KR20240045318A - 차동 용량성 (differential capacitive) 센서 기판을 사용한 샤워헤드-페데스탈 갭 측정 (gapping) - Google Patents

Abstract

기판 프로세싱 시스템의 프로세싱 챔버에서 제 1 구조체와 제 2 구조체 사이의 갭을 측정하도록 구성된 센서 디스크는 상부 표면, 센서 디스크의 상부 표면과 제 1 구조체 사이의 제 1 거리를 나타내는 제 1 측정 신호를 생성하도록 구성된 센서 디스크의 상부 표면 상에 배치된 (arrange) 적어도 하나의 제 1 용량성 (capacitive) 센서, 하부 표면, 및 센서 디스크의 하부 표면과 제 2 구조체 사이의 제 2 거리를 나타내는 제 2 측정 신호를 생성하도록 구성된 센서 디스크의 하부 표면 상에 배치된 적어도 하나의 제 2 용량성 센서를 포함한다.

Description

차동 용량성 (differential capacitive) 센서 기판을 사용한 샤워헤드-페데스탈 갭 측정 (gapping)

본 개시는 기판 프로세싱 시스템들을 위한 테스트 기판들, 더 구체적으로 용량성 (capacitive) 센서들을 포함하는 테스트 기판들에 관한 것이다.

본 명세서에 제공된 배경기술 기술 (description) 은 본 개시의 맥락을 일반적으로 제시할 목적이다. 이 배경기술 섹션에 기술된 정도의 본 명세서에 명명된 발명자들의 업적, 뿐만 아니라 출원 시 종래 기술로서 달리 인증되지 않을 수도 있는 본 기술의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.

기판 프로세싱 시스템들은 반도체 웨이퍼들과 같은 기판들 상의 막의 증착 및 에칭과 같은 처리들을 수행하도록 사용된다. 예를 들어, 증착은 화학적 기상 증착 (chemical vapor deposition; CVD), 플라즈마 강화된 CVD (plasma enhanced CVD; PECVD), 원자 층 증착 (atomic layer deposition; ALD), 플라즈마 강화된 ALD (plasma enhance ALD; PEALD) 및/또는 다른 증착 프로세스들을 사용하여 전도성 막, 유전체 막, 또는 다른 타입들의 막을 증착하도록 수행될 수도 있다. 증착 동안, 기판은 기판 지지부 (예를 들어, 페데스탈) 상에 배치되고 (arrange) 그리고 하나 이상의 전구체 가스들은 하나 이상의 프로세스 단계들 동안 가스 분배 디바이스 (예를 들어, 샤워헤드) 를 사용하여 프로세싱 챔버에 공급될 수도 있다. PECVD 또는 PEALD 프로세스에서, 플라즈마는 증착 동안 프로세싱 챔버 내에서 화학 반응들을 활성화하도록 사용된다.

관련 출원들에 대한 교차 참조

본 출원은 2021년 8월 16일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 제 63/233,516 호의 이익을 주장한다. 상기 참조된 출원의 전체 개시는 참조로서 본 명세서에 인용된다.

기판 프로세싱 시스템의 프로세싱 챔버에서 제 1 구조체와 제 2 구조체 사이의 갭을 측정하도록 구성된 센서 디스크는 상부 표면, 센서 디스크의 상부 표면과 제 1 구조체 사이의 제 1 거리를 나타내는 제 1 측정 신호를 생성하도록 구성된 센서 디스크의 상부 표면 상에 배치된 (arrange) 적어도 하나의 제 1 용량성 센서, 하부 표면, 및 센서 디스크의 하부 표면과 제 2 구조체 사이의 제 2 거리를 나타내는 제 2 측정 신호를 생성하도록 구성된 센서 디스크의 하부 표면 상에 배치된 적어도 하나의 제 2 용량성 센서를 포함한다.

다른 특징들에서, 적어도 하나의 제 1 용량성 센서는 센서 디스크의 상부 표면 상에 배치된 3 개의 용량성 센서들을 포함한다. 적어도 하나의 제 2 용량성 센서는 센서 디스크의 하부 표면 상에 배치된 3 개의 용량성 센서들을 포함한다. 적어도 하나의 제 1 용량성 센서는 제 1 구조체와 함께 제 1 커패시터를 형성하고 그리고 제 1 커패시터의 제 1 커패시턴스에 기초하여 제 1 측정 신호를 생성하도록 구성된다. 적어도 하나의 제 2 용량성 센서는 제 2 구조체와 함께 제 2 커패시터를 형성하고 그리고 제 2 커패시터의 제 2 커패시턴스에 기초하여 제 2 측정 신호를 생성하도록 구성된다. 센서 디스크는 센서 디스크의 하부 표면에 규정된 리세스된 영역을 더 포함한다. 리세스된 영역은 센서 디스크의 외측 에지로부터 중심 영역으로 연장한다.

다른 특징들에서, 시스템은 센서 디스크를 포함하고 그리고 제 1 측정 신호 및 제 2 측정 신호를 수신하고 제 1 측정 신호 및 제 2 측정 신호에 기초하여 제 1 구조체와 제 2 구조체 사이의 갭의 폭을 계산하도록 구성된 제어기를 더 포함한다. 제어기는 제 1 거리, 제 2 거리, 및 센서 디스크의 두께에 기초하여 갭의 폭을 계산하도록 구성된다. 제어기는 적어도 하나의 제 1 용량성 센서와 제 1 구조체 사이에 형성된 제 1 커패시턴스를 제 1 거리에 상관시키고 적어도 하나의 제 2 용량성 센서와 제 2 구조체 사이에 형성된 제 2 커패시턴스를 제 2 거리에 상관시키는 저장된 데이터에 더 기초하여 갭의 폭을 계산하도록 구성된다. 제 1 구조체는 샤워헤드이고 그리고 제 2 구조체는 페데스탈이다.

기판 프로세싱 시스템의 프로세싱 챔버에서 제 1 구조체와 제 2 구조체 사이의 갭을 측정하도록 구성된 시스템은 센서 디스크의 상부 표면 상에 배치된 적어도 하나의 제 1 용량성 센서 및 센서 디스크의 하부 표면 상에 배치된 적어도 하나의 제 2 용량성 센서를 포함하는 센서 디스크 및 제어기를 포함하고, 제어기는 적어도 하나의 제 1 용량성 센서로부터, 센서 디스크의 상부 표면과 제 1 구조체 사이의 제 1 거리를 나타내는 제 1 측정 신호를 수신하고, 적어도 하나의 제 2 용량성 센서로부터, 센서 디스크의 하부 표면과 제 2 구조체 사이의 제 2 거리를 나타내는 제 2 측정 신호를 수신하고, 그리고 제 1 측정 신호 및 제 2 측정 신호에 기초하여 제 1 구조체와 제 2 구조체 사이의 갭의 폭을 계산하도록 구성된다.

다른 특징들에서, 제어기는 제 1 거리, 제 2 거리, 및 센서 디스크의 두께에 기초하여 갭의 폭을 계산하도록 구성된다. 제어기는 적어도 하나의 제 1 용량성 센서와 제 1 구조체 사이에 형성된 제 1 커패시턴스를 제 1 거리에 상관시키고 적어도 하나의 제 2 용량성 센서와 제 2 구조체 사이에 형성된 제 2 커패시턴스를 제 2 거리에 상관시키는 저장된 데이터에 더 기초하여 갭의 폭을 계산하도록 구성된다. 리세스된 영역은 센서 디스크의 하부 표면에 규정되고, 그리고 리세스된 영역은 센서 디스크의 외측 에지로부터 중심 영역으로 연장한다. 시스템은 엔드 이펙터 (end effector) 를 포함하는 기계적 인덱서를 더 포함하고, 리세스된 영역은 엔드 이펙터를 수용하도록 구성된다.

기판 프로세싱 시스템의 프로세싱 챔버에서 제 1 구조체와 제 2 구조체 사이의 갭을 측정하기 위한 방법은 엔드 이펙터 상에 센서 디스크를 배치하는 단계, 센서 디스크를 제 1 구조체와 제 2 구조체 사이의 갭에 포지셔닝하는 단계, 센서 디스크를 사용하여, 센서 디스크의 상부 표면과 제 1 구조체 사이의 제 1 거리 및 센서 디스크의 하부 표면과 제 2 구조체 사이의 제 2 거리를 결정하는 단계, 및 제 1 거리 및 제 2 거리에 기초하여 제 1 구조체와 제 2 구조체 사이의 갭의 폭을 계산하는 단계를 포함한다.

다른 특징들에서, 센서 디스크는 센서 디스크의 상부 표면 상에 배치된 적어도 하나의 제 1 용량성 센서 및 센서 디스크의 하부 표면 상에 배치된 적어도 하나의 제 2 용량성 센서를 포함한다. 방법은 적어도 하나의 제 1 용량성 센서를 사용하여, 센서 디스크의 상부 표면과 제 1 구조체 사이의 제 1 거리를 나타내는 제 1 측정 신호를 생성하는 단계, 적어도 하나의 제 2 용량성 센서를 사용하여, 센서 디스크의 하부 표면과 제 2 구조체 사이의 제 2 거리를 나타내는 제 2 측정 신호를 생성하는 단계, 및 제 1 측정 신호, 제 2 측정 신호, 및 센서 디스크의 두께에 기초하여 제 1 구조체와 제 2 구조체 사이의 갭의 폭을 계산하는 단계를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 방법은 적어도 하나의 제 1 용량성 센서와 제 1 구조체 사이에 형성된 제 1 커패시턴스에 기초하여 제 1 측정 신호를 생성하는 단계 및 적어도 하나의 제 2 용량성 센서와 제 2 구조체 사이에 형성된 제 2 커패시턴스에 기초하여 제 2 측정 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다. 센서 디스크는 센서 디스크의 하부 표면에 규정된 리세스된 영역을 포함하고, 리세스된 영역은 센서 디스크의 외측 에지로부터 중심 영역으로 연장하고, 그리고 엔드 이펙터 상에 센서 디스크를 배치하는 단계는 엔드 이펙터 상에 센서 디스크의 리세스된 영역을 배치하는 단계를 포함한다. 센서 디스크를 포지셔닝하는 단계는 제 1 구조체와 제 2 구조체 사이의 중간점에 센서 디스크를 포지셔닝하는 단계를 포함한다. 제 1 구조체는 샤워헤드이고 그리고 제 2 구조체는 페데스탈이다.

본 개시의 추가 적용 가능 영역들은 상세한 기술 (description) , 청구항들 및 도면들로부터 자명해질 것이다. 상세한 기술 및 구체적인 예들은 단지 예시의 목적들을 위해 의도되고, 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.

본 개시는 상세한 기술 (description) 및 첨부된 도면들로부터 더 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본 개시에 따른 기판 프로세싱 시스템의 일 실시 예의 기능적 블록도이다.
도 2a는 본 개시에 따른 센서 디스크의 일 실시 예이다.
도 2b는 도 2a의 센서 디스크의 상부 표면의 등각도이다.
도 2c는 도 2a의 센서 디스크의 하부 표면의 등각도이다.
도 2d는 본 개시에 따른 센서 디스크의 또 다른 실시 예이다.
도 3은 본 개시에 따른 센서 디스크를 사용하여 샤워헤드와 페데스탈 사이의 거리를 결정하는 방법의 일 실시 예이다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한 그리고/또는 동일한 엘리먼트들을 식별하기 위해 재사용될 수도 있다.

가스 분배 디바이스 (예를 들어, 샤워헤드) 의 하부 표면과 기판 지지부 (예를 들어, 페데스탈) 의 상부 표면 사이에 갭이 규정된다. 기판 프로세싱 파라미터들 (예를 들어, 증착 레이트들, 플라즈마 프로파일, 등) 은 갭의 특성들에 기초하여 가변할 수도 있다. 프로세싱 파라미터들에 영향을 줄 수도 있는 갭의 특성들은 갭의 폭 (즉, 샤워헤드와 기판 지지부 사이의 수직 거리) 및 수평 방향으로 폭의 변동들 (예를 들어, 틸팅된 샤워헤드 또는 기판 지지부 표면에 의해 유발된 변동들) 을 포함한다.

갭을 측정하기 위해 다양한 방법들이 사용될 수도 있다. 샤워헤드 및 기판은 목표된 갭 폭 및 배향을 달성하기 위해 측정치들에 기초하여 조정될 수도 있다. 예를 들어, 샤워헤드 틸팅 (즉, 레벨) 및 높이 및 기판 지지부 높이는 조정 가능할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 센서 디스크 또는 웨이퍼가 기판 지지부 상에 배치될 (arrange) 수도 있다. 하나 이상의 용량성 (capacitive) 센서들이 센서 디스크의 상부 표면 상에 (즉, 센서 디스크의 샤워헤드-대면 표면 상에) 배치된다.

용량성 센서들은 센서 디스크의 상부 표면과 샤워헤드 사이의 거리를 측정하도록 구성된다. 예를 들어, 거리가 변화함에 따라, 용량성 센서들에 의해 검출된 커패시턴스가 변화한다. 용량성 센서들은 커패시턴스 및 대응하는 거리를 나타내는 측정 신호들을 생성하고, 이는 이어서 갭의 폭을 결정하도록 사용될 수도 있다. 용량성 센서들은 공지된 거리 (예를 들어, 미리 결정된 (given) 재료에 대해 공지된 거리) 에 따라 캘리브레이팅될 (calibrate) 수도 있다. 용량성 센서들과 샤워헤드 사이의 거리가 증가함에 따라, 측정 신호들의 정확도는 감소한다. 예를 들어, 측정 신호들의 정확도는 거리에 대해 지수 감쇠 (exponential decay) 를 경험할 수도 있다.

본 개시의 일부 실시 예들에 따른 센서 디스크 또는 기판은 상부 (즉, 샤워헤드-대면) 표면 및 하부 (즉, 기판 지지부-대면) 표면 모두 상에, 용량성 센서들과 같은 센서들을 포함한다. 센서 디스크는 샤워헤드 또는 기판 지지부와 콘택트하지 않고 상부 표면 또는 프로세싱 챔버의 다른 구조체 (예를 들어, 샤워헤드와 같은 가스 분배 디바이스) 와 기판 지지부 사이에 (예를 들어, 스핀들, 로봇 암, 등의 엔드 이펙터 상에) 포지셔닝된다. 예를 들어, 센서 디스크는 샤워헤드와 기판 지지부 사이의 중간점에 포지셔닝되고 매달릴 (suspend) 수도 있다.

따라서, 센서 디스크의 상부 표면 상에 배치된 센서들은 센서 디스크와 샤워헤드 사이의 제 1 거리를 측정하도록 구성되는 한편, 센서 디스크의 하부 표면 상에 배치된 용량성 센서들은 센서 디스크와 기판 지지부 사이의 제 2 거리를 측정하도록 구성된다. 제 1 거리, 제 2 거리, 및 센서 디스크의 두께의 합은 샤워헤드와 기판 지지부 사이의 갭의 측정된 폭에 대응한다. 샤워헤드의 틸팅 (즉, 레벨), 샤워헤드의 높이, 및 기판 지지부의 높이 중 적어도 하나는 갭의 측정된 폭에 기초하여 조정될 수 있다.

이제 도 1을 참조하면, 본 개시의 원리들에 따른 기판 프로세싱 시스템 (100) 의 일 예가 도시된다. 전술한 예는 플라즈마 강화된 화학적 기상 증착 (plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD) 시스템들에 관한 것이지만, 다른 플라즈마-기반 기판 프로세싱 챔버들이 사용될 수도 있다. 기판 프로세싱 시스템 (100) 은 기판 프로세싱 시스템 (100) 의 다른 컴포넌트들을 인클로징하는 (enclose) 프로세싱 챔버 (104) 를 포함한다. 기판 프로세싱 시스템 (100) 은 상부 전극 (108) 및 하부 전극 (116) 을 포함하는 페데스탈 (112) 과 같은 기판 지지부를 포함한다. 기판 (미도시) 이 프로세싱 동안 상부 전극 (108) 과 하부 전극 (116) 사이의 페데스탈 (112) 상에 배치된다. 단일 프로세싱 챔버 (104) 및 페데스탈 (112) 에 대해 이하에 기술되지만, 본 개시의 원리들은 쿼드 스테이션 모듈 (quad station module; QSM) 과 같은, 복수의 프로세싱 스테이션들 및 페데스탈들을 포함하는 프로세싱 챔버들 및 복수의 프로세싱 챔버들을 포함하는 시스템들에서 구현될 수도 있다.

단지 예를 들면, 상부 전극 (108) 은 프로세스 가스들을 도입하고 분배하는 샤워헤드 (124) 를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 상부 전극 (108) 은 전도성 플레이트를 포함할 수도 있고 그리고 프로세스 가스들은 또 다른 방식으로 도입될 수도 있다. 일부 예들에서, 하부 전극 (116) 은 비전도성 페데스탈 내에 임베딩된 (embed) 전도성 전극에 대응할 수도 있다. 대안적으로, 페데스탈 (112) 은 하부 전극 (116) 으로서 작용하는 전도성 플레이트를 포함하는 정전 척 (electrostatic chuck) 을 포함할 수도 있다.

무선 주파수 (radio frequency; RF) 생성 시스템 (126) 은 플라즈마가 사용될 때 RF 전압을 생성하고 상부 전극 (108) 및/또는 하부 전극 (116) 에 출력한다. 일부 예들에서, 상부 전극 (108) 및 하부 전극 (116) 중 하나는 DC 접지될 수도 있고, AC 접지될 수도 있고, 또는 플로팅 전위에 있을 수도 있다. 단지 예를 들면, RF 생성 시스템 (126) 은 하나 이상의 매칭 및 분배 네트워크들 (130) 에 의해 하부 전극 (116) 및/또는 상부 전극 (108) 에 피딩되는 (feed), RF 전압들을 생성하는 RF 전압 생성기 (128) 와 같은 하나 이상의 RF 전압 생성기들 (128) (예를 들어, 용량성으로-커플링된 (capacitively-coupled) 플라즈마 RF 전력 생성기, 바이어스 RF 전력 생성기, 및/또는 다른 RF 전력 생성기) 을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, RF 생성기 (128) 는 RF 및/또는 바이어스 전압을 하부 전극 (116) 에 제공한다. 하부 전극 (116) 은 전력 소스 (132) 와 같은 다른 전력 소스들로부터 대안적으로 또는 부가적으로 전력을 수용할 수도 있다. 다른 예에서, RF 전압은 상부 전극 (108) 에 공급될 수도 있고 또는 상부 전극 (108) 은 접지 기준에 연결될 수도 있다.

예시적인 가스 전달 시스템 (140) 은 하나 이상의 가스 소스들 (144-1, 144-2, …, 및 144-N) (집합적으로 가스 소스들 (144)) 을 포함하고, 여기서 N은 0보다 더 큰 정수이다. 가스 소스들 (144) 은 하나 이상의 가스들 (예를 들어, 전구체들, 불활성 가스들, 등) 및 이들의 혼합물들을 공급한다. 기화된 전구체가 또한 사용될 수도 있다. 가스 소스들 (144) 중 적어도 하나는 본 개시의 전처리 프로세스에서 사용된 가스들 (예를 들어, NH₃, N₂, 등) 을 포함할 수도 있다. 가스 소스들 (144) 은 밸브들 (148-1, 148-2, …, 및 148-N) (집합적으로 밸브들 (148)) 및 질량 유량 제어기들 (mass flow controllers; MFC) (152-1, 152-2, …, 및 152-N) (집합적으로 MFC들 (152)) 에 의해 매니폴드 (154) 에 연결된다. 매니폴드 (154) 의 출력은 프로세싱 챔버 (104) 에 피딩된다. 단지 예를 들면, 매니폴드 (154) 의 출력은 샤워헤드 (124) 에 피딩된다. 일부 예들에서, 선택 가능한 (optional) 오존 생성기 (156) 가 MFC들 (152) 과 매니폴드 (154) 사이에 제공될 수도 있다. 일부 예들에서, 기판 프로세싱 시스템 (100) 은 액체 전구체 전달 시스템 (158) 을 포함할 수도 있다. 액체 전구체 전달 시스템 (158) 은 도시된 바와 같이 가스 전달 시스템 (140) 내에 통합될 수도 있고, 또는 가스 전달 시스템 (140) 외부에 있을 수도 있다. 액체 전구체 전달 시스템 (158) 은 버블러 (bubbler), 직접 액체 주입, 증기 인출, 등을 통해 상온에서 액체 및/또는 고체인 전구체들을 제공하도록 구성된다.

히터 (160) 는 페데스탈 (112) 을 가열하기 위해 페데스탈 (112) 내에 배치된 히터 코일 (162) 에 연결될 수도 있다. 히터 (160) 는 페데스탈 (112) 및 기판의 온도를 제어하도록 사용될 수도 있다.

밸브 (164) 및 펌프 (168) 가 프로세싱 챔버 (104) 로부터 반응 물질들을 배기하도록 사용될 수도 있다. 제어기 (172) 가 기판 프로세싱 시스템 (100) 의 다양한 컴포넌트들을 제어하도록 사용될 수도 있다. 단지 예를 들면, 제어기 (172) 는 프로세스 가스, 캐리어 가스 및 전구체 가스, 플라즈마 스트라이킹 (strike) 및 소화, 반응 물질들의 제거, 챔버 파라미터들의 모니터링, 등을 제어하도록 사용될 수도 있다. 제어기 (172) 는 기판 프로세싱 시스템 (100) 전체에 배치된 하나 이상의 센서들 (174) 을 통해 프로세스 파라미터들, 프로세싱 챔버 (104) 내의 조건들, 등을 나타내는 측정 신호들을 수신할 수도 있다.

본 개시에 따른 제어기 (172) 는 샤워헤드 (124) 와 페데스탈 (112) 사이에 배치된 센서 디스크 (178) 로부터 측정 신호들을 수신하도록 더 구성된다. 예를 들어, 센서 디스크 (178) 는 엔드 이펙터 (182) 상에 배치되고, 그리고 엔드 이펙터 (182) 는 샤워헤드 (124) 와 페데스탈 (112) 사이의 갭에 센서 디스크 (178) 를 포지셔닝한다. 용량성 센서들 (186) 은 센서 디스크 (178) 의 대향하는 상부 표면 및 하부 표면 상에 배치된다. 용량성 센서들은 이하에 더 상세히 기술된 바와 같이 센서 디스크 (178) 와 샤워헤드 (124) 사이 그리고 센서 디스크 (178) 와 페데스탈 (112) 사이의 용량성으로 센싱된 거리들에 기초하여 측정 신호들을 생성한다. 샤워헤드 (124) 와 페데스탈 (112) 사이의 거리에 대해 기술되었지만, 본 개시의 원리들은 또한 프로세싱 챔버 (104) 의 상부 전극, 상부 표면들, 등과 페데스탈 (112) 사이의 거리를 측정하는 데 적용될 수 있다.

이제 도 2a, 도 2b 및 도 2c를 참조하면, 본 개시에 따른 센서 디스크 (200) 의 일 실시 예가 샤워헤드 (204) 와 페데스탈 (208) 사이에 포지셔닝된 것으로 도시된다. 예를 들어, 센서 디스크 (200) 는 하나 이상의 프로세싱 스테이션들 (216) 내에 센서 디스크 (200) 를 포지셔닝하도록 구성된 엔드 이펙터 (212) 상에 배치된다. 예를 들어, 엔드 이펙터 (212) 는 엔드 이펙터 (212) 를 상승 및 하강시키고 그리고 프로세싱 스테이션들 (216) 중 2 개 이상 사이에서 엔드 이펙터 (212) 를 회전시키도록 구성된 기계적 인덱서 (224) 의 스핀들 (220) 에 커플링될 수도 있다. 기계적 인덱서 (224) 는 프로세싱 챔버 또는 프로세스 모듈 (예를 들어, 멀티-스테이션 모듈) 내 상이한 프로세싱 스테이션들 사이에서 기판을 이송하도록 구성된 기계적 인덱서에 대응할 수도 있다.

센서들 (228-1 및 228-2) (집합적으로 센서들 (228) 로서 지칭됨) 은 센서 디스크 (200) 의 상부 표면 (232) 및 하부 표면 (236) 상에 각각 배치된다. 센서들 (228) 은 각각의 센서 전극들을 포함한다. 예를 들어, 센서 전극들은 구리와 같은 고 전도성 재료로 구성된다. 일부 실시 예들에서, 센서 전극들은 부식, 산화, 등을 방지하기 위해 비전도성 코팅을 포함할 수도 있다. 센서들 (228) 각각이 3 개의 센서 전극들을 포함하는 것으로 도시되지만, 다른 실시 예들에서 센서들 (228) 은 더 적거나 더 많은 센서 전극들을 포함할 수도 있다. 센서 전극들 각각의 간격 및 각각의 사이즈들은 또한 가변할 수도 있다. 예를 들어, 센서들 (228) 에 의해 점유된 전체 면적을 증가시키는 것 (예를 들어, 센서 전극들의 직경들을 증가시키는 것) 은 갭 및 틸팅의 검출에 대해 더 우수한 감도를 발생시킬 수도 있다.

도 2b는 상부 표면 (232) 의 등각도를 도시하지만, 도 2c는 하부 표면 (236) 의 등각도를 도시한다. 센서들 (228) 이 용량성 센서들로서 본 명세서에 기술되지만, 센서들 (228) 은 레이저 센서들, 적외선 센서들, 등과 같은 다른 적합한 타입들의 근접 센서들로 구현될 수도 있다. 센서들 (228) 은 센서 디스크 (200) 와 샤워헤드 (204) 사이 그리고 센서 디스크 (200) 와 페데스탈 (208) 사이의 용량적으로 센싱된 거리들에 기초하여 측정 신호들 (240) (예를 들어, 센서들 (228-1) 로부터의 하나 이상의 제 1 측정 신호들 및 센서들 (228-2) 로부터의 하나 이상의 제 2 측정 신호들) 을 생성한다.

도시된 바와 같이 3 개의 센서들 (228) 이 센서 디스크 (200) 의 측면 각각 상에 배치되지만, 다른 실시 예들에서, 더 적은 (예를 들어, 1 또는 2 개) 또는 더 많은 (예를 들어, 4 개 이상) 센서들 (228) 이 측면 각각 상에 제공될 수도 있다. 예를 들어, 센서들 (228) 의 수가 증가함에 따라, 샤워헤드 (204) 와 페데스탈 (208) 사이의 거리, 샤워헤드 (204) 의 틸팅, 등이 상승된 정확도로 결정될 수 있다.

예를 들어, 센서 디스크 (200) 는 샤워헤드 (204) 와 페데스탈 (208) 사이의 갭 G에 포지셔닝된다. 센서들 (228-1) 은 센서 디스크 (200) 의 상부 표면 (232) 과 샤워헤드 (204) 사이의 거리 (예를 들어, 갭 g1의 폭) 에 기초하여 측정 신호들 (240) 을 생성하도록 구성된다. 즉, 센서들 (228-1) 은 상향 대면한다 (upward facing). 반대로, 센서들 (228-2) 은 하부 표면 (236) 과 페데스탈 (208) 사이의 거리 (예를 들어, 갭 g2의 폭) 에 기초하여 측정 신호들 (240) 을 생성하도록 구성된다. 즉, 센서들 (228-2) 은 하향 대면한다 (downward facing).

따라서, 갭 G의 폭은 갭 g1 및 갭 g2의 폭과 (센서들 (228-1 및 228-2) 의 두께를 포함하는) 센서 디스크 (200) 의 두께 t의 합에 대응한다 (즉, G = g1 + g2 + t). 도 2a에서 센서들 (228-1 및 228) 은 센서 디스크 (200) 로부터 상향 및 하향으로 각각 돌출하는 것으로 도시되지만, 실시 예들에서, 센서들 (228) 은 센서들 (228) 의 표면들이 센서 디스크 (200) 의 표면들과 동일 평면 상에 (coplanar) (즉, 같은 높이에 (flush)) 있도록 센서 디스크 (200) 내에 임베딩될 수도 있다. 따라서, 상이한 실시 예들에서, 두께 t는 센서 디스크 (200) 의 상부 표면 (232) 과 하부 표면 (236) 사이의 거리 (즉, 센서 디스크 (200) 의 기판의 두께), 센서들 (228-1 및 228-2) 을 포함하는 센서 디스크 (200) 의 두께, 등에 대응할 수도 있다.

센서들 (228) 은 갭 g1 및 갭 g2의 폭들에 기초하여 가변하는 커패시턴스에 기초하여 측정 신호들 (240) 을 생성한다. 예를 들어, 센서들 (228) 각각은 센서 (228) (예를 들어, 센서 (228) 의 전극 또는 하부 플레이트) 를 여기하기 (excite) 위해 공지된 진폭 및 주파수로 기준 신호 (예를 들어, 사인파 파형, 구형 (square) 파형, 등을 갖는 여기 신호) 를 생성하도록 구성될 수도 있다. 결과적으로, 커패시터는 센서 (228) 와 샤워헤드 (204) 및 페데스탈 (208) 각각의 표면 사이에 형성된다. 각각의 센서 (228) 에 의해 측정될 때 발생되는 커패시터의 커패시턴스는 용량성 센서와 샤워헤드 (204) 또는 페데스탈 (208) 의 대응하는 표면 사이의 거리를 나타낸다. 즉, 용량성 센서들 (228-1) 의 커패시턴스들은 용량성 센서들 (228-1) 과 샤워헤드 (204) 의 대응하는 부분들 사이의 각각의 거리들을 나타낸다. 반대로, 용량성 센서들 (228-2) 의 커패시턴스들은 용량성 센서들 (228-2) 과 페데스탈 (208) 의 대응하는 부분들 사이의 각각의 거리들을 나타낸다.

따라서, 측정 신호들 (240) 은 센서들 (228) 의 커패시턴스들을 나타내고, 이는 결국 센서들 각각과 샤워헤드 (204) 또는 페데스탈 (208) 의 각각의 부분들 사이의 거리들을 나타낸다. 예를 들어, 측정 신호들 (240) 은 각각의 커패시턴스들의 디지털 값들 또는 아날로그 값들을 포함할 수도 있다. 일 실시 예에서, 센서들 (228) 은 커패시턴스를 나타내는 가변 레지스턴스 또는 리액턴스를 측정하고, 측정된 가변 레지스턴스 또는 리액턴스에 기초하여 커패시턴스를 결정하고, 그리고 커패시턴스를 나타내는 (측정 신호들 (240) 각각의 신호로서) 디지털 값을 출력하도록 구성된다.

일부 실시 예들에서, 측정 신호들 (240) 은 무선 인터페이스 (244) 와 같은 통신 인터페이스에 제공된다. 무선 인터페이스 (244) 는 제어기 (252) 와 같은 프로세싱 스테이션 (216) 외부의 디바이스로 측정 신호들 (240) 을 (즉, 커패시턴스를 나타내는 디지털 값을 포함하는 무선 신호들 (248) 로서) 송신한다. 예를 들어, 제어기 (252) 는 도 1의 제어기 (172) 에 대응한다. 일부 실시 예들에서, 무선 인터페이스 (244) 는 측정된 신호들 (240) 을 실시간으로 또는 거의 실시간으로 제어기 (252) 로 송신할 수도 있다. 다른 실시 예들에서, 센서 디스크 (200) 는 센서 디스크 (200) 가 프로세싱 스테이션 (216) 으로부터 제거될 때 회수될 (retrieve) 수도 있는, 측정 신호들 (240) 에 대응하는 측정 데이터를 저장하도록 구성된 메모리를 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 무선 인터페이스 (244) 는 측정 데이터를 배치들 (batches) 로 (예를 들어, 4-스테이션 챔버에서, 무선 인터페이스 (244) 는 측정 데이터를 제어기 (252) 로 송신하기 전에 모든 4 개의 스테이션들이 측정될 때까지 대기할 수도 있음) 또는 주기적으로 (즉, 설정된 시간량이 경과된 후) 송신하기 위해 메모리와 상호 작용할 수도 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 센서 디스크 (200) 는 하나 이상의 배터리들 (256) 을 포함할 수도 있다. 배터리 (256) 는 센서들 (228) 및 무선 인터페이스 (244) 에 전력을 제공한다. 배치 또는 주기적인 송신들은 무선 인터페이스 (244) 의 전력 소비를 감소시킬 수도 있다.

따라서, 센서 디스크 (200) 는 페데스탈 (208) 로 핸드오프되지 (hand off) 않고 (즉, 페데스탈 (208) 상에 배치되지 (place) 않고) 갭 G의 폭을 결정하도록 구성된다. 또한, 센서 디스크 (200) 는 엔드 이펙터 (212) 상에 남아 있는 동안 각각의 갭들을 측정하도록 복수의 프로세싱 스테이션들을 통해 회전될 수 있어, 갭들을 측정하는 데 필요한 시간량을 감소시키고, 엔드 이펙터 (212) 와 페데스탈 (208) 사이의 핸드오프들 (handoffs) 과 연관된 입자 생성을 감소시키는, 등을 한다.

또한, 센서 디스크 (200) 가 엔드 이펙터 (212) 상에 남아 있기 때문에, 센서 디스크 (200), 샤워헤드 (204) 와 페데스탈 (208) 사이에 필요한 간격 (clearance) 이 감소될 수도 있다. 즉, 엔드 이펙터 (212) 가 센서 디스크 (200) 를 페데스탈 (208) 상에 배치하지 않기 때문에, 엔드 이펙터 (212) 는 측정 동안 프로세싱 스테이션 (216) 으로부터 제거되고 하강될 필요가 없다. 따라서, 센서들 (228) 을 포함하는 센서 디스크 (200) 의 두께는 센서들 (228) 과 샤워헤드 (204) 및 페데스탈 (208) 의 표면들 사이의 거리를 감소시키도록 (예를 들어, 10 ㎜ 이상으로) 증가될 수 있다.

예를 들어, 대략 17.0 ㎜ (예를 들어, 17.0 ㎜의 10 ％ 이내) 의 갭 G 및 대략 11.0 ㎜ (예를 들어, 11.0 ㎜의 10 ％ 이내) 의 센서 디스크 (200) 의 두께 t에 대해, 갭 g1 및 갭 g2 각각은 대략 3.0 ㎜ (예를 들어, 3.0 ㎜의 10 ％ 이내) 로 감소될 수도 있다. 이와 같이, 20.0 ㎜ 미만의 갭 G에 대해 센서 디스크 (200) 의 두께 t는 갭 G의 폭의 적어도 60 ％ (예를 들어, 60 ％ 내지 70 ％) 일 수도 있다. 갭 G의 폭이 증가함에 따라, 상대적으로 작은 (예를 들어, 5.0 ㎜ 미만, 3 ㎜ 이하, 등의) 갭 g1 및 갭 g2를 유지하도록 센서 디스크 (200) 의 두께 t는 증가될 수도 있다. 센서들 (228) 의 정확도 (즉, 커패시턴스와 거리 사이의 관계의 정확도) 는 거리에 반비례하고 거리가 감소함에 따라 지수적으로 증가한다. 따라서, 두께 t를 증가시키는 것은 측정 신호들 (240) 의 정확도를 상승시킨다.

일부 실시 예들에서, 하부 표면 (236) 은 편평하고 (예를 들어, 평면형이고) 그리고 엔드 이펙터 (212) 상에 지지된다. 다른 실시 예들에서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 하부 표면 (236) 은 엔드 이펙터 (212) 를 수용하도록 구성된 리세스된 영역 또는 소켓 (260) 을 포함한다. 즉, 리세스된 영역 (260) 의 형상은 엔드 이펙터 (212) 가 센서 디스크 (200) 의 하부 표면 (236) 내에 리세스되게 엔드 이펙터 (212) 를 수용하도록 (accommodate) 구성된다. 예를 들어, 리세스된 영역 (260) 은 센서 디스크 (200) 의 외측 에지로부터 중심 영역으로 연장한다. 센서 디스크 (200) 가 엔드 이펙터 (212) 상에 지지될 때, 엔드 이펙터 (212) 의 하부 표면 (264) 은 (도시된 바와 같이) 센서 디스크 (200) 의 하부 표면 (236) 과 같은 높이에 (즉, 동일 평면 상에) 있을 수도 있거나 하부 표면 (236) 약간 (예를 들어, 0 내지 1.5 ㎜) 위 또는 아래일 수도 있다. 이 방식으로, 엔드 이펙터 (212) 는 센서 디스크 (200) 의 두께 t에 상관 없이 갭 g1 및 갭 g2가 거의 동일하도록 (예를 들어, 서로 5 ％ 이내) 샤워헤드 (204) 와 페데스탈 (208) 사이의 중간점에 센서 디스크 (200) 를 더 용이하게 포지셔닝할 수 있다.

일부 실시 예들에서, 페데스탈 (208) (또는, 페데스탈 (208) 의 상부 표면) 은 세라믹과 같은 비금속으로 구성될 수도 있다. 따라서, 페데스탈 (208) 의 상부 표면은 센서들 (228-2) 과 함께 커패시터를 형성하도록 구성되지 않을 수도 있다. 이들 실시 예들에서, 금속 플레이트, 링, 또는 다른 구조체 (예를 들어, 금속 디스크 (268) 로서 도 2a에 도시됨) 는 센서들 (228-2) 에 의해 검출될 수 있는 금속성 (metallic) 표면을 제공하도록 페데스탈 (208) 상에 선택 가능하게 배치될 수도 있다. 예를 들어, 금속 디스크 (268) 는 같은 거리들이 실질적으로 같은 커패시턴스들에 대응하도록 샤워헤드 (204) 와 동일한 재료를 포함한다. 갭 g2의 계산은 금속 디스크 (268) 의 공지된 두께를 고려하는 (예를 들어, 추가하는) 것을 포함할 수도 있다. 다른 실시 예들에서, 금속 디스크 (268) 는 갭 g2를 감소시키고 용량성 센싱의 정확도를 상승시키도록 페데스탈 (208) 상에 배치될 수도 있다.

도 2d에 도시된 또 다른 실시 예에서, 센서 디스크 (200) 는 상부 디스크 (200-1) 및 하부 디스크 (200-2) (집합적으로 센서 디스크 (200) 로서 지칭됨) 를 포함한다. 센서들 (228-1) 은 상부 디스크 (200-1) 의 상부 표면 상에 또는 상부 표면 내에 배치된다. 반대로, 센서들 (228-2) 은 하부 디스크 (200-2) 의 하부 표면 상에 또는 하부 표면 내에 배치된다. 상부 디스크 (200-1) 및 하부 디스크 (200-2) 는 갭 (276) 을 규정하도록 (예를 들어, 복수의 포스트들 (272) 을 사용하여) 함께 커플링된다. 엔드 이펙터 (212) 는 센서 디스크 (200) 를 회수, 지지 및 이송하도록 갭 (276) 내에 삽입된다. 이 방식으로, 센서 디스크 (200) 는 갭 g1 및 갭 g2를 최소화하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상부 디스크 (200-1) 및 하부 디스크 (200-2) 의 두께들은 갭 g1 및 갭 g2를 감소시키도록 증가될 수도 있다.

상기 기술된 바와 같이 센서 디스크 (200) 는 상부 표면 및 하부 표면 모두 상에 센서들 (228) 을 포함하지만, 또 다른 실시 예에서 센서 디스크 (200) 는 일 표면에만 (예를 들어, 상부 표면 또는 하부 표면 상에만) 센서를 포함할 수도 있다. 이 실시 예에서, 센서 디스크 (200) 는 제 1 갭 g1을 측정하기 위해, 먼저 제 1 배향으로 (즉, 제 1 방향으로, 예컨대 샤워헤드 (204) 를 향해 상향으로 대면하는 센서 (228) 와 함께) 엔드 이펙터 (212) 상에 배치될 수도 있다. 이어서 센서 디스크 (200) 는 제 2 갭 g2를 측정하기 위해 센서 (228) 가 반대편, 제 2 방향으로 (즉, 페데스탈 (208) 을 향해 하향으로) 대면하도록 제 2 배향으로 배치될 (즉, 뒤집힐 (flip)) 수도 있다.

도 3은 본 개시에 따른 센서 디스크 (예를 들어, 센서 디스크 (200)) 를 사용하여 제 1 구조체 (예를 들어, 프로세싱 챔버의 상부 표면, 샤워헤드 (204) 와 같은 샤워헤드, 등) 와 제 2 구조체 (예를 들어, 프로세싱 챔버의 하부 표면, 페데스탈 (208) 과 같은 페데스탈, 등) 사이의 거리를 결정하는 방법 (300) 의 일 실시 예이다. (302) 에서, 방법 (300) (예를 들어, 제어기 (252)) 은 센서들 (228) 과 각각의 표면들 사이의 거리들과 측정된 커패시턴스들을 상관시키는 캘리브레이션 데이터를 생성하고 저장하도록 캘리브레이션 프로세스를 수행한다. 예를 들어, 캘리브레이션 프로세스는 샤워헤드 (204) 및 페데스탈 (208), 등과 동일한 재료들로 구성된, 공지된 거리에 배치된 샤워헤드 및 페데스탈을 포함하는 프로세싱 스테이션에서 수행될 수도 있다. 이 방식으로, 방법 (300) 은 센서들 (228) 과 샤워헤드 및 페데스탈의 각각의 표면들 사이의 실제 거리들과 센서들 (228) 에 의해 결정된 측정된 커패시턴스들을 상관시키는 데이터를 저장한다.

(304) 에서, 센서 디스크 (200) 는 기계적 인덱서 (224) 로 (예를 들어, 엔드 이펙터 (212) 상에) 이송된다. 예를 들어, 센서 디스크 (200) 는 멀티-스테이션 프로세스 모듈의 로딩 스테이션에서 이송 로봇으로부터 엔드 이펙터 (212) 로 핸드오프된다. (308) 에서, 엔드 이펙터 (212) 는 제 1 프로세싱 스테이션에서 샤워헤드와 페데스탈 사이에 센서 디스크 (200) 를 포지셔닝한다. 일부 실시 예들에서, 제 1 프로세싱 스테이션은 로딩 스테이션이다. 다른 실시 예들에서, 기계적 인덱서 (224) 는 로딩 스테이션과 상이한 프로세싱 스테이션에서 센서 디스크 (200) 를 포지셔닝하도록 회전한다.

(312) 에서, 방법 (300) (예를 들어, 제어기 (252) 에 응답하여 기계적 인덱서 (224)) 은 샤워헤드와 로딩 스테이션 사이의 미리 결정된 포지션에 있는 센서 디스크 (200) 를 포지셔닝한다. 단지 예를 들면, 미리 결정된 포지션은 샤워헤드와 로딩 스테이션 사이의 중간점 (즉, 중간점 포지션) 이다. 예를 들어, 기계적 인덱서 (224) 는 센서 디스크 (200) 의 수직 포지션을 조정하기 위해 엔드 이펙터 (212) 를 상승 및 하강시키도록 구성된다. 방법 (300) (예를 들어, 제어기 (252)) 은 상이한 수직 포지션들에 있는 센서들 (228-1 및 228-2) 의 상대적인 커패시턴스들에 기초하여 중간점을 결정한다.

일 실시 예에서, 기계적 인덱서 (224) 는 상이한 포지션들을 통해 (예를 들어, 최하단 포지션으로부터 최상단 포지션으로 또는 그 반대로) 센서 디스크 (200) 를 조정하고 그리고 상이한 포지션들에 있는 센서들 (228-1 및 228-2) 의 커패시턴스들을 측정한다. 최하단 포지션에서, 센서들 (228-2) 의 커패시턴스들은 더 클 것 (페데스탈까지 상대적으로 더 작은 거리를 나타냄) 인 반면, 센서들 (228-1) 의 커패시턴스들은 더 낮을 것 (샤워헤드까지 상대적으로 더 큰 거리를 나타냄) 이다. 반대로, 최상단 포지션에서, 센서들 (228-2) 의 커패시턴스들은 더 낮을 것 (페데스탈까지 상대적으로 더 큰 거리를 나타냄) 인 반면, 센서들 (228-1) 의 커패시턴스들은 더 클 것(샤워헤드까지 상대적으로 더 작은 거리를 나타냄) 이다.

포지션들 각각에서, 방법 (300) 은 센서들 (228-1) 의 커패시턴스들 (예를 들어, 센서들 (228-1) 중 2 개 이상의 평균 커패시턴스) 과 센서들 (228-2) 의 커패시턴스들 (예를 들어, 센서들 (228-2) 중 2 개 이상의 평균 커패시턴스) 사이의 차를 결정한다. 센서들 (228-1 및 228-2) 의 커패시턴스들 사이의 가장 작은 차에 대응하는 포지션은 샤워헤드와 페데스탈 사이의 중간점에 대응한다 (예를 들어, 샤워헤드와 페데스탈의 표면들의 재료들이 동일하다고 가정함). 즉, 방법 (300) 은 센서 디스크 (200) 의 대향하는 표면들과 샤워헤드 및 페데스탈의 각각의 표면들 사이의 거리들이 동일할 것이기 때문에 센서 디스크 (200) 가 중간점에 포지셔닝될 때 센서들 (228-1 및 228-2) 에 의해 측정된 커패시턴스들이 실질적으로 동일할 것이라고 가정할 수도 있다.

(316) 에서, 방법 (300) 은 (예를 들어, 중간점 포지션과 같은 미리 결정된 포지션에 있는 센서 디스크 (200) 를 사용하여) 센서들 (228-1 및 228-2) 각각의 커패시턴스들을 측정한다. 예를 들어, 상기 기술된 바와 같이, 센서들 (228) 은 디지털 값들로서 제어기 (252) 로 송신되는 측정된 커패시턴스들을 나타내는 측정 신호들 (240) 을 생성한다. (320) 에서, 방법 (300) (예를 들어, 제어기 (252)) 은 커패시턴스들에 기초하여 샤워헤드와 페데스탈의 각각의 부분들 사이의 거리들 (예를 들어, 갭 G의 폭들) 을 계산한다. 예를 들어, 제어기 (252) 는 측정된 커패시턴스들 및 센서들 (228) 각각에 대한 거리에 커패시턴스를 상관시키는 저장된 캘리브레이션 데이터에 기초하여 거리들을 계산한다. 제어기 (252) 는 회수, 디스플레이, 등을 위해 계산된 거리들을 저장할 수도 있다.

기술된 바와 같이, 방법 (300) 은 중간점 포지션에 있는 센서 디스크 (200) 와의 거리들을 결정하지만, 다른 실시 예들에서, 중간점 포지션을 결정하지 않고, 중간점 포지션 이외의 포지션들, 등에 있는 센서 디스크 (200) 를 사용하여, 커패시턴스들 및 거리들이 결정될 수 있다. 예를 들어, 기계적 인덱서 (224) 는 프로세스 동안 동일한 공칭 (nominal) 또는 캘리브레이팅된 포지션을 유지하고 그리고 센서 디스크 (200) 의 수직 포지션을 조정하지 않고 각각의 샤워헤드들과 페데스탈들 사이의 거리들을 측정하도록 복수의 프로세싱 스테이션들을 통해 센서 디스크 (200) 를 회전시킬 수도 있다.

(322) 에서, 프로세싱 스테이션들 중 하나 이상의 샤워헤드 및/또는 페데스탈은 측정된 갭 G에 기초하여 선택 가능하게 조정될 수도 있다. 측정된 갭 G는 샤워헤드가 틸팅된다는 것, 샤워헤드와 페데스탈 사이의 거리가 목표된 거리보다 더 크거나 더 작다는 것, 등을 나타낼 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 조정은 (예를 들어, 서비스 동안 프로세스 모듈의 내부에 액세스함으로써) 수동으로 수행된다. 다른 실시 예들에서, 조정은 제어기 (252) 에 응답하여 각각의 액추에이터들을 사용하여 샤워헤드 및 페데스탈 중 하나 또는 모두를 상승시키거나 하강시킴으로써 자동으로 수행될 수도 있다. 조정은 측정된 갭이 목표된 갭에 대응할 때까지 반복적으로 수행될 수도 있다. 예를 들어, 방법 (300) 은 목표된 갭이 달성될 때까지 (316, 320, 및 322) 를 반복할 수도 있다.

(324) 에서, 방법 (300) 은 또 다른 프로세싱 스테이션에 대해 갭 G를 측정할지 여부를 결정한다. 참이면, 방법 (300) 은 (328) 로 계속된다. 거짓이면, 방법 (300) 은 (332) 로 계속된다. (328) 에서, 방법 (300) (예를 들어, 기계적 인덱서 (224)) 은 또 다른 프로세싱 스테이션에 센서 디스크 (200) 를 포지셔닝하도록 엔드 이펙터 (212) 를 회전시키고 그리고 (312) 로 계속된다.

(332) 에서, 센서 디스크 (200) 는 기계적 인덱서 (224) 로부터 회수된다. 예를 들어, 센서 디스크 (200) 는 로딩 스테이션으로 리턴되고 그리고 이송 로봇을 사용하여 회수된다. 센서 디스크 (200) 는 기판 프로세싱 시스템 내에 (예를 들어, 진공 이송 모듈 또는 장비 프론트 엔드 모듈 (equipment front end module) 내의 버퍼 스테이션에서) 저장되고, 기판 프로세싱 시스템으로부터 회수되고, 또 다른 멀티-스테이션 모듈로 이송되는 등이 될 수도 있다. 방법 (300) 의 하나 이상의 단계들은 샤워헤드 (예를 들어, 샤워헤드 (204)) 와 페데스탈 (예를 들어, 페데스탈 (208)) 사이의 거리를 결정하는 목적을 여전히 달성하면서 생략되거나 재배치될 수도 있다. 예를 들어, 캘리브레이션 단계 (302) 는 일부 이벤트들에서 생략될 수도 있다.

전술한 기술은 본질적으로 단지 예시이고, 어떠한 방식으로도 본 개시, 이의 적용 예, 또는 사용들을 제한하도록 의도되지 않는다. 본 개시의 광범위한 교시들 (teachings) 은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시가 특정한 예들을 포함하지만, 본 개시의 진정한 범위는 다른 수정들이 도면들, 명세서 및 이하의 청구항들의 연구 시 자명해질 것이기 때문에 이렇게 제한되지 않아야 한다. 방법의 하나 이상의 단계들은 본 개시의 원리들을 변경하지 않고 상이한 순서로 (또는 동시에) 실행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 실시 예들 각각이 특정한 피처들을 갖는 것으로 상기 기술되었지만, 본 개시의 임의의 실시 예에 대해 기술된 이들 피처들 중 임의의 하나 이상의 피처들은, 조합이 명시적으로 기술되지 않아도, 임의의 다른 실시 예들의 피처들로 그리고/또는 임의의 다른 실시 예들의 피처들과 조합하여 구현될 수 있다. 즉, 기술된 실시 예들은 상호 배타적이지 않고, 하나 이상의 실시 예들의 또 다른 실시 예들과의 치환들이 본 개시의 범위 내에 남는다.

엘리먼트들 간 (예를 들어, 모듈들, 회로 엘리먼트들, 반도체 층들, 등 간) 의 공간적 관계 및 기능적 관계는, "연결된 (connected)", "인게이지된 (engaged)", "커플링된 (coupled)", "인접한 (adjacent)", "옆에 (next to)", "~의 상단에 (on top of)", "위에 (above)", "아래에 (below)" 및 "배치된 (disposed)"을 포함하는, 다양한 용어들을 사용하여 기술된다. "직접적"인 것으로 명시적으로 기술되지 않는 한, 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 간의 관계가 상기 개시에서 기술될 때, 이 관계는 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 다른 중개하는 엘리먼트들이 존재하지 않는 직접적인 관계일 수 있지만, 또한 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 (공간적으로 또는 기능적으로) 하나 이상의 중개하는 엘리먼트들이 존재하는 간접적인 관계일 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 구 A, B 및 C 중 적어도 하나는 비배타적인 논리 OR를 사용하여, 논리적으로 (A 또는 B 또는 C) 를 의미하는 것으로 해석되어야 하고, "적어도 하나의 A, 적어도 하나의 B 및 적어도 하나의 C"를 의미하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

일부 구현 예들에서, 제어기는 상기 기술된 예들의 일부일 수도 있는 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱을 위한 플랫폼 또는 플랫폼들 및/또는 특정 프로세싱 컴포넌트들 (웨이퍼 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등) 을 포함하는, 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이들 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 이전에, 프로세싱 동안에, 그리고 프로세싱 이후에 그들의 동작을 제어하기 위한 전자 장치 (electronics) 와 통합될 수도 있다. 전자 장치는 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부분들을 제어할 수도 있는 "제어기"로서 지칭될 수도 있다. 제어기는, 시스템의 프로세싱 요건들 및/또는 타입에 따라서, 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정들, 진공 설정들, 전력 설정들, 무선 주파수 (RF) 생성기 설정들, RF 매칭 회로 설정들, 주파수 설정들, 플로우 레이트 설정들, 유체 전달 설정들, 포지션 및 동작 설정들, 툴 및 다른 이송 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로드 록들 내외로의 웨이퍼 이송들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그래밍될 수도 있다.

일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 가능하게 하고, 엔드포인트 측정들을 가능하게 하는, 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자 장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSPs), 주문형 반도체 (application specific integrated circuits; ASICs) 로서 규정되는 칩들 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반도체 웨이퍼 상에서 또는 반도체 웨이퍼에 대한 특정 프로세스를 수행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기와 통신하는 또는 시스템과 통신하는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 옥사이드들, 실리콘, 실리콘 다이옥사이드, 표면들, 회로들 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어들에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.

제어기는, 일부 구현 예들에서, 시스템과 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 그렇지 않으면 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 될 수 있는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게 할 수 있는 팹 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하거나, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하거나, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하거나, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하거나, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하거나, 새로운 프로세스를 시작하기 위해서, 시스템으로의 원격 액세스를 가능하게 할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 가 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는, 네트워크를 통해 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정들의 입력 또는 프로그래밍을 가능하게 하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안 수행될 프로세싱 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성되는 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서 상기 기술된 바와 같이, 제어기는 예컨대 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들과 같은, 공통 목적을 향해 함께 네트워킹되고 작동하는 하나 이상의 이산 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적들을 위한 분산형 제어기의 일 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는 원격으로 (예컨대 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 것이다.

제한 없이, 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 (spin-rinse) 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, 물리적 기상 증착 (physical vapor deposition; PVD) 챔버 또는 모듈, 화학적 기상 증착 (chemical vapor deposition; CVD) 챔버 또는 모듈, 원자 층 증착 (atomic layer deposition; ALD) 챔버 또는 모듈, 원자 층 에칭 (atomic layer etch; ALE) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 챔버 또는 모듈 및 반도체 웨이퍼들의 제조 및/또는 제작 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수도 있다.

상기 주지된 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 제어기는, 반도체 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/로드 포트들로 웨이퍼들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송 시에 사용되는, 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 또 다른 제어기, 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.

Claims (22)

1. 기판 프로세싱 시스템의 프로세싱 챔버에서 제 1 구조체와 제 2 구조체 사이의 갭을 측정하도록 구성된 센서 디스크에 있어서,
   상부 표면;
   센서 디스크의 상기 상부 표면 상에 배치된 (arrange) 적어도 하나의 제 1 용량성 (capacitive) 센서로서, 상기 적어도 하나의 제 1 용량성 센서는 상기 센서 디스크의 상기 상부 표면과 제 1 구조체 사이의 제 1 거리를 나타내는 제 1 측정 신호를 생성하도록 구성되는, 상기 적어도 하나의 제 1 용량성 센서;
   하부 표면; 및
   상기 센서 디스크의 상기 하부 표면 상에 배치된 적어도 하나의 제 2 용량성 센서로서, 상기 적어도 하나의 제 2 용량성 센서는 상기 센서 디스크의 상기 하부 표면과 제 2 구조체 사이의 제 2 거리를 나타내는 제 2 측정 신호를 생성하도록 구성되는, 상기 적어도 하나의 제 2 용량성 센서를 포함하는, 센서 디스크.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 제 1 용량성 센서는 상기 센서 디스크의 상기 상부 표면 상에 배치된 3 개의 용량성 센서들을 포함하는, 센서 디스크.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 제 2 용량성 센서는 상기 센서 디스크의 상기 하부 표면 상에 배치된 3 개의 용량성 센서들을 포함하는, 센서 디스크.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 제 1 용량성 센서는 (i) 상기 제 1 구조체와 함께 제 1 커패시터를 형성하고 그리고 (ii) 상기 제 1 커패시터의 제 1 커패시턴스에 기초하여 상기 제 1 측정 신호를 생성하도록 구성되는, 센서 디스크.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 제 2 용량성 센서는 (i) 상기 제 2 구조체와 함께 제 2 커패시터를 형성하고 그리고 (ii) 상기 제 2 커패시터의 제 2 커패시턴스에 기초하여 상기 제 2 측정 신호를 생성하도록 구성되는, 센서 디스크.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 센서 디스크의 상기 하부 표면에 규정된 리세스된 영역을 더 포함하고, 상기 리세스된 영역은 상기 센서 디스크의 외측 에지로부터 중심 영역으로 연장하는, 센서 디스크.
7. 제 1 항에 기재된 센서 디스크를 포함하고 그리고 (i) 상기 제 1 측정 신호 및 상기 제 2 측정 신호를 수신하고 (ii) 상기 제 1 측정 신호 및 상기 제 2 측정 신호에 기초하여 상기 제 1 구조체와 상기 제 2 구조체 사이의 상기 갭의 폭을 계산하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 시스템.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제어기는 상기 제 1 거리, 상기 제 2 거리, 및 상기 센서 디스크의 두께에 기초하여 상기 갭의 상기 폭을 계산하도록 구성되는, 시스템.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제어기는 (i) 상기 적어도 하나의 제 1 용량성 센서와 상기 제 1 구조체 사이에 형성된 제 1 커패시턴스를 상기 제 1 거리에 상관시키고 (ii) 상기 적어도 하나의 제 2 용량성 센서와 상기 제 2 구조체 사이에 형성된 제 2 커패시턴스를 상기 제 2 거리에 상관시키는 저장된 데이터에 더 기초하여 상기 갭의 상기 폭을 계산하도록 구성되는, 시스템.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 구조체는 샤워헤드이고 그리고 상기 제 2 구조체는 페데스탈인, 센서 디스크.
11. 기판 프로세싱 시스템의 프로세싱 챔버에서 제 1 구조체와 제 2 구조체 사이의 갭을 측정하도록 구성된 시스템에 있어서,
    센서 디스크의 상부 표면 상에 배치된 적어도 하나의 제 1 용량성 센서 및 상기 센서 디스크의 하부 표면 상에 배치된 적어도 하나의 제 2 용량성 센서를 포함하는 상기 센서 디스크; 및
    제어기를 포함하고, 상기 제어기는,
    상기 적어도 하나의 제 1 용량성 센서로부터, 상기 센서 디스크의 상기 상부 표면과 제 1 구조체 사이의 제 1 거리를 나타내는 제 1 측정 신호를 수신하고,
    상기 적어도 하나의 제 2 용량성 센서로부터, 상기 센서 디스크의 상기 하부 표면과 제 2 구조체 사이의 제 2 거리를 나타내는 제 2 측정 신호를 수신하고, 그리고
    상기 제 1 측정 신호 및 상기 제 2 측정 신호에 기초하여 상기 제 1 구조체와 상기 제 2 구조체 사이의 갭의 폭을 계산하도록 구성되는, 시스템.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제 1 거리, 상기 제 2 거리, 및 상기 센서 디스크의 두께에 기초하여 상기 갭의 상기 폭을 계산하도록 구성되는, 시스템.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어기는, (i) 상기 적어도 하나의 제 1 용량성 센서와 상기 제 1 구조체 사이에 형성된 제 1 커패시턴스를 상기 제 1 거리에 상관시키고 (ii) 상기 적어도 하나의 제 2 용량성 센서와 상기 제 2 구조체 사이에 형성된 제 2 커패시턴스를 상기 제 2 거리에 상관시키는 저장된 데이터에 더 기초하여 상기 갭의 상기 폭을 계산하도록 구성되는, 시스템.
14. 제 11 항에 있어서,
    리세스된 영역이 상기 센서 디스크의 상기 하부 표면에 규정되고, 그리고 상기 리세스된 영역은 상기 센서 디스크의 외측 에지로부터 중심 영역으로 연장하는, 시스템.
15. 제 14 항에 있어서,
    엔드 이펙터 (end effector) 를 포함하는 기계적 인덱서를 더 포함하고, 상기 리세스된 영역은 상기 엔드 이펙터를 수용하도록 구성되는, 시스템.
16. 기판 프로세싱 시스템의 프로세싱 챔버에서 제 1 구조체와 제 2 구조체 사이의 갭을 측정하기 위한 방법에 있어서,
    엔드 이펙터 상에 센서 디스크를 배치하는 단계;
    상기 센서 디스크를 제 1 구조체와 제 2 구조체 사이의 갭에 포지셔닝하는 단계;
    상기 센서 디스크를 사용하여, (i) 상기 센서 디스크의 상부 표면과 상기 제 1 구조체 사이의 제 1 거리 및 (ii) 상기 센서 디스크의 하부 표면과 상기 제 2 구조체 사이의 제 2 거리를 결정하는 단계; 및
    상기 제 1 거리 및 상기 제 2 거리에 기초하여 상기 제 1 구조체와 상기 제 2 구조체 사이의 상기 갭의 폭을 계산하는 단계를 포함하는, 갭 측정 방법.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 센서 디스크는 상기 센서 디스크의 상부 표면 상에 배치된 적어도 하나의 제 1 용량성 센서 및 상기 센서 디스크의 하부 표면 상에 배치된 적어도 하나의 제 2 용량성 센서를 포함하는, 갭 측정 방법.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1 용량성 센서를 사용하여, 상기 센서 디스크의 상기 상부 표면과 상기 제 1 구조체 사이의 상기 제 1 거리를 나타내는 제 1 측정 신호를 생성하는 단계;
    상기 적어도 하나의 제 2 용량성 센서를 사용하여, 상기 센서 디스크의 상기 하부 표면과 상기 제 2 구조체 사이의 상기 제 2 거리를 나타내는 제 2 측정 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제 1 측정 신호, 상기 제 2 측정 신호, 및 상기 센서 디스크의 두께에 기초하여 상기 제 1 구조체와 상기 제 2 구조체 사이의 상기 갭의 상기 폭을 계산하는 단계를 더 포함하는, 갭 측정 방법.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1 용량성 센서와 상기 제 1 구조체 사이에 형성된 제 1 커패시턴스에 기초하여 상기 제 1 측정 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 제 2 용량성 센서와 상기 제 2 구조체 사이에 형성된 제 2 커패시턴스에 기초하여 상기 제 2 측정 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는, 갭 측정 방법.
20. 제 16 항에 있어서,
    상기 센서 디스크는 상기 센서 디스크의 상기 하부 표면에 규정된 리세스된 영역을 포함하고, 상기 리세스된 영역은 상기 센서 디스크의 외측 에지로부터 중심 영역으로 연장하고, 그리고 상기 엔드 이펙터 상에 상기 센서 디스크를 배치하는 단계는 상기 엔드 이펙터 상에 상기 센서 디스크의 상기 리세스된 영역을 배치하는 단계를 포함하는, 갭 측정 방법.
21. 제 16 항에 있어서,
    상기 센서 디스크를 포지셔닝하는 단계는 상기 제 1 구조체와 상기 제 2 구조체 사이의 중간점에 상기 센서 디스크를 포지셔닝하는 단계를 포함하는, 갭 측정 방법.
22. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 구조체는 샤워헤드이고 그리고 상기 제 2 구조체는 페데스탈인, 갭 측정 방법.

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