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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-18
(45)【発行日】2023-07-26
(54)【発明の名称】プラズマ・熱加工システムを備えたワークピース加工装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20230719BHJP
H01L 21/26 20060101ALI20230719BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 101G
H01L21/302 101C
H01L21/26 T
H01L21/26 J
【請求項の数】
19
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021201793
(22)【出願日】2021-12-13
(65)【公開番号】P2022094344
(43)【公開日】2022-06-24
【審査請求日】2021-12-13
(31)【優先権主張番号】202011464458.4
(32)【優先日】2020-12-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(31)【優先権主張番号】17/242,383
(32)【優先日】2021-04-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】502278714
【氏名又は名称】マトソン テクノロジー インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｍａｔｔｓｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】４７１３１ Ｂａｙｓｉｄｅ Ｐａｒｋｗａｙ， Ｆｒｅｍｏｎｔ， ＣＡ ９４５３８， ＵＳＡ
(73)【特許権者】
【識別番号】520111187
【氏名又は名称】ベイジン イータウン セミコンダクター テクノロジー カンパニー リミテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｅ－Ｔｏｗｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】Ｎｏ． ８ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ， Ｎｏ． ２８ Ｊｉｎｇｈａｉ Ｅｒ Ｒｄ．， Ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｚｏｎｅ， １００１７６ Ｂｅｉｊｉｎｇ， Ｃｈｉｎａ
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100098501
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 拓
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100134315
【弁理士】
【氏名又は名称】永島 秀郎
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【弁理士】
【氏名又は名称】上島 類
(72)【発明者】
【氏名】ディクジット デセイ
(72)【発明者】
【氏名】アレックス ワンシドラー
(72)【発明者】
【氏名】ディーター ヘツラー
(72)【発明者】
【氏名】ジョゼフ シーバー
(72)【発明者】
【氏名】ロルフ ブレーメンスドルファー
(72)【発明者】
【氏名】ピート レンベシス
(72)【発明者】
【氏名】マイケル ヤング
【審査官】加藤 芳健
(56)【参考文献】
【文献】特表２０２０－５０２７９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１９－５０５９８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０２０－５３６３８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－０３３３１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００５－５００６７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－３３１９３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－１５５３６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１７－５０９１４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－００９４５０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｈ０１Ｌ ２１／２６
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
Ｈ０５Ｈ １／４６
Ｃ２３Ｃ １６／５０５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
上面と、該上面とは反対側の裏面とを有するワークピースを加工するための加工装置であって、その側壁において配置された排気ポートを有する加工チャンバと、
前記加工チャンバの第１の側に配置されていて、前記加工チャンバから分離されたプラズマチャンバと、
前記プラズマチャンバに１種以上のプロセスガスを送出するように構成されたガス送出システムと、
前記プラズマチャンバ内の前記１種以上のプロセスガスからプラズマを生成するように構成されたプラズマ源と、
前記加工チャンバ内に配置されたワークピース支持体であって、前記ワークピースを支持するように構成されていて、石英を含み、前記ワークピースの前記裏面に面しているワークピース支持体と、
前記加工チャンバの前記第１の側とは反対側の第２の側に構成された１つ以上の放射加熱源であって、前記ワークピースの前記裏面から前記ワークピースを加熱するように構成された１つ以上の放射加熱源と、
前記ワークピース支持体と前記１つ以上の放射加熱源との間に配置された誘電体窓と、
前記ワークピースの前記裏面の温度を示す温度測定値を取得するために温度測定波長範囲で構成されたワークピース温度測定システムと、
前記放射加熱源への電力供給を制御するように構成されたワークピース温度制御システムと、
前記ワークピースの周囲に配置されていて、前記加工チャンバを通るガスの流れを指向するための１つ以上の通路を備える圧送プレートと、
を備える、加工装置。
【請求項2】
前記プラズマ源は誘導結合プラズマ源である、請求項１記載の加工装置。
【請求項3】
前記誘導結合プラズマ源と前記プラズマチャンバとの間に、接地されたファラデーシールドが配置されている、請求項２記載の加工装置。
【請求項4】
前記プラズマチャンバと前記加工チャンバとは、１つ以上の分離グリッドを介して分離されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の加工装置。
【請求項5】
前記１つ以上の分離グリッドは、該分離グリッド内に配置された１つ以上の冷却通路を備える、請求項４記載の加工装置。
【請求項6】
前記１つ以上の分離グリッドの間にガスを注入するように構成された１つ以上のガス注入ポートをさらに備える、請求項４または５記載の加工装置。
【請求項7】
前記１つ以上の分離グリッドは、前記プラズマを濾過して前記加工チャンバ内に濾過済み混合物を生成し、これによって、前記ワークピースの前記上面を前記濾過済み混合物に曝すことができるように配置されている、請求項４から６までのいずれか１項記載の加工装置。
【請求項8】
前記誘電体窓は石英を含む、請求項１から７までのいずれか１項記載の加工装置。
【請求項9】
前記誘電体窓は、前記温度測定波長範囲内の放射の少なくとも一部に対して透明な１つ以上の透明な領域と、前記温度測定波長範囲内の放射の一部に対して不透明な１つ以上の不透明な領域とを備え、前記１つ以上の不透明な領域は、前記温度測定波長範囲内の前記放射加熱源により放出される広帯域放射の少なくとも一部を遮蔽するように構成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の加工装置。
【請求項10】
前記誘電体窓は石英を含み、前記１つ以上の不透明な領域は、前記１つ以上の透明な領域よりも高いレベルのヒドロキシル（ＯＨ）基を含む、請求項９記載の加工装置。
【請求項11】
前記温度測定波長範囲は２．７μｍを含む、請求項１から１０までのいずれか１項記載の加工装置。
【請求項12】
前記誘電体窓を通過し、前記加工チャンバ内で前記ワークピース支持体を回転させるように構成された回転軸を含む回転システムを備える、請求項１から１１までのいずれか１項記載の加工装置。
【請求項13】
前記回転軸の第１の部分が前記加工チャンバ内に配置されており、前記回転軸の第２の部分が、前記加工チャンバ内に真空圧を維持することができるように、前記加工チャンバ外に配置されている、請求項１２記載の加工装置。
【請求項14】
前記１つ以上の放射加熱源は、広帯域放射を放出して前記ワークピースを加熱するように構成されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の加工装置。
【請求項15】
前記１つ以上の放射加熱源は、前記温度測定波長範囲とは異なる加熱波長範囲で単色放射を放出するように構成されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の加工装置。
【請求項16】
前記ワークピース温度測定システムは、前記ワークピースの反射率測定値を取得するように構成されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の加工装置。
【請求項17】
前記ワークピース温度測定システムは、前記温度測定波長範囲内の較正放射を放出するように構成された１つ以上のエミッタと、
１つ以上のセンサであって、前記１つ以上のエミッタから放出された前記較正放射の少なくとも一部が、前記ワークピースによって反射され、前記１つ以上のセンサによって収集される、１つ以上のセンサと、
を備える、請求項１６記載の加工装置。
【請求項18】
前記エミッタは、前記較正放射を強度の変調を伴って前記ワークピースに放出する、請求項１７記載の加工装置。
【請求項19】
前記温度測定システムは、第１のパイロメータと第２のパイロメータとを備え、前記第１のパイロメータは、前記ワークピースの中心で前記ワークピースの温度測定を行うように配置されており、前記第２のパイロメータは、前記ワークピースの外周で前記ワークピースの温度測定を行うように配置されている、請求項１から１８までのいずれか１項記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般に、ワークピースのプラズマ加工および熱加工を実施するように動作させることができる装置などの半導体加工装置に関する。
【背景技術】
【0002】
プラズマ加工は、半導体産業において、半導体ウェーハおよび他の基板への材料の堆積、材料の改質、材料の除去、および関連する加工のために広く用いられている。プラズマ加工には、多くの場合、基板を加工するための高密度プラズマと活性種とを生成するために、プラズマ源（例えば、誘導結合プラズマ源、容量結合プラズマ源、マイクロ波プラズマ源、電子サイクロトロン共鳴プラズマ源など）が使用される。プラズマ中の活性種は、正負に帯電したイオンと、負に帯電した電子と、電荷中性ラジカルと、その他の高エネルギー中性粒子とを含むことができる。材料の電荷損傷を避けるために、リモートプラズマチャンバで生成されたプラズマからの電荷種を濾過して除去する一方、電荷中性ラジカルおよび他の高エネルギー中性粒子は分離グリッドを通過して加工チャンバに入り、半導体ウェーハなどの基板を処理することができる。
【0003】
熱加工は、半導体ウェーハおよびその他の基板の加工にも使用される。一般に、本明細書で使用される熱加工チャンバは、半導体ワークピースなどのワークピースを加熱する装置を指す。このような装置は、１つ以上のワークピースを支持するための支持プレートと、加熱ランプ、レーザ、または他の熱源など、ワークピースを加熱するためのエネルギー源とを含むことができる。熱処理中、制御された環境下でワークピースを加熱することができる。
【0004】
多くの熱処理プロセスでは、ワークピースに様々な化学的な変化および物理的な変化を起こさせるために、ワークピースを一定範囲の温度で加熱する必要がある。例えば、急速熱加工では、ランプの配列によってワークピースを典型的には数分以内に約３００℃～約１，２００℃の温度に加熱することができる。このようなプロセスでは、様々な所望の加熱方式に応じてワークピースの温度を確実かつ正確に測定し、制御することが重要な目標となる。
【0005】
半導体ウェーハおよび他の基板のプロセスフローでは、プラズマ加工ステップと熱加工ステップとが連続することがある。プラズマ加工および熱加工のための２つの別個の加工装置の代わりに、ワークピースのプラズマ加工および熱加工の両方を行うことができる単一の加工装置が、製造サイクルタイムおよび製造コストの削減のために望ましい。さらに、半導体および他の基板の加工フローでは、加工ステップでワークピースのプラズマ加工と熱加工とを同時に行う必要がある場合がある。したがって、ワークピースのプラズマ加工および熱加工の両方を行うことができる加工装置が望まれている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の実施形態の態様および利点は、以下の説明に部分的に記載されるか、または説明から学ぶことができるか、または実施形態の実践を通じて学ぶことができる。
【0007】
本開示の例示的な態様は、ワークピースを加工するための加工装置に向けられている。加工装置は、加工チャンバと、加工チャンバの第１の側に配置されていて、加工チャンバから分離されたプラズマチャンバと、プラズマチャンバに１種以上のプロセスガスを送出するように構成されたガス送出システムと、プラズマチャンバ内の１種以上のプロセスガスからプラズマを生成するように構成されたプラズマ源と、加工チャンバ内に配置されたワークピース支持体であって、ワークピースを支持するように構成されていて、石英を含み、ワークピースの裏面に面しているワークピース支持体と、加工チャンバの第１の側とは反対側の第２の側に構成された１つ以上の放射加熱源であって、ワークピースの裏面からワークピースを加熱するように構成された１つ以上の放射加熱源と、ワークピース支持体と１つ以上の放射加熱源との間に配置された誘電体窓と、ワークピースの温度を示す温度測定値を取得するために温度測定波長範囲で構成されたワークピース温度測定システムと、放射加熱源への電力供給を制御するように構成されたワークピース温度制御システムと、を含む。
【0008】
様々な実施形態の、これらおよび他の特徴、態様、ならびに利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照することによって、よりよく理解することができる。本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、本開示の実施形態を示し、説明と合わせて、関連する原理を説明する働きをする。
【0009】
当業者に向けられた実施形態の詳細な説明は、添付の図を参照する本明細書に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本開示の例示的な態様による例示的な加工システムを示す図である。
【図2】本開示の例示的な態様による例示的な加工システムを示す図である。
【図3】本開示の例示的な態様による例示的な加工システムの一部を示す図である。
【図4】本開示の例示的な態様による例示的な圧送プレートを示す図である。
【図5】本開示の例示的な実施形態による例示的な加工システムを示す図である。
【図6】本開示の例示的な実施形態による例示的な加工システムを示す図である。
【図7】本開示の例示的な実施形態による例示的な温度測定システムを示す図である。
【図8】本開示の例示的な実施形態による例示的なポストプラズマガス注入システムを示す図である。
【図9】本開示の例示的な態様による例示的な加工システムを示す図である。
【図10】本開示の例示的な態様による方法の例示的なフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
次に、１つ以上の例が図面に示されている実施形態について詳細に参照する。各例は、実施形態の説明のために提供されるものであり、本開示を限定するものではない。実際、本開示の範囲または精神から逸脱することなく、実施形態に様々な修正および変形を加えることができることは、当業者には明らかである。例えば、特定の実施形態の一部として図示または説明された特徴は、別の実施形態とともに使用して、更なる実施形態を得ることができる。したがって、本開示の態様は、そのような修正および変形を取り扱うことが意図されている。
【0012】
様々なワークピース加工処理には、プラズマ処理、熱処理、またはその両方が必要になる場合がある。典型的に、プラズマ処理と、急速熱加工などの熱処理とは、プロセスパラメータを正確に制御するために、異なる装置または加工チャンバで実施する必要がある。さらに、プラズマ・熱加工中のワークピースの正確な温度測定値を取得することが困難な場合もある。
【0013】
したがって、本開示の態様は、多くの技術的効果および利点を提供する。例えば、本明細書で提供される加工装置は、同じ加工チャンバ内でプラズマ処理と熱処理との両方を実施することができるため、半導体加工作製における製造サイクルタイムと、製造コストと、装置全体の設置面積とを削減することができる。さらに、本明細書で提供される装置は温度測定システムを含んでおり、加工中のワークピースの中心と外周との両方でワークピースの温度を正確に決定することができる。
【0014】
本開示のこれらの例示的な実施形態は、変形および修正することができる。本明細書で使用されるように、単数形の「ａ」、「ａｎｄ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに他を指示しない限り、複数の参照語を含む。「第１」、「第２」、「第３」などの使用は、識別子として使用されており、暗示的であるか否かにかかわらず、必ずしも任意の順序を示すものではない。例示的な態様は、図示および説明する目的で、「基板」、「ワークピース」、または「ワークピース」を参照して説明されることがある。当業者であれば、本明細書で提供される開示を用いて、本開示の例示的な態様を任意の適切なワークピースで使用することができることを理解されたい。数値と併せて「約」という用語を使用することは、記載された数値の２０％以内を意味する。
【0015】
図１は、本開示の例示的な実施形態による加工を実施するために使用することができる例示的な加工装置１００を示す。図示されているように、加工装置１００は、加工チャンバ１１０と、加工チャンバ１１０から分離されたプラズマチャンバ１２０とを含む。加工チャンバ１１０は、半導体ウェーハなどの加工されるワークピース１１４を保持するように動作させることができるワークピース支持体１１２または台座を含む。この例示では、誘導結合プラズマ源１３５によってプラズマチャンバ１２０（すなわち、プラズマ生成領域）内にプラズマが生成され、所望の種がプラズマチャンバ１２０から分離グリッドアセンブリ２００を通してワークピース１１４の表面に流される。
【0016】
本開示の態様は、図示および説明する目的で、誘導結合プラズマ源を参照して説明される。当業者であれば、本明細書で提供される開示を用いて、本開示の範囲から逸脱することなく、任意のプラズマ源（例えば、誘導結合プラズマ源、容量結合プラズマ源など）を使用できることを理解されたい。
【0017】
プラズマチャンバ１２０は、誘電体側壁１２２と、天井１２４とを含む。誘電体側壁１２２と、天井１２４と、分離グリッド２００とは、プラズマチャンバ内部１２５を画定する。誘電体側壁１２２は、石英および／またはアルミナなどの誘電体材料から形成することができる。誘電体側壁１２２は、セラミック材料から形成することができる。誘導結合プラズマ源１３５は、プラズマチャンバ１２０の誘電体側壁１２２に隣接して配置された誘導コイル１３０を含むことができる。誘導コイル１３０は、適切なマッチングネットワーク１３２を介して、ＲＦ電力発生器１３４に結合される。誘導コイル１３０は、プラズマチャンバ１２０内にプラズマを誘導するのに適した導電性材料を含む、任意の適切な材料から形成することができる。ガス供給部１５５と、環状ガス分配通路１５１または他の適切なガス導入機構とから、プロセスガスをチャンバ内部１２５に供給することができる。誘導コイル１３０をＲＦ電力発生器１３４からのＲＦ電力で励磁させると、プラズマチャンバ１２０内にプラズマを生成することができる。特定の実施形態では、加工装置１００は、誘導コイル１３０のプラズマへの容量結合を低減するために、接地されたファラデーシールド１２８を選択的に含むことができる。接地されたファラデーシールド１２８は、誘導コイル１３０と同様のまたは実質的に同様の材料を含む、任意の適切な材料または導体から形成することができる。
【0018】
図１に示すように、分離グリッド２００は、プラズマチャンバ１２０を加工チャンバ１１０から分離する。分離グリッド２００を使用して、プラズマチャンバ１２０内のプラズマによって生成された混合物からイオン濾過を実施し、濾過済み混合物を生成することができる。濾過済み混合物に、加工チャンバ１１０内のワークピース１１４を曝すことができる。
【0019】
幾つかの実施形態では、分離グリッド２００は、マルチプレート分離グリッドとすることができる。例えば、分離グリッド２００は、互いに平行な関係で離隔している第１のグリッドプレート２１０と第２のグリッドプレート２２０とを含むことができる。第１のグリッドプレート２１０と第２のグリッドプレート２２０とは、所定の距離で分離することができる。
【0020】
第１のグリッドプレート２１０は、複数の穴を有する第１のグリッドパターンを有することができる。第２のグリッドプレート２２０は、複数の穴を有する第２のグリッドパターンを有することができる。第１のグリッドパターンは、第２のグリッドパターンと同一であっても、異なっていてもよい。荷電粒子は、分離グリッドの各グリッドプレート２１０，２２０の穴を通る経路において、壁上で再結合することができる。中性種（例えば、ラジカル）は、第１のグリッドプレート２１０と第２のグリッドプレート２２０とに設けられた穴を比較的自由に流れることができる。各グリッドプレート２１０および２２０の穴の大きさと、各グリッドプレート２１０および２２０の厚さとは、荷電粒子と中性粒子との両方に対する透明度に影響を与えることができる。
【0021】
幾つかの実施形態では、第１のグリッドプレート２１０は、金属（例えば、アルミニウム）または他の導電性材料から製造することができ、かつ／または、第２のグリッドプレート２２０は、導電性材料または（例えば、石英、セラミックなどの）誘電体材料のいずれかから製造することができる。幾つかの実施形態では、第１のグリッドプレート２１０および／または第２のグリッドプレート２２０は、シリコンまたは炭化ケイ素などの他の材料から製造することができる。グリッドプレートが金属または他の導電性材料から製造されている場合、グリッドプレートを接地することができる。幾つかの実施形態では、グリッドアセンブリは、１つのグリッドプレートを備える単一のグリッドを含むことができる。
【0022】
幾つかの実施形態では、グリッドプレートは、加工装置の動作中にグリッドプレートを冷却するための、グリッドプレート内に配置された１つ以上の冷却機構を有することができる。例えば、１つ以上の冷却通路をグリッドプレート内に配置することができる。グリッドプレートの温度を下げるために、空気または流体（例えば、水）を冷却通路を通して圧送することができる。グリッドプレートを冷却するために、他の既知の冷却化学物質を冷却通路を通して圧送することができる。
【0023】
ワークピース１１４は、シリコンウェーハなどの半導体ワークピースなど、任意の適切なワークピースであるか、またはそれを含むことができる。幾つかの実施形態では、ワークピース１１４は、ドープされたシリコンウェーハであるか、またはそれを含むことができる。例えば、シリコンウェーハは、シリコンウェーハの抵抗率が約０．１Ω・ｃｍよりも大きく、例えば約１Ω・ｃｍよりも大きくなるようにドープすることができる。
【0024】
次に、加工装置の例示的な実施形態について、図１～図８を参照して説明する。図１に示すように、本開示の例示的な態様によれば、装置１００は、例えば、ガス分配通路１５１または他の分配システム（例えば、シャワーヘッド）を介して、プロセスガスをプラズマチャンバ１２０に送出するように構成されたガス送出システム１５５を含むことができる。ガス送出システムは、複数の給送ガスライン１５９を含むことができる。給送ガスライン１５９は、弁１５８および／またはガスフローコントローラ１８５を用いて制御され、所望の量のガスをプロセスガスとしてプラズマチャンバに送出することができる。ガス送出システム１５５は、任意の適切なプロセスガスの送出に使用することができる。例示的なプロセスガスには、酸素含有ガス（例えば、Ｏ２，Ｏ３，Ｎ２Ｏ，Ｈ２Ｏ）、水素含有ガス（例えば、Ｈ２，Ｄ２）、窒素含有ガス（例えば、Ｎ２，ＮＨ３，Ｎ２Ｏ）、フッ素含有ガス（例えば、ＣＦ４，Ｃ２Ｆ４，ＣＨＦ３，ＣＨ２Ｆ２，ＣＨ３Ｆ，ＳＦ６，ＮＦ３）、炭化水素含有ガス（例えば、ＣＨ４）、またはこれらの組み合わせが含まれる。必要に応じて、他のガスを含む他の給送ガスラインを追加することができる。幾つかの実施形態では、プロセスガスは、Ｈｅ，Ａｒ，Ｎｅ，ＸｅまたはＮ２など、「キャリア」ガスと呼ぶことができる不活性ガスと混合することができる。制御弁１５８を使用して、プラズマチャンバ１２０にプロセスガスを流すための各給送ガスラインの流量を制御することができる。実施形態では、ガス送出システム１５５は、ガスフローコントローラ１８５で制御することができる。
【0025】
加工されるワークピース１１４は、ワークピース支持体１１２によって加工チャンバ１１０内で支持される。ワークピース支持体１１２は、熱加工中にワークピース１１４を支持するように動作させることができる（例えば、ワークピース支持プレートである）。幾つかの実施形態では、ワークピース支持体１１２は、同時加工のために複数のワークピース１１４を支持するように構成することができる。幾つかの実施形態では、ワークピース支持体１１２は、熱加工の前、間、および／または後にワークピース１１４を回転させることができる。幾つかの実施形態では、ワークピース支持体１１２は、熱源１４０からワークピース１１４への放射、エミッタ１５０からワークピース１１４への放射、ワークピース１１４から温度測定装置１６７および１６８への放射、および反射率センサ１６６へのワークピース１１４によって反射されたエミッタ１５０の放射を含む、少なくとも一部の放射がワークピース支持体１１２を少なくとも部分的に通過できるように、透明であり、かつ／またはその他の方法で構成することができる。例えば、幾つかの実施形態では、ワークピース支持体１１２の材料を選択して、ワークピース１１４および／またはエミッタ１５０によって放出される放射などの所望の放射がワークピース支持体１１２を通過できるようにすることができる。幾つかの実施形態では、ワークピース支持体１１２は、ヒドロキシル不含の石英材料などの石英材料であるか、またはそれを含むことができる。
【0026】
ワークピース支持体１１２は、ワークピース支持体１１２から延在する、少なくとも３つの支持ピンなど、１つ以上の支持ピン１１５を含むことができる。幾つかの実施形態では、ワークピース支持体１１２は、分離グリッド２２０から離隔するなど、加工チャンバ１１０の頂部から離隔することができる。幾つかの実施形態では、支持ピン１１５および／またはワークピース支持体１１２は、熱源１４０から熱を伝達し、かつ／またはワークピース１１４から熱を吸収することができる。幾つかの実施形態では、支持ピン１１５は、石英製とすることができる。
【0027】
加工装置は、加工チャンバ１１０内でワークピース支持体１１２を支持するように構成された、誘電体窓１０８を通過する回転軸９００をさらに含むことができる。例えば、回転軸９００は、一端でワークピース支持体１１２に結合され、他端で、（図３に示すように）回転軸９００を３６０°回転させることができる回転装置９２０に結合される。例えば、ワークピース１１４の加工（例えば、熱加工）中に、１つ以上の熱源１４０によって生成された熱がワークピース１１４を均等に加熱することができるように、ワークピース１１４を継続的に回転させることができる。幾つかの実施形態では、ワークピース１１４の回転は、ワークピース１１４上に放射状の加熱ゾーンを形成し、これは、加熱サイクル中に良好な温度均一性制御を提供するのに役立つことができる。
【0028】
特定の実施形態では、回転軸９００の一部が加工チャンバ１１０内に配置される一方、回転軸９００の別の部分が、加工チャンバ１１０内の真空圧を維持することができるように加工チャンバ１１０外に配置されることを理解されたい。例えば、ワークピース１１４の加工中には、加工チャンバ１１０内の真空圧を維持する必要がある場合がある。さらに、ワークピース１１４を、加工中に回転させる必要がある。したがって、回転軸９００は、誘電体窓１０８を通って、加工チャンバ１１０内で位置決めされ、回転軸９００が、加工チャンバ１１０内の真空圧を維持しながら、ワークピース１１４を容易に回転させることができるようになっている。
【0029】
他の実施形態では、回転軸９００は、回転軸９００およびワークピース支持体１１２を鉛直方向に上下動させることができる並進装置（図示せず）に結合することができる。例えば、加工チャンバ１１０からワークピース１１４をロードまたはアンロードする際には、取出し装置を使用してワークピース１１４に容易にアクセスし、加工チャンバ１１０からワークピース１１４を取り出すことができるように、ワークピース支持体１１２を介してワークピース１１４を上昇させることが望ましい場合がある。例示的な取出し装置は、ロボットのサセプタを含むことができる。他の実施形態では、加工チャンバ１１０および加工チャンバ１１０に関連する要素の定期的なメンテナンスを行うために、ワークピース支持体１１２を鉛直方向に移動させる必要がある場合がある。回転軸９００に結合することができる適切な並進装置は、ベローズまたは回転軸９００を鉛直移動中に並進させることができる他の機械的装置または電気的装置を含む。
【0030】
加工装置１００は、１つ以上の熱源１４０を含むことができる。幾つかの実施形態では、熱源１４０は、１つ以上の加熱ランプ１４１を含むことができる。例えば、１つ以上の加熱ランプ１４１を含む熱源１４０は、熱放射を放出してワークピース１１４を加熱することができる。幾つかの実施形態では、例えば、熱源１４０は、アークランプ、白熱ランプ、ハロゲンランプ、任意の他の適切な加熱ランプ、またはそれらの組み合わせを含む広帯域放射源とすることができる。幾つかの実施形態では、熱源１４０は、発光ダイオード、レーザダイオード、他の任意の適切な加熱ランプ、またはそれらの組み合わせを含む単色放射源とすることができる。熱源１４０は、例えば、ワークピース１１４の異なるゾーンを加熱するように位置決めされる、加熱ランプ１４１のアセンブリを含むことができる。ワークピース１１４が加熱されている間に、各加熱ゾーンに供給されるエネルギーを制御することができる。さらに、ワークピース１１４の様々なゾーンに適用される放射の量および／または種類も、開ループ方式で制御することができる。この構成では、様々な加熱ゾーン間の比率は、手動による最適化の後に予め決定することができる。他の実施形態では、ワークピース１１４の様々なゾーンに適用される放射の量および／または種類は、ワークピース１１４の温度に基づいて、閉ループ方式で制御することができる。
【0031】
幾つかの実施形態では、例えば、リフレクタ８００（例えば、鏡）などの指向要素は、熱源１４０からの放射を加工チャンバ１１０に対して向けるように構成することができる。特定の実施形態では、リフレクタ８００は、１つ以上の加熱ランプ１４１からの放射をワークピース１１４および／またはワークピース支持体１１２に対して向けるように構成することができる。例えば、１つ以上のリフレクタ８００は、図５および図６に示すように、熱源１４０に関して配置することができる。１つ以上の冷却通路８０２は、リフレクタ８００の間または内部に配置することができる。図６に矢印８０４で示すように、周囲の空気が１つ以上の冷却通路８０２を通過して、加熱ランプ１４１などの１つ以上の熱源１４０を冷却することができる。
【0032】
本開示の例示的な態様によれば、１つ以上の誘電体窓１０８は、熱源１４０とワークピース支持体１１２との間に配置することができる。本開示の例示的な態様によれば、窓１０８は、ワークピース１１４と熱源１４０との間に配置することができる。窓１０８は、熱源１４０によって放出された放射（例えば、広帯域放射）の少なくとも一部が加工チャンバ１１０の一部に入射することを選択的に遮蔽するように構成することができる。例えば、窓１０８は、不透明な領域１６０および／または透明な領域１６１を含むことができる。本明細書で使用される「不透明」とは、一般的に、所定の波長に対して約０．４（４０％）未満の透過率を有していることを意味し、「透明」とは、一般的に、所定の波長に対して約０．４（４０％）を超える透過率を有していることを意味する。
【0033】
不透明な領域１６０は、熱源１４０からの所定の波長での迷走放射を遮蔽し、透明な領域１６１は、例えば、エミッタ１５０、反射率センサ１６６、および／または温度測定装置１６７，１６８が、不透明な領域１６０によって遮蔽された波長で加工チャンバ１１０内のワークピース１１４に対する障害とならないように、不透明な領域１６０および／または透明な領域１６１を位置決めすることができる。このようにして、窓１０８は、熱源１４０がワークピース１１４を加熱することを可能にしながら、所与の波長における熱源１４０による汚染から加工チャンバ１１０を効果的に遮蔽することができる。不透明な領域１６０および透明な領域１６１は、一般に、特定の波長に対してそれぞれ不透明および透明と定義することができ、すなわち、少なくとも特定の波長での放射に対して、不透明な領域１６０は不透明であり、透明な領域１６１は透明である。
【0034】
不透明な領域１６０および／または透明な領域１６１を含む窓１０８は、任意の適切な材料および／または構造から形成することができる。幾つかの実施形態では、誘電体窓１０８は、石英材料であるか、またはそれを含むことができる。さらに、幾つかの実施形態では、不透明な領域１６０は、ヒドロキシル（ＯＨ－）がドープされた石英などのヒドロキシル（ＯＨ）を含む石英であるか、またはそれを含むことができ、透明な領域１６１は、ヒドロキシルを含まない石英であるか、またはそれを含むことができる。ヒドロキシルがドープされた石英は、本開示による望ましい波長遮蔽特性を示すことができる。例えば、ヒドロキシルがドープされた石英は、加工装置１００内の幾つかのセンサ（例えば、反射率センサ１６６および温度測定装置１６７，１６８）が動作する温度測定波長に対応することができる、約２．７μｍの波長を有する放射を遮蔽することができる一方、ヒドロキシルを含まない石英は、約２．７μｍの波長を有する放射に対して透明となることができる。したがって、ヒドロキシルがドープされた石英の領域は、加工チャンバ１１０内の（例えば、熱源１４０からの）上記の波長の迷走放射からセンサ（例えば、反射率センサ１６６および温度測定装置１６７，１６８）を遮蔽することができ、ヒドロキシルを含まない石英の領域は、センサが熱加工システム内の上記の波長で測定値を取得することができるように、センサの視野内に少なくとも部分的に配置することができる。
【0035】
したがって、実施形態では、誘電体窓１０８は、温度測定波長範囲内の放射の少なくとも一部に対して透明な１つ以上の透明な領域１６１と、温度測定波長範囲内の放射の一部に対して不透明な１つ以上の不透明な領域１６０とを含む。１つ以上の不透明な領域１６０は、温度測定波長範囲内の熱源１４０によって放出される広帯域放射の少なくとも一部を遮蔽するように構成されている。
【0036】
保護リング１０９を使用して、ワークピース１１４の１つ以上の縁部からの放射の縁部効果を軽減することができる。保護リング１０９は、ワークピース１１４の外周に位置決めすることができる。さらに、実施形態では、加工装置は、ワークピース１１４の周囲に配置された圧送プレート９１０を含む。例えば、図４は、提供される実施形態で使用することができる例示的な圧送プレート９１０を示す。圧送プレート９１０は、加工チャンバ１１０を通るガスの流れを促進するための１つ以上の圧送通路９１２，９１３を含む。例えば、圧送プレート９１０は、ワークピース１１４の周囲に構成された連続圧送通路９１２を含むことができる。連続圧送通路９１２は、気体をワークピース１１４の上面などの第１の面からワークピースの裏面などの第２の面に通過させるように構成された環状の開口を含むことができる。連続圧送通路９１２は、保護リング１０９の周囲に同心円状に配置することができる。付加的な圧送通路９１３は、加工チャンバ１１０内のガス移動を促進するために圧送プレート９１０に配置することができる。圧送プレート９１０は、石英材料であるか、または石英材料を含むことができる。さらに、幾つかの実施形態では、圧送プレート９１０は、ヒドロキシル（ＯＨ）を含む石英、例えば、ヒドロキシルがドープされた石英（例えば、有意なレベルのヒドロキシル基を含む石英）であるか、またはそれを含むことができる。ヒドロキシルがドープされた石英は、本開示による望ましい波長遮蔽特性を示すことができる。
【0037】
加工チャンバ１１０内の真空圧を維持することができるように、加工チャンバ１１０からガスを圧送するように構成された１つ以上の排気ポート９２１を、加工チャンバ１１０内に配置することができる。例えば、プロセスガスは、プラズマチャンバ１２０から１つ以上の分離グリッド２００を通って流れ、図６に示されているような矢印に従って加工チャンバ１１０に入ることができる。ワークピース１１４をプロセスガスに曝し、その後、プロセスガスはワークピース１１４のいずれかの面の周囲を流れ、１つ以上の排気ポート９２１を介して加工チャンバ１１０から排気される。プロセスガスの流れは、図６の矢印８０６で示されている。１つ以上の圧送プレート９１０を、ワークピース１１４の外周に配置して、プロセスガスの流れを促進することができる。隔離ドア１８０は、開いているときには、ワークピース１１４を加工チャンバ１１０へ入れることができ、閉じているときには、ワークピース１１４に対して熱加工を行うことができるような真空圧を加工チャンバ１１０内に維持することができるように、加工チャンバ１１０を密閉することができる。
【0038】
実施形態では、装置１００は、コントローラ１７５を含むことができる。コントローラ１７５は、加工チャンバ１１０内の様々な構成要素を制御して、ワークピース１１４の加工を指示する。例えば、コントローラ１７５を使用して、熱源１４０を制御することができる。付加的にかつ／または代替的に、コントローラ１７５を使用して、例えば、エミッタ１５０、反射率センサ１６６、および／または温度測定装置１６７，１６８を含むワークピース温度測定システムを制御することができる。コントローラ１７５は、ワークピース１１４の加工中に加工チャンバ内の真空圧を維持するために、ガスフローコントローラ１８５を制御したり、加工チャンバ１１０の条件を変更したりするなど、１つ以上のプロセスパラメータを与えることもできる。コントローラ１７５は、例えば、１つ以上のプロセッサと、１つ以上のメモリデバイスとを含むことができる。１つ以上のメモリデバイスは、コンピュータ可読命令を格納することができ、それは１つ以上のプロセッサによって実行されると、１つ以上のプロセッサに、本明細書に記載されている任意の制御動作などの動作を実行させることができる。
【0039】
特に、図１～図２は、１つ以上の温度測定装置１６７，１６８を含む、ワークピース温度測定システムに有用な特定の構成要素を示している。実施形態では、温度測定装置１６７は、温度測定装置１６８に対してより中心的な位置に配置される。例えば、温度測定装置１６７は、ワークピース１１４をワークピース支持体１１２上に配置したときに、温度測定装置１６７がワークピース１１４の中心に対応する温度測定値を取得することができるように、ワークピース支持体１１２の中心線上またはその隣に配置することができる。温度測定装置１６８がワークピース１１４の外周に沿ってワークピース１１４の温度を測定できるように、温度測定装置１６８を、ワークピース支持体１１２の中心線から外側の位置に配置することができる。したがって、温度測定システムは、ワークピース１１４上の異なる位置でワークピース１１４の温度を測定することができる１つ以上の温度測定装置を含む。温度測定装置１６７，１６８は、パイロメータなど、ワークピース１１４から放出される放射を感知することができる１つ以上のセンサを含むことができる。温度測定装置１６７，１６８はまた、エミッタによって放出されて、ワークピースによって反射される放射の反射部分を感知することができる１つ以上のセンサを含むことができ、これについては本明細書でより詳細に説明する。
【0040】
例えば、幾つかの実施形態では、温度測定装置１６７，１６８は、温度測定波長範囲でワークピース１１４によって放出される放射を測定するように構成することができる。例えば、幾つかの実施形態では、温度測定装置１６７，１６８は、温度測定波長範囲内の波長でワークピースによって放出される放射を測定するように構成されたパイロメータとすることができる。不透明な領域１６０は、ヒドロキシルがドープされた石英を含む実施形態において、透明な領域１６１が透明であるように、かつ／または不透明な領域１６０が不透明であるように、波長を例えば２．７μｍで選択することができる。第１の波長は、さらに、ワークピース１１４によって放出される黒体放射の波長に対応することができる。温度測定波長範囲は、それに応じて２．７μｍを含むことができる。
【0041】
幾つかの実施形態では、温度測定システムは、１つ以上のエミッタ１５０と、１つ以上の反射率センサ１６６とを含む。例えば、実施形態では、ワークピース温度測定システムは、ワークピース１１４に対して傾倒して向けられた放射を放出するように構成されたエミッタ１５０も含むことができる。実施形態では、エミッタ１５０は、赤外線を放出するように構成することができる。エミッタ１５０によって放出される放射は、本明細書では較正放射と呼ぶこともある。エミッタ１５０によって放出された放射は、ワークピース１１４によって反射され、反射率センサ１６６によって収集される放射の反射部分を形成することができる。ワークピース１１４の反射率は、反射率センサ１６６に入射する放射の反射部分の強度によって表すことができる。不透明なワークピース１１４の場合、ワークピース１１４の放射率は、ワークピース１１４の反射率から計算することができる。同時に、ワークピース１１４によって放出される放射は、温度測定装置１６７および１６８のセンサによって測定することができる。幾つかの実施形態では、ワークピース１１４によって放出され、温度測定装置１６７および１６８内のセンサによって測定されたこのような放射は、エミッタ１５０によって放出され、ワークピース１１４によって反射された較正放射の反射部分を構成しない。最後に、ワークピース１１４の温度は、ワークピース１１４の放射率と組み合わせて、ワークピース１１４によって放出された放射に基づいて計算することができる。
【0042】
エミッタ（例えば、エミッタ１５０）によって放出される放射、および／またはセンサ（例えば、反射率センサ１６６および／または温度測定装置１６７，１６８のセンサ）によって測定される放射は、１つ以上の関連する波長を有することができる。例えば、幾つかの実施形態では、エミッタは、放出された放射の波長範囲が数値の公差内、例えば数値の１０％以内に収まるように放射を放出する狭帯域エミッタであるか、またはそれを含むことができ、この場合、エミッタは数値によって参照される。幾つかの実施形態では、これは、広帯域スペクトル（例えば、プランクスペクトル）を放出する広帯域エミッタと、広帯域スペクトル内の狭帯域のみを通過させるように構成された光学ノッチフィルタなどの光学フィルタとの組み合わせによって実現することができる。同様に、センサは、数値の波長の（例えば、許容範囲内の）狭帯域放射の強度を測定するように構成することができる。例えば、幾つかの実施形態では、パイロメータなどのセンサは、特定の狭帯域の波長を測定する（例えば、測定のために選択する）ように構成された１つ以上のヘッドを含むことができる。
【0043】
本開示の例示的な態様によれば、１つ以上の透明な領域１６１は、エミッタ１５０および／または反射率センサ１６６の視野内に少なくとも部分的に配置することができる。例えば、エミッタ１５０および反射率センサ１６６は、透明な領域１６１が透明な温度測定波長範囲で動作することができる。例えば、幾つかの実施形態では、エミッタ１５０および／または反射率センサ１６６は、２．７μｍで動作することができる。図１および図２に示されているように、透明な領域１６１は、窓１０８（例えば、不透明な領域１６０）によって妨害されることなく、（一般に破線で示される）放射流がエミッタ１５０から始まり、透明な領域１６１を通過し、ワークピース１１４によって反射され、反射率センサ１６６によって収集されるように位置決めすることができる。同様に、不透明な領域１６０を、放射され反射された放射の流れの外側にある窓１０８上の領域に配置して、熱源１４０からの温度測定波長範囲の放射から、ワークピース１１４および特に反射率センサ１６６を遮蔽することができる。例えば、幾つかの実施形態では、２．７μｍの波長で動作するセンサおよび／またはエミッタのために、透明な領域１６１が含まれてよい。
【0044】
幾つかの実施形態では、エミッタ１５０および／または反射率センサ１６６は、位相同期することができる。例えば、幾つかの実施形態では、エミッタ１５０および／または反射率センサ１６６は、位相同期レジームによって動作させることができる。例えば、不透明な領域１６０は、第１の波長での熱源１４０からのほとんどの迷走放射を遮蔽するように構成することができるにもかかわらず、幾つかのケースでは、迷走放射が、上述したように、反射率センサ１６６によって知覚される場合がある。エミッタ１５０および／または反射率センサ１６６を位相同期レジームによって動作させることは、迷走放射の存在にもかかわらず、強度測定時の精度向上に寄与することができる。
【0045】
図７に示すように、例示的な位相同期レジームが、プロット２５０，２６０に関して説明される。プロット２５０は、エミッタ１５０によって温度測定波長範囲内で放出された放射ＩＩＲの放射強度を経時的に（例えば、ワークピース１１４上で実施される処理プロセスの期間にわたって）示している。プロット２５０に図示されているように、エミッタ１５０によって放出される放射強度は変調することができる。例えば、エミッタ１５０は、強度を変調させてワークピース１１４上に較正放射を放出することができる。例えば、エミッタ１５０によって放出される放射強度を、パルス２５１として変調することができる。幾つかの実施形態では、放射を、パルスモードでエミッタ１５０によって放出することができる。他の幾つかの実施形態では、エミッタ１５０の一定の放射を、回転するチョッパホイール（図示せず）によって周期的に遮蔽することができる。チョッパホイールは、１つ以上の遮蔽部分および／または１つ以上の通過部分を含むことができる。チョッパホイールは、エミッタ１５０からの一定の放射の流れを、チョッパホイールの遮蔽部分によって断続的に遮蔽して、チョッパホイールの通過部分によって通過させるように、エミッタ１５０の視野内で回転させることができる。したがって、エミッタ１５０によって放出される一定の放射の流れを、チョッパホイールの回転に対応するパルス周波数を有するパルス２５１に変調することができる。パルス周波数は、加工装置１００内の他の構成要素の動作とほとんど重複しない周波数であるか、またはそれを含むように選択することができる。例えば、幾つかの実施形態では、パルス周波数は、約１３０Ｈｚとすることができる。幾つかの実施形態では、１３０Ｈｚのパルス周波数は、熱源１４０が１３０Ｈｚの周波数を有する放射を実質的に放出しないように構成することができるので、特に有利である。付加的にかつ／または代替的に、反射率センサ１６６は、パルス周波数に基づいて位相同期することができる。例えば、加工装置１００（例えば、コントローラ１７５）は、パルス周波数で変調されてワークピース１１４から反射されたエミッタ１５０の較正放射に基づいて、反射率センサ１６６から測定値（例えば、ワークピース１１４の反射率測定値）を隔離することができる。このようにして、加工装置１００は、反射率センサ１６６からの測定時の迷走放射からの干渉を低減することができる。実施形態では、少なくとも１つの反射率測定値は、パルス周波数に少なくとも部分的に基づいて、１つ以上のセンサから隔離することができる。
【0046】
同様に、プロット２６０は、反射率センサ１６６によって測定された反射放射強度ＩＲを経時的に示している。プロット２６０は、経時的に（例えば、ワークピース１１４の温度が上昇するにつれて）、チャンバ内の迷走放射（迷走放射曲線２６１によって図示）が増加し得ることを示している。これは、例えば、ワークピース１１４の温度の増加、熱源１４０の強度の増加、および／またはワークピース１１４の加工に関連する様々な他の要因に関して、ワークピース１１４の放射率が増加し、それに対応してワークピース１１４の反射率が減少することに起因している。
【0047】
エミッタ１５０が放射を放出していない時点の間、反射率センサ１６６は、迷走放射曲線２６１に対応する測定値（例えば、迷走放射測定値）を取得することができる。同様に、エミッタ１５０が放射を放出している時点（例えば、パルス２５１）では、反射率センサ１６６は、全放射曲線２６２（例えば、全放射測定値）に対応する測定値を取得することができる。そして、反射率測定値は、迷走放射曲線２６１を示すこの情報に基づいて補正することができる。
【0048】
例示的な実施形態では、反射率センサ１６６が、エミッタ１５０によって放出され反射された放射を収集するために使用されることが開示されているが、本開示はそのように限定されない。特定の実施形態では、１つ以上の加熱ランプ１４１を使用して、本明細書で説明したエミッタ１５０のものと同様の放射を放出することができる。例えば、１つ以上の加熱ランプ１４１によって放出される放射は、第１の放射成分と、第２の放射成分とを含むことができる。放出される第１の放射成分が、ワークピース１１４を加熱するように構成される一方、放出される第２の放射成分はパルス周波数で変調される。１つ以上の加熱ランプ１４１によって放出される変調された第２の放射成分の一部は、ワークピース１１４によって反射され、反射率センサ１６６によって収集され、ワークピース１１４の反射率測定値を取得することができる。
【0049】
他の特定の実施形態では、温度測定装置１６７，１６８は、反射率センサ１６６と同様に機能することができるセンサで構成することもできる。すなわち、温度測定装置１６７，１６８は、ワークピース１１４の反射率測定値を決定するために使用することができる、較正放射などの変調された放射の反射部分を収集することもできる。幾つかの実施形態では、加工装置（例えば、コントローラ１７５）は、反射率センサ１６６および／または温度測定装置１６７，１６８から、ワークピース１１４の第１の放射測定値と、ワークピース１１４の第２の反射率測定値とを隔離することができる。ワークピース１１４の第２の反射率測定値は、エミッタ１５０またはパルス周波数で変調された１つ以上の加熱ランプ１４１によって放出された放射の反射部分に基づいている。
【0050】
特定の実施形態では、ワークピース温度制御システムを使用して、ワークピース１１４の温度を調整するために熱源１４０への電力供給を制御することができる。例えば、特定の実施形態では、ワークピース温度制御システムは、コントローラ１７５の一部とすることができる。実施形態では、ワークピース温度制御システムは、温度測定システムによって取得された温度測定値とは独立して、熱源１４０への電力供給を変更するように構成することができる。しかしながら、他の実施形態では、ワークピース温度制御システムは、ワークピース１１４の１つ以上の温度測定値に少なくとも部分的に基づいて、熱源１４０への電力供給を変更するように構成することができる。ワークピース１１４に加えられる熱源１４０からのエネルギーがワークピースを所望の温度まで加熱するがそれ以上にはならないように、熱源１４０への電力供給を調整するために、閉ループフィードバック制御を適用することができる。このように、熱源１４０への電力を制御するなどの、熱源１４０の閉ループフィードバック制御によって、ワークピース１１４の温度を維持することができる。
【0051】
説明したように、熱源１４０は、加熱波長範囲で放射を放出することができ、温度測定システムは、温度測定波長範囲についての温度測定値を取得することができる。したがって、特定の実施形態では、加熱波長範囲は、温度測定波長範囲とは異なる。
【0052】
【0053】
本開示の例示的な態様によれば、加工装置１００は、分離グリッド２００を流れる中性種にガスを注入するように構成された１つ以上のガスポート１０００を含むことができる。例えば、ガスポート１０００は、マルチプレート分離グリッドのグリッドプレート間に、ガス（例えば、冷却ガス）を注入するように動作させることができる。このようにして、分離グリッドは、中性種へのポストプラズマガス注入を提供することができる。ポストプラズマガス注入は、多くの技術的効果および利点を提供することができる。幾つかの実施形態では、プロセスの均一性の特性を制御するためにガスを注入することができる。例えば、中性ガス（例えば、不活性ガス）を注入して、ワークピースに対する半径方向の均一性などの均一性を制御することができる。幾つかの他の実施形態では、冷却ガスを注入して、分離グリッドを通過するラジカルのエネルギーを制御することができる。
【0054】
分離グリッド２００は、マルチプレート分離グリッド（例えば、図１に示す２プレートグリッド、３プレートグリッド、４プレートグリッドなど）とすることができる。図８に示すように、加工装置１００は、グリッドプレート２１０とグリッドプレート２２０との間に形成された通路内など、グリッドプレート２１０とグリッドプレート２２０との間にガス１００２を注入するように構成されたガスポート１０００を含むことができる。より詳細には、グリッドプレート２１０を、プラズマで生成されたイオンと中性種との混合物に曝すことができる。ガスポート１０００は、グリッドプレート２１０を通って流れる中性種に、ガス１００２または他の物質を注入することができる。ワークピースを、グリッドプレート２２０を通過する中性種に曝すことができる。幾つかの実施形態では、ガスポート１０００は、分離グリッド２００の下、かつワークピース１１４の表面の上の位置で、加工チャンバ１１０にガス１００２を直接注入することができる。
【0055】
ガスポート１０００からのガス１００２または他の物質は、プラズマチャンバ１２０から来るラジカルよりも高い温度もしくは低い温度とすることができ、または、プラズマチャンバ１２０からのラジカルと同一の温度とすることができる。ガスを使用して、分離グリッド２００を通過するラジカルのエネルギーを制御することによって、加工装置１００内のラジカルの均一性などの、均一性を調整または修正することができる。非プロセスガスは、窒素（Ｎ２）などの希釈ガス、および／またはヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、もしくは他の不活性ガスなどの不活性ガスを含むことができる。幾つかの実施形態では、ガス１００２は、ヘリウム、窒素、および／またはアルゴンなどの不活性ガスとすることができる。
【0056】
実施形態では、加工装置は、図９に示すようなデュアルワークピース構成を有することができる。例えば、加工装置１２００は、プラズマチャンバ１２０ａ，１２０ｂと、加工チャンバ１１０ａ，１１０ｂとを含む。実施形態では、加工チャンバ１１０ａ，１１０ｂは、壁１２０２によって分割することができる。しかしながら、他の実施形態では、加工チャンバ１１０が分割されていない加工チャンバ（図示せず）を含むことが想定されている。図示されているように、ワークピース１１４ａ，１１４ｂを支持するためのワークピース支持体１１２ａ，１１２ｂが加工チャンバ１１０ａ，１１０ｂ内に配置されている。加工チャンバ１１０ａ，１１０ｂの、プラズマチャンバ１２０ａ，１２０ｂとは反対側には、１つ以上の熱源１４０ａ，１４０ｂが配置されている。１つ以上の分離グリッド２００ａ，２００ｂは、加工チャンバ１１０ａ，１１０ｂをプラズマチャンバ１２０ａ，１２０ｂから分離する。１つ以上の誘電体窓１０８ａ，１０８ｂは、熱源１４０ａ，１４０ｂとワークピース支持体１１２ａ，１１２ｂとの間に配置されている。ワークピース１１４ａ，１１４ｂの温度測定値を取得するように構成された１つ以上の温度測定装置１６７ａ，１６７ｂも、加工チャンバ１１０ａ，１１０ｂに相対して配置することができる。温度測定装置１６７ａ，１６７ｂのみが示されているが、デュアルワークピース加工装置１２００は、（図９には示されていない）エミッタ１５０、反射率センサ１６６、温度測定装置１６８などを含む、本明細書に記載の温度測定システムの他の構成要素を含むことができる。
【0057】
回転軸９００ａ，９００ｂは、加工チャンバ１１０ａ，１１０ｂ内でワークピース支持体１１２ａ，１１２ｂを回転させるために、ワークピース支持体１１２ａ，１１２ｂに結合されている。回転軸９００ａ，９００ｂの一部を加工チャンバ１１０ａ，１１０ｂ内に配置することができる一方、回転軸９００ａ，９００ｂの他の部分を加工チャンバ１１０ａ，１１０ｂの外側に配置し、回転軸９００ａ，９００ｂがワークピース１１４ａ，１１４ｂの回転を容易にしながら、加工チャンバ１１０ａ，１１０ｂ内の真空圧を維持することができるようになっている。
【0058】
装置１２００は、例えば、ガス分配通路１５１ａ，１５１ｂまたは他の分配システム（例えば、シャワーヘッド）を介して、プロセスガスを加工チャンバ１１０ａ，１１０ｂに送出するように構成されたガス送出システム１５５ａ，１５５ｂを含むことができる。ガス送出システム１５５ａ，１５５ｂは、複数の給送ガスライン１５９ａ，１５９ｂを含むことができる。給送ガスライン１５９ａ，１５９ｂは、弁１５８ａ，１５８ｂおよび／またはガスフローコントローラ１８５ａ，１８５ｂを用いて制御され、所望の量のガスをプロセスガスとしてプラズマチャンバに送出することができる。ガス送出システム１５５ａ，１５５ｂを使用して、任意の適切なプロセスガスを送出することができる。制御弁１５８ａ，１５８ｂを使用して、プロセスガスを加工チャンバ１１０ａ，１１０ｂに流すための各給送ガスラインの流量を制御することができる。幾つかの実施形態では、ガス送出システム１５５ａ，１５５ｂは、ガスフローコントローラ１８５ａ，１８５ｂを用いて制御することができる。幾つかの他の実施形態では、ガス分配システム１５５は、ガス分配通路１５１（図示せず）を介してプラズマチャンバ１１０ａ，１１０ｂにプロセスガスを送出することができる単一のガス分配ラインに結合された給送ガスライン１５９を含む一元的なシステムとすることができる。
【0059】
このようなデュアルワークピース構成によって、複数のワークピースを加工することができる。例えば、ワークピースを移送して加工チャンバ１１０ａで加工する一方、別のワークピースを加工チャンバ１１０ｂで同時に加工することができる。例えば、第１の加工チャンバ１１０ａ内のワークピースを、適切なプラズマ処理および／または熱処理を介して加工することができる一方、第２の加工チャンバ１１０ｂ内の別のワークピースを、適切なプラズマ処理および／または熱処理を介して加工することができる。
【0060】
図１０は、本開示の例示的な態様による１つの例示的な方法（７００）の流れ図を示している。方法（７００）は、例として、図１の加工装置１００を参照して説明される。方法（７００）は、任意の適切な加工装置で実施することができる。図１０は、図示および説明する目的で、特定の順序で実施されるステップを示している。当業者は、本明細書で提供される開示内容を利用して、本明細書で説明した方法のいずれかの様々なステップを、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な方法で省略、拡大、同時に実施、再配置、および／または修正することができることを理解されたい。さらに、本開示の範囲から逸脱することなく、様々なステップ（図示せず）を実施することができる。
【0061】
（７０２）において、本方法は、加工装置１００の加工チャンバ１１０内にワークピース１１４を設置することを含むことができる。加工チャンバ１１０は、プラズマチャンバ１２０から分離することができる（例えば、分離グリッドアセンブリによって分離する）。例えば、本方法は、図１の加工チャンバ１１０内のワークピース支持体１１２上にワークピース１１４を設置することを含むことができる。ワークピース１１４は、シリコン、二酸化シリコン、炭化シリコン、１種以上の金属、１種以上の誘電体材料、またはそれらの組み合わせからなる１つ以上の層を含むことができる。
【0062】
（７０４）において、本方法は、プラズマチャンバ内にプロセスガスを入れることを含む。例えば、プロセスガスを、ガス分配通路１５１を含むガス送出システム１５５を介してプラズマチャンバ１２０に入れることができる。ガス送出システム１５５を使用して、ワークピース１１４から少なくとも１つの材料層をエッチングすることができるプロセスガスを送出することができる。例えば、プロセスガスは、酸素含有ガス（例えば、Ｏ２，Ｏ３，Ｎ２Ｏ，Ｈ２Ｏ）、水素含有ガス（例えば、Ｈ２，Ｄ２）、窒素含有ガス（例えば、Ｎ２，ＮＨ３，Ｎ２Ｏ）、フッ素含有ガス（例えば、ＣＦ４，Ｃ２Ｆ４，ＣＨＦ３，ＣＨ２Ｆ２，ＣＨ３Ｆ，ＳＦ６，ＮＦ３）、炭化水素含有ガス（例えば、ＣＨ４）、またはこれらの組み合わせを含むことができる。幾つかの実施形態では、プロセスガスは、Ｈｅ，Ａｒ，Ｎｅ，ＸｅまたはＮ２など、「キャリア」ガスと呼ぶことができる不活性ガスと混合することができる。制御弁１５８を使用して、プラズマチャンバ１２０にプロセスガスを流すための各給送ガスラインの流量を制御することができる。ガスフローコントローラ１８５を使用して、プロセスガスの流れを制御することができる。
【0063】
（７０６）において、本方法は、プラズマチャンバ１２０内で誘導されたプラズマを用いて、プロセスガスから１種以上の種を生成することを含む。例えば、１種以上の種またはラジカルを生成するために、誘導コイル１３０をＲＦ電力発生器１３４からのＲＦ電力で励磁して、プラズマチャンバ１２０内のプロセスガスからプラズマを生成することができる。生成されたプラズマは、ラジカルを含む１種以上の種を含むことができる。適切なラジカルは、ワークピースから、材料の一部または材料層の一部を除去することができるエッチングラジカルを含むことができる。ワークピース１１４の表面特性を改質することができる他のラジカルを生成することができる。例えば、ワークピースの一部に材料層を選択的に堆積させることができるラジカルを生成することができる。表面の洗浄、表面の平滑化、材料の酸化、材料の窒化、材料のドープなどを含むが、これらに限定されない、ワークピース上の材料層の化学組成または材料組成を改質することができるラジカルを生成することができる。適切なラジカルの例としては、水素ラジカル、酸素ラジカル、フッ素ラジカル、およびこれらの組み合わせが挙げられる。幾つかの実施形態では、プラズマチャンバ内で生成されたプラズマは、水素ラジカル、フッ素ラジカル、酸素ラジカル、およびそれらの組み合わせなどの１種以上のラジカルを含むリモートプラズマである。
【0064】
（７０８）において、本方法は、濾過済み混合物を生成するために、１種以上の種を濾過することを含む。濾過済み混合物を生成するために、プラズマチャンバ１２０を加工チャンバ１１０から分離する分離グリッド２００を介して１種以上の種を濾過し、所望のラジカルを生成することができる。分離グリッド２００を使用して、濾過済み混合物を生成するために、プラズマチャンバ１２０内のプラズマによって生成された混合物からイオン濾過を実施することができる。濾過済み混合物は、１種以上のラジカルを含んでよい。
【0065】
幾つかの実施形態では、分離グリッド２００は、約９０％以上の効率、例えば約９５％以上の効率でイオンを濾過するように構成することができる。イオン濾過のパーセント効率は、混合物中のイオンの総数に対する、混合物から除去されたイオンの量を指す。例えば、約９０％の効率は、濾過中に約９０％のイオンが除去されることを示している。約９５％の効率は、濾過中に約９５％のイオンが除去されることを示す。
【0066】
幾つかの実施形態では、分離グリッドは、マルチプレート分離グリッドとすることができる。マルチプレート分離グリッドは、並列した複数の分離グリッドプレートを有することができる。グリッドプレートの穴の配置および配列は、約９５％以上など、イオン濾過のための所望の効率を提供するように選択することができる。
【0067】
幾つかの実施形態では、１つ以上の分離グリッドプレートは、分離グリッドプレート内に配置された１つ以上の冷却通路を含むことができる。本方法は、１つ以上の冷却通路を通して水を圧送することによって、１つ以上の分離グリッドを冷却することを含むことができる。
【0068】
さらに、幾つかの実施形態では、本方法は、分離グリッドを通過するラジカルのエネルギーを調整するために、分離グリッドに設けられたかまたは分離グリッドの下に設けられた１つ以上のガス注入ポートを通して非プロセスガスを入れることを含む。
【0069】
（７１０）において、本方法は、ワークピースを濾過済み混合物に曝すことを含む。濾過済み混合物は、ワークピース１１４の表面を改質することができる１種以上のラジカルを含むことができる。例えば、濾過済み混合物は、ワークピース１１４から材料を剥離することができる１種以上のラジカルを含むことができる。他の実施形態では、濾過済み混合物は、ワークピース１１４に材料層を堆積させることができる１種以上のラジカルを含むことができる。他の実施形態では、濾過済み混合物は、ワークピース１１４の表面上の１つ以上の材料層の化学組成または化学的特性もしくは機械的特性を改質することができる１種以上のラジカルを含むことができる。
【0070】
（７１２）において、本方法は、ワークピースを加熱するために、ワークピースの１つ以上の表面に向けて放射を放出することを含む。例えば、１つ以上の熱源１４０は、１つ以上の加熱ランプ１４１を含むことができる。他の適切な熱源は、本明細書で既に説明したように使用することができる。幾つかの実施形態では、例えば、リフレクタ８００（例えば、鏡）などの指向要素は、熱源１４０からの放射を加工チャンバ１１０内でワークピース１１４および／またはワークピース支持体１１２に対して向けるように構成することができる。
【0071】
特定の実施形態では、ワークピース１１４は、ワークピースの加熱中に加工チャンバ１１０内で回転させることができる。例えば、ワークピース支持体１１２に結合された回転軸９００を使用して、加工チャンバ１１０内でワークピース１１４を回転させることができる。
【0072】
ワークピース１１４を濾過済み混合物に曝すこと（７１０）と、ワークピースに放射を放出すること（７１２）とを、ワークピースの所望の加工が達成されるまで交互に行うことができる。他の実施形態では、ワークピース１１４を濾過済み混合物に曝すと同時に、ワークピースに放射を放出してワークピースを加熱することが望ましい場合がある。加工パラメータに応じて、プロセスガスは、１つ以上のガス排気ポート９２１を介して加工チャンバ１１０から除去することができる。
【0073】
（７１４）において、本方法は、ワークピース１１４の温度を示す温度測定値を取得することを含む。例えば、１つ以上の温度測定装置１６７，１６８、エミッタ１５０、および／または反射率センサ１６６を使用して、本明細書で既に説明したように、ワークピース１１４の温度を示す温度測定値を取得することができる。幾つかの実施形態では、温度測定は、１つ以上のエミッタによって、ワークピースの１つ以上の表面に較正放射を放出することと、１つ以上のエミッタによって放出され、ワークピースの１つ以上の表面によって反射された較正放射の反射部分を、１つ以上の反射率センサによって測定することと、反射部分に少なくとも部分的に基づいて、ワークピース１１４の反射率を決定することと、を含むことができる。幾つかの実施形態では、ワークピースの反射率測定は、１つ以上のエミッタによって放出される放射をパルス周波数で変調することと、パルス周波数に少なくとも部分的に基づいて、１つ以上の反射率センサから少なくとも１つの測定値を隔離することと、によって取得することができる。ワークピース１１４の放射率は、ワークピース１１４の反射率から決定することができる。他の幾つかの実施形態では、温度測定装置１６７，１６８内のセンサなどの１つ以上のセンサを使用して、ワークピース１１４から直接照射測定値を取得することができる。１つ以上の窓１０６，１０８を使用して、１つ以上の加熱ランプ１４１によって放出された広帯域放射の少なくとも一部が、温度測定装置１６７，１６８内のセンサまたは反射率センサ１６６などの１つ以上のセンサに入射することを遮蔽することができる。ワークピース１４１の温度は、ワークピース１１４の放射および放射率から決定することができる。
【0074】
実施形態では、図１０の様々な矢印によって示されるように、本方法は、様々な順序または組み合わせでリストされたステップを含むことができる。例えば、特定の実施形態では、ワークピース１１４をプラズマ処理する前に、加工チャンバ１１０内にワークピース１１４を設置して、熱源１４０からの放射に曝すことができる。他の実施形態では、ワークピース１１４の温度測定値を取得した後、ワークピース１１４はプラズマ処理または熱処理プロセスを受けることができる。ワークピース１１４を濾過済み混合物に曝すことと、ワークピース１１４に放射を放出することと、ワークピース１１４の温度測定値を取得することとを、ワークピース１１４の所望の加工が達成されるまで交互に行うことができる。他の実施形態では、ワークピース１１４を濾過済み混合物に曝すと同時に、ワークピース１１４に放射を放出してワークピース１１４を加熱することが望ましい場合がある。ワークピースの加工が完了するまで、温度測定値を取得することができる。本明細書で提供されるステップは、所望の加工パラメータに応じて任意の方法で交互にまたは繰り返し行うことができる。
【0075】
他の実施形態では、加工チャンバ１１０内にワークピース１１４を設置し、その後、例えば、ワークピース１１４を所定の加工温度または前加工温度に加熱するために、ワークピース１１４を放射に曝すことができることが想定されている。ワークピース１１４を放射に曝し、所望の前加工温度を達成した後、ワークピース１１４は、プラズマ処理プロセスを受けることができる。
【0076】
（７１６）において、プラズマの生成を停止し、プラズマチャンバおよび／または加工チャンバの両方またはいずれかへのガスの流入を停止し、放射の放出を停止して、したがって、ワークピースの加工が終了する。
【0077】
（７１８）において、本方法は、加工チャンバ１１０からワークピースを取り出すことを含む。例えば、ワークピース１１４を、加工チャンバ１１０内のワークピース支持体１１２から取り出すことができる。その後、加工装置を、付加的なワークピースの将来の加工のために調節することができる。
【0078】
本発明の更なる態様は、以下の条項の主題によって提供される。
【0079】
加工装置内でワークピースを加工するための方法であって、加工チャンバ内に配置された石英を含むワークピース支持体上にワークピースを設置することと、プラズマチャンバ内に１種以上のプロセスガスを入れることと、プラズマチャンバに設けられた誘導結合プラズマ源を使用してプラズマ内に１種以上のプロセスガスから１種以上の種を生成することと、１種以上のラジカルを含む濾過済み混合物を生成するために、１つ以上の分離グリッドによって１種以上の種を濾過することと、ワークピースを１種以上のラジカルを含む濾過済み混合物に曝すことと、ワークピースの表面の少なくとも一部を加熱するために、１つ以上の放射熱源によって、ワークピースの１つ以上の表面に向けられた放射を放出することと、ワークピースの温度を示す温度測定値を取得することと、を含む方法。
【0080】
少なくとも部分的に加工チャンバ内に配置された回転軸によって加工チャンバ内でワークピースを回転させることをさらに含む、前項のいずれか１項記載の方法。
【0081】
加工チャンバ内の真空圧を維持することをさらに含む、前項のいずれか１項記載の方法。
【0082】
１つ以上の排気ポートを使用して加工チャンバからガスを除去することを含む、前項のいずれか１項記載の方法。
【0083】
加工チャンバを通るプロセスガスの流れを指向するための１つ以上の通路を提供する圧送プレートをワークピースの周囲に配置することをさらに含む、前項のいずれか１項記載の方法。
【0084】
プロセスガスは、酸素含有ガス、水素含有ガス、窒素含有ガス、炭化水素含有ガス、フッ素含有ガスまたはこれらの組み合わせを含む、前項のいずれか１項記載の方法。
【0085】
ワークピースの温度を示す温度測定値を取得することは、１つ以上のエミッタによって、ワークピースの１つ以上の表面に較正放射を放出することと、１つ以上のエミッタによって放出され、ワークピースの１つ以上の表面によって反射された較正放射の反射部分を１つ以上のセンサによって測定することと、反射部分に少なくとも部分的に基づいて、ワークピースの温度を示す第１の温度測定値を決定することと、を含む、前項のいずれか１項記載の方法。
【0086】
１つ以上のエミッタによってパルス周波数で放射を放出することと、パルス周波数に少なくとも部分的に基づいて、１つ以上のセンサから少なくとも１つの測定値を隔離することと、をさらに含む、前項のいずれか１項記載の方法。
【0087】
ワークピースを加熱するように構成された１つ以上の加熱ランプによって放出された広帯域放射の少なくとも一部が１つ以上のセンサに入射することを１つ以上の窓によって遮蔽することをさらに含む、前項のいずれか１項記載の方法。
【0088】
ワークピースを１種以上のラジカルを含む濾過済み混合物に曝すことと、ワークピースの表面の少なくとも一部を加熱するために、１つ以上の熱源によって、ワークピースの１つ以上の表面に向けられた放射を放出することと、を交互に行うことを含む、前項のいずれか１項記載の方法。
【0089】
１つ以上の分離グリッド内に配置された１つ以上の冷却通路を通して流体を圧送することによって１つ以上の分離グリッドを冷却することを含む、前項のいずれか１項記載の方法。
【0090】
分離グリッドに設けられたかまたは分離グリッドの下に設けられた１つ以上のガス注入ポートを通して非プロセスガスを入れることをさらに含む、前項のいずれか１項記載の方法。
【0091】
プラズマ生成、プロセスガスの流れまたは放射を放出することを停止することをさらに含む、前項のいずれか１項記載の方法。
【0092】
加工チャンバからワークピースを取り出すことをさらに含む、前項のいずれか１項記載の方法。
【0093】
本発明の主題は、その特定の例示的な実施形態に関して詳細に説明されてきたが、当業者は、前述の理解を得た上で、そのような実施形態に対する修正、変形、および等価物を容易に製造することができることを理解されたい。したがって、本開示の範囲は、限定ではなく例示によるものであり、本開示は、当業者に容易に明らかになるような修正、変形、および／または付加を本主題に含めることを排除するものではない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】