다. 특히, 배터리(342)는 바람직하게는 회로 보드(302) 상에 장착되고 전원 관리 모듈(346)을 거쳐 컨트롤러(344)에 연결된다. 바람직하게는, 전원 관리 모듈(346)은 LTC3443이라는 제품명으로 리니어 테크놀로지 회사(Linear Technology Corporation)로부터 입수할 수 있는 전원 관리 집적 회로이다. 바람직하게는, 컨트롤러(344)는 MSC1211Y5라는 제품명으로 텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments)로부터 입수할 수 있는 마이크로프로세서이다. 컨트롤러(344)는 임의의 타입의 메모리 형태를 취할 수 있는 메모리 모듈(348)에 연결되고, 컨트롤러의 외장형 메모리뿐만 아니라 컨트롤러의 내장형 메모리를 포함한다.
바람직한 컨트롤러는 내부 에스램(SRAM), 플래쉬 램(RAM) 및 부트 롬(Boot ROM)을 포함한다. 또한, 메모리 모듈(348)은 바람직하게는 "64K x 8" 크기를 갖는 외장 플래쉬 메모리를 포함한다. 플래쉬 메모리는 필요에 따라 프로그램, 보정(calibration) 데이터 및/또는 다른 비변환 데이터와 같은 비소멸성 데이터를 저장하는데 유용하다. 내장형 랜덤 액세스 메모리는 프로그램 동작과 관련된 소멸 성(volatile) 데이터를 저장하는데 유용하다.
또한, 컨트롤러(344)는 바람직하게는 다수의 적절한 입력/출력 포트(358, 360)을 포함한다. 이러한 포트는 바람직하게는 컨트롤러(344)와 추가 장치 사이의 통신을 용이하게 하는 직렬 포트이다. 특히, 직렬 포트(358)가 무선주파수 모듈 (362)에 연결되어 컨트롤러(344)가 무선주파수 모듈(362)을 거쳐 외부 장치에 통신적으로 연결된다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시예에서, 무선주파수 모듈(362)은 잘 알려진 블루투스 규격(Bluetooth standard)에 따라 동작하고, 이 블루투스 규격으로는 블루투스 SIG(www.bluethooth.com)로부터 입수할 수 있는 블루투스 코아 사양 버젼 1.1(2001.2.22)이 있다. 무선주파수 모듈(362)의 일예는 WMLC40이라는 제품명으로 미츠미(Mitsumi)로부터 입수할 수 있다. 추가적으로, 무선 통신의 다른 형태가 부가적으로 사용되거나 무선주파수 모듈(362) 대신에 사용될 수 있다. 그러한 무선통신의 적절한 예는 임의의 다른 형태의 무선주파수 통신, 음향 통신, 적외선 통신을 포함하고, 또는 심지어 자기 유도(magnetic induction)를 이용하는 통신도 포함한다.
도 6은 블럭(364)에서 하나 이상의 용량 플레이트를 개략적으로 나타내고, 본 발명의 실시예에 따른 측정 회로(18)에 연결된다.
바람직하게는, 하나 이상의 용량 플레이트는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 처리 시스템에서 대상물에 관련된 하나 이상의 거리를 감지하도록 작동가능하게 배치된다. 추가적으로, 본 발명의 실시예는 요구에 따라 다른 적절한 센서를 사용 할 수 있다. 추가적인 센서의 예는 타당성에 따라 온도계, 가속도계, 경사계, 나침판(자장 방향 검출기), 광 검출기, 압력 검출기, 전장(electric field) 세기 검출기, 자장 세기 검출기, 음향 검출기, 습도 검출기, 화학 성분 활성 검출기, 또는 임의의 다른 형태의 검출기를 포함한다.
동작을 살펴보면, 컨트롤러(344)는 측정 회로(18)와 연동하고, 이 측정 회로(18)는 바람직하게는 하나 이상의 정전용량 값을 판단하기 위한 공지된 시그마-델타 아날로그-디지털 컨버터를 포함한다. 전술한 바와 같이, 정전용량 값은 반도체 처리 툴 내에서 센서와 대상물 사이의 거리를 나타낸다. 추가적으로, 또는 선택적으로, 감지된 정전용량은 대상물에 접촉하기 위하여 센서에 의하여 요구되는 확장 거리를 나타낼 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 다수의 용량 플레이트 및/또는 확장 센서는 동시에, 또는 연속적으로, 대상물 상의 다양한 위치에서 대상물과 센서 사이의 거리를 획득하거나 측정하는데 사용될 수 있다. 이 점에 있어서, 거리 측정은 평행의 표시를 제공하는데 사용될 수 있다. 따라서, 센서가 플래튼 상에 놓일 때, 다양한 거리 측정은 샤워헤드에 관련한 플래튼 자체의 평행의 표시를 제공한다. 평행 자체만이 주요 관심이라면, 다양한 정전용량 측정이 서로 비교되어 평행의 표시를 직접적으로 제공할 수 있다. 그러나, 플래튼으로부터 샤워헤드까지의 거리의 인식이 요구되면, 메모리(348) 내에 저장된 이전 정보가 거리 계산을 위하여 컨트롤러(344)에 의하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 용량 플레이트가 센서의 상부 표면상에 배치된 실시예에서, 센서로부터 샤워헤드까지의 거리가 컨트롤러(344)에 의하여 센서 그 자체의 두께에 더해져서 플래튼으로부터 샤워헤드까지의 전체 거리를 제공한다.
거리 및/또는 평행 정보는 센서로부터 원격지에 있는 장치까지 전기적으로 전송될 수 있어, 정보가 기술자나 다른 관계자에게 효과적으로 제공될 수 있다. 거리 및/또는 평행 정보가 사용자에게 제공되는 방법은 광범위하게 변경될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 상대 경사도를 그래픽으로 표현하는 그래픽 사용자 인터페이스의 바람직한 실시예를 도시한다.
인터페이스(400)는 상대 위치나 평행, 또는 표면의 상대 각을 그래픽으로 또는 숫자로 또는 2 가지 방법 모두로 표시할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 평행도는 숫자로 나타낼 수 있고, 또는 버블 레벨 비유(bubble-level metaphor)의 사용에 의하여 나타낼 수 있고, 보다 큰 원(404) 내에 위치된 작은 원(402)을 보인다. 큰 원(404) 내의 작은 원(402)의 위치는 센서가 노출된 표면의 상대 경사도를 2차원으로 나타낸다.
표면이 양쪽 차원에서 평형일 때, 원(402)은 원(404) 내의 중앙에 위치된다. 반면에, 원(402)이 중앙의 일측에 보이면, 표면이 가장 멀리 떨어진 측면을 나타내고, 큰 원(404)의 중앙으로부터의 작은 원(402)의 거리는 표면의 상대 경사도를 나타낸다. 이 경우에, 상대 경사도의 축척(scaling)은 선택적일 수 있다. 예를 들어, 윈도우(408) 내의 박스(406)는 축척 목적을 위한 윈도우(410)의 상대 크기를 보인다. 따라서, 경사도가 더욱더 명백해짐에 따라, 원(404)의 중앙으로부터의 원(402)의 거리는 극단이 될 수 있는 윈도우(408)이고, 그러나 원(412)과 원(414)의 상대 크기는 그에 맞게 가변하는 박스(406)의 크기와 같아질 수 있을 것이다.
상대 경사도를 표시하는 다른 방법은 원을 가로지르는 색 기울기(color gradient)를 갖는 원을 제공한다. 기울기의 방향은 최대 경사 방향을 나타내고, 이중 라인에 의하여 표시될 수 있고, 그리고 기울기의 정도는 상대 경사도를 나타낸다. 예를 들어, 심한 경사의 경우 색은 노란색부터 청색까지 분포될 수 있으며(선택되는 색 스펙트럼에 따라), 반면에 작은 경사는 오렌지색부터 빨간색까지의 기울기로 표시될 수 있다. 표면이 평행하면, 색은 균일하고, 기울기가 없다. 또한 축척은 선택될 수 있다.
인터페이스(400)의 사용자 또는 기술자는 반도체 처리 툴의 셋업 동안에 기계 조정에 관련하여 충분한 판단을 하기 위하여 거기에 제공되는 정보를 사용할 수 있다. 예를 들어, 기술자는 플래튼과 샤워헤드의 평행뿐만 아니라 플래튼으로부터 샤워헤드까지의 거리를 정확히 세팅하기 위하여 플래튼 상에서 다양한 기계적 세팅을 조정하여 일정 부분을 높이거나 낮출 수 있다.
*추가적으로 또는 선택적으로, 센서에 의하여 판단되는 경사 정보가 반도체 처리 툴 또는 다른 적절한 기계 내의 제어 시스템에 직접적으로 제공되어, 플래튼의 기계적 특징을 자동으로 연동시킴으로써 일정 부분을 높이거나 낮출 수 있고, 이로 인하여 거리 및/또는 평행을 자동으로 세팅할 수 있다. 이와 같이, 적어도 몇 개의 반도체 처리 조정은 용량성 거리 센서로부터 전송되는 무선 정보에 기반하여 자동으로 수행될 수 있다.
비록 본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 당업자는 본 발 명의 기술적 사상과 범위로부터 벗어나지 않고 형태와 상세 내용을 변경할 수 있는 것으로 인식되어야 할 것이다.
본 발명은 반도체 처리 툴의 용량성 거리를 감지하는 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 다수의 용량 플레이트 및/또는 확장 센서는 동시에, 또는 연속적으로, 대상물 상의 다양한 위치에서 대상물과 센서 사이의 거리를 획득하거나 측정하는데 사용될 수 있다.

Claims (21)

  1. 플래튼 위에 놓여지는 하우징;
    상기 하우징 내에 배치된 배터리;
    상기 배터리에 연결된 무선통신 회로;
    상기 무선통신 회로와 배터리에 연결된 컨트롤러;
    각각이 플래튼과 전도성 샤워헤드 사이의 거리에 상당하는 정전용량을 갖고, 커패시터를 형성하는 복수의 용량 플레이트;
    상기 컨트롤러와 복수의 용량 플레이트에 연결되고, 각각의 커패시터의 정전용량을 측정하여 컨트롤러에 그 표시를 제공하는 측정 회로를 포함하고,
    상기 컨트롤러는 측정된 정전용량에 적어도 일부분 기반하여 플래튼과 전도성 샤워헤드에 관한 거리 및 평행 표시를 제공하는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리 챔버 내의 대상물에 대한 거리를 감지하는 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 용량 플레이트는 짝수의 용량 플레이트인 것을 특징으로 하는, 반도체 처리 챔버 내의 대상물에 대한 거리를 감지하는 센서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 짝수의 용량 플레이트 중의 제1 절반은 양극 여기 전압으로 구동되고, 상기 짝수 용량 플레이트들 중에 다른 절반은 음극 여기 전압으로 구동되는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리 챔버 내의 대상물에 대한 거리를 감지하는 센서.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 용량 플레이트는 하우징 내에 배치되고 샤워헤드에 확장될 수 있는 표면에 연결되고, 제2 용량 플레이트는 하우징 내에 고정되고, 그리고 커패시터가 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 형성되고, 표면이 확장되는 정도에 따라 가변하는 정전용량을 갖는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리 챔버 내의 대상물에 대한 거리를 감지하는 센서.
  5. 제4항에 있어서, 상기 표면에 연결되고, 컨트롤러에 연결되어 선택가능한 확장 정도를 제공하는 액츄에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리 챔버 내의 대상물에 대한 거리를 감지하는 센서.
  6. 제4항에 있어서, 상기 센서는 외부의 대기압 또는 대기압의 부족에 따라 밀봉되고, 상기 확장 가능한 표면은 압축되거나 확장되는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리 챔버 내의 대상물에 대한 거리를 감지하는 센서.
  7. 제2항에 있어서, 상기 짝수는 2인 것을 특징으로 하는, 반도체 처리 챔버 내의 대상물에 대한 거리를 감지하는 센서.
  8. 제1항에 있어서, 상기 측정 회로는 시그마-델타 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리 챔버 내의 대상물에 대한 거리를 감지하는 센서.
  9. 제1항에 있어서, 상기 표시는 평행인 것을 특징으로 하는, 반도체 처리 챔버 내의 대상물에 대한 거리를 감지하는 센서.
  10. 제9항에 있어서, 상기 표시는 버블-상 비유를 표현하는 사용자 인터페이스에서 제공되는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리 챔버 내의 대상물에 대한 거리를 감지하는 센서.
  11. 삭제
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  13. 제1항에 있어서, 상기 무선통신 회로는 무선주파수 통신 회로인 것을 특징으로 하는, 반도체 처리 챔버 내의 대상물에 대한 거리를 감지하는 센서.
  14. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 적어도 하나의 용량 플레이트와 센서가 놓인 표면 사이의 알려진 고정 오프셋 거리 및 측정된 정전용량에 기반하여, 도전성 샤워헤드와 플래튼 위의 표면 사이의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리 챔버 내의 대상물에 대한 거리를 감지하는 센서.
  15. 제1항에 있어서, 상기 센서는 처리 챔버에 의하여 처리되는 기판과 같은 물리적 패키지 내에 구현되는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리 챔버 내의 대상물에 대한 거리를 감지하는 센서.
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