(57)【要約】  ウェハ製造中における処理状況を測定するセンサをもつ基板を組み込んだ測定装置を提供する。基板はロボットヘッドにより処理室内に挿入でき、測定装置はリアルタイムに状況を伝送するか、もしくはその後の解析のために状況を保存することができる。装置の高感度電子部品を装置の精度、動作範囲、および信頼性を向上させるために、最も有害な処理状況から離すか、または隔離することができる。
2005516400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理状況を検知および保存または伝送するためのシステムにおいて、
表面部をもつ基板であって、前記基板の異なる領域における基板の処理状況を測定するためのセンサを備える基板と、
センサの出力部に結合された信号取得回路構成を備える基板の表面に設けられた１つ以上の電子回路プラットフォームと、
を備えるシステム。
【請求項２】
１つ以上のプラットフォームのそれぞれが１つ以上の脚部とシェルフとを備え、前記１つ以上の脚部がシェルフを表面部から持ち上げている請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記信号取得回路構成は、シェルフ上にある請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記基板は、ウェハである請求項１記載のシステムシステム。
【請求項５】
前記基板は、ガラスを含む請求項１記載のシステムシステム。
【請求項６】
遠隔データ処理モジュールをさらに備える請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記電子回路プラットフォームは送受信機を備えるデータ伝送回路構成をさらに備え、前記データ伝送回路構成は処理状況の測定を行っている間に処理状況をリアルタイムに送受信機を介してデータ処理モジュールに伝送することが可能な請求項２記載のシステム。
【請求項８】
前記送受信機は、ＲＦ信号を送受信する請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記送受信機は、ＩＲ信号を送受信する請求項７記載のシステム。
【請求項１０】
前記送受信機は、誘導的に送受信する請求項７記載のシステム。
【請求項１１】
前記送受信機は、音響的に送受信する請求項７記載のシステム。
【請求項１２】
前記システムがデータ伝送ケーブルをさらに備え、前記データ伝送回路構成が前記ケーブルを介して処理状況を伝送する請求項７記載のシステム。
【請求項１３】
前記データ伝送回路構成は、データ処理モジュールと制御信号の送受信がさらに可能である請求項７記載のシステム。
【請求項１４】
前記データ処理モジュールは、マイクロプロセッサ装置、記憶装置、表示装置、および入力装置を備える請求項６記載のシステム。
【請求項１５】
センサにより測定される処理状況が、温度、圧力、流量、振動、イオン電流密度、イオン電流エネルギー、光エネルギー密度のうちの１つ以上の状況を含む請求項１記載のシステム。
【請求項１６】
センサがウェハ内またはウェハ上に設けられた独立したセンサである請求項１記載のシステム。
【請求項１７】
センサがウェハ内またはウェハ上に形成された集積回路の一部である請求項１記載のシステム。
【請求項１８】
前記電子回路プラットフォームは、電源をさらに備える請求項１記載のシステム。
【請求項１９】
前記電源は、誘導電源を備える請求項１７記載のシステム。
【請求項２０】
ウェハに接続され、信号取得回路構成に電気的に結合されたアンテナをさらに備える請求項１記載のシステム。
【請求項２１】
処理状況監視装置において、
第１の外周部をもつ基板であって、前記基板の異なる領域における基板の処理状況を測定するためのセンサを備える基板と、
第２の外周部をもつ電子回路モジュールであって、
センサの出力部に結合された信号取得回路構成と、
信号取得回路構成に結合されたデータ伝送回路構成と、を備える電子回路モジュールと、
電源と、
前記基板と電子回路モジュール間で信号の伝送を行うために、基板を電子回路モジュールに接続するリード線と、
を備える監視装置。
【請求項２２】
前記信号取得回路構成は、センサの出力信号を増幅するように構成される請求項２１記載の監視装置。
【請求項２３】
前記データ伝送回路構成は、マイクロコントローラを備え、センサ較正係数を用いて出力信号を補正するように構成される請求項２１記載の監視装置。
【請求項２４】
前記信号取得回路構成は、センサに対して入力信号を与えるようにさらに構成される請求項２２記載の監視装置。
【請求項２５】
前記入力信号は、入力電力を含む請求項２４記載の監視装置。
【請求項２６】
遠隔データ処理システムをさらに備え、前記データ伝送回路構成は前記遠隔システムに対して処理状況を伝送するための無線送受信機を備える請求項２１記載の監視装置。
【請求項２７】
前記データ伝送回路構成は、アナログデジタル変換器を備える請求項２２記載の監視装置。
【請求項２８】
前記データ伝送回路構成はメモリを備え、前記データ伝送回路構成は処理状況をメモリ内に記憶させる請求項２１記載の監視装置。
【請求項２９】
遠隔システムが、較正係数を用いて出力信号を調整するように構成される請求項２６記載の監視装置。
【請求項３０】
送受信機は、ＲＦ信号を送受信する請求項２１記載の監視装置。
【請求項３１】
送受信機は、ＩＲ信号を送受信する請求項２１記載の監視装置。
【請求項３２】
送受信機は、音響信号を送受信する請求項２１記載の監視装置。
【請求項３３】
前記データ伝送回路構成は、通信ケーブルで遠隔システムを前記装置に結合させるために、１つ以上のコネクタを備える請求項２１記載の監視装置。
【請求項３４】
前記遠隔システムは、マイクロプロセッサ制御式装置である請求項２６記載の監視装置。
【請求項３５】
センサにより測定される処理状況が、温度、圧力、流量、振動、イオン電流密度、イオン電流エネルギー、光エネルギー密度のうちの１つ以上の状況を含む請求項２１記載の監視装置。
【請求項３６】
可撓ケーブルがリボンケーブルである請求項２１記載の監視装置。
【請求項３７】
ロボットハンドにより密閉室内に挿入される処理状況監視装置において、
センサを備える第１の部材と、
電子回路を備える第２の部材と、
前記第１の部材と第２の部材とを接続する導電ケーブルまたは導線と、を備え、
前記第１の部材と第２の部材が１つまたは複数のロボットハンド内またはその上に取り付けられ、
前記第１の部材が密閉室内にあり、前記第２の円形部材が密閉室外になるように、ロボットハンドにより前記装置を第２の位置まで延伸することができ、これにより前記第２の部材の電子回路が密閉室内の状況下におかれないようにする装置。
【請求項３８】
前記第２の位置において前記装置のケーブルが密閉室のドア部において密閉される請求項３７記載の装置。
【請求項３９】
電子回路は、電源と増幅器とを備える請求項３７記載の装置。
【請求項４０】
電子回路は、データ処理装置との通信を行うための送受信機をさらに備える請求項３９記載の装置。
【請求項４１】
電子回路は、アナログデジタル変換器をさらに備える請求項３９記載の装置。
【請求項４２】
前記第２の円形部材に結合されたデータ処理コンピュータをさらに備える請求項３７記載の装置。
【請求項４３】
第１の部材と第２の部材とが円形または長方形である請求項３７記載の装置。
【請求項４４】
前記電子回路プラットフォームが基板表面の凹部に設けられ、前記凹部とプラットフォームとは空洞内にあり、前記プラットフォームは取り除かれた空洞の質量と実質的に等しい請求項１記載のシステム。
【請求項４５】
第１の位置において電子回路モジュールが基板の上または下にあり、第２の位置において第１の外周部と第２の外周部とが交わらないように、電子回路モジュールと基板とが互いに移動させられる請求項２１記載の処理状況監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ処理、ＬＣＤ表示ガラス基板処理、磁気メモリディスク処理、薄膜処理で製造されるその他の装置に関し、さらに詳細には、処理状況の検知と伝送を行うことのできる基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路、表示装置、またはディスクメモリの製造には、一般的に多数の処理ステップを経て行われる。動作可能な装置を提供するために、各処理ステップは慎重に監視されなければならない。イメージング処理、堆積および成長処理、エッチングおよびマスキング処理等を通じて、各ステップにおいて、例えば、温度、ガス流、真空度、化学ガスまたはプラズマの成分、および露光距離が慎重に制御されていることが肝要である。各ステップに関する種々の処理状況に対して注意を払うことは、最適な半導体または薄膜処理のための必要条件である。最適処理状況から逸脱すれば、それによって得られる集積回路や素子が標準以下のレベルの性能しか示さない、あるいは最悪の場合、完全に機能しなくなる恐れがある。
【０００３】
処理室内において、処理状況は変動する。温度、ガス流量、および／またはガス組成といった処理状況における変動は形成に大きな影響をもたらし、これにより集積回路の性能にも大きく影響する。基板の処理状況を測定するために、集積回路またはその他の素子と同一または同様の材料でできた基板を用いることにより、状況の最も正確な測定ができる。というのは、基板の熱伝導率が処理される実際の回路と同じになるためである。ほとんど全ての処理状況について処理室内での傾きと変動が存在する。したがって、こういった傾きは、基板表面にわたっても存在する。ウェハにおける処理状況を正確に制御するために、処理室の処理状況の最適化が即座に達成できるように、ウェハ上で測定を行い、自動制御システムまたはオペレータに対して読取値がリアルタイムに利用可能になっていることが肝要である。処理状況には、半導体またはその他の素子製造を制御するために用いられるあらゆるパラメータ、または製造業者が監視することを望む状況が含まれる。
【０００４】
処理室内において、ロボットヘッドが試験ウェハまたは基板を搬送する。ロボットヘッドを組み込んだ装置の一例として、テル社（ＴＥＬ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）が製造したものがある。このロボットヘッドは首振り可能である。このロボットヘッドには、複数のレベルまたはハンドも組み込んである。第１のレベルまたはハンドは延伸可能であり、第２のレベルまたはハンドはウェハを搬送しながらさらに延伸可能である。第２のロボットまたは可動式プラットフォームはウェハを受け入れ、ウェハを処理室内まで下降させる第３のホルダまでウェハを延伸させる。ロボットヘッドおよび処理室に関するさらなる詳細については、アラキによる「半導体処置システムおよび基板の交換処理方法」という米国特許第５，５６４，８８９号（特許文献１）を参照されたい。この特許は、その全体が本願明細書において参照により援用されている。
【特許文献１】米国特許第５，５６４，８８９号
【特許文献２】米国特許第６，１９０，０４０号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
基板上または基板内に直接センサを基板表面にわたって離間して設置することにより、ウェハの表面における種々の処理状況の正確な傾きの読み取り値が得られる。処理状況は、その後の評価のためにメモリ内に保存されてもよく、または、情報を提示し制御システムまたはオペレータからの入力を受信することができるコンピュータ、ＰＤＡ、またはその他のマイクロプロセッサ制御式装置といった遠隔データ処理装置を経由してリアルタイムに読み取られることができるようにしておく。オペレータはリアルタイムで処理状況を監視することができ、その後、効果の監視を継続しながら、理想的な状態に到達するように処理室の設定を変更することが可能であるが、これを自動最適化制御システムで行ってもよい。さらに、その後のステップは、その前のステップの処理状況に基づいて即時に修正が可能である。
【０００６】
高感度電子回路構成を処理状況下から離すことにより、動作範囲が広くなり、さらに正確で信頼性が高く、繰り返し可能で変動のない動作ができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の測定システムは、ウェハまたは基板が様々な位置にある場合の処理状況を測定し、この状況をリアルタイムにデータ処理装置に伝送するか、またはその後の伝送または処理状況のダウンロードのためにこの状況をメモリ内に記録する。
【０００８】
本願明細書において、「処理状況」とは、集積回路の製造において用いられる様々な処理パラメータのことを指す。処理状況には、半導体製造を制御するために用いられるあらゆるパラメータ、または製造業者が監視することを望むような、温度、処理室圧力、処理室内ガス流量、処理室内ガス化学組成、イオン電流密度、イオン電流エネルギー、光エネルギー密度、ウェハの振動および加速度といったあらゆる状況が含まれるが、これらに限定されるものではない。
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明について説明する。
【００１０】
図１Ａは、本発明の第１の実施形態である処理状況測定装置（ＰＣＭＤ）１００を広げた状態を示す。ＰＣＭＤ１００は２つの主要部として基板１０４と電子回路ディスク１０６をもつ。基板１０４は半導体製造機器、ガラス基板処理機器、磁気メモリ処理機器の処理状況を測定するために用いられる。特に、この基板１０４は、処理中のウェハまたは基板の状況を測定するために用いられる。基板全体の処理状況を測定するために、基板１０４の表面また基板１０４内の様々な領域にセンサが配置される。基板の様々な領域で測定を行うことにより、基板全体の傾きが算出され、さらに、基板の特定位置における状況を結果的に得られる基板特性と対応づけすることができる。基板１０４内／上におけるセンサの数は測定される処理状況および基板１０４の大きさにより変わる。温度測定のための一実施形態において、直径２００ｍｍの基板では１７個のセンサがあり、直径３００ｍｍの基板では２９個のセンサがある。基板１０４については、図１Ｇ〜１Ｈを参照しながら、後でさらに詳しく説明する。
【００１１】
電子回路ディスク１０６は、ケーブル１０８により基板１０４に接続される。ケーブル１０８はいかなる形式のケーブルでもよいが、可撓性で低収縮性の平らなリボン形ケーブルであることが望ましい。ＰＣＭＤが高温または温度変化、その他の状況に関して影響を受けるような処理状況にある場合、いずれも電子部品の機能性、精度、信頼性に悪影響を及ぼす恐れがある。さらに、多数の他の処理ステップや状況下では、電子回路を処理から離すか、電子回路を処理環境の外部におくほうが都合がよい。この実施形態において、ＰＣＭＤを２つの部分に分けることにより、基板とセンサを処理室内に入れることができ、一方、電子回路を高温やその他の様々な処理状況による有害な効果のない処理室外においたままにすることができる。このため、処理雰囲気の外部への漏洩、もしくは外部からの漏洩の恐れなく処理を進めることができるように、ＰＣＭＤ１００のケーブル１０８を密閉下において処理室の外部から内部へ貫通させる。このケーブルは、製造工程で用いられる温度やガス状化学物質に対して耐性のあるポリイミドのような材料でできていることが好ましい。
【００１２】
データ処理装置（ＤＰＤ）１１０は、データポート１１４において電気通信リンク１１２で電子回路ディスク１０６に接続される。電気通信リンク１１２は、有線または無線リンクであり、図１Ｆに関連して後でさらに詳細に説明する。
【００１３】
図１Ｂは、基板１０４と電子回路ディスク１０６がそれらの間にあるケーブル１０８によって同軸配置されたものを示す。ここで同軸とは、１つの円の周辺部が他の円の周辺内にあるものとして定義され、両円が必ずしも同一中心をもつ必要はない。このため、この定義は円の偏心も含む。
【００１４】
同軸に位置することから、両者を上下関係にある２つのロボットアーム内に設けることができる。センサをもつ基板１０４は下部ロボットアームにより保持される。下部アームは、基板１０４を処理室内に挿入するために延伸される。処理室には挿入用の３つの領域、領域１３４、領域１３６、領域１３８がある。図１Ｃは、ＰＣＭＤ１００を処理室１３２の様々な領域内に挿入するロボットヘッド１３０を示す。ロボットハンド１３０ａ（上部、電子回路ディスク１０６を保持）とロボットハンド１３０ｂ（下部、基板１０４を保持）はいずれも別個に延伸可能である。図１Ｄと１Ｅは、ロボットヘッド１３０の３つのハンド１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃを示す。図１Ｄにおいて、レベルロボットハンド１３０ｂは、ロボットヘッド１３０のロボットハンド１３０ａから離れるように延伸される。レベル１３０ｂまたは１３０ｃは基板１０４を格納し、レベル１３０ａまたは１３０ｂは、ＰＣＭＤ１００が伸びた状態にある時に、電子回路ディスク１０６をそれぞれ格納する。ロボットヘッド１３０は、処理室に近づくにつれて、図１Ｂに示すように、まずＰＣＭＤを同軸状態にする。その後、ロボットハンド１３０ｂは、ハンド１３０ａから離れるように延伸し、これにより基板１０４を電子回路ディスク１０６から離す。このようにして、基板１０４は、図１Ｃに示されているように、領域１３４内に設置可能である。ＰＣＭＤが領域１３６内に設置される場合、ロボットハンド１３０ａと１３０ｂは、ＰＣＭＤ１００を同軸状態にして領域１３６内に挿入される。基板１０４はスライド式プラットフォームまで降下させられ、このプラットフォームが位置１３６で基板１０４を処理室まで移動させる。ＰＣＭＤ１００は、ロボットハンド１３０ａおよび１３０ｂ内へ置くのに先立ち、ケーブル１０８の軸に沿って延伸できるように、適切な向きになるまで回転させられる。処理室１３８内への基板１０４の載置は、処理室１３６での載置と実質的に同じであるが、ケーブル１０８の軸に沿って延伸させて処理室１３８と一直線になることを可能にするための回転角度が異なっている。
【００１５】
図１Ｆは、ＰＣＭＤ回路構成１５１およびＤＰＤ１１０の電気回路および信号の流れを示すブロック図であり、これは本発明の全ての実施形態において共通である。上述したセンサ１５０は基板１０４内または基板１０４上にある。センサ１５０の出力は、導線１５３を介してＳＡＣ１５４に結合される。メモリ１５２は任意であり、基板１０４上またはケーブル１０８のコネクタ上のセンサ１５０の近くに置くことが好ましい。メモリ１５２がある場合、マイクロコントローラ１５８Ｂによりデジタルセンサデータを読み取るために、処理を行うことなくＳＡＣ１５４を通り導線１５６からＤＴＣ１５８まで継続するデジタルセンサデータを保存する。メモリ１５２はセンサ１５０用の較正係数を含む。このようにして、電子回路ディスク１０６が変わっても、メモリ１５２と較正係数とは適切なセンサとともに維持される。ＳＡＣ１５４は電子回路ディスク１０６に位置することが好ましいが、基板１０４または処理室内外のどの場所に位置してもよい。ＳＡＣ１５４は、センサ出力を取り出す上で必要な回路構成を含み、かつ必要に応じて、増幅器、電流源、フィルタといったセンサを駆動させる上で必要なあらゆる入力電圧またはその他の信号も供給する。ＳＡＣ１５４は導線１５６上で信号をデータ伝送回路構成（ＤＴＣ）１５８に送る。電源１６２は、蓄電池、放射エネルギー変換電池、または誘導結合電源であってもよく、電気バス１６４を介してＰＣＭＤ１００の全ての部品に電源供給する。
【００１６】
ＤＴＣ１５８は、データリンク１１２上でＳＡＣ１５４からＤＰＤ１１０までのアナログまたはデジタル形式の信号を処理、保存、伝送するのに必要な回路構成を備える。信号がデジタル送信される場合、ＤＴＣ１５８は１つ以上のアナログデジタル変換器１５８Ａを含む。ＤＴＣ１５８内にある送受信機１５８Ｃは、測定された処理状況と、ＤＰＤ１１０の送受信機１１０ｄと送受信される何らかの制御信号とを送受信する。送受信機１１０ｄをＤＰＤ１１０の一部として示したが、ロボットヘッド１３０上に離しておいてもよい。また、ＤＴＣ１５８は、センサ１５０用の較正係数を含む。ＤＴＣ１５８は較正係数情報を読み取り、測定されたデータに対して較正補正を行うためのデータ処理装置１１０までこの情報を伝える。ＤＴＣ１５８は、センサ１５０により測定され、そのまま、または修正された状態の記録済処理状況や、較正係数といったその他の情報を保存するためのメモリ１５８Ｄを任意で含むようにしてもよい。マイクロコントローラまたはゲートアレイ１５８ＢはＤＴＣ１５８の処理を管理する。データリンク１１２は、ＲＳ２３２またはユニバーサル・シリアルバス（ＵＳＢ）接続等の無線リンクまたは多心導線データケーブルであってもよい。データリンク１１２が無線である場合、送受信機１５８ｃと１１０ｄは、赤外、音響、音波、超音波、または無線周波数信号で通信を行うことができる。ブルートゥース等のよく知られた任意の数のプロトコルを使うことができる。送受信機は誘導的に信号を送受信することもできる。ＰＣＭＤ１００において、ＤＴＣ１５８は電子回路ディスク１０６の一部であるが、以下の実施形態においてはどこに設置してもよい。わかり易くするために、ＳＡＣ１５４、ＤＴＣ１５８、ＤＰＤ１１０内における相互接続または配線は示されていない。
【００１７】
データ処理装置１１０は、コンピュータ、携帯形情報端末（ＰＤＡ）、特定用途向けコンピュータ等の任意のマイクロプロセッサ制御型またはゲートアレイ制御型装置であってもよい。ＤＰＤ１１０は中央演算処理装置１１０Ａを含み、表示装置、キーボード、マウス、メモリ１１０Ｃ、送受信機１１０Ｄ等の入出力装置１１０Ｂをさらに含んでもよい。
【００１８】
基板１０４は、好ましくはシリコンウェハの基層１４０をもつが、集積回路、またはガラス、セラミックス、ＧａＡｓ、カーバイドまたは窒化物を含む薄膜装置の製造で用いられるその他多くの材料でできているものであってもよい。基板１０４と電子回路ディスク１０６は、現行のウェハの大きさに似せるとともに、通常のウェハ取り扱い機械で取り扱うために、直径が２００ｍｍまたは３００ｍｍであることが好ましいが、いかなる直径、いかなる形状であってもよい。
【００１９】
図１Ｇは、基板１０４の断面図である。この図に示す例において、基層１４０はシリコンウェハであり、そのウェハ上にはさまざまな層が形成される。基層１４０は、基層１４０上に絶縁層１４２をもつ。絶縁層１４２はいかなる絶縁材料であってもよいが、二酸化珪素等の熱酸化物であることが好ましい。次に、キャップ層１４４が、絶縁層１４２の上に形成される。キャップ層１４４は絶縁層１４２におけるいかなる欠陥も補償する。キャップ層１４４上には相互接続層１４６がある。相互接続層１４６は、処理状況を監視するセンサの信号を伝送するために用いられる導体層である。相互接続層１４６はエッチングによりセンサの正確な位置を決める回路トレースと、相互接続のために必要な何らかのボンドパッドとを形成する。さらに、センサそのものは、相互接続層１４６内やその他の導体層（図示せず）内に形成されてもよい。相互接続層１４６上には不活性化層１４８がある。不活性化層１４８は窒化物層であることが好ましいが、いかなるタイプの誘電材料であってもよい。図１Ｈは、基板１０４上／内にあるセンサ１５０の好ましい配置を示すが、その他多くの配置も可能であり、本発明の範囲内である。図１Ｊは、基板１０４内に設けられ、相互接続層１４６内に形成された回路トレースに接続された独立したセンサ１５０を示す。熱伝導性絶縁セラミック材料（図示せず）がセンサ１５０を覆い、空洞１５２を充填する。基板上に直接蒸着された薄膜上に作製したセンサと相互接続に関するさらなる情報については、レンケンらによる「集積回路加工ツールにおける基板上の温度を検知するための装置」という米国特許第６，１９０，０４０号（特許文献２）を参照されたい。この特許は、その全体が本願明細書において参照により援用されている。
【００２０】
さまざまな処理状況の検出において必要なセンサ１５０は、よく知られた半導体トランスデューサ設計により基板１０４上に設置されるか、基板内に組み立てられる。温度測定のため、よく使われるトランスデューサはＲＴＤまたはサーミスタであり、これは温度係数をもつ薄膜抵抗材料を含む。基板１０４に対して作用する磁束量を測定するために、磁気抵抗材料を使ってもよい。抵抗感応材料（サーミスタまたは磁気抵抗材料）の遠心端間において、基板内に抵抗電圧変換器を形成することもしばしば行われる。他の温度センサの例として、基板の層内にリソグラフィ法で形成した２つの異なる導体でできた熱電対がある。導体間の接合部が加熱されると、接合点の温度に対してほぼ線形的に上昇する微小な熱電電圧が発生する。温度センサの他の例として、温度とともに上昇する電圧を発生するダイオードがある。正電源と負荷抵抗間にダイオードを接続することにより、負荷抵抗から電流電圧変換が得られる。他のセンサとして、温度依存振動周波数を示す結晶方位上でカットした水晶から作製された水晶音叉等の圧電装置がある。センサの振動周波数は、温度による周波数変動を最小にするために、結晶方位から作製された水晶音叉等の圧電装置で形成された主発振器を基準にすることができきる。センサと主発振器間の周波数の差により直接デジタル温度依存信号を得ることができる。堆積質量や堆積率または他の処理状況を測定するために、圧電センサを用いて質量変化を検知してもよい。
【００２１】
独立したセンサまたは基板１０４の層内に一体に形成されたセンサのいずれかとしてセンサ１５０を用いて、基板１０４の至る所にある選択領域における圧力、力、ひずみを測定してもよい。ウェハ上にかかる大気圧を測定することの可能な圧力トランスデューサには多くのタイプがある。適切な圧力トランスデューサとして、ダイアフラム式トランスデューサがあり、ここにおいて、ダイアフラムまたは弾性要素が圧力を検知し、それに相当するひずみまたはたわみが発生し、その後、これをダイアフラムまたはダイアフラム後方にある空洞に接続されたブリッジ回路で読み取ることが可能となる。他の適切な圧力トランスデューサとして、基板１０４の半導体基板内に設置した圧抵抗材料がある。圧抵抗材料は、ドーピング化合物を基板内に拡散させることにより形成される。結果として得られた圧抵抗材料は、圧力またはそこにかかったひずみの量に比例する電流を出力する。
【００２２】
センサ１５０は基板１０４にわたる流量を測定するために用いることもできる。さらに、湿度および水分センサを基板１０４上に形成することもできる。流量測定のためによく知られた方法である熱線風速計を基板１０４に組み込んでもよい。基板１０４に形成された非層流障害物に層流があたるときの渦発生周波数に流量速度は依存する。流量速度の測定は、一般的に障害物のいずれかの面における特殊な渦の形成に関して行われる。これにより両面間で交互に圧力変動が発生する。しきい値（これ以下の値では渦発生が起こらない）を超えると、周波数は流量速度に比例する。交互圧力変動を検出する多くの方法の中で、障害物の両面間にある小さな溝の中にホットサーミスタを設置することが好ましい。このようにして利用された溝を通る流れの方向が交互に周期的に入れ替わることにより、自己発熱するサーミスタを冷却し、これによりＡＣ信号と、渦周波数の２倍に対応する電気パルスを発生させる。したがって、サーミスタの前で基板１０４から突出する障害物により固体状態の流量測定ができる。互いに近接して設置された自己発熱するサーミスタ間で熱を伝達することができる。流体の流れにより、隣接するサーミスタ間の熱エネルギーを伝達し、流体質量に比例して熱不均衡がおこる。ベクトルに沿った流れを測定するために、２つ以上の隣接するセンサを配置することができ、また多重流ベクトルについての検知を行うこともできる。流体質量に関するＤＣ信号を発生する熱不均衡を検出できる。流れベクトルを検出するために、多方向の流れが比較できる。
【００２３】
センサ１５０は、基板１０４上のガス化学濃度を測定するために用いることもできる。化学組成センサは、測定される特定のイオンに対して透過性をもった隔膜を用いる。理想的には、この隔膜はその他全てのイオンに対しては完全に不透過でなければならない。隔膜の伝導度は、隔膜を透過した選択イオンの輸送量に直接比例する。隔膜の伝導度に変動性があれば、周囲の取巻き基板１０４内にある化学イオン量に直接関係する測定を行うことができる。
【００２４】
センサ１５０を用いて、平行板構造、集電板配列、集電板上で支持される制御グリッドを持つ集電板とともに、イオン電流密度やイオン電流エネルギーを測定することもできる。平行板間または集電板配列までの電流はイオン電流密度とともに上昇する。イオン電流エネルギーは、板上のグリッドに一定または変動ＤＣ電位をかけることにより検出できる。これにより、イオン電流エネルギーに対して電流を調整し、エネルギー分布が検出できるようになる。堆積またはエッチング工程の監視と制御を行う上でこのことは有用である。
【００２５】
圧電トランスデューサ／センサを基板１０４と一体化し、層の共鳴周波数を測定し、これにより層の質量または厚さを測定する。
【００２６】
さらに、センサ１５０を用いて、基板１０４から離間された物体の位置変化や移動を検出することもできる。模範的な移動トランスデューサは電気光学装置を含み、これにより光子エネルギー（または強度）を測定し、光子エネルギーを電場または電圧に変換することができる。比較的よく知られた電気光学装置は発光ダイオード、光ダイオード、光トランジスタ等を含み、これらを半導体基板上に形成することができる。移動センサを用いて、エッチングまたは蒸着室内における電極間隔に関する正確な情報を得ることができ、さらにウェハと対応するマスクおよび／または放射線源間の間隔情報を得ることもできる。
【００２７】
図２は、処理状況測定装置の他の実施形態であるＰＣＭＤ２００を示す。ＰＣＭＤ２００はＰＣＭＤ１００と同様のものであるが、電子回路ディスク２０６がＰＣＭＤ１００の電子回路ディスク１０６や基板１０４よりも小さいという点で異なる。ＰＣＭＤ１００と同様、電子回路ディスク２０６は広げた位置で基板１０４と分かれる。ＰＣＭＤ２００は基板とともに（上にまたは下に）くっついてくるが、常に広げた状態のままであってもよい。このようにして、電子回路を処理室の有害な状況から離すことができる。電子回路は、ディスクの代わりにフォームファクタの形状であってもよい。
【００２８】
図３Ａは、処理状況測定装置のさらに他の実施形態であるＰＣＭＤ３００を示す。ＰＣＭＤ３００は図２のＰＣＭＤ２００と同様のものであるが、基板１０４の表面上、表面下、または空洞内にさらに電子回路プラットフォーム２０７を含む。ＰＣＭＤ１００および２００の電子回路ディスク１０６および２０６内に予め格納されていた電子電圧供給回路構成１５１は、ここでは電子回路ディスク２０６と電子回路プラットフォーム２０７とに分けられる。図１Ｆに示すＰＣＭＤ回路構成１５１の任意の部分は、どの場所にあってもよく、各プラットフォーム上に重複していてもよい。信号取得回路構成１５４は電子回路プラットフォーム２０７の一部であり、データ伝送回路構成１５８は電子回路プラットフォーム２０７と電子回路ディスク２０６の両方にあることが好ましい。このようにＤＰＤ１１０への通信は電子回路プラットフォーム２０７または電子回路ディスク２０６のいずれからでも可能である。電子回路プラットフォーム２０７は基板１０４の表面上のどこにあってもよい。この実施形態では、中央部に位置している。
【００２９】
図３Ｂに示されているように、電子回路プラットフォーム２０７は、１つ以上のスペーサまたはプラットフォーム脚部２０９により基板１０４の表面から持ち上げられる。上述したように、処理室では温度およびその他のパラメータにかなり大きな傾きがある。場合によっては、最も厳しい処理状況がウェハと同程度になることもある。ウェハ表面から電子回路を持ち上げるのは、電子回路を最も過酷な処理状況から隔離するための別の方法である。プラットフォーム２０７とプラットフォーム脚部２０９とは、基板１０４と同様／両立可能な特性を持つ材料からできていることが好ましいが、実際上はいかなる材料からできていてもよい。両立性は、熱膨張係数、あるいはその他の機械的、電気的、または材料特性に関係する。プラットフォーム２０７が基板１０４から持ち上げられている距離は、測定が想定される処理状況により調整が可能であるが、一般的には１〜５ｍｍである。プラットフォーム脚部の大きさは、直径または幅（丸くない場合）で０．０５〜１．０ｍｍ以上に変わりうるが、基板とプラットフォーム間の熱伝達を制限するために、最小直径または幅が約０．０５ｍｍであることが好ましい。プラットフォーム２０７の電子回路構成からの信号は、プラットフォーム脚部２０９と一体の小さな電気ケーブルまたは導線のいずれかを介して基板１０４に伝送される。
【００３０】
図４は、本発明の他の実施形態であるＰＣＭＤ４００を示す。ＰＣＭＤ４００はＰＣＭＤ３００と同様のものであるが、電子回路ディスク２０６を含まない点で異なる。電子回路プラットフォーム２０７はＳＡＣ１５４とＤＴＣ１５８とを含む。電源１６２はプラットフォーム２０７上に位置することが好ましいが、基板１０４上に位置してもよい。ケーブル１０８は、密閉された処理室内において基板１０４と電子回路プラットフォーム２０７とを格納することで妨げられる通信を可能にすることにより送受信機をサポートするために、アンテナまたは外部トランスデューサとして機能するための処理室の外部に延伸される。これにより、ケーブル１０８は、ＤＴＣ１５８とＤＰＤ１１０間においてリアルタイムまたは遅延して信号を送信する上でデータリンク１１２の一部として機能する。これに代わって、ケーブル１０８はＤＰＤ１１０に対して直接接続することができ、これによりデータリンク１１２は有線リンクとなる。
【００３１】
図５は、本発明のさらに他の実施形態であるＰＣＭＤ５００を示す。ＰＣＭＤ５００はＰＣＭＤ４００のケーブル１０８がないが、それ以外は同様のものである。したがって、ＰＣＭＤ５００はデータリンク１１２まで無線通信を行う。アンテナを電子回路プラットフォーム２０７に一体化することが好ましいが、基板１０４内または基板１０４上に形成してもよい。
【００３２】
ここまで電子回路プラットフォーム２０７に注目した実施形態の全てにおいて、すなわちＰＣＭＤ３００、４００、５００において、プラットフォームは基板１０４の中心部に位置していた。この理由は、ロボットアームにより旋回または回転される際に処理状況測定装置のバランスを適切に取っておくことが重要であったためである。しかし、熱バランスも、他の多くの処理状況のバランスと同様に重要である。上述したように、処理状況は処理室内にわたって大きく変わりうる。それぞれの処理状況は、処理室内でそれぞれ独自の分布または傾きをもっている。そのため、こういった変化を調整するために、処理状況に応じて電子回路プラットフォーム２０７の位置を変化させるか、または基板上または基板内に１つ以上のプラットフォームを設けることが有利である。
【００３３】
図６において、ＰＣＭＤ６００は基板２０７の端近くに位置する電子回路プラットフォーム２０７をもつ。それ以外ではＰＣＭＤ６００はＰＣＭＤ５００と同一である。図７において、ＰＣＭＤ７００には、基板１０４の径上に、基板１０４の中心から等距離の位置に２つ以上の電子回路プラットフォーム２０７と２０９とがある。ＰＣＭＤ回路構成１５１は電子回路プラットフォーム２０７と２０９間において任意の比率で分けることができるが、これにはプラットフォーム２０９に電子部品または回路構成がないように配置することも含まれる。さらに、ＰＣＭＤ回路構成１５１を各プラットフォーム上に重複させてもよい。
【００３４】
どの実施形態においても、ＰＣＭＤ回路構成１５１の全てまたは一部を含むプラットフォーム、すなわちメモリ１５２、ＳＡＣ１５４、ＤＴＣ１５８、電源１６２は、代わりに基板と一体化させるか、または基板内に形成した空洞内に格納させてもよい。このためには、処理状況を測定するために用いられる基板１０４が、実際の製造で処理状況の影響を受ける製品基板と実質的に同一の質量をもつようにする。この目的は、試験基板１０４に与えられる効果とできるだけ同様のものを正確に模擬するために、プラットフォームにより追加される量と同一の基板質量を取り除くことにある。基板１０４内の質量および熱伝導が製品基板と同様であれば、温度変化に対する動的熱応答時間が最も正確に測定できる。
【００３５】
本発明の特定の実施形態とそれらの有利な点を示して説明してきたが、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の考え方と適用範囲から逸脱することなく、様々な変更、置き換え、改造を行うことができることを理解されよう。例えば、センサの位置や形式は、説明した例と異なる場合もある。さらに、電子回路プラットフォームまたはディスクは測定基板の空洞内に凹ませて入れ、同じ結果を得るために同じやり方で同じ機能を示す回路構成についても本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態であるＰＣＭＤ１００を広げた状態の斜視図である。
【図１Ｂ】ＰＣＭＤ１００の同軸状態の斜視図である。
【図１Ｃ】処理室とロボットハンドの平面図である。
【図１Ｄ】ロボットハンドを伸ばした状態の上面図である。
【図１Ｅ】ロボットハンドを伸ばした状態の平面図である。
【図１Ｆ】全ての実施形態に共通の電子装置と回路構成の系統図である。
【図１Ｇ】基板１０４の断面図である。
【図１Ｈ】基板１０４の上面図である。
【図１Ｊ】基板１０４内のセンサの斜視図である。
【図２】本発明の他の実施形態であるＰＣＭＤ２００の斜視図である。
【図３Ａ】本発明の他の実施形態であるＰＣＭＤ３００の斜視図である。
【図３Ｂ】ＰＣＭＤ３００の平面図である。
【図４】本発明の他の実施形態であるＰＣＭＤ４００の斜視図である。
【図５】本発明の他の実施形態であるＰＣＭＤ５００の斜視図である。
【図６】本発明の他の実施形態であるＰＣＭＤ６００の斜視図である。
【図７】本発明の他の実施形態であるＰＣＭＤ７００の斜視図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図１Ｈ】
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【図１Ｊ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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