特許 7578716 ＥＰＩチャンバのためのインシトゥ温度マッピング

(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】2024-10-28

(45)【発行日】2024-11-06

(54)【発明の名称】ＥＰＩチャンバのためのインシトゥ温度マッピング

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20241029BHJP

   C23C 16/458 20060101ALI20241029BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20241029BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

C23C16/458

C23C16/44 Z

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2022563146

(86)(22)【出願日】2021-08-17

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-07-19

(86)【国際出願番号】 US2021046270

(87)【国際公開番号】W WO2022060510

(87)【国際公開日】2022-03-24

【審査請求日】2022-12-14

(31)【優先権主張番号】17/027,385

(32)【優先日】2020-09-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】モラディアン， アラ

(72)【発明者】

【氏名】チュー， ツウォミン

(72)【発明者】

【氏名】リウ， パトリシア エム．

(72)【発明者】

【氏名】ラウ， シュー－クワン

(72)【発明者】

【氏名】チャン， フローラ フォン－ソン

(72)【発明者】

【氏名】シュー， エンレ

(72)【発明者】

【氏名】イェー， ジーユエン

【審査官】長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１２５３０８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００２－３６７９０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２５４２０８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２００６－５２２４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－００９４１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１９０４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１６７４４０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｃ２３Ｃ １６／４５８

Ｃ２３Ｃ １６／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部空間を画定するシーリングおよび下側部分を有する本体と、
前記内部空間中に配設され、基板を支持するように構成された基板支持体と、
前記内部空間の外側の前記シーリングの上方に設けられた取付板と、
前記取付板に結合され、前記シーリングに対して回転可能なセンサであって、前記内部空間中の温度ロケーションを検出するように構成された、センサと
を備える、半導体処理チャンバ。

【請求項2】

前記センサが、前記取付板中の窓を通して、前記本体の前記下側部分と前記基板支持体との温度を検出するように構成された、請求項１に記載の半導体処理チャンバ。

【請求項3】

前記取付板に結合された直線レールと、
前記レールに沿って乗るように構成された回転ステージであって、前記センサが前記回転ステージに取り付けられており、前記シーリングに対して前記センサを回転するように構成された、回転ステージと
をさらに備える、請求項２に記載の半導体処理チャンバ。

【請求項4】

前記基板支持体が回転するように構成され、前記取付板が、前記センサを移動させるように構成され、前記センサが、前記基板支持体に沿って前記温度ロケーションのための螺旋読取り経路を有する、請求項３に記載の半導体処理チャンバ。

【請求項5】

前記回転ステージが回転するように構成された、請求項４に記載の半導体処理チャンバ。

【請求項6】

前記センサが高温計である、請求項３に記載の半導体処理チャンバ。

【請求項7】

前記取付板に取り付けられた回転ステージと、
前記回転ステージに取り付けられたジンバルマウントであって、前記センサが前記ジンバルマウントに取り付けられ、前記回転ステージおよび前記ジンバルマウントが前記センサに２つの回転軸を中心とした２つの回転を与える、ジンバルマウントと
をさらに備える、請求項２に記載の半導体処理チャンバ。

【請求項8】

前記センサが、前記本体の前記下側部分の第１の温度と、前記基板支持体の第２の温度とを検出するように回転され得る、請求項７に記載の半導体処理チャンバ。

【請求項9】

前記センサが高温計である、請求項８に記載の半導体処理チャンバ。

【請求項10】

エピタキシ処理チャンバのためのセンサアセンブリであって、
前記エピタキシ処理チャンバの外側かつ上方に配設された取付板と、
前記取付板に結合されたセンサであって、前記エピタキシ処理チャンバの内部空間中の温度ロケーションを検出するように構成され、前記エピタキシ処理チャンバの前記内部空間の温度マップを生成する際に、前記エピタキシ処理チャンバに対して回転可能である、センサと
を備える、
センサアセンブリ。

【請求項11】

前記取付板に取り付けられた回転ステージと、
前記回転ステージに取り付けられたジンバルマウントであって、前記センサが前記ジンバルマウントに取り付けられ、前記回転ステージおよび前記ジンバルマウントが前記センサに２つの回転軸を中心とした回転を与える、ジンバルマウントと
をさらに備える、請求項１０に記載のセンサアセンブリ。

【請求項12】

前記センサが高温計である、請求項１１に記載のセンサアセンブリ。

【請求項13】

前記回転ステージに前記取付板を結合する直線レールを更に備え、
前記回転ステージは、前記レールに沿って乗るように構成されている、請求項１１に記載のセンサアセンブリ。

【請求項14】

前記取付板に結合された直線レールと、
前記レールに沿って乗るように構成された回転ステージであって、前記センサが前記回転ステージに取り付けられた、回転ステージと、
前記回転ステージに取り付けられたジンバルマウントであって、前記センサが前記ジンバルマウントに取り付けられ、前記回転ステージおよび前記ジンバルマウントが前記センサに２つの回転軸を中心とした回転を与える、ジンバルマウントと
をさらに備える、請求項１０に記載のセンサアセンブリ。

【請求項15】

処理チャンバ中の基板の温度をマッピングするための方法であって、
処理チャンバ内の基板支持アセンブリ上に基板を配置することであって、前記処理チャンバが、前記基板支持アセンブリの上方に配設されたシーリングを有する、基板を配置することと、
前記処理チャンバの前記シーリングの上方に配設されたセンサを用いて前記基板の前記温度を検出することと、
複数の温度読取り値を用いて前記基板をパターン検知するために前記シーリングに対して軸を中心に前記センサを回転させて移動させることと、
前記複数の温度読取り値を用いて前記基板の温度マップを生成することと
を含む、方法。

【請求項16】

前記シーリングに対して前記センサを移動させることが、前記センサを、前記センサを支持する回転ステージに結合された直線レールに沿って直線的に移動させること
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記シーリングに対して前記センサを移動させることが、前記センサを支持する回転ステージを回転させること
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項18】

前記シーリングに対して前記センサを移動させることが、
前記センサを支持する回転ステージに結合された直線レールに沿って回転ステージを直線的に移動させることと、
前記回転ステージを回転させることであって、前記直線レールに結合された前記回転ステージを回転させることと、
前記センサを支持する前記回転ステージに対して前記センサを枢動させることと
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項19】

前記温度マップ中の計算され、測定された温度ロケーションを許容できる温度のマップと比較することと、
前記温度マップが許容範囲外のサンプルロケーションまたは計算されたロケーションを有することの決定のメッセージを送ることと
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項20】

障害シナリオを識別するために機械学習アルゴリズム中で前記温度マップを利用することと、
前記識別された障害に基づいて関連があるイベントをスケジューリングすることと
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、処理チャンバ中の温度をマッピングするための装置および方法に関する。より詳細には、本発明は、エピタキシ処理チャンバ中の基板のインシトゥ（ｉｎ－ｓｉｔｕ）温度マッピングのための装置および方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体基板は、集積デバイスおよびマイクロデバイスの製造を含む、多種多様な適用例のために処理される。半導体基板上のデバイスの形成において様々な動作／方法を実行するために様々な半導体処理システムおよび／またはチャンバが利用される。基板を処理する１つの方法は、基板の上面上の材料をエッチングすることを含む。基板を処理する別の方法は、基板の上面上に、半導体材料または導電性材料など、材料を堆積することを含む。

【0003】

エピタキシは、処理チャンバ中の基板の表面上に様々な材料の膜を堆積する堆積プロセスの一例である。エピタキシプロセスは、処理チャンバ内の、温度、圧力、および前駆体流量など、いくつかのプロセス条件の下で基板上にそのような高品質膜を生成することが可能である。温度、圧力および前駆体フローなど、プロセスパラメータの変動により膜厚およびプロファイルの変動が生じる。堆積プロセス中に、基板表面上のガス流、熱流／伝熱、またはドーパントガス濃度が不均一であると、望ましくないことに、得られたシリコンエピタキシャル層が異なるロケーションにおいて異なる膜特性を有することになり得る。たとえば、熱またはプロセス前駆体ガスは基板表面上で均一に分散しないことがあるので、シリコンエピタキシャル層の端面において測定されたシート抵抗は、中心において測定されたシート抵抗とは異なることがある。場合によっては、基板表面の異なるロケーションにおけるシート抵抗の変動が著しくなることがあり、それにより、望ましくないことに、デバイス性能信頼性問題が生じ、さらには、製品歩留まりが損なわれることがある。

【0004】

様々なプロセス条件を監視するために、特定のチャンバ構成要素の温度を決定するためにセンサが使用され、各センサは、特定のロケーション、したがって単一の構成要素を測定する。したがって、処理中の基板に加えて、２つ以上のチャンバ構成要素を測定するために、複数のセンサが必要とされる。すべてのセンサが組み合わさって、基板を適切に処理するためのフィードバックを与える。

【0005】

したがって、堆積ステップが始まる前に、均一性を保証し、ウエハ加熱機構またはウエハ配置に関する潜在的な問題を特定するために、基板の温度を監視し、制御するための装置および方法が必要である。

【発明の概要】

【0006】

本発明は、基板と内部チャンバ構成要素の両方のための温度プロファイルをマッピングするように構成された、エピタキシチャンバ中の半導体基板を処理するための方法および装置を提供する。一実施形態では、半導体処理チャンバは、シーリング、および内部空間を画定する下側部分を有する本体を有する。基板支持体が内部空間中に配設される。取付板が内部空間の外側のシーリングに結合される。動きアセンブリが取付板に結合される。センサが動きアセンブリに結合され、シーリングに対して移動可能である。センサは、内部空間中の温度ロケーションを検出するように構成される。

【0007】

別の実施形態では、エピタキシ処理チャンバのためのセンサアセンブリが開示されている。センサアセンブリは、エピタキシ処理チャンバの外側に取り付けられた動きアセンブリに結合されたセンサを有する。センサは、エピタキシ処理チャンバの内部空間内に配設されたロケーションにおける温度を検出するように構成され、動きアセンブリは、温度感知のためにセンサを内部空間内のロケーションに向けるように動作可能である。

【0008】

また別の実施形態では、処理チャンバ中の基板の温度をマッピングするための方法が開示されている。本方法は、処理チャンバ内の基板支持アセンブリ上に基板を配置することによって開始し、処理チャンバは、基板支持体の上方に配設されたシーリングを有する。基板の温度は、処理チャンバのシーリングの上方に配設されたセンサを用いて検出される。センサは、複数の温度読取り値をもつ基板を横断するようにシーリングに対して移動可能である。基板の温度マップが複数の温度読取り値を用いて生成される。

【0009】

本発明の上記で具陳した特徴が詳細に理解され得るように、上記で手短に要約した本開示のより詳細な説明は、それらのうちのいくつかが添付の図面に示されている実施形態を参照することによって得られ得る。しかしながら、添付の図面は、本開示の一般的な実施形態のみを示し、したがって、本発明は他の等しく効果的な実施形態が可能であり得るので、その範囲を限定するものとみなされるべきでないことに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】エピタキシプロセスチャンバの一実施形態を概略的に示す断面図である。

【図2A】図１のエピタキシプロセスチャンバのための連接式（ａｒｔｉｃｕｌａｔｉｎｇ）センサアセンブリの一実施形態をもつ取付板を概略的に示す側面図である。

【図2B】図１のエピタキシプロセスチャンバ中に配設された基板の上面に沿ったセンサのビュー経路を概略的に示す上面図である。

【図3A】図１のエピタキシプロセスチャンバのための連接式センサアセンブリの別の実施形態をもつ取付板を概略的に示す側面図である。

【図3B】図３Ａのセンサのための回転ブラケットを概略的に示す側面図である。

【図4】図１のエピタキシプロセスチャンバのシーリングの上の取付板中の窓を概略的に示す上面図である。

【図5】処理チャンバ中の基板の温度をマッピングするための方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

理解を容易にするために、図に共通である同等の要素を指定するために、可能な場合は、同等の参照番号が使用されている。一実施形態の要素および特徴は、さらなる具陳なしに、他の実施形態中に有利に組み込まれ得ることが企図される。

【0012】

しかしながら、添付の図面は、本発明の例示的な実施形態のみを示し、したがって、本発明は他の等しく効果的な実施形態が可能であり得るので、その範囲を限定するものとみなされるべきでないことに留意されたい。

【0013】

たとえば、エピタキシチャンバ中での膜堆積の場合、基板を支持し、ならびに処理中に基板を加熱するために、基板支持アセンブリがしばしば使用される。基板は、エピタキシチャンバの外側に配置されたランプからの放射を吸収することによって加熱される。ランプの直接放射から生じる温度不均一性を最小にするために、基板支持アセンブリと基板とが回転させられる。理想的には、回転により温度プロファイルが軸対称になる。以下で説明するように、処理チャンバのプロセスパラメータのためのリアルタイムの動作フィードバックを与えるための連接式センサが開示されている。たとえば、センサは、最適な処理条件を維持することを支援し、ならびに潜在的な問題を特定するために、いくつかのロケーションにわたって基板の温度を測定し、それにより、補正されない場合は、基板上に非対称的な熱プロファイルが生じ得る。たとえば、温度センサは、基板がポケット外にある（すなわち、基板支持アセンブリ上に適切に着座およびセンタリングされていない）ことを示す、基板上の温度不均衡を検出することができる。さらに、温度センサは、基板表面全体とエピタキシチャンバの他の構成要素とにわたるプロセス温度の完全性を確認するために利用することができる。

【0014】

基板にわたる温度プロファイルを測定するための少なくとも２つの方法が連接式センサの使用によって可能になる。一例では、半径方向走査高温計がセンサとして利用される。高温計は、シリコンが不透明であり、石英が透明である波長（たとえば２．４μｍ）を分析し、直線、弧状または回転ステージ上で移動する。ウエハ高温計は、チャンバ本体から延び、基板の中心で終わる半径に沿って走査するように案内（たとえば連接）され得る。基板支持アセンブリの回転速度と相関する、ウエハ高温計によって得られた走査されたＩＲ信号が半径の関数として記録される。半径方向走査高温計は、さらに、処理チャンバ中の同じロケーションについての望ましい温度に対する測定された温度ロケーションのマッピングフィードバックを使用するリアルタイム熱均一性監視／制御またはラントゥラン（ｒｕｎ ｔｏ ｒｕｎ）制御を可能にするために、チャンバパラメータを同調させるために使用され得る。本装置はまた、チャンバセットアップおよびチャンバ同士のマッチングのための基準を確立するのに好適である。いくつかの実施形態では、処理チャンバの上部にわたる直線のまたは屈曲した動き制御されたステージ上に、１つまたは複数のセンサ、たとえば、サーモメータまたは熱カメラを取り付けることができる。センサは、現在の大スポット高温計を用いると実際的でない、チャンバおよび基板の最端面における温度を監視するのに好適である。

【0015】

センサから収集された信号はプロセス平面上の極座標の関数として記録される。プロセス平面は、予熱リング、基板支持アセンブリ端面、ならびに基板、またはさらにはチャンバライナを含むことがある。必要とされる分解能（たとえばｎ＝４９個のサンプリング点（たとえば、ロケーション））と基板支持アセンブリの回転速度（ω）とに応じて、基板の「ｍ」回の完全な回転におけるプロセス平面の半径を走査する際に必要とされる数のデータポイントを収集するために、ステージの速度（Ｖｓ）が調整され得る。必要とされるかまたは望まれる場合、測定を繰り返すことができ、データの平均を処理することができる。半径方向における基板の等間隔温度プロファイルが望まれる場合、直線の（または屈曲した）ステージ上の可変速度が使用され得る。代替的に、基板支持アセンブリの可変回転速度により、基板の等間隔温度プロファイルを決定するための同様の結果を得ることができる。

【0016】

基板の温度のマッピングは２次元（２Ｄ）平面におけるまたは３次元（３Ｄ）における軸対称マッピングであり得る。

【0017】

センサはステージに取り付けられる。一例では、センサはステージに固定式に取り付けられる。別の例では、センサはジンバルによって支えられるおよび／またはステージに回転可能に取り付けられる。ステージはセンサに追加の動きを提供し得る。たとえば、センサは、直線移動を有するステージに取り付けられる。別の例では、センサは、プロセス平面にわたる異なるスポットをターゲットにするように回転されるステージに取り付けられる。また別の例では、チャンバの内側の検出の到達範囲を拡大するために、ステージに取り付けられたセンサの直線運動と回転運動との組合せが実装され得る。

【0018】

図１は、本発明の実施形態による、エピタキシプロセスチャンバ１００の一実施形態の断面図を概略的に示す。一実施形態では、本発明から恩恵を受けるように適応され得るエピタキシ処理チャンバ１００は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から入手可能なＥＰＩ ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）大気近傍化学気相堆積（ＣＶＤ）システムである。概略図で示された本明細書で提示するエピタキシ処理チャンバ１００は、一実施形態であり、すべての可能な実施形態を限定するものではない。本明細書で説明する実施形態によれば、他の製造業者製のチャンバを含む、他の基板処理チャンバを使用することができることが想定される。

【0019】

エピタキシチャンバ１００は、チャンバ本体１０１と、サポートシステム１０４と、チャンバコントローラ１０６とを備える。チャンバ本体１０１は上側リフレクタモジュール１０２と下側ランプモジュール１０３とを含む。上側リフレクタモジュール１０２は、シーリング１１６と、チャンバ本体１０１内に配設された基板支持アセンブリ１３２との間のチャンバ本体１０１内の領域を含む。シーリング１１６は透明な石英または他の好適な材料から形成され得る。一例では、シーリング１１６は上側ドームであり得る。エピタキシチャンバ１００は連接式センサアセンブリ２００をさらに有する。連接式センサアセンブリ２００はエピタキシチャンバ１００に結合される。一例では、連接式センサアセンブリ２００は、シーリング１１６に取り付けられた取付板１９０に結合される。取付板１９０は、さらに、リフレクタであり得る。取付板１９０は、エネルギーを反射して基板に戻し、連接式センサアセンブリ２００がプロセス空間への見通し線をそこのみで有する必要がある開口を有し得る。代替的に、連接式センサアセンブリ２００はシーリング１１６に直接的に取り付けられ得る。

【0020】

下側ランプモジュール１０３は、チャンバ本体１０１の下側部分１３０と基板支持アセンブリ１３２との間のチャンバ本体１０１内の領域を含む。一例では、下側部分１３０は下側ドームであり得る。堆積プロセスは、一般に、基板支持アセンブリ１３２上に支持され、上側リフレクタモジュール１０２に露出する、基板１２５の上面上で行われる。基板１２５は、基板１２５の下に配設され、基板支持アセンブリ１３２から延びる支持ピン１２１によって支持される。

【0021】

上側ライナ１１８は、上側リフレクタモジュール１０２内に配設され、チャンバ構成要素上への不要な堆積を防ぐように適応される。上側ライナ１１８は、上側リフレクタモジュール１０２内のリング１２３に隣接して配置される。リング１２３（何であるかを説明する）。

【0022】

エピタキシチャンバ１００は、エピタキシチャンバ１００内に位置する構成要素に熱エネルギーを与えるように適応された、ランプ１３５など、複数の熱源を含む。たとえば、ランプ１３５は、基板１２５とリング１２３とに熱エネルギーを与えるように適応され得る。下側部分１３０は、それを通る熱放射の通過を容易にするために、石英など、光学的に透明な材料から形成され得る。

【0023】

チャンバ本体１０１はまた、チャンバ本体１０１の側壁を通して形成された外側入口（ｉｎｌｅｔ ｐｏｒｔ）１９８と、中心ガスライン１５４が結合される上側ドームの中央領域上に形成された中央入口１５２とを含む。外側ガスライン（図示せず）および内側ガスライン１１１は、ガスパネルモジュール１０７から供給されたガスを送達するために、それぞれ外側入口１９８および中央入口１５２に結合され得る。必要に応じて、所望の調整された圧力範囲においてエピタキシチャンバ１００を維持するために、排気口１２７がチャンバ本体１０１に結合され得る。外側入口１９８は、それを通ってチャンバ本体１０１の上側リフレクタモジュール１０２に入る、ドーピングガス、反応ガス、非反応ガス、不活性ガス、または任意の好適なガスを含む、ガスを与えるように適応され得る。基板１２５上にエピタキシャル層を形成するように構成された、基板１２５上へのガスの熱分解がランプ１３５によって促進される。

【0024】

基板支持アセンブリ１３２はチャンバ本体１０１の下側ランプモジュール１０３中に位置する。処理位置において基板１２５を支持する基板支持アセンブリ１３２が示されている。基板支持アセンブリ１３２は複数の支持ピン１２１と複数のリフトピン１３３とを含む。リフトピン１３３は、垂直方向に移動可能であり、基板１２５を（図示されている）処理位置から基板移送位置まで持ち上げるために基板１２５の下面に接触するように適応される。基板支持アセンブリ１３２の構成要素は、石英、炭化ケイ素、炭化ケイ素でコーティングされたグラファイト、または他の好適な材料から製造され得る。

【0025】

リング１２３は、チャンバ本体１０１に結合された下側ライナ１４０上に取外し可能に配設される。リング１２３は、チャンバ本体１０１の内側空間の周りに配設され、基板１２５が処理位置にある間、基板１２５に外接する。リング１２３は、炭化ケイ素、石英、または炭化ケイ素でコーティングされたグラファイトなど、熱安定性材料から形成され得る。リング１２３は、基板１２５の位置と組み合わさって、下側ランプモジュール１０３から上側リフレクタモジュール１０２の空間を分離する。リング１２３は、基板１２５がリング１２３と同じ高さに位置するときに、上側リフレクタモジュール１０２を通るガスフローを案内する。上側リフレクタモジュール１０２の分離した空間は、プロセスガスがエピタキシチャンバ１００に与えられる際にプロセスガスの流れを制御することによって堆積均一性を高める。

【0026】

サポートシステム１０４は、エピタキシチャンバ１００中でのエピタキシャル膜の成長など、所定のプロセスを実行し、監視するために使用される構成要素を含む。サポートシステム１０４は、ガスパネルモジュール１０７、ガス分配導管、電源、およびプロセス制御器械のうちの１つまたは複数を含む。チャンバコントローラ１０６がサポートシステム１０４に結合され、エピタキシチャンバ１００とサポートシステム１０４とを制御するように適応される。チャンバコントローラ１０６は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）と、メモリと、サポート回路とを含む。チャンバコントローラ１０６中に常駐する命令は、エピタキシチャンバ１００の動作を制御するために実行され得る。エピタキシチャンバ１００は、１つまたは複数の膜形成または堆積プロセスをその中で実行するように適応される。たとえば、シリコンエピタキシャル成長プロセスがエピタキシチャンバ１００内で実行され得る。他のプロセスがエピタキシチャンバ１００内で実行され得ることが企図される。

【0027】

エピタキシチャンバ１００中での膜堆積中に、基板１２５が加熱される。基板１２５は、ランプ１３５からの放射を吸収することによって加熱される。基板支持アセンブリ１３２および基板１２５は、ランプ１３５の直接放射から生じる温度不均一性を最小にするために回転させられる。

【0028】

連接式センサアセンブリ２００は、温度感知を利用するエピタキシチャンバ１００におけるプロセスパラメータのためのリアルタイム動作フィードバックを与える。連接式センサアセンブリ２００は、エピタキシチャンバ１００内の選択されたロケーションにおける温度を検出することを可能にする方位に向けて移動され得る、温度情報を与えるように構成された１つまたは複数のセンサ２０１、２０２を有する。たとえば、連接式センサアセンブリ２００は、上側ライナ１１８、リング１２３、下側部分１３０、シーリング１１６、基板１２５、基板支持アセンブリ１３２または他の内側チャンバ構成要素のうちの１つまたは複数についての温度を感知することを可能にする方位へ１つまたは複数のセンサ２０１、２０２を移動させるように動作可能である。一例では、センサ２０１は、最適な処理条件を維持することを支援し、ならびに基板１２５上に非対称熱プロファイルを生じ得る潜在的な問題を特定するために、基板１２５の温度を測定する。たとえば、センサ２０１は、基板１２５が基板支持アセンブリ１３２上に適切に配置されていないときを検出し、基板１２５の表面全体にわたるプロセス温度の完全性を確認することができる。連接式センサアセンブリ２００は、センサ２０１を直線的に移動させるおよび／またはセンサ２０１を回転させるように構成され得る。

【0029】

図２Ａは、図１のエピタキシプロセスチャンバ１００において使用するのに好適な連接式センサアセンブリ２００の一実施形態とともに取付板１９０を概略的に示す側面図である。リフレクタ２９２が取付板１９０に取り付けられ、上側リフレクタモジュール１０２の有界領域を包含するように比喩的に示されている。ある例では、取付板１９０はリフレクタであり、リフレクタ２９２は取付板１９０の一部である。同様に、基板支持アセンブリ１３２は、基板支持アセンブリ１３２が、図２Ａに示されているように中実であるか、または図１に示されているように中空であるかのいずれかであり得るとき、中実の本体として示されている。連接式センサアセンブリ２００の動作はエピタキシプロセスチャンバ１００または他の処理チャンバの構成によって制限されない。

【0030】

連接式センサアセンブリ２００は、センサ２０１が取り付けられるステージ２９０を含む。ステージ２９０は直線レール２１０上に配設される。直線レール２１０は、直線レール２１０に取り付けられたステージ２９０の直線運動を保証するためのトラックまたは他の好適な機構であり得る。動きアセンブリ２６０は直線レール２１０に沿ってステージロケーションを制御し得る。動きアセンブリ２６０は、直線レール２１０に沿ってステージ２９０の動きを生じさせるのに好適なリニアモーター、サーボモーター、ステッパモーター、空気圧シリンダー、油圧シリンダー、または他のタイプのアクチュエータであり得る。このようにして、ステージ２９０の動きを直線レール２１０の長さと方向とに厳密に限定することができる。したがって、ステージ２９０中に配設されたセンサ２０１は取付板１９０とシーリング１１６とに対して移動する。直線レール２１０は、ステージ２９０をエピタキシプロセスチャンバ１００の中心２８０からリフレクタ２９２まで移動するのに十分な長さ２８４を有し得る。

【0031】

シーリング１１６の上方の取付板１９０および／またはリフレクタ中に窓２９４が形成される。図４を手短に見ると、図４は、エピタキシプロセスチャンバ１００の取付板１９０中の窓２９４を概略的に示す上面図である。センサ２０１は、センサ２０１が状態２９０とともに移動しながらエピタキシプロセスチャンバ１００内の温度を検出し得るように、窓２９４との整合性を維持しながら、ステージ２９０とともに移動するように構成される。窓２９４は、センサ２０１の感知信号を透過する石英または他の材料から形成され得る。

【0032】

センサ２０１は、エピタキシプロセスチャンバ１００の内部空間中の選択されたロケーションにおける温度を検出するように構成される。センサ２０１は、高温計、カメラ、または温度を測定するための他の好適なデバイスであり得る。一例では、センサ２０１は、約８μｍと約１４μｍとの間の波長において動作するカメラである。一例では、センサ２０１は、２．４μｍなど、窓２９４中の石英材料が透過性である波長、すなわち、約４μｍ未満の波長において動作する高温計である。センサ２０１の波長は、窓２９４の下方のシーリング１１６の温度を測定するために修正または変更され得る。センサ２０１は、センサ２０１が直線レール２１０に沿って移動する際に、取付板１９０に対するセンサ２０１の向きが変わらないように、ステージ２９０に固定され得る。センサ２０１は、窓２９４を通してエピタキシプロセスチャンバ１００に向けられる感知ビーム２５０を放出する。感知ビーム２５０は、エピタキシプロセスチャンバ１００、またはエピタキシプロセスチャンバ１００内に配設された基板１２５のパラメータを測定するために、エピタキシプロセスチャンバ１００の中心２８２から外側限界、すなわちリフレクタ２９２まで移動され得る。

【0033】

図２Ｂは、エピタキシプロセスチャンバ１００中に配設された基板１２５の上面２２５に沿ったセンサ２０１のビュー経路２４０を概略的に示す上面図である。ビュー経路２４０は、基板１２５の上面２２５の上を横断する、センサ２０１によって放出された感知ビーム２５０によって生成される。基板１２５は、基板支持アセンブリ１３２の回転２３２によってある角速度（ω）で回転させられる。基板支持アセンブリ１３２の回転２３２と、直線レール２１０に沿ったセンサ２０１の線速度２１１との組合せは、様々な異なるビュー経路２４０を形成する際に調整され得る。たとえば、センサ２０１は第１の半径２８４に沿って延び、それによって第１のサンプルロケーション２４１上にビーム２５０を投影し得る。回転２３２と線速度２１１との組合せおよびサンプル間隔が結合してビュー経路２４０を形成する。たとえば、ビュー経路２４０の形成において、第１のサンプルロケーション２４１、第２のサンプルロケーション２４２、第３のサンプルロケーション２４３、第４のサンプルロケーション２４４、第５のサンプルロケーション２４５、第６のサンプルロケーション２４６、および第７のサンプルロケーション２４７がすべて組み合わさる。半径方向における等距離が必要とされる場合、回転２３２が実行される間、線速度２１１が０、すなわち動きなしに設定され得ることを諒解されたい。上記で説明した様式で、基板１２５の温度を示す非対称マッピングまたは実際の３Ｄマップを生成することができる。

【0034】

また、基板支持アセンブリ１３２の温度を決定するために、基板１２５が存在しない間、ビーム２５０を基板支持アセンブリ１３２上に集束させることができることを諒解されたい。同様に、下側ドーム１１４または他のチャンバ構成要素の温度を決定する際に、ビーム２５０を基板支持アセンブリを越えて集束させることができる。さらに、基板１２５の外周に沿って半径方向において等距離でサンプリングを行うことによって、基板１２５が基板支持アセンブリ１３２のポケットの外側にあるかどうかを決定することができることが示され得る。たとえば、外側端面に沿った基板１２５の温度プロファイルは、基板支持アセンブリ１３２が、予想される基板１２５の代わりにビーム２５０によって実際にサンプリングされている、低温または高温の弧を示し得る。

【0035】

図３Ａは、図１のエピタキシプロセスチャンバ１００中で利用され得る連接式センサアセンブリ２００の別の実施形態とともに取付板１９０を概略的に示す側面図である。エピタキシプロセスチャンバ１００は、図１および図２Ａに関して上記で説明したものと実質的に同様である。連接式センサアセンブリ２００は、ステージ３００に取り付けられたセンサ２０１を有する。

【0036】

図３Ｂは、センサ２０１に結合されたステージ３００を概略的に示す側面図である。ステージ３００は、固定される、すなわち移動不可能であるか、または回転ブラケット３１０を有し得る。ステージ３００はベース３１２とアップライト支持体３１４とを有する。センサ２０１は、アップライト支持体３１４に固定されるか、または移動可能に取り付けられ得る。たとえば、センサ２０１は、アップライト支持体３１４を通って延びるピボット３７０によってアップライト支持体３１４に取り付けられ得る。ピボット３７０は、ピボット３７０の回転によりセンサ２０１が回転し、それにより、エピタキシプロセスチャンバ１００内の異なるロケーションから温度情報を得ることが可能になるようにセンサ２０１の向きが合わせられるように、センサ２０１に固定式に取り付けられ得る。代替的に、ピボット３７０は、センサ２０１がピボットの３７０の周りをピボット３７０の回転とは無関係に回転させられ得るように、センサ２０１を通って自由に延び得る。たとえば、ピボット３７０は、センサ２０１中の特大の穴を通って嵌合する滑らかなロッドであり得、したがって、センサ２０１は滑らかなロッドとは無関係に移動し得る。

【0037】

センサ２０１は１つまたは複数の回転軸の周りを移動され得る。たとえば、センサ２０１は、取付板１９０に直交する中心線３８０に沿って（矢印３７２によって示されるように）回転し得る。追加または代替として、センサ２０１は、取付板１９０に対して平行に延びるピボット３７０に沿って（矢印３７４によって示されるように）回転し得る。１つまたは複数の動きアセンブリ２６０は、エピタキシプロセスチャンバ１００内の異なる選択されたロケーションにセンサ２０１のビーム３５０を向けるために、矢印３７２および／または矢印３７４によって示されるように、回転を与え得る。

【0038】

一例では、センサ２０１はピボット３７０の周りを回転し、ステージ３００は固定されている。ピボット３７０の周りのセンサ２０１の回転は動きアセンブリ２６０によって制御される。動きアセンブリ２６０は、ピボット３７０とセンサ２０１とを一緒に移動させるか、またはセンサ２０１をピボット３７０の周りで移動させるのに好適な、シリンダー、モーターまたは他のアクチュエータであり得る。ベース３１２は、ビーム３５０がエピタキシプロセスチャンバ１００中に向けられる際にビーム３５０の中断を防ぐ、スロットまたは他の特徴を有し得る。別の例では、ベース３１２は、ビーム３５０を透過する石英材料から形成され得る。したがって、センサ２０１がピボット３７０の周りを回転する際に、ビーム３５０は中心２８０からリフレクタ２９２まで制御可能に案内される。基板支持アセンブリ１３２が基板１２５を回転させる際に、基板１２５全体にわたる温度情報が単一のセンサ２０１を利用して得られ得るように、角度３８６にわたって枢動するビーム３５０が基板１２５に沿って直線的に長さ３８４を横断する。この構成により、図２Ｂにおいて図示し、説明したものと同様のビーム経路が可能になる。

【0039】

別の例では、センサ２０１はピボット３７０の周りに固定され、ステージ３００は回転ブラケット３１０によって回転可能である。図４をこの場合も手短に見ると、図４は、図１のエピタキシプロセスチャンバ１００の取付板１９０中の窓２９５を概略的に示す。窓２９５は、回転ブラケット３１０上のセンサ２０１の回転に一致するように屈曲している。動きアセンブリ２６０は、回転ブラケット３１０の一部であるか、または代替的に、回転ブラケット３１０を回転させるために取付板１９０もしくはステージ３００に取り付けられ得る。回転ブラケット３１０は回転の約１８０°から約３６０°まで移動し得る。基板支持アセンブリ１３２の回転と結合されたセンサ２０１の回転運動により、基板の温度をマッピングするために基板１２５の表面全体を走査する経路にわたってビームの向きが合わせられることになる。両端、すなわち約１８０°および０°におけるセンサ２０１の回転により、とりわけ、エピタキシチャンバ１００の下側部分１３０など、チャンバ構成要素の温度を測定するために、基板１２５からセンサビーム３５０が離れ得る。

【0040】

また別の例では、センサ２０１は、回転ブラケット３１０によって回転させられている間も、ピボット３７０の周りを回転し得る。これらの２つの回転軸により、センサ２０１によって温度が感知され得るロケーションが増加する様式でビーム３５０を案内することが可能になる。したがって、エピタキシチャンバ環境中の処理条件をより綿密に監視し、維持することができる。基板支持アセンブリ１３２の動きとともにビーム３５０の動きを制御することによって、基板１２５と基板支持アセンブリ１３２との上部に沿った温度についての包括的なマッピングを得ることができる。包括的なマッピングにより、エピタキシャルプロセスのより正確な制御が可能になる。

【0041】

また別の例では、センサ２０１は、ピボット３７０の周りを回転し、回転ブラケット３１０によって回転し、直線レール２１０に沿って直線的に移動し得る。そのような構成により、センサ２０１は、上側ライナ１１８、リング１２３、下側部分１３０、シーリング１１６、基板１２５、基板支持アセンブリ１３２または他の内側チャンバ構成要素など、エピタキシチャンバ１００の内部空間中のほぼすべての表面に到達し、それらの表面の温度を検出することが可能になる。

【0042】

図５は、処理チャンバ中の基板の温度をマッピングするための方法５００についての流れ図である。方法５００は、動作５１０において、エピタキシプロセスチャンバ内の基板支持アセンブリ上に基板を配置することによって開始する。エピタキシプロセスチャンバは、内部空間を密閉する上側ドームを有し、上側ドームは基板支持アセンブリの上方に配設される。一例では、エピタキシプロセスチャンバは上記の図に関して説明したようなものである。

【0043】

動作５２０において、処理チャンバの上側ドームの上方に配設された連接式センサを使用して基板の温度が検出される。一例では、センサは高温計である。別の例では、センサはカメラである。

【0044】

動作５３０において、基板の表面にわたる複数の温度読取り値を得るために、センサが上側ドームに対して移動させられる。センサは、リッドに結合された直線レールに沿って直線的に移動し得る。代替または追加として、センサは、センサを支持する回転するおよび／または直線的に移動可能なステージに結合され、ステージはリッドに結合される。前の例の他の代替または追加として、センサは、センサを支持するステージ上で枢動され得る。

【0045】

動作５４０において、複数の温度読取り値を利用して基板の温度マップが生成される。温度マップは、エピタキシ処理チャンバ中に配設された基板のものである。温度マップは、追加または代替として、エピタキシ処理チャンバの健全性を監視するために利用され得るチャンバ構成要素のものであり得る。温度マップはプロセススキュー（ｐｒｏｃｅｓｓ ｓｋｅｗ）を示し得る。温度マップは、さらに、基板が基板支持アセンブリ上に誤配置されているなど、障害状態の指示を与え得る。温度マップは、計算および／または測定された温度ロケーションを含み得る。一例では、プロセッサとメモリとを有するコンピュータは、測定された温度ロケーションを入力として取るソフトウェアルーチンを実行し、温度マップの形成において計算された温度を与えるためにロケーション間を補間し得る。温度マップは、温度マップ上の１つまたは複数のロケーションのための温度の許容範囲と比較され得る。温度マップが、許容範囲外である１つまたは複数のロケーションにおけるサンプリングまたは計算された温度を有するという決定に応答して、メッセージが送られ得る。

【0046】

開示した発明によって構築された３Ｄマップは、さらに、障害シナリオのうちのいくつかが自動的に識別され、ユーザに通知が発行される、教師ありまたは教師なし機械学習アルゴリズムとともに使用することができる。たとえば、基板がサセプタポケット外にある事例のセットをマッピングすることができ、アルゴリズムをトレーニングするためにそのセットを使用することができる。別の例では、ランプ、ドームコーティング、亀裂、またはサセプタコーティング劣化の問題など、意図的に操作された障害によってトレーニングされた人工知能および機械学習アルゴリズムによって、サセプタ、予熱リング、上側または下側ドームなど、チャンバ中の他の部分の異常温度も識別され得る。これらのトレーニングセットの各々は、問題をインテリジェントに特定し、ユーザに即座に通知するか、または問題の重大度に応じて、次の予定された保守中に関連がある検査および／または保守手順について自動的にスケジューリングするために、アルゴリズムを強化するために使用することができる。

【0047】

有利には、上記で説明した例では、センサ２０１は、シーリング１１６に対して移動可能であり、温度スキューなどの処理条件、ならびに基板支持アセンブリ１３２上に適切に位置しない基板１２５など、潜在的なエラー状態を正確に監視することが可能である。したがって、より大きい利益と、基板上の欠陥を低減するための処理条件の理解とを与えながら、単一のセンサが多数のセンサに取って代わることができる。

【0048】

上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の実施形態およびさらなる実施形態が考案され得、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】