(57)【要約】  本発明は、電子デバイス処理ツール内に配置された電子デバイス内の膜を検出するためのシステム、装置及び方法を提供する。本発明は、装置を電子デバイス処理ツールのビューポートに連結するように構成された取付部材と、取付部材内に配置され且つ電子デバイス処理ツール内で電子デバイスを照らすように構成された光エネルギー源と、膜の存在を示す波長を通すように構成された光学システムと、膜の存在又は不在を検知するように構成された、基板で反射して光学システムを通過する光エネルギーを受け取るように位置決めされた光学検出装置とを含む。多数のその他の構成が開示される。
2010535425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイス処理ツール内で電子デバイス内の膜を検出するための装置であって、
装置を電子デバイス処理ツールのビューポートに連結するように構成された取付部材と、
取付部材内に配置され且つ電子デバイス処理ツール内で電子デバイスを照らすように構成された光エネルギー源と、
膜の存在を示す波長を通すように構成された光学システムと、
膜の存在又は不在を検知するように構成された、基板で反射して光学システムを通過する光エネルギーを受け取るように位置決めされた光学検出装置とを含む装置。
【請求項２】
追加の光エネルギー源と、
基板で反射した光エネルギーを受け取るように配置された追加の光学検出装置とを更に含み、
追加の光エネルギー源及び光学検出装置が、電子デバイス処理ツール内の基板の存在又は不在を検知するように構成されている請求項１記載の装置。
【請求項３】
取付部材が光エネルギー源を支持するために配置された開口部を含み、これにより基板で反射した光エネルギーだけが光学検出装置に到達する請求項１記載の装置。
【請求項４】
取付部材に連結され且つ基板で反射したものではない光エネルギーを光学検出装置に到達させないように構成されたハウジングを更に含む請求項１記載の装置。
【請求項５】
光学システムがディフューザを含む請求項１記載の装置。
【請求項６】
光学システムが複数のディフューザ及び１つのフィルタを含む請求項１記載の装置。
【請求項７】
複数のディフューザが、拡散チューブのどちらかの端部に配置されたディフューザを含む請求項６記載の装置。
【請求項８】
電子デバイス内の膜を検出するためのシステムであって、
電子デバイス処理ツールと、
電子デバイス処理ツールのビューポートに連結されるように構成された取付部材と、
取付部材内に配置され且つ電子デバイス処理ツール内の電子デバイスを照らすように構成された光エネルギー源と、
取付部材に連結され且つ膜の存在を示す波長を通すように構成された光学システムと、
膜の存在又は不在を検知するように構成された、基板で反射して光学システムを通過する光エネルギーを受け取るように位置決めされた光学検出装置とを含むシステム。
【請求項９】
追加の光エネルギー源と、
基板で反射した光エネルギーを受け取るように配置された追加の光学検出装置とを更に含み、
追加の光エネルギー源及び光学検出装置が、電子デバイス処理ツール内の基板の存在又は不在を検知するように構成されている請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
取付部材が、光エネルギー源を支持するために配置された開口部を含み、これにより基板で反射した光エネルギーだけが光学検出装置に到達する請求項８記載のシステム。
【請求項１１】
取付部材に連結され且つ基板で反射したものではない光エネルギーを光学検出装置に到達させないように構成されたハウジングを更に含む請求項８記載のシステム。
【請求項１２】
光学システムがディフューザを含む請求項８記載のシステム。
【請求項１３】
光学システムが複数のディフューザ及び１つのフィルタを含む請求項８記載のシステム。
【請求項１４】
複数のディフューザが、拡散チューブのどちらかの端部に配置されたディフューザを含む請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
電子デバイス処理ツール内に配置された電子デバイス内の膜を検出する方法であって、
膜検出装置の取付部材を電子デバイス処理ツールのビューポートに連結し、
取付部材内に配置された光エネルギー源を使用して電子デバイス処理ツール内の電子デバイスを照らし、
取付部材に連結された光学システムに膜の存在を示す波長を通過させ、
基板で反射した光エネルギーを受け取り、
光学検出装置を使用して、受け取った光エネルギーに基づいて膜の存在又は不在を検知することを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００７年８月１日に「ＭＥＴＨＯＤＳ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＩＤＥＮＴＩＦＹＩＮＧ  ＴＨＩＮ  ＦＩＬＭＳ  ＯＮ  Ａ  ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ（基板上の薄膜を識別するための方法及び装置）」の名称で出願された米国特許仮出願第６０／９５３，２１２号に基づく優先権を主張し、この出願は引用により全ての目的のため本出願に組み込まれる。
【発明の分野】
【０００２】
本発明は電子デバイスの製造に係り、より詳細には、チャンバ内に配置された基板上の薄膜を識別するための方法及び装置に関する。
【発明の背景】
【０００３】
電子デバイス製造工程においては、処理ツール内で基板に処理を施しながら、基板上に堆積された又は別の形で位置決めされた層又は膜（例えば、銅層）を検出可能であることが重要なことが多い。例えば、一部の膜材料は一部のチャンバ又は処理と相性が悪く、不適合なチャンバに基板を持ち込むことにより、そのチャンバを損傷してしまうことがある。膜を検出するための慣用の装置には、複雑度、コスト、時間及び使いやすさの観点から多数の欠点がある。典型的に、慣用の装置では、分析するのに基板を処理ツールから取り出す必要がある。従って、処理ツール内での膜の検出も可能にする、機能性、有用性、波形率、応用、低コスト性、セットアップ及び運転の単純さの組み合わせが得られる膜検出装置を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一部の態様において、膜を検出するための方法が提供される。電子デバイス処理ツール内に配置された電子デバイス内の膜を検出する方法は、膜検出装置の取付部材を電子デバイス処理ツールのビューポートに連結し、取付部材内に配置された光エネルギー源を使用して電子デバイス処理ツール内の電子デバイスを照らし、取付部材に連結された光学システムに膜の存在を示す波長を通過させ、基板で反射した光エネルギーを受け取り、光学検出装置を使用して、受け取った光エネルギーに基づいて膜の存在又は不在を検知することを含む。
【０００５】
本発明の別の態様において、膜を検出するための装置が提供される。本発明は、装置を電子デバイス処理ツールのビューポートに連結するように構成された取付部材と、取付部材内に配置され且つ電子デバイス処理ツール内で電子デバイスを照らすように構成された光エネルギー源と、膜の存在を示す波長を通すように構成された光学システムと、膜の存在又は不在を検知するように構成された、基板で反射して光学システムを通過する光エネルギーを受け取るように位置決めされた光学検出装置を含む。
【０００６】
本発明の更に別の態様において、膜を検出するためのシステムが提供される。電子デバイス内の膜を検出するためのシステムは、電子デバイス処理ツールと、電子デバイス処理ツールのビューポートに連結されるように構成された取付部材と、取付部材内に配置され且つ電子デバイス処理ツール内の電子デバイスを照らすように構成された光エネルギー源と、取付部材に連結され且つ膜の存在を示す波長を通すように構成された光学システムと、膜の存在又は不在を検知するように構成された、基板で反射して光学システムを通過する光エネルギーを受け取るように位置決めされた光学検出装置を含む。
【０００７】
本発明のその他の構成及び態様は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲及び添付図面からより十分に明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の装置の実施形態の分解斜視図である。
【図２】図１の装置の実施形態の側面図である。
【図３】線３−３で切り取った図２の装置の実施形態の断面図である。
【図４】図１の装置の実施形態の一部の詳細な分解斜視図である。
【図５】図４の構成要素の実施形態の詳細図である。
【図６】本発明の第１の装置の実施形態の正面斜視図である。
【図７】本発明の装置の実施形態の底部斜視図である。
【図８】図１の装置の実施形態の一部の詳細な分解斜視図である。
【図９】本発明のシステムの実施形態の斜視図である。
【図１０】本発明のシステムの実施形態の部分底部斜視図である。
【図１１】本発明の第１の方法を実行中の本発明の装置の実施形態を示す図である。
【図１２】本発明の第２の方法を実行中の本発明の装置の実施形態を示す図である。
【図１３】本発明の第２の装置の実施形態の正面斜視図である。
【詳細な説明】
【０００９】
本発明により、多数の有用な構成を含む、電子デバイス内又は電子デバイス上の膜を検出するための装置（「膜検出装置」）が提供される。添付の図面は、本発明による膜検出装置の１つ以上の実施形態の構成及び動作を描いたものである。
【００１０】
１つ以上の実施形態において、膜検出装置は、カリフォルニア州サンタクララ（Santa Clara, California）のアプライドマテリアルズ社（Applied Materials, Inc.）製のセンチュラ（Ｃｅｎｔｕｒａ（商標名））又はエンデュラ（Ｅｎｄｕｒａ（商標名））処理ツール等の１つ以上の電子デバイス処理ツール（例えば、搬送チャンバ、処理チャンバ等）のビューポートに簡単に連結できるように構成された一体型取付部材を備えている。取付部材は、膜検出装置が使用する光（例えば、光学スペクトルエネルギー）が、ビューポートの窓で反射するのを防止するように設計されている（そのままだと光は窓で反射して膜検出工程に影響を及ぼす可能性がある）。処理ツール内の基板上のその他何層かの下に位置決めされている薄膜を検出するために、膜検出装置は、赤外線（約１５００ｎｍ）から遠紫外線（約１５０ｎｍ）の１つ以上の光学スペクトルエネルギー源（「光源」）と、光源が発する波長及び／又は基板からの２次発光を検出するように構成された１つ以上の光学検出装置と、１つ以上のディフューザと、検出対象である特定の膜に感応するように構成された１つ以上の狭帯域フィルタを含む。フィルタ波長は光源が発する波長と異なる場合があるが、これは場合によって、２次発光又はシフトした発光が、基板上の膜で反射するからである。適切なフィルタを選択することにより、特別なアラインメントの必要性がなくなる。検出を支援するために、本発明の膜検出装置は、周囲光源を遮断してバックグラウンド信号を軽減するようにした構成も含み得る。光学経路を変更することにより基板上のパターン形状の影響を軽減する追加の装置を含むこともある。このような装置にはレンズ、ウィンドウ、コリメータ及びディフューザが含まれるが、これらには限定されない。光源から発せられるエネルギーの強度及び運転中の光学検出装置のゲインを制御するための自動（例えば、制御ソフトウェアを介する）及び／又はマニュアル機構を設置してもよい。
【００１１】
膜検出装置は、安全性及び信頼性を改善する多数の構成も含む。例えば、一部の実施形態において、膜検出装置は、光エネルギー源へのオペレータの意図せぬ曝露を制限及び／又は防止するように及びエンクロージャを開放する際の電力の切断を回避する形で結合をもたらすように設計されたシールドを有するエンクロージャを含む。１つ以上の実施形態において、本装置は、目に安全な波長範囲を超えた光エネルギーへの意図せぬ曝露を防止する安全インターロックスイッチを含む。
【００１２】
安定した光源（固定波長を発する固体光源等）を、適宜単体で又は組み合わせて使用することができる。このような光源を、長く安定した耐用寿命（例えば、慣用の膜検出装置で使用の光源の耐用寿命の５００〜１０００倍）のために選択する。光源を、極めて短時間でオンになるように設計すれば、測定して判断を下すのに必要な短い間だけ給電すればよく（繰り返し較正する必要がない）、かなりのエネルギーが節約できる。光源を極めて迅速にオンにして短時間使用することにより、安全性が高まる。例えば、紫外線源又は赤外線源を利用する場合、特定の時間に亘るこれらへの曝露は危険であり、その他の安全基準（例えば、シールド、エンクロージャの閉鎖）が満たされたごく短時間に亘ってのみ、光源は給電される。
【００１３】
加えて、一部の実施形態において、膜検出装置は、基板が処理機器内に配置されたか否かを判断するための基板検出センサとして使用される。基板検出センサは、分離光源／光学検出装置アセンブリを含み得る。
【００１４】
本発明は、本発明による膜検出装置を干渉及び制御するように構成された制御システム及び／又はソフトウェアも提供する。制御システムは、膜検出装置の較正を実行及び記録し、基板の存在又は不在を判断し、製造施設内のその他の制御システムに連結されるように構成された１つ以上の論理回路を含み得る。
【００１５】
一部の実施形態において、本発明は、市販の（例えば、アプライドマテリアルズ社のセンチュラ（商標名）及びエンデュラ（商標名））搬送チャンバ蓋部ビューイングウィンドウポート専用の取付手段を利用する（単純なボルトオン方式）。この取付手段は、その他のタイプ及びスタイルの機器にも簡単に適合可能であると考えられる。
【００１６】
本発明は、処理の均一性のために、周囲光源を標準的に遮断するように設計される。これは追加の技術手法やソリューションを必要としない本設計が本来有しているものである。
【００１７】
本発明は、オペレータが光エネルギー源に意図せず曝露されるのを制限又は防止するように設計される。その他の構成には、内蔵型安全遮断スイッチ（必要に応じて）及び工学的安全性ソリューション（電力を切断しない状態でのエンクロージャの開放を防止するような形の配線の設計等）が含まれる。これらを単独で又は組み合わせて使用することにより、オペレータ及び設置作業員の安全が強化される。従来の機器では、同じ目標を達成するのに複雑又は使いにくい安全シールドを必要とすることが多かった。
【００１８】
本発明は、様々な部品からその場で組み立てられ且つその構成要素がシステム全体に散在している従来技術とは対照的に、コンパクトな一体型（モジュール方式の）ボルトオンアセンブリとして設計される。
【００１９】
本発明は、センチュラ（商標名）及びエンデュラ（商標名）基板処理システム等の市販のシステムとインターフェース接続可能に設計される（例えば、プラグアンドプレイ）。しかしながら、インターフェースは柔軟性を強化するために事実上、極めて単純に設計されており、その他のプラットフォーム及びシステムに簡単に適合させることができる。本発明は、必要に応じてより複雑なシステムインターフェース（シリアルデータ転送等）も含み得るが、このようなインターフェースの存在及び使用は、運転に必要ではない。
【００２０】
分析タスク及び複雑な分析により適したスペクトログラフ及びスペクトロスコープとは対照的に、本発明はタスク限定的に設計される。スペクトログラフ及びスペクトロスコープを活用して、この装置を適合させる検出範囲の決定に役立てることもできるが、設定し終わったら、本発明の設置又は使用にいずれの形態であっても全く不要である。
【００２１】
製造中の本発明の設定は単純であり、妥当なスキルセットがあれば十分である。この装置は、標準的な市販の狭帯域光学フィルタを使用し光源を選択することにより、所望の波長帯域に合わせられる。特別なアラインメントを必要とせず、必要な場合でもごくわずかである。
【００２２】
固体光源及び／又はその他の固定波長エネルギー源を、適宜単体で又は組み合わせて使用することができる。これらは、長く安定した運用のために選択される（従来の光源の耐用寿命の５００〜１０００倍）。これらの装置は、その通常の耐用寿命において著しい劣化を見せないため、恒久的と考えることができる。好ましい光源は、長い準備時間を必要としない「インスタントオン」でもある。これは、測定して判断を下すまでに必要とされる短時間の間だけしか給電されないことを意味している。このため、光源は再較正の繰り返しを必要とせず、耐用寿命はより長くなる。更に、光源は従来の光源にかかるコストの約０．０５％であり、運転中、雑音がでず、また運転に１％未満のエネルギーしか使用しない。
【００２３】
本発明で利用するインスタントオン光源は、安全性も強化されている。紫外線源又は赤外線源を利用する場合、光源は、短時間に亘ってのみ且つ全ての安全インターロック基準が満たされた時だけ給電される。
【００２４】
本発明のその場の（in-situ、インサイチュ）較正は、システムを作動させて、較正用基板が単純な基板運動シーケンス又はプロファイル（例えば、基板の主表面の一部がシステムの下を通過するように、基板を水平パターンに移動させる）に沿って移動するに従って較正用基板を走査することにより達成される。これは、スペクトログラフ及びスペクトロスコープ又はその他のより複雑な手段を使用する従来のセンサとは完全に異なる。
【００２５】
本発明では、従来のツールと比較すると１〜２％の時間及び労力しかかからず、これに対応して、取付作業員及びオペレータの両方に要求されるスキルレベルは低くなる。
【００２６】
本発明は、「処理逸脱」検知装置と考えることができる。従来のツールは包括的な「分析機器」として設計されており、このような従来のツールは同様の機能を実行するように構成されてはいるものの、設定、設置、使用及び保守にコストがかかり、難しく、時間がかかることが判明している。
【００２７】
特殊なウィンドウ、光ファイバー、真空シール又はその他を設置及び使用に必要としない。設置又は使用中、既存の真空シールは破られない。これにより、基板製造工程又はチャンバに変更を加えることなく、極めて迅速な設置と点検が可能になる。
【００２８】
本発明は、一部の実施形態において、単数又は複数の光学スペクトルエネルギー源を含み、検出信頼性の必要性に応じて、これらの光源の波長は、赤外線（〜１５００ｎｍ）〜遠紫外線（〜１５０ｎｍ）にわたる。
【００２９】
任意の統合安全インターロックスイッチを含めることにより、技術者及びオペレータが目に安全な波長範囲外の又は単に長時間に亘って見るのが不快な光エネルギーに意図せず曝露されるのを防止してもよい。任意の目に安全なビューポートウィンドウが必要に応じて存在し得る。
【００３０】
任意の分離基板検出光学エミッタ及び検出装置が含まれる場合がある。この機能も、殆どの場合、主要な膜センサにより実行することができる。本発明は、運転中に光エネルギー源の強度を制御するための、半自動化較正シーケンスの一部としての自動化又はマニュアル手段を含み得る。本発明は運転中に検出装置のゲイン又は感度を制御するための、半自動化較正シーケンスの一部としての自動化又はマニュアル手段を含み得る。
【００３１】
本発明は、光エネルギー源が発する波長及び／又は検出対象である基板からの２次発光を検出可能な光学センサ又は光学センサ群を含んでいてよい。
【００３２】
本発明は、検出対象である半導体基板の膜のタイプに感応性の１つ以上の光学フィルタを含み得る。フィルタの波長は、組み込まれた光エネルギー源のものと同じであっても同じでなくてもよく、これは光エネルギー源それ自体が単色性であっても、場合によって、２次発光又はシフトした発光又はこれらの組み合わせを検出するからである。光学フィルタの取付具は、必要に応じて簡単に再構成できるように設計される。
【００３３】
本発明は、センサを特定の領域又は範囲に限定する光学経路を含み得る。このような経路には、レンズ、ウィンドウ、コリメータ、ディフューザ及びこの機能を強化し且つ検出対象である基板の上のパターン形状の影響を打ち消すのに役立つその他の装置が含まれる。
【００３４】
本発明は光学センサとホスト機器との間のインターフェースをとる手段を含み得る。本発明は、製造条件下及び点検条件下の両方において、アセンブリの較正を実行及び記録可能な論理回路を含み得る。本発明は、較正に基づいて、検出対象である基板膜について決定を下すことが可能な論理回路を含み得る。本発明は、基板前面開口部が形成されていない場合も含めて、検出装置の視野における基板の存在又は不在を判定可能な論理回路を含み得る。本発明は、半自動化較正ルーチンを実行するための手段を含む論理回路を含み得る。本発明は、必要に応じて手動で較正される手段も含み得る。本発明は、プラグアンドプレイ方式で基板処理機器制御ロジックに接続するための手段を含む論理回路を含み得る。これはその他のシステム及び機器にも容易に適合させることができることを意味している。
【００３５】
本発明は、基板を取り扱うロボットのブレード及び支持アームの動きを制限することなく動作が可能な機械構造及び光学経路を含み得る。本発明は、真空チャンバウィンドウからの第１及び第２表面反射が戻ってきた検出光学信号に悪影響を与えることを防止する取付形状を含み得る。本発明は、自己較正のための任意の統合基準ターゲット表面又はこの較正の実行に役立つ標準化ターゲット基板を含み得る。
【００３６】
メカニカルアレイ装置は、光エネルギー源を収容しアラインし、また収束点又は制御された照射野にその出力を方向付けする。
【００３７】
その他の実施形態における本発明は、必要に応じて１つ以上の波長の光学スペクトルエネルギー源が存在し得ることを除き（多色性集合光源）、上記のような発明の構成を含み得る。一部の実施形態において、検出対象である半導体基板膜のタイプに感応性の１つ以上の光学フィルタを含む。フィルタの波長が組み込まれた光エネルギー源と同じであっても同じでなくてもいいことに留意すべきである。これは場合によって、２次発光又はシフトした発光又はこれらの組み合わせを検出するからである。一部の実施形態において、エネルギー源における光学波長の多重性は、同時であっても、順番であっても必要に応じて選択的に有効となるものであってもよい。
【００３８】
別の実施形態における本発明は、任意の磁場検出手段及び高周波電界検出手段を光学スペクトルセンサと共に使用することを除いて、上記の実施形態の発明を含む。適用可能な場合は、任意の磁場検出手段及び高周波電界検出手段は、調査対象である基板に近接して取り付けられた検出コイルの形態をとり、場合によっては、既存のチャンバビューウィンドウ及び取付台と機械的に置き換えられる。
【００３９】
別の実施形態における本発明は、ビームスプリッタ、複線の光ファイバー、鏡又は同様の手段によってもたらされる同軸光源を使用することを除き、上記のような発明を含む。同軸光源は、収束光源の代わりに使用することができる。同軸光源を収束光源と共に使用してもよく、また別々に、同時に又は組み合わせて使用することにより測定を行ってもよい。
【００４０】
図１を参照し、ここで本発明の具体的な実施形態について例示を目的として説明する。分解斜視図は、本発明の膜検出装置例１００を描いたものである。装置例１００は光エネルギー供給ベースアセンブリ１０２を含み、アセンブリ１０２は、上部ディフューザ１０４を支持し且つ外部チューブハウジング１０６によって取り囲まれるように構成されている。外部チューブハウジング１０６はベースプレート１０８にも連結されており、ベースプレート１０８は、光学センサアセンブリ１１０を支持し且つシールドハウジング１１２によって取り囲まれている。
【００４１】
装置１００は、処理ツール（図示せず）（例えば、搬送チャンバ、処理チャンバその他）のビューポート（図示せず）で処理ツールに簡単に取り付けられるように構成されている。取り付けられると、装置は、ビューポートを介して、処理ツール内の基板の照射及び走査の両方を行う。光エネルギー供給ベースアセンブリ１０２の下部は、ビューポートのフレーム（図示せず）に嵌合するように成形されているため、アセンブリ１０２の底部環状面（図２）はビューポートの透明材料（例えば、石英ウィンドウ）と同一平面となり、アセンブリ１０２の外方フランジ縁部２０４（図２）はビューポートのフレームから張り出して取り付けを円滑にする（例えば、ボルトを介して）。一部の実施形態において、装置１００の構造部材（例えば、ハウジング、ベースプレート等）は、アルミニウム又はその他の実用可能な材料から形成される。
【００４２】
上部ディフューザ１０４は、半透明ではあるが光エネルギーには透明ではないオパールガラスから形成することができる。一部の実施形態においては、オパールガラスの薄層（例えば、厚さ約０．０５〜約０．３ｍｍ、好ましくは厚さ約０．１ｍｍ）をより厚みのある透明なガラス片（例えば、厚さ約６ｍｍ）に融着させることにより、上部ディフューザ１０４を形成する。上部ディフューザ１０４を水平且つ中央光エネルギー経路と直列に配置する。中央光エネルギー経路は、処理ツールのビューポートから上に向かって、光エネルギー供給ベースアセンブリ１０２の中心を通り、上部ディフューザ１０４を通り、ベースプレート１０８の開口部を通り（１つ以上の光学フィルタを含み得る）、光学センサアセンブリ１１０内へと続く。
【００４３】
外部チューブハウジング１０６は（シールドハウジング１１２と共に）、光エネルギー供給ベースアセンブリ１０２を遮断し、また周囲光の光学センサアセンブリ１１０への進入を防止し、光エネルギー供給ベースアセンブリ１０２からの光エネルギーへの曝露からオペレータを保護するように構成されている。外側チューブハウジング１０６を管として描いているが、その他の形状を採用してもよい。
【００４４】
光学センサアセンブリ１１０をベースプレート１０８上に配置し、支持させる。光学センサアセンブリ１１０は、処理ツールからのターゲット範囲を含む光エネルギーの受け取りに応答して、特定のターゲット範囲のエネルギー波長の検出を示す信号を生成するように構成されている。例えば一部の実施形態においては、モデルＰＭ１００−Ｖ検出アセンブリ（テキサス州キャロルトン（Carrollton, TX）のヴェリティインストルメンツ社（Ｖｅｒｉｔｙ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．）から市販）を、光学センサアセンブリ１１０として使用する。このような実施形態において、センサアセンブリ１１０は、装置１００の回路の残りから分離した交換可能な又はアップグレード可能なモジュール方式の構成要素として具体化される。その他の実施形態において、例えば図１３に関して以下で説明するように、光学センサアセンブリ１１０は、装置１００のコントローラの統合構成要素として具体化される。一部の実施形態において、ベースプレート１０８は、光学センサアセンブリ１１０と上部ディフューザ１０４との間の開口部内又は開口部に隣接して光学バンドパスフィルタ３０６（図３）も支持している。上述したように、追加及びその他のタイプのフィルタを使用してもよい。
【００４５】
シールドハウジング１１２は装置１００の上部を覆い、光学センサアセンブリ１１０の他に装置１００のコントローラ及びその他の回路（図１では見えない）を取り囲む。外部チューブハウジング１０６と同様に、シールドハウジング１１２は、周囲光が光学センサアセンブリ１１０内に進入するのを防止し、また光エネルギー供給ベースアセンブリ１０２からの光エネルギーへの曝露からオペレータを保護するように構成されている。
【００４６】
図２は装置１００の側面図であり、図１に図示の様々な構成要素がどのように組み合わされるかが描かれている。明瞭にするために、図１及び図２の両方において固締具が省略されてることに留意すべきである。上述したように、装置１００の下部環状面２０２は、処理ツールのビューポートのウィンドウ面と同一平面上にくるように構成されている。同じく上述したように、アセンブリ１０２の外方フランジ縁部２０４は、取り付けを円滑にするために、ビューポートのフレームから張り出すように構成されている。外方フランジ縁部２０４は、アセンブリを処理ツールにしっかりと且つ着脱可能に取り付ける（例えば、ボルトを介して）ための穴を含む。
【００４７】
図３は装置例１００の断面図である。断面は、図２において３−３で識別された線に沿って切り取ったものである。図１及び図２に関して上述の要素は、図１及び図２と同じ参照番号をふられていることに留意すべきである。図３では、光エネルギー供給ベースアセンブリ１０２及び装置１００の追加の構成要素が描かれている。具体的には、下部ディフューザ３０２が、内部拡散チューブ３０４内に配置された状態で描かれている。加えて、光学バンドパスフィルタ３０６が、上部ディフューザ１０４と光学センサアセンブリ１１０との間に配置された状態で描かれている。また、コントローラ３０８が、制御回路３１０上に描かれており、回路３１０は、シールドハウジング１１２により支持されている。制御回路３１０は、ケーブル３１２を介して光学センサアセンブリ３１０に連結されている。
【００４８】
上部ディフューザ１０４と同様に、下部ディフューザ３０２はオパールガラスから形成することができる。一部の実施形態においては、オパールガラスの薄層（例えば、厚さ約０．０５〜約０．３ｍｍ、好ましくは厚さ約０．１ｍｍ）をより厚みのある透明なガラス片（例えば、厚さ約０．６ｍｍ）に融着させることにより下部ディフューザ３０２を形成する。一部の実施形態において、下部ディフューザ３０２は、オパールガラス層が下部ディフューザ３０２の上面にくるように配置され、ディフューザ３０２は、内部拡散チューブ３０４内へと効果的に更に押し込められる。
【００４９】
内部拡散チューブ３０４はアルミニウムから形成することができ、チューブ３０４を通る光エネルギーを更に散乱及びランダム化するための、ランダムにテクスチャ加工された材料で被覆された内面３０５を含む。一部の実施形態において、内部拡散チューブ３０４の内面３０５は、粗い酸化物層を形成するために陽極酸化処理される。陽極酸化層の厚さは、約３２マイクロインチＲＭＳであってよい。
【００５０】
コントローラ３０８及び制御回路３１０は、プロセッサ、論理回路及び／又は装置１００を使用して本発明の方法を実行するように構成されたハードウェアとソフトウェアとのいずれの組み合わせも含み得る。例えば、コントローラ３０８は、基板が存在することを示す信号の受け取りに応答して光エネルギー供給ベースアセンブリ１０２を作動させて処理ツール内の基板を照らすように構成されたプログラムコードを含む。一部の実施形態において、コントローラ３０８は、光エネルギー供給ベースアセンブリ１０２を使用することにより処理ツール内の基板の存在を検知するように構成されたプログラムコードを含む。一部の実施形態において、コントローラ３０８は、基板から来る特定の波長の光エネルギーが検出されたことを示す信号を光学センサアセンブリ１１０から受け取ると、その信号に基づいて、基板上に特定の材料が検出されたことを示す信号をホストシステム又は処理ツールコントローラに送るように構成されたプログラムコードを含む。一部の実施形態において、コントローラ３０８は、装置１００の較正を行い、光エネルギー源の強度の制御を行い及び／又は光学センサアセンブリ１１０内のセンサのゲインを調節するように構成されたプログラムコードを含む。コントローラ３０８及び制御回路３１０は、インターフェースポート、メモリ、クロック、電源及びコントローラ３０８の動作を支援するためのその他の構成要素も含み得る。
【００５１】
図４は、光エネルギー供給ベースアセンブリ１０２の分解斜視図である。明瞭にするために固締具は省略していることに留意すべきである。光エネルギー供給ベースアセンブリ１０２はベース取付部材４０２を含み、部材４０２は、下部ディフューザ３０２及び光エネルギー源アレイ４０４の両方を支持し且つ、上述したように、処理ツールのビューポートに連結されるように構成されている。光エネルギー源ベース１０２は、内部拡散チューブ３０４及び上部ディフューザ１０４を保持するように構成された上部支持部材４０８を更に含む。内部拡散チューブ３０４は、ベース取付部材４０２から上部支持部材４０６へと延びるように構成されているため、基板で反射した光エネルギーを光学センサアセンブリ１１０に流すための経路が規定される。スペーサ４１０（例えば、Ｏリング）を上部支持部材４０８の溝に嵌め込むことにより外部チューブハウジング１０６を光エネルギー供給ベースアセンブリ１０２を軸とした周囲に配置し、また部材４０８とアセンブリ１０２との相対運動を防止することができる。スペーサ４１０は、光エネルギー供給ベースアセンブリ１０２と制御回路３１０との間にケーブルを固定及び保持する役目も果たし得る。
【００５２】
装置１００を処理ツールのビューポートに簡単に、着脱可能にしっかりと連結するための手段を提供するのに加えて、ベース取付部材４０２は、下部ディフューザ３０２及び光エネルギー源アレイ４０４の両方を支持するための多数の開口部を含む。特に、開口部には、ＬＥＤ及びその他のエネルギー源のための概ね標準的な複数の開口部及び基板検出エミッタ／センサ対のための一対の角度のついた開口部が含まれる。
【００５３】
図５は、光エネルギー源アレイ４０４の図である。図示のアレイ例４０４は、６つのＬＥＤ５０２を含む。しかしながら、ベース取付部材４０２の対応する開口部数に応じて、実用可能な光エネルギー源の数及びタイプはいずれであってよい。上述したように、様々な異なるタイプのエネルギー源を使用して、赤外線（約１５００ｎｍ）から遠紫外線（約１５０ｎｍ）の範囲の光学スペクトルエネルギーを発生させることができる。
【００５４】
図５に図示されるような一部の実施形態において、光エネルギー源アレイ４０４はエミッタ５０４及びセンサ５０６を更に含み、これらを共に使用することにより基板検出エミッタ／センサ対が形成される。ケーブルに加えて、光エネルギー源アレイ４０４は、制御回路３１０のインターフェースポートに接続するように構成されたコネクタ５０８を更に含み、これにより装置の製造及び修理がより容易になる。
【００５５】
図６及び図７はそれぞれ、膜検出装置１００の正面斜視図及び底面斜視図である。装置１００は、取り付け対象である処理ツールの蓋部に相対して低く構成され得ることに留意すべきである。内部拡散チューブ３０４の長さは概して所望の垂直方向寸法によって規定され、長くなるにつれ拡散量が増大し、これにより装置１００の信号対雑音比が改善される。図７に関し、基板上に重なり合う「視野」円錐の均一な場を作り出すための、下部ディフューザ３０２の周囲に配置されたＬＥＤ５０２の相対位置に留意すべきである。処理ツールのビューポートウィンドウと同一平面となるように構成された平坦な環状面２０２にも留意すべきである。
【００５６】
図８は、光エネルギー供給ベースアセンブリ１０２の下部の詳細な分解斜視図である。特に、図８は、下部ディフューザ３０２、内部拡散チューブ３０４、ＬＥＤ５０２、エミッタ５０４及びセンサ５０６の相対位置と、それぞれがベース取付部材４０２にどのように嵌合しているかを描いている。エミッタ５０４及びセンサ５０６は、エミッタ５０４からの光エネルギーを基板で反射させてセンサ５０６で受け止めることができるように約２２．５°の角度をつけて描かれている。その他の実用可能な角度を採用してもよい。
【００５７】
図９は、本発明のシステム実施形態の斜視図である。２つの膜検出装置１００が、搬送チャンバ等の処理ツールの一部の蓋部９０２に連結させた状態で描かれている。蓋部９０２は複数のビューポート９０４を含み、各ビューポートはフレーム９０６及び透明ウィンドウ材料９０８を含む。本発明の装置１００は、２つのビューポート９０４のフレーム９０６にボルト留めされた状態で描かれており、平坦な環状面２０２（図８）は、フレーム９０６内に嵌め込まれた透明ウィンドウ材料９０８と同一平面となる。図示の構成において、周囲光は、透明ウィンドウ材料９０８を介した場合を除き、装置１００に進入できない。
【００５８】
図１０は、膜検出装置１０００の第２の実施形態の斜視図である。この実施形態は、外部ハウジングが異なる形状及び寸法を有することを除き、図１の実施形態と同様であることに留意すべきである。この装置１０００は、上部ディフューザの位置を変更することができる調節部１００２も含む。装置１０００は、蓋部（明瞭にするために省略）のビューポート９０４のフレーム９０６に連結された状態で描かれている。
【００５９】
光エネルギー線１００４が、エミッタ５０４から発せられ、透明ウィンドウ材料９０８を通過し、基板表面１００６で反射し、透明ウィンドウ材料９０８を再度通過し、センサ５０６によって受け止められる様子が描かれている。図示されるように、基板が存在している場合、光エネルギー線１００４は基板表面１００６で反射し、基板が検出される。基板が存在しない場合、光エネルギー線１００４は反射してセンサ５０６に戻らないため、装置１０００は、基板が存在しないと判断することができる。
【００６０】
図１１は、図１０で斜視図として表された光エネルギー線の軌跡を描いた断面図である。図１０と同様に、光エネルギー線１００４がエミッタ５０４から発せられ、透明ウィンドウ材料９０８を通過し、基板表面１００６で反射し、透明ウィンドウ材料９０８を再度通過し、センサ５０６によって受け止められる様子が描かれている。図示されるように、基板が存在する場合、光エネルギー線１００４は基板表面１００６で反射し、基板が検出される。基板が存在しない場合、光エネルギー線１００４は反射してセンサ５０６に戻らないため、装置１０００は、基板が存在しないと判断することができる。
【００６１】
基板の存在を判断する図示の方法においては懸念事項ではないものの、一部の光エネルギー線１１０２は、透明ウィンドウ材料９０８で反射して下部ディフューザ３０２へと向かうことに留意すべきである。このため、本発明を基板上の膜の存在の検知に使用する場合は、エミッタ５０４の電源を切ることが好ましい。
【００６２】
図１２は、光学スペクトルエネルギーの経路の一部を描いた光エネルギー線の軌跡図である。光エネルギー線の軌跡は、膜検出装置１２００の第３の実施形態の断面図を使用して示される。図１２の装置例１２００の異なる構成については、図１３に関連して以下にてより詳細に説明する。
【００６３】
装置１２００により、光エネルギー線１２０４はＬＥＤ５０２から発せられる。光エネルギー線１２０４は均一な、円形のエネルギー場が重なり合うパターンを形成し、これらは基板１００６で反射して下部ディフューザ３０２に戻る。ＬＥＤ５０２の波長は、他の材料より検出対象の材料でより良好に反射するエネルギー線１２０４が発生するものが選択される。従って、ターゲット検出材料が存在する場合、より多くのエネルギーが反射する。運転中、本発明の装置は、基板が反射する光学スペクトルエネルギーの量の違いを検知する。好ましくは、ターゲット検出材料とその他の非ターゲット検出材料とでは、反射した場合に強度に約２０％の違いがでるように波長を選択する。その他のパーセンテージの強度差を採用してターゲット検出材料の存在を判定してもよい。
【００６４】
基板上の電子デバイスは、存在する特定の材料に加えて、その形状、結像効果及びその他の理由ゆえにエネルギーを均一には反射しないことから、本発明では、存在する特定の材料が反射するエネルギーの量を維持しながら、形状、結像効果及びその他の理由の影響を軽減するために拡散を利用する。つまり、拡散を利用することにより、基板上の膜によって反射されるエネルギーの相対量に影響を与えることなく、形状、結像効果及びその他の理由による影響を軽減する。本発明の実施形態より、正確で再現可能な、信頼性の高い膜の検出が、信号対雑音比約２％未満、好ましくは約１％未満で達成される。
【００６５】
光エネルギー線１２０４が基板１００６で反射した後、光エネルギー線１１０２はビューポートの透明ウィンドウ材料９０８を通過して下部ディフューザ３０２に向かう。透明ウィンドウ材料９０８で反射した光エネルギー線１１０２は、ベース取付部材４０２により、下部ディフューザ３０２への到達を妨害されることに留意すべきである。実際、本発明の形状は、基板１００６で反射した光エネルギー線１２０４だけが下部ディフューザ３０２及び最終的にはセンサ１２０２に到達するように設計される。
【００６６】
本発明の実施形態では３段階の拡散を利用する。光エネルギー線１２０４は、まず下部ディフューザ３０２を通って拡散され、次に内部拡散チューブ３０４の内面３０５により更にランダム化され、最後に上部ディフューザ１０４を通過する。一部の実施形態においては、上述したように、光学バンドパス又はその他のフィルタ３０６を使用することにより特定の波長を濾波する。次に、光エネルギー線１２０４はセンサ１２０２に到達し、ターゲット検出材料の存在が、ターゲット検出材料に関連した既定の波長で検出されたエネルギーの相対量により示される。
【００６７】
図１３は、膜検出装置１２００の第３の実施形態のより詳細な断面図である。上述の構成に対応した要素は、上述の実施形態の説明で使用したものと同じ参照番号で識別される。膜検出装置１２００と膜検出装置１００との主要な違いは、膜検出装置１２００からの分離光学センサアセンブリ１１０の排除である。その代わりに、センサ１２０２が制御回路３１０に統合されている。この違いが、本発明のコスト及び複雑度をより大幅に低下させている。
【００６８】
本願に記載の実施形態は、基板膜センサ構成の考えられ得る例に過ぎず、これらの変形も本発明の基本的な概念の範囲内と考えられる。即ち、上記の説明は、本発明の例示的な実施形態しか開示していない。本発明の範囲内に入る上記で開示の装置及び方法の改変は、当業者に明白である。従って、本発明をその具体的で例示的な実施形態に関連させて開示してきたが、以下の特許請求の範囲によって定義されるように、その他の実施形態も本発明の精神及び範囲内に含まれることを理解すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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