JP2011508454A - 位置およびオフセットを決定するための構成および方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】少なくともチャックと上側電極とを備えるプラズマ処理システム内で位置およびオフセットを決定するための方法が提供されている。その方法は、光線を供給する光源を少なくとも備えるトラバース装置を第１の複数の経路に沿って移動させて、第１の複数のデータセットを生成する工程を備え、トラバース装置を第１の複数の経路の内の各経路に沿って移動させることにより、光線がチャックを横断し、第１の複数のデータセットの内の１または複数のデータセットが得られる。方法は、さらに、第１の複数のデータセットを受信する工程と、第１の複数のデータセットを分析して、光線がチャックのエッジに至った時に生成された３以上の反射光信号に関連する第１のセットの少なくとも３つの不連続を特定する工程とを備える。方法は、さらに、第１のセットの少なくとも３つの不連続に関連する座標データを用いて、チャックの中心を決定する工程を備える。
【選択図】図２

Description

半導体基板（例えばウエハ）の処理では、プラズマが利用されることが多い。プラズマ処理では、ウエハは、一般に複数の処理モジュールを備えるプラズマ処理システムを用いて処理される。基板（例えば、ウエハ）は、プラズマ処理の際、処理モジュール内部のチャック上に配置される。

処理モジュールの内外にウエハを移動させるために、ウエハは、通例、エンドエフェクタ上に配置されて、チャック上に搬送される。エンドエフェクタは、ウエハの搬送中にウエハを支持するよう構成された構造要素である。エンドエフェクタは、通例、ロボットアーム上に配置される。図１は、ウエハ搬送中にウエハ１０４を支持するための代表的な従来技術のエンドエフェクタ１０２を示す。説明のために、ロボットアーム１０６の一部も示している。

概して、ウエハ搬送シーケンス中に、ロボットアームは、まず、エンドエフェクタを動かして、ウエハ収容カセットまたはウエハ収容ステーションからウエハを持ち上げる。ウエハがエンドエフェクタ上に配置されると、ロボットアームは、処理モジュールのドアを通してプラズマ処理モジュールの中にウエハを移動させる。次いで、ロボットアームは、チャックの上方でエンドエフェクタおよびウエハを位置決めし、プラズマ処理のためにチャック上にウエハを配置する。

ウエハが適切に処理されることを保証する（それによって、制御可能および繰り返し可能な処理結果を保証する）ために、ウエハは、プラズマ処理中にチャック上の中心に配置される必要がある。エンドエフェクタがチャックに対して正確に中心合わせされ、ウエハがエンドエフェクタに対して正確に中心合わせされれば、ロボットアームがチャック上にウエハを配置すると、ウエハはチャックに対して正確に中心合わせされる。しかしながら、多くの理由（いくつかは以下で説明する）から、この理想的なシナリオはめったに実現しない。

処理チャンバの様々な構成要素間の機械加工および／または製造の公差によって、エンドエフェクタによって規定された中心（本明細書では、「エンドエフェクタ中心」または「エンドエフェクタ規定中心」と呼ぶ）は、与えられた処理モジュール内のチャックの中心に対して若干オフセットされる可能性がある。結果として、エンドエフェクタ規定中心は、ロボットコントローラがウエハの配置について正確な位置であると見なしたロボットアームの位置では、チャックの中心と正確に揃わない場合がある。このエンドエフェクタ／チャック間の位置ずれが、製造中に補正されないと、ウエハは、ウエハ処理中にチャック中心に対して不正確に配置される可能性がある。

エンドエフェクタ／チャック間の位置ずれを補正するために、較正中に行う典型的な方法は、エンドエフェクタ規定中心がチャックの中心と実際に揃う位置にロボットアームを移動させることを含む。エンドエフェクタの較正を実行するためには、オペレータが実際のエンドエフェクタ／チャックのアライメント位置を確認することができる必要がある。従来技術において、チャック中心に対するエンドエフェクタ規定中心のアライメントは、チャックのエッジに取り付けられるか処理モジュール内部に取り付けられる加工された機械的フィクスチャを用いて実行される。機械的フィクスチャは、キーフィーチャ（基本的にエンドエフェクタのための中心合わせ用突起）を有しており、キーフィーチャは、エンドエフェクタが較正フィクスチャのキーフィーチャに突き当たって静止することを可能にする。フィクスチャはチャックに対して中心合わせされているため、エンドエフェクタがフィクスチャのキーフィーチャに突き当たると、エンドエフェクタはチャックの中心に配置されることになる。通例、キーフィーチャに対するエンドエフェクタの位置決めは、エンドエフェクタがキーフィーチャに突き当たって静止するように、オペレータがエンドエフェクタをキーフィーチャに向かって引くまたは押すことによって実現される。

オペレータは、キーフィーチャに対してエンドエフェクトを位置決めした後、ロボット制御システムが、ロボット制御の座標系で、この実際のエンドエフェクタ／チャックのアライメントを実現するロボットアームの位置を記録できるように、ロボット制御システムでロボットアームの位置を登録する。

製造中、ロボットアームは、このエフェクタ／チャックのアライメント位置に関連する座標までエンドエフェクタを移動させる。ウエハが、エンドエフェクタに関して中心合わせされると、エンドエフェクタ規定中心がチャック中心と実際に整列していることにより、ウエハは、ロボットアームによってウエハ処理に向けてチャック上に配置された時に、チャックに対して中心合わせされることになる。

しかしながら、較正のためにチャックに対してエンドエフェクタを中心合わせするための従来技術には欠点がある。まず、既存のチャックおよび処理モジュールには多くの種類がある。したがって、較正を実行するために機械的フィクスチャによる方法を用いるには、多くの異なる機械的フィクスチャを製造しておく必要がある。また、１または複数の硬質金属エッジまたは表面を有しうる物理的な機械的フィクスチャをチャックに取り付けると、潜在的にチャックを損傷する可能性がある。さらに、数回のプラズマサイクルが処理モジュール内で実行された後に（例えば、製造工程後に、エンドエフェクタがチャックに対して中心ずれを起こしている恐れがある時に）、この較正がその場で行われる場合、物理的較正フィクスチャをチャックに取り付けることで、チャック上またはチャック付近の蒸着粒子が処理チャンバ内にはがれ落ちることがある。その後の処理サイクル中に、かかる粒子は、望ましくない粒子汚染の一因になる。

さらに、較正は大気圧で行われるため、従来技術の較正技術は、製造中の条件を効果的に再現しえない。これは、製造中に、処理モジュールの構成要素が真空下に置かれて、１または複数の構成要素が、真空環境と周囲大気との間の圧力差によってずれる場合があるからである。較正条件が製造条件を忠実に再現しないため、正確な較正が可能でない場合がある。

さらに、エンドエフェクタ／チャックのアライメント位置にエンドエフェクタを位置決めする動作が手動で実行される場合（例えば、機械的フィクスチャのキーフィーチャに突き当てるために、オペレータが、エンドエフェクタを引くまたは押す動作などを含む）、オペレータが、このエンドエフェクタ／チャックのアライメント位置をロボットコントローラに登録するために、ロボットアームを放した時に、ロボットアームの位置がずれることがある。このずれは、例えば、ロボットのモータの電源が切られたことなど、多くの理由によって生じうる。ロボットアームが、ロボットオペレータにとって感知できないほどわずかに引き離された場合でも、このずれにより、較正処理が不正確になることがある。較正処理が不正確であると、製造中のウエハの配置が不正確になって、歩留まりの低下と、製造された製品の返品率および／または故障率の増加につながる。

前述の議論は、エンドエフェクタとチャックとの間で起こりうる位置ずれ、および、そのための従来技術の解決法に関連する。しかしながら、エンドエフェクタ規定中心がチャック中心と正確に揃っている場合（すなわち、正確なアライメントの効果を実現するように製造できる場合）でも、製造中のウエハ／チャック間の位置ずれをもたらしうる別の潜在的な誤差の原因が存在する。つまり、異なる製造のウエハは、エンドエフェクタ上で異なって配置される場合がある。エンドエフェクタ規定中心が、複数のウエハの中心と正確にまたは一貫して揃わない場合、ウエハ／チャック間の位置ずれが、製造中に起こりうる。この場合、エンドエフェクタ中心が、チャック中心と正確に揃っていても、エンドエフェクタが処理のためにチャック上にウエハを正確に置いた時に、ウエハ／エンドエフェクタ間の位置ずれにより、ウエハがチャックに対してオフセットされる。

同じ製造および組み立て公差の問題は、下側電極に対する上側電極のアライメントにも影響する。例えば、一部の製造プラズマ処理システムにおいて、製造および組み立て公差により、上側電極がチャックから少しオフセットされる場合があり、その結果、プラズマ処理の制御性に影響する非対称なプラズマシースがもたらされる。別の例として、上側電極は、一部のプラズマ処理システムにおいては移動可能であるよう構成されてよい。時間が経つと、上側電極アッセンブリは、「ガタ」すなわち規格外の公差を生じて、有害な上側電極／チャック間のオフセットをもたらす場合がある。結果として、プラズマ処理の結果が悪くなる場合がある。

上記からわかるように、様々な位置ずれの問題が、プラズマ処理モジュールの構成要素の間に存在および／または経時的に生じうる。上述したように、外部ツールまたは外部アライメントフィクスチャを用いて、これらの位置ずれの問題に対処する場合、処理モジュールの構成要素に対する潜在的な損傷が起こりうる。さらに、処理モジュール環境の外部で位置ずれの問題に対処する場合、チャンバ条件の相違（例えば、アライメント中のチャンバ条件と製造中のチャンバ条件との相違）によって、誤差が生じうる。

さらに、従来技術が、位置ずれの問題に対処するために、処理モジュールの内外でウエハを入れ替える必要がある場合、必要以上の時間が、アライメントの問題だけに浪費される可能性がある。時間の浪費により、プラズマ処理ツールのオペレータのコストが増大し、単位時間あたりの完成デバイスの生産高の低下および／または単位デバイスコストの上昇につながる。

本発明は、一実施形態において、少なくともチャックと上側電極とを備えるプラズマ処理システム内で位置およびオフセットを決定するための方法を提供する。その方法は、光線を供給する光源を少なくとも備えるトラバース装置を第１の複数の経路に沿って移動させて、第１の複数のデータセットを生成する工程を備え、トラバース装置を第１の複数の経路の内の各経路に沿って移動させることにより、光線がチャックを横断し、第１の複数のデータセットの内の１または複数のデータセットが得られる。方法は、さらに、第１の複数のデータセットを受信する工程と、第１の複数のデータセットを分析して、光線がチャックのエッジに至った時に生成された３以上の反射光信号に関連する第１のセットの少なくとも３つの不連続を特定する工程とを備える。方法は、さらに、第１のセットの少なくとも３つの不連続に関連する座標データを用いて、チャックの中心を決定する工程を備える。

上述の発明の概要は、本明細書に開示された本発明の多くの実施形態の内の１つのみに関するものであり、特許請求の範囲に記載される本発明の範囲を限定する意図はない。添付の図面を参照しつつ行う本発明の詳細な説明において、本発明の上述の特徴およびその他の特徴を詳述する。

添付図面では、限定ではなく例示を目的に本発明を図示している。なお、この添付図面においては、同様の要素には同様の符号が与えられている。

ウエハ搬送中にウエハを支持するための代表的な従来技術のエンドエフェクタを示す図。

本発明の一実施形態に従って、チャックを有する処理モジュールにおけるその場光学測定装置を示す上面図。

本発明の一実施形態に従って、上側電極の底面図であることを除いて図２と同様の状況を示した図。

本発明の一実施形態に従って、ウエハを横切る経路に沿ってレーザ装置が横断した時に反射率不連続データを取得するための構成を示す図。

本発明の一実施形態に従って、ウエハがチャック上に載置されていることを除いて図４と同様の構成を示した図。

本発明の一実施形態に従って、２つのトレースからのオフセットの決定を示す図。

本発明の一実施形態に従って、処理モジュール内の構成要素および／または処理対象物の位置および／またはオフセットを決定するためのその場光学技術の工程を示すフローチャート。

以下では、添付図面に例示されたいくつかの実施形態を参照しつつ、本発明の詳細な説明を行う。以下の説明では、本発明の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。しかしながら、当業者にとって明らかなように、本発明は、これらの具体的な詳細事項の一部または全てがなくとも実施することが可能である。また、本発明が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知の処理工程および／または構造については、詳細な説明を省略した。

以下では、方法および技術を含め、様々な実施形態について説明する。本発明の技術の実施形態を実行するためのコンピュータ読み取り可能な命令を格納するコンピュータ読み取り可能な媒体を含む製品も網羅してよいことに留意されたい。コンピュータ読み取り可能な媒体としては、例えば、コンピュータ読み取り可能な暗号を格納するための半導体、磁気、光磁気、光学、または、その他の形態のコンピュータ読み取り可能な媒体が挙げられる。さらに、本発明は、本発明の実施形態を実施するための装置も含んでよい。かかる装置は、本発明の実施形態に関するタスクを実行するために、専用および／またはプログラム可能な回路を備えてよい。かかる装置の例は、汎用コンピュータおよび／または適切にプログラムされた専用コンピュータデバイスを含み、本発明の実施形態に関する様々なタスクに適合したコンピュータ／コンピュータデバイスおよび専用／プログラム可能回路を組み合わせたものを含んでもよい。

本発明の実施形態は、処理モジュール内の構成要素および処理対象物の位置、および／または、プラズマ処理モジュール内の構成要素および／または処理対象物の間のオフセット（例えば、位置ずれ）を決定するためのその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）光学技術に関する。処理モジュールの構成要素、エンドエフェクタ、および／または、ウエハの間の位置ずれの存在および／または程度を確認することによって、位置ずれに対処するために、対策（ロボットアームの位置決め補正、または、構成要素の再配置／再組み立てなど）を講じることができる。

従来技術のアプローチと異なり、本発明の実施形態は、（チャックおよび上側電極の間など）様々な処理モジュール構成要素の間のオフセットを、その場で、かつ、処理モジュールの構成要素に損傷の危険を与えないように、測定することが可能である。さらに、本発明の実施形態は、チャック上にウエハを載置する直前または直後のウエハと、様々な処理モジュール構成要素との間のオフセットを、その場で、かつ、ウエハまたは構成要素を潜在的に損傷しないように、測定することが可能である。さらに、本発明の実施形態は、（ウエハ中心に対するベベルエッチングの処理の同心性などの）ウエハ処理の正確さを、その場で、かつ、ウエハまたは構成要素を潜在的に損傷しないように、評価することができる。またさらに、本発明の実施形態は、ハードウェアフィクスチャを用いた大気条件での較正と関連した問題を未然に防ぐため、その場光学技術を用いて自己較正することが可能である。

本発明の１または複数の実施形態において、その場光学技術は、光線がプラズマ処理モジュールの内部を横断する時に反射率の不連続を光学的に測定することを含む。光線がプラズマ処理モジュール内部の構成要素を横断する時に、反射率測定が行われる。光線が、一つの反射領域と別の反射領域との間の移行部に至ると、測定反射率が変化する。例えば、チャックの上面によって形成される平面と垂直に維持された光線が、チャックに向かって、チャックの上面を横切り、そしてチャックから離れる直線に沿って横断してよい。光線が最初にチャックの外周に到達した時に、一つの反射領域から別の反射領域への移行があり、光線の測定反射率は、それに応じて変化する。

この際、反射率の変化が、記録され、不連続を認識するために分析されてよい。光線は、チャックの上面を通過しきって、チャックから離れ始めると、チャックのエッジから周囲の領域に移行するため、反射領域の別の変化が起きる。この際、反射率の変化が、記録され、別の不連続を認識するために分析されてよい。チャックの上面を複数回横断させて、不連続が生じる光線の位置を記録することによって、チャックの位置（チャックの中心の位置など）を光線の座標系において確認することができる。外周上の３以上の点から円を決定することは、周知の数学的知見であり、本明細書では特に説明しない。

別の実施形態において、光線は、上側電極のプラズマ対向面を横断してもよい。この場合も、光線が、上側電極の外側から上側電極面自体に至り、そして再び上側電極から離れて移行する時に、反射率の不連続が得られてよい。上側電極面を複数回横断させて、不連続が生じた場所を記録することによって、上側電極の位置（上側電極の中心の位置など）を光線の座標系において決定することができる。

１または複数の実施形態において、上側電極およびチャックの位置は、不連続に関するデータを解析することによって得られ、上側電極およびチャックの間の相対的なオフセットを算出するために用いられてよい。上側電極およびチャックの位置は、いずれも光線の座標系において決定されるので、それらの位置を比較して相対オフセットを得ることができる。相対オフセット値は、フィールドエンジニアが、任意の望ましくない上側電極／チャック間のオフセットに対処し、プロセスの問題に対してより効率的なトラブルシューティングを行う助けとなりうる有益な情報を提供しうる。

１または複数の実施形態において、レーザ装置が正確に較正された場合、（反射率の不連続の記録から確定された）チャックの絶対的な位置は、チャックの期待位置と比較されてよく、期待位置からの任意のオフセットが決定されてよい。同様に、レーザ装置が正確に較正された場合、（反射率の不連続の記録から確定された）上側電極の絶対的な位置は、上側電極の期待位置と比較されてよく、期待位置からの任意のオフセットが確定されてよい。これらのオフセットは、フィールドエンジニアが、チャックおよび／または上側電極に関するアライメントの問題が存在するか否かを判定するのに役立ちうる。

本発明の１または複数の実施形態において、その場光学較正技術が提供されている。一実施形態において、既知の反射率を持つ較正領域を有する光学較正フィクスチャが、光線の経路に沿った所定の位置（例えば、チャックの片側および／または上側電極の片側）に配置される。例えば、Ｎ％の反射率の第２の較正領域に隣接して配置されたＭ％の反射率の第１の較正領域を有する較正板が提供されてよい（ここで、Ｍ％およびＮ％は既知の反射率を表す）。

光線がこの光学較正フィクスチャを横断するにつれて、測定される反射率は、光線が遭遇した較正領域に応じて変化する。反射率の記録値を較正領域の既知の反射率と比較することにより、反射率記録センサおよび／または分析ロジックの精度を較正してよい。さらに、不連続の検出に関与するロジック部分が、較正されてもよい。追加的または代替的に、光学較正フィクスチャは、既知の所定の位置に配置されてよいため、反射率の不連続の記録された位置を、反射率の不連続の期待位置と比較してもよい。このデータを用いて、光線を移動させること、および／または、光線位置を記録することに関与するシステムの精度が、較正されてもよい。

本発明の１または複数の実施形態において、その場光学技術は、ウエハの絶対的な位置、または、ウエハと、処理モジュールのその他の構成要素（チャック、上側電極、または、ロボットアーム／エフェクタなど）との間のオフセットを測定するために用いられてよい。一実施形態において、ウエハの上面によって形成される平面と垂直に維持された光線が、ウエハに向かって、ウエハの上面を横切り、そしてウエハから離れる直線に沿って横断してよい。光線が最初にウエハの外周に到達した時に、一反射領域から別の反射領域への移行があり、光線の反射率は、それに応じて変化する。

この際、反射率の変化が、記録され、不連続を認識するために分析されてよい。光線は、ウエハの上面を横断して、ウエハから離れ始めると、ウエハのエッジから周囲の領域に移行するため、反射領域の別の変化が起きる。この際、反射率の変化が、記録され、別の不連続を認識するために分析されてよい。ウエハの上面を複数回横断させて、不連続が生じる光線の位置を記録することによって、ウエハの位置（ウエハの中心の位置など）を光線の座標系で決定することができる。

さらに、ウエハがウエハ降下前にエンドエフェクタ上でチャックの上方に位置する場合、または、ウエハがチャック自体の上にある場合、ウエハのエッジおよびチャックのエッジが、結果として光線の反射率の不連続をもたらす。これらの不連続が生じる光線の位置を記録することによって、ウエハがチャックに対して同心的に配置されているか否かを、１または複数の横断の後に判定することができる。さらに、上側電極の位置が、上述の方法で上側電極を横断する光線を用いて決定された場合、ウエハおよび上側電極の間にオフセットが存在するか否かを判定し、かかるオフセットの程度を決定することができる。

光線経路が、ロボットアームおよび／またはエンドエフェクタを横切る場合、エンドエフェクタの中心またはロボットアームの位置を反射率不連続のデータから決定するために、外挿または曲線適合を行うことができる。この情報は、最適なウエハ搬送のために、ロボットアームおよび／またはエンドエフェクタをアライメントするために用いられてもよい。

本発明のまたは複数の実施形態において、その場光学技術は、ベベルエッチング処理の効果を評価するために用いられてもよい。精密な製造のために、ウエハは、通例、少なくとも２つの領域を有する。すなわち、ウエハの中心領域の大部分を占めるウエハ形成領域と、一般的に言うと、デバイスが形成されないウエハの外周に存在する「リング」すなわち「ベベル」領域である。デバイスの歩留まりを最大化するには、任意の与えられたウエハにおけるウエハ形成領域を最大化することが非常に望ましいが、それでも、リングすなわちベベル領域は存在し、通例は、様々な処理の均一性および他の理由によって、デバイスを形成するためには利用されないことに注意されたい。

ベベル領域は、デバイス形成のために利用されなくても、いくつかの処理工程により、結果的に、ベベル領域に意図しない偶発的な処理（例えば、蒸着）がなされる場合がある。ベベル領域におけるこの意図しない蒸着は、除去されないと、例えば、その後のエッチング工程の処理結果を悪化させる場合がある。したがって、ベベルエッチングを用いて、１または複数のその後の処理工程の前にベベル領域から材料を除去すなわち「洗浄」することが多い。

ベベル領域は、デバイス形成領域に直接隣接してそれを囲んでいる傾向にあるので、ベベル領域からのみ材料を除去する（ただし、デバイス形成領域からは除去しない）ように設計されたベベルエッチングの精度が、極めて重要である。エッチングが不正確であると、意図に反してデバイス形成領域から材料を除去して、最終製品の欠陥につながる場合がある。

１または複数の実施形態において、ベベルエッチングの精度は、その場光学技術を用いて決定される。一実施形態において、ウエハの上面によって形成される平面と垂直に維持された光線が、直線上に沿って、ウエハに向かい、ウエハの上面を横切り、そしてウエハから離れるように横断してよい。光線が最初にウエハの外周に到達した時に、一つの反射領域から別の反射領域への移行があり、光線の反射率は、それに応じて変化する。

この際、反射率の変化が、記録され、不連続を認識するために分析されてよい。光線は、ウエハのベベル領域を横断した後、デバイス形成領域の開始位置に至る。この時点で、一つの反射領域からさらに別の反射領域への移行があり、光線の反射率は、再びそれに応じて変化する。反射率の変化が記録され、別の不連続を認識するために分析されてよい。

光線は、ウエハ表面のデバイス形成領域上を横断し続けると、ウエハの反対側に近づく。まず、光線は、デバイス形成領域から再びベベル領域へと移行する。別の反射率の不連続が生じ、それに対応する光線の位置が記録されてよい。最後に、光線は、ベベル領域を横断した後に、ウエハエッジに至り、別の反射率の不連続が生じる。

ウエハの上面を複数回横断させることにより、デバイス形成領域およびベベル領域の外挿を行い、ベベル領域がウエハに対して同心的に位置しているか否かを判定することができる。ウエハの中心と、ベベル領域である同心の「リング」の中心との間にオフセットがある場合、このオフセットは、ベベルエッチングの精度の問題を示唆しうるものであり、その場データは、エッチングの精度の問題に対処するためにフィードバックとして用いられてよい。

本発明の特長および利点は、以下の図面と説明を参照すれば、よりよく理解できる。図２は、本発明の一実施形態に従って、チャック２０４を有する処理モジュール２０２におけるその場光学測定装置を示す上面図である。その場光学測定装置は、この例においてはトラバースバー２０８およびレーザ装置２１０を含むレーザトラバース装置を備える。トラバースバー２０８は、図に示すように、チャックの表面の上方で方向Ｘに一定速度（用途に応じて異なってよい）で移動するよう構成されている。レーザ装置２１０は、方向Ｙに沿ってトラバースバー２０８上を移動するよう構成されており、チャック２０４の上面によって形成される平面と垂直の方向に光線を照射するよう構成された統合レーザ・センサ装置である。統合センサは、レーザ装置２１０が図２の例における経路２２０、２２２、および、２２４を横断する時に光線からの反射率データを記録する。

図２は、さらに、レーザ装置２１０が経路２２４に沿って横断した時にレーザ装置２１０のセンサによって取得された反射率の測定値を表すトレース２５０を示す。経路２２４は、その場光学測定システムの動作の説明を簡単にするために選択されたものであり、必ずしも実際の計測中に用いられる経路を表すものではない。例えば、一部の例では、経路２２０および２２２の方が、所望の測定データを取得するのに適切であると見なされる場合もある。

図２の例では、チャックは複数層であり、反射率の測定値は、光線が経路２２４を横断した時のトレース２５０で示されている。例えば、光線がチャック２０４のエッジ上の位置２５２に至ると、不連続２５４がトレース２５０で観察される。光線がチャック２０４のエッジ上の位置２５６に至ると、不連続２５８がトレース２５０で観察される。レーザ照射器の現在位置（例えば、トラバースバー２０８およびレーザ装置２１０を移動させるモータのためのステッピングモータ・エンコーダ値から得られる）が、反射率不連続の検出ごとに記録される。

レーザ装置２１０が経路２２４を横断して、光線がチャックの反対側に到達すると、同様の不連続が、トレース２５０で観察される。再び、レーザ照射器の現在位置が、これらの不連続に対して記録される。これらの反射率不連続は、レーザトラバース装置の座標系で記録されるため、これらの位置の座標を用いて、経路２２４が位置２５２および２５６ならびに位置２６０および２６２と交わる場所を算出することができる。複数の経路（例えば、経路２２０または２２２の内の１または複数）を横断すると、レーザトラバース装置の座標系で、チャックを表す円、および、チャックの中心の算出を行うのに十分な不連続相関位置のデータ点を取得することができる。

図２には、光学較正フィクスチャ２７０も図示されている。光学較正アッセンブリは、既知の反射率を有する少なくとも２つの較正領域２７２ａおよび２７２ｂを備える。光線がこれらの較正領域に当たった時に記録された反射率データ（トレース２５０上の符号２７４で示している）を用いて、反射率を検知するセンサを較正することができる。代替的または追加的に、較正フィクスチャ２７０は、処理モジュール内の既知の位置に配置されてよい。反射率の不連続が生じた時のレーザ照射器の座標が取得されてよい。これらの座標は、レーザトラバース装置のモータ制御部および／または位置決め検知ロジックを較正するために、光学較正フィクスチャ２７０の既知の位置と比較されてよい。

図３は、本発明の一実施形態に従って、上側電極の底面図であることを除いて同様の状況を示した図である。ここでも、レーザトラバース装置は、トラバースバーが、方向Ｘに移動することを可能にし、レーザ照射器および反射率センサの両方を備えるレーザ装置は、方向Ｙに移動する。レーザトラバース装置が経路３０４に沿って横断した時の不連続データは、図に示すように、トレース３０２として表されている。

図４は、本発明の一実施形態に従って、エンドエフェクタ４０６上に載置されたウエハ４０４を横切る経路３０２に沿ってレーザ装置が横断した時に反射率不連続データを取得するための構成を示す図である。ウエハ４０４は、図４では、チャック４０８の上方に配置されている。反射率不連続は、図に示すように、トレース４１０として表されている。いくつかの横断経路を取れば、反射率の不連続が生じた位置におけるレーザ照射器の位置を記録することにより、ウエハおよびチャックを表す円の外挿を容易にするのに十分なデータを得ることができる。次いで、これらの外挿された円を分析して、ウエハおよびチャックの間にオフセットが存在するか否かを判定し、かかるオフセットの程度を決定することができる。

図４によると、ウエハが存在しない場合に、所望であれば、反射率不連続のデータを取得して、単独での、または、チャックに対するエンドエフェクタの位置および／または中心を外挿することができる。あるいは、レーザ横断経路は、ウエハがエンドエフェクタ上に載置されていても、ロボットアームおよび／またはエンドエフェクタのいくつかの特定可能な部分と交わるように構成されてもよい。光線は、エンドエフェクタの下方または上方から照射されてよい。ロボットアームの形状、および、ロボットアーム上でのエンドエフェクタの位置がわかっている場合、単独での、または、チャックに対するエンドエフェクタの中心を反射率不連続データから外挿して、任意の不適切なオフセットが存在するか否かを判定することができる。

図５は、本発明の一実施形態に従って、ウエハがチャック上に載置されていることを除いて同様の構成を示した図である。ここでも、レーザトラバース装置は、トラバースバーが、方向Ｘに移動することを可能にし、レーザ照射器および反射率センサの両方を備えるレーザ装置は、方向Ｙに移動する。レーザトラバース装置が経路５０４に沿って横断した時の不連続データは、図に示すように、トレース５０２として表されている。この例でも、いくつかの横断経路を取れば、反射率の不連続が生じた位置におけるレーザ照射器の位置を記録することにより、ウエハおよびチャックを表す円の外挿を容易にするのに十分なデータを得ることができる。次いで、これらの外挿された円を分析して、ウエハがチャック上に載置された後にウエハおよびチャックの間にオフセットが存在するか否かを判定し、かかるオフセットの程度を決定することができる。算出されたオフセットは、その後のウエハ搬送においては、例えば、次のウエハがチャック上に載置される時に位置ずれがなくなるように、算出されたオフセットに相当する距離だけロボットアームを移動させることによって補正されてよい。

１または複数の実施形態において、トレースの比較を行って、相対位置情報を取得してもよい。例えば、トレース３０２（図３において上側電極を走査することにより取得されたもの）をトレース２５０（図２においてチャックを走査することにより取得されたもの）と比較することによって、チャックおよび上側電極の間にオフセットが存在するか否かを判定することができる。比較を実行するために、トレース２５０およびトレース３０２は、レーザ装置が処理モジュールにおける同じ経路を横断した時に取得された反射率データを表す。図６は、この例を示す図であり、トレース３０２およびトレース２５０の比較として、トレース６０２が示されている。図６の例では、２つのトレースが互いに減算され、パルス６０８および６１０が得られる。チャックが上側電極からオフセットされている場合には、パルス６０８および６１０の幅が異なり、チャックと上側電極との間の非同心性の程度を示す。

処理モジュール構成要素（例えば、チャック、ロボットアーム、エンドエフェクタ、上側電極など）および／またはウエハおよび／またはウエハ上のデバイス形成領域および／またはウエハ上のベベル領域の相対位置を得るために、任意の一対のトレースの間で、同様の比較を行ってもよい。例えば、以下の相対位置を決定することができる：チャックに対するウエハ；上側電極に対するチャック；ウエハに対する上側電極；チャックに対するエンドエフェクタ；上側電極に対するエンドエフェクタ；ウエハエッジに対するウエハ上のデバイス形成領域；デバイス形成領域に対するウエハ上のベベル領域；チャックに対するデバイス形成領域；上側電極に対するデバイス形成領域；チャックに対するベベル領域；上側電極に対するベベル領域など。

本明細書の例は、エンドエフェクタとは無関係に取り付けられたレーザ装置を示しているが、処理モジュール内を横断するためにエンドエフェクタ上にレーザ装置を取り付けることも可能である。さらに、レーザ装置は、ＸおよびＹ方向に直線的に移動すると示されているが、レーザ装置を回転移動させて、与えられた回転ベクトルに沿ってレーザ装置の位置と共に回転角を記録することも可能である。

さらに、レーザ装置は、機械的な移動機構によって移動されると示されているが、プリズムなどを用いて、光線を光学的に誘導することも可能である。何らかの基準座標系で反射率不連続の位置を取得できる限りは、光線に処理モジュール内を横断させるための任意の適切な技術を用いてよい。本明細書の例では、反射率センサがレーザ照射器と一体化されているが、センサが、反射率不連続の判定を容易にするのに十分な忠実度で反射率データを検知できる限りは、追加的または代替的に、任意の所望の位置にセンサを取り付けることも可能である。

図７は、本発明の一実施形態に従って、処理モジュール内の構成要素および／または処理対象物の位置および／またはオフセットを決定するためのその場光学技術の工程を示す簡略なフローチャートである。工程７０２において、レーザ装置が、処理モジュール内を横断し、対象となる構成要素および／または処理対象物（チャック、上側電極、エンドエフェクタ、ウエハ、ウエハ上の領域など）を走査する。工程７０４において、走査が実行された時に、レーザからの反射率データが、センサによって受信される。工程７０６において、反射率データは、不連続について分析される。これらの不連続は、反射率不連続が検出された時点のレーザ照射器の位置情報と相関付けられる（工程７０８）。次いで、これらの不連続相関位置を用いて、処理モジュール内の様々な構成要素および／または処理対象物の位置を決定する。代替的または追加的に、これらの不連続相関位置を用いて、処理モジュール内の様々な構成要素および／または処理対象物の間の相対位置（すなわち、オフセット）を決定してもよい。

以上からわかるように、本発明の実施形態は、処理モジュール内の構成要素および処理対象物の位置および／またはオフセットのその場決定を容易にする。その場決定によれば、位置および／またはオフセットを非常に迅速に決定することができるため、補正および／または修正のためにロボットアームを制御するためのフィードバックとして位置および／またはオフセットを利用することが可能になる。さらに、光学技術を用いることにより、従来技術において較正のためにハードウェアフィクスチャを用いていたことによる損傷および汚染の問題を未然に防ぐことができる。また、測定を行うために処理モジュールからウエハを取り出す必要がないため、時間の浪費が少ない。さらにまた、位置およびオフセットの決定は、製造中の条件と同じ処理モジュール条件下で実行されうるため、実際の製造環境での決定結果の誤差を低減すると共に、決定結果の有用性を改善できる。

本明細書では様々な例を提供したが、これらの例は、例示を目的としたものであり、本発明を限定するものではない。また、発明の名称および発明の概要は、便宜上、本明細書で提供されているものであり、特許請求の範囲を解釈するために用いられるべきものではない。さらに、要約書は、非常に簡潔に書かれており、便宜上提供されているものであるため、特許請求の範囲に記載された発明全体を解釈または限定するために用いられるべきではない。「セット」という用語が用いられている場合には、かかる用語は、一般的に理解される数学的な意味を持ち、０、１、または、２以上の要素を網羅するよう意図されている。また、本発明の方法および装置を実施する他の態様が数多く存在することにも注意されたい。したがって、以下に示す特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨および範囲内に含まれる代替、置き換え、および等価物の全てを網羅するものとして解釈される。

Claims (20)

1. 少なくともチャックと上側電極とを備えるプラズマ処理システム内で位置およびオフセットを決定するための方法であって、
   光線を供給する光源を少なくとも備えるトラバース装置を第１の複数の経路に沿って移動させて、第１の複数のデータセットを生成する工程であって、前記トラバース装置を前記第１の複数の経路の内の各経路に沿って移動させることにより、前記光線が前記チャックを横断し、前記第１の複数のデータセットの内の１または複数のデータセットが得られる、工程と、
   前記第１の複数のデータセットを受信する工程と、
   前記第１の複数のデータセットを分析して、前記光線が前記チャックのエッジに至った時に生成された３以上の反射光信号に関連する第１のセットの少なくとも３つの不連続を特定する工程と、
   前記第１のセットの少なくとも３つの不連続に関連する座標データを用いて、前記チャックの中心を決定する工程と、
   を備える、方法。
2. 請求項１記載の方法であって、さらに、
   前記第１のセットの少なくとも３つの不連続に基づいて、第１のセットの３以上の座標データ点を決定する工程と、
   前記第１のセットの３以上の座標データ点に基づいて、前記チャックの前記中心と前記チャックの絶対位置とを決定する工程と、
   を備える、方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、さらに、
   前記チャックの前記絶対位置と前記チャックの期待位置とを用いて、前記チャックの前記絶対位置と前記チャックの前記期待位置との間のオフセットを決定する工程を備える、方法。
4. 請求項２に記載の方法であって、さらに、
   前記チャックの前記絶対位置と前記上側電極の絶対位置とを用いて、前記上側電極と前記チャックとの間の相対オフセットを算出する工程を備える、方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、さらに、
   前記トラバース装置を第２の複数の経路に沿って移動させて、第２の複数のデータセットを生成する工程であって、前記トラバース装置を前記第２の複数の経路の内の各経路に沿って移動させることにより、前記光線および第２の光線の少なくとも一方が前記上側電極を横断し、前記第２の複数のデータセットの内の１または複数のデータセットが得られる、工程と、
   前記第２の複数のデータセットを受信する工程と、
   前記第２の複数のデータセットを分析して、前記上側電極のエッジ上の３以上の点を表す第２のセットの少なくとも３つの不連続を特定する工程と、
   前記第２のセットの少なくとも３つの不連続に関連する座標データを用いて、前記上側電極の中心を決定する工程と、
   を備える、方法。
6. 請求項５に記載の方法であって、さらに、
   前記第２のセットの少なくとも３つの不連続に基づいて、第２のセットの３以上の座標データ点を決定する工程と、
   前記第２のセットの３以上の座標データ点に基づいて、前記上側電極の前記中心と前記上側電極の絶対位置とを決定する工程と、
   を備える、方法。
7. 請求項６に記載の方法であって、さらに、
   前記上側電極の前記絶対位置と前記上側電極の期待位置とを用いて、前記上側電極の前記絶対位置と前記上側電極の前記期待位置との間のオフセットを決定する工程を備える、方法。
8. 請求項５に記載の方法であって、さらに、
   光学較正フィクスチャを所定の位置に配置する工程を備え、
   前記第１の複数の経路は、前記所定の位置を横断するよう構成され、
   前記光学較正フィクスチャは、複数の較正領域を有し、
   前記トラバース装置を前記第１の複数の経路の内の各経路に沿って移動させることにより、前記光線が前記光学較正フィクスチャを横断し、第３の複数のデータセットの内の１または複数のデータセットが得られ、
   前記第３の複数のデータセットは、前記複数の較正領域の内の各較正領域の測定反射率の変化を表す、方法。
9. 請求項１に記載の方法であって、さらに、
   光学較正フィクスチャを所定の位置に配置する工程を備え、
   前記第１の複数の経路は、前記所定の位置を横断するよう構成され、
   前記光学較正フィクスチャは、複数の較正領域を有し、
   前記トラバース装置を前記第１の複数の経路の内の各経路に沿って移動させることにより、前記光線が前記光学較正フィクスチャを横断し、第３の複数のデータセットの内の１または複数のデータセットが得られ、
   前記第３の複数のデータセットは、前記複数の較正領域の内の各較正領域の測定反射率の変化を表す、方法。
10. プラズマを生成して、少なくとも基板を処理するためのプラズマ処理システムであって、
    前記基板を支持するためのチャックと、
    光線を供給する光源を少なくとも備えるトラバース装置と、
    前記トラバース装置を第１の複数の経路に沿って移動させて、第１の複数のデータセットを生成するための移動機構であって、前記トラバース装置を前記第１の複数の経路の内の各経路に沿って移動させることにより、前記光線が前記チャックを横断し、前記第１の複数のデータセットの内の１または複数のデータセットが得られる、移動機構と、
    前記第１の複数のデータセットを受信するためのセンサと、
    前記第１の複数のデータセットを分析して、前記光線が前記チャックのエッジに至った時に生成された３以上の反射光信号に関連する第１のセットの少なくとも３つの不連続を特定する工程、および、前記第１のセットの少なくとも３つの不連続に関連する座標データを用いて、前記チャックの中心を決定する工程の内の少なくとも一方を実行するための処理部と、
    を備える、システム。
11. 請求項１０に記載のシステムであって、
    前記処理部は、さらに、
    前記第１のセットの少なくとも３つの不連続に基づいて、第１のセットの３以上の座標データ点を決定する工程と、
    前記第１のセットの３以上の座標データ点に基づいて、前記チャックの前記中心と前記チャックの絶対位置とを決定する工程と、の内の少なくとも一方を実行するよう構成されている、システム。
12. 請求項１１に記載のシステムであって、
    前記処理部は、さらに、前記チャックの前記絶対位置と前記チャックの期待位置とを用いて、前記チャックの前記絶対位置と前記チャックの前記期待位置との間のオフセットを決定するよう構成されている、システム。
13. 請求項１１に記載のシステムであって、
    前記処理部は、さらに、前記チャックの前記絶対位置と上側電極の絶対位置とを用いて、前記上側電極と前記チャックとの間の相対オフセットを算出するよう構成されている、システム。
14. 請求項１１に記載のシステムであって、さらに、
    前記プラズマを生成するための上側電極を少なくとも備え、
    前記移動機構は、さらに、前記トラバース装置を第２の複数の経路に沿って移動させて、第２の複数のデータセットを生成するよう構成されており、前記トラバース装置を前記第２の複数の経路の内の各経路に沿って移動させることにより、前記光線および第２の光線の少なくとも一方が前記上側電極を横断し、前記第２の複数のデータセットの内の１または複数のデータセットが得られ、
    前記センサは、さらに、前記第２の複数のデータセットを受信するよう構成されており、
    前記処理部は、さらに、
    前記第２の複数のデータセットを分析して、前記上側電極のエッジ上の３以上の点を表す第２のセットの少なくとも３つの不連続を特定する工程と、
    前記第２のセットの少なくとも３つの不連続に関連する座標データを用いて、前記上側電極の中心を決定する工程と、の内の少なくとも一方を実行するよう構成されている、システム。
15. 請求項１４に記載のシステムであって、
    前記処理部は、さらに、
    前記第２のセットの少なくとも３つの不連続に基づいて、第２のセットの３以上の座標データ点を決定する工程と、
    前記第２のセットの３以上の座標データ点に基づいて、前記上側電極の前記中心と前記上側電極の絶対位置とを決定する工程と、の内の少なくとも一方を実行するよう構成されている、システム。
16. 請求項１５に記載のシステムであって、
    前記処理部は、さらに、前記上側電極の前記絶対位置と前記上側電極の期待位置とを用いて、前記上側電極の前記絶対位置と前記上側電極の前記期待位置との間のオフセットを決定するよう構成されている、システム。
17. 請求項１４に記載のシステムであって、さらに、
    所定の位置に配置された光学較正フィクスチャを備え、
    前記第１の複数の経路は、前記所定の位置を横断するよう構成され、
    前記光学較正フィクスチャは、複数の較正領域を有し、
    前記トラバース装置を前記第１の複数の経路の内の各経路に沿って移動させることにより、前記光線が前記光学較正フィクスチャを横断し、第３の複数のデータセットの内の１または複数のデータセットが得られ、
    前記第３の複数のデータセットは、前記複数の較正領域の内の各較正領域の測定反射率の変化を表す、システム。
18. 請求項１１に記載のシステムであって、さらに、
    所定の位置に配置された光学較正フィクスチャを備え、
    前記第１の複数の経路は、前記所定の位置を横断するよう構成され、
    前記光学較正フィクスチャは、複数の較正領域を有し、
    前記トラバース装置を前記第１の複数の経路の内の各経路に沿って移動させることにより、前記光線が前記光学較正フィクスチャを横断し、第３の複数のデータセットの内の１または複数のデータセットが得られ、
    前記第３の複数のデータセットは、前記複数の較正領域の内の各較正領域の測定反射率の変化を表す、システム。
19. プラズマを生成して、少なくとも基板を処理するためのアライメントシステムであって、
    前記基板を支持するためのチャックと、
    光線を供給する光源を少なくとも備えるトラバース装置と、
    前記トラバース装置を第１の複数の経路に沿って移動させて、第１の複数のデータセットを生成するための移動機構であって、前記トラバース装置を前記第１の複数の経路の内の各経路に沿って移動させることにより、前記光線が前記チャックを横断し、前記第１の複数のデータセットの内の１または複数のデータセットが得られる、移動機構と、
    前記第１の複数のデータセットを受信するためのセンサと、
    前記第１の複数のデータセットを分析して、前記光線が前記チャックのエッジに至った時に生成された３以上の反射光信号に関連する第１のセットの少なくとも３つの不連続を特定する工程、および、前記第１のセットの少なくとも３つの不連続に関連する座標データを用いて、前記チャックの中心を決定する工程の内の少なくとも一方を実行するための処理部と、
    を備える、アライメントシステム。
20. 請求項１９に記載のアライメントシステムであって、さらに、
    前記プラズマを生成するための上側電極を少なくとも備え、
    前記移動機構は、さらに、前記トラバース装置を第２の複数の経路に沿って移動させて、第２の複数のデータセットを生成するよう構成されており、
    前記トラバース装置を前記第２の複数の経路の内の各経路に沿って移動させることにより、前記光線および第２の光線の少なくとも一方が前記上側電極を横断し、前記第２の複数のデータセットの内の１または複数のデータセットが得られ、
    前記センサは、さらに、前記第２の複数のデータセットを受信するよう構成されており、
    前記処理部は、さらに、
    前記第２の複数のデータセットを分析して、前記上側電極のエッジ上の３以上の点を表す第２のセットの少なくとも３つの不連続を特定する工程と、
    前記第２のセットの少なくとも３つの不連続に関連する座標データを用いて、前記上側電極の中心を決定する工程と、の内の少なくとも一方を実行するよう構成されている、アライメントシステム。

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