知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-03-06
(54)【発明の名称】インシトゥ膜成長のセンサアセンブリ、装置及び方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/205 20060101AFI20240228BHJP
C23C 16/44 20060101ALI20240228BHJP
【ＦＩ】
H01L21/205
C23C16/44 B
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023544360
(86)(22)【出願日】2022-05-16
(85)【翻訳文提出日】2023-09-15
(86)【国際出願番号】 US2022029416
(87)【国際公開番号】W WO2022245716
(87)【国際公開日】2022-11-24
(31)【優先権主張番号】63/190,898
(32)【優先日】2021-05-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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】ツォン， チョーポン
(72)【発明者】
【氏名】ション， タオ
(72)【発明者】
【氏名】ルアン， シンニン
(72)【発明者】
【氏名】シュー， エンレ
(72)【発明者】
【氏名】モラディアン， アラ
【テーマコード（参考）】
4K030
5F045
【Ｆターム（参考）】
4K030EA03
4K030GA02
4K030KA00
5F045AA06
5F045AB01
5F045AB02
5F045AB10
5F045AB14
5F045AB17
5F045AC15
5F045AC16
5F045AD06
5F045AD07
5F045AD08
5F045AD09
5F045AD10
5F045AD11
5F045AD12
5F045AD13
5F045AD14
5F045AD15
5F045BB08
5F045DP04
5F045DP28
5F045EB03
5F045EC01
5F045EC03
5F045EE14
5F045EE20
5F045EJ06
5F045EK12
5F045EK14
5F045EM09
5F045EN04
5F045GB04
5F045GB09
(57)【要約】
本明細書に開示される実施形態は、概して、処理チャンバにおける膜成長のインシトゥモニタリングに関する。幾つかの実施例では、処理チャンバ用センサアセンブリは、炭化ケイ素を含み、その中に光路を有するセンサ管と、結晶性炭化ケイ素を含み、センサ管の遠位端に結合された近位側を有するセンサ窓とを含む。センサ窓は光路を覆い、近位側の反対を向いたセンサ窓の遠位側は光路の中心軸に対して垂直である。
【選択図】図１Ｂ
【選択図】図１Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
処理チャンバ用センサアセンブリであって、炭化ケイ素を含み、その中に光路を有するセンサ管と、
結晶性炭化ケイ素を含み、前記センサ管の遠位端に結合された近位側を有するセンサ窓であって、前記光路を覆い、前記近位側の反対を向いた前記センサ窓の遠位側は前記光路の中心軸に対して垂直である、センサ窓と
を備えるセンサアセンブリ。
【請求項2】
前記センサ管は、焼結炭化ケイ素を含む、請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項3】
前記センサ窓の結晶性炭化ケイ素は、６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ結晶構造のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項4】
前記センサ管の近位端の周囲に配置されたスリーブを更に備える、請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項5】
前記スリーブは、炭化ケイ素、黒色石英、不透明石英のうちの少なくとも１つを含む、請求項４に記載のセンサアセンブリ。
【請求項6】
前記スリーブは、前記スリーブの壁に形成された通風口を含む、請求項４に記載のセンサアセンブリ。
【請求項7】
前記センサ管と前記スリーブは、光路の中心軸に平行な方向に相対的に移動可能である、請求項４に記載のセンサアセンブリ。
【請求項8】
前記センサ管と前記スリーブの重なり合う部分の間に配置された半径方向の間隙を更に備える、請求項７に記載のセンサアセンブリ。
【請求項9】
前記センサ窓は継ぎ手により前記センサ管に結合され、前記継ぎ手は充填材を有する、請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項10】
前記充填材は炭化ケイ素を含む、請求項９に記載のセンサアセンブリ。
【請求項11】
処理チャンバであって、チャンバ本体であって、
処理領域を画定する上部窓、下部窓、及び側壁
を含む、チャンバ本体と、
前記側壁を貫通して形成されたプロセスガス入口と、
前記処理領域に配置され、基板受容上面を有するサセプタと、
前記サセプタを支持する回転可能なシャフトと、
センサアセンブリであって、
炭化ケイ素を含み、その中に光路を有するセンサ管と、
結晶性炭化ケイ素を含み、前記センサ管の遠位端に結合された近位側を有するセンサ窓であって、前記光路を覆い、前記センサ窓の遠位側は前記処理領域に露出している、センサ窓と
を含むセンサアセンブリと
を備える処理チャンバ。
【請求項12】
前記センサ管の近位端の周囲に配置されたスリーブを更に備え、前記スリーブの近位端は前記下部窓の内部に結合される、請求項１１に記載の処理チャンバ。
【請求項13】
前記センサ管は、前記サセプタを取り囲む予熱リングの本体を貫通して配置され、前記センサ窓の遠位側は、前記予熱リングの平面に平行である、請求項１１に記載の処理チャンバ。
【請求項14】
前記センサ管は、前記サセプタを取り囲む予熱リングの本体を貫通して配置され、前記センサ窓の遠位側は、前記予熱リングの平面に対して垂直である、請求項１１に記載の処理チャンバ。
【請求項15】
前記下部窓の外部に配置され、前記センサ管の光路に光学的に結合された光ファイバケーブルを更に備える、請求項１１に記載の処理チャンバ。
【請求項16】
前記側壁に結合され、プロセスガス源と前記プロセスガス入口との間に流体連結されたＴコネクタと、前記Ｔコネクタの直線経路を通して配置され、前記センサ管の光路に光学的に結合された光ファイバケーブルと
を更に備える、請求項１１に記載の処理チャンバ。
【請求項17】
前記センサ管は、前記サセプタの本体を貫通して配置され、前記センサ窓の遠位側は、前記サセプタの平面に平行であり、
前記光路は、前記回転可能なシャフトを少なくとも部分的に通って延在する
請求項１１に記載の処理チャンバ。
【請求項18】
コンピュータ可読媒体であって、システムのプロセッサによって実行されると、前記システムに、処理チャンバ内に配置された基板及び結晶センサ窓に同時に膜を堆積させることと、
センサ管を通して少なくとも部分的に前記結晶センサ窓を加熱するために、前記結晶センサ窓に結合された前記センサ管で赤外線を吸収することと、
光学分光計を使用して、前記センサ窓によって反射された光又は前記センサ窓を通して伝送された光の強度を測定することと、
測定された光強度に基づいて、前記結晶センサ窓に堆積された前記膜の厚さ及び成長速度のうちの少なくとも一方を決定することと
を実行させる命令を記憶したコンピュータ可読媒体。
【請求項19】
前記センサ管を通して少なくとも部分的に前記結晶センサ窓を加熱することは、前記センサ管から前記結晶センサ窓へ熱を伝導することを含み、前記光の強度を測定することは、約５００ｎｍから約７００ｎｍの選択された波長範囲外の波長を有する光の一部をフィルタリング除去することを含む、請求項１８に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項20】
前記結晶センサ窓が、前記処理チャンバ内に配置され且つその上に基板を支持するように構成されたサセプタ上に位置決めされると、前記命令は更に、前記システムに、前記膜の堆積中に前記サセプタを回転させることと、
前記結晶センサ窓に堆積された膜の厚さ又は成長速度の対応する決定に基づいて、前記基板に堆積された前記膜の厚さ及び成長速度のうちの少なくとも一方の３６０°マップを作成することと
を実行させ、前記決定は、前記サセプタの異なる回転度における光強度の測定に基づく、
請求項１８に記載のコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［０００１］本開示の実施形態は、概して、処理チャンバにおける膜成長のインシトゥモニタリングに関する。より詳細には、本明細書に開示される実施形態は、エピタキシャル膜厚成長をモニタリングするためのエピタキシャルチャンバ用センサアセンブリ及びその使用方法に関する。
【背景技術】
【0002】
［０００２］半導体基板は、集積デバイス及びマイクロデバイスの製造を含む幅広い種類の用途のために処理される。基板処理の１つの方法は、処理チャンバにおいて基板の上面に誘電体材料又は導電性金属等の材料を堆積させることを含む。例えば、エピタキシは、通常シリコン又はゲルマニウムの薄い超高純度層を基板表面に成長させる堆積プロセスである。横流型チャンバにおいて、支持体上に位置決めされた基板の表面に平行にプロセスガスを流し、プロセスガスを熱分解してプロセスガスから基板表面上に材料を堆積させることにより、材料を堆積させることができる。
【0003】
［０００３］処理された基板の膜厚測定は、処理工程に関連して使用され得る。膜厚測定は、処理された基板が処理されるプロセスチャンバの外部で、処理工程が実施された後に（例えば、オフラインで）行われることがある。オフライン測定では、仕様を満たさない基板が使用されない可能性があり、仕様を満たす測定値を得るために数回の処理を繰り返す必要があり得るため、非効率でスループットが低下する可能性がある。
【0004】
［０００４］更に、プロセスチャンバの処理機器が測定機器と干渉する可能性があり、それによって測定精度が妨げられるため、プロセスチャンバ内及び処理工程中に膜厚測定を実施することは困難である。例えば、赤外線ランプの放射及びランプから放出される熱が、測定機器に干渉する可能性がある。
【0005】
［０００５］したがって、処理チャンバにおける膜厚のインシトゥ測定のための改良された装置及び方法が必要である。
【発明の概要】
【0006】
［０００６］本開示の実装態様は、概して、処理チャンバにおける膜成長のインシトゥモニタリングに関する。より詳細には、本明細書で開示される実施形態は、エピタキシャルチャンバ用センサアセンブリ及びその使用方法、ならびに関連装置に関する。
【0007】
［０００７］一実装態様では、処理チャンバ用センサアセンブリは、炭化ケイ素を含み、その中に光路を有するセンサ管と、結晶性炭化ケイ素を含み、センサ管の遠位端に結合された近位側を有するセンサ窓とを含む。センサ窓は光路を覆い、近位側の反対を向いたセンサ窓の遠位側は光路の中心軸に対して垂直である。
【0008】
［０００８］一実装態様では、処理チャンバは、処理領域を画定する上部窓、下部窓、及び側壁を有するチャンバ本体を含む。処理チャンバは、側壁を貫通して形成されたプロセスガス入口と、処理領域に配置され、基板受容上面を有するサセプタと、サセプタを取り囲む予熱リングとを含む。処理チャンバは、サセプタを支持する回転可能なシャフトと、センサアセンブリとを含む。センサアセンブリは、炭化ケイ素を含み、その中に光路を有するセンサ管と、結晶性炭化ケイ素を含み、センサ管の遠位端に結合された近位側を有するセンサ窓とを含む。センサ窓は光路を覆い、センサ窓の遠位側は処理領域に露出している。
【0009】
［０００９］一実装態様では、コンピュータ可読媒体が提供され、コンピュータ可読媒体は、システムのプロセッサによって実行されると、システムに、処理チャンバ内に配置された基板及び結晶センサ窓に同時に膜を堆積させることと、センサ管を通して少なくとも部分的に結晶センサ窓を加熱するために、結晶センサ窓に結合されたセンサ管で赤外線を吸収することと、光学分光計を使用して、センサ窓によって反射された光又はセンサ窓を通して伝送された光の強度を測定することと、測定された光強度に基づいて、結晶センサ窓に堆積された膜の厚さ及び成長速度のうちの少なくとも一方を決定することとを実行させる命令を記憶している。
【図面の簡単な説明】
【0010】
［００１０］上述した本開示の特徴を詳細に理解できるように、一部が添付の図面に例示されている実施形態を参照しながら、上記に要約した本開示をより具体的に説明する。しかし、添付の図面は典型的な実施形態を単に示すものであり、したがって、実施形態の範囲を限定するものと見なすべきではなく、他の等しく有効な実施形態も許容しうることに留意されたい。
【0011】
【図1A】一実装態様に係る処理チャンバの概略断面側面図である。
【図2A】一実装態様に係る例示的なセンサアセンブリを示す処理チャンバの概略断面側面図である。
【図3】一実装態様に係る例示的なセンサアセンブリを示す処理チャンバの概略断面側面図である。
【図4】一実装態様に係る基板の処理方法を示す概略図である。
【0012】
［００１８］理解を容易にするために、可能な限り、図面に共通の同一要素を示すのに同一の参照番号を使用している。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる詳述なしに他の実施形態に有益に組み込まれ得ると考えられる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
［００１９］本開示の実施形態は、概して、処理チャンバにおける膜成長のインシトゥモニタリングに関する。一例として、本明細書に開示される実施形態は、処理チャンバ（例えば、エピタキシャルチャンバ）における膜成長のインシトゥモニタリング及び膜厚測定のための装置及び方法を提供する。
【0014】
［００２０］本明細書に開示される実施形態は、処理チャンバに位置決めされた基板で同時に発生するエピタキシャル膜成長をシミュレートする、その上のエピタキシャル膜成長を受容するように処理チャンバに位置決めされたセンサ窓を提供する。
【0015】
［００２１］本明細書で開示される実施形態は、基板の膜堆積特性をシミュレートするために、処理チャンバで処理されている基板と同様の温度を有するように構築及び配置されたセンサ窓を提供する。
【0016】
［００２２］本明細書に開示される実施形態は、反射モード、伝送モードのいずれか、又は反射モードと伝送モードの両方において裏側スペクトル波長測定を可能にする組成を有するセンサ窓を提供する。
【0017】
［００２３］本明細書で開示される実施形態は、エピタキシャルチャンバの強い光背景放射及び結果として生じる低い信号対雑音比特性に関係なく、スペクトル反射率測定を可能にするセンサアセンブリを提供する。ノイズは、例えば、エピタキシャルチャンバでの赤外線ランプ放射に起因するノイズを含み得る。本明細書に記載のセンサアセンブリの実施形態は、浮遊赤外線から密閉された反射率計光路をその中に有するセンサ管を提供する。本明細書に記載のセンサアセンブリの実施形態は、赤外線ランプ放射を吸収し、その後、センサ窓の温度を上昇させるために、センサ管からそれに結合されたセンサ窓に熱エネルギーを伝導し、それによって、センサ窓の温度を処理されている基板の温度に向けて有利に上昇させるセンサ管を提供する。本明細書に記載のセンサアセンブリの実施形態は、プロセスガス流から分離された光路を提供する。
【0018】
［００２４］本明細書に開示される実施形態は、赤外線ランプ放射から生じる伝送モード波長測定値を区別することができる変調光源を提供する。本明細書に開示される実施形態は、センサ窓温度検出に使用可能な帯域端伝送特性を内蔵したセンサ窓を提供する。本明細書で開示される実施形態は、センサ窓の感度を改善するためにインシトゥコンディショニング（プレローディング）を可能にするセンサ窓を提供する。
【0019】
［００２５］図１Ａは、一実装態様に係る処理チャンバ１００の概略断面側面図である。処理チャンバ１００は、基板１０１の上面への材料の堆積を含む、１又は複数の基板１０１を処理するために使用され得る。例えば、処理チャンバ１００は、基板１０１の上面に材料をエピタキシャル成長させるために、基板１０１上でエピタキシャル堆積プロセスを実行するために使用され得る。一実施例では、処理チャンバ１００は、３００ｍｍの基板を処理するように構成され得る。
【0020】
［００２６］処理チャンバ１００は、概して、チャンバ本体１０２、支援システム１０４、及びコントローラ１０６を含む。支援システム１０４は、膜堆積等の処理チャンバ１００を使用して実行される１又は複数のプロセスをモニタリング及び／又は実行するための構成要素を含み得る。プログラマブルコンピュータ等のコントローラ１０６は、支援システム１０４に結合され、処理チャンバ１００及び支援システム１０４を制御するように適合される。コントローラ１０６は、メモリ１１１（例えば、不揮発性メモリ）及び支援回路１１３と共に動作可能なプログラマブル中央処理ユニット（ＣＰＵ）１０７を含む。支援回路１１３は、ＣＰＵ１０７に結合され、処理チャンバ１００の様々な構成要素に結合されたキャッシュ、クロック回路、入出力回路及びサブシステム、電源等、及びそれらの組み合わせを含む。
【0021】
［００２７］１又は複数の実施形態では、ＣＰＵ１０７は、様々なモニタリングシステム構成要素及びサブプロセッサを制御するための、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等の、産業環境で使用される汎用コンピュータプロセッサの任意の形態の１つである。ＣＰＵ１０７に結合されたメモリ１１１は、非一過性であり、典型的には、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）、及び同期ダイナミックＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ（例えば、ＤＤＲ１、ＤＤＲ２、ＤＤＲ３、ＤＤＲ３Ｌ、ＬＰＤＤＲ３、ＤＤＲ４、ＬＰＤＤＲ４等））、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスクドライブ、ハードディスク、フラッシュドライブ、又はローカルもしくはリモートの任意の他の形態のデジタルストレージ等の容易に入手可能なメモリのうちの１又は複数である。
【0022】
［００２８］本書において、メモリ１１１は、命令（例えば、不揮発性メモリ）を含むコンピュータ可読記憶媒体の形態であり、ＣＰＵ１０７によって実行されると、処理チャンバ１００の動作を促進する。メモリ１１１内の命令は、本開示の方法を実施するプログラム（例えば、ミドルウェアアプリケーション、機器ソフトウェアアプリケーション等）等のプログラム製品の形態である。プログラムコードは、多数の異なるプログラミング言語のいずれか１つに準拠し得る。一実施例では、本開示は、コンピュータシステムで使用するためにコンピュータ可読記憶媒体に記憶されたプログラム製品として実装され得る。プログラム製品のプログラム（複数可）は、実施形態（本明細書に記載の方法４００等の方法を含む）の機能及び工程を定義する。
【0023】
［００２９］例示的なコンピュータ可読記憶媒体には、（ｉ）情報が恒久的に記憶される書込不能記憶媒体（例えば、ＣＤ－ＲＯＭドライブによって読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭディスク、フラッシュメモリ、ＲＯＭチップ、又は任意のタイプの固体不揮発性半導体メモリ等のコンピュータ内の読出し専用メモリデバイス）、及び（ｉｉ）変更可能な情報が記憶される書込可能記憶媒体（例えば、ディスケットドライブ又はハードディスクドライブ内のフロッピーディスク、又は任意のタイプの固体ランダムアクセス半導体メモリ）が含まれるが、これらに限定されない。このようなコンピュータ可読記憶媒体は、本明細書に記載の方法の機能及び工程を指示するコンピュータ可読命令を担持する場合、本開示の実施形態である。
【0024】
［００３０］チャンバ本体１０２は、処理領域を画定する上部窓１０８、例えば上部ドーム、側壁１０９、及び下部窓１１０、例えば下部ドームを有する。基板１０１を支持するために使用されるサセプタ１１２が処理領域に配置される。サセプタ１１２は、炭化ケイ素又は炭化ケイ素でコーティングされたグラファイトから形成され得る。サセプタ１１２は基板受容上面１１４を有する。サセプタ１１２は、シャフト１２０から延在するそれぞれの支持アーム１１８に結合された支持ポスト１１６によって回転支持される。動作中、サセプタ１１２上に配置された基板１０１は、リフトピン１２４を介して基板リフトアーム１２２によってサセプタ１１２に対して持ち上げられ得る。
【0025】
［００３１］処理チャンバ１００の内部容積は、サセプタ１１２の平面の上方の上部チャンバ容積１３４（例えば、プロセスガス領域）と、サセプタ１１２の平面の下方の下部チャンバ容積１３６（例えば、パージガス領域）とに分割される。
【0026】
［００３２］処理チャンバ１００は、他の構成要素の中でも、サセプタ１１２（例えば、その裏側１１５）及び予熱リング１３２を加熱するための放射熱ランプ１２６のアレイを含む。サセプタ１１２と予熱リング１３２の加熱は、基板１０１上へのプロセスガスの熱分解に寄与し、基板１０１上に１又は複数の層を形成する。放射熱ランプ１２６は、図１Ａに示すように、上部窓１０８の上方、下部窓１１０の下方、又はその両方に配置され得る。上部窓１０８及び下部窓１１０は、石英等の光学的に透明な材料で形成され、それを通る熱放射の透過を容易にし得る。
【0027】
［００３３］放射熱ランプ１２６は、基板１０１の上面への材料の堆積を促進するために、基板１０１の様々な領域における温度を独立して制御するように、サセプタ１１２の周囲に任意の所望の方法で配置することができる。ここでは詳述しないが、基板１０１上に堆積される堆積材料は、他の材料の中でも、シリコン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、及び／又は窒化アルミニウムガリウムのうちの１又は複数を含み得る。各放射熱ランプ１２６の熱エネルギー出力は、コントローラ１０６を用いて正確に制御することができる。放射熱ランプ１２６は、処理チャンバ１００の内部を約２００℃から約１２００℃の範囲内の温度に加熱するように構成され得る。
【0028】
［００３４］基板１０１から放射される赤外光を基板１０１上にまた反射させるために、上部窓１０８の上方にリフレクタをオプションで配置することができる。リフレクタは、アルミニウム又はステンレス鋼等の金属から作製されていてよい。反射の効率は、金等の高反射コーティングをリフレクタの範囲に施すことによって向上させることができる。リフレクタは、リフレクタを冷却するためにリフレクタに水等の冷却流体を供給するための冷却源に結合され得る。
【0029】
［００３５］上部ライナ１２８は、上部窓１０８の下方に配置され、側壁１０９又は上部窓１０８の周辺部分等のチャンバ構成要素上への不要な堆積を低減させる又は防止するように構成される。上部ライナ１２８は下部ライナ１３０に隣接して位置決めされる。下部ライナ１３０は側壁１０９の内周に適合するように構成される。下部ライナ１３０は上部窓１０８と下部窓１１０との間に配置される。下部ライナ１３０は半径方向外向きに下部チャンバ容積１３６を取り囲む。上部ライナ１２８と下部ライナ１３０は石英で形成されていてよい。
【0030】
［００３６］予熱リング１３２は、下部ライナ１３０に結合され、そこから半径方向内向きに延在する。予熱リング１３２は、下部ライナ１３０の半径方向内向きに延在する部分に支持される。予熱リング１３２は、サセプタ１１２が図１Ａに示す処理位置にある時に、サセプタ１１２の周辺部の周囲に配置されるように構成される。１又は複数の実施例では、予熱リング１３２は炭化ケイ素、炭化ケイ素でコーティングされたグラファイト、及び／又は黒色石英から形成される。動作中の予熱リング１３２の温度は、約１００℃から約１１００℃の範囲内であってよい。加熱された予熱リング１３２は、上部チャンバ容積１３４を流れるプロセスガスの活性化に役立つ。予熱リング１３２は、プロセスガスが基板１０１の上面を流れる前にプロセスガスを活性化することができる。
【0031】
［００３７］プロセスガス源１３８から供給されるプロセスガスは、側壁１０９を貫通して形成されたプロセスガス入口１４０を通って上部チャンバ容積１３４内に導入される。プロセスガス入口１４０は、上部ライナ１２８と下部ライナ１３０との間に少なくとも部分的に延在する。プロセスガス入口１４０は、プロセスガス流１７０で示すように、プロセスガスを概ね半径方向内向きに方向づけするように構成される。膜形成中、サセプタ１１２は、プロセスガス入口１４０の末端に隣接し、それとほぼ同じ高さ（例えば、同一平面上）にある処理位置（図１Ａに示す）に位置していてよく、これにより、プロセスガスは、基板１０１の上面を少なくとも部分的に横切って画定されるチャネルに沿って、概ね平面的な層流状態で流れる。１つのプロセスガス入口１４０のみを示したが、プロセスガス入口１４０は、異なる組成、濃度、分圧、密度、及び／又は速度を有する２つ以上の個別のプロセスガス流を供給するための２つ以上の入口を含んでいてよい。
【0032】
［００３８］プロセスガスは、プロセスガス入口１４０の反対側の処理チャンバ１０２の側壁１０９を貫通して形成されたプロセスガス出口１４２等の排気ポートを通って上部チャンバ容積１３４から出ていく。プロセスガス出口１４２を通るプロセスガスの排気は、プロセスガス出口１４２の下流側に流体的に結合された真空ポンプ１４４等の真空源によって促進される。
【0033】
［００３９］パージガスは、１又は複数のパージガス源１４８ａ及び／又は１４８ｂから下部チャンバ容積１３６に供給される。パージガス源１４８ａ及び１４８ｂは、図示のように、同じ源であってよい、又は異なる源であってよい。パージガスは、アルゴン又は窒素等の不活性ガスであってよい。下部チャンバ容積１３６内のパージガスの流れは、上部チャンバ容積１３４から下部チャンバ容積１３６へのプロセスガスの流れ（例えば、対流及び拡散）を防止する又は低減させるのに役立つ。パージガスの流れは、側壁１０９又はその周囲に形成された側部入口１５０及び／又は下部窓１１０に形成された底部入口１５１の一方又は両方を通して下部チャンバ容積１３６に入る。側部入口１５０は、プロセスガス入口１４０より下の高さに配置される。分配チャネル１５２は、下部ライナ１３０と側壁１０９との間に半径方向に形成され、側壁１０９と下部窓１１０との間に垂直方向に形成される。分配チャネル１５２は、側部入口１５０からパージガスを受け入れるために、側部入口１５０に流体的に結合される。分配チャネル１５２は、下部ライナ１３０の周囲３６０°に延在して、下部チャンバ容積１３６の周囲にパージガスを均等に分配しやすくすることができる。分配チャネル１５２は、第２のチャネル１５４を介して下部チャンバ容積１３６に流体的に結合される。図示の第２のチャネル１５４は、下部ライナ１３０と下部窓１１０との間に形成されている。あるいは、第２のチャネル１５４は下部ライナ１３０の本体を貫通して形成され得る。第２のチャネル１５４は、単一の環状チャネルとして形成されていてよい、又は複数の円弧状セグメントを含んで形成されていてよい。第２のチャネル１５４は、プロセスガス入口１４０より下の高さに配置される。図示の第２のチャネル１５４は、分配チャネル１５２より下の高さにも配置されている。あるいは、第２のチャネル１５４は、分配チャネル１５２の高さ又はそれより上に配置され得る。第２のチャネル１５４は、パージガス流１７２によって示すように、パージガスを概ね半径方向内向きに下部チャンバ容積１３６内に方向づけするように構成される。
【0034】
［００４０］上部チャンバ容積１３４は、サセプタ１１２の平面（例えば、その基板受容面１１４の上方又はその上に配置された基板１０１の上方）及び予熱リング１３２の上方に垂直方向に画定され、上部窓１０８の下方に垂直方向に画定され、側壁１０９の半径方向内向きに画定される。下部チャンバ容積１３６は、サセプタ１１２の平面の下方（例えば、その裏側１１５の下方）に垂直方向に画定され、下部窓１１０の上方に垂直方向に画定され、下部ライナ１３０の半径方向内向きに画定される。
【0035】
［００４１］基板ローディング位置では、サセプタ１１２は予熱リング１３２に対して下降し、サセプタ１１２と予熱リング１３２とが半径方向に重なる部分の間に垂直な間隙を提供する。基板１０１は、チャンバ本体１０２内にロードされ、間隙を通って及び下部ライナ１３０の対応する開口部を通ってチャンバ本体１０２からアンロードされるように構成される。処理位置（図１Ａに示す）では、サセプタ１１２は、サセプタ１１２と予熱リング１３２とがプロセスガス入口１４０の末端と第２のチャネル１５４の末端との間の高さに配置されるように上昇する。
【0036】
［００４２］底部入口１５１は、シャフト１２０と下部窓１１０との間に配置される。底部入口１５１は、下部チャンバ容積１３６に直接流体的に結合される。底部入口１５１は、第２のチャネル１５４より下の高さに配置される。底部入口１５１は、パージガス流１７４で示すように、パージガスを概ね上向きにかつ半径方向外向きに下部チャンバ容積１３６内に方向づけするように構成される。底部入口１５１からのパージガス流１７４は、パージガス流１７２のみと比較して、下部チャンバ容積１３６の底部部分へのパージガスの流れを増加させるように構成され得る。
【0037】
［００４３］下部チャンバ容積１３６内のパージガスは、サセプタ１１２と予熱リング１３２とが半径方向に重なる部分の間の上部チャンバ容積１３４に流れる。パージガスは、プロセスガスと同じ排気ポート（例えば、プロセスガス出口１４２）を通って上部チャンバ容積１３４から出ていく。１又は複数の実施例では、パージガス出口は側壁１０９を貫通して形成され得る。パージガス出口は、プロセスガス入口１４０の反対側、又はプロセスガス入口１４０に対して側壁１０９に沿った任意の半径方向位置に位置していてよい。このような実施例では、下部チャンバ容積１３６から直接パージガス出口にパージガスを排気するために、通風口が下部ライナ１３０を貫通して半径方向に形成されていてよい。このような実施例では、通風口とパージガス出口を通るパージガスの排気を促進するために、真空ポンプ１４４がパージガス出口の下流側に流体的に結合され得る。このような実施例では、上部チャンバ容積１３４でのパージガスとプロセスガスとの混合が低減する又は防止される。
【0038】
［００４４］処理チャンバでの膜成長をインシトゥでモニタリングするための例示的なセンサアセンブリ１６０を図１Ａに示す。図１Ａにおいて、予熱リング１３２は、予熱リング１３２の本体を通って長手方向に、予熱リング１３２の平面に対して垂直に延在する取付け開孔１３３を含む。図１Ａに示す実装態様では、取付け開孔１３３は、予熱リング１３２のガス入口側に位置し（例えば、プロセスガス入口１４０にアライメントされた周方向位置を有する）、これにより、プロセスガスは基板１０１上を流れる前にセンサアセンブリ１６０を流れる。取付け開孔１３３及びセンサアセンブリ１６０には、他の位置も考えられる。取付け開孔１３３は、それを貫通するセンサアセンブリ１６０の一部を受容する。１又は複数の実施例では、取付け開孔１３３は、アセンブリ１６０を予熱リング１３２に結合させるために使用される。取付け開孔１３３を１つだけ示したが、予熱リングは複数の取付け開孔（例えば、２つ、３つ、４つ、５つ又はそれ以上の取付け開孔）を含み得る。１又は複数の取付け開孔が、予熱リング１３２の（例えば、プロセスガス出口１４２にアライメントされた）ガス出口側、又は予熱リング１３２の中間（例えば、プロセスガス入口１４０とプロセスガス出口１４２との中間）に向かって等、予熱リング１３２の任意の周方向位置に位置していてよい。
【0039】
［００４５］センサアセンブリ１６０は、概して、センサ管１６１と、センサ管１６１に結合されたセンサ窓１６２と、センサ管１６１の一部の周囲に配置され、センサ管１６１に対して（例えば、長手方向に）移動可能なスリーブ１６３とを含む。センサ窓１６２はクーポンであってよい。センサ管１６１はその中に光路１６４を有し、センサ窓１６２は光路１６４を覆っている。センサ管１６１、センサ窓１６２、及びスリーブ１６３は、処理チャンバ１００の内部容積内に配置され、したがって、本明細書では内部サブアセンブリと称され得る。センサ管１６１は、取付け開孔１３３を通して配置される。センサ管１６１、センサ窓１６２、及びスリーブ１６３を含む内部サブアセンブリを１つだけ示したが、センサアセンブリ１６０は更に、１又は複数の取付け開孔に対応する周方向位置に位置する、各々がセンサ管、センサ窓、及びスリーブを含む１又は複数の追加の内部サブアセンブリを含み得る。
【0040】
［００４６］図１Ａでは、センサ窓１６２は予熱リング１３２と直接接触している。予熱リング１３２の温度は、センサ窓１６２の温度よりも約２５℃から約１００℃低くてよい。したがって、予熱リング１３２とセンサ窓１６２との直接接触は、センサ窓１６２から予熱リング１３２への熱エネルギー損失に寄与する可能性があり、センサ窓１６２の温度を予熱リング１３２の温度に向かって望ましくないほど低下させる可能性がある。１又は複数の実施例では、センサ窓１６２から予熱リング１３２への（例えば伝導による）熱エネルギー損失を減らすために、センサ窓１６２と予熱リング１３２との間に断熱材を配置することができ、これによりセンサ窓１６２を予熱リング１３２よりも高い温度に有利に維持することができる。センサ窓１６２（例えば、上部窓１０８の方を向いたその遠位側）は、処理チャンバ１００の処理ガス領域（例えば、上部チャンバ容積１３４）に露出している。図１Ａにおいて、センサ窓１６２の遠位側は、予熱リング１３２の平面１３９に平行である。１又は複数の実施例では、センサ窓１６２の遠位側は、予熱リング１３２の平面１３９に対して鋭角又は鈍角に配置され得る。
【0041】
［００４７］他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、センサ管１６１は、炭化ケイ素（例えば、ＳｉＣ）から形成され得る。他の実施例と組み合わせることができる一実施例では、センサ管１６１は、焼結炭化ケイ素から形成され得る。１又は複数の実施例では、センサ管１６１の炭化ケイ素は微細粒ＳｉＣ結晶構造を有する。センサ管１６１は、処理チャンバ１００の内部容積内からの光干渉から光路１６４を密封するために、センサ管１６１の壁を通過する光（例えば、赤外線ランプ放射）を遮断することができる任意の適切な材料から形成され得る。センサ管１６１は、放射熱ランプ１２６からの（例えば、下部窓１１０の下方からの）赤外線放射を吸収し、続いてセンサ管１６１からそれに結合されたセンサ窓１６２に熱エネルギーを伝導してセンサ窓１６２の温度を上昇させ、それによってセンサ窓１６２の温度をサセプタ１１２及び／又はその上に配置された基板１０１の温度に向かって有利に上昇させることができる任意の適切な熱伝導性材料から形成され得る。１又は複数の実施例では、センサ窓１６２とサセプタ１１２、及び／又はその上に配置された基板１０１は、約±５０℃以内でほぼ同じ温度であってよい。他の実施例と組み合わせることができる一実施例では、基板１０１に材料をエピタキシャル成長させる処理工程の間、センサ窓１６２の温度は、サセプタ１１２、及び／又はその上に配置された基板１０１の温度とほぼ同じであってよい。
【0042】
［００４８］１又は複数の実施例では、センサ窓１６２の厚さは、そこを通る光の減衰を有利に低減させるために約４００μｍ以下であってよい。１又は複数の実施例では、センサ窓１６２は結晶構造を有していてよい。有利には、結晶構造のセンサ窓１６２は、対応するアモルファス材料と比較して、光の伝送及び熱伝導性を高める。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、センサ窓１６２は、炭化ケイ素（例えば、ＳｉＣ）から形成される。センサ窓１６２には他の材料も考えられる。有利なことに、炭化ケイ素のセンサ窓１６２は、シリコンベースの膜に対してスペクトル送信信号を提供できないシリコンから形成されたセンサ窓とは対照的に、その上に堆積されたあらゆるシリコンベースのドープされた膜又はドープされていない膜に対してスペクトル送信信号を提供する。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、センサ窓１６２は結晶性炭化ケイ素である。センサ窓１６２の結晶構造は、６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ、又はそれらの組み合わせである。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、スリーブ１６３は、炭化ケイ素（例えば、ＳｉＣ）、石英（例えば、黒色石英又は不透明石英）、又はそれらの組み合わせから形成される。
【0043】
［００４９］センサアセンブリ１６０は、配管１６６内に配置される複数の光ファイバケーブル１６５（１６５ａ～ｂ）を含む、又はこれに結合される。配管１６６は、光ファイバケーブル１６５を高温から遮蔽するための材料から形成され得る、又は材料でコーティングされ得る。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、配管１６６は金メッキを含む。光ファイバケーブル１６５は、光路１６４と光モジュール１６７との間のいずれかの方向に光を伝送するように動作可能である。光ファイバケーブル１６５は、処理チャンバ１００の内部容積（上部チャンバ容積１３４及び下部チャンバ容積１３６を含む）の外部に配置され、したがって、本明細書では外部サブアセンブリと称され得る。１又は複数の実施例では、光ファイバケーブル１６５は、下部窓１１０の外部に配置され、下部窓１１０を通してセンサ管１６１の光路１６４に光学的に結合される。
【0044】
［００５０］１又は複数の実施例では、少なくとも光ファイバケーブル１６５を含む外部サブアセンブリは、サセプタ１１２の半径方向中心にアライメントされた軸の周りを回転可能であってよい。処理チャンバ１００が異なる位置に複数の内部サブアセンブリを含む場合、外部サブアセンブリは、各異なる内部サブアセンブリにアライメントされるように選択的に回転され得る。例えば、外部サブアセンブリは、光ファイバケーブル１６５が各対応するセンサ管１６１の光路１６４にアライメントされるように回転させることができる。このような実施例では、外部サブアセンブリを回転させて異なる内部サブアセンブリの各々に回転アライメントさせることにより、各対応するセンサ窓上に堆積した膜の膜厚及び／又は成長速度をモニタリングすることができ、これは基板１０１上の異なる位置に堆積した膜の膜厚及び／又は成長速度を示す。
【0045】
［００５１］センサアセンブリ１６０は更に、光モジュール１６７を含む、又は光モジュール１６７に結合される。図１Ａでは、光モジュール１６７は、処理チャンバ１００の外部に配置される（例えば、それに結合される）。１又は複数の実施例では、光モジュール１６７は、処理チャンバ１００内に配置され、及び／又はその中に統合される。光モジュール１６７は、光源１６８及び光センサ１６９を含む。光モジュール１６７は、コントローラ１０６に結合される。１又は複数の実施例では、光モジュール１６７は、センサアセンブリ１６０を動作させるための入力命令をコントローラ１０６から受け取る。１又は複数の実施例では、光モジュール１６７は、下流の処理、分析、保存、フィードバック制御、及び／又はそれらの組み合わせのために、出力データをコントローラ１０６に伝達する。
【0046】
［００５２］光源ケーブル１６５ａは、光路１６４を通してセンサ窓１６２の方へ方向づけされる光を生成するために、光源１６８に光学的に結合される。戻りケーブル１６５ｂは、戻り光（例えば、センサ窓１６２から反射し又はセンサ窓１６２を通って伝送され、光路１６４を通ってセンサ窓１６２から遠ざかるように方向づけされる光）を感知するために、光センサ１６９に光学的に結合される。１又は複数の実施例では、光源ケーブル１６５ａ及び戻りケーブル１６５ｂは各々、１又は複数の光ファイバケーブルを含む。
【0047】
［００５３］１又は複数の実施例では、光源１６８は、約３００ｎｍから約７００ｎｍの範囲内の波長の光を生成する。１又は複数の実施例では、光源１６８は、可視光、紫外光、赤外光、広帯域光、及び／又はそれらの組み合わせを生成するように構成される。他の実施例と組み合わせることができる一実施例では、光源１６８は、約５００ｎｍから約７００ｎｍの範囲内の波長で可視光を生成する。
【0048】
［００５４］光センサ１６９は、光路１６４から受け入れた戻り光の光強度を測定するように構成される。１又は複数の実施例では、光センサ１６９は、波長分解強度を測定するように構成された光学分光計（分光器等）を含む。光センサ１６９は、回折格子、光学レンズ、リニアアレイフォトダイオード検出器、及び／又はそれらの組み合わせを含み得る。
【0049】
［００５５］図１Ｂは、一実装態様に係る、センサアセンブリ１６０を示す図１Ａの一部の拡大概略断面図である。図１Ｂに示すように、充填材１７１が、センサ管１６１とセンサ窓１６２との間の継ぎ手に加えられる。１又は複数の実施例では、充填材１７１は、炭化ケイ素（例えば、ＳｉＣ）、又はセンサ管１６１及びセンサ窓１６２の対向する面をフュージングさせるための任意の他の適切な材料を含む。充填材１７１は、センサ窓１６２をセンサ管１６１にフュージングさせるための形成工程（化学気相堆積（ＣＶＤ）工程等）を用いて、取付け開孔１３３内のセンサ管１６１とセンサ窓１６２との間に形成される。１又は複数の実施形態では、充填材１７１は、プロセス温度でＣＶＤ工程を使用して形成され、プロセス温度は摂氏１０００度を上回る。
【0050】
［００５６］センサ管１６１は、近位端１６１ａと遠位端１６１ｂとを有する。光路１６４の中心軸１６４ｃは、センサ管１６１の近位端１６１ａと遠位端１６１ｂとの間に延在する。図示の実装態様では、センサ管１６１は直線状である。センサ管１６１は、角度がついていてよい、又は湾曲していてよい。センサ窓１６２の近位側１６２ａは、センサ管１６１の遠位端１６１ｂに結合されている。センサ窓１６２は、光路１６４を完全に覆うことを含めてセンサ管１６１の遠位端１６１ｂを取り囲み、それによって光路１６４をプロセスガス流１７０から分離する。光路１６４を分離する１つの利点は、光路１６４でパージガスを使用しなくても、センサ窓１６２の近位側１６２ａが清浄に保たれることである。
【0051】
［００５７］センサ窓１６２の遠位側１６２ｂは、近位側１６２ａの反対側に向いている。遠位側１６２ｂは、光路１６４の中心軸１６４ｃに対して垂直である。遠位側１６２ｂは、上述のように、サセプタ１１２及び予熱リング１３２の平面の垂直上方（例えば、その基板受入れ面１１４の上方又はその上に配置された基板１０１の上方）に画定されたプロセスガス領域（すなわち、上部チャンバ容積１３４）に露出する。１又は複数の実施例では、センサ窓１６２の遠位側１６２ｂ上に堆積された膜１７６及び基板１０１上に堆積された膜は各々、シリコン（Ｓｉ）、シリコン－ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、リン化ケイ素（ＳｉＰ）、ヒ化ケイ素（ＳｉＡｓ）、ボロンがドープされたシリコン－ゲルマニウム（ＳｉＧｅＢ）、１又は複数の他のＩＩＩ族、ＩＶ族、又はＶ族元素、又はそれらの組み合わせを含み得る。
【0052】
［００５８］センサ窓１６２上に堆積された膜１７６は、基板１０１上に堆積された膜をシミュレートする。
【0053】
［００５９］図１Ｂに示すように、スリーブ１６３が、センサ管１６１の近位部分の周囲（例えば、その近位端１６１ａの周囲）に配置される。センサ管１６１とスリーブ１６３は、光路１６４の中心軸１６４ｃに平行な方向に相対的に移動可能である。１又は複数の実施例では、センサ管１６１は、スリーブ１６３に対するセンサ管１６１のそれぞれの加熱中及び冷却中の熱膨張及び熱収縮に対応するために、スリーブ１６３に対して長手方向内向き及び外向き（例えば、上方及び下方）に移動可能である。スリーブ１６３の近位端１６３ａは、スリーブ１６３を下部窓１１０と密封するために、下部窓１１０の方に向いている。１又は複数の実施例では、スリーブ１６３と下部窓１１０との間の密封は光の通過を実質的に防止する。１又は複数の実施例では、スリーブ１６３は近位端１６３ａで下部窓１１０の内部に結合される。スリーブ１６３は、センサ管１６１の温度に対して下部窓１１０の温度を下げることを容易にする熱バリアとして働く。
【0054】
［００６０］スリーブ１６３は、スリーブ１６３の内外の圧力を均等化するために、その壁を貫通して形成された通風口１７３を有する。図示した実装態様では、通風口１７３は、処理チャンバ１００の半径方向に対してスリーブ１６３の外側部分に位置する（例えば、放射熱ランプ１２６の反対を向いている）。この位置は、通風口１７３を通過する赤外線放射を有利に低減させる及び／又は最小限に抑える。半径方向の間隙１７５は、スリーブ１６３とセンサ管１６１の重なり合う部分の間（すなわち、スリーブ１６３の内面１６３ｉとセンサ管１６１の外面１６１ｏの間）に形成される。１又は複数の実施例では、間隙１７５は光が通過するのを実質的に防止する大きさである。１又は複数の実施例では、半径方向で測定した間隙１７５は約０．００５インチ以下であってよい。
【0055】
［００６１］基板処理中、光源１６８からの光源光１７８が、光路１６４を通ってセンサ窓１６２の近位側１６２ａの方へ方向づけされる。光源光１７８の少なくとも一部は、反射光としてセンサ窓１６２の遠位側１６２ｂに堆積された膜１７６に反射する。また、基板処理中、上部チャンバ容積１３４内の入射光１７７は、透過光として膜１７６を通り、センサ窓１６２を通って光路１６４内に順次伝送される。反射光と透過光は共に、戻り光１７９として、光路１６４を通って戻りケーブル１６５ｂの方へ方向づけされる。戻り光１７９は光センサ１６９によって測定される。
【0056】
［００６２］測定された戻り光１７９の光強度は、センサ窓１６２上に堆積された膜１７６の膜厚及び／又は成長速度を決定するために使用される。例えば、光強度が低いほどセンサ窓１６２上の膜厚が大きいことを示していてよく、光強度が高いほどセンサ窓１６２上の膜厚が小さいことを示していてよい、又はその逆である。
【0057】
［００６３］センサ窓１６２上に堆積された膜１７６の厚さは、戻り光１７９の光強度に影響を与え、光強度の変化はセンサ窓１６２上に堆積された膜１７６の厚さの変化を示し得る。１又は複数の実施例では、選択された波長範囲内でのみ測定された光強度を示す値を得るために、戻り光１７９の測定スペクトルがフィルタリングされ得る。１又は複数の実施例では、選択された波長範囲から外れる戻り光１７９の一部を遮断するために、光学フィルタを使用し得る。１又は複数の実施例では、選択された波長範囲は、背景の赤外線ランプ放射の影響を低減させるために赤外光を除外することができる。１又は複数の実施例では、選択された波長範囲は、光源１６８によって生成された波長範囲（例えば、約５００ｎｍから約７００ｎｍの範囲内の波長の可視光）と一致し得る。幾つかの実施例では、選択された波長範囲は、上部チャンバ容積１３４内の入射光１７７（例えば、その非赤外部分）に特徴的な波長範囲と一致し得る。
【0058】
［００６４］処理チャンバ１００においてインシトゥで、及び基板処理中にリアルタイムで膜成長速度をモニタリングするために、センサアセンブリ１６０が使用され得る。他の実施例と組み合わせることができる一実施例では、戻り光１７９の光強度は、基板処理中、連続的にモニタリングされる。本明細書に開示されるセンサアセンブリの実施形態は、赤外線ランプ放射による干渉を低減させ、光センサ１６９の信号対雑音比を高めて、より正確な膜成長測定を可能にする。
【0059】
［００６５］図１Ｃは、一実装態様に係るセンサアセンブリ１６０の配置を示す図１Ａの処理チャンバ１００の概略断面側面図である。図１Ｃでは、センサ管１６１と同様のセンサ管１８０が、処理チャンバ１００の上部チャンバ容積１３４内に配置されている。センサ管１８０は、処理チャンバ１００の内部容積内からの光干渉からその中の光路を密封するために、センサ管１８０の壁を通過する光（例えば、赤外線ランプ放射）を遮断することができる材料から形成され得る。１又は複数の実施例では、センサ管１８０は、その外部に反射コーティングを有する。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、センサ管１８０は、炭化ケイ素（例えば、ＳｉＣ）から形成される。他の実施例と組み合わせることができる一実施例では、センサ管１８０は焼結炭化ケイ素である。１又は複数の実施例では、センサ管１８０は、アモルファス又はポリシリコン構造を有していてよい。センサ管１８０は上部窓１０８に結合される。１又は複数の実施例では、センサ管１８０は上部窓１０８に直接フュージングされ得る。センサ管１８０は、センサ窓１６２の上方に位置し、光路１６４の中心軸１６４ｃ上にアライメントされる（図１Ｂに示す）。
【0060】
［００６６］図１Ｃでは、戻りケーブル１６５ｂ及び光センサ１６９は、光源１６８及び光源ケーブル１６５ａから離れて位置する。戻りケーブル１６５ｂは、上述した配管１６６と同様の配管１８１内に配置される。他の実施例と組み合わせることができる一実施例では、光センサ１６９は、伝送モードでのみ光強度測定を行うように配置される。戻りケーブル１６５ｂは、センサ管１６１を通り、センサ窓１６２を通り、センサ窓１６２上に配置された膜を通り、センサ管１８０を通って伝送された光を受け入れるために、光路１６４にアライメントされる。１又は複数の実施例では、光源１６８は、単一波長又は波長範囲を生成することができるレーザ又はランプ光源である。光センサ１６９で測定された光強度は、上述のように、センサ窓１６２上に堆積された膜の膜厚及び／又は成長速度を決定するために使用される。
【0061】
［００６７］図２Ａは、一実装態様に係る例示的なセンサアセンブリ２６０を示す処理チャンバ２００の概略断面図である。図２Ｂは、一実装態様に係るセンサアセンブリ２６０を例示する図２Ａの一部の拡大概略断面図である。図２Ａ～図２Ｂは、明瞭にするために本明細書において一緒に説明する。センサアセンブリ２６０の特徴は、特に断らない限り、図１Ａ～図１Ｂのセンサアセンブリ１６０の対応する特徴と同じであってよい。したがって、同一の特徴に対する構造及び対応するラベルは、図１Ａ～図１Ｂから保持される。
【0062】
［００６８］図２Ａ～図２Ｂにおいて、予熱リング２３２は、予熱リング２３２の平面２３９に平行な長手方向に延在する取付け開孔２３３ａを含む。センサアセンブリ２６０は、概して、センサ管２６１と、センサ管２６１に結合されたセンサ窓２６２とを含む。センサ管２６１は、その中に光路２６４を有し、センサ窓２６２は、光路２６４を覆う。センサ管２６１とセンサ窓２６２は、予熱リング２３２の本体を貫通して形成された取付け開孔２３３ａと、ライナ２３０の本体を貫通して形成された対応する開孔２３３ｂを通して配置される。幾つかの実施例では、センサ管２６１が図２Ａ～図２Ｂに示す配向で予熱リング２３２の内部に収まるように、センサ管２６１は約４ｍｍ以下の外径を有していてよい。
【0063】
［００６９］図２Ａ～図２Ｂでは、センサ窓２６２は、その内側半径方向エッジ２３２ｉに対して予熱リング２３２の内側に引っ込んでいる。１又は複数の実施例では、センサ窓２６２は、内側半径方向エッジ２３２ｉと同一平面上にある、又は内側半径方向エッジ２３２ｉの外部に配置される。１又は複数の実施例では、センサ窓２６２と予熱リング２３２との間に熱絶縁体が配置され得る。１又は複数の実施例では、センサ管２６１及びセンサ窓２６２は、予熱リング２３２及びライナ２３０から離れた処理チャンバ２００の別の構成要素（例えば、側壁１０９、上部ライナ１２８、又は任意の他の適切な構成要素）に結合され得る。
【0064】
［００７０］センサ窓２６２（例えば、処理チャンバ２００の中心の方を向いたその遠位側２６２ｂ）は、その上に基板１０１上への膜堆積をシミュレートする膜堆積を受けるように、処理チャンバ２００のプロセスガス領域（例えば、上部チャンバ容積１３４）に露出している。処理中の１又は複数の実装態様（例えば、図１Ａに示す）では、サセプタ及び予熱リングは、ほぼ同じ高さに配置され得る（例えば、同一平面上の最上面を有する）。しかし、図２Ａ～図２Ｂでは、センサ窓２６２と予熱リング２３２との半径方向の重なりによるセンサ窓２６２上への膜堆積の低減又は阻止を防止するために、サセプタ１１２は予熱リング２３２に対して高さが低くなっている。１又は複数の実施例では、サセプタ１１２の最上面は、予熱リング２３２の最上面に対して約１ｍｍ以上、例えば約１ｍｍから約５ｍｍ、例えば約２ｍｍの距離だけ低くてよい。図２Ａ～図２Ｂでは、センサ窓２６２の遠位側２６２ｂは、予熱リング２３２の平面２３９に対して垂直である。予熱リング２３２の平面に平行に方向づけられるのに比べて、はるかに多くの赤外線ランプ放射が垂直方向に方向づけされる。したがって、センサ窓２６２を予熱リング２３２の平面２３９に垂直に配向すると、処理チャンバ２００の内部容積から光路２６４内に伝送される赤外線放射の量が減少する。したがって、センサ管２６１及びセンサ窓２６２の材料及びアーキテクチャに起因する赤外線ランプ放射の遮断は、図２Ａ～図２Ｂに示すセンサアセンブリ２６０の配向によって更に改善される。１又は複数の実施例では、センサ窓２６２の遠位側２６２ｂは、予熱リング２３２の平面２３９に対して垂直から鋭角又は鈍角に配置され得る。
【0065】
［００７１］センサアセンブリ２６０は、配管２６６内部に配置された複数の光ファイバケーブル２６５（２６５ａ～ｂ）を含む、又はこれに結合される。光ファイバケーブル２６５は、光路２６４と、光源２６８及び光センサ２６９を含む光モジュール２６７との間のいずれかの方向に光を伝送するように動作可能である。光ファイバケーブル２６５は、少なくとも部分的にプロセスガス入口１４０を通って配置され、プロセスガス入口１４０にアライメントされたセンサ管２６１の光路２６４に光学的に結合される。Ｔコネクタ２８０は、側壁１０９に結合され、プロセスガス源１３８とプロセスガス入口１４０との間に流体結合される。光ファイバケーブル２６５は、Ｔコネクタ２８０の直線経路を通して配置される。光ファイバケーブル２６５の周囲の配管２６６をＴコネクタ２８０のプロセスガス流１７０に暴露することで、光ファイバケーブル２６５を有利に冷却することができる。
【0066】
［００７２］光ファイバケーブル２６５を光モジュール２６７からＴコネクタ２８０に通すために、光ファイバフィードスルー２８１がＴコネクタ２８０に結合される。光ファイバフィードスルー２８１は、光ファイバケーブル２６５の周囲に真空シールを提供し、ガスが処理チャンバ内に漏れるのを防止する（例えば、減圧での基板処理中）。
【0067】
［００７３］図３は、一実装態様に係る例示的なセンサアセンブリ３６０を示す処理チャンバ３００の概略断面側面図である。センサアセンブリ３６０の特徴は、特に断らない限り、図１Ａ～図１Ｂのセンサアセンブリ１６０の対応する特徴と同じであり得る。したがって、同一の特徴の構造及び対応するラベルは、図１Ａから保持される。図３では、センサアセンブリ３６０は、以下に説明するように、予熱リング１３２の代わりにサセプタ３１２に結合されている。
【0068】
［００７４］図３では、サセプタ３１２は、サセプタ３１２の平面３３９に対して垂直な長手方向に延在する取付け開孔３３３を含む。センサアセンブリ３６０は、概して、センサ管３６１と、センサ管３６１に結合されたセンサ窓３６２と、センサ管３６１の一部の周囲に配置され、センサ管３６１に対して（例えば、長手方向に）移動可能なスリーブ３６３とを含む。センサ管３６１はその中に光路３６４を有し、センサ窓３６２は光路３６４を覆っている。センサ管３６１、センサ窓３６２、及びスリーブ３６３は、処理チャンバ３００の内部容積内に配置される。センサ管３６１はサセプタ３１２の本体を貫通して配置される。センサ窓３６２はサセプタ３１２と直接接触している。センサ窓３６２とサセプタ３１２の直接接触は、その間の伝導性熱伝達を通してセンサ窓３６２の温度とサセプタ３１２の温度を等しくするのに有利である。センサアセンブリ３６０をサセプタに結合するもう一つの利点は、サセプタ３１２の低速回転により、基板１０１の周囲３６０°の全範囲にわたって膜堆積をマッピングできることである。
【0069】
［００７５］センサ窓３６２（例えば、上部窓１０８の方を向いたその遠位側３６２ｂ）は、その上に基板１０１上の膜堆積をシミュレートする膜堆積を受けるように、処理チャンバ３００のプロセスガス領域（例えば、上部チャンバ容積１３４）に露出している。センサ窓３６２がサセプタ３１２（基板１０１により近い位置にあり、また基板１０１の温度により近い温度を有する）上に位置決めされることにより、センサ窓３６２上の膜堆積は、センサ窓が上述のように予熱リング上に配置されたセンサアセンブリの実施形態と比較して、基板１０１上の膜堆積をより正確にシミュレートする。図３において、センサ窓３６２の遠位側３６２ｂは、サセプタ３１２の平面３３９に平行である。１又は複数の実施例では、センサ窓３６２の遠位側３６２ｂは、サセプタ３１２の平面３３９に対して鋭角又は鈍角に配置される。
【0070】
［００７６］センサアセンブリ３６０は、配管３６６内部に配置された複数の光ファイバケーブル３６５（３６５ａ～ｂ）を含む、又はこれに結合される。光ファイバケーブル３６５は、光路３６４と、光源３６８及び光センサ３６９を含む光モジュール３６７との間のいずれかの方向に光を伝送するように動作可能である。図３では、中間光路３８２が支持アーム１１８の本体及びシャフト１２０の本体に形成されている。したがって、光ファイバケーブル３６５は、少なくとも部分的に中間光路３８２を通してセンサ管３６１の光路３６４に光学的に結合されている。シャフト１２０が光ファイバケーブル３６５に対して回転可能であるため、光ファイバケーブル３６５を中間光路３８２に結合するために、回転可能な結合部３８４がシャフト１２０の近位端に配置される。図３に示す実施例では、回転可能な結合部３８４は光結合部である。１又は複数の実施例では、中間光路３８２の代わりに、光ファイバケーブル３６５が支持アーム１１８及びシャフト１２０を通って延在し、センサ管３６１の光路３６４に直接光学的に結合する。１又は複数の実施例では、回転可能な結合部は、回転可能な光ファイバフィードスルーアセンブリであってよい。
【0071】
［００７７］図４は、一実装態様に係る基板の処理方法４００を示す概略図である。１又は複数の実施例では、方法４００は、本明細書に開示される例示的な処理チャンバ及び／又はセンサアセンブリのうちの１つを使用して実施され得る。１又は複数の実施例では、方法４００は、システムのプロセッサ（例えば、ＣＰＵ１０７）によって実行されると、システムに方法４００を実施させる、コンピュータ可読媒体（例えば、メモリ１１１）上に記憶された命令の形態であってよい。
【0072】
［００７８］工程４０２において、処理チャンバ内に配置された基板及び結晶センサ窓に同時に膜が堆積される。工程４０４において、センサ管を通して少なくとも部分的に結晶センサ窓を加熱するために、結晶センサ窓に結合されたセンサ管で赤外線放射が吸収される。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、センサ管を通して少なくとも部分的に結晶センサ窓を加熱することは、センサ管から結晶センサ窓に熱を伝導することを含む。
【0073】
［００７９］工程４０６において、光学分光計を用いて、センサ窓によって反射された又はセンサ窓を通して伝送された光の強度が測定される。
【0074】
［００８０］工程４０８において、測定された光強度に基づいて、結晶センサ窓に堆積された膜の厚さ及び成長速度の少なくとも一方が決定される。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、厚さ及び／又は成長速度の決定は、１又は複数の時間間隔にわたって光（伝送された光及び／又は反射された光を含み得る）の複数の光強度値を測定することを含む。複数の光強度値は、１又は複数の時間間隔にわたる成長速度を決定するために、電磁波反射のフレネルの方程式に基づく参照データ又は物理モデルと相関される。成長速度及び／又は厚さ（厚さの変化等）は、１又は複数の時間間隔にわたる光強度の変化に対応し得る。１又は複数の実施例では、膜厚は、特定の時間間隔における成長速度を用いて決定することができる。
【0075】
［００８１］他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、結晶センサ窓は、処理チャンバ内に配置され且つその上に基板を支持するように構成されたサセプタ上に位置決めされる（例えば、図３に示す処理チャンバ３００）。そのような実施形態では、本方法は更に、膜堆積中にサセプタを回転させることと、結晶センサ窓に堆積された膜の厚さ及び／又は成長速度の対応する決定に基づいて、基板に堆積された膜の厚さ及び／又は成長速度の少なくとも一方の３６０°マップを作成することとを含み得る。このような実施形態では、決定は、サセプタの異なる回転度における光強度測定に基づいていてよい。
【0076】
［００８２］他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、基板に堆積された膜の厚さ及び／又は成長速度の少なくとも一方のマップが、複数の結晶センサ窓に堆積された膜の厚さ及び／又は成長速度の対応する決定に基づいて作成される。結晶センサ窓は、基板の周りで周方向に互いに間隔をあけて配置された複数のセンサアセンブリに支持される。センサアセンブリは、基板の周りで周方向に互いに間隔をあけて配置された複数の取付け開孔を使用して、予熱リングに取り付けることができる。
【0077】
［００８３］本開示は、方法４００の工程４０２～４０８を繰り返すことができることを企図する。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、工程４０２～４０８は、基板が処理チャンバの内部容積から取り出され、第２の基板が内部容積内に移送された後に、第２の基板に対して繰り返される。本開示は、同じセンサ窓を有する同じセンサアセンブリを第２の基板の処理に使用することができる、又はセンサ窓を第２の基板の処理のための第２のセンサ窓と交換することができることを企図する。
【0078】
［００８４］本開示の利点には、インシトゥ及びリアルタイムの膜厚測定工程、正確な膜成長モニタリング、信号対比の増加、測定による光の干渉の低減、測定解像度の向上、効率及びスループットの向上、機械のダウンタイムの低減、及びコストの削減が含まれる。
【0079】
［００８５］本明細書に開示される１又は複数の態様が組み合わされ得ることが企図される。一例として、処理チャンバ１００、センサアセンブリ１６０、処理チャンバ２００、センサアセンブリ２６０、処理チャンバ３００、及び／又は方法４００の１又は複数の態様、特徴、構成要素、及び／又は特性を組み合わせることができる。更に、本明細書に開示される１又は複数の態様は、前述の利点の一部又は全部を含み得ることが企図される。
【0080】
［００８６］処理チャンバの内部容積における膜成長を測定することは、基板を加熱するための上部ドーム及び下部ドーム並びに／又はランプからの照射光の使用に起因する不正確さを伴うと考えられてきたため、本開示は予想外の結果を達成する。本開示は、基板が処理され、プロセスチャンバから取り出された後に基板上の膜測定を行う工程と比較して、前述の利点を達成する。
【0081】
［００８７］上記は本開示の実施形態を対象としたものであるが、本開示の他の及び更なる実施形態を、その基本的範囲から逸脱することなく考案することが可能である。本開示はまた、本明細書に記載の実施形態の１又は複数の態様を、記載の他の態様の１又は複数の代わりとすることができることを企図する。本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【国際調査報告】