(57)【要約】  膜形成プロセス中に反応チャンバの表面の少なくとも一部の温度を調整して膜特性をコントロールするための方法、システムおよび装置が開示されている。該チャンバ表面の２つ以上の部分が温度変調されてもよい。【選択図】  図１
2009507997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に膜を形成するための方法であって、
膜形成プロセスを実行するために複数の壁によって囲まれている反応チャンバに基板を置くステップと、
前記膜形成プロセス中に少なくとも第１の壁の温度を不定値で変調するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
前記第１の壁が、前記膜形成プロセス中に第２の壁の温度より高い温度でアクティブに保たれる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の壁を加熱する第１のランプと前記第２の壁を加熱する第２のランプの照射バイアスが、前記第２の壁に対して前記第１の壁の温度を上昇させるようにコントロールされる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記温度が第２の値より高い第１の値に変調され、前記第１の値が、前記膜形成プロセスの膜形成ステップ中に前記第２の値の前に生じる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
冷却剤が、コントロールされた可変レートで前記複数の壁のうちの少なくとも１つに隣接して流される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記冷却剤が変速ブロワを使用して流される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
基板上に膜を形成するための方法であって、
第１の温度パラメータを選択するステップであって、前記第１の温度パラメータが処理期間中不定値であるステップと、
前記基板を処理チャンバのチャンバ壁内に配置するステップと、
前記処理期間中に前記基板上に前記膜を形成するステップと、
前記チャンバ壁の第１の部分の温度が第１の温度パラメータに実質的に準拠するように、前記処理期間中に前記チャンバ壁の前記第１の部分の前記温度をコントロールするステップと、
を備える方法。
【請求項８】
前記第１の温度パラメータが、形成される前記膜の所望の特性に従って選択される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の温度パラメータが、前記処理期間内の１つのステップにわたって不定値である、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記ステップが膜形成ステップである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の温度パラメータが、前記膜形成ステップ中のファセット化を最小化するように適合されている関数を定義する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記膜形成ステップ中のファセット化を最小化するように適合されている前記関数が第１の温度で開始して、前記膜形成ステップにわたって、前記第１の温度未満の第２の温度に変更する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の温度パラメータが、前記膜形成ステップ中の堆積レートを増大させるように適合されている関数を定義する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記膜形成ステップ中の前記堆積レートを増大させるように適合されている前記関数が第１の温度で開始して、前記膜形成ステップにわたって、前記第１の温度より高い第２の温度に変更する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記チャンバ壁の前記第１の部分が前記基板の上面より上方にある、請求項７に記載の方法。
【請求項１６】
第２の温度パラメータを選択するステップであって、前記第２の温度パラメータが前記処理期間にわたって不定値であるステップと、
前記チャンバ壁の第２の部分の温度が前記処理期間中に前記第２の温度パラメータに実質的に準拠するように、前記チャンバ壁の前記第２の部分の前記温度をコントロールするステップと、
をさらに備える、請求項７に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の温度パラメータが、形成される前記膜の所望の特性に従って選択される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記チャンバ壁の前記第１の部分が前記基板の上面より上方にあり、前記チャンバ壁の前記第２の部分が前記基板の底面より下方にある、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の温度パラメータが、前記処理期間内の１つのステップにわたって不定値である、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記ステップが膜形成ステップである、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記チャンバ壁の前記第２の部分が前記基板に隣接している、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
膜が形成される基板を受容するように適合されているチャンバ壁と、
前記チャンバ壁の第１の部分を冷却するための第１の冷却システムと、
前記第１の冷却システムの冷却電力をコントロールするための第１の調節器と、
前記第１の調節器をコントロールするためのコントロール論理部であって、処理期間にわたる前記チャンバ壁の前記第１の部分の所望の温度軌道を定義する第１の温度パラメータを保持するメモリと、前記第１の温度パラメータを入力するためのユーザー入力／出力システムと、前記第１の調節器をコントロールするための第１の出力と、前記第１の温度パラメータに従って前記処理期間にわたって前記第１の出力に第１の信号を送るための処理回路とを備えるコントロール論理部と、
を備える膜形成システム。
【請求項２３】
前記第１の温度パラメータが複数のセットポイントを備えており、各セットポイントが前記処理期間内のそれぞれの時間を備える、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
各セットポイントがさらにそれぞれの温度を備える、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
各セットポイントがさらにそれぞれの冷却電力レベルを備える、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２６】
前記チャンバ壁の第２の部分を冷却するための第２の冷却システムと、
前記第２の冷却システムの前記冷却電力をコントロールするための第２の調節器とをさらに備えており、
前記コントロール論理部がさらに前記第２の調節器をコントロールするための第２の出力を備えており、前記処理回路が、前記メモリに記憶されている第２の温度パラメータに従って前記処理期間中に第２の信号を前記第２の出力に送ることができる、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２７】
前記チャンバ壁の前記第１の部分を加熱可能な第１のランプと、前記チャンバ壁の第２の部分を加熱可能な第２のランプと、をさらに備えており、前記コントロール論理部が、前記第２の壁上の前記第１の壁を選択的に加熱するために、前記第１のランプと前記第２のランプの照射バイアスをコントロール可能である、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２８】
前記第１のランプおよび前記第２のランプが前記基板を総合的に加熱する、請求項２７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、基板上の膜の形成に関する。これらの膜は、ドープおよび無ドープ形態の両方においてＳｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣおよびＳｉＧｅＣを含むがこれらに制限されず、高度の電子コンポーネントの製造に使用される。
【従来技術】
【０００２】
このような膜は、形態およびドーピング濃度などの種々の特性を示しており、これらはある許容範囲内でコントロールされなければならない。過去数十年にわたるエレクトロニクスに提示されている進歩は、回路パターン密度を増大させる半導体製造工場の能力の直接的結果である。これらのパターン密度が増大すると、回路を作るのに必要とされる薄膜の許容範囲もますます厳格になる。従って、薄膜形成の注意深いコントロールおよびこのような膜に関して得られる特性は、エレクトロニクスの進歩の継続にとって必須である。これらの上記膜は通常、米国特許第６，０８３，３２３号に示されかつ説明されている種類の装置で作られる。
【０００３】
基板は通常、膜が形成可能な上面と底面とを有している。膜を成長させるために、基板は反応チャンバに置かれる。基板の上面は、反応チャンバの上部表面に面しており、同様に基板の底面は反応チャンバの底部表面に面している。膜形成プロセス中、基板はプロセスパラメータに従って加熱される。
【０００４】
上記のように、成長速度、形態、ファセット化（ｆａｃｅｔｉｎｇ）、ドーピング分布などを含むがこれらに制限されない膜特徴のコントロール改良を提供するための方法および装置を提供することが望ましいであろう。高レベルのプロセス反復性を提供する方法およびシステムを提供することもまた望ましい。
【発明の開示】
【０００５】
本発明の態様は、基板上に薄膜を形成するための方法、装置およびシステムを提供する。膜形成プロセス中、該基板はプロセスパラメータに従って加熱される。また、該形成プロセス中、反応チャンバの表面の少なくとも一部の温度が変調されて、この表面の該温度は所定のようにプロセス時間と共に変化する。該反応チャンバ表面のこの温度変調部分は上部表面、底部表面、隣接する表面、またはチャンバ表面全体であってもよい。一実施形態では、該反応チャンバの複数の表面の温度は個々に変調される。一実施形態では、該上部表面は第１の温度パラメータに従って変調され、該底部表面は第２の温度パラメータに従って変調される。
【０００６】
一実施形態では、膜を形成するためのシステムまたは装置は、該反応チャンバ表面の少なくとも一部の該温度を調節するために該膜形成期間中にコントロール可能な冷却システムを含んでいる。一実施形態では、該冷却システムは、該冷却システムによって採用される冷却電力のレベルを設定して、該膜形成プロセス中に該反応チャンバ表面の該温度変調部分を調整するために１つ以上のセットポイントを利用する。別の実施形態では、該冷却システムは、該冷却システムによって採用される電力を調整するために温度フィードバックループを採用して、該冷却された表面の該温度は、該膜形成処理期間の所定の時間依存軌道に従う。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明の複数の例示的実施形態について説明する前に、本発明は以下の説明に示されている構成やプロセスステップの詳細に制限されない点が理解されるべきである。本発明は他の実施形態も可能であり、また種々の方法で実践または実施可能である。
【０００８】
６５ｎｍおよび４５ｎｍの技術ノードにおけるトランジスタ用途などの高度エレクトロニクスの製造を改良するためのチャンバ壁の温度調節における新規の装置および技術が開示されている。成長速度およびファセット化低減の改良が観察されており、またこれらの観察に基づいて、歩留まり、膜品質およびプロセス反復性の改良が取得されると期待される。改良は、プロセス温度が８５０℃未満であるか、膜がパターン化ウェーハ上に形成されるか、（１％の範囲の）高ドーパント濃度膜が形成される低温膜形成プロセスにおいて特に期待される。これらの改良は他の重要な膜パラメータおよび形態に影響を与えることなく達成可能であり、またこれらは、成長動力学をコントロールするための更なるコントロールパラメータを提供する、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．，のＥｐｉ  Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）３００ｍｍＣＶＤシステムなどの、膜の成長や堆積に適合されたデバイスで実践可能である。
【０００９】
以下の開示のために、膜形成プロセスは、処理チャンバへの基板の挿入と処理チャンバからの基板の抽出との間の、処理期間と称される期間全体におよぶ。単一プロセスが１つ以上のステップを内蔵していることがあり、例えば、１つのプロセスが事前クリーニング／表面調整ステップと、膜堆積ステップと、冷却ステップと、を含むことがある。本発明は例えば、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ（炭素ドープシリコン）、（ドープまたは無ドープ形態の）ＳｉＧｅＣ、窒化シリコン、および（III-VまたはII-IV族材料を含むことがある）他の化合物半導体膜などのエピタキシャルかつ多結晶またはアモルファス膜の堆積プロセスに適用されてもよく、また他のプロセスに幅広く適用されてもよい。
【００１０】
図１は、第１の実施形態の化学膜形成システム１００で使用される熱反応チャンバ１０３の断面図を示している。チャンバ１０３は、ＣＶＤを含むがこれに制限されない適切な堆積プロセスなどの反応膜形成プロセスが遂行されるチャンバ１０３の内部容積を画成するチャンバ壁１０２を有している。ハウジング１１８がチャンバ壁１０２を包み、サポートしている。基板サポート構造１０４が、ＣＶＤ処理中にチャンバ１０３内に基板１０６をサポートするために使用される。基板１０６は、膜が堆積または成長される上面を有しており、この上面は通常基板サポート構造１０４の外に面しているが、これは要件ではない。ゆえに、基板１０６の底面は通常基板サポート構造１０４に面して、これに接触している。
【００１１】
処理中、ガスがエントリポート１１０を介してチャンバ１０３に入り、排出ポート１１２を介して除去される。処理中も、熱が赤外線放射バルブ１１４によって提供される。赤外線放射バルブ１１４は、ハウジング１１８に接続されているサポートアセンブリ１１６上に、チャンバ壁１０２に近接して搭載されている。チャンバ１０３のチャンバ壁１０２は透明であり、通常は石英からなり、また基板１０６を加熱するために、放射バルブ１１４からの赤外線放射が反応チャンバ１０３に自由に入れるようにする。チャンバ壁１０２は、基板１０６の上面に面している上部表面１０５と、基板１０６の底面および基板サポート構造１０４に面している底部表面１０７とを有している。
【００１２】
熱反応器およびこの動作に関するより完全な説明が、「Ｉｎ−Ｓｉｔｕ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｏｆ  Ａ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ  Ｏｎ  Ａ  Ｗａｆｅｒ」と題された、同一出願人による米国特許第５，２５８，８２４号と、「Ｄｏｕｂｌｅ−ｄｏｍｅ  Ｒｅａｃｔｏｒ  ｆｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」と題された米国特許第５，１０８，７９２号とに開示されており、これらの各々の内容全体は参照して本明細書に組み入れられる。処理中、チャンバ壁１０２は、実質的に透明であるが、依然として加熱される。チャンバ壁１０２を冷却するための冷却剤流が入口導管１２０を介してブロワ１４０からハウジング１１８に供給され、チャンバ壁１０２を越えて向けられ、出口導管１２２を介して排出される。より具体的には、冷却剤流は導管１２０を介して上部入口ポート１２４および下部入口ポート１２６を通ってハウジング１１８に供給される。冷却剤流は上部排出ポート１２８および下部排出ポート１３０を通ってハウジング１１８を出る。上部入口ポート１２４を通って入る冷却剤はチャンバ壁１０２の上部表面１０５を通過して、上部排出ポート１２８を通って出る。同様に、下部入口ポート１２６を通って入る冷却剤はチャンバ壁１０２の底部表面１０７を通過して、下部排出ポート１３０を通って出る。ハウジング１１８は、チャンバ壁１０２を越えて冷却剤を導くシュラウドを形成する。チャンバ壁１０２に沿った冷却剤のこの冷却剤流は反応チャンバ１０３のチャンバ壁１０２を冷却する。通常冷却剤は空気である。
【００１３】
チャンバ壁１０２の温度をコントロールするための代替的方法もまた、チャンバ壁１０２と接触している表面の水冷却や、窒素、ヘリウム、アルゴン、またはチャンバ壁１０２を流れる不活性ガスの使用を含むことがある。入口導管１２０に設置されている空気羽根や他の冷却剤流コントロールデバイスなどの冷却剤調節器１３１がハウジング１１８への冷却剤流の量をコントロールし、そしてチャンバ壁１０２の温度をコントロールする。代替的に、調整可能な虹彩、バルブ、ブロワ１４０用のブロワ速度コントロール回路などの、冷却剤流をコントロールするための他のデバイスが使用されてもよい。同時に、ブロワ１４０および冷却剤調節器１３１、または概説されているような他の適切な方法が、チャンバ壁１０２を冷却するための冷却システムを提供し、ここでは冷却システムによってチャンバ壁１０２に提供される冷却電力がコントロール可能である。つまりチャンバ壁１０２からの熱除去レートが、チャンバ壁１０２の温度をコントロールされた方法で調節するために、冷却システムによってコントロール可能である。
【００１４】
チャンバ壁１０２の温度は、光学高温計、熱電対などの、当業界のものと類似の従来の温度測定デバイスを使用して監視されてもよい。例えば、チャンバ壁１０２の上部表面１０５の温度は光学高温計１３２を使用して監視されてもよく、光学高温計１３４は基板１０６の温度を測定するために使用されてもよく、光学高温計１３６は基板サポート構造１０４の温度を測定するために使用されてもよく、光学高温計１３８はチャンバ壁１０２の底部表面１０７の温度を監視するために使用されてもよい。
【００１５】
上部表面１０５の測定温度を符号化する第１の信号が上部表面温度測定デバイス１３２から出力され、そして受信されてコントロール論理部２００によって処理され、この実施形態は図２に表されている。同様に、底部表面１０７の測定温度を符号化する第２の信号が底部表面温度測定デバイス１３８から出力され、そして受信されてコントロール論理部２００によって処理される。コントロール論理部２００は、所定の温度軌道に従って処理期間にわたってチャンバ壁１０２の温度を変調するために、第１の信号、第２の信号またはこれら２つの関数を利用して冷却システムの冷却電力をコントロールする。
【００１６】
一実施形態では、コントロール論理部２００は、メモリ２２０と電気連通しているプロセッサ２１０を備えている。メモリ２２０はコントロールコード２２１を備えており、これはプロセッサ２１０によって実行されて、かつプロセッサ２１０の動作をコントロールし、コントロールコード２２１はコントロール論理部２００のオペレーティングシステムとして作用する。以下において、プロセッサ２１０がプログラムの１つを実行するとして説明される場合、プロセッサ２１０に上記のプログラムの１つを実行させるのはコントロールコード２２１である点が理解されるべきであり、コントロールコード２２１のプログラムを提供することは合理的に当業界の手段のうちであるべきである。
【００１７】
図２に開示されている実施形態では、プロセッサ２１０は、第１の信号を上部表面温度測定デバイス１３２から受信する上部表面温度入力２３１を介して上部表面１０５の温度を取得する。同様に、プロセッサ２１０は、第２の信号を底部表面温度測定デバイス１３８から受信する底部表面温度入力２３２を介して底部表面１０７の温度を取得する。コントロール論理部２００は、プロセス期間のチャンバ壁１０２の温度を所定の方法で変調させることによって膜形成プロセスの動力学をコントロールするための独立パラメータを提供するために、特にチャンバ壁１０２を冷却するために使用される冷却システムをコントロールするために使用される。しかしながら、コントロール論理部２００は、当業界で公知であるように、ガス流量、基板１０６および基板サポート構造１０４の温度を測定するための入力などの、図２に示されていない多数の更なる入力を含有してもよい点が明らかであるはずである。
【００１８】
コントロール論理部２００は、プロセス関連情報をユーザーに供するためにディスプレイ２３８に、かつユーザーが情報をコントロール論理部２００に入力できるようにするために入力デバイス２３９に提供されてもよい。プロセッサ２１０は、例えば上部表面１０５、底部表面１０７、基板１０６および基板サポート構造１０４の温度、現在のプロセスステップ、現在のプロセス時間、ガス流量などを供するためにディスプレイ２３８をコントロールすることができる。同様に、プロセッサ２１０は、入力デバイス２３９から受信されたデータに従ってメモリ２２０内に記憶されているパラメータを変更してもよく、このような変化は潜在的に、プロセッサ２１０によって実行されるプロセスステップへの変化をもたらし、ゆえにこのようなプロセッサ２１０の変化はＣＶＤシステム１００をコントロールすることになる。ディスプレイ２３８、入力デバイス２３９、コントロールコード２２１およびプロセッサ２１０は共に、当業と類似の方法でユーザー入力／出力（Ｉ／Ｏ）インタフェースを形成し、これによってユーザーは、ＣＶＤシステム１００の監視およびコントロールの両方が可能になる。
【００１９】
示されている実施形態では、コントロール論理部２００のメモリ２２０はまた、処理期間にわたってチャンバ壁１０２の少なくとも一部の温度をコントロールおよび変調するために使用される温度パラメータ２２２を含有している。温度パラメータ２２２は少なくとも１つのセットポイント２２３を備えており、通常は２つ以上のセットポイント２２３を有することになる。各セットポイント２２３はそれぞれの時間値２２４および温度値２２５を含有している。時間値２２４は処理期間内の時間を示しており、２４時間、プロセス関連時間（つまり、プロセスの開始からの経過時間、またはこのプロセスの終了までの時間）、ステップ関連時間（つまり、プロセス内の現在のステップの開始からの経過時間、またはこのステップの終了までの時間）などの情報を符号化するのに適した任意のフォーマットであってもよい。温度値２２５は、セットポイント２２３の関連時間値２２４でのチャンバ壁１０２の温度変調部分に望ましい温度を示しており、このような温度情報を示すのに適した任意の形態であってもよく、例として摂氏またはケルビンのような絶対温度や、プロセス温度からのオフセットのような相対温度を含んでいる。
【００２０】
同時に、セットポイント２２３は、処理期間にわたってチャンバ壁１０２の温度変調部分の温度軌道情報を提供する。処理期間中の所定の間隔、例えば０．０１秒間隔で、コントロール論理部２００はチャンバ壁１０２の温度情報を温度入力２３１、２３２から取得し、この情報を利用して、現在の測定温度２２９を生成する。温度入力２３１、２３２などのうちの１つのみを使用する平均化、重み平均化などによる任意の方法が、現在の測定温度２２９を生成するために使用されてもよい。これはユーザーＩ／Ｏインタフェースを介してユーザーによって選択可能である。プロセッサ２１０は次いで（タイマ２４０から取得されるような）現在の時間および時間値２２４を使用して、温度パラメータ情報２２２にインデックス化して、現在の時刻がある最近のセットポイント２２３を見つける。
【００２１】
依然として図２を参照すると、次に、プロセッサ２１０は、最近のセットポイント２２３の関連温度値２２５を使用して、チャンバ壁１０２の温度変調部分の現在の目標温度２２８を決定するための線形補間（または他の適切な補間）を実行する。通常２つのセットポイント２２３（または、最小の時間値２２４の前および最大の時間値２２４より大きければ１つのセットポイント）が最近のセットポイント２２３として使用されるが、実行される補間の種類に応じて３つ以上使用されてもよい。プロセッサ２１０は現在の測定温度２２９および現在の目標温度２２８を標準フィードバックループへの入力として利用して、現在の測定温度２２９が現在の目標温度２２８に達するように、チャンバ壁１０２の温度変調部分に対する冷却システムの電力レベルをコントロールする。連続フィードバックによって、時間の関数としての現在の測定温度２２９は、冷却システムの測定誤差および機械的制限内で、温度パラメータ２２２を実質的に追跡するはずである。
【００２２】
図１および図２に描かれている実施形態では、例えばプロセッサ２１０は信号を冷却電力コントロール出力２３３に送り、測定温度２２９および目標温度２２８に基づいて冷却剤調節器１３１をコントロールする。現在の測定温度２２９と現在の目標温度２２８の差が正である（つまり、チャンバ壁１０２の温度変調部分が所望するよりも現在のところ熱い）場合、プロセッサ２１０は冷却電力コントロール出力２３３に信号を送り、冷却剤調節器１３１をさらに開いて、チャンバ壁１０２に流れる冷却剤のレートを増大させる。つまり冷却システムの冷却電力を増大させる。反対に、差が負の場合、プロセッサ２１０は、冷却システムの冷却電力を減少させるために、冷却剤調節器１３１に冷却剤の流れをさらに制約するように命令する。プロセッサ２１０は、冷却剤調節器１３１は空気流をどの程度制約または許容するか、つまりどの程度冷却電力が増減されるかを決定するために、現在の測定温度２２９および目標温度２２８の差の大きさを利用してもよい。
【００２３】
例証として、図３は、処理期間の一部でのチャンバ壁１０２の平均温度の仮定的な所望の温度軌道を図示している。図３のグラフは、膜形成ステップの開始温度であってもよい事前定義されたプロセス温度に対する温度差を示すために正規化される。ユーザーは、チャンバ壁１０２が事前焼成ステップからプロセス温度に冷却し、プロセス温度で安定するのに約１０秒かかり、そして膜形成ステップの開始時に、膜形成ステップの完了時にプロセス温度未満の約６５℃である温度に至る漸近的傾斜を開始することを所望することがある。膜形成ステップでのチャンバ壁１０２のこの定常的に減少する温度はファセット化を低減する助けとなる。ユーザーは漸近曲線２６０を近似するために６個のポイント２５２〜２５７を、膜形成ステップ前に１０秒の温度安定期間を提供するために２個のポイント２５１、２５２を使用することを決定してもよい。
【００２４】
膜形成ステップが１３４０秒のプロセス時間で開始する場合、コントロール論理部２００のＩ／Ｏシステムは、温度パラメータ２２２の７個の対応するセットポイント２２３を入力するように利用されてもよい。第１のセットポイント２２３は第１のポイント２５１で１３３０の時間２２４および０℃の温度２２５を有しており、第２のセットポイント２２３は第２のポイント２５２で１３４０の時間２２４および０℃の温度２２５を有しており、第３のセットポイント２２３は第３のポイント２５３で１３７０の時間２２４および−２５℃の温度２２５を有しており、第４のセットポイント２２３は第４のポイント２５４で１４０５の時間２２４および−３５℃の温度２２５を有しており、第５のセットポイント２２３は第５のポイント２５５で１４４０の時間２２４および−４５℃の温度２２５を有しており、第６のセットポイント２２３は第６のポイント２５６で１５１０の時間２２４および−６０℃の温度２２５を有しており、最後に第７のセットポイント２２３は第７のポイント２５７で１５６０の時間２２４および−６５℃の温度２２５を有している。Ｉ／Ｏシステムはそして、上部表面温度入力２３１および底部表面温度入力２３２から取得された平均値を使用して現在の測定温度２２９を生成することをコントロール論理部２００に命令するために利用されてもよい。膜形成プロセス中、コントロール論理部２００は次いで、温度パラメータ２２２の７個のセットポイント２２３を使用して冷却剤調節器１３１をコントロールすることによって、現在の測定温度２２９が現在の目標温度２２８を追跡する。当然、この場合の目標温度２２８は実際の温度ではなく、事前定義されたプロセス温度に基づいた温度差である点が明らかである。つまり、現在の測定温度２２９を生成する場合、コントロール論理部２００は公知の一定のプロセス温度を減算して、現在の測定温度２２９の温度差を生み出すことがある。例えば、１４７０のプロセス時間では、図３に示されているように、コントロール論理部２００は第５のポイント２５５および第６のポイント２５６の第５および第６のセットポイント２２３を外挿して、プロセス温度未満の５３℃の現在の目標温度２２８を見つける。コントロール論理部２００は、その後、−５３℃の現在の目標温度２２８および現在の測定温度２２９の値に基づいて信号を冷却電力コントロール出力２３３に送り、冷却システムを調節することによって、チャンバ壁１０２の平均温度はセットポイント２２３によって定義された温度軌道を追跡する。冷却剤調節器１３１はまた、チャンバ壁１０２の温度軌道をコントロールするように手動で調整されてもよい。
【００２５】
上記例示的実施形態では、セットポイント２２３は温度値２２５を利用して、処理期間にわたるチャンバ壁１０２の変調表面の所望の温度軌道を定義する温度パラメータ２２２を構築する。しかしながら、図４を参照すると、冷却システムの電力（つまり、ブロワ１４０の速度および／または冷却剤調節器１３１の設定）および加熱要素１１４の放射輝度の密接な相関があるため、別の実施形態としては、各々が関連時間値３２４および冷却電力レベル値３２５を有する１つ以上のセットポイント３２３を有しているものとして温度パラメータ３２２を定義することが等しく可能である。この場合、第２の実施形態のコントロール論理部３００のプロセッサ３１０は、現在の目標温度２２８を見つけるために上記で使用されたのと同様に現在の目標冷却電力レベル３２８を生成してから、信号を冷却電力コントロール出力３３３に送り、冷却システム（つまり、ブロワ１４０および／または冷却剤調節器１３１）の電力を設定して、現在の目標冷却電力レベル３２８に一致させる。
【００２６】
実行されている処理の固有の一貫性および再現性ゆえに、それぞれの時間値３２４で一連の冷却電力レベル３２５として定義されている温度パラメータ３２２は、上記実施形態の温度パラメータ２２２と機能的に類似している。しかしながら、チャンバ壁１０２の変調領域の所望の温度と実際の温度のばらつきは、第１の実施形態より大きいこともある。
【００２７】
本発明の実施形態は、処理期間でのチャンバ壁１０２の全体またはチャンバ壁１０２の一部の変調コントロールを提供する。特に、図３に示されているように、膜形成プロセスの個々のステップでのチャンバ壁１０２の変調コントロールが達成可能である。例えば、ファセット化が低減されたより高い全成長速度が、基板上での膜の堆積や成長が進むに伴って上部表面１０５の温度をまず増大させてから、上部表面１０５の温度をゆっくりと減少させる温度パラメータ２２２、３２２を提供することによって達成可能である。温度パラメータ２２２、３２２の選択は、最適化される特性に左右される。例えば、壁１０２の温度の増大によってガスはより良好に分裂（ｃｒａｃｋ）または分解することによって、成長速度を高めることができる。一部のドーパント種は、分解される場合により良好に吸収または一体化するため、膜組成はこの機構によっても変化することがある。このすべては、膜形成手順が種々の段階を経るに伴って、プロセスステップ内で行われてもよい。従って、当業者は、所望の膜特性を達成するために温度パラメータ２２２、３２２を実験的に決定および選択可能である点が理解される。
【００２８】
図５および図６を参照すると、第３の実施形態のシステム４００が、チャンバ壁１０２の複数の部分の温度の独立コントロールを可能にすることによって、膜堆積プロセスの更なる独立パラメータを提供する。提示を容易にするために、従来の実施形態と本質的に同一の図５のコンポーネントには同一の参照番号が提供されてきた。図１の記述に示されているように、入口ポート１２４に入る冷却剤はチャンバ壁１０２の上部表面１０５を通過することによって上部表面１０５を冷却する。同様に、底部入口ポート１２６に入る冷却剤は底部表面１０７を冷却する。ゆえに、上部入口ポート１２４および底部入口ポート１２６に入る冷却剤の量を独立してコントロールすることによって、チャンバ壁１０２の上部表面１０５および底部表面１０７の温度をそれぞれ独立してコントロールすることが可能である。これを達成するために、本実施形態は、上部入口ポート１２４への冷却剤流量をコントロールするための第１の冷却剤調節器４３１と、下部入口ポート１２６への冷却剤流量をコントロールするための第２の冷却剤調節器４３９とを提供する。
【００２９】
冷却剤調節器４３１、４３９は空気羽根、調整可能な虹彩、バルブ、それぞれのチャンバ壁１０２の表面と接触している液体冷却表面などであってもよい。代替的に、冷却剤調節器４３１、４３９のうちの一方は空気羽根、調整可能な虹彩、バルブ、冷却表面などであってもよく、他方はブロワ１４０の速度をコントロールするためのブロワ速度コントロール回路を利用するものであってもよい。
【００３０】
図５に示されている実施形態のコントロール論理部５００は先行の実施形態のものと類似しているが、それぞれメモリ５２０に記憶されている第１の温度パラメータ５６０および第２の温度パラメータ５７０に従った第１の冷却剤調節器４３１および第２の冷却剤調節器４３９の独立コントロールを提供する。第１の温度パラメータ５６０は処理期間での上部表面１０５の所望の温度軌道を定義する。第２の温度パラメータ５７０は、処理期間での底部表面１０７の所望の温度軌道を定義する。例えば、図７を参照すると、第１の温度パラメータ５６０は、プロセス温度に対する上部表面１０５に対して、図３に描かれているのと類似の第１の温度軌道６０１を定義する１５個のセットポイント５６３を有することがある。例えば、７個のポイント６１１〜６１７は、上部表面１０５の事前焼成温度軌道６１０を備えてもよい。４個のポイント６２１〜６２４は、膜堆積ステップ中に増大する上部表面１０５の膜堆積温度軌道６２０を備えてもよい。この増大は、膜堆積ステップの期間にわたってプロセス温度からより高い目標温度へと実質的に漸近的であってもよい。膜堆積ステップ中の上部表面１０５の温度のこのような増大はより高い堆積レートを生じさせる。４個のポイント６３１〜６３４は、上部表面１０５の冷却温度軌道６３０を備えてもよい。
【００３１】
第２の温度パラメータ５７０もまた、例えば、膜形成プロセス全体で底部表面１０７の第２の温度軌道６０２を定義する８個のセットポイント５７３を有してもよい。プロセッサ５１０は、第１の現在の目標温度５２３を生成するために第１の温度パラメータ５６０を利用してもよく、また第２の現在の目標温度５２４を生成するために第２の温度パラメータ５７０を利用してもよい。上部表面温度測定デバイス１３２から第１の信号を受信する上部表面温度入力５３１などの入力の監視によって、プロセッサ５１０は現在の上部表面温度５２１を生成することができる。同様に、底部表面温度測定デバイス１３８から第２の信号を受信する底部表面温度入力５３２を監視することによって、プロセッサ５１０は現在の底部表面温度５２２を生成してもよい。当然、現在の上部表面温度５２１ならびに現在の底部表面温度５２２は、ユーザーによって所望されるような複数の入力の関数であってもよい。
【００３２】
先行の実施形態と同様に、プロセッサ５１０は第１の現在の目標温度５２３および現在の上部表面温度５２１を利用して、信号を第１の冷却電力コントロール出力５３３に送って、第１の冷却剤調節器４３１をコントロールすることによって、第１の温度パラメータ５６０に従って上部表面１０５の温度を変調する。同様に、プロセッサ５１０は第２の現在の目標温度５２４および現在の底部表面温度５２２を利用して、信号を第２の冷却電力コントロール出力５３４に送って第２の冷却剤調節器４３９をコントロールすることによって、第１の温度パラメータ５６０に従って底部表面１０７の温度を変調する。当然、第１の温度パラメータ５６０および第２の温度パラメータ５７０は、第２の実施形態で行われたように、温度ではなくそれぞれの冷却電力レベルによって定義されてもよく、この場合、現在の上部表面温度５２１または現在の底部表面温度５２２を監視して、第１の冷却剤調節器４３１および第２の冷却剤調節器４３９をコントロールする必要がない。
【００３３】
図８に示されているように、第１の変速ブロワ７０１および第２の変速ブロワ７０２を使用して、チャンバ壁１０２の上部表面１０５および底部表面１０７の温度をそれぞれコントロールすることができる。図６をさらに参照すると、コントロール論理部５００は、図８に描かれている実施形態をコントロールするのに等しく適している。第１の冷却電力コントロール出力５３３は第１のブロワ７０１の速度をコントロール可能であるのに対して、第２の冷却電力コントロール出力５３４は第２のブロワ７０２の速度をコントロール可能である。
【００３４】
図９を参照すると、上部ランプ８０２と底部ランプ８０４間の照射（ｉｒｒａｄｉａｎｃｙ）バイアスを変更することによって上部表面１０５および底部表面１０７の温度を独立してコントロールすることができる。上部ランプ８０２はチャンバ壁１０２の上部表面１０５の上方に配置されているため、基板１０６を加熱しつつ上部表面１０５を加熱する。底部ランプ８０４はチャンバ壁１０２の底部表面１０７の下方に配置されているため、基板１０６を加熱しつつ底部表面１０７を加熱する。上部ランプ８０２および底部ランプ８０４の結合照射は、基板１０６の最終温度を決定する。上部ランプ８０２の照射が増大される一方で、底部ランプ８０４の照射が減少される場合、基板１０６を同一温度に保ちつつ、上部表面１０５の温度を増大させ、かつ底部表面１０７の温度を減少させることができる。これと反対に、照射バイアスは、基板１０６の温度を維持しつつ底部表面１０７の加熱および上部表面１０５の冷却をもたらす。上部ランプ８０２の照射は従って、底部ランプ８０４の照射と無関係にコントロール可能である。図６を参照すると、上部ランプ８０２および底部ランプ８０４の独立コントロールによってコントロール回路５００は、上部ランプ８０２と底部ランプ８０４間の照射バイアスをコントロールできるようになる。第１の冷却電力コントロール出力５３３は従って、変速ブロワ１４０の速度をコントロールするために使用されてもよいのに対して、第２の冷却電力コントロール出力５３４は、上部ランプ８０２と底部ランプ８０４間の照射バイアスをコントロールするために使用されてもよい。第２の冷却電力コントロール出力５３４は実際に、上部ランプ８０２および底部ランプ８０４の照射をそれぞれコントロールする２つの独立出力であってもよく、またこれら２つの照射出力の差は、一方の表面１０７、１０５に対してもう一方の表面１０５、１０７のうちの一方を優先的に加熱および冷却する照射バイアスを生じさせることが認識される。
【００３５】
例えば、底部表面１０７を冷却するために、プロセッサ５１０は第２の冷却電力コントロール出力５３４をコントロール可能であるため、上部ランプ８０２の照射は増大するのに対して、底部ランプ８０４の照射は減少する。基板１０６の温度概観からはほとんど変更がなかった。しかしながら、底部表面１０７の観点から、底部表面１０７に少ない放射エネルギーが作用すると、底部表面１０７は冷却を開始する。より多くの放射エネルギーが上部表面１０５に作用するため、上部表面１０５はこの第１の温度パラメータ５６０を超えて加熱を開始することがある点が認識される。これに応答して、プロセッサ５１０は、変速ブロワ１４０の速度を増大させて上部表面１０５を冷却するために第１の冷却電力コントロール出力５３３をコントロールしてもよく、これは底部表面１０７の更なる冷却を付随的にもたらす。同様に、バイアスを逆にすることによって、底部表面１０７の加熱をもたらすことができる。ゆえに、第２の冷却電力コントロール出力５３４を使用してランプ８０２、８０４間の照射バイアスを変調することによって、プロセッサは、上部表面１０５に対して底部表面１０７の温度を選択的に昇降させることができる。
【００３６】
チャンバ壁１０２の上部および底部表面１０５、１０７を温度変調するだけでなく、チャンバ壁１０２の側面部分を変調することも可能である。例えば、図１を参照すると、入口および出口のダクトの適切なコントロールによって、左に隣接する上部表面１５１および右に隣接する上部表面１５２のそれぞれの温度をコントロールすることができる。隣接する上部表面１５１、１５２は上部表面１０５に隣接しているため、基板１０６の上部表面に隣接することになる。同様に、左に隣接する底部表面１５３および右に隣接する底部表面１５４を温度変調することが可能であり、これらは底部表面１０７に隣接しているため、基板１０６の底部表面に隣接することになる。コントロール論理部は、温度変調する個々のチャンバ壁表面部分と同数の温度パラメータを受容するように容易に拡張可能であり、これを実行する方法は本開示に照らして明確であるはずである。
【００３７】
本発明はここで特定の実施形態を参照して説明されてきたが、これらの実施形態は本発明の原理および用途の例示に過ぎないことが理解されるべきである。種々の修正および変形が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく本発明の方法になされてもよいことは当業者に明らかである。従って、本発明は、添付の請求項およびこれらの同等物の範囲内の修正および変形を含むことが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】熱反応チャンバの第１の実施形態の断面図を示している。
【図２】１つ以上の実施形態に従って使用可能なコントロール論理部の図である。
【図３】仮定的温度軌道を図示するグラフである。
【図４】１つ以上の実施形態に従って使用可能なコントロール論理部の図である。
【図５】熱反応チャンバの第２の実施形態の断面図を示している。
【図６】１つ以上の実施形態に従って使用可能なコントロール論理部の図である。
【図７】図５および６に示されている実施形態の仮定的な第１および第２の温度軌道を図示するグラフである。
【図８】熱反応チャンバの第３の実施形態の断面図を示している。
【図９】熱反応チャンバの第４の実施形態の断面図を示している。
【符号の説明】
【００３９】
１００…膜形成システム、１０２…チャンバ壁、１０３…熱反応チャンバ、１０４…基板サポート構造、１０５…上部表面、１０６…基板、１０７…底部表面、１１０…エントリポート、１１２…排出ポート、１１４…赤外線放射バルブ、１１６…サポートアセンブリ、１１８…ハウジング、１２０…入口導管、１２２…出口導管、１２４…上部入口ポート、１２６…下部入口ポート、１２８…上部排出ポート、１３０…下部排出ポート、１３１…冷却剤調節器、１３２、１３４、１３６、１３８…光学高温計、１４０ブロワ、１５１…左に隣接する上部表面、１５２…右に隣接する上部表面、１５３…左に隣接する底部表面、１５４…右に隣接する底部表面、２００…コントロール論理部、２１０…プロセッサ、２２１…コントロールコード、２２０…メモリ、２２３…セットポイント、２２４…時間値、２２５…温度値、２２８…現在の目標温度、２２９…現在の測定温度、２３１、２３２…温度入力、２３３…冷却電力コントロール出力、２３８…ディスプレイ、２３９…入力デバイス、２４０…タイマ、２５１、２５２、２５３、２５４、２５５、２５６、２５７…ポイント、２６０…漸近曲線、３００…コントロール論理部、３２２…温度パラメータ、３２３…セットポイント、３２４…時間値、３２５…冷却電力レベル値、３２８…現在の目標冷却電力レベル、３３３…冷却電力コントロール出力、４００…コントロール論理部、４３１、４３９…冷却剤調節器、５００…コントロール論理部、５１０…プロセッサ、５２０…メモリ、５２１…現在の上部表面温度、５２２…現在の底部表面温度、５２３…第１の現在の目標温度、５２４…第２の現在の目標温度、５３１…上部表面温度入力、５３２…底部表面温度入力、５３３…冷却電力コントロール出力、５６０…第１の温度パラメータ、５７０…第２の温度パラメータ、７０１…第１の変速ブロワ、７０２…第２の変速ブロワ、８０２…上部ランプ、８０４…底部ランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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