JP7441164B2 - キャビティ内のマイクロ波場を検出するための方法および装置 - Google Patents

Description

本原理の実施形態は、一般に、半導体製造システムで使用される半導体プロセスチャンバに関する。

マイクロ波は、例えば、アニール、洗浄、硬化、およびガス抜きを行うために半導体処理で使用される。マイクロ波を使用して、枚葉式ウエハおよび／または複数のウエハをバッチで処理することができる。マイクロ波が生成され、導波路を使用してマイクロ波をキャビティに送信する。キャビティ、およびキャビティ内部のいかなるウエハ支持体または他の構造体もマイクロ波の分布に影響を及ぼす。定在波がキャビティ内に形成される可能性があり、またはマイクロ波分布が不均一になることがある。定在波および不均一性は両方とも、キャビティ内でのウエハの処理に悪影響を及ぼす。

したがって、本発明者らは、改善されたマイクロ波検出器、およびキャビティ内のマイクロ波を検出する方法を開発した。

一部の実施形態では、マイクロ波チャンバ内のマイクロ波エネルギーを特徴付けるための装置は、マイクロ波場を検出することができ、検出されたマイクロ波場の場強度に関連付けられた信号を生成することができる少なくとも１つの高周波（ＲＦ）検出器と、ＲＦ検出器から検出されたマイクロ波場に関連付けられた信号を受信し、検出されたマイクロ波場強度に関する情報を送信する送信器と、を有するマイクロ波透過性基板を備える。

一部の実施形態では、マイクロ波チャンバ内のマイクロ波エネルギーを特徴付けるための装置は、マイクロ波場を検出することができ、マイクロ波場のマイクロ波場強度に関連付けられた信号を生成することができる少なくとも１つの高周波（ＲＦ）検出器と、少なくとも１つのＲＦ検出器に電気的に結合された少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、ＲＦ検出器から受信されたマイクロ波場のマイクロ波場強度に関連付けられた信号に基づいてマイクロ波場強度の視覚的表示を連続的に放射する、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）と、を有するマイクロ波透過性基板を備える。

一部の実施形態では、半導体を処理するための半導体処理チャンバは、マイクロ波キャビティの内部に取り付けられた少なくとも１つのマイクロ波透過性基板を備える半導体基板を処理するためのマイクロ波キャビティを備え、マイクロ波透過性基板は、マイクロ波場を検出することができ、マイクロ波場のマイクロ波場強度に関連付けられた信号を生成することができる少なくとも１つの高周波（ＲＦ）検出器と、ＲＦ検出器からマイクロ波場に関連付けられた信号を受信し、マイクロ波場強度に関する情報を送信する送信器と、を有する。

上で簡潔に要約し、以下でより詳細に論じる本原理の実施形態は、添付の図面に示す本原理の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。しかしながら、添付の図面は、本原理の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、本原理が他の等しく効果的な実施形態を受け入れることができるため、範囲を限定していると考えられるべきではない。

本原理の一部の実施形態によるマイクロ波強度検出ユニットの図である。 本原理の一部の実施形態による有線マイクロ波強度検出ユニットの図である。 本原理の一部の実施形態による無線マイクロ波強度検出ユニットの図である。 本原理の一部の実施形態によるメモリを備えたマイクロ波強度検出ユニットの図である。 本原理の一部の実施形態によるインシトゥのマイクロ波強度検出ユニットの図である。 本原理の一部の実施形態による三次元マイクロ波強度検出ユニットの図である。

理解を容易にするために、各図に共通の同一の要素を指定するために、可能な場合は、同一の参照数字が使用された。図は、縮尺通りには描かれておらず、明瞭にするために簡略化されることがある。一実施形態の要素および特徴は、さらに詳説することなく他の実施形態に有益に組み込まれることがある。

マイクロ波は、半導体プロセス中に使用されて、ガス抜き、洗浄、硬化、およびアニーリングを支援する。これらのプロセスが均一な結果を生成するためには、マイクロ波場は、基板が処理されているキャビティ内で均一でなければならない。本原理に基づく方法および装置は、有利には、キャビティ内部のマイクロ波場の調整を可能にする。一部の実施形態では、キャビティ内のマイクロ波場の強度（ワット／メートル）を捕捉するために、マイクロ波強度検出ユニット（ＭＩＤＵ）がキャビティ内部に配置されている。ＭＩＤＵは、マイクロ波場強度に関する情報を連続的に中継する。ＭＩＤＵは、処理される半導体基板の有無にかかわらず、キャビティ内で有利に使用することができる。ＭＩＤＵは、マイクロ波キャビティに恒久的に組み込むこともできる。ＭＩＤＵの一部の実施形態は、約２ＧＨｚ～８ＧＨｚの周波数範囲にわたって動作することができる。一部の実施形態は、より小さな周波数帯をカバーし、一部の実施形態は、ＭＩＤＵが使用される特定のマイクロ波キャビティに関連する周波数をカバーする。

ＭＩＤＵの連続検出能力により、有利には、経時的なマイクロ波場強度の変動の検出が可能になる。ＭＩＤＵによって取得されたマイクロ波場強度情報により、有利には、半導体チャンバのマッチングも可能になる。ＭＩＤＵは、有益には、マイクロ波キャビティ全体にわたってマイクロ波場強度レベルをモニタし、マイクロ波の波長調節を行うことによって、マイクロ波キャビティから定在波を調節または除去するやり方も提供する。マイクロ波キャビティ（例えば、半導体チャンバ）の適切な調整により、半導体チャンバ内でより均一なプロセスを有益に提供する、より均一なマイクロ波場が提供される。

一部の実施形態では、図１に示すように、ＭＩＤＵ１００は、高周波（ＲＦ）検出器１０４を備えるマイクロ波透過性基板１０２を含むことができる。ＲＦ検出器は、検出されたマイクロ波場の強度に基づいて信号を生成する。信号は、電圧ベースの信号および／または電流ベースの信号などであってもよい。一部の実施形態では、ＲＦ検出器は、デジタル信号を生成することができる。一部の実施形態では、ＲＦ検出器は、約２ＧＨｚ～約８ＧＨｚの周波数範囲をカバーすることができる。一部の実施形態では、ＲＦ検出器は、約２ＧＨｚ～約４ＧＨｚの周波数範囲をカバーすることができる。他の実施形態では、ＲＦ検出器は、約６ＧＨｚ～約８ＧＨｚの周波数範囲をカバーすることができる。ＲＦ検出器は、マイクロ波場強度信号を連続的に生成することができる。マイクロ波透過性基板１０２は、マイクロ波場強度が測定されている間にＭＩＤＵがマイクロ波キャビティ内部のマイクロ波場に及ぼす可能性がある影響を最小限に抑える。

一部の実施形態では、ＲＦ検出器１０４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）１０６および／または例えば白熱電球などの他の照明源とインターフェースする。ＬＥＤ１０６は、マイクロ波キャビティ内のマイクロ波場の強度を視覚的に示す（「視覚的表示」）ための照明源を提供する。ＬＥＤ照明レベルは、ＲＦ検出器１０４の出力信号によって影響を受ける。ＬＥＤ１０６からの照明の量は、ＲＦ検出器によって検出されたマイクロ波場の強度の大きさを反映することができる。ＬＥＤ１０６は、ＲＦ検出器によって提供される生成された信号に基づいて照明を連続的に変化させる。ＬＥＤ１０６は、フルスペクトルカメラなどのデバイスによってモニタまたは記録することができる赤外スペクトルまたは他のスペクトルなど、可視スペクトルの外側でも動作することができる。

一部の実施形態では、カメラを利用して、ＬＥＤ１０６によって提供される照明をモニタまたは記録する。カメラは、可視スペクトルおよび／または例えば赤外スペクトルなどの他のスペクトルの照明を捕捉するために装備されることがある。カメラは、ＬＥＤ１０６からの照明を連続的かつリアルタイムに記録することができる。カメラを使用して、データを定期的に記録することもできる。リアルタイムのおよび／または記録された可視もしくは非可視スペクトル情報を使用して、マイクロ波キャビティを調整し、マイクロ波場強度をより均一に分布させ、および／または他の機器とマッチングさせることができる。マイクロ波キャビティを調節した後、ＭＩＤＵ１００は、調節がマイクロ波場に適切な効果があったことを確認するために、より多くのマイクロ波場強度情報を捕捉することができる。同様のやり方で、ＭＩＤＵ１００は、健全性チェックとして既存のマイクロ波キャビティと共に使用して、マイクロ波キャビティが正しいパラメータの範囲内で依然として動作していることを確認することができる。

視覚的に透明なパネルが観察のために利用可能な場合、カメラの有無にかかわらずＭＩＤＵ１００を使用することもできる。カメラの代わりに、オペレータが、マイクロ波キャビティの動作中にＭＩＤＵ１００のマイクロ波場強度の変化を監視することができる。視覚的に透明なパネルが、観察またはカメラの記録に利用可能でない場合、カメラは、キャビティ内のマイクロ波場に対するカメラの影響を無視できるか、または著しく減らすことができるように、マイクロ波キャビティの近くにまたは内部に配置されてもよい。

一部の実施形態では、異なる波長（色スペクトル）がＬＥＤ照明に使用されてもよい。異なる波長を使用して、場強度および／または場周波数を区別することができる。複数のＭＩＤＵのアレイをマイクロ波透過性基板１０２に取り付けることができ、複数のＭＩＤＵのうちの１つまたは複数が異なるマイクロ波周波数を検出するＲＦ検出器を有する。例えば、２ＧＨｚの周波数で動作するＲＦ検出器を有するＭＩＤＵは、縁色のスペクトルで明るくなってもよく、一方、４ＧＨｚの周波数で動作するＲＦ検出器を有するＭＩＤＵは、青色のスペクトルで明るくなってもよい。複数の検出周波数により、異なる周波数で動作する異なるマイクロ波キャビティでアレイを柔軟に使用することができる。アレイ内のＭＩＤＵの数もマイクロ波キャビティの寸法に応じて調節することができる。一部の実施形態では、ＭＩＤＵは、マイクロ波透過性基板１０２に非恒久的に取り付けられてもよく、異なる状況に対してＭＩＤＵの取り外しおよび／または設置を行うことができる。非恒久性により、異なる環境で異なる構成を使用することができる。異なる構成には、ＭＩＤＵの追加もしくは削減、または所与のタスクに対するＭＩＤＵの周波数応答性に基づいてＭＩＤＵを選択することが含まれてもよい。

図２に表すような一部の実施形態では、ＭＩＤＵ２００は、ＲＦ検出器１０４および送信器２０６を含むことができる。送信器２０６は、生成された信号をＲＦ検出器１０４から受信し、信号および／または信号に関する情報を遠隔位置に中継する。一部の実施形態では、送信器２０６は、伝送ケーブル２０８を介して外部位置に電気的に接続されている。外部位置は、伝送ケーブル２０８を介して送信器２０６によって中継されたリアルタイム情報を受信および記録するデータ取得ユニットを含むことができる。伝送ケーブル２０８は、代表的なものであり、１つの送信器または複数の送信器に含まれる１つまたは複数のケーブルで構成されてもよい。伝送ケーブル２０８は、マイクロ波キャビティの内部を既存のポートまで配線されて、マイクロ波キャビティを破り、遠隔位置に到達することができる。

送信器２０６は、伝送ケーブル２０８を介してアナログおよび／またはデジタル信号を使用して、ＲＦ検出器１０４によって検出されたマイクロ波場強度に関する情報を中継することができる。一部の実施形態では、送信器２０６は、ＲＦ検出器１０４から受信した信号を増幅するための増幅器を含むことができる。次いで、送信器２０６は、増幅された信号をリアルタイムで遠隔位置に中継する。一部の実施形態では、送信器２０６は、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を含むことができる。送信器２０６は、ＲＦ検出器から受信した信号をデータに変換することができる。変換プロセスの待ち時間に応じて、送信器２０６は、伝送ケーブル２０８を介してデータを遠隔位置に中継する前にデータにタイムスタンプを施すこともできる。送信器２０６は、ＲＦ検出器１０４、送信器２０６、および／またはＭＩＤＵなどの識別（ＩＤ）を含むこともできる。識別情報は、最初にまたは定期的な間隔で１回、あるいはデータが送信されるたびに送信されてもよい。ＩＤ情報は、特にＭＩＤＵがアレイ構成で使用される場合、受信したマイクロ波場強度データの位置を決定するために利用されることがある。マイクロ波透過性基板１０２上の複数のＭＩＤＵの位置は、マイクロ波キャビティ内の位置にマッピングすることができる。一部の実施形態では、単一の送信器がもう１つのＲＦ検出器に接続されてもよい。単一の送信器が複数のＲＦ検出器と共に使用される場合、ＲＦ検出器のＩＤ情報を使用して、マイクロ波キャビティ内のどこでマイクロ波場強度データが生じたかを特定することができる。

一部の実施形態では、図３に示すように、ＭＩＤＵ３００は、ＲＦ検出器１０４とインターフェースする無線送信器３０６を含むことができる。無線送信器３０６により、マイクロ波場強度に関する情報を送信するためにケーブルでキャビティを破る必要なしに、マイクロ波キャビティ内にマイクロ波透過性基板１０２を配置することができる。無線送信器３０６は、ＲＦ検出器１０４からのマイクロ波場強度情報を、マイクロ波キャビティ外部の遠隔位置および／またはマイクロ波キャビティを収納する半導体処理装置内の別の位置に連続的に中継する。一部の実施形態では、ＭＩＤＵ３００は、無線送信器３０６にＡＤＣを含み、情報を無線で中継する前に、ＲＦ検出器１０４からの受信信号をデータに変換する。ＭＩＤＵは、無線であるため、マイクロ波透過性基板は、マイクロ波キャビティ内部の任意の場所に、および／または例えば、マイクロ波を使用する半導体プロセス中にウエハを保持することができるウエハ支持体などの、マイクロ波キャビティ内に位置する構造体に配置することができる。

一部の実施形態では、図４に示すように、ＭＩＤＵ４００は、ＲＦ検出器１０４、送信器４０６、メモリ４１０、および任意選択のデータポート４１２を含むことができる。一部のマイクロ波キャビティ環境では、有線および無線送信器は、実用的ではない場合がある。ＭＩＤＵ４００は、後で検索するためにマイクロ波場強度情報を記憶するためのメモリ４１０を含む。送信器４０６は、典型的には、ＲＦ検出器１０４からの信号をデータに変換するためのＡＤＣを含む。送信器４０６は、メモリ４１０に電気的に接続され、データをメモリ４１０に記憶する。送信器４０６は、データに時間タグを付けおよび／またはメモリ４１０に記憶する際に、（上で詳述したような）ＩＤ情報をデータに含めることもできる。メモリ４１０は、マイクロ波透過性基板１０２上の単一の送信器または複数の送信器に電気的に接続され、これらの送信器によってアクセス可能であってもよい。データは、ＭＩＤＵ４００がマイクロ波キャビティから取り外されるまで、メモリ４１０に連続的に記憶される。キャビティからＭＩＤＵ４００を取り外した後、メモリ４１０に記憶されたデータは、メモリ４１０および／または送信器４０６に電気的に接続された任意選択のデータポート４１２を介して検索することができる。一部の実施形態では、送信器４０６は、メモリ４１０内のデータにアクセスし、検索されたデータを無線で中継するようにトリガーすることができる無線機能を含むことができる。

図５は、マイクロ波キャビティ５０２を有する半導体処理チャンバ５００を示す。マイクロ波透過性基板５０４上にＲＦ検出器５０６のアレイを備えたＭＩＤＵ５１０がマイクロ波キャビティ５０２内部に配置されている。ＲＦ検出器５０６のアレイがマイクロ波場に曝されると、マイクロ波場の強度は、関連付けられた位置のＲＦ検出器を励起し、関連付けられたＲＦ検出器からマイクロ波場強度信号を生成する。次いで、信号は、連続的に送信および／または記憶される。マイクロ波透過性基板５０４は、マイクロ波キャビティ５０２内で任意の軸に配向させることができる。図５は、マイクロ波キャビティ５０２内に、および／またはマイクロ波キャビティ内の構造体上もしくは構造体内に、恒久的または一時的に個々に取り付けることができる任意選択のＲＦ検出器５０８も示す。任意選択のＲＦ検出器５０８は、送信器および／またはメモリを含むこともできる。

状況によっては、マイクロ波場強度は、複数の平面で同時に測定される場合、有用な場合がある。一部の実施形態では、立方体のような構成であるＭＩＤＵ６００は、ＭＩＤＵ６００の１つまたは複数の異なる側面にＲＦ検出器６０４、６０６、６０８を含むことができる。ＲＦ検出器６０４、６０６、６０８は、三次元でマイクロ波透過性材料６０２に取り付けられている。三次元は、長さが等しくなくてもよい。ＲＦ検出器６０４は、Ｙ６１０／Ｚ６１４平面に入射するマイクロ波場を検出する。ＲＦ検出器６０６は、Ｘ６１２／Ｚ６１４平面に入射するマイクロ波場を検出する。ＲＦ検出器６０８は、Ｘ６１２／Ｙ６１０平面に入射するマイクロ波場を検出する。一部の実施形態では、複数のＲＦ検出器がマイクロ波透過性材料６０２の１つまたは複数の側面に取り付けられている。一部の実施形態では、少なくとも１つのＲＦ検出器は、少なくとも二次元でマイクロ波場を受信する。一部の実施形態では、メモリおよび／または送信器は、マイクロ波透過性材料６０２の内部に取り付けられ、１つまたは複数のＲＦ検出器からのマイクロ波場強度を連続的に送信および／または記憶する。

前述の事項は、本原理の実施形態を対象としているが、本原理の他のおよびさらなる実施形態がその基本的な範囲から逸脱せずに考案されてもよい。

Claims (15)

1. マイクロ波チャンバ内のマイクロ波エネルギーを特徴付けるための装置であって、
   ２ＧＨｚから４ＧＨｚ、６ＧＨｚから８ＧＨｚ又は２ＧＨｚから８ＧＨｚの全周波数範囲にわたってマイクロ波場を連続的に検出し、検出したマイクロ波場強度に関連付けられた少なくとも１つの信号を連続的に生成するように構成される少なくとも１つの高周波（ＲＦ）検出器と、
   前記ＲＦ検出器から前記検出したマイクロ波場強度に関連付けられた前記少なくとも１つの信号を受信し、前記検出したマイクロ波場強度を送信する送信器と、
   を有するマイクロ波透過性基板を備える、装置。
2. 前記送信器が前記情報をマイクロ波キャビティの外部の遠隔位置にリアルタイムで送信する、請求項１に記載の装置。
3. 前記少なくとも１つのＲＦ検出器が少なくとも二次元でマイクロ波場を受信する、請求項１に記載の装置。
4. 前記マイクロ波場に関連付けられた前記信号をデータに変換する、前記少なくとも１つのＲＦ検出器に電気的に結合されたアナログ－デジタル変換器をさらに備え、前記アナログ－デジタル変換器が前記送信器に電気的に結合されて前記送信器に前記データを提供する、請求項１に記載の装置。
5. 前記送信器に電気的に結合されたメモリをさらに備え、前記送信器が前記メモリに前記データを記憶する、請求項４に記載の装置。
6. 前記送信器が前記データを送信する前に前記データに時間タグまたは識別をタグ付けする、請求項４に記載の装置。
7. マイクロ波チャンバ内のマイクロ波エネルギーを特徴付けるための装置であって、
   ２ＧＨｚから４ＧＨｚ、６ＧＨｚから８ＧＨｚ又は２ＧＨｚから８ＧＨｚの全周波数範囲にわたってマイクロ波場を連続的に検出し、検出したマイクロ波場強度に関連付けられた少なくとも１つの信号を連続的に生成するように構成される少なくとも１つの高周波（ＲＦ）検出器と、
   前記少なくとも１つのＲＦ検出器に電気的に結合された少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、前記ＲＦ検出器から受信された前記マイクロ波場の前記検出したマイクロ波場強度に関連付けられた前記少なくとも１つの信号に基づいてマイクロ波場強度の視覚的表示を連続的に放射する、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
   を有するマイクロ波透過性基板
   を備える、装置。
8. 前記マイクロ波透過性基板から遠隔に位置するカメラをさらに備え、前記カメラが前記マイクロ波透過性基板からの少なくとも１つの視覚的表示をモニタまたは記録する、請求項７に記載の装置。
9. 前記少なくとも１つのＲＦ検出器が、少なくとも二次元でマイクロ波場を受信し、前記少なくとも１つのＬＥＤが、関連付けられた次元のマイクロ波場強度の視覚的表示を提供する、請求項７に記載の装置。
10. 半導体基板を処理するためのマイクロ波キャビティであって、
    前記マイクロ波キャビティの内部に取り付けられた少なくとも１つのマイクロ波透過性基板であり、
    ２ＧＨｚから４ＧＨｚ、６ＧＨｚから８ＧＨｚ又は２ＧＨｚから８ＧＨｚの全周波数範囲にわたってマイクロ波場を連続的に検出し、検出したマイクロ波場強度に関連付けられた少なくとも１つの信号を連続的に生成するように構成される少なくとも１つの高周波（ＲＦ）検出器と、
    前記ＲＦ検出器から前記検出したマイクロ波場強度に関連付けられた前記少なくとも１つの信号を受信し、前記検出したマイクロ波場強度を送信する送信器と、
    を有する、マイクロ波透過性基板
    を備える、マイクロ波キャビティ
    を備える、半導体を処理するための半導体処理チャンバ。
11. 前記ＲＦ検出器によって検出された前記マイクロ波場強度をデータに変換する、前記少なくとも１つのＲＦ検出器に電気的に結合されたアナログ－デジタル変換器をさらに備え、前記アナログ－デジタル変換器が前記送信器に電気的に結合されて前記データを前記送信器に提供する、請求項１０に記載の半導体処理チャンバ。
12. 前記送信器に電気的に結合されたメモリをさらに備え、前記送信器が前記メモリに前記データを記憶する、請求項１１に記載の半導体処理チャンバ。
13. 前記少なくとも１つのＲＦ検出器が少なくとも二次元でマイクロ波場を受信する、請求項１０に記載の半導体処理チャンバ。
14. 前記少なくとも１つのマイクロ波透過性基板のうちの少なくとも１つが、少なくとも１つの次元でマイクロ波場を受信するためのＲＦ検出器のアレイを有する、請求項１０に記載の半導体処理チャンバ。
15. 前記送信器が前記情報を前記マイクロ波キャビティの外部の遠隔位置にリアルタイムで送信する、請求項１０の半導体処理チャンバ。

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