(57)【要約】  本技術の幾つかの実施形態は、材料又は薄膜の製造中にチャンバ内の基板の温度を能動的に制御することに関する。幾つかの実施形態では、本方法は、基板を冷却又は加熱して温度を目標範囲内に収めるステップと、基板の表面に材料を蒸着するステップと、材料が蒸着されている間、基板の温度を制御するステップと、を含んでよい。幾つかの実施形態では、基板の温度を制御するステップは、基板上に流体を誘導して基板から熱エネルギを除去することによって、蒸着プロセス全体を通して基板の温度を目標範囲内に保つことを含んでよい。
2021508775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ処理システム内の基板の温度を制御する方法であって、
前記基板の表面に材料を蒸着するステップと、
前記材料の少なくとも一部を蒸着している間、前記基板の温度を制御して目標範囲内に収めるステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記材料を蒸着する前に、前記基板を前記目標範囲内の温度まで加熱装置で加熱するステップ
をさらに含み、
前記基板の温度を制御して前記目標範囲内に収める前記ステップは、前記基板上に流体を移動させて前記基板から熱エネルギを除去することによって前記基板の温度を前記目標範囲内に保つステップを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板上に流体を移動させる前記ステップは、流体を少なくとも部分的に前記基板のチャネルに通して移動させて、熱を前記基板から前記流体に移すステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記基板上に流体を移動させる前記ステップは、流体を少なくとも部分的に、前記基板に直接接触しているプレートに通して移動させて、熱を前記基板から前記プレートに移すステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記目標範囲は、（ａ）約−３０℃から約３００℃であり、（ｂ）一つには、蒸着される材料に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記材料を蒸着する前記ステップは、イオンビーム支援蒸着を用いて前記蒸着装置で薄膜を蒸着するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記薄膜は厚さが約４０ナノメートル以下である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記薄膜は厚さが約１００オングストロームから約２５ミクロンである、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記目標範囲は蒸着される前記材料に基づいており、前記材料は酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、及び／又はオキシフッ化イットリウム（ＹＯＦ）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
表面がほぼ平坦であって温度を含む基板を有するチャンバと、 
前記基板の前記ほぼ平坦な表面に材料を蒸着するように構成された蒸着装置と、 
前記基板と熱的に接触する機構であって、前記材料が蒸着されている間、前記基板の温度を能動的に制御するように構成された前記機構と、
を含む半導体処理システム。
【請求項１１】
前記機構は、前記基板と熱的に接触するチャネルを含み、前記チャネルはその中に、前記基板から熱エネルギを除去する流体を有する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記機構と電気的に結合されて、前記チャネルを通る前記流体の流れを制御するように構成された制御装置と、
前記制御装置と作用的に結合されて、前記基板に関連付けられた温度を測定する第１の温度測定素子と、
前記制御装置と作用的に結合されて、前記蒸着装置に関連付けられた温度を測定する第２の温度測定素子と、
前記制御装置と作用的に結合されて、前記チャンバに関連付けられた温度を測定する第３の温度測定素子と、
を更に含み、
前記制御装置は、前記第２又は第３の温度に基づいて前記基板の温度を制御して或る温度範囲内に収めるように構成されている、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記温度範囲は約−３０℃から約３００℃までである、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記温度範囲は約１２０℃から約１８０℃までである、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記蒸着装置はイオンビーム蒸着装置を含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
薄膜を製造する方法であって、
前記基板上に材料を蒸着する為のチャンバ、前記チャンバ内の基板、及び蒸着装置を用意するステップと、
前記基板上に材料を蒸着することに関連付けられた第１の温度を測定するステップと、
第２の温度を目標範囲内に有するか保つことを前記基板に能動的に行わせるステップであって、前記目標範囲は、一つには、前記第１の温度又は前記材料の少なくとも一方に基づく、前記能動的に行わせるステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
前記第２の温度を有するか保つことを前記基板に能動的に行わせる前記ステップは、前記基板上に前記材料の少なくとも一部を蒸着している間、前記第２の温度を有するか保つことを前記基板に能動的に行わせるステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記材料は、前記第１の温度で第１の熱応力を有し、前記第２の温度で第２の熱応力を有し、前記第２の熱応力は前記第１の熱応力より小さい、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
能動的に冷却する前記ステップは、冷却用流体を介して前記基板から熱を除去するステップを含み、前記熱の少なくとも一部が前記材料の蒸着によって前記基板に導入される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
能動的に冷却する前記ステップは更に、前記基板から熱を除去する前に、前記基板をほぼ前記第２の温度まで能動的に加熱するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記蒸着が終了した後に、前記基板が冷える際の温度変化率を制限するステップを更に含む、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、能動的温度制御機能を有する蒸着処理システムに関し、特に、チャンバ構成要素及び関連システムの能動的温度制御により蒸着材料の熱応力を管理することに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な表面への材料の蒸着に使用されることに適するプロセスチャンバが当該技術分野においてよく知られている。一具体例では、半導体処理システムにおいてプロセスチャンバが使用される。半導体処理システムのプロセスチャンバは、例えば、半導体材料（例えば薄膜）の形成に使用される静電チャック（ＥＳＣ）、チャンバシールド、シャワーヘッド、及び同様に設置されるチャンバ構成要素があってよい。動作中、個々の構成要素は、腐食性プラズマ条件に起因する極限環境に曝されて腐食される可能性がある。そのような条件に曝されるチャンバ構成要素を保護する為に耐腐食コーティングが使用されることが多い。動作中に発生する高温、並びに（例えば、ＥＳＣとその上に蒸着される薄膜との間の）熱膨張係数（ＣＴＥ）の不整合によって、わずかな変形が引き起こされる。例えば、薄膜コーティングの生成中に、ＥＳＣ上に材料が蒸着され、蒸着された材料に付随する熱エネルギによって、ＥＳＣ及び他のチャンバ構成要素が急加熱される可能性がある。各チャンバ構成要素の熱質量が異なると、蒸着された材料に付随する熱エネルギによってチャンバ内でＣＴＥ不整合が発生し、それによって、反りや変形が引き起こされる可能性がある。
【０００３】
図１Ａ及び１Ｂは、先行技術によるチャンバ構成要素２０（例えば、固定基板又はＥＳＣ）及びワークピース３０（例えば、半導体材料、絶縁材料、薄膜等）の概略断面図であり、ＣＴＥ不整合の影響を図解するものである。図１Ａは、構成要素２０及びワークピース３０が凹状に反った様子を示しており、図１Ｂは、構成要素２０及びワークピース３０が凸状に反った様子を示している。より具体的には、図１Ａ及び１Ｂは、構成要素２０が凹状又は凸状を呈することによって欠陥が発生する可能性があり、その欠陥がその後、構成要素２０上に形成されたワークピース３０に伝わる可能性があることを示している。
【０００４】
ＣＴＥ不整合の問題を緩和する為に従来用いられてきた一方法は、チャンバ構成要素を遮熱コーティング（例えばプラズマスプレー）で覆うことによってチャンバ構成要素をプロセスチャンバの過酷な環境から保護するというものであった。しかしながら、時間とともに遮熱コーティング自体までがＣＴＥ不整合（及び／又は熱不均一性）の影響を受ける可能性があり、薄膜の変形、層剥離、及び汚染の結果として粒子が発生し、製造歩留まりが低下する可能性がある。粒子発生（及び汚染）の問題は、半導体部品のジオメトリを小さくすることが絶えず必要である為に、更に一層一般的な問題になっている。そこで、チャンバ内の構成要素間のＣＴＥ不整合を制限する別のアプローチが必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来の技術における課題を解決するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の方法は、例えば、チャンバ処理システム内の基板の温度を制御する方法であって、前記基板の表面に材料を蒸着するステップと、前記材料の少なくとも一部を蒸着している間、前記基板の温度を制御して目標範囲内に収めるステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】乃至
【図１Ｂ】先行技術による蒸着処理システムのチャンバ構成要素の概略断面図である。
【図２】本技術の実施形態による半導体システムの概略図である。
【図３】本技術の実施形態によるプロセスを示すフロー図である。
【図４】本技術の実施形態による、実施形態のシミュレーションを示すプロットである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の記述では、本技術の実施形態の詳細であって実施を可能にする説明を行う為に、多数の具体的詳細について論じる。しかしながら、当業者であれば理解されるように、本開示は、これらの具体的詳細のうちの１つ以上がなくても実施可能である。又、場合によっては、本技術の他の態様が曖昧にならないように、半導体デバイスにしばしば関連付けられるよく知られた構造又は動作については示しておらず、或いは詳細に説明していない。当然のことながら、全般的には、本明細書に開示の具体的な実施形態に加えて、様々な他のデバイス、システム、及び方法が本技術の範囲に包含されてよい。
【０００９】
上述のように、蒸着処理システム内の構成要素間のＣＴＥ不整合を制御することが必要とされている。そこで、本技術によるシステムの幾つかの実施形態は、チャンバ内の構成要素又は基板（例えば、固定基板又は可動基板）に熱エネルギを供給したり、そこから熱エネルギを除去したりする為の加熱／冷却機構を含む。加熱／冷却機構は、基板から取得された温度測定値、並びにチャンバ及び／又は蒸着材料の温度測定値に基づいて、基板の温度を調節して目標範囲内に保つことに使用されてよい。幾つかの実施形態では、加熱／冷却機構は更に、基板の温度を、蒸着材料の温度に近づけるように調節することに使用されてよい。これらの実施形態のそれぞれにおいて、基板のＣＴＥ、並びに基板と他のチャンバ構成要素（例えば薄膜）との間のＣＴＥ差を制御することが可能である。そこで、本技術は、材料の製造歩留まりの向上を可能にすることを、例えば、薄膜の変形及び汚染を抑えることによって行う。
【００１０】
図２は、蒸着処理システム２００（「システム２００」）の概略図である。システム２００は、チャンバ２０２と、基板２０４と、基板２０４上に蒸着材料２０８を蒸着する蒸着機構２０６と、加熱及び／又は冷却機構２１０と、機構２１０に作用的に結合された制御装置２１２と、を含む。チャンバ２０２は、真空下で、約−３０℃から約３００℃の範囲の温度で動作可能である。基板２０４は、薄膜セラミックを含む材料から形成された静電チャック（ＥＳＣ）を含んでよく、厚さが５ｍｍ超であってよく、或いは約１ｍｍ以下からの範囲であってよい。基板２０４は、回転可能支持物２０７を介してチャンバ２０２のハウジングに機械的に結合されてよい。回転可能支持物は、材料が基板２０４に蒸着される際の入射角が形成されるように、基板２０４（及びその上の材料２０８）を回転させて調節するように動作可能であってよい。基板２０４はほぼ平坦な外側表面２０５を含み、これはその上に置かれた蒸着材料２０８を支持する。蒸着機構２０６は、蒸発性原料やイオン源等の薄膜の蒸着に一般的に使用される複数の装置を含んでよい。蒸着機構２０６は、当該技術分野において一般的に使用されているか知られている蒸着技術のうちでも特に、物理蒸着（ＰＶＤ）、熱蒸発、電子ビーム蒸発、イオンビームスパッタリング、及び陰極アークを実施することが可能である。蒸着機構２０６は、イオンビーム支援蒸着（ＩＢＡＤ）システムを含んでもよく、これは蒸気フラックス源とイオンビーム源とを組み合わせる。蒸着材料２０８としては、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、及び／又はオキシフッ化イットリウム（ＹＯＦ）、並びに他の、当該技術分野において一般的に使用されているか知られている絶縁材料や半導体材料が挙げられる。
【００１１】
システム２００は更に、複数の温度測定装置２２０（例えば、熱電対、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）、光高温計等）を含んでよく、これには、基板２０４の温度を測定する第１の温度測定装置２２０ａ、チャンバ２０２の内部の温度を測定する第２の温度測定装置２２０ｂ、及び蒸着装置２０６の温度を測定する第３の温度測定装置２２０ｃが含まれる。第３の温度測定装置２２０ｃは、例えば、チャンバ２０２内又は基板２０４上に材料が蒸着されているときの温度に対応してよい。幾つかの実施形態では、材料が蒸着されているときの温度は、複数の熱電対、例えば第２及び第３の温度測定装置２２０ｂ〜ｃの組み合わせに基づいて計算可能である。例えば、計算された、材料が蒸着されているときの温度は、第２及び第３の温度測定装置２２０ｂ〜ｃの測定値間の加重平均であってよい。後で制御装置２１２の説明に関連して詳述するが、材料が蒸着されているときの温度は、基板２０４の調節目標温度の決定に使用されてよい。温度測定装置２２０ａ〜ｃのそれぞれは、制御装置２１２に作用的に結合されており、制御装置２１２への入力として働くことが可能である。当業者であれば理解されるように、温度測定装置２２０ａ〜ｃのそれぞれは、（例えば冗長性の為に）複数の熱電対に対応してよい。
【００１２】
加熱／冷却機構２１０は、（ａ）加熱素子、赤外線ランプ、又は他の、当該技術分野において知られている手段により基板を目標温度まで加熱すること、及び／又は（ｂ）基板２０４を冷却する（例えば、基板２０４から熱エネルギを除去する）流体を供給し、その後、基板２０４から（例えば、除去された熱エネルギを有する）流体を受けることを行うように構成された１つ以上の熱交換装置を含んでよい。基板２０４に供給される流体は、対流手段（例えば冷却ファン）、冷却機、冷却液、又は他の、当該技術分野において知られている方法によって冷却されてよい。或いは、基板２０４を加熱する（例えば、基板２０４に熱エネルギを加える）流体が供給されてもよい。幾つかの実施形態では、基板２０４は、流体が基板２０４から熱エネルギを除去する為に流れることが可能な１つ以上のチャネルを含む。別の実施形態では、流体は、基板２０４に直接接触しているプレート材料のチャネルを流れることが可能であり、それによって、流体がプレート材料を冷却し、そのプレート材料が伝導によって基板２０４を冷却する。幾つかの実施形態では、プレート又は基板２０４を通るチャネルは、（ａ）基板２０４の異なる複数の領域、及び基板２０４の表面に対応する複数の区画、及び（ｂ）その様々な区画を通る流体の流れを制御するように動作可能な１つ以上の弁を含んでよい。そのような実施形態では、プレート又は固定基板を通る流体の流れは、それぞれの区画の目標温度に基づくことが可能である。例えば、構成要素の第１の区画が第１の温度であって、第２の区画が第１の温度より高い第２の温度であることが有用である場合があり、これは、膜の様々な区画に付随する熱応力を調節する為である。
【００１３】
機構２１０は、基板２０４（又は基板２０４の一区画）の温度を制御して目標範囲内に収めるように構成されてよい。例えば、幾つかの実施形態では、機構２１０は、基板２０４の温度を、約−３０℃から約３００℃、約−１０℃から約１８０℃、又は約２０℃から約１５０℃の範囲内に収まるように調節してよい。幾つかの実施形態では、目標範囲は、基板２０４上に蒸着される材料２０８と、最終製品の所望の品質とに基づいてよい。例えば、目標範囲は、材料２０８の特定の熱応力に対応する蒸着温度の±１０℃であってよい。幾つかの実施形態では、目標範囲は、材料２０８が蒸着される外側表面２０５がほぼ平坦であって、蒸着プロセス中はほぼ平坦であり続けるように、基板２０４自体（例えば、基板のセラミック材料）に基づいてよい。
【００１４】
制御装置２１２（例えば制御システム）は、一つには、加熱／冷却機構２１０を制御して基板２０４の温度を制御することに使用される。動作時には、制御装置２１２は、入力（例えば、温度測定装置２２０ａ〜ｃからの測定値、並びに目標設定点温度及び／又は範囲）を受け取って、加熱／冷却機構２１０の動作に作用し、目標範囲内で基板２０４の所望温度を達成する。より具体的には、制御装置２１２は、目標温度に応じて、例えば、基板２０４（又はプレート）に向けられる流体の量、及び／又は流体の流れを制御するように動作可能な弁の動作を制御してよい。制御装置２１２は、比例積分微分（ＰＩＤ）制御を使用する閉フィードバックループシステムに従って動作してよい。制御装置２１２の多くの実施形態が、プログラマブルコンピュータで実行されるルーチンを含むコンピュータ実行可能命令の形式を取ってよい。制御装置２１２は、例えば、監視制御及びデータ取得システム（ＳＣＡＤＡ）システム、分散制御システム（ＤＣＳ）、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、制御装置、及びコンピュータ実行可能命令を処理するように構成されたプロセッサの組み合わせを含んでもよい。当業者であれば理解されるように、本技術は、当該技術分野において広く知られているコンピュータシステムで実施可能である。本技術は、後述のコンピュータ実行可能命令のうちの１つ以上を実行するように特にプログラム、構成、又は構築された専用のコンピュータ又はデータプロセッサにおいて実施されてよい。従って、本明細書において一般的に使用されている「制御装置」という用語は、任意のデータプロセッサを意味してよい。
【００１５】
本技術の一利点は、基板の温度及び温度変化率を能動的に制御できることである。従って、基板と蒸着材料との間にＣＴＥ不整合による熱応力が発生しやすい従来の方法と異なり、本技術によれば、そのようないかなる応力でも、基板を能動的に冷却又は加熱して目標温度範囲内に収めることによって制御（例えば、制限又は拡大）することが可能である。本技術の別の利点は、基板の温度、並びに温度変化率を、それ以外の構成要素とは独立に変化させることが可能なことである。従って、本技術では、動作時に、基板をゆっくりとした温度変化で加熱していくことが可能であり、これは、例えば、初期加熱過程における基板の外側表面の変形を抑えるか無くす為である。本技術の更に別の利点は、基板と基板に蒸着された材料との間のＣＴＥ不整合の制御を、一方の変数（即ち、基板の温度）を変化させるだけで行うことが可能なことである。例えば、基板の温度は、チャンバに関連する他の変数（例えば、チャンバ温度、蒸着材料、蒸着温度等）とは独立に調節可能である為、作業者は、蒸着のそれ以外の態様に関連する動作を変更する必要がない。
【００１６】
図３は、本技術の実施形態によるプロセス３００を示すフロー図である。プロセス３００は、全般的には、蒸着処理システム（例えばシステム２００）のチャンバ（例えばチャンバ２０２）内の固定された構成要素（例えば基板２０４）の温度を制御することに関する。プロセス部分３０２は、基板を加熱及び／又は冷却して温度を目標範囲内に収めることを含む。前述のように、基板の加熱は、加熱素子、赤外線ランプ、及び／又は他の、当該技術分野において知られている手段により行われてよい。加熱ステップは、蒸着が起こると予想される目標範囲の温度まで基板の温度を上げる為に、蒸着の前に行われてよい。例えば、１２０〜１５０℃の温度範囲で蒸着が起こると予想される場合には、蒸着の前にこの範囲の温度まで基板を加熱してよい。基板の冷却は、既に図２を参照して説明されたように、流体を冷却機構（例えば機構２１０）から基板まで誘導して、流体を介して熱を除去することによって行われてよい。幾つかの実施形態では、冷却ステップは、基板の加熱後、蒸着が最初に開始された後、且つ／又は蒸着プロセス全体を通して行われてよい。別の実施形態では、冷却ステップは、第１の膜が蒸着された後、第２の膜が蒸着される前に行われてよい。更に別の実施形態では、冷却ステップは、同じ膜（例えば材料２０８）の第１の層の蒸着と第２の層の蒸着との間に、材料又は結果として得られる薄膜の機械的特性を制御する為に行われてよい。材料の蒸着の前に基板を加熱及び／又は冷却することの一利点は、ＣＴＥに起因する基板の変形が起こらないように温度の上昇率又は下降率を制御（例えば制限）できることである。蒸着の前に基板を加熱及び／又は冷却することの別の利点は、蒸着が開始された後に、蒸着に起因する温度の急上昇が基板に起こらないことである。これもやはり、ＣＴＥに起因する基板の機械的破損が起こらないようにすることに役立ちうる。
【００１７】
プロセス部分３０４は、基板の表面上に材料を蒸着することを含む。好ましい一実施形態では、基板上に材料が蒸着されるのは、基板が冷却又は加熱されて温度が目標範囲内に収まってからである。材料の蒸着は、既に図２を参照して説明された蒸着方法のいずれか、又は他の、当該技術分野において知られているか使用されている蒸着方法で行われてよい。
【００１８】
プロセス部分３０６は、基板の温度を制御して目標範囲内に収めることを含む。基板上に材料を蒸着することは、基板に熱エネルギ（例えば熱）を加えることを本質的に含むことになる。そこで、基板の温度を目標範囲内に保つ為に、本システムは、材料が蒸着されているときに、加えられた熱を除去する必要がある。既に図２を参照して開示されたように、基板から熱を除去することは、流体を基板に向かって移動させ、蒸着プロセスによって加えられている熱を吸収することによって行われてよい。温度の制御は、制御装置（例えば制御装置２１２）を使用して温度を監視して目標範囲内に保つように行われてよい。従って、プロセス３００は、上記に概説された動作を繰り返し実施する制御ループフィードバック機構（例えばＰＩＤ制御）に従って動作してよい。
【００１９】
図４は、複数の実施形態のシミュレーションを示すプロット４００である。プロット４００は、ｙ軸が基板の温度（ＴＳ）に対応し、ｘ軸が時間に対応する。プロット４００は更に、第１の線４０２が先行技術の実施形態によるシミュレーションに対応し、第２の線４０４が本技術の実施形態によるシミュレーションに対応する。図４に示されるように、プロット４００は更に、第１の平面（Ａ）が材料の蒸着の開始時刻に対応し、第２の平面（Ｂ）が材料の蒸着の終了時刻に対応する。最初に先行技術の一実施形態に従って構成された線４０２を参照すると、基板の温度プロファイルは室温から始まり、平衡温度に達するまで第１の変化率で上昇する。平衡温度は、平面（Ｂ）で蒸着が完了又は終了するまで保持され、平面（Ｂ）の時点でＴＳは降下して室温近くまで戻る。線４０２で示されるように、基板の温度は、蒸着によるチャンバへの加熱に伴って急上昇し、蒸着による加熱の終了に伴って急降下しうる。従って、基板は、これらの時間帯には特に熱応力を受けやすい可能性がある。応力は、基板上に蒸着されている材料に伝わる可能性があり、幾つかある問題のうちでも特に粒子汚染、層剥離、及び変形を引き起こす可能性がある。
【００２０】
次に本技術の実施形態に従って構成された線４０４を参照すると、基板の温度プロファイルは、平面（Ａ）の蒸着温度まで一定の変化率で上昇し、平面（Ａ）の時点で蒸着が開始される。基板上に材料が蒸着されているとき、基板の温度プロファイルは、平面（Ｂ）で蒸着が完了又は終了するまでほぼ一定である。その後は、温度が一定の変化率で室温まで戻るように、線４０４の温度下降が制御される。
【００２１】
線４０２と線４０４との比較で示されるように、本技術は、従来技術に対して幾つかの優位点がある。例えば、従来技術では、蒸着の初期段階で温度が急上昇し、蒸着の最終段階の後に温度が急下降する可能性があるが、これとは異なり、本技術における蒸着の対応する初期段階及び最終段階は制御され、極端な変化が抑えられる。従って、本技術は、汚染、層剥離、及び変形に起因する製造ロスの可能性を低減する。
【００２２】
本技術の別の利点は、薄膜の蒸着全体をほぼ一定の温度で（例えば１０℃の範囲内で）実施できることである。線４０２に示されるように、基板がその平衡温度に達する前に蒸着のほぼ３分の１が行われる。線４０２とは対照的に、線４０４の蒸着はほぼ一定温度で行われ、それによって、結果として得られる膜の特性がより均質になる。本技術におけるこの利点は、コーティングプロセスの重要な時間帯でありうる蒸着の開始時において更に一層顕著となる可能性がある。蒸着が開始されると、コーティングと基板との間の接合面が確立されて、これは接着及び他の機械的特性に顕著に作用しうる。制御された温度及び／又は一定の温度を蒸着の開始時に保持できることにより、特性がより均質な膜が得られ、且つ接着強度及び機械的強度が向上する。
【００２３】
本技術の更に別の利点は、蒸着温度を、ＣＴＥが目標値となる好ましい温度に制御できることである。図４に示されるように、線４０２の場合の蒸着中の基板の温度は、ＣＴＥ不整合を制限する最適温度を実施することを意図された線４０４の場合の温度より高い。式１に示されるように、膜に対するＣＴＥに関連付けられた熱応力σＦＩＬＭは、一つには、膜に関連付けられた固有応力σＩＮＴと、膜の蒸着に関連付けられたＣＴＥ応力σＣＴＥとの組み合わせに起因する。本技術によるもののような膜用途の場合、固有応力は、一つには、蒸着方法（例えば、ＩＢＡＤ、ＣＶＤ、スパッタリング、蒸発、陰極アーク等）に基づいてよい。ＣＴＥ応力は、蒸着温度と基板の動作温度との差に基づいてよい。より具体的には、式２に示されるように、ＣＴＥ応力は、膜の弾性係数ＥＦＩＬＭ、膜のポアソン比νＦＩＬＭ、差分ＣＴＥ定数Δα＝αＦＩＬＭ−αＳＵＢＳＴＲＡＴＥ、及び膜の温度変化ΔＴに基づく。幾つかの実施形態では、ΔＴは、蒸着温度とベース基板の温度との温度差に対応する。
式１：  σＦＩＬＭ＝σＩＮＴ＋σＣＴＥ
式２：  σＣＴＥ=（ＥＦＩＬＭ／（１−νＦＩＬＭ））Δα（ΔＴ）
従って、膜材料が蒸着される際の温度と基板の温度とに差があればこの差を減らすことにより、膜の全体熱応力を減らすことが可能である。
【００２４】
本技術の更に別の利点は、（ａ）基板及びＣＴＥ不整合の温度と（ｂ）各膜に関連付けられたイオンエネルギとを別々に制御できることである。言い換えると、本技術によれば、薄膜の製造者は、膜応力の制御を、固有応力及びＣＴＥ応力の一方又は両方を変化させることによって行うことが可能になる。上述のように、固有応力は、基板上に膜を蒸着することに使用される蒸着方法（例えば、ＩＢＡＤ、ＣＶＤ、スパッタリング、蒸発、陰極アーク等）に基づいてよい。各蒸着方法は、関連付けられるイオンエネルギのレベルが異なる為、結果として、膜が有することになる固有応力のレベルが異なる。例えば、蒸発法で蒸着された膜はイオンエネルギが低い可能性があり、結果として、粒子密度が低くなり、膜内の空隙が多くなり、それによって、引張応力が大きくなる可能性がある。又、例えば、陰極アーク蒸着法で蒸着された膜はイオンエネルギが高い可能性があり、結果として、粒子密度が高くなり、空隙が少なくなり、それによって、圧縮応力が大きくなる可能性がある。引張応力、圧縮応力、及び他の応力は、膜が使用される用途に応じて利点と不利点がある場合がある。例えば、応力が高いことは、膜の機械的強度特性（例えば、耐摩耗性又は耐腐食性）を高めることに有利となる場合がある。更に言えば、特定の層（例えば外層）だけが機械的強度特性を有することが望ましい場合がある。従って、本技術は、特定の応力を取得する為に調節可能な複数の変数を提供する。例えば、基板の温度、イオンビームエネルギ、フラックス、チャンバガスの種類（例えば、アルゴン、ホウ素、窒素等）、入射角、チャンバ圧力、デューティサイクル、基板の回転、及び他の特性をユーザが調節することが可能であり、これらはいずれも膜の熱応力を増減できる。更に、これらの変数は互いに独立に調節可能なので、熱応力の効果を拡大又は最小化する為に、基板の温度と蒸着方法とを組み合わせて用いてよい。例えば、蒸着開始時にイオンビームエネルギを増やすことにより、コーティングと基板との境界面において、弾道学的混合によって粘着を促進することが可能である。又、例えば、イオンビームの特性を変調することにより、高応力層と低応力層とが交互になる多層膜構造を形成することが可能であり、このような構造は欠陥の伝搬を防ぎ、粒子の発生を抑える。
【００２５】
上記において示唆されているように、本明細書に記載の、能動的温度制御機能を有する蒸着処理システムは、半導体処理システムでの使用に好適である。しかしながら、本明細書に記載の蒸着処理システムは、他の多くの文脈において使用されてよく、半導体処理システムでの使用に限定されない。一般的に言えば、本明細書に記載の蒸着処理システムは、基板上に材料を蒸着することが必要とされるあらゆる文脈において使用されてよい。例えば、本明細書に記載の蒸着システムは、表面に材料を蒸着することが必要とされる平面パネル製造システムでの使用に好適である。
【００２６】
本開示は、包括的であることは意図されておらず、本技術を本明細書に開示の厳密な形態に限定するものでもない。本明細書では例示を目的として具体的な実施形態を開示しているが、当業者であれば理解されるように、本技術から逸脱しない限り、様々な等価な修正形態が可能である。場合によっては、本技術の実施形態の記述が不必要に曖昧にならないように、よく知られた構造及び機能については詳細な図示又は記述をしていない。本明細書では方法のステップが特定の順序で示されている場合があるが、別の実施形態ではそれらのステップを異なる順序で実施してよい。同様に、特定の実施形態の文脈で開示されている本技術の特定の態様が、別の実施形態では組み合わされたり排除されたりしてよい。更に、本技術の特定の実施形態に関連する利点が、それらの実施形態の文脈で開示されている場合があるが、他の実施形態でもそのような利点が示されてよく、全ての実施形態が、本技術の範囲内に収まるべく、そのような利点又は本明細書に開示の他の利点を示さなければならないわけでは必ずしもない。従って、本開示及び関連する技術は、本明細書において明示的に図示又は記載されていない他の実施形態も包含してよく、本発明は、添付の特許請求項によって限定される場合を除き、限定されない。
【００２７】
本開示全体を通して、単数形の語「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに別の意味でない限り、複数の指示物を包含する。同様に、「又は（ｏｒ）」という語が、２つ以上のアイテムからなるリストの参照時に１つのアイテムだけを意味して他のアイテムを排除するように明示的に限定されているのでない限り、そのようなリストでの「又は（ｏｒ）」の使用は、（ａ）リスト中のあらゆる単一アイテム、（ｂ）リスト中の全てのアイテム、又は（ｃ）リスト中のアイテムの任意の組み合わせを包含するものとして解釈されるべきである。更に、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という語は、全体を通して、記載された特徴を少なくとも含むことを意味するように使用され、より多くのその特徴、及び／又は別のタイプの他の特徴が排除されないようになっている。本明細書における「一実施形態（ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一実施形態（ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」又は同様の表現の参照は、その実施形態に関連して記載された特定の機能、構造、動作、又は特性が、本技術の少なくとも１つの実施形態に含まれうることを意味する。従って、本明細書におけるそのような語句又は表現の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態を参照しているわけではない。更に、様々な特定の機能、構造、動作、又は特性が、１つ以上の実施形態において任意の好適な様式で組み合わされてよい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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