DE112007000433T5 - Kapazitive Abstandsmessung bei Halbleiterverarbeitungswerkzeugen - Google Patents

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DE112007000433T5
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DelRae H. Tualatin Gardner
Craig c. West Linn Ramsey
Dana L. West Linn Patelzick
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Abstract

Sensor zum Erfassen eines Abstands zu einem interessierenden Objekt innerhalb einer Halbleiterverarbeitungskammer, wobei der Sensor aufweist:
ein Gehäuse;
eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Stromquelle;
eine mit der Stromquelle gekoppelte drahtlose Übertragungsschaltung;
eine mit der drahtlosen Übertragungsschaltung und der Stromquelle gekoppelte Steuereinrichtung;
mindestens eine kapazitive Platte, die so konfiguriert ist, daß sie einen Kondensator mit einer Kapazität bildet, die mit dem Abstand variiert;
eine mit der Steuereinrichtung und der mindestens einen kapazitiven Platte gekoppelte Meßschaltung, wobei die Meßschaltung so konfiguriert ist, daß sie die Kapazität mißt und eine Anzeige der Kapazität an die Steuereinrichtung liefert; und
wobei die Steuereinrichtung so konfiguriert ist, daß sie in Bezug auf das Objekt eine Anzeige bzw. Anzeichen liefert, die zumindest teilweise auf der gemessenen Kapazität basiert.

Description

  • TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Bei der Fertigung von Halbleiterwafern und/oder Flüssigkristall-(LCD-)Bildschirmen, wie sie in Fernsehgeräten mit Flachbildschirm eingesetzt werden, wird ein Substrat einem Gas ausgesetzt, in dem elektrisch erzeugtes Plasma gebildet wird. Das Gas tritt aus einer "brausekopfartigen" Vorrichtung ein, die über dem Substrat angeordnet ist und außerdem als eine der Elektroden zur Bildung des Plasmas funktioniert. Um die Ausbeute zu maximieren, ist ein einheitlicher Abstand von dem Brausekopf zum Substrat quer über die gesamte Substratoberfläche wichtig. Mit anderen Worten, es ist wichtig, daß die Ebene der Substratoberfläche und die Ebene des Brausekopfs parallel sind. Folglich ist es beim Einrichten des Halbleiterverarbeitungswerkzeugs, wo der Prozeß abläuft, sehr wichtig, daß die relativen Positionen des Brausekopfs und des Substrats oder der "Platte", die das Substrat aufnimmt, parallel eingestellt werden. Dies erfordert die Fähigkeit, die relativen Positionen des Brausekopfs und des Substrats zu messen, besonders den Abstand zwischen ihnen an verschiedenen Punkten, der ein Maß für die Parallelität der beiden Komponenten liefern kann.
  • Gemäß einer Art, auf die solche Abstands-/Parallelitätsmessungen in der Vergangenheit durchgeführt worden sind, wurde ein Meßgerät benutzt, das auf die Platte unter dem Brausekopf aufgelegt wurde. Derartige Meßgeräte enthielten typischerweise innere Druckfedern. Das Meßgerät lag auf der Platte auf, steht mit dem Brausekopf in Kontakt und wurde beim Absenken des Brausekopfs zusammengedrückt. Im abgesenkten Zustand des Brausekopfs ist die Dicke des Meßgeräts an irgendeinem Punkt gleich dem Abstand zwischen der Platte und dem Brausekopf. Eine Meßeinrichtung innerhalb des Meßgeräts maß die Dicke des Geräts, wodurch der Abstand von der Platte zum Brause kopf gemessen wurde. Messungen, die auf diese Weise an mehreren Punkten zwischen der Platte und dem Brausekopf durchgeführt wurden, konnten ein Gesamtmaß der Parallelität von Platte und Brausekopf liefern. Ein solches Gerät war jedoch in seinem nicht zusammengedrückten Zustand im allgemeinen größer als der Nennabstand zwischen der Platte und dem Brausekopf. Folglich mußte das Meßgerät zusammengedrückt werden, bevor das Gerät auf die Platte aufgelegt wurde, oder sonst mußte zunächst der Brausekopf entfernt werden. Außerdem lieferten diese Meßgeräte im allgemeinen Informationen in Bezug auf die Parallelität unter Verwendung eines Kabels, das aus der Tür der Halbleiterverarbeitungskammer zu einer Sichtanzeigevorrichtung herausgeführt wurde. Das Kabel war flach und konnte die Tür passieren, auch wenn die Tür geschlossen wurde, da es notwendig ist, bei geschlossener Verarbeitungskammer die Messungen durchzuführen und Einstellungen vorzunehmen. Das Kabel war im allgemeinen störungsanfällig, da es durch die Türdichtung geführt und darin zusammengepreßt wurde.
  • Folglich bestand ein Bedarf für die Durchführung der Messung und der Datenanzeige ohne Kabel. In letzter Zeit sind Verfahren zum Erfassen von Bedingungen innerhalb eines Substratverarbeitungssystems mit drahtloser Übermittlung entwickelt worden. Das US-Patent 6 468 816 berichtet über ein Verfahren zur Erfassung von Bedingungen innerhalb eines Substratverarbeitungssystems. Dieses Dokument offenbart die Fähigkeit, viele verschiedene Bedingungen innerhalb des Verarbeitungssystems zu erfassen. Das Dokument bietet außerdem eine Abstandsmeßsonde, die gewährleistet, daß die Waferoberflächen sowohl parallel zu als auch im richtigen Abstand von dem Target oder Brausekopf der Verarbeitungskammer liegen. Es wird offenbart, daß die Abstandsmeßsonde Kontaktsensoren oder elektrooptische Sensoren aufweist, die an einer Anzahl von Stellen auf der Oberfläche der Sondenplattform angeordnet sind, um den Abstand und den Neigungswinkel zwischen der Sonde und dem Target oder Brausekopf zu bestimmen. Solche Fortschritte haben zwar die Einrichtung und den Betrieb der Halbleiterverarbeitungswerkzeuge unterstützt, aber es fehlte an der Bereitstellung von extrem flachen Abstandssensoren.
  • Ein weiteres Problem in Bezug auf die Einstellung der Parallelität einer Platte zu einem Brausekopf eines Halbleiterverarbeitungswerkzeugs ist die Forderung, daß ein Techniker drei bis acht einzelne Abstandsmessungen überwacht, während er die Ausrichtung und Höhe der Platte bezüglich des Brausekopfs oder des Targets einstellt. Es war im allgemeinen nicht durchführbar, Platten oder Brauseköpfe oder Targets bereitzustellen, die völlig eben bzw. flach waren, so daß es im allgemeinen nicht möglich war, die Platte so einzustellen, daß alle Abstandsmeßwerte gleich waren. Folglich verließ man sich auf das Urteil eines Technikers, um festzustellen, wann die Einstellungen "gut genug" waren.
  • Dementsprechend besteht weiterhin ein Bedarf für eine extrem flache Abstands-/Parallelitätsmessung innerhalb eines Halbleiterverarbeitungswerkzeugs sowie für bessere Verfahren zur automatischen Messung und Einstellung des Abstands zwischen der Platte und dem Brausekopf eines Halbleiterverarbeitungswerkzeugs.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein drahtloser Sensor weist mindestens eine kapazitive Platte zur Messung eines Abstands zu einem interessierenden Objekt innerhalb einer Halbleiterverarbeitungsumgebung auf. Der Sensor weist eine interne Stromquelle und eine drahtlose Verbindung auf, so daß Abstands- und/oder Parallelitätsmessungen, die mit einer oder mehreren kapazitiven Platten ausgeführt werden, drahtlos zu einem externen Gerät bereitgestellt werden können.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung der Abstandsmessung zu einem interessierenden Objekt unter Anwendung der Kapazität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung der Abstandsmessung zu einem interessierenden Objekt unter Anwendung der Kapazität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Sensorschemas zur Abstandsmessung zu einem interessierenden Objekt unter Anwendung der Kapazität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Sensors, der auf einer Platte angeordnet ist und den Abstand zu einem Brausekopf unter Anwendung der Kapazität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mißt.
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Sensors zur Abstandsmessung zwischen einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche durch Messung der Kapazität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Bereitstellung einer Abstandsmessung auf Kapazitätsbasis in Bezug auf ein interessierendes Objekt in einem Halbleiterverarbeitungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 7 zeigt eine beispielhafte Anwenderschnittstelle, die Neigungsinformationen anzeigt, die von einem kapazitiven Abstandssensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermittelt werden.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG TYPISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung wird die Kapazität als Anzeige bzw. Anzeichen eines Abstands zwischen zwei Objekten gemessen. Insbesondere weist ein Gerät gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im allgemeinen mindestens eine kapazitive Platte auf, die mit einem anderen leitfähigen Objekt einen Kondensator bildet, dessen Kapazität in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen der Platte und dem Objekt variiert. Die Messung auf Kapazitätsbasis ist ein bekanntes Verfahren zur Bestimmung des Abstands von einem Sensor zur Oberfläche eines Objekts. Im allgemeinen ist die Oberfläche des Objekts leitfähig, und zwischen dem Objekt und der "Erde" der Abtastoberfläche besteht ein niederohmiger Signalweg. Daher weist die vollständige Schaltung den Sensor bzw. Erfassungsvorrichtung, den niederohmigen Signalweg zwischen dem Objekt und dem Sensor, das Objekt und den zwischen dem Ob jekt und dem Sensor gebildeten Kondensator auf. Die Kapazität ist eine Funktion des Abstands zwischen dem Objekt und dem Sensor, und diese Tatsache ermöglicht die Bestimmung des Abstands aus der gemessenen Kapazität. In vielen Fällen kann der niederohmige Signalweg zwischen dem Sensor und dem Objekt aus der Kapazität bestehen, die zwischen dem Objekt und der benachbarten Umgebung und zwischen dem Sensor und der benachbarten Umgebung existiert. Wenn diese Kapazität groß genug ist, oder wenn eine direkte leitende Verbindung besteht, hat die Impedanz minimale Auswirkungen auf die gemessene Kapazität. Bei relativ hoher Impedanz der Erdleitung ist dieses Verfahren nicht brauchbar, da die Erdleitungsimpedanz zu der Impedanz der zu messenden Kapazität addiert wird, so daß eine genaue Messung der Kapazität nicht möglich ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Kapazität zwischen einer kapazitiven Platte eines Sensors und einem interessierenden Objekt ohne Rücksicht auf die Impedanz des Signalwegs zwischen dem Objekt und der Erde des Sensors gemessen.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Abstandssensors auf Kapazitätsbasis, der zwei Platten 10, 12 auf einer dem Objekt 14 zugewandten Oberfläche (nicht dargestellt) aufweist. Typischerweise ist das Objekt 14 an der den Platten 10 und 12 zugewandten Oberfläche 16 eben. Zwischen den Platten 10, 12 und der Oberfläche 16 des Objekts 14 existieren Kondensatoren C1 bzw. C2. Wenn die Oberfläche 16 des Objekts 14 leitfähig ist, dann sind die Kondensatoren C1 und C2 elektrisch in Reihe geschaltet. Die Kondensatoren C1 und C2 werden durch die Meßschaltung 18, welche die Kapazität mißt, als ein äquivalenter Kondensator behandelt. Die gemessene Kapazität ist eine Funktion des Abstands zwischen dem Sensor mit den Kapazitätsplatten 10 und 12 und der Oberfläche 16 des Objekts 14. Bei Berücksichtigung aller anderen Faktoren kann die gemessene Kapazität in ein Abstandsmaß umgerechnet werden.
  • Zur Durchführung der Messung wird eine Spannungsdifferenz an die Platten 10, 12 des Sensors angelegt, und die Ladungsmenge, die als Ergebnis der Spannung zwischen den Platten 10, 12 geleitet wird, wird gemessen. Eine Möglichkeit, dies zu tun, ist die Verwendung einer speziell modifizierten Sigma-Delta-Modulatorschaltung (eines bekannten Analog-Digital-Wandlertyps), von dem ein Beispiel unter der Handelsbezeichnung AD7745 geliefert wird, beziehbar von Analog Devices Inc. Dieser Typ der Schaltung bzw. Schaltkreise funktioniert durch Anlegen einer Differenzspannung an die Platten 10, 12. Die Spannung verursacht einen Stromfluß zum Aufladen des Kondensators (oder des äquivalenten Kondensators), und diese Ladung wird akkumuliert und durch die Schaltung in dem Gerät gemessen. Das Objekt 14 bietet jedoch einen dritten Weg, auf dem die Ladung fließen kann, das heißt, zusätzlich zu dem Stromfluß zu und von den Platten 10, 12 des äquivalenten Kondensators. Dementsprechend kann auch Strom vom Objekt 14 zur Schaltung 18 über den Körper oder das Gehäuse des Sensors (nicht in 1 dargestellt) und damit über die Schaltungserde fließen. Dieser Leitweg ist in 2 als Strom I3 dargestellt. Die Ströme I1 und I2 sind die Ströme, die durch Aufladen des Kondensators oder des äquivalenten Kondensators verursacht werden, und I1 wäre in Abwesenheit eines dritten Stromwegs I3 gleich I2. Der Strom I3 ist der Strom, der zwischen dem Objekt und der Schaltungserde 18 fließen kann. Der Strom I3 ist unbekannt, da die Impedanz des Wegs unbekannt ist, und vermindert die Gültigkeit der Messung von I1 und/oder I2 oder kann die Messung unmöglich machen, in Abhängigkeit von der Impedanz des dritten Wegs.
  • Um eine genaue Messung der Kapazität bereitzustellen, beseitigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung effektiv den Ladungsfluß auf diesem dritten Weg. Dies erfolgt durch die Auswahl von Spannungen, die an die Platten 10 und 12 angelegt werden. Die Differenzspannung von der Sigma-Delta-Modulatorschaltung wird so angelegt, daß sie an einer Platte positiv und an der anderen Platte negativ ist, bezogen auf den Körper des Sensors. Das Größenverhältnis der zwei Spannungen ist gleich dem Impedanzverhältnis der zwei Kondensatoren oder gleich dem reziproken Wert des Kapazitätsverhältnisses der zwei Kondensatoren. Dies ist möglich, da selbst dann, wenn die Kondensatoren mit dem Abstand veränderlich sind, das Verhältnis der Kondensatoren gleich bleibt. Das Verhältnis wird durch die Oberflächeninhalte der Platten 10, 12 bestimmt. Das Ergebnis der Proportionalität des Spannungsverhältnisses zum Impedanzverhältnis ist, daß in jedem Kondensator die gleiche Ladungsmenge bewegt wird und daher keine Ladung auf dem dritten Weg fließt. Dies bedeutet, daß der dritte Weg, d. h. irgendeine Verbindung oder kapazitive Kopplung zwischen dem Objekt und dem Sensor, keine Auswirkung auf die Messung hat und die Messung ohne Rücksicht auf die Verbindung oder das Fehlen einer Verbindung zwischen dem Objekt 14 und dem Sensor 18 durchgeführt werden kann.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Abstandssensors auf Kapazitätsbasis gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Sensor 20 weist ein Außengehäuse oder Gehäuse 22 auf, das eine Meßschaltung 18 aufweist. Die Meßschaltung 18 ist an jede der Kapazitätsplatten 10 und 12 angekoppelt. Vorzugsweise ist die Schaltung 18 eine Sigma-Delta-Modulatorschaltung, die unter der Handelsbezeichnung AD7745 vertrieben wird, beziehbar von Analog Devices Inc. Wie in 3 angedeutet, weist die Schaltung 18 eine CIN+-Leitung auf, die elektrisch mit der kapazitiven Platte 10 gekoppelt ist. Außerdem enthält die Schaltung 18 eine EXCA-Leitung, die elektrisch mit der kapazitiven Platte 12 gekoppelt ist. Es ist wichtig, festzustellen, daß 3 eine Leitung 24 zeigt, die zwischen den Kapazitätsplatten 10 und 12 erstreckt. Die Leitung 24 soll lediglich eine Fortsetzung des Außengehäuses 22 andeuten und keine elektrische Verbindung zwischen den Kapazitätsplatten 10 und 12. Die Schaltung 18 legt eine Anregungsspannung an die Leitung EXCA an, wobei die Anregungsspannung eine Amplitude aufweist, die zeitlich wie eine Rechteckwelle variiert. Die kapazitive Platte 10 ist mit dem Meßeingang CIN+ gekoppelt. Die Spannung an der Platte 10 bleibt gegenüber der Schaltungserde 26 auf null Volt. Die Anregungsspannung wird durch einen Spannungsteiler geteilt, der auf das Impedanzverhältnis der Kondensatoren eingestellt ist, und wird gepuffert und steuert das Außengehäuse 22 an, das die gesamte Schaltung mit Ausnahme der kapazitiven Platten 10, 12 umgibt. Die Schaltung des Geräts 20 wird intern mit Strom versorgt, wie z. B. durch eine Batterie, die schematisch als Quelle 28 dargestellt ist. Das Ergebnis ist, daß, von außerhalb des Sensors 20 gesehen, das Gehäuse 22 die scheinbare Schaltungserde für die Bezugsspannung ist und eine Platte relativ zum Gehäuse 22 positiv wird, während die andere Platte negativ wird. Unter diesen Bedingungen ist eine genaue Messung des Abstands zwischen dem Sensor 20 und einem Objekt möglich. Die in Bezug auf die 1–3 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung zeigen zwar ein kapazitives Plattenpaar, aber es kann irgendeine Anzahl von zwei oder mehr Platten verwendet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Messung auf Kapazitätsbasis in einem Sensor zur Messung des Abstands und/oder der Parallelität zwischen einer Trägerplatte und einem Brausekopf in einer Halbleiterverarbeitungskammer angewandt. 4 veranschaulicht ein Meßgerät bzw. eine Erfassungsvorrichtung 100 auf kapazitiver Basis, das mehrere kapazitive Platten 102, 104 aufweist. Das Gerät 100 ist auf der Platte 106 aufliegend dargestellt und mißt den Abstand d zwischen der Oberseite 108 des Sensors 100 und der Unterseite 110 des Brausekopfs 112. Wie in 4 dargestellt, bilden die Platten 102 und 104 jeweils Kondensatoren mit der Oberfläche 110 des Brausekopfs 112. Der Sensor 100 kann irgendeine geeignete Form annehmen und wird vorzugsweise innerhalb eines physikalischen Pakets verkörpert, das Substraten ähnlich ist, die durch das System verarbeitet werden. Für ein Halbleiterverarbeitungssystem repräsentiert daher der Sensor 100 einen Halbleiterwafer oder einen LCD-Flachbildschirm. Während der Sensor 100 den Abstand d als Funktion der Kapazität mißt, die unter Verwendung der Platten 102 und 104 beobachtet wird, kann der tatsächliche Abstand zwischen der Platte 106 und der Oberfläche 110 des Brausekopfs 112 leicht durch den Sensor 100 berechnet werden, indem lediglich die Dicke des Sensors 100 zu dem gemessenen Abstand d addiert wird.
  • Bisher aufgeführte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung messen zwar allgemein den Abstand zum Objekt oder zum Brausekopf direkt, aber die Ausführungsformen schließen auch die Ausdehnung einer Oberfläche des Sensors bis zum Kontakt mit dem Brausekopf und die Verwendung der Kapazität zur Messung eines Abstands der Erweiterung ein.
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung eines solchen ausdehnungsfähigen bzw. ausbaufähigen Sensors. Der Sensor 200 ähnelt dem Sensor 20, der in Bezug auf 3 beschrieben wurde, und gleiche Komponenten werden gleich numeriert. Das Gehäuse des Sensors 200 unterscheidet sich von dem Gehäuse 22 des Sensors 20 darin, daß das Gehäuse 202 einen ausdehnungsfähigen Abschnitt 204 aufnimmt, der ausgedehnt werden kann, damit sich die Oberfläche 206 in die durch den Pfeil 208 angedeutete Richtung bewegen kann. Innerhalb des Sensors 200 und nahe der Oberfläche 206 ist eine kapazitive Platte 210 angeordnet, um mit der kapazitiven Platte 12 einen Kondensator zu bilden. Der Kondensator wird so gebildet, wie schematisch als Cv dargestellt. Die Oberfläche 206 des Sensors 200 ist durch das Betätigungselement 212 beweglich, das betriebsfähig mit der Oberfläche 206 gekoppelt ist, wie an der Linie 214 angedeutet. Das Betätigungselement 212 kann irgendein geeignetes Bauelement sein, das eine geeignete Bewegung der Oberfläche 206 auf der Basis einer Erregung oder eines Befehlssignals erzeugen kann. Geeignete Beispiele des Betätigungselements 212 nutzen magnetische, elektrische, elektromagnetische, piezoelektrische, mechanische und/oder pneumatische Verfahren. Zum Beispiel kann das Betätigungselement 212 einfach einen kleinen Elektromotor aufweisen, der im Eingriff mit einem Mechanismus ist, um die Oberfläche 206 in die eine oder andere Richtung anzutreiben. Alternativ kann das Betätigungselement 212 einen Elektromagnet, einen Dauermagnet oder irgendeine Kombination davon enthalten, um die Oberfläche auf eine Brausekopf-Oberfläche zu oder von dieser weg zu treiben. Das Betätigungselement 212 ist mit einer Steuereinrichtung gekoppelt (in 5 nicht dargestellt) und stellt einen Antrieb auf der Basis von Befehlen oder Signalen bereit, die von der Steuereinrichtung empfangen werden. Sobald das Betätigungselement 212 die Oberfläche 206 in Kontakt mit dem Brausekopf treibt, erfaßt die Schaltung 18 die Kapazität Cv zwischen den Platten 12 und 210. Die erfaßte Kapazität läßt auf den Abstand zwischen den Platten 12 und 210 schließen. Bei bekannter relativer Position der innerhalb des Sensors 200 fixierten Platte 12 kann dann der Gesamtabstand von der Oberfläche 206 zur Bodenfläche bzw. Unterseite 216 des Gehäuses 202 angegeben werden. Außerdem kann in bestimmten Ausführungsformen der erfaßte Abstand bestätigt werden, indem der berechnete Abstand mit Befehlen verglichen wird, die zum Betätigungselement 212 übermittelt oder diesem auf andere Weise zugeführt werden. Wenn zum Beispiel das Betätigungselement 212 ein Schrittmotor ist, der mit einem Mechanismus zum Anheben oder Absenken der Oberfläche 206 im Eingriff ist, dann läßt sich das Zählergebnis oder die Impulszahl, das (die) zu dem Schrittmotor übermittelt werden, mit dem erfaßten Abstand vergleichen. Die Genauigkeit des erfaßten Abstands kann zwar viel größer sein als diejenige, die sonst von dem Betätigungselement 212 verfügbar ist, aber die bloße Übereinstimmung der beiden Werte kann eine wichtige Bestätigung liefern.
  • Alternativ kann die Betätigung auf die folgende Weise durch den Umgebungsdruck bewirkt werden. In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 202 hermetisch abgedichtet, wobei der innere Hohlraum mit Luft oder einem geeigneten Gas unter vermindertem Druck gefüllt wird, der niedriger als der Atmosphärendruck ist. Wenn der Sensor in eine Umgebung im atmosphärischen Zustand gebracht wird, übersteigt der äußere Luftdruck den inneren Druck und bewirkt, daß der Sensor zusammengedrückt wird. Wenn der Sensor in einen Zustand mit Unterdruck oder Vakuum gebracht wird, übersteigt der innere Druck den äußeren Druck und bewirkt, daß sich das Gehäuse 202 ausdehnt, bis es seine maximale Höhe erreicht oder mit dem Brausekopf in Kontakt kommt. Das Betätigungselement ist gewissermaßen das innerhalb des luftdichten Gehäuses eingeschlossene Gas, und das Signal, das die Betätigung veranlassen soll, ist der verminderte äußere Luftdruck.
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung einer elektronischen Schaltung innerhalb eines Meßsystems auf Kapazitätsbasis gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Abschnitt 300 enthält vorzugsweise eine Leiterplatte 302, auf der eine Anzahl elektrischer Bauelemente angeordnet sind. Insbesondere ist die Batterie 342 vorzugsweise auf der Leiterplatte 302 angeordnet und über das Energiesparmodul bzw. Stromüberwachungseinheit bzw. Energieüberwachungseinheit 346 mit der Steuereinrichtung 344 gekoppelt. Vorzugsweise ist das Energiesparmodul 346 eine integrierte Energiesparschaltung, die von Linear Technology Corporation unter der Handelsbezeichnung LTC3443 beziehbar ist. Die Steuereinrichtung 344 ist vorzugsweise ein Mikroprozessor, der von Texas Instruments unter der Handelsbezeichnung MSC1211Y5 beziehbar ist. Die Steuereinrichtung 344 ist mit dem Speicherbaustein 348 gekoppelt, der die Form irgendeines Speichertyps annehmen kann, einschließlich eines Speichers, der in die Steuereinrichtung eingebaut ist, sowie eines Speichers, der extern zu der Steuereinrichtung angeordnet ist. Die bevorzugte Steuereinrichtung weist einen internen SRAM-, einen Flash RAM- und einen Boot-ROM-Speicher auf. Der Speichermodul 348 weist außerdem bevorzugt einen externen Flash-Speicher mit einer Größe von 64K × 8 auf. Der Flash-Speicher ist verwendbar zum Speichern von nichtflüchtigen Daten wie z. B. Programmen, Eichdaten und/oder anderen unveränderlichen Daten, die gegebenenfalls erforderlich sind. Der interne Direktzugriffsspeicher bzw. das RAM ist verwendbar zum Speichern von flüchtigen Daten, die für die Programmausführung relevant sind.
  • Die Steuereinrichtung 344 weist außerdem vorzugsweise eine Anzahl geeigneter Eingabe-/Ausgabe-Anschlüsse 358, 360 auf. Diese Anschlüsse sind vorzugsweise serielle Schnittstellen, welche die Kommunikation zwischen der Steuereinrichtung 344 und zusätzlichen Geräten erleichtern. Insbesondere ist die serielle Schnittstelle 358 mit einem Hochfrequenzbaustein 362 gekoppelt, so daß die Steuereinrichtung 344 über den Hochfrequenzbaustein 362 kommunikativ mit externen Geräten gekoppelt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform arbeitet der Hochfrequenzbaustein 362 nach dem bekannten Bluetooth-Standard, Bluetooth-Kernspezifikation Version 1.1, (22. Februar 2001), beziehbar von der Bluetooth SIG (www.bluetooth.com). Ein Beispiel des Bausteins 362 ist von Mitsumi unter der Handelsbezeichnung WMLC40 erhältlich. Außerdem können zusätzlich zu dem Baustein 362 oder an dessen Stelle andere Formen drahtloser Kommunikation eingesetzt werden. Geeignete Beispiele einer solchen drahtlosen Informationsübermittlung weist irgendeine andere Form von Hochfrequenz-Kommunikation, akustischer Kommu nikation, Infrarot-Kommunikation oder sogar Kommunikation mit Anwendung der magnetischen Induktion auf. 6 zeigt schematisch eine oder mehrere kapazitive Platten in einem Block 364, der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Meßschaltung 18 gekoppelt ist. Vorzugsweise sind eine oder mehrere Kapazitätsplatten betriebsfähig so angeordnet, daß sie einen oder mehrere Abstände bezüglich eines interessierenden Objekts in einem Halbleiterverarbeitungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfassen. Außerdem können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nach Wunsch andere geeignete Sensoren verwenden. Beispiele zusätzlicher Sensoren sind unter anderem Thermometer, Beschleunigungsmesser, Neigungsmesser, Kompasse (Magnetfeldrichtungsdetektoren), Lichtdetektoren, Druckdetektoren, Detektoren für elektrische Feldstärke, Detektoren für magnetische Feldstärke, akustische Detektoren, Feuchtigkeitsdetektoren, Aktivitätsdetektoren für chemische Komponenten oder irgendein anderer geeigneter Detektortyp.
  • Im Betrieb wirkt die Steuereinrichtung 344 mit der Meßschaltung 18 zusammen, die vorzugsweise einen bekannten Sigma-Delta-Analog-Digital-Wandler aufweist, um einen oder mehrere Kapazitätswerte zu bestimmen. Die Kapazitätswerte lassen, wie oben beschrieben, auf einen Abstand zwischen dem Sensor und einem interessierenden Objekt innerhalb eines Halbleiterverarbeitungswerkzeugs schließen. Zusätzlich oder alternativ kann die erfaßte Kapazität auf einen Ausdehnungsabstand schließen lassen, der von dem Sensor benötigt wird, um mit dem interessieren Objekt in Kontakt zu kommen. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Anzahl derartiger kapazitiver Platten und/oder Erweiterungssensoren benutzt werden, um gleichzeitig oder nacheinander einen bzw. mehrere Abstände zwischen dem Sensor und einem interessierenden Objekt an verschiedenen Stellen des interessierenden Objekts zu ermitteln oder auf andere Weise zu messen. In dieser Hinsicht können die Abstandsmessungen benutzt werden, um eine Anzeige bzw. Anzeichen einer Parallelität bereitzustellen. Wenn der Sensor auf einer Platte aufliegt, liefern dementsprechend mehrere Abstandsmessungen eine Anzeige der Parallelität der Platte selbst in Bezug auf den Brausekopf. Wenn die Parallelität selbst die einzige interessierende Größe wäre, könnten die verschiedenen Kapazitätsmessungen selbst miteinander verglichen werden, um direkt eine Parallelitätsanzeige zu liefern. Wenn jedoch außerdem eine Kenntnis des Abstands von der Platte zum Brausekopf gewünscht wird, dann wird eine im Speicher 348 gespeicherte Vorabinformation durch die Steuereinrichtung 344 benutzt, um den Abstand zu berechnen. Zum Beispiel wird in Ausführungsformen, wo die kapazitiven Platten an der Oberseite des Sensors angeordnet sind, der Abstand vom Sensor zum Brausekopf durch die Steuereinrichtung 344 zu der Dicke des Sensors selbst addiert, um einen Gesamtabstand von der Platte bzw. Trägerplatte zum Brausekopf zu liefern.
  • Die Abstands- und/oder Parallelitätsinformation kann elektronisch zu einem von dem Sensor entfernten Gerät übertragen werden, so daß die Information effektiv für einen Techniker oder eine andere interessierte Partei bereitgestellt werden kann. Die Art und Weise, in der die Abstands- und/oder Parallelitätsinformation dem Anwender präsentiert wird, kann stark variieren. 7 veranschaulicht jedoch eine bevorzugte Ausführungsform einer graphischen Anwenderschnittstelle 400, die entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die relative Neigung graphisch abbildet. Die Schnittstelle 400 kann die relative Position oder die Parallelität oder den relativen Winkel der Oberflächen graphisch, numerisch oder auf beide Arten darstellen. Der Parallelitätsgrad kann numerisch oder durch Verwendung einer bildlichen Darstellung auf einer Libellenebene angezeigt werden, wie in 7 veranschaulicht, die einen kleinen Kreis 402 zeigt, der innerhalb eines größeren Kreises 404 angeordnet ist. Die Position des Kreises 402 innerhalb des Kreises 404 veranschaulicht in zwei Dimensionen die relative Neigung der Oberfläche, welcher der Sensor ausgesetzt ist. Wenn die Oberflächen in beiden Dimensionen parallel sind, ist der Kreis 402 innerhalb des Kreises 404 zentriert. Andernfalls ist der Kreis auf einer Seite des Mittelpunkts dargestellt, welche die Seite anzeigt, wo die Oberflächen am weitesten voneinander entfernt sind, wobei der Abstand des kleinen Kreises 402 vom Mittelpunkt des großen Kreises 404 die relative Neigung der Oberflächen anzeigt. In diesem Fall kann die Skalierung der relativen Neigung wählbar sein. Zum Beispiel zeigt der Kasten 406 innerhalb des Fensters 408 die relative Größe des Fensters 410 zu Skalierungszwecken an. So kann bei immer stärker ausgeprägter Neigung der Abstand des Kreises 402 vom Mittelpunkt des Kreises 404 in Fenster 408 extrem werden, aber die relative Größe der Kreise 412 und 414 wird bei entsprechender Änderung der Größe des Kastens 406 gleich bleiben.
  • Ein alternatives Verfahren zur Anzeige der relativen Neigung bietet einen Kreis mit einem Farbgradienten quer über den Kreis. Die Richtung des Gradienten zeigt die Richtung der maximalen Neigung an, die auch durch eine überlagerte Linie angezeigt werden kann, und der Grad des Gradienten zeigt die relative Neigung an. Zum Beispiel können im Fall einer starken Neigung die Farben von Gelb bis Blau variieren (in Abhängigkeit vom gewählten Farbspektrum), während eine geringe Neigung als Gradient von Orange nach Rot dargestellt werden kann. Wenn die Oberflächen parallel sind, ist die Farbe einheitlich, ohne Gradienten. Wieder kann die Skalierung gewählt werden.
  • Ein Nutzer oder Techniker der Schnittstelle 400 kann die darin gebotene Information nutzen, um informierte Beurteilungen in Bezug auf Maschineneinstellungen während der Einrichtung des Halbleiterverarbeitungsgeräts vorzunehmen. Zum Beispiel kann der Techniker verschiedene mechanische Einstellungen an der Platte durchführen, um bestimmte Abschnitte anzuheben oder abzusenken und den Abstand von der Platte zum Brausekopf sowie die Parallelität zwischen Platte und Brausekopf richtig einzustellen. Zusätzlich oder alternativ kann die durch den Sensor ermittelte Neigungsinformation direkt zu einem Steuerungssystem innerhalb des Halbleiterverarbeitungsgeräts oder einer anderen geeigneten Maschinerie übermittelt werden, um mechanische Merkmale der Platte automatisch zuzuschalten und dadurch bestimmte Abschnitte anzuheben oder abzusenken, um den Abstand und/oder die Parallelität automatisch einzustellen. Auf diese Weise könnten zumindest einige Halbleiterverarbeitungseinstellungen automatisch auf der Basis von Informationen durchgeführt werden, die drahtlos von dem kapazitiven Abstandssensor übertragen werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist zwar unter der Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden, aber Fachleute werden erkennen, daß Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken und vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
  • Zusammenfassung
  • Ein drahtloser Sensor (10, 100, 200) weist mindestens eine kapazitive Platte (10, 12; 102, 104) zum Erfassen eines Abstands bezüglich eines interessierenden Objekts (14) innerhalb einer Halbleiterverarbeitungsumgebung auf. Der Sensor (10, 100, 200) weist eine interne Stromquelle (28, 342) und eine drahtlose Kommunikationseinrichtung (362) auf, so daß Abstands- und/oder Parallelitätsmessungen, die unter Verwendung der kapazitiven Platte(n) (10, 12; 102, 104) durchgeführt werden, drahtlos zu einem externen Gerät übertragen werden können.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 6468816 [0003]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - www.bluetooth.com [0025]

Claims (21)

  1. Sensor zum Erfassen eines Abstands zu einem interessierenden Objekt innerhalb einer Halbleiterverarbeitungskammer, wobei der Sensor aufweist: ein Gehäuse; eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Stromquelle; eine mit der Stromquelle gekoppelte drahtlose Übertragungsschaltung; eine mit der drahtlosen Übertragungsschaltung und der Stromquelle gekoppelte Steuereinrichtung; mindestens eine kapazitive Platte, die so konfiguriert ist, daß sie einen Kondensator mit einer Kapazität bildet, die mit dem Abstand variiert; eine mit der Steuereinrichtung und der mindestens einen kapazitiven Platte gekoppelte Meßschaltung, wobei die Meßschaltung so konfiguriert ist, daß sie die Kapazität mißt und eine Anzeige der Kapazität an die Steuereinrichtung liefert; und wobei die Steuereinrichtung so konfiguriert ist, daß sie in Bezug auf das Objekt eine Anzeige bzw. Anzeichen liefert, die zumindest teilweise auf der gemessenen Kapazität basiert.
  2. Sensor nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine kapazitive Platte eine gerade Anzahl von kapazitiven Platten aufweist.
  3. Sensor nach Anspruch 2, wobei eine erste Hälfte der geraden Anzahl von kapazitiven Platten auf eine positive Anregungsspannung gesteuert werden und die andere Hälfte der geraden Anzahl von kapazitiven Platten auf eine negative Anregungsspannung gesteuert werden.
  4. Sensor nach Anspruch 2, wobei eine erste kapazitive Platte mit einer Oberfläche gekoppelt ist, die zu dem interes sierenden Objekt ausdehnbar ist, und eine zweite kapazitive Platte innerhalb des Gehäuses fixiert ist, und wobei zwischen der ersten und der zweiten Platte ein Kondensator gebildet wird, wobei der Kondensator eine Kapazität aufweist, die mit dem Ausdehnungsgrad der Oberfläche variiert.
  5. Sensor nach Anspruch 4, der ferner ein mit der Oberfläche gekoppeltes Betätigungselement aufweist, wobei das Betätigungselement mit der Steuereinrichtung gekoppelt ist, um einen wählbaren Ausdehnungsgrad bereitzustellen.
  6. Sensor nach Anspruch 4, wobei der Sensor hermetisch abgedichtet ist und die ausdehnbare Oberfläche als Reaktion auf Atmosphärendruck oder fehlenden Atmosphärendruck außerhalb des Sensors zusammengedrückt oder ausgedehnt wird.
  7. Sensor nach Anspruch 2, wobei die gerade Zahl gleich 2 ist.
  8. Sensor nach Anspruch 1, wobei die Meßschaltung einen Sigma-Delta-Modulator aufweist.
  9. Sensor nach Anspruch 1, wobei die Anzeige Parallelität ist.
  10. Sensor nach Anspruch 9, wobei die Anzeige in einer Anwenderschnittstelle bereitgestellt wird, die eine libellenähnliche bildliche Darstellung zeigt.
  11. Sensor nach Anspruch 1, wobei die Anzeige einen Abstand von einer Platte zu einem Brausekopf darstellt.
  12. Sensor nach Anspruch 1, wobei das interessierende Objekt ein Brausekopf innerhalb einer Halbleiterverarbeitungskammer ist.
  13. Sensor nach Anspruch 1, wobei die drahtlose Übertragungsschaltung eine Hochfrequenz-Übertragungsschaltung ist.
  14. Sensor nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung so konfiguriert ist, daß sie einen Abstand zwischen dem interessierenden Objekt und der Oberfläche, auf welcher der Sensor aufliegt, aus der gemessenen Kapazität und dem bekannten festen Versetzungsabstand zwischen der mindestens einen kapazitiven Platte und der Oberfläche berechnet, auf welcher der Sensor aufliegt.
  15. Sensor nach Anspruch 1, wobei der Sensor in einer physikalischen Baugruppe enthalten ist, die Substraten ähnlich ist, die durch die Verarbeitungskammer verarbeitet werden.
  16. Verfahren zur Erfassung eines Abstands zu einem interessierenden Objekt innerhalb einer Halbleiterverarbeitungskammer, wobei das Verfahren aufweist: Anordnen mehrerer kapazitiver Platten in der Nähe des interessierenden Objekts; Anlegen von Anregungsspannungen von im wesentlichen gleicher Höhe, aber entgegengesetzter Polarität an die mehreren kapazitiven Platten; Erfassen der effektiven Kapazität zwischen den mehreren kapazitiven Platten und dem interessierenden Objekt; und Bereitstellen einer Anzeige in Bezug auf das Objekt, die zumindest teilweise auf der gemessenen Kapazität basiert.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Anzeige der Abstand zu dem interessierenden Objekt ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Anzeige Parallelität ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Parallelität als libellenähnliche bildliche Darstellung abgebildet wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Anzeige drahtlos bereitgestellt wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das interessierende Objekt ein Brausekopf innerhalb der Halbleiterverarbeitungskammer ist.
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