(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表側および裏側を有する基板を処理するための急速熱処理装置であって、
放射熱源を包含するチャンバーと、
前記基板の表側および裏側の一方が前記放射熱源に面するような位置で熱処理の間に前記基板を保持するための支持部材と、
放射源から前記基板を通って透過する放射を測定する透過放射検出器システムを包含する高温測定システムであって、前記放射源は第１および第２の離散波長で放射する２つの離散光源を含み、前記透過放射検出器システムは、前記第１の離散波長と前記第２の離散波長での透過放射を測定して、前記第１の離散波長での前記透過放射の強度を前記第２の離散波長での透過放射の強度と比較する、少なくとも１つの検出器モジュールを含む、高温測定システムと
を含む装置。
【請求項２】
前記放射源が、前記高温測定システムと位置合わせされている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの検出器モジュールは、前記第１および第２の離散波長で放射を測定するための第１の検出器モジュールを含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの検出器モジュールは、前記第１の離散波長で放射を測定するための第１の検出器モジュールと、前記第２の離散波長で放射を測定するための第２の検出器モジュールとを含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の離散波長と前記第２の離散波長のうち低い方の数ナノメートル下から前記第１の離散波長と前記第２の離散波長のうち高い方の数ナノメートル上までの範囲の外側の波長を実質的にすべて排除する少なくとも１つの波長フィルターをさらに含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
第１の波長フィルターおよび第２の波長フィルターを包含する少なくとも１つの波長フィルターをさらに含んでおり、前記第１の波長フィルターは、前記第１の離散波長を通過させるのに十分広い帯域通過を有し、第２の波長フィルターは、前記第２の離散波長を通過させるのに十分広い帯域通過を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの波長フィルターが、前記第１の離散波長周辺の光を実質的にすべて通過させ、前記フィルターを通る光の透過を次第に減衰させて前記第２の離散波長近辺の波長で９９．９％まで遮る、請求項５または６に記載の装置。
【請求項８】
前記基板から放出される放射を測定するための高温計と、前記基板を通って透過する前記放射から、前記基板から放出される放射の一部分を分離するためのビームスプリッターとを含む放出放射検出器システムをさらに含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記高温測定システムに結合されて、前記放射熱源に配送される電力量を制御するための電力供給制御システムをさらに含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記透過放射検出器システムがさらに、所定の波長未満の波長を有する放射を実質的にすべて除去するのに有効な少なくとも１つの波長フィルターを含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
複数の透過放射検出器システムをさらに含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の離散波長が約１０３０ｎｍであり、前記第２の離散波長が約１０８０ｎｍであり、前記放出放射検出器システムが約９３０ｎｍで前記放射を測定するように構成されている、請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記離散光源がレーザーおよび発光ダイオード（ＬＥＤ）から選択される、請求項３に記載の装置。
【請求項１４】
前記高温測定システムは、前記基板を通って透過する前記第１および第２の離散波長の前記強度の比を計算し、事前に計算した、前記第１および第２の離散波長の室温での基準光強度比に正規化する、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
基板を処理する方法であって、
少なくとも１つの高温測定システムを使用して２つの離散波長で少なくとも１つの光源から室温で基準光強度を測定するステップと、
前記２つの離散波長の前記室温強度の比を計算するステップと、
チャンバー内の、前記少なくとも１つの光源と前記少なくとも１つの高温測定システムとの間の位置に、前記基板を置くステップと、
前記高温測定システムを使用して前記少なくとも１つの光源から前記基板を通って透過する前記２つの離散波長で前記光強度を測定するステップと、
前記基板を通って透過する前記２つの離散波長の前記強度の比を計算し、室温での強度比に正規化するステップと、
前記高温測定システムを使用して前記基板を通って透過する前記離散波長で前記光強度の比を周期的に測定することによって前記基板の温度を監視しながら、放射加熱源を使用して前記基板を加熱するステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、半導体ウェハーの処理で使用できる拡張温度高温測定に関する。具体的には、本発明は、シリコンウェハーの急速熱処理（ＲＴＰ）、およびＲＴＰで使用される、低温を包含する拡張温度高温測定技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
急速熱処理（ＲＴＰ）は、とりわけアニール、ドーパント活性化、酸化、および窒化を包含するいくつかの種類の熱処理に適用される術語である。前述のプロセスは、典型的には約１０００℃を上回る比較的高い温度で行われる。このプロセスは、さらに、前駆体またはエッチングガスの存在下でのエッチングおよび化学気相堆積に応用できる。このプロセスは通常、ＲＴＰチャンバーにおいて、５００℃〜８００℃のやや低い温度で行われる。ＲＴＰは、典型的には、ランプヘッドに収められ、処理中の基板に向けられる高輝度白熱ランプのアレイに基づいている。ランプは、電力を供給され、非常に速くオンおよびオフすることができ、それらの放射をほぼすべてを基板に向けることができる。結果として、ウェハーは、チャンバーを実質的に加熱することなく非常に速く加熱でき、その後電力がランプから除去されるとすぐに、同じぐらい速く冷却できる。それによって、所定の温度での処理時間がより厳密に制御でき、全熱量が低減される。その上、全処理時間が低減できるので、処理能力が増加する。
【０００３】
図１は、米国特許第６３７６８０４号でＲａｎｉｓｈおよびその他によって述べられるＲＴＰリアクター１０を横断面で概略的に示し、概ねＳａｎｔａ  Ｃｌａｒａ、Ｃａｌｉｆ．のＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から入手できるＲａｄｉａｎｃｅ  ＲＴＰリアクターを表わしている。リアクター１０は、処理チャンバー１２、チャンバー１２内に位置するウェハー支持部１４、およびチャンバー１２の上部に位置するランプヘッド１６または熱源アセンブリを包含し、すべては一般に、中心軸１８の周りに対称的に配置される。
【０００４】
処理チャンバーは、主本体２０および主本体２０の上に載っている窓２２を包含する。窓２２は、赤外光に透明である材料、例えば透き通った溶融シリカ石英で作られる。
【０００５】
主本体２０は、ステンレス鋼で作られ、石英（図示されず）で裏打ちされてもよい。環状チャネル２４は、主本体２０の底部近くに形成される。ウェハー支持部１４は、チャネル２４内に位置する回転可能な磁気回転子２６を包含する。石英管状ライザー２８は、磁気回転子２６の上に載っているか、またはさもなければそれに結合されており、エッジリングとして図示される支持部材３０がライザー２８の上に載っており、その支持部材は、シリコン被覆炭化シリコン、不透明な炭化シリコンまたはグラファイトでできていてもよい。処理の間、ウェハー３２または他の基板は、エッジリング３０の上に載っている。回転可能な磁気固定子３４は、磁気回転子２４と軸方向に位置合わせされた位置で主本体２０の外部に位置し、主本体２０を通ってそれに磁気的に結合される。図示されないモータが、磁気固定子３４を中心軸１８の周りで回転させ、それによって磁気的に結合された回転子２６が回転し、それ故にエッジリング２８および支持されたウェハー３０が回転する。３つまたは４つのリフトピン３６が、主本体２０の底壁を形成する反射体プレート３８にスライド可能にシールされている。図示されない機構が、すべてのリフトピン３６を上下させてウェハー２２と選択的に係合させ、そのウェハーを上下させてエッジリング３０に近づけたりエッジリングからから遠ざけたりし、且つチャンバー１２内へウェハー２２を出し入れするために使用される図示されないパドルに近づけたりパドルからから遠ざけたりする。
【０００６】
石英窓２２は、主本体１８の上側エッジの上に載っており、窓２２と主本体２０との間に位置するＯリング４０は、それらの間に気密シールを提供する。ランプヘッド１６は窓２２の上に横たわる。窓２２とランプヘッド１６との間に位置する別の第２のＯリング４２は、それらの間に気密シールを提供する。Ｏリング４０、４２と併せてクランプ４４は、このようにして主本体２０に対してランプヘッド１６をシールする。
【０００７】
ランプヘッド１６は複数のランプ４６を包含し、これらのランプは電気ソケット４８によって支持され、且つ電気ソケットにより電力を供給されている。これらは放射熱源とも呼ばれる。ランプ４６は、好ましくは高輝度白熱ランプであって、臭素などのハロゲンガスを含有し、且つ石英電球を洗浄するために不活性ガスで希釈されたガスで満たされた石英電球内部にタングステンフィラメントを有するタングステンハロゲン電球などの、赤外線を強く放出するものである。各電球には、比較的多孔質である埋め込み用セラミック合成物５０が埋め込まれる。ランプ４６は、反射体本体５４に形成された垂直方向に向く円筒ランプ穴５２内部に位置する。反射体本体５４のランプ穴５２の開口端は、窓２２に隣接して位置し、ランプ４６は窓２２から隔てられている。
【０００８】
液体冷却チャネル５６は、ランプ穴５２の各々を囲むように反射体本体５４内に形成される。注入口６０を介して冷却チャネル５６に導入されて排出口６２で除去される水などの冷却液は、反射体本体５４を冷却し、ランプ穴５２に隣接する流れは、ランプ４６を冷却する。
【０００９】
７つ以上の高温計７０などの熱センサーは、光学的に、サファイア棒などの光パイプ７２によってそれぞれの開口７４に結合されており、これらの開口は、反射体プレート３８に形成され、反射体プレート３８の半径を横断して間隔をあけて配置されている。典型的には、堅いサファイア光パイプ７２および高温計は主本体２０中に支持されるが、中間の柔軟な光ファイバーまたは導光体があってもよい。高温計７０は、Ｐｅｕｓｅおよびその他が米国特許第５７５５５１１号で述べるように、ウェハー３０およびエッジリング３０の下面の異なる半径方向部分の温度または他の熱的特性を検出する。Ａｄａｍｓおよびその他は、米国特許第６４０６１７９号でそのような高温計について記載している。高温計７０は、具体的には放射高温計であり、９５０ｎｍ未満の波長で、すなわち、シリコンウェハーのバンドギャップ波長を下回る光子波長とも表される約１．１ｅＶ（１．１μｍ）のシリコンバンドギャップよりいくらか上の光子エネルギーで、約２０ｎｍの帯域通過を有する光学狭帯域フィルターを包含する。このようなフィルターは、多層干渉フィルターとして容易に形成される。これによって、シリコンウェハー３２は、ランプ４６から放出されるより短い波長の可視放射を吸収し、その結果高温計７０は、ランプ４６からの放射よりはむしろウェハー３２から放出される黒体放射に敏感である。
【００１０】
高温計７０は、温度信号をランプ電力供給コントローラ７６に供給し、このコントローラは、測定温度に応じて赤外線ランプ４６に供給される電力を制御する。赤外線ランプ４６は、熱的エッジ効果に対処するようにより合わせられた半径方向熱プロファイルを提供するために半径方向に配置されたゾーン、例えば１５のゾーンで制御されてもよい。高温計７２は一緒に、ウェハー２２を横断する温度プロファイルを示す信号を電力供給コントローラ７６に提供し、このコントローラは、測定温度に応じて赤外線ランプ４６のゾーンの各々に供給される電力を制御し、このようにして閉ループ熱制御を提供する。
【００１１】
処理チャンバー１２の主本体２０は、処理ガス注入ポート８０およびガス排出ポート８２を包含している。使用中は、処理チャンバー１２内の圧力は、注入ポート８０を通じてプロセスガスを導入するより前に、大気を下回る圧力に低減できる。真空ポンプ８４は、ポート７６および弁８８によるポンピングによってプロセスチャンバー８６を排気する。圧力は、典型的には、約１〜１６０トールに低減される。しかしながら、ある種のプロセスは、しばしば特定ガスの存在下ではあるが、大気圧で走らせることができ、プロセスチャンバーはそのようなプロセスのために排気される必要がない。
【００１２】
第２の真空ポンプ９０は、特に処理チャンバーが石英窓２２を横断する圧力差を低減するために減圧にポンピングされるとき、ランプヘッド１６内の圧力を低減する。第２の真空ポンプ９０は、弁９４を包含するポート９２によるポンピングによって、ランプヘッド１６内の圧力を低減する。ポート９２は、ランプ穴５２を包含する反射体本体５４の内部空間と流体連通している。
【００１３】
ヘリウムなどの熱伝導性ガスの加圧源９８は、ランプ４６と液体冷却チャネル５６との熱伝達を容易にするために、ランプヘッド１６を熱伝導性ガスで満たす。ヘリウム源９８は、弁１００およびポート１０２を通じてランプヘッド１６に接続される。熱伝導性ガスは、ランプヘッドカバー１０６と各ランプ４６の基部との間に形成されるガス多岐管１０４に導入される。弁１００を開くとガスが多岐管１０４に流入する。ランプ埋め込み用合成物５０が比較的多孔質であるので、熱伝導性ガスは、埋め込み用合成物５０を通ってランプ４６の壁とランプ穴５２との間の隙間に流入し、ランプ４６を冷却する。
【００１４】
しかしながら、記載のＲＴＰチャンバーは、低温で使用される場合にいくつかの欠点を有している。シリコンＲＴＰに使用される典型的な放射高温計は、シリコン光ダイオード検出器を包含しており、この検出器は、熱い物体から放出されるプランク（Ｐｌａｎｃｋｉａｎ）放射スペクトルの普通は狭い帯域幅の強度を検出し、検出強度からその物体の温度を決定する。しかしながら、高温測定は一般に、例えば５００℃または８００℃を上回る高温を測定するために使用される。チャンバー部品が比較的温かく、放射電球からの光の漏れがあるＲＴＰリアクターの構成では、従来の高温測定は、約４５０℃未満のウェハー温度では比較的効果がない。３５０℃の物体にさらされる従来の高温測定の光電流は０．８ｐＡ近く、典型的なＲＴＰ環境で熱的および電気的ノイズによって容易に圧倒されるレベルである。その上、ウェハーは、これらの温度で部分的に透明であり、チャンバーは光を密閉しない。白熱ランプが冷たいウェハーの存在下でオンにされた直後、高温計は、直接および間接のランプ放射から約３５０℃をすぐに記録することが観測されている。
【００１５】
ウェハー温度の低温制御は、ＲＴＰについて少なくとも２つの状況で生じる。高温ＲＴＰでは、高いウェハー温度は、上述のように、約４５０℃を上回る温度でのみ有効な放射高温計を使用する閉ループ制御システムによって極めて精細に制御される。しかしながら、この温度に達するためには、ウェハーは、最初に、所定量の電流が放射ランプに供給される開ループ制御システムのもとで加熱されなければならない。高温計が、温度が放射高温計の下側検出限界に達したことを検出すると、熱制御は閉ループシステムに切り替わる。開ループ期間の間の予熱は、典型的にはスイッチオフ条件を越えて厳密に監視されない。結果として、温度勾配または過度の加熱速度が生じることもある。ウェハーは、さらに高い温度での効果的なＲＴＰを阻むドームまたはポテトチップの形状に、予熱の間に歪むこともある。このように、均一な予熱を達成するためには、予熱条件、特にゾーン状加熱の分配を厳密に最適化することが必要であった。このような予熱最適化は、従来、反りまたは他の有害な結果を回避する予熱レシピを構築するために、熟練技術者による多数のウェハーの実験を必要とした。しかしながら、最適化レシピは、ウェハー上にすでに構築された特徴に強く依存する。非常に長い生産運転の場合を除き、各チップ設計の各レベルについて最適化することは、実行不可能である。その代わり、最適化は、所与の種類の材料、例えば金属または酸化物の上部層を有する少数のクラスの未パターン化在庫ウェハーについて行われる。生産のために、予熱レシピは、同様の上部層について選択される。一般に、この手法は不十分であることが判明しており、結果として得られる予熱速度は不確実で、他の均一性はさらなる調整を必要とする。
【００１６】
例えば、集積回路の未来の世代に想定されているニッケル、コバルト、またはチタンシリサイドのコンタクトには、５００℃未満、さらには２５０℃未満〜室温近くの温度で行われるＲＴＰに対する需要が生じている。比較的低い熱処理温度を必要とするこれらの先進的プロセスに従来の放射高温測定を応用することは簡便であろう。コールドウォールおよび低温放射高温計を備える自動化低温ＲＴＰチャンバーを設計することが考えられるが、商品化された高温ＲＴＰチャンバーを低温処理のために適合させることがより望ましい。同じチャンバーを異なる処理ステップに使用できるように、低温処理および高温処理の両方に使用できるＲＴＰチャンバーを提供することがさらに望まれる。
【００１７】
米国特許第６１５１４４６号において、Ｈｕｎｔｅｒおよびその他は、ウェハーがエッジリングに下ろされる前に、リフトピン上に支持されているウェハーが、ウェハーがチャンバー温度を達成したことを全体的に示すのに十分な光電流を光検出器に誘起する時を決定するのに有用な透過高温計について述べている。透過高温計は、シリコンバンドギャップに近い帯域内で有効なある種のフィルタリングを包含する。シリコンウェハーが温かくなるにつれて、ウェハーのバンドギャップエネルギーは減少する（波長は増加する）。透過高温計は、シリコンウェハーによってフィルタリングされるように、普通は低い強度に保持される放射加熱ランプからの放射を検出することを目的としている。シリコンバンドギャップが検出器の帯域幅の中または外を通るとき、検出器信号は著しく変化し、それによってシリコンウェハーの温度の目安が提供される。米国特許第６１５１４４６号では、透過高温計は、ウェハーを温かいエッジリングに下ろしても安全である時を決定するために、チャンバーのリフトピン中に組み込まれた。この温度計は、約４００℃以下の温度でのみ作動すると述べられている。米国特許第６１５１４４６号のシステムは、ランプ電力の帰還制御をいくらか提供するが、ウェハー温度をより厳密且つ精細に制御することが望まれる。
【００１８】
ドープ基板に関連するマトリクス効果を有さない急速熱処理のための低温測定システムが、当技術分野において必要とされている。
【発明の概要】
【００１９】
本発明の１つまたは複数の実施形態は、表側および裏側を有する基板を処理するための急速熱処理装置を対象にする。この装置は、放射熱源を包含するチャンバーと、基板の表側および裏側の一方が放射熱源に面するような位置で熱処理の間に基板を保持するための支持部材とを含む。チャンバーはまた、第１および第２の離散波長で放射源から基板を通って透過する放射を測定し、第１の離散波長での透過放射の強度を第２の離散波長での透過放射の強度と比較する透過放射検出器システムを包含する高温測定システムも有する。
【００２０】
いくつかの実施形態では、放射源は放射熱源であり、透過放射検出器システムは、第１の離散波長を検出するための第１の検出器モジュールと、第２の離散波長を検出するための第２の検出器モジュールとを含む。本発明の他の態様は、少なくとも１つの波長フィルターも有する。さらなる態様は、高温測定システムと位置合わせされた放射源を有する。
【００２１】
他の実施形態では、放射源は２つの離散光源を含み、検出器システムは、第１および第２の離散波長で放射を測定する第１の検出器モジュールを含む。いくつかの態様では、放射源は２つの離散光源を含み、検出器システムは、第１の離散波長で放射を測定する第１の検出器モジュールと、第２の離散波長で放射を測定する第２の検出器モジュールとを含む。
【００２２】
いくつかの実施形態による波長フィルターは、第１の離散波長と第２の離散波長のうち低い方の数ナノメートル下から第１の離散波長と第２の離散波長のうち高い方の数ナノメートル上までの範囲の外側の波長を実質的にすべて排除する。他の態様は、第１の波長フィルターおよび第２の波長フィルターを含む少なくとも１つのフィルターを有し、第１の波長フィルターは、第１の離散波長を通過させるのに十分に広い帯域通過を有し、第２の波長フィルターは、第２の離散波長を通過させるのに十分に広い帯域通過を有する。さらなる実施形態は、第１の離散波長周辺の光を実質的にすべて通過させ、フィルターを通る光の透過を次第に減衰させて、第２の離散波長近辺の波長で９９．９％まで遮るフィルターを有する。他の態様では、透過放射検出器システムは、さらに、所定の波長未満の波長を有する実質的にすべての放射を除去するのに有効な少なくとも１つの波長フィルターを含む。詳細な実施形態では、所定の波長は９８０ｎｍである。
【００２３】
他の実施形態はさらに、基板から放出される放射を測定するための高温計を包含する放出放射検出器システムを含む。いくつかの態様は、基板を通って透過する放射から、基板から放出される放射の一部分を分離するためのビームスプリッターも有する。
【００２４】
本発明のさまざまな実施形態は、連続してまたは同時に作動する２つの離散光源を有する。いくつかの詳細な態様では、第１の離散波長は約１０３０ｎｍであり、第２の離散波長は約１０８０ｎｍである。他の詳細な態様では、放出放射検出器は約９３０ｎｍで放射を測定するように構成される。いくつかの態様で離散波長を生成するための光源は、レーザー、発光ダイオード、低電力白熱電球または他の適切な光源とすることができる。
【００２５】
さらなる実施形態は、高温測定システムに結合されて、放射熱源に配送される電力量を制御する電力供給制御システムを含む。他の実施形態では、複数の透過放射検出器システムがある。
【００２６】
加えて、本発明の実施形態は、室温で少なくとも１つの高温測定システムを使用して２つの離散波長で少なくとも１つの光源から放出される基準光強度を測定するステップを包含する基板処理方法を対象にする。２つの離散波長の室温強度の比が計算される。基板は、チャンバー内の、少なくとも１つの光源と少なくとも１つの高温測定システムとの間の位置に置かれる。光強度は、高温測定システムを使用して少なくとも１つの光源から基板を通って透過する２つの離散波長で測定される。基板を通って透過する２つの離散波長の強度の比が計算され、室温での強度比に正規化される。基板は、次いで、高温測定システムにより基板を通って透過する離散波長で光強度の比を周期的に測定することによって基板の温度を監視しながら、放射熱源を使用して加熱される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】少なくとも１つの放射高温計を包含する従来の急速熱処理（ＲＴＰ）チャンバーの概略横断面図である。
【図２】透過高温計および放射高温計の両方を包含するＲＴＰチャンバーの一実施形態の概略断面図である。
【図３】温度に関するシリコン吸収端のシフトを示すグラフである。
【図４】ウェハー温度の関数として透過高温計の光電流への異なる寄与を例示するグラフである。
【図５】ＲＴＰチャンバーでウェハーの温度を測定するために透過高温計を使用する基本的方法のフロー図である。
【図６】シリコンウェハーが熱くなるときの透過および放射高温計の性能を比較するグラフである。
【図７】さまざまな濃度でドープされたｎ型シリコンウェハーを通る１μｍの光の透過の比較を温度の関数として示している。
【図８】さまざまな濃度でドープされたｎ型シリコンウェハーを通って透過する０．９７μｍの光に対する１．１５μｍの光の比の比較を温度の関数として示している。
【図９】さまざまな濃度でドープされたｎ型シリコンウェハーを通って透過する１．０８μｍの光に対する１．０３μｍの光の比の比較を温度の関数として示している。
【図１０】異なる抵抗率を有する基板について、１．０８μｍの光に対する１．０３μｍの光の比を温度の関数として示すグラフである。
【図１１】測定初期温度傾斜率を考慮してランプ電力を調整するステップを包含する、ＲＴＰチャンバーで加熱速度を制御するために透過高温計を使用する別の方法のフロー図である。
【図１２】急速熱処理に有益に応用される、放射高温計と透過高温計との組み合わせの断面図である。
【図１３】放射高温測定と透過高温測定とを組み合わせたシステムを利用する本発明の一部の実施形態によるＲＴＰチャンバーの断面図である。
【図１４】本発明の１つまたは複数の態様による２レーザーシステムに基づく時分割信号のグラフである。
【図１５】入射光を分割するために５０：５０ビームスプリッターを用いる透過高温測定システムの断面図である。
【図１６】入射光を分割するために二色性ミラーを用いる透過高温測定システムの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明のいくつかの例となる実施形態を述べる前に、本発明は、後述の構造またはプロセスステップの詳細に限定されないことを理解されたい。後述の実施形態は、単独で、または他の実施形態と組み合わせて用いることができる。本発明には他の実施形態が可能であり、且つ本発明をさまざまな方法で実施または実行することができる。
【００２９】
本明細書および特許請求の範囲で使用される単数形の名詞は、文脈が明瞭にそうでないと示さない限り複数の指示対象を包含する。このように、例えば「１つの基板」への言及は、２つ以上の基板の組合せ、および同様のものを包含する。
【００３０】
本発明の１つまたは複数の実施形態は、温度を測定するためにシリコンのバンドギャップエネルギーの温度依存性を使用する。一実施形態では、シリコン基板を通って透過するエネルギー量が測定され、この測定のための源はチャンバー中の加熱素子でもある。別の実施形態では、２つの離散波長で２つの測定結果が得られ、測定結果の比が比較される。これらの実施形態は、バンドギャップ吸収（すなわち、ドーパント、非スペクトル的変動膜）と無関係の透過の変動を最小限にすることができ、同様に源の変動を補償することができる。別の実施形態では、２つの離散波長源（ＬＥＤまたはレーザー）が連続して点灯され、測定結果が比較される（例えば時間領域波長変調により）。これらの実施形態の各々は、既存の放射高温計システムの範囲内とすることができ、周囲温度から１４１０℃までの温度測定を可能にする。これらの実施形態は、高い背景放射源の存在下でシリコン基板または薄膜を測定するのに有用である。
【００３１】
本発明の一態様は、急速熱処理チャンバーで５００℃未満、さらには２５０℃未満のシリコンウェハーの温度を測定するために透過高温計を使用することを包含する。透過高温計は、シリコンウェハーによってフィルタリングされるので、光源からの放射の離散波長を検出することができる。いくつかの波長帯域でのシリコンの吸収は、ウェハー温度および純度に強く依存する。温度測定は、そのような温度以下のみでの熱処理のために使用されてもよく、または放射高温計がウェハー温度を測定することができる点、例えば４００〜５００℃までの予熱を制御するために使用されてもよく、その温度より上では、加熱は放射高温計を使用する閉ループによって制御できる。
【００３２】
約３５０℃より下で有用な低温透過高温計は、１〜１．２μｍの波長帯域で殆どまたはまったくフィルタリングをしないシリコン光ダイオードで実施されてもよい。５００℃までの波長範囲で有用な透過高温計は、ＩｎＧａＡｓダイオード光検出器および約１．２μｍを上回る放射を遮るフィルターを包含する。放射および透過高温計は、光パイプまたは他の光学導光体から放射を受け取り、その放射を透過高温計および放射高温計のフィルターに向けられる各ビームに分割する光学スプリッターを包含する構造に統合することもできる。
【００３３】
本発明の急速熱処理（ＲＴＰ）チャンバー１１０の一実施形態は、図２の横断面図に概略的に例示される。本実施形態は、少なくとも１つの透過高温計を包含している。本発明のいくつかの態様は、透過高温測定で実施できるが、本発明のチャンバー１１０の実施形態は、加えて１つまたは複数の放射高温計７０を包含する。２つの高温計７０、１１２は、光パイプ７２から光学放射を受け取る単一システムに包含されてもよく、光学スプリッター１１４が、受け取った放射を２つの高温計７０、１１２の間で分割する。先述のように、放射高温計７０は、ミクロン以下の波長での狭帯域フィルター、すなわちシリコンバンドギャップより大きいエネルギーを有する光子を通過させる狭帯域フィルターを包含する。放射高温計７０は、このようにして、シリコンウェハー３２がランプ４６として図示される放射熱源からの短い波長光を遮るので、ウェハー３２の裏側で黒体放射温度を測定するのに有効である。一方、透過高温計１１２は、長い波長光、特に関心のあるウェハー温度でのシリコンバンドギャップの近くの光、またはいくらか長い光に敏感である。
【００３４】
均一なウェハーを通過する特定の波長の光学放射に対する透過率または透過係数τは、
0005665744.tif 000002
によって与えられる。ここでαは吸収係数であり、χはウェハーの厚さである。シリコンのバンドギャップ近くでの吸収係数は、図３のグラフで室温（２０℃）については線１２０として、２００℃については線１２２として、それぞれ図示されている既知の温度依存性を有する。線１２０、１２２の急勾配の部分は、光学バンドギャップの吸収端と同一であると見なされ、これは熱的に活性化された自由キャリアおよびフォノン寄与の両方の熱的変化に依存する。吸収端は、波長の増加とともに、より長い波長（より小さい光子エネルギー）にシフトする。
【００３５】
透過高温計に必要とされる分光フィルタリングは、放射高温計のためのものと異なる。透過高温測定フィルターおよび光検出器は一緒に、対象のウェハー温度における吸収ギャップの波長に敏感である必要がある分光応答を提供する。この要件は、透過高温計が例えば約３５０℃未満の、特に約２５０℃未満の低温だけを測定する必要があるかどうか、または４５０℃までの温度、およびある程度高温を測定する必要があるかどうかによって変化する。しかしながら、妥当な信号対雑音比を維持するためには、黒体放射スペクトルの有限帯域幅が検出されるべきである。
【００３６】
光学フィルタリングのないシリコン光検出器は、約２５０℃または３５０℃未満の温度でこの機能を果たすことができる。シリコン光検出器は、約１．１μｍを上回る波長を有する放射に鈍感である。ウェハー吸収端は、ウェハーが室温から３５０℃まで熱くなるにつれて、１μｍから１．２μｍに向かって上昇する。したがって、正味の影響は、いくらか狭い通過帯域である。しかしながら、約３５０℃を上回るウェハー温度では、吸収端はシリコン光検出器の検出限界を超え、その結果吸収端波長がどんなに増加しても、容易に検出されない。このように、より高いウェハー温度での作動のためには、より長い波長に敏感な光検出器を使用することが望まれる。そのような検出器の例はＩｎＧａＡｓダイオード光検出器であり、これは約０．９〜１．７μｍの検出帯域を有する。１．７μｍまでのその大きな寄与を回避するためには、ＩｎＧａＡｓは、１．２または１．３μｍ未満の波長を通過させるフィルター、すなわち透過高温計によって測定される最高温度でのシリコンウェハーのバンドギャップ波長未満の波長を有する放射を大部分通過させ、このバンドギャップ波長を上回るプランクスペクトルの大部分を切断する低域通過フィルターと共に使用されるべきである。加えて、このフィルターは、約１μｍ未満の放射を切断する帯域通過フィルターであってもよい。
【００３７】
作動のレジームについて、図４のグラフを参照して説明する。線１２６は、ランプ電流の１つの設定について、透過高温計からの全光電流をウェハー温度の関数として表す。より低い温度では、全光電流は、主として、温かいランプからウェハーを通過する光子束から生じる光電流１２８である。しかしながら、線１３０によって表されるように、一定の背景放射、例えば迷放射および温かいチャンバー部品が存在する。より高い温度では、線１３２によって表される、ウェハーそれ自体の黒体放射からの増加する寄与がある。ランプおよびウェハー黒体寄与についての交差は、約４００℃の温度で起こり、その温度は放射高温計が有効になる領域の下端に近い。
【００３８】
本発明の一態様は、ランプ電流およびウェハー温度への透過高温計光電流の既知の依存性に依存し、その依存性は高温計特性と呼ぶこともできる。生産ウェハー用のウェハー厚さは、例えば３００ｍｍウェハーについては０．７５±０．０２ｍｍに厳重に制御され、このように既知の量であると仮定される。
【００３９】
ウェハーの制御可能な加熱のための基本アルゴリズムは、図５のプロセスフロー図で例示される。ステップ１３６では、既知の温度のウェハーがＲＴＰチャンバーに挿入され、ステップ１３８で光源がウェハーに向けられる。ステップ１４０では、透過高温計からの光電流が測定される。この測定は、ランプ電流およびウェハー温度の既知の値で行われ、既知の特性が適正に正規化されることを可能にする。
【００４０】
ステップ１４２では、光電流対ランプおよびウェハー温度の、既知ではあるが正規化されていない特性が正規化される。これは様々な方法で行うことができるが、最も容易な手順は、初期のウェハーおよびランプ温度での非正規化光電流特性の値に沿った測定光電流をもたらすために光検出器の光電流出力にスケーリング因子を適用する。その後、すべての測定光電流値は一定の基準で拡大縮小される。
【００４１】
その後ステップ１４４で、ランプ電流を少なくとも初期の予熱値まで上げる。その後、ステップ１４６で、透過高温計からの光電流が、同じウェハーおよび上昇したランプ電流について測定される。ステップ１４８では、ウェハー温度が測定光電流および正規化特性から決定される。ステップ１４６、１４８は、ある最終予熱ウェハー温度が達せられたことがステップ１５０で決定されるまで繰り返される。
【００４２】
必要とされるランプおよびウェハー特性は、いくつかの方法で確立できる。ランプ電流およびウェハー温度ならびに可能であればウェハー厚さの多数の組合せについて高温計光電流を測定し、その後光電流をウェハー温度に関係づけるためにこれらの実験値を使用することができる。正規化はなお、異なるランプおよびその他を包含するウェハー変動、ならびにチャンバー条件の変化に対処するために望ましいと考えられる。
【００４３】
１つの手法は、ランプの電気的測定への光電流の依存性、ならびにシリコンウェハーを通る透過率および光検出器の応答の温度依存性をほぼ完全に理解することに基づいている。透過高温計についての光電流ＩＰＤは、主としてウェハー温度ＴＷおよびランプ温度ＴＬに依存しており、
0005665744.tif 000003
と表わすことができる。ここでλ１およびλ２は、０．８〜１．７μｍにわたりうる光検出器の応答性のスペクトル限界を示す積分限界であり、Ｒ（λ）は、使用される任意のフィルターを包含する光検出器の応答関数であり、Ｌ（λ，ＴＬ）はランプ温度ＴＬでのランプの放射強度スペクトルであり、Ωは、背景放射の差、ウェハーの上面での反射率、透過チャネルの視野因子、およびランプ放射強度の差に対処するための正規化因子である。ウェハー上面での反射率についての適正な正規化は、異なる水平および垂直構造を有する異なる種類のウェハーが、各種類の構造についてのＲＴＰ予熱を別個に最適化することなく処理されることを可能にする。その代わりに、主に単一の正規化測定で、上面反射率に主として影響を及ぼすそのような差を補償することができる。
【００４４】
ランプ放射強度Ｌは、ランプフィラメントで消散される電力の、それ故にランプの温度ＴＬ、フィラメントに使用される材料の放射率εＬ（λ，ＴＬ）、およびランプフィラメントの巻回に起因する放射率への補正δ（λ，ＴＬ）の関数である。ランプ温度ＴＬは、
0005665744.tif 000004
によって与えられるタングステンフィラメントについての経験的表現から決定されてもよい。ここで、αはあるクラスのランプによって放出される放射についてのスペクトル測定結果によって決定されうる定数であり、ＲＬはランプのためのＳＣＲドライバーからの瞬間印加電圧および電流帰還によって決定されうるランプフィラメントの抵抗である。フィラメント温度の知識を使って、ランプの放射強度は、
0005665744.tif 000005
から計算することができる。ここで、ＬＢＢは温度ＴＬの表面からのプランク黒体放射スペクトルであり、
0005665744.tif 000006
である。ここで、ｃ１およびｃ２は、３．７４２×１０−１６Ｗｍ２および０．１４３９ｍＫのそれぞれの値を有する周知の放射定数である。タングステンの放射率εは、温度および波長の両方の関数として周知である。巻回および補正因子δは、各クラスのランプについて計算されるまたは別法として測定される必要がある。
【００４５】
温度ＴＷで厚さχを有するシリコンウェハーを通る透過率τは、
0005665744.tif 000007
によって与えられる。ここで、αは波長λおよび温度ＴＷにおけるシリコンの吸収係数である。吸収係数は、測定されてもよく、または「Ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ａｔ  ｅｌｅｖａｔｅｄ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、ｖｏｌ．７４、ｎｏ．１０、１９９３年１１月１５日、ｐｐ．６３５３〜６３６４でＴｉｍａｎｓに記述されるモデルから計算できる。Ｔｉｍａｎｓモデルは、フォノンおよび自由キャリアによる吸収を説明し、低濃度ドープのシリコンについて測定吸収率との高い一致度を示す。Ｔｉｍａｎｓの文献はまた、高温測定の一般的な議論にも有用である。
【００４６】
測定光電流に基づいてウェハー温度を見いだすために式（２）の積分を反転させる閉じた表現を見いだすことは、計算的に挑戦的なことであり、実時間調整のために実施することは困難である。その代わり、参照テーブルを編集することが好ましい。例えば、２次元テーブルは、１つの軸にランプフィラメント温度ＴＬおよび他方の軸にウェハー温度ＴＷを備えて構築される。光電流の計算された非正規化値がテーブルのセルを占める。
【００４７】
既知のウェハー温度ＴＷおよび電気的に測定されたランプフィラメント温度ＴＬでの初期光電流測定は、テーブル中の非正規化計算光電流値を測定光電流と相関させ、このようにして正規化定数Ωをテーブル全体について決定することができる。テーブル中のすべての項目を正規化することは可能であるが、それをするのではなく、現在既知である正規化定数によって光検出器の出力でのすべての測定光電流を拡大縮小することが好ましい。
【００４８】
較正ステップ後のウェハーの処理の間に、透過高温計からの光電流が、式（３）を考慮してランプ温度を提供するランプ電力供給部の電流および電圧の既知の電気的測定で測定される。次いで、既知のランプ温度での測定および拡大縮小された光電流をウェハー温度と相関させるために、参照テーブルを調べる。表にした光電流間で、および必要であればランプ温度間で、補間が行われてもよい。他の方法が、光電流対ランプおよびウェハー温度の特性を保存し、取り出すために利用できる。テーブルの各列は、多項式の係数、べき級数、または所与のランプ温度について光電流をウェハー温度に関係づける他の数学関数によって表されてもよい。そのような数学関数は、実時間基準で容易に計算される。別法として、テーブル全体が２変数べき級数に変換されることもあり得る。必要に応じて、多項式またはべき級数が、多項式の値としてのウェハー温度に関する変数として光電流を包含することもあり得る。
【００４９】
上の記述は、シリコン光ダイオードがウェハーの裏側を通ってランプの１つに面して狭い視野を有しており、シリコン光ダイオードの約１μｍの下限を下回る更なるフィルタリングは行われず、吸収端が対象の温度について約１．２μｍを下回っている状態で実証された。別個の従来の放射高温計は、ウェハーの同じ総面積に面していたが、フィルタリングが行われ、かつより広い視野を有していた。加えて、熱電対が、実証試験の間にその真の温度を測定するために裸のウェハーに埋め込まれた。結果を図６のグラフに示す。このグラフは、ランプがオンにされた後に異なる方法によって決定された温度を時間の関数として示す。線１５４は、熱電対によって測定された温度を示す。線１５６は、透過高温計によって決定され、先述の参照テーブルと併せて演算されたウェハー温度を示す。線１５８は、従来の放射高温計によって決定された温度を示す。すべての温度において、透過高温計は、熱電対のものに比較的近い温度を測定する。約３００℃未満の温度では、従来の放射高温計はウェハー温度を正確に測定することはできないが、より高い温度ではその性能は十分である。図４にさらに示すように、その設計の透過高温計は、約３５０または４００℃を上回る温度で平坦な応答を有する。したがって、約３５０℃の移行温度未満の温度では透過高温計に頼り、より高い温度では放射高温計に頼ることが望ましい。しかしながら、移行温度は、２つの高温計の設計に応じて変わることもあり、本設計は３００〜４００℃の移行温度を示す。
【００５０】
図６の曲線は、約１〜１．２μｍの波長で非ドープのシリコンウェハーを通る透過高温計を使用する温度測定の正確さを示す。図７は、さまざまな濃度でドープされたｎ型シリコンウェハーを通る光の透過のグラフを示す。１μｍの波長で測定された透過光が記録された。約１０１８ｃｍ−３までのドーピング濃度での透過プロファイルの曲率はかなり似たプロファイルを有することがこのグラフからわかる。しかしながら、このドーピングレベルより上ではプロファイルの曲率に差がある。本発明の二波長測定を使用することによって、この曲率は和らげることができる。図８は、２つの波長で透過した光の比を測定し、室温に正規化されたときの図７の試料から結果として得られる曲線を示す。図９は、１０８０ｎｍおよび１０３０ｎｍで透過した光の比を測定し、室温に正規化されたときの図７から選択された試料から結果として得られる曲線を示す。これらの試料の曲率は、透過高温計の有用範囲にわたってほとんど同一であり、ドーピングの効果は考察から効果的に除去できることを示すことがわかる。
【００５１】
図１０は、さまざまな種類のシリコンから約２５℃〜２５０℃の温度にわたって収集された１０３０ｎｍレーザー透過信号および１０８０ｎｍレーザー透過信号の実験データを示す。さまざまなシリコン試料の抵抗率は、非常に高い（＞５０オーム−ｃｍ）値から非常に低い（ミリオーム−ｃｍ程度）値までに及んだ。１０８０ｎｍレーザー信号に対する１０３０ｎｍレーザー信号の比が、シリコン温度の関数としてプロットされるとき、異なるシリコン種に対応するすべての曲線は単一の曲線に重なり合う。このデータは、ドーピング効果が高温測定信号の比を評価することによって除去されることを示す。本発明の実施形態を応用できる少なくとも２つのプロセス、すなわち、ほぼ室温の高温測定、および予熱とも呼ばれる開ループ同調がある。本発明の実施形態によるほぼ室温の高温測定は、好ましくは、より高い温度での放射高温測定に関して使用されるものに似たアーキテクチャの、熱制御システムの帰還ループ内で多数の半径方向に配置された透過高温計を使用する。正確な熱制御は、いくつかの先進的集積回路構造に考慮されるように、２５０℃未満の温度で可能である。既述のシリコン光ダイオードは約３００℃を上回るウェハー温度での性能が低いので、より長い波長に適した光検出器およびフィルター、例えばＩｎＧａＡｓ光検出器および干渉フィルターを製作することは、そのような低温作動のために望ましい。前述のように、ＲＴＰチャンバーが、すべてのウェハー温度で作動可能な熱帰還制御を用いた低温処理および高温処理の両方の能力を有することは、望ましい。
【００５２】
低温用高温測定については、加熱ランプとは別の透過放射用光源を提供することが望まし場合がある。そのような光源は、レーザー、ＬＥＤ、別個の低輝度白熱電球または任意の他の適切な光源とすることができる。
【００５３】
本発明の態様は、放射高温計を使用せずに、予熱フェーズ（開ループ同調とも呼ばれる）をより厳密に制御するために標準高温ＲＴＰと併せて応用されてもよい。簡単な予熱プロセスを、図１１のフロー図に例示する。既知の温度のウェハーがＲＴＰリアクターに挿入された後、ステップ１７０で、透過高温計は、参照テーブルまたはシステムの特性を保存する他の方法のために正規化因子を構築することによって、較正される。透過高温計の較正は、基準強度を測定し、背景またはマトリクス効果を補正することを包含してもよい。ステップ１７２では、ＲＴＰランプは、所定の低電力レベル、例えば全高温レベルの１５％に設定されてもよく、これにより１０℃／秒未満の比較的遅い加熱速度が生成される。ステップ１７２では、ランプがそれらの低電力レベルに設定された後、較正された透過高温計は少なくとも２度ウェハー温度を測定し、それにより、ステップ１７４において、２つの測定間の休止期間の間にウェハーが熱くなるときの温度の初期傾斜率が測定される。ステップ１７６では、電力供給コントローラは、初期測定値から、１０〜２０℃／秒の設定値とすることが可能な所望の温度傾斜率に温度傾斜率を変える調整ランプ電力レベルを計算する。その後、予熱は、ステップ１７８においてウェハー温度が移行温度に達したことが決定されるまで続き、ステップ１８０では、この移行温度において、制御は、従来の高温ＲＴＰ制御システムで行われるように、主として放射高温計に頼る閉ループ制御に切り替えられる。
【００５４】
初期傾斜率の調整後の予熱は、いくつかの方法で行うことができる。それは単に、ランプ電力が再調整されてからの経過時間に頼ってもよい。透過高温計かまたは放射高温計を、移行温度への到達時点の検出に使用することができ、両方の高温計は、典型的にはその温度に敏感である。さらにより厳密な制御のために、透過高温計は、予熱の間に所望の温度傾斜率を維持するようにランプ電流を動的に調整する予熱フェーズのための閉ループ制御システムで使用されてもよい。さらに、予熱フェーズの異なる部分について所望の傾斜率を調整することが可能である。
【００５５】
上記の記述では、単一の透過高温計に焦点を合わせ、１つのランプ電力設定だけについて述べたが、多数の透過高温計が異なる半径に位置決めされ、いくつかの異なるゾーン加熱が利用される場合は正確さが向上する。例えば、１つの透過高温計はウェハー中心近くに向き、第２の透過高温計はウェハーからエッジリングへの移行部近くに向き、第３の透過高温計はエッジリングにのみ向いてもよい。そのとき、ランプは予熱のために少なくとも３つの同様のゾーンに分割されてもよい。図１１の初期傾斜率調整では、３つの初期温度傾斜率が３つの透過高温計により測定される。次いで、異なる加熱ゾーンのランプは、典型的には狭い中間ゾーンで可能であればいくらか補間して、共通の所望の傾斜率を得るために別個に再調整される。
【００５６】
本発明の実施形態による透過高温計は、ウェハーを、リフトピンによって支持される間に、エッジリングの温度、例えば約２００℃に温める初期予熱にも有用である。ウェハーがこの温度に達すると、リフトピンはウェハをエッジリング上に下ろし、次いでエッジリングは回転を始める。特に支えられたウェハーの周りから下部の高温計へと、ランプから大量に光が漏れるため、このレジームでは放射高温計はほとんど役に立たない。
【００５７】
反射体プレートの異なる開口に結合される別個の放射および透過高温計を提供することが可能である。しかしながら、放射高温計フィルターより前に角度のついた部分反射体を包含するために、米国特許第６４０６１７９号の放射高温計を変更することによって２つの高温計を統合することが簡便である。反射された放射は、フィルタリングのないシリコン光検出器に向けられ、したがってこの光検出器は透過高温計の役割を果たす。
【００５８】
二重高温計１９０の例を、図１２の断面図に例示する。サファイア光パイプ１９２および金属スリーブ１９４は、ＲＴＰ反射体プレートの底部で高温計１９０を支持している。高温計は筐体１９６内部に形成されており、この筐体は、光パイプ１９２の出力に隣接するコリメータ１９８の軸方向開口２１０から半径方向に外側に向かって広がる反射内壁２０２を有するコリメータ１９８を収容しており、このコリメータは、典型的には多層干渉フィルターから成る狭帯域フィルター２００に光パイプ放射をコリメートする。狭帯域フィルター２００は筐体１９６中に支持されて、放射高温計と関連する。しかしながら、調整可能な金メッキのピン２０４が、コリメータ壁２０２から突出して、ビームスプリッター２０６を提供するために傾斜反射面を有しており、光パイプ１９２からの放射の一部をコリメータ１９８の開口２１０を通ってビームスプリッター２０６に面する光検出器２０８の方へ向ける。光検出器２０８は、シリコン光ダイオードであってもよく、その場合にはそれだけで低いウェハー温度用の透過高温計の役割を果たすことができる。しかしながら、いくらか高いウェハー温度については、光検出器２０８は、ＩｎＧａＡｓ光ダイオードなどのように、より長い波長応答を有してもよく、その場合には例示されない別個の透過高温計フィルターが光検出器２０８とビームスプリッター２０６との間に挿入される。放射の残りは、ビームスプリッター２０６を通過して、放射高温計フィルター２００によってフィルタリングされた後、集光器２１２の広い端部に入る。集光器２１２は、フィルタリングされた放射を第２の光検出器２１５に集光する内側に向かってテーパーのついた反射壁２１４を有しており、第２の光検出器２１５は、集光器１２の端部で狭い軸方向開口２１６から露出している。光検出器２１５は、放射高温計を完成し、典型的にはシリコン光ダイオードとして実施される。２つの光検出器２０８、２１５からの別個の電気導線は、２つの高温計光電流を供給するために、光検出器電力供給部とランプ電力供給コントローラとに導かれる。
【００５９】
上述の構造は、有利には、ＲＴＰ反射体プレートならびにその開口および光パイプのために既存の設計を使用する。ビームスプリッターの他の構造および他の種類が使用されてもよい。感度は波長選択ビームスプリッターによって改善される。
【００６０】
このようにして、本発明の実施形態は、低い温度で効果的な熱プロセスを包含する場合も、放射高温測定が通常使用されるより高い温度を達成するために必要とされる予熱を包含する場合も、ＲＴＰプロセスの低温制御を改善する。透過高温計は、それらの作動温度範囲を拡張し、予熱フェーズをより厳密に制御するために高温ＲＴＰチャンバーの既存の設計に容易におよび経済的に組み込むことができ、このようにして拡張温度高温計システムが提供される。
【００６１】
低温用高温測定システムを包含する拡張温度システムの別の実施形態を図１３に示す。図示のシステムは、第１の波長（λ１）３１５で基板３０２から放出される放射を測定するビームスプリッター３０６を包含する放出放射検出器３００を包含する。放出放射検出器３００は、低い温度で作動するシステムで必要な構成要素ではなく、いくつかのシステムではオプションの構成要素である。低い温度および高い温度で作動するシステムについては、放出検出器３００および低温システム３０８の両方が包含される。図１３で示される低温用高温測定システムの放射源３１０は、第２の波長（λ２）３１６および第３の波長（λ３）３１８で作動する２つの離散光源３１２、３１４を含み、低温検出器システム３０８は、第２の離散波長３１６および第３の離散波長３１８で放射を測定する第１の検出器３２０を含む。２つの離散光源３１２、３１４は、連続してまたは同時に作動できる。いくつかの詳細な態様では、第２の離散波長３１６は約１０３０ｎｍであり、第３の離散波長３１８は約１０８０ｎｍである。他の詳細な態様では、波長フィルター３２２が、外部光を除去するために第１の検出器３２０に組み込まれる。離散波長３１６、３１８を生成するための光源３１２、３１４は、レーザー、発光ダイオード、低電力白熱電球または他の適切な光源とすることができる。
【００６２】
図１４は、離散波長源３１２、３１４が連続して作動するときの時分割信号のグラフを示す。各サイクルについて、第１の波長源３１２が最初にオンにされ、高温測定信号が記録される。次いで第１の波長源３１２がオフにされ、第２の波長源３１４がオンにされ、高温測定信号が測定される。第２の波長高温測定が測定された後、第２の波長源３１４がオフにされ、両方の源をある時間間隔にわたってオフのままにする。各サイクルの時間周期は約６０ｍｓｅｃ以下である。次いでサイクルが繰り返される。第１の波長および第２の波長について測定された高温測定信号は、背景信号（両方の源がオフのとき測定される）から引き算され、その比が決定される。
【００６３】
上述のように、第２の放射検出器が包含されてもよく、それは、シリコン基板から放出される波長である第１の波長（λ１）３０４で放射を測定するように構成される放出検出器３００である。第２の放射検出器は、約９３０ｎｍであるシリコンから放出される放射の波長を測定する。低温用高温測定システムに結合される電力供給制御システム（図示されず）は、放射熱源３２４に配送される電力量を制御するように適合できる。
【００６４】
図１５は、図１３で示されるシステムの変形例を示し、この場合、離散光３１６、３１８は基板３０２を通って透過して、ミラー２０４によって透過高温測定システムに向けられる。図示される透過高温測定システムは、２つの波長で検出する単一のモジュールを利用ではなく、第１の離散波長３１６で放射を測定する第１の検出器モジュール３３０と、第２の離散波長３１８で放射を測定する第２の別個の検出器モジュール３４０とを有している。第１の検出器モジュール３３０および第２の検出器モジュール３４０の両方は、オプションの波長フィルター３３４、３４４を備える検出器３３２、３４２を有する。ビームスプリッター３５０は、離散光３１６、３１８の半分を検出器モジュール３３０、３４０の各々に向ける。
【００６５】
図１６は、図１５で示されるシステムの変形例を示し、この場合、ビームスプリッターが二色性ミラー３６０と置き換えられている。二色性ミラー３６０は、第２の離散波長３１８を第２の検出器モジュール３４０の方へ反射しながら、第１の離散波長３１６が第１の検出器モジュール３３０に通過するのを可能にする。
【００６６】
いくつかの実施形態で使用される波長フィルターは、第１の離散波長および第２の離散波長の低い方の数ナノメートル下から第１の離散波長および第２の離散波長の高い方の数ナノメートル上までの範囲の外側の波長の実質的にすべてを排除する。他の態様は、第１の波長フィルターおよび第２の波長フィルターを含む少なくとも１つのフィルターを有し、第１の波長フィルターは、第１の離散波長を通過させるのに十分広い帯域通過を有し、第２の波長フィルターは、第２の離散波長を通過させるのに十分広い帯域通過を有する。さらなる実施形態は、第１の離散波長周辺の光の実質的にすべてが通過するのを可能にし、フィルターを通る光の透過を次第に減衰させて、第２の離散波長付近の波長の光を９９．９％まで遮るフィルターを有する。他の態様では、透過放射検出器システムはさらに、所定の波長未満の波長を有する実質的にすべての放射を除去するのに有効な少なくとも１つの波長フィルターを含む。詳細な実施形態では、所定の波長は９８０ｎｍである。
【００６７】
加えて、本発明の実施形態は、室温で少なくとも１つの低温用高温測定システムを使用して、２つの離散波長で少なくとも１つの光源から放出される基準光強度を測定するステップを包含する基板処理方法を対象にする。基準光強度は、例えばチャンバーにウェハーまたは基板を包含しないチャンバーで測定されてもよい。基準強度測定結果は、例えば当業者には理解されるように、マトリクス効果、動的システム特性および背景光を補正するために使用できる。２つの離散波長の室温強度の比が計算される。基板は、チャンバー内の、少なくとも１つの光源と少なくとも１つの低温用高温測定システムとの間の位置に配置される。光強度は、低温用高温測定システムを使用して少なくとも１つの光源から基板を通って透過する２つの離散波長で測定される。基板を通って透過する２つの離散波長の強度の比が計算されて、室温での強度比に正規化される。基板は次いで、低温用高温測定システムを使用して、基板を通って透過する離散波長で光強度の比を周期的に測定することにより基板の温度を監視しながら、放射熱源を使用して加熱される。
【００６８】
この明細書全体にわたり、「一実施形態」、「ある種の実施形態」、「１つまたは複数の実施形態」または「１つの実施形態」への言及は、その実施形態に関連して述べられる特定の特徴、構造、材料、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に包含されることを意味する。このように、この明細書全体にわたってさまざまな場所での「１つまたは複数の実施形態では」、「ある種の実施形態では」、「一実施形態では」または「１つの実施形態では」などの語句の出現は、必ずしも本発明の同じ実施形態に言及していない。さらに、特定の特徴、構造、材料、または特性は、１つまたは複数の実施形態で任意の適切な方法で組み合わされてもよい。
【００６９】
本明細書では、本発明について、特定の実施形態を参照して説明したが、これらの実施形態は、本発明の原理および応用の単に実例にすぎないことが理解されたい。さまざまな変更および変形が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の方法および装置に対して可能であることは、当業者には明らかであろう。このように、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内で、特定の変更および変形を包含することが意図される。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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