(57)【要約】  本発明の実施形態は概して、ＲＴＰチャンバ等の処理チャンバの基板温度均一性を監視するための方法及び装置に関する。基板温度は、広角レンズを有するプローブに結合された赤外線カメラを使用して監視される。広角レンズはプローブ内に位置決めされ、バネを使用して固定され、高温処理に耐えることができる。広角レンズにより、単一画像で基板のほぼ全面が見やすくなる。基板の画像を基準画像と比較することで、必要に応じてランプを調節し、基板の均一な加熱が達成されやすくなりうる。【選択図】図１Ａ
2017502529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバであって、
チャンバ本体と、
前記チャンバ本体に配置されたランプアレイと、
前記チャンバ本体の上に配置されたリッドと、
プローブの第１の端部に広角レンズアレイを有し、前記チャンバリッドの開口部を通して配置された前記プローブと、
前記プローブの第２の端部に結合された赤外線カメラと
を備える処理チャンバ。
【請求項２】
前記広角レンズアレイが、スペーサによって分離されている複数のレンズを含む、請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項３】
前記プローブは、筐体と、前記筐体に位置決めされたバネとを備える、請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項４】
前記リッドが、その中に冷却チャネルを含む、請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項５】
前記広角レンズアレイが、約１６０〜１７０度の視野角を有する、請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項６】
前記リッドがその中に、前記プローブと熱的に連通している冷却チャネルを含む、請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項７】
処理チャンバのランプ性能を監視する方法であって、
赤外線カメラと広角レンズアレイを使用して、前記処理チャンバ内の基板の画像をキャプチャすることと、
前記キャプチャした画像を制御装置へ伝送することと、
前記キャプチャした画像から均一性を決定することと
を含む方法。
【請求項８】
前記キャプチャした画像を基準画像と比較した後で、前記ランプアレイの一又は複数のランプに供給される電力を調節することを更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
画像をキャプチャする前に、前記処理チャンバ内の予熱リングを持ち上げることを更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記画像をキャプチャしている間、透明基板は前記処理チャンバ内に位置づけされる、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記キャプチャした画像から均一性を決定することが、前記キャプチャした画像を基準画像と比較することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
処理チャンバであって、
チャンバ本体と、
前記チャンバ本体に配置されたランプアレイと、
前記チャンバ本体の上に配置されたリッドと、
前記チャンバリッドの開口部を通して配置されたプローブであって、前記プローブの第１の端部に広角レンズアレイを有し、筐体と、筐体の中に位置決めされたバネとを備え、前記広角レンズアレイは複数のレンズを含む、プローブと、
前記プローブの第２の端部に結合されたカメラと
を備える処理チャンバ。
【請求項１３】
前記プローブの筐体がステンレス鋼を含み、
前記広角レンズアレイは約１６０〜１７０度の視野角を有し、
前記リッドはその中に、前記プローブと熱的に連通している冷却チャネルを含み、
前記カメラは赤外線カメラである、
請求項１２に記載の処理チャンバ。
【請求項１４】
前記リッドは、前記リッドに結合されたリフレクタプレートを含み、前記プローブが前記リフレクタプレートを通して配置されており、
前記プローブの前記筐体がステンレス鋼を含み、
前記筐体は、約３〜７ミリメートルの直径を有する開孔を含む、
請求項１２に記載の処理チャンバ。
【請求項１５】
前記リッドはその中に、前記プローブと熱的に連通している冷却チャネルを含む、請求項１２に記載の処理チャンバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］本発明の実施形態は概して、半導体基板等の基板を処理するのに使用される急速熱処理チャンバにおける視覚的なフィードバックに関する。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］急速熱処理チャンバは、基板を冷却する前に、基板を所望の温度に急速に加熱するのに使用される複数のランプをその中に含む。基板全体を均一に加熱することは、基板間の均一性を確保し、個々の基板全体を均一に処理するために望ましい。通常、基板の加熱均一性は、基板の面全体の複数のポイントにおいて基板の温度を測定するように方向づけされた複数のパイロメータを使用して測定される。しかしながら、パイロメータでは、基板の温度のポイント測定しか得られず、この限られた数のパイロメータの測定値から加熱均一性を推測しなければならない。更に、基板温度の均一性を正確に全体表示するのに十分な数までパイロメータの数を増やすことは、空間的にもコスト的にも桁違いに大きいものとなる。
【０００３】
［０００３］したがって、基板温度の均一性を監視するための改善された方法及び装置が必要である。
【発明の概要】
【０００４】
［０００４］本発明の実施形態は概して、処理チャンバ、例えばＲＴＰチャンバの基板温度の均一性を監視するための方法及び装置に関する。基板温度は、広角レンズを有するプローブに結合された赤外線カメラを使用して監視される。広角レンズはプローブ内に位置決めされ、バネを使用して固定され、高温処理に耐えることができる。広角レンズにより、実質的に基板面全体を単一画像で見やすくなる。基板の画像を基準画像と比較して、必要に応じてランプを調節しやすくし、基板の均一な加熱を達成することができる。
【０００５】
［０００５］一実施形態では、処理チャンバはチャンバ本体と、チャンバ本体に配置されたランプアレイと、チャンバ本体の上に配置されたリッドと、チャンバリッドの開口部を通して配置され、プローブの第１の端部に広角レンズアレイを有するプローブと、プローブの第２の端部に結合された赤外線カメラとを備える。
【０００６】
［０００６］別の実施形態では、処理チャンバのランプ性能を監視する方法であって、赤外線カメラと広角レンズアレイを使用して、前記処理チャンバ内の基板の画像をキャプチャすることと、キャプチャした画像を制御装置に伝送することと、キャプチャした画像を基準画像と比較して、基板が所望の温度均一性を有するかを決定することとを含む。
【０００７】
［０００７］別の実施形態では、処理チャンバはチャンバ本体と、チャンバ本体に配置されたランプアレイと、チャンバ本体の上に配置されたリッドと、チャンバリッドの開口部を通して配置され、プローブの第１の端部に広角レンズアレイを有するプローブとを備え、プローブは筐体と、その中に位置決めされたバネとを備え、広角レンズアレイは複数のレンズを含み、処理チャンバは、プローブの第２の端部に結合されたカメラとを備える。
【０００８】
［０００８］本発明の上述の特徴を詳細に理解し得るように、上記に簡単に要約されている本発明のより詳細な説明を、一部が付随の図面に示される実施形態を参照することによって行いうる。しかしながら、本発明は他の等しく有効な実施形態も許容し得ることから、付随する図面は本発明の典型的な実施形態のみを例示し、従って発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による処理チャンバの概略図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態による処理チャンバの概略図である。
【図２】本発明の一実施形態によるプローブの概略断面図である。
【図３Ａ】カメラの光学素子に結合されたプローブを示す図である。
【図３Ｂ】本発明の別の実施形態による広角レンズアセンブリを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態によるランプ性能を監視する方法のフロー図である。
【図５】本発明の赤外線カメラによってキャプチャした基板の画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［００１５］理解しやすくするために、可能な場合には、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。一実施形態で開示する要素は、具体的な記述がなくとも、他の実施形態で有益に利用できることが企図されている。
【００１１】
［００１６］本発明の実施形態は概して、処理チャンバ、例えばＲＴＰチャンバの基板温度の均一性を監視するための方法及び装置に関する。基板温度は、広角レンズを有するプローブに結合された赤外線カメラを使用して監視される。広角レンズはプローブ内に位置決めされ、バネを使用して固定され、高温処理に耐えることができる。広角レンズにより、実質的に基板面全体が単一画像で見えやすくなる。基板の画像を基準画像と比較して、必要に応じてランプを調節しやすくし、基板の均一な加熱を達成することができる。
【００１２】
［００１７］図１Ａ及び１Ｂは、本発明の一実施形態による処理チャンバの概略図である。処理チャンバ１００は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から市販されている急速熱処理（ＲＴＰ）チャンバであってよい。処理チャンバ１００は例えばステンレス鋼又はアルミニウムでできており、その上にチャンバリッド１０４を支持するように適合された本体１０２を含む。処理領域１０６は、チャンバ本体１０２とチャンバリッド１０４との間に画定される。基板支持体１０９は、チャンバ本体１０２内の処理領域１０６の下部に位置決めされる。処理チャンバ１００内で処理している間、基板支持体１０９はその上に基板、例えば半導体基板を支持するように適合されている。基板支持体１０９は、光放射を使用して基板１０８を加熱しやすいように、例えば石英等の光透過性材料でできていてよい。
【００１３】
［００１８］プレナム１１０はチャンバ本体１０２に結合され、処理中に処理領域１０６へ一又は複数の処理ガスを供給し、処理領域１０６から一又は複数の処理ガスを除去するように適合されている。一例において、第１のプレナム１１０は処理領域１０６へ処理ガスを供給するように適合させることができ、第２のプレナム１１０は、反応副生成物と未反応処理ガスを処理領域１０６から除去するように適合させることができる。プレナム１１０を通して処理チャンバ１００に入る処理ガスは、処理領域１０６に入る前に、予熱リング１１２の上に方向づけされる。予熱リング１１２は、炭化ケイ素又はグラファイトでできていてよく、処理ガスの加熱を促進し、基板１０８のエッジ保護を提供する。予熱リング１１２は、その中央を貫通するように配置された円形の開口部を含む。開口部は、処理中に基板１０８のエッジをカバーするために、例えば約１ミリメートルから約１０ミリメートルまでだけ基板１０８よりも小さい直径を有する。このため、予熱リング１１２はまた、締付けリングとしても機能しうる。予熱リング１１２は、処理位置（図１Ａに示す）と、処理チャンバ１００から基板１０８を取り外しやすい、処理位置の上の一段高い位置との間で駆動可能である。
【００１４】
［００１９］処理チャンバ１００はまた、チャンバ本体１０２の下部に配置されたランプアレイ１１４も含む。ランプアレイ１１４は、密集した六角形のアレイに配置された、例えば白熱灯等の複数のランプ１１６を含む。ランプアレイ１１４を、個別に制御可能なランプ１１６のゾーンに分割することができる。ランプアレイ１１４は、基板１０８に向かって光放射を方向づけて、基板１０８の温度を所望の処理温度まで急速に上げるように適合されている。例えば、基板１０８を摂氏約２０度から摂氏約８００度又は摂氏約１２００度まで加熱して、基板１０８のアニール処理を行うことができる。別の例では、基板１０８を摂氏約４００度未満又は摂氏約３００度未満の温度まで加熱することができる。
【００１５】
［００２０］リッド１０４は、処理領域１０６に隣接するリッドの下面に配置されたリフレクタプレート１１８を含む。リフレクタプレート１１８は、光放射線を基板１０８の上面に反射し返して、基板１０８を更に効率的に加熱し、リッド１０４の温度制御をしやすくするように適合されている。リッド１０４の温度制御を更に促進するために、リッド１０４は、冷却本体１２１に形成された冷却通路１２０を含み、これにより冷却液がその中を流れて、熱交換器（図示せず）を介してリッド１０４から熱を除去することが可能になる。
【００１６】
［００２１］リッド１０４は、プローブ１２２を収容するための、リッドを貫通する開口部を含む。プローブ１２２を収容するための開口部は、基板１０８及びランプアレイ１１４の中央に配置することができる、又はこれらの中央からずらして配置することができる。プローブ１２２はその中に、チャンバの内部容積の画像、例えば基板１０８の上面の画像をカメラ１２４、例えば赤外線（ＩＲ）カメラへ伝送しやすくする光学要素を含む。広角レンズ１２３（例：「魚の目」レンズ）は、プローブ１２２の下端に配置されている。広角レンズ１２３は、約１６０〜１７０度、例えば約１６３度の視野角を有し、これにより実質的に基板１０８の上面全体を全て、又は基板１０８の少なくとも予熱又は締付けリングによってカバーされていない部分を見やすくすることができる。プローブは例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金でできていてよい。
【００１７】
［００２２］プローブ１２２は、リフレクタプレート１１８と冷却本体１２１を通して配置され、カメラ１２４によって画像をキャプチャしやすくする。プローブ１２２は、リッド１０４の上面に結合されたブラケット１２６を介して適所に固定される。シール１２８は、処理領域１０６からの処理ガスの漏れを軽減するために、プローブ１２２とブラケット１２６との間のプローブ１２２の周囲に配置される。プローブは、処理領域１０６からカメラ１２４を離すために約２インチから約１フィート、例えば約５インチから約７インチの長さを有することができ、これにより、カメラ１２４の熱への曝露が低下し、カメラ１２４への熱関連のダメージの可能性が軽減される。
【００１８】
［００２３］カメラ１２４は、基板１０８の画像をキャプチャして、制御装置１３０へ画像を伝送するように適合される。制御装置１３０は例えばコンピュータであってよく、データの計算を促進するための一又は複数のプロセッサ又はメモリを含む。一例では、制御装置１３０はカメラ１２４からのデータ、例えば画像を受信し、その画像をコンピュータのメモリに記憶された第２の画像（例：基準画像）と比較するように適合される。比較した結果に基づいて、制御装置１３０は閉ループ制御によって処理条件を変更させることができる。例えば、制御装置１３０は一又は複数のランプに供給される電力を増加させることにより、ランプの強度を上げ、更に局所的に加熱することができる。
【００１９】
［００２４］図２は、本発明の一実施形態によるプローブ１２２の概略断面図である。プローブ１２２は、例えばステンレス鋼チューブ等の筐体２３４を含む。広角レンズアレイ２２３は、開孔２３６に隣接する筐体の下部に配置される。開孔２３６は、プローブ１２２に入る光放射線の量を限定することにより、プローブ１２２の望ましくない加熱を低減するために、約３ミリメートルから約７ミリメートル等の比較的小さい直径を有しうる。広角レンズアレイ２２３は、互いに垂直に積み重なって位置決めされた５つのレンズ２２３ａ〜２２３ｅを含む。レンズ２２３ａ〜２２３ｅはガラス又は石英でできていてよく、筐体２３４の内面に沿って配置されたスペーサ２３８によって分離されている。広角レンズアレイ２２３を用いることにより、合わせた厚さと同じ曲率を有する単一のレンズよりも広い視野角が得られやすい。５つのレンズを含むのは単なる例に過ぎず、プローブ１２２には５よりも多い、あるいは５よりも少ないレンズを用いることができることを理解すべきである。
【００２０】
［００２５］各レンズ２２３ａ〜２２３ｅは、筐体２３４内面の周囲に巻きつけられたバネ２４０を使用して適所に固定される。説明しやすくするために、バネ２４０の、断面図では見ることができない部分を、疑似線で示す。バネ２４０は筐体２３４内に配置されたバネ支持体２４２に当接し、最上部のレンズ２２３ａに圧力をかける。この力は次に、スペーサ２３８及び残りのレンズ２２３ｂ〜２２３ｅを通って伝送され、レンズ２２３ａ〜２２３ｅが筐体２３４の底部に対して固定される。こうすれば、処理領域１０６の高温雰囲気において劣化しうる糊、又はその他の接着性化合物の使用を回避することができる。一実施形態では、レンズ２２３ａ〜２２３ｅはそれらの表面に同じ曲率を有する。しかしながら、レンズ２２３ａ〜２２３ｅの曲率は、広角レンズアレイ２２３からの所望の視野を達成するために、異なっていてよい。
【００２１】
［００２６］  勾配率（ＧＲＩＮ）ロッドレンズ２４４が、バネ支持体２４２の中央に形成された開口部を通して配置されている。ＧＲＩＮロッドレンズ２４４は、レンズ材料内の屈折率の連続的な変化を介して、ピント合わせを行う。ＧＲＩＮロッドレンズ２４４は、例えば（図１Ａに示す）カメラのレンズ等の光学アセンブリと結合させて、カメラ１２４によってキャプチャされる画像のピント合わせをしやすくすることができる。一実施形態では、ＧＲＩＮロッドレンズ２４４の上面をエポキシ樹脂で密閉して、プローブ１２２内を真空気密密閉させることができる。
【００２２】
［００２７］カメラでランプアレイの画像をキャプチャしようという従来技術による試みは、従来の光学アセンブリが、処理領域に近接するランプアレイによって生じる高温に耐えることができなかったために失敗に終わった。プローブ１２２の高温及び大きな温度変動に耐える機能により、プローブ１２２を用いることで高温環境に隣接した使用が促進され、これにより、過熱によってカメラ１２４又はプローブ１２２を痛めることなくカメラを使用することが可能になる。処理中、プローブ１２２は摂氏約８００度以下、例えば摂氏約４００度以下の温度に達しうる。しかしながら、図１Ａに示すように、プローブ１２２は冷却本体１２１を通過し、冷却本体１２１は、プローブ１２２から熱を除去することによって、プローブ１２２の温度管理を支援する。
【００２３】
［００２８］図２に、プローブ１２２の一実施形態を示すが、他の実施形態も考えられる。別の実施形態では、広角レンズアレイ２２３は、所望の視野角を得るために必要に応じて５つのレンズ２２３ａ〜２２３ｅよりも多い、あるいは少ないレンズを含みうる。
【００２４】
［００２９］図３Ａに、（図１Ａに示すように）カメラ１２４の光学素子３９０に結合されたプローブ１２２を示す。プローブ１２２を、光学素子３９０の焦点部３９１に結合し、止めねじ３９２を介して固定することができる。光学素子３９０は、ねじ山を介してカメラ１２４に固定することができる。焦点部３９１は、基板平面に焦点深度を付与し、例えば基板に隣接するチャンバの構成要素からの望ましくないＩＲ放射線又は反射を無視する、又は収集しないことによって、基板温度決定の精度を上げることができる。
【００２５】
［００３０］図３Ｂに、本発明の別の実施形態による広角レンズアセンブリ３２３を示す。広角レンズアセンブリは、処理チャンバ内の視野角を望ましいものとするために、６つのレンズ３２３Ａ〜３２３Ｇを含む。広角レンズアセンブリは、プローブ１２２内に配置することができる。図３Ｂに示すように、レンズ３２３Ａ〜３２３Ｇは、所望の視野角を達成するために必要に応じて異なる形状及び曲率を有しうる。加えて、レンズ３２３Ａ〜３２３Ｇは互いに接触していてよい、又はそれらの間にスペーサを含みうる。別の実施形態では、レンズ３２３ｅと３２３ｆが単一のレンズに組み合わされうることが考えられる。
【００２６】
［００３１］図４に、本発明の一実施形態による、基板温度の均一性を監視するための方法のフロー図４７０を示す。フロー図４７０は工程４７２において開始される。工程４７２では、処理チャンバ内の基板の画像が、広角レンズ、例えば（図１Ｂに示す）プローブ１２２内の広角レンズ１２３と赤外線カメラとを使用してリアルタイムでキャプチャされる。工程４７４において、キャプチャされた画像は次に、制御装置、例えば図１Ａに示す制御装置１３０等に伝送される。制御装置により、キャプチャされた画像を、例えば工程４７６において制御装置に記憶された基準画像と比較することによって、又はソフトウェアのアルゴリズムを使用してキャプチャされた画像を分析することによって、基板温度の均一性の決定が促進される。
【００２７】
［００３２］工程４７８において、基板全体の温度の均一性を促進するために、ランプの出力が調節される。例えば、ランプゾーンへの電力供給を選択的に増加して、選択されたランプゾーンに隣接する領域の基板の局部加熱の強化を促進することができる。このように、ＩＲカメラによって測定される基板から放射された熱に基づいたランプゾーン（又は個々のランプ）の制御が可能である。工程４８０では、ウエハの処理データが、前の参照データと比較される。例えば、本基板を処理するために各ランプゾーンに供給された電力の量が、前のデータと比較される。工程４８２では、本基板の処理条件が既定の許容誤差を超えて前のデータから外れた場合、フラグが作業員に提示される。これにより、作業員には、処理チャンバにメンテナンスが必要でありうることが知らされる。その上、前のプロファイルの比較により、基板間の処理の一貫性が促進される。別の実施形態では、工程４７２〜４８２の間にウエハを回転させうることが考えられる。
【００２８】
［００３３］図５に、図２に示す広角レンズ２２３ａ〜２２３ｅ等の広角レンズを通して見た、キャプチャされた基板１０８の画像３５０を示す。広角レンズにより、基板１０８が広角レンズの比較的近くに位置決めされていても、基板１０８の実質的に全てを見ることが可能になる。例えば、ランプ１１６と広角レンズとの間の間隔は、約５インチ未満又は約３インチ未満であってよい。広角レンズアレイ２２３を用いることにより、チャンバの容積を比較的小さく維持することができる。キャプチャされた画像３５０全体のグレースケールの変化は、温度の変化を示す。背景の画像化、例えばチャンバ周囲の画像化は、明確にするために図示していない。
【００２９】
［００３４］一例において、制御装置は、図５に示すキャプチャされた広角画像を更に従来の平面像に変換するアルゴリズムを含みうる。広角形式から画像を変換することにより、画像を基準画像と比較する処理を迅速に行うことができることが考えられる。
【００３０】
［００３５］本発明の利点は、基板温度の均一性の光学的な識別を含む。赤外線カメラと広角レンズを用いることにより、パイロメータを使用して以前に行われていたように個別のポイントだけではなく、基板の表面全体の温度を決定することが可能になる。広角レンズと赤外線カメラの利用は、熱処理チャンバで用いられる高い処理温度に耐えるように適合されたプローブを使用することによって促進される。更に、利点には、ＩＲカメラによって測定される基板から放射される熱に基づいたランプゾーンの制御が含まれる。
【００３１】
［００３６］上記の記述は本発明の実施形態を対象としているが、本発明のその他の及び更なる実施形態が、本発明の基本的な範囲を逸脱することなく、考案され、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって定められる。
【図１Ａ】
2017502529.tif 000003
【図１Ｂ】
2017502529.tif 000004
【図２】
2017502529.tif 000005
【図３Ａ】
2017502529.tif 000006
【図３Ｂ】
2017502529.tif 000007
【図４】
2017502529.tif 000008
【図５】
2017502529.tif 000009
【国際調査報告】
2017502529.tif 000010
2017502529.tif 000011
2017502529.tif 000012