(57)【要約】      （修正有）【課題】ＣＶＤ反応装置などのウェハ処理反応装置用のその場パイロメーター較正の方法を提供する。【解決手段】較正パイロメーター８０を第１の較正位置Ａに位置決めするステップと、反応装置がパイロメーター較正温度に達するまで、反応装置を加熱するステップとを含んでなる。回転軸４２を中心として支持要素４０を回転させるステップと、回転軸を中心として支持要素が回転している間に、第１の作動位置１Ｒに設置された第１の作動パイロメーター７１から第１の作動温度測定値を得て、較正パイロメーター８０から第１の較正温度測定値を得るステップとをさらに含む。較正パイメーター８０および第１の作動パイロメーター７１のいずれもが、ウェハ支持要素の回転軸４２から第１の半径距離Ｄ１においてウェハ支持要素４０の第１の部分からの放射を受けている。【選択図】図１
2017021036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ処理反応装置用のその場パイロメーター較正の方法であって、
（ａ）較正パイロメーターを、該較正パイロメーターがウェハ支持要素の回転軸から第
１の半径距離において前記ウェハ支持要素の第１の部分からの放射を受けるように、第１
の較正位置に位置決めするステップと、
（ｂ）前記反応装置がパイロメーター較正温度に達するまで、前記反応装置を加熱する
ステップと、
（ｃ）前記回転軸を中心として前記支持要素を回転させるステップと、
（ｄ）前記回転軸を中心として前記支持要素が回転している間に、第１の作動位置に設
置された第１の作動パイロメーターから第１の作動温度測定値を得るステップであって、
前記第１の作動パイロメーターは、前記ウェハ支持要素の前記回転軸から前記第１の半
径距離において前記ウェハ支持要素の前記第１の部分からの放射を受けている、ステップ
と、
（ｅ）前記回転軸を中心として前記支持要素が回転している間に、前記較正パイロメー
ターから第１の較正温度測定値を得るステップと
を含んでなる方法。
【請求項２】
前記ステップ（ｄ）および前記ステップ（ｅ）は、同時に行われるものである請求項１
に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップ（ａ）〜（ｅ）は、前記第１の作動パイロメーターを前記反応装置から取
り外すことなく行われるものである請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｄ）および前記ステップ（ｅ）は、ウェハを処理するための前記反応装
置の稼働中に行われるものである請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ウェハ支持要素は、ウェハ保持ポケットを有していないかまたはウェハが載置され
ていないブランクウェハキャリアである請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ウェハを処理するための前記反応装置の前記稼働は、化学蒸着を含んでいる請求項１に
記載の方法。
【請求項７】
前記第１の作動パイロメーターおよび前記較正パイロメーターから得られた温度測定値
に基づいて、前記第１の作動パイロメーターの較正パラメータを調整することをさらに含
む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ウェハ処理反応装置のメモリーに参照テーブルを記憶することをさらに含んでおり
、該参照テーブルは、前記第１の作動温度測定値の少なくともいくつかと共に前記第１の
較正温度測定値の対応するもののマッピングを含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記パイロメーター較正温度は、第１のパイロメーター較正温度であり、前記方法は、
（ｆ）前記反応装置が第２のパイロメーター較正温度に達するまで、前記反応装置を加
熱するステップと、
（ｇ）前記回転軸を中心として前記支持要素が回転している間に、前記第１の作動パイ
ロメーターから第２の作動温度測定値を得るステップと、
（ｈ）前記回転軸を中心として前記支持要素が回転している間に、前記較正パイロメー
ターから第２の較正温度測定値を得るステップと
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
（ｆ）前記較正パイロメーターが前記ウェハ支持要素の前記回転軸から第２の半径距離
において前記支持要素の第２の部分からの放射を受けるように、前記較正パイロメーター
を第２の較正位置に移動させるステップと、
（ｇ）前記回転軸を中心として前記支持要素が回転している間に、第２の作動位置に設
置された第２の作動パイロメーターから第２の作動温度測定値を得るステップであって、
前記第２の作動パイロメーターは、前記ウェハ支持要素の前記回転軸から前記第２の半径
距離において前記ウェハ支持要素の前記第２の部分からの放射を受けている、ステップと
、
（ｈ）前記回転軸を中心として前記支持要素が回転している間に、前記較正パイロメー
ターから第２の較正温度測定値を得るステップと
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ステップ（ｇ）の前に、前記第１の作動温度測定値および前記第１の較正温度測定
値に基づいて、前記第１の作動パイロメーターの較正パラメータを調整するステップと、
前記ステップ（ｈ）の後、前記第２の作動温度測定値および前記第２の較正温度測定値
に基づいて、前記第２の作動パイロメーターの較正パラメータを調整するステップと
をさらに含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ステップ（ｈ）の後、前記作動パイロメーターおよび前記較正パイロメーターから
得られた前記温度測定値に基づいて、前記第１および第２の作動パイロメーターの較正パ
ラメータを調整するステップをさらに含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１および第２の作動パイロメーターは、前記反応装置の第１および第２の作動用
光学的ビューポート内にそれぞれ係合されている請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記位置決めステップは、前記較正パイロメーターが前記反応装置の第１の較正用光学
的ビューポート内に係合されるように行われるものである請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記移動ステップは、前記較正パイロメーターが前記反応装置の第２の較正用光学的ビ
ューポート内に係合されるように行われるものである請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記位置決めステップは、前記較正パイロメーターが半径方向拡張較正用光学的ビュー
ポート内に係合されるように行われるものであり、前記移動ステップは、前記較正パイロ
メーターが前記半径方向拡張較正用光学的ビューポートに沿って前記第１の較正位置から
前記第２の較正位置に移動されるように行われるものである請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記加熱ステップは、前記ウェハ支持要素用の多区域加熱システムによって行われるも
のである請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
ウェハ処理反応装置用のその場パイロメーター較正システムであって、
（ａ）回転軸を有するウェハ支持要素と、
（ｂ）前記ウェハ支持要素用の加熱要素と、
（ｃ）第１の作動位置に設置された第１の作動パイロメーターであって、前記ウェハ支
持要素の前記回転軸から第１の半径距離において前記ウェハ支持要素の第１の部分からの
放射を受けている、第１の作動パイロメーターと、
（ｄ）第１の較正位置に位置決めされた較正パイロメーターであって、前記ウェハ支持
要素の前記回転軸から前記第１の半径距離において前記ウェハ支持要素の前記第１の部分
からの放射を受けている、較正パイロメーターと
を備えてなるシステム。
【請求項１９】
前記第１の作動パイロメーターおよび前記較正パイロメーターは、前記ウェハ支持要素
の前記回転軸から前記第１の半径距離において前記ウェハ支持要素の前記第１の部分から
温度測定値を同時に得ている請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
第２の作動位置に設置された第２の作動パイロメーターであって、前記ウェハ支持要素
の前記回転軸から第２の半径距離において前記ウェハ支持要素の第２の部分からの放射を
受けている、第２の作動パイロメーターをさらに備えており、
前記較正パイロメーターは、第２の較正位置に位置決めされており、  前記第２の較正
位置における前記較正パイロメーターは、前記ウェハ支持要素の前記回転軸から前記第２
の半径距離において前記ウェハ支持要素の前記第２の部分からの放射を受けている請求項
１８に記載のシステム。
【請求項２１】
第１および第２の作動用光学的ビューポートをさらに備えており、前記第１および第２
の作動パイロメーターは、前記第１および第２の作動用光学的ビューポート内にそれぞれ
係合されている請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
第１および第２の較正用光学的ビューポートをさらに備えており、前記較正パイロメー
ターは、前記較正パイロメーターが前記第１の較正位置に位置決めされたとき、前記第１
の較正用光学的ビューポート内に係合されるものであり、前記較正パイロメーターは、前
記較正パイロメーターが前記第２の較正位置に位置決めされたとき、前記反応装置の前記
第２の較正用光学的ビューポート内に係合されるものである請求項２１に記載のシステム
。
【請求項２３】
半径方向拡張較正用光学的ビューポートをさらに備えており、前記較正パイロメーター
は、前記半径方向拡張較正用光学的ビューポート内において、前記第１および第２の較正
位置間で摺動している請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記加熱要素は、多区域加熱システムである請求項１８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１１年１２月２０日に出願された米国特許出願第１３／３３１，１１２号
の継続出願であって、本願は、２０１０年１２月３０日に出願された米国仮特許出願第６
１／４２８，４９４号の出願日の利益を主張するものであり、これらの開示内容は、引用
することにより本明細書の一部をなすものとする。
【０００２】
［発明の分野］
本発明は、ウェハ処理装置、このような処理装置に用いられるパイロメーター較正シス
テム、およびその場パイロメーター較正の方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの半導体素子は、基板上で行われるプロセスによって形成される。基板は、典型的
には、「ウェハ」と一般的に呼ばれる結晶質材料の平板である。典型的には、ウェハは、
大きな結晶を成長させ、該結晶をディスクの形状に薄切りすることによって形成される。
このようなウェハ上で行われる一般的なプロセスの１つとして、エピタキシャル成長が挙
げられる。
【０００４】
例えば、ＩＩＩ−Ｖ半導体のような化合物半導体から形成される素子は、典型的には、
有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）を用いて、化合物半導体の連続層を成長させることによ
って形成される。このプロセスでは、ウェハはガスの組合せに晒される。これらのガスは
、典型的には、有機金属化合物をＩＩＩ族金属の源として含むと共に、Ｖ族元素の源も含
んでいる。これらのガスは、ウェハが高温に維持されている間、ウェハの表面上に流され
ることになる。典型的には、有機金属化合物およびＶ族源は、感知できるほどには反応に
関与しないキャリアガス、例えば、窒素と組み合わされている。ＩＩＩ−Ｖ族半導体の一
例として、適切な結晶格子面間隔を有する基板、例えば、サファイアウェハ上での有機ガ
リウム化合物とアンモニアとの反応によって形成される窒化ガリウムが挙げられる。典型
的には、ウェハは、窒化ガリウムおよび関連する化合物の堆積中、約５００℃〜約１１０
０℃の温度に維持されている。
【０００５】
複合素子は、半導体の結晶構造およびバンドギャップを変化させるために、他のＩＩＩ
族元素またはＶ族元素を添加するなど、反応条件をいくらか異ならせて、多数の層を連続
的にウェハの表面上に堆積させることによって、製造可能である。例えば、窒化ガリウム
基半導体では、組成比を変化させて半導体のバンドギャップを変化させるために、インジ
ウム、アルミニウムまたはそれらの両方が用いられている。また、各層の導電率を制御す
るために、ｐ−型トーパントまたはｎ−型ドーパントが添加されてもよい。半導体層の全
てが形成された後、典型的には、適切な電気接点が施された後、ウェハは、個々の素子に
切断される。このようにして、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ、および他の電子素子
および光電素子のような素子を製造することができる。
【０００６】
典型的な化学蒸着プロセスでは、多くのウェハが、ウェハキャリアと一般的に呼ばれる
構成要素上に、各ウェハの上面をウェハキャリアの上面に露出させて、保持されるように
なっている。そして、ウェハキャリアは、反応チャンバ内に配置され、所望の温度に維持
され、ガス混合物がウェハキャリアの表面上に流されることになる。プロセス中、キャリ
ア上の種々のウェハの上面のあらゆる点において均一な条件を維持することが、重要であ
る。反応ガスの組成およびウェハ表面の温度のわずかな変動によって、得られる半導体素
子の特性の望ましくない変動が生じる。
【０００７】
例えば、もし窒化ガリウムインジウム層が堆積される場合、ウェハの表面温度または反
応ガスの濃度の変動によって、堆積層の組成およびバンドギャップの変動が生じる。イン
ジウムは、比較的高い蒸気圧を有するので、堆積層は、表面温度が高いウェハの領域では
、低比率のインジウムおよび大きいバンドギャップを有することになる。もし堆積層がＬ
ＥＤ構造の能動発光層であるなら、このウェハから形成されたＬＥＤの発光波長も変動す
ることになる。このような理由から、当技術分野において、均一な条件を維持することに
向けて、これまで著しい努力が払われてきている。
【０００８】
業界において広く受け入れられているＣＶＤ装置の一形式では、各々が１つのウェハを
保持するように適合された多数のウェハ保持領域を有する大径ディスクの形態にあるウェ
ハキャリアが用いられている。ウェハキャリアは、反応チャンバ内において、ウェハの露
出面を有するウェハキャリアの上面をガス分配要素に向かって上向きにして、スピンドル
上に支持されるようになっている。スピンドルが回転される一方、ガスがウェハキャリア
の上面に向かって下方に導かれ、該上面を横切って、ウェハキャリアの周辺に向かって流
される。使用済みのガスは、排気ポートを通って反応チャンバから排気されるようになっ
ている。多数の排気ポートが、ウェハキャリアの下方において、スピンドルの軸の周りに
、典型的には、チャンバの周辺の近くに分配されている。
【０００９】
ウェハキャリアは、加熱要素、典型的には、ウェハキャリアの底面の下方に配置された
電気抵抗加熱要素によって、所望の高温に維持されるようになっている。これらの加熱要
素は、ウェハ表面の所望温度を超える温度に維持される一方、ガス分配要素は、典型的に
は、ガスの時期尚早の反応を防ぐために、所望の反応温度よりもかなり低い温度に維持さ
れることになる。従って、熱は、加熱要素からウェハキャリアの底面に伝達され、ウェハ
キャリア内を通って、個々のウェハに向かって上方に流れることになる。
【００１０】
化学蒸着プロセスのような従来のウェハ処理プロセス、またはエッチングのような他の
目的に回転ディスク式反応装置を用いる他の処理において、反応チャンバ内のプロセス温
度は、処理中のウェハキャリアおよび／またはウェハの温度を測定するように適合された
１つ以上の非接触式パイロメーターによって測定可能になっている。このような温度測定
値は、ウェハの処理中に加熱要素の制御を決定するのに役立つ入力値として用いられるこ
とになる。
【００１１】
製造設備内の種々のＣＶＤ反応装置間におけるパイロメーター温度測定値の再現性を有
することが重要である。種々のＣＶＤ反応装置間の高いパイロメーター再現性によって、
多数の反応装置に対して単一のＣＶＤプロセス手順を用いることが可能になり、これによ
って、もし個々の反応装置がそれらの間において一貫性のあるウェハ特性をもたらすため
に広範囲に調整されねばならない場合に生じる生産停止時間を著しく低減させることがで
きる。ＣＶＤ反応装置のパイロメーター再現性が必要とされる重要な１つの例は、ＣＶＤ
プロセスにおいて用いられる温度に対してＣＶＤ反応装置内において作製される素子の特
性が著しく敏感であることに起因する、多数の反応装置間の温度整合性である。例えば、
反応装置内において作製される素子が多量子井戸（ＭＱＷ）を含むレーザまたはＬＥＤで
ある場合、ＭＱＷによって発光される波長は、ＣＶＤプロセスに用いられる温度に対して
極めて敏感である。その結果、多数の反応装置に用いられるそれぞれのパイロメーターは
、これらの反応装置を制御し、同一のプロセス温度に維持する必要がある。
【００１２】
しかし、通常、多数のパイロメーター間に測定温度の大きな変動が見られる。典型的に
は、これらのパイロメーターは、処理装置から周期的に取り外され、ＮＩＳＴ追跡可能な
黒体炉に対して較正されるが、このパイロメーターの取外しは、製造環境に対して破壊的
な影響を及ぼす可能性がある。較正の後でも、パイロメーターは、これらの黒体炉の較正
の変動および黒体炉の経時的な不安定性およびドリフトによって、＋／−３℃のバラツキ
を有することがあり、その結果、ウェハキャリアおよび処理中のウェハの実際の温度が、
不正確になる場合がある。パイロメーター測定温度の変動のさらなる原因として、反応装
置へのパイロメーター設置の不確実さが挙げられる。これは、時間と共に、パイロメータ
ー温度の読取りおよびパイロメーター温度の読取出力のドリフトに悪影響をもたらす場合
がある。このような測定温度の変動によって、多数のＭＯＣＶＤ反応装置に対して普遍的
な温度制御手順を用いることが困難になり、その結果、温度制御の不確実性によって、多
数の反応装置に同一の温度制御挙動をもたらすように調整する個々の反応装置システムが
必要になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このようなシステムを最適化するために、当技術分野においてこれまで著しい努力が払
われてきているが、さらに一層の改良が望まれている。特に、破壊的でない温度測定シス
テムをもたらすことが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
ウェハ処理反応装置用のその場パイロメーター較正の方法、およびウェハ処理反応装置
用のその場パイロメーター較正システムが提供されている。本発明の一態様は、化学蒸着
反応装置のようなウェハ処理反応装置用のその場パイロメーター較正の方法を提供してい
る。本方法は、望ましくは、較正パイロメーターを第１の較正位置に位置決めするステッ
プと、反応装置がパイロメーター較正温度に達するまで、反応装置を加熱するステップと
を含んでいる。本方法は、望ましくは、回転軸を中心として支持要素を回転させるステッ
プと、回転軸を中心として支持要素が回転している間に、第１の作動位置に設置された第
１の作動パイロメーターから第１の作動温度測定値を得て、較正パイロメーターから第１
の較正温度測定値を得るステップとをさらに含んでいる。較正パイロメーターおよび第１
の作動パイロメーターのいずれも、望ましくは、ウェハ支持要素の回転軸から第１の半径
距離においてウェハ支持要素の第１の部分から放射を受けるように適合されている。
【００１５】
特定の実施形態では、第１の作動温度測定値を得るステップおよび第１の較正温度測定
値を得るステップは同時に行われるようになっている。一例では、本方法の全てのステッ
プは、第１の作動パイロメーターを反応装置から取り外すことなく行われるようになって
いる。例示的な実施形態では、第１の作動温度測定値を得るステップおよび第１の較正温
度測定値を得るステップは、ウェハを処理するための反応装置の稼働中に行われるように
なっている。特定の実施形態では、ウェハ支持要素は、ウェハ保持ポケットを有していな
いかまたはウェハが載置されていないブランクウェハキャリアである。一例では、ウェハ
を処理するための反応装置の稼働は化学蒸着を含んでいる。特定の例では、本方法は、第
１の作動パイロメーターおよび較正パイロメーターから得られた温度測定値に基づいて、
第１の作動パイロメーターの較正パラメータを調整するステップも含んでいる。
【００１６】
例示的な実施形態では、本方法は、ウェハ処理反応装置のメモリーに参照テーブルを記
憶するステップも含んでいる。参照テーブルは、第１の作動温度測定値の少なくともいく
つかと共に第１の較正温度測定値の対応するもののマッピングを含みうる。一例では、パ
イロメーター較正温度は、第１のパイロメーター較正温度であり、本方法は、反応装置が
第２のパイロメーター較正温度に達するまで、反応装置を加熱するステップと、回転軸を
中心として支持要素が回転している間に、第１の作動パイロメーターから第２の作動温度
測定値を得るステップと、回転軸を中心として支持要素が回転している間に、較正パイロ
メーターから第２の較正温度測定値を得るステップとを含んでいる。
【００１７】
一例では、本方法は、較正パイロメーターがウェハ支持要素の回転軸から第２の半径距
離においてウェハ支持要素の第２の部分からの放射を受けるように適合されるように、較
正パイロメーターを第２の較正位置に移動させるステップも含んでいる。本方法は、回転
軸を中心として支持要素が回転している間に、第２の作動位置に設置された第２の作動パ
イロメーターから第２の作動温度測定値を得るステップであって、第２の作動パイロメー
ターは、ウェハ支持要素の回転軸から第２の半径距離においてウェハ支持要素の第２の部
分からの放射を受けるように適合されているステップを含みうる。本方法は、回転軸を中
心として支持要素が回転している間に、較正パイロメーターから第２の較正温度測定値を
得るステップを含みうる。
【００１８】
特定の実施形態では、本方法は、第２の作動温度測定値を得るステップの前に、第１の
作動温度測定値および第１の較正温度測定値に基づいて、第１の作動パイロメーターの較
正パラメータを調整するステップを含んでいる。本方法は、第２の較正温度測定値を得る
ステップの後、第２の作動温度測定値および第２の較正温度測定値に基づいて、第２の作
動パイロメーターの較正パラメータを調整するステップを含みうる。一例では、本方法は
、第２の較正温度測定値を得るステップの後、作動パイロメーターおよび較正パイロメー
ターから得られた温度測定値に基づいて、第１および第２の作動パイロメーターの較正パ
ラメータを調整するステップも含んでいる。
【００１９】
例示的な実施形態では、第１および第２の作動パイロメーターは、反応装置の第１およ
び第２の作動用光学的ビューポートにそれぞれ係合されている。特定の例では、位置決め
ステップは、較正パイロメーターが反応装置の第１の較正用光学的ビューポート内に係合
されるように行われるようになっている。特定の実施形態では、移動ステップは、較正パ
イロメーターが反応装置の第２の較正用光学的ビューポート内に係合されるように行われ
るようなっている。例示的な実施形態では、位置決めステップは、較正パイロメーターが
半径方向拡張較正用光学的ビューポート内に係合されるように行われるようになっており
、移動ステップは、較正パイロメーターが半径方向拡張較正用光学的ビューポートに沿っ
て第１の較正位置から第２の較正位置に移動されるように行われるようになっている。例
示的な実施形態では、加熱ステップは、ウェハ支持要素用の多区域加熱システムによって
、行われるようになっている。
【００２０】
本発明の他の態様は、化学蒸着反応装置などのウェハ処理反応装置用のその場パイロメ
ーター較正システムを提供している。本システムは、好ましくは、回転軸を有するウェハ
支持要素と、ウェハ支持要素用の加熱要素と、第１の作動位置に設置された第１の作動パ
イロメーターと、第１の較正位置に位置決めされた較正パイロメーターとを含んでいる。
第１の作動パイロメーターは、ウェハ支持要素の回転軸から第１の半径距離においてウェ
ハ支持要素の第１の部分からの放射を受けるように適合されているとよい。較正パイロメ
ーターは、ウェハ支持要素の回転軸から第１の半径距離においてウェハ支持要素の第１の
部分からの放射を受けるように適合されているとよい。
【００２１】
特定の実施形態では、第１の作動パイロメーターおよび較正パイロメーターは、ウェハ
支持要素の回転軸から第１の半径距離においてウェハ支持要素の第１の部分から温度測定
値を同時に得るように適合されている。一例では、本システムは、第２の作動位置に設置
された第２の作動パイロメーターであって、ウェハ支持要素の回転軸から第２の半径距離
においてウェハ支持要素の第２の部分からの放射を受けるように適合されている、第２の
作動パイロメーターをさらに備えている。較正パイロメーターは、第２の較正位置に位置
決めされるように適合可能であり、第２の較正位置における較正パイロメーターは、ウェ
ハ支持要素の回転軸から第２の半径距離においてウェハ支持要素の第２の部分から放射を
受けるように適合可能になっている。
【００２２】
例示的な実施形態では、本システムは、第１および第２の作動用光学的ビューポートを
備えており、第１および第２の作動パイロメーターは、第１および第２の作動用光学的ビ
ューポート内にそれぞれ係合されている。特定の例では、本システムは、第１および第２
の較正用光学的ビューポートを備えており、較正パイロメーターは、較正パイロメーター
が第１の較正位置に位置決めされたとき、第１の較正用光学的ビューポート内に係合され
るように適合されており、較正パイロメーターが第２の較正位置に位置決めされたとき、
反応装置の第２の較正用光学的ビューポート内に係合されるように適合されている。例示
的な実施形態では、本システムは、半径方向拡張較正用光学的ビューポートも備えており
、較正パイロメーターは、半径方向拡張較正用光学的ビューポート内において、第１およ
び第２の較正位置間で摺動するように適合されている。特定の実施形態では、加熱要素は
、多区域加熱システムである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態による化学蒸着装置を示す断面図である。
【図２】図１に示されている化学蒸着装置用の代替的なビューポートの実施形態を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１を参照すると、本発明の一実施形態による化学蒸着装置１０は、反応チャンバ１２
を有している。反応チャンバ１２は、該チャンバ１２の一端に配置されたガス注入マニホ
ールド１４を有している。ガス注入マニホールド１４を有するチャンバ１２の端は、本明
細書では、チャンバの「上」端と呼ばれている。チャンバのこの端は、典型的には、必ず
しも必要ではないが、通常の重力方向を基準とした座標系におけるチャンバの上端に対応
している。本明細書に用いられる「下向き方向」は、ガス注入マニホールド１４から離れ
る方向を指しており、「上向き方向」は、チャンバ内においてガス注入マニホールド１４
に向かう方向を指している。これは、これらの方向が重量による下向き方向および下向き
方向と真っ直ぐに並んでいるかどうかとは無関係である。同様に、各要素の「上」面およ
び「底」面は、本明細書では、チャンバ１２およびマニホールド１４の座標系に基づいて
記載されている。
【００２５】
チャンバ１２は、円筒壁２０を有している。円筒壁２０は、チャンバの上端における上
フランジ２２とチャンバの底端におけるベースプレート２４との間に延在している。壁２
０、フランジ２２、およびベースプレート２４は、ガス注入マニホールド１４から放出さ
れたガスを含むことができる気密封止された内部領域２６をそれらの間に画定している。
チャンバ１２は、円筒形状として示されているが、他の実施形態は、他の形状、例えば、
円錐または中心軸３２を中心とする他の回転面、正方形、六角形、八角形、または任意の
他の適切な形状を有するチャンバを備えていてもよい。
【００２６】
ガス注入マニホールド１４は、ウェハ処理プロセスに用いられるプロセスガス、例えば
、キャリアガスおよび有機金属化合物およびＶ族金属の源のような反応ガスを供給するた
めの供給源に接続されている。典型的な化学蒸着プロセスでは、キャリアガスは、窒素、
水素、または窒素と水素の混合物とすることができる。従って、ウェハキャリアの上面に
おけるプロセスガスは、主に、ある量の反応ガス成分を含む窒素および／または水素から
構成されている。ガス注入マニホールド１４は、種々のガスを受容してプロセスガスの流
れを略下向き方向に導くように構成されている。
【００２７】
ガス注入マニホールド１４は、冷媒システム（図示せず）に接続されていてもよい。冷
媒システムは、操作中にガス分配要素の温度を所望の温度に維持するために、液体を該要
素内に循環させるように構成されている。チャンバ１２の壁を冷却するために、同様の冷
媒装置（図示せず）が設けられていてもよい。
【００２８】
チャンバ１２は、前置チャンバ（図示せず）に通じる入口開口（図示せず）、および入
口開口を開閉するための可動シャッタ（図示せず）を備えていてもよい。シャッタは、例
えば、米国特許第７，２７６，１２４号明細書に開示されているように構成されていても
よい。この文献の開示内容は、引用することよって本明細書の一部をなすものとする。
【００２９】
スピンドル３０が、その中心軸３２を上下方向に延在させて、チャンバ内に配置されて
いる。スピンドルは、従来の回転貫通装置３４によって、チャンバに取り付けられている
。回転貫通装置３４は、スピンドル３０が、スピンドル３０とチャンバ１２のベースプレ
ート２４との間の密封を維持しながら、中心軸３２を中心として回転することができるよ
うに、軸受およびシール（図示せず）を組み入れている。スピンドル３０は、その上端、
すなわち、ガス注入マニホールド１４に最も近いスピンドルの端に、取付け部３６を有し
ている。
【００３０】
スピンドル３０は、電動モータ駆動装置のような回転駆動機構３８に接続されている。
回転駆動機構３８は、中心軸３２を中心としてスピンドルを回転させるように構成されて
いる。スピンドル３０は、ガス通路内においてスピンドルの略軸方向に延在する内部冷媒
通路を備えていてもよい。内部冷媒通路は、冷媒源に接続され、この冷媒源によって、流
体冷媒が冷媒通路を通って冷媒源に戻るように循環されるようになっている。
【００３１】
ウェハキャリアまたはウェハ支持要素４０は、上面４１および中心軸４２を有する実質
的に円形のディスクの形態にある。図１に示されている作動位置では、支持要素４０の中
心軸４２は、スピンドルの軸３２と一致している。支持要素４０は、単一片として形成さ
れていてもよいし、複数片の複合材料として形成されていてもよい。例えば、米国特許出
願公開第２００９／０１５５０２８号明細書に開示されているように、支持要素４０は、
中心軸４２を囲む支持要素の小さい領域を画定するハブおよびディスク状本体の残りを画
定する大きい部分を備えていてもよい。他の実施形態（図示せず）では、支持要素４０は
、他の形状、例えば、正方形、六角形、または八角形を有していてもよい。
【００３２】
支持要素４０は、ＣＶＤプロセスを汚染させず、かつＣＶＤプロセスにおいて受ける温
度に耐えることができる材料から形成することができる。例えば、支持要素４０の大きい
部分は、黒鉛、炭化ケイ素、窒化ボロン、窒化アルミニウム、または他の耐火材料のよう
な材料から殆どまたは完全に形成されているとよい。支持要素４０は、略平坦な上下面を
有しており、これらの上下面は、互いに略平行に延在しており、支持要素の垂直回転軸４
２と略直交している。一例では、支持要素４０は、約３００ｍｍ〜約７００ｍｍの直径を
有することがある。
【００３３】
支持要素４０は、該支持要素の周りに周方向に配置された多数の凹部またはプラットフ
ォームを備えることができる。このような凹部またはプラットフォームは、各々、ディス
ク状ウェハ（図示せず）を取り外し可能に受け入れ、このようなウェハを以下に述べるよ
うなＭＯＣＶＤプロセス中に保持するように構成されている。各ウェハは、サファイア基
板、炭化ケイ素基板、珪素基板、または他の結晶性基板から形成されている。典型的には
、各ウェハは、その主面の寸法と比較して小さい厚みを有している。例えば、約２インチ
（約５０ｍｍ）径の円形ウェハは、約４３０μｍ以下の厚みを有している。各ウェハは、
その上面を支持要素の上面に露出させるように上に向けて、支持要素４０の上または支持
要素４０に隣接して配置されるようになっている。
【００３４】
加熱要素５０が、取付け部３６の下方でスピンドル３０を包囲するように、チャンバ１
２内に取り付けられている。加熱要素５０は、主に放射熱伝達によって、熱を支持要素４
０の底面に伝達させることができる。支持要素４０の底面に供給された熱は、支持要素の
本体を通ってその上面４１に向かって上方に流れるようになっている。熱は、支持要素４
０によって保持された各ウェハの底面に向かって上方に流れ、そして、ウェハを通ってそ
の上面に向かって上方に流れる。熱は、ウェハの上面からプロセスチャンバ１２の冷却要
素、例えば、プロセスチャンバの壁２０およびガス注入マニホールド１４に放射されるこ
とになる。熱は、ウェハの上面からこれらの上面の上を通るプロセスガスにも伝達される
ことになる。特定の実施形態では、加熱要素５０は多区域加熱要素でありうる。この場合
、支持要素４０の種々の部分（例えば、スピンドル３０の中心軸３２から第１の半径距離
に位置する第１の環状部分、および中心軸から第２の半径距離に位置する第２の環状部分
）が、別個に加熱可能である。
【００３５】
例示的な実施形態では、熱シールド（図示せず）が、加熱要素５０の下方に、例えば、
支持要素４０と平行に設けられており、これによって、加熱要素から支持要素への上向き
の直接加熱を助長させ、チャンバ１２の底端のベースプレート２４への下向きの加熱が阻
止されことになる。
【００３６】
チャンバ１２は、使用済みガスをチャンバの内部領域２６から除去するように構成され
た排気システム５２も備えている。排気システム５２は、チャンバ１２の底またはその近
くに排気マニホールド（図示せず）を備えていてもよい。排気マニホールドは、使用済み
ガスを反応チャンバ１２から排出するように構成されたポンプ５５または他の真空源に接
続されていてもよい。
【００３７】
複数の光学的ビューポート６０Ｌ，６０Ｒ（総称的に、光学的ビューポート６０）が、
チャンバ１２の上フランジ２２に配置されている。各ビューポート６０は、温度を測定す
るためのパイロメーター（例えば、パイロメーター７０または８０）、または他の非接触
式測定装置、例えば、湾曲を測定するための撓み計、成長率を測定するための反射計、楕
円偏光計、または支持要素４０の全半径にわたる温度を測定することができる走査装置を
受け入れるように適合されている。各ビューポート６０は、スピンドル３０の中心軸３２
から任意の半径距離に配置可能になっており、各ビューポートは、チャンバ１２の上フラ
ンジ２２の周囲に沿った任意の角位置に配置可能になっている。
【００３８】
図１に示されている例示的な実施形態では、ビューポート１Ｌ−７Ｌを含む７つのビュ
ーポート６０Ｌが、図１の左側に設けられており、各ビューポート６０Ｌは、中心軸３２
から互いに異なる半径距離に位置している。また、ビューポート１Ｒ−７Ｒを含む７つの
ビューポート６０Ｒが、図１の右側に設けられており、各ビューポート６０Ｒは、中心軸
３２から互いに異なる半径距離に位置している。各左側ビューポート１Ｌ−７Ｌは、対応
する右側ビューポート１Ｒ−７Ｒと、中心軸３２から同一の半径距離に位置している。７
つのビューポート６０Ｌ，６０Ｒが図1に示されているが、他の実施形態では、任意の数
のビューポート６０Ｌ，６０Ｒが設けられていてもよい。例えば、特定の実施形態では、
単一のビューポート６０Ｌおよび単一のビューポート６０Ｒが設けられていてもよい。他
の例では、図２に示されている実施形態において、以下に説明するように、１つ以上の半
径方向拡張ビューポート６０Ｌ’が設けられていてもよい。
【００３９】
複数の作動パイロメーター７０が、複数のビューポート６０の対応するものに設置可能
になっている。各作動パイロメーター７０は、支持要素４０および／または支持要素上に
支持されたウェハの温度を測定するように適合されている。このような温度測定値は、ウ
ェハの処理中に加熱要素６０の制御を決定するのに役立つ制御システム（例えば、制御シ
ステム９０）への入力値として用いられることになる。
【００４０】
図示されている例示的な実施形態では、３つの作動パイロメーター７０が、ビューポー
ト６０Ｒの３つの対応するものに設置されている。例えば、作動パイロメーター７０は、
ビューポート１Ｒ，３Ｒ，５Ｒ内に設置されたそれぞれの作動パイロメーター７１，７３
，７５を含んでいる。他の実施形態では、任意の数の作動パイロメーター７０が設けられ
ていてもよく、各作動パイロメーターが、ビューポート６０のいずれかに設置可能になっ
ているとよい。
【００４１】
図示されているように、作動パイロメーター７０の各々は、支持要素４０の垂直回転軸
４２から対応する半径距離において、支持要素４０および／または支持要素上に支持され
たウェハの温度を測定することができるように配向されている。加熱要素５０が多区域加
熱要素である特定の実施形態では、作動パイロメーター７０の各々は、支持要素４０の対
応する区域または部分の下に位置する加熱要素５０の部分の加熱を制御することができる
ようになっている。例えば、各作動パイロメーター７０を用いて、中心軸４２から特定の
半径距離における支持要素４０の環状部分の温度を制御することができる。
【００４２】
例えば、パイロメーター７１，７３，７５の各々は、垂直回転軸４２から対応する半径
距離Ｄ１，Ｄ３，Ｄ５において、支持要素４０の温度を測定することができる。特定の例
では、スピンドル３０が回転している間に、パイロメーター７０の各々は、対応する半径
距離において支持要素４０の環状部分の温度を測定することができる。このように測定さ
れた温度は、支持要素の少なくとも一回転中のその環状部分の全体の測定温度の平均値で
ある。
【００４３】
図１に示されている実施形態では、較正パイロメーター８０は、ビューポート６０の１
つに取外し可能に設置可能になっている。較正パイロメーターは、支持要素４０および支
持要素上に支持されたウェハの温度を測定するように適合されている。このような温度測
定値は、１つ以上の作動パイロメーター７０の正確度を決定するのに役立つ入力値として
用いられることになる。較正パイロメーター８０は、ビューポートの１つに取外し可能に
設置されるように適合されたどのような形式のパイロメーターであってもよい。特定の例
では、較正パイロメーター８０は、高精度パイロメーターとすることができる。例えば、
このような較正パイロメーター８０は、略±１．５℃以内の精度および略±０．２５℃以
内の１つの較正パイロメーターと他の較正パイロメーターとの間の再現性を有している。
このような較正パイロメーター８０は、一年当たり略０．０５℃以下のドリフトを有して
いる。このような較正パイロメーター８０は、チャンバ１２から取り外され、周知の標準
器、例えば、ＮＩＳＴ追跡可能な黒体標準などの国内標準または国際標準にまで追跡可能
になっている標準装置に対して周期的に較正されることが可能になっている。
【００４４】
較正パイロメーター８０は、ビューポート６０Ｌの３つ、例えば、ビューポート１Ｌ，
３Ｌ，５Ｌに順次取外し可能に設置されるようになっている。図１に示されているように
、較正パイロメーター８０は、対応するビューポート１Ｌ，３Ｌ，５Ｌ内に設置された位
置Ａ，Ｂ，Ｃに順次配置されることになる。
【００４５】
較正パイロメーター８０がビューポート１Ｌ内に設置された位置Ａに配置されると、こ
の較正パイロメーターは、支持要素４０の垂直回転軸４２から半径距離Ｄ１において支持
要素４０の温度を測定することができる。この半径距離Ｄ１は、ビューポート１Ｒ内に設
置された作動パイロメーター７１が支持要素４０の温度を測定するように適合されている
ときの半径距離と同一である。その結果、スピンドル３０が回転している間に、ビューポ
ート１Ｌ内に設置された較正パイロメーター８０およびビューポート１Ｒ内に設置された
作動パイロメーター７１は、半径距離Ｄ１において支持要素４０の特定の環状部分の温度
を測定することができる。このように測定された温度は、支持要素の少なくとも一回転中
のその環状部分の全体の測定温度の平均値である。
【００４６】
同様に、較正パイロメーター８０がビューポート３Ｌまたは５Ｌ内に設定された位置Ｂ
またはＣに配置されると、この較正パイロメーターは、支持要素の垂直回転軸４２から半
径距離Ｄ３またはＤ５において支持要素４０の温度を測定することができる。半径距離Ｄ
３およびＤ５は、それぞれ、ビューポート３Ｒおよび５Ｒ内に設置された作動パイロメー
ター７３および７５が支持要素４０の温度を測定するように適合されているときの半径距
離と同一である。
【００４７】
装置１０の操作中、作動パイロメーター７０から温度測定読取値を受信するように適合
された制御システム９０が設けられている。この制御システムは、このような温度測定読
取値をメモリー９２に記憶することができる。一実施形態では、制御システム９０は、作
動パイロメーター７０によって記録された温度測定値に応じて、加熱要素５０の１つ以上
の区域の加熱を調整することができる。特定の例では、制御システム９０は、作動パイロ
メーター７０の較正中、作動パイロメーター７０および較正パイロメーター８０から温度
測定読取値を受信するように適合されており、このような温度測定読取値をメモリー９２
に記憶することができる。
【００４８】
操作時に、本発明の実施形態による温度測定プロセスでは、較正パイロメーター８０が
、光学的ビューポート１Ｌに係合された第１の較正位置Ａに取外し可能に設置されること
になる。較正パイロメーター８０が第１の較正位置Ａに設置されると、この較正パイロメ
ーターは、支持要素の回転軸４２から第１の半径距離Ｄ１において支持要素４０の第１の
部分から放射を受けるように適合されることになる。前述したように、第１の作動パイロ
メーター７１は、光学的ビューポート１Ｒに係合された第１の作動位置に設置されており
、回転軸４２から第１の半径距離Ｄ１において支持要素４０の第１の部分から放射を受け
るように適合されている。例示的な実施形態では、作動パイロメーター７１，７３，７５
は、全温度測定プロセス中、対応するビューポート６０Ｒに設置されたままになっていて
もよい（すなわち、これらの作動パイロメーターは、反応装置１２から取り外されないよ
うになっていてもよい。）    
【００４９】
そして、反応装置１２は、該反応装置がパイロメーター較正温度、例えば、５００℃〜
１１００℃の間の温度に達するまで、加熱要素５０によって加熱されるようになっている
。較正温度は、望ましくは、反応装置１２内において行われるウェハ処理プロセス中の作
動温度に近い温度である。そして、支持要素４０が、回転軸４２を中心として回転される
。一実施形態では、支持要素４０は、５０〜１５００回転／分の速度で回転可能になって
いるが、他の実施形態では、支持要素は、他の速度で回転されてもよい。支持要素４０が
その回転軸４２を中心として回転している間、オペレータまたは任意選択的な制御システ
ム９０は、ビューポート１Ｒに設置された作動パイロメーター７１から第１の作動温度測
定値を得ることができ、ビューポート１Ｌに設置された較正パイロメーター８０から第１
の較正温度測定値を得ることができる。特定の実施形態では、作動パイロメーター７１お
よび第１の較正位置Ａに配置された較正パイロメーター８０からの温度測定値は、同時に
得られるようになっていてもよい。
【００５０】
支持要素４０が回転すると、（中心軸４２から同一の半径距離に位置しているが、該軸
回りの異なる角位置にある）支持要素上の各点が、較正パイロメーター８０および第１の
作動パイロメーター７１によって監視されている位置を通過することになる。図示されて
いる装置では、ビューポート１Ｌは、ビューポート１Ｒから１８０°、すなわち、半回転
分ずれており、パイロメーター７１，８０によって監視されるそれぞれの位置は、同様に
、互いに半回転分ずれている。好ましくは、反応チャンバ１２が（温度が、経時的に変化
せず、または許容される温度公差内で変動する）安定状態にある間に、温度測定値が採取
されとよい。支持要素４０の周方向における互いに離間した位置間の温度差は、パイロメ
ーター７１，８０からの温度読取値にそれほど大きな影響を与えない。何故なら、温度読
取値は、支持要素の数回転にわたって平均化されているからである。
【００５１】
好ましい実施形態では、パイロメーター較正は、ウェハ保持ポケットを有していないか
またはウェハが載置されていないブランクウェハキャリアである支持要素、または空の支
持要素（すなわち、ウェハを支持していない支持要素）を用いて行われるようになってい
る。代替的な実施形態では、ウェハを有する支持要素が、較正プロセスに用いられてもよ
い。このような実施形態の一例では、較正パイロメーター８０は、ウェハと支持要素との
間の反射率または温度の差を用いて、支持要素温度データからウェハ温度データを分離す
る能力を有するようになっている。ウェハまたは支持要素４０のいずれかの平均温度を用
いて、作動パイロメーター７０を較正することができる。特定の実施形態では、ウェハ温
度データを支持要素温度データから分離する能力は、１つ以上の作動パイロメーター７０
に予め備わっているとよい。
【００５２】
そして、較正パイロメーター８０が、ビューポート３Ｌに係合された第２の較正位置Ｂ
に取外し可能に設置されることになる。較正パイロメーター８０が第２の較正位置Ｂに設
置されると、この較正パイロメーターは、支持要素の回転軸４２から第２の半径距離Ｄ３
において支持要素４０の第２の部分から放射を受けるように適合されることになる。前述
したように、第２の作動パイロメーター７３は、ビューポート３Ｒに係合した第２の作動
位置に設置されており、回転軸４２から第２の半径距離Ｄ３における支持要素４０の第２
の部分から放射を受けるように適合されている。
【００５３】
支持要素４０がその回転軸４２を中心として回転している間に、オペレータまたは制御
システム９０は、ビューポート３Ｒに設置された作動パイロメーター７３から第２の作動
温度測定値を得ることができ、ビューポート３Ｌに設置された較正パイロメーター８０か
ら第２の較正温度測定値を得ることができる。特定の実施形態では、作動パイロメーター
７３および第２の較正位置Ｂに配置された較正パイロメーター８０からの温度測定値は、
制御システムによって同時に得られるようになっている。
【００５４】
そして、較正パイロメーター８０は、ビューポート５Ｌに係合された第３の較正位置Ｃ
に取外し可能に設置されることになる。較正パイロメーター８０が第３の較正位置Ｃに設
置されると、この較正パイロメーターは、支持要素４０の回転軸４２から第３の半径距離
Ｄ５において支持要素４０の第３の部分から放射を受けるように適合されることになる。
前述したように、第３の作動パイロメーター７５は、ビューポート５Ｒに係合された第３
の作動位置に設置されており、回転軸４２から第３の半径距離Ｄ５において支持要素４０
の第３の部分から放射を受けるように適合されている。
【００５５】
支持要素４０がその回転軸を中心として回転している間、オペレータまたは制御システ
ム９０は、ビューポート５Ｒに設置された作動パイロメーター７５から第３の作動温度測
定値を得ることができ、ビューポート５Ｌに設置された較正パイロメーター８０から第３
の較正温度測定値を得ることができる。特定の実施形態では、作動パイロメーター７５お
よび第３の較正位置Ｃに配置された較正パイロメーター８０からの温度測定値は、制御シ
ステムによって、同時に得られるようになっている。第１、第２、および第３の較正温度
測定値および作動温度測定値が得られた後、較正パイロメーター８０は、ビューポート５
Ｌおよびチャンバ１２から取り外されることになる。
【００５６】
例示的な実施形態では、前述の温度測定プロセスは、（例えば、以下に説明するように
）、反応装置の化学蒸着作業中に行われてもよい。
【００５７】
好ましい実施形態では、作動パイロメーター７１，７３，７５の各々の較正は、装置１
０が、温度制御モード（装置が作動パイロメーター７０からの温度読取値に基づいて加熱
要素５０へ電流を調整するモード）で作動されている間に行うことができる。一例では、
作動パイロメーター７０の各々に対する較正温度測定値の記録は、作動パイロメーター７
０のいずれかの較正の調整の前に行われてもよい。代替的に、各パイロメーターに対する
較正温度測定値の記録および較正の調整が、順次、すなわち、次の作動パイロメーターの
較正温度測定値の記録の前に行われてもよい。いずれの手順においても、各パイロメータ
ー７０の較正を調整した後、オペレータは、反応装置の温度が安定するのを待ち、その後
、どの手順が用いられているかによって、較正温度測定値を記録するか、または次のパイ
ロメーターの較正を調整するようになっていると好ましい。
【００５８】
代替的な実施形態では、作動パイロメーター７１，７３，７５の各々の較正は、装置１
０が電流制御モード（加熱フィラメントへの電流が特定値に制御され、作動パイロメータ
ーが制御ループにない制御モード）にある間に行われてもよい。温度制御に関する前述の
手順と同様、作動パイロメーター７０の各々に対する較正温度測定値の記録は、パイロメ
ーターのいずれかの較正の調整の前に行われてもよいし、または代替的に、各パイロメー
ターに対する較正温度測定値の記録および較正の調整が、順次行われてもよい。
【００５９】
他の代替的な実施形態では、作動パイロメーター７０の較正パラメータは、調整されな
いようになっている。むしろ、制御システム９０は、メモリー９２に、較正パイロメータ
ー８０から得られたより正確な第１、第２、および第３の較正温度測定値に対するそれぞ
れの作動パイロメーター７１、７２、７３から得られたより不正確な第１、第２、第３の
作動温度測定値の１つ以上のマッピングまたは参照テーブルを記憶することができる。こ
のようにして、温度マッピングによって、制御システム９０は、いかに述べるようなウェ
ハ処理プロセス中に１つ以上の作動パイロメーター７０によって得られた温度測定値を修
正することができる。
【００６０】
一実施形態では、第１、第２、第３の作動温度測定値の各々および第１、第２、第３の
較正温度測定値の各々は、ウェハ処理プロセスにとって重要な単一温度における単一温度
読取値とすることができる。他の実施形態では、第１、第２、第３の作動温度測定値の各
々および第１、第２、第３の較正温度測定値の各々は、単一温度における複数の温度読取
値の平均値であってもよい。特定の例では、較正プロセスは、略８００℃で行われるよう
になっている。
【００６１】
さらに他の実施形態では、第１、第２、第３の作動温度測定値の各々および第１、第２
、第３の較正温度測定値の各々は、ある温度範囲に拡がる複数の温度読取値とすることが
でき、これによって、較正パイロメーター８０に対する各作動パイロメーター７０の精度
のマッピングが、チャンバ１２の典型的なウェハ処理プロセス作動温度範囲にわたって得
られることになる。
【００６２】
前述のステップは、反応装置がウェハ処理の一連の過程にある間に行われてもよい。具
体的には、入口開口（図示せず）が、シャッタ（図示せず）を下降させることによって、
開放される。次いで、ウェハを支持する支持要素が、前置チャンバ（図示せず）からチャ
ンバ１２内に装填され、スピンドル３０上の作動位置に載置される。この状態で、ウェハ
の上面は、ガス注入マニホールド１４に向かって上方を向いている。次いで、入口開口が
閉鎖される。加熱要素５０が作動され、回転駆動装置３８が、スピンドル３０、従って、
支持要素４０を中心軸３２を中心として回転させるように、作動される。典型的には、ス
ピンドル３０は、約５００−１５００回転／分の回転速度で回転される。  
【００６３】
プロセスガス供給ユニット（図示せず）が、ガス注入マニホールド１４を通してガスを
供給するように、作動される。ガスは、支持要素４０に向かって下方に流れ、ウェハの上
面を横切って、支持要素の周囲に沿って下方に流れ、排気システム５２に至る。従って、
ウェハの上面は、種々のプロセスガス供給ユニットによって供給された種々のガスの混合
物を含むプロセスガスに晒されることになる。最も典型的には、上面におけるプロセスガ
スは、主に、キャリアガス供給ユニット（図示せず）によって供給されるキャリアガスか
ら構成されている。
【００６４】
このウェハ処理プロセス中、作動パイロメーター７０は、加熱要素５０を制御するため
の入力値として役立つ温度測定値を記録することができる。多区域加熱要素５０を有する
実施形態では、複数のパイロメーター７０の各々は、垂直回転軸４２から特定の半径距離
における温度測定値を記録することができ、これらの温度測定値は、多区域加熱要素の対
応する区域を制御することができる。
【００６５】
プロセスは、ウェハの所望の処理が完了するまで継続されることになる。いったんプロ
セスが完了したなら、入口開口が開けられ、ウェハが支持要素４０から取り外される。最
終的に、処理されたウェハは、次の操作サイクルのために新しいウェハと取り換えられる
ことになる。
【００６６】
図示されている実施形態では、各パイロメーター７０，８０は、支持要素４０の垂直回
転軸４２からある半径距離において、支持要素４０および／または支持要素上に支持され
たウェハの温度を測定するように適合されており、該半径距離は、スピンドル３０の中心
軸３２と対応するビューポート６０との間の半径距離と同一である。従って、この場合、
パイロメーター７０または８０は、略直角（略９０°）である角度αで進む放射を受ける
ように適合されている。他の実施形態では、各パイロメーター７０または８０は、支持要
素４０の回転軸４２からある半径距離において、支持要素４０および／または支持要素に
支持されたウェハの温度を測定するように適合されており、該半径距離は、スピンドル３
０の中心軸３２と対応するビューポート６０との間の半径距離と異なっている。すなわち
、この場合、パイロメーター７０または８０は、略直角でない角度α、例えば、３０°、
４５°、６０°、７５°、または任意の他の角度で進む放射を受けるように適合されてい
ることになる。特定の実施形態では、較正パイロメーター８０および対応するパイロメー
ター７０のいずれかまたは両方が、略直角である角度αで進む放射を受けるようになって
いてもよいし、または較正パイロメーター８０および対応するパイロメーター７０の両方
が、略直角である角度αで進む放射を受けないようになっていてもよい。
【００６７】
角度αが略直角でないこのような実施形態では、較正パイロメーター８０は、較正パイ
ロメーターおよび対応する作動パイローの両方が垂直回転軸から同一の半径距離（例えば
、Ｄ１）において支持要素から放出される放射を受けることができる限り、対応する作動
パイロメーター７０と異なる（支持要素４０の垂直回転軸４２からの）半径距離に配置さ
れていてもよい。
【００６８】
図示されているように、作動パイロメーター７０は、右側ビューポート６０Ｒ内に設置
されており、較正パイロメーター８０は、左側ビューポート６０Ｌの対応するものに取外
し可能に設置可能になっている。他の実施形態では、各作動パイロメーター７０は、ビュ
ーポート６０のいずれに設置されてもよく、較正パイロメーター８０は、（該作動パイロ
メーター７０と同一の垂直回転軸４２からの半径距離において支持要素から放出される放
射を受けることができる）ビューポート６０の任意の対応する１つに取外し可能に設置さ
れてもよい。
【００６９】
一例では、作動パイロメーター７０は、左側のビューポート６０Ｌのいくつかに設置さ
れてもよく、較正パイロメーター８０は、右側のビューポート６０Ｒの対応するものに取
外し可能に設置されてもよい。他の例では、作動パイロメーター７０のいくつか（例えば
、作動パイロメーター７１，７３）が右側ビューポート６０Ｒのいくつかに設置されても
よく、作動パイロメーターの他のもの（例えば、作動パイロメーター７５）が左側ビュー
ポート６０Ｌに設置されてもよい。この場合、較正パイロメーター８０は、（該作動パイ
ロメーター７０と同一の垂直回転軸４２からの半径距離において支持要素から放出される
放射を受けることができる）ビューポート６０の対応する１つに取外し可能に設置される
ことになる。
【００７０】
較正パイロメーター８０が設置されることになるビューポート６０の各々（例えば、左
側ビューポート１Ｌ、３Ｌ，５Ｌ）は、その上に著しい寄生堆積が生じないことが望まし
い。較正パイロメーター８０が特定のビューポート６０内に設置される前に、該特定のビ
ューポートは、このような寄生堆積を除去するために洗浄されることが望ましい。
【００７１】
特定の実施形態では、作動パイロメーター７０および較正パイロメーター８０は、垂直
回転軸４２から同一の半径距離にある別々の位置から放出される放射を受けるのに代わっ
て、支持要素の同一の単一位置から放出される放射を受けるように意図されている。この
ような実施形態では、作動パイロメーター７０および較正パイロメーター８０が互いに異
なるビューポート６０内に設置されるのに代わって、作動パイロメーター７０および較正
パイロメーター８０は、同一のビューポート内に設置されることになる。このような実施
形態は、作動パイロメーター７０および較正パイロメーター８０の両方の設置に適応する
のに十分大きいビューポートを備えるように、チャンバ１２を修正する必要がある。また
、このような実施形態は、作動パイロメーター７０および較正パイロメーター８０を垂直
回転軸４２に対して傾斜させる必要があるが、これは、温度測定の不確実さを増大させる
可能性がある。
【００７２】
以下、図２を参照すると、図１に示されている化学蒸着装置１０の代替的なビューポー
トの実施形態が示されている。この実施形態では、較正パイロメーター８０は、個別のビ
ューポート１Ｌ，３Ｌ，５Ｌ内に順次設置されるのに代わって、１つ以上の半径方向拡張
光学的ビューポート６０Ｌ’内に取外し可能に設置されるようになっている。ここで用い
られる「半径方向拡張ビューポート」は、パイロメーターをビューポートから取り外すこ
となく、設置されたパイロメーターの半径位置を変化させる能力を有するビューポートで
ある。このような半径方向拡張ビューポートは、半径方向に延在するレールを備えていて
もよい。このレールによって、パイロメーターは、ビューポートから取り外されることな
く、１つの半径位置から他の半径位置に摺動することが可能になる。
【００７３】
図２に示されている実施形態では、較正パイロメーター８０は、支持要素４０の半径の
少なくとも一部に沿って支持要素４０の上面４１と実質的に平行に延在するレール（図示
せず）上に載置されるように、半径方向拡張ビューポート６０Ｌ’内に設置されるように
なっている。従って、較正パイロメーターは、マイクロメータマウントを用いて、制御可
能になっている。一例では、較正パイロメーター８０は、支持要素４０の半径の少なくと
も一部に沿ってレール上を迅速に移動し、支持要素の半径方向拡張部分の温度測定記録の
マップを形成することができる。他の例では、半径方向拡張ビューポート６０Ｌ’は、支
持要素の全半径に沿って延在しており、これによって、較正パイロメーター８０は、支持
要素４０の全半径に沿ってレール上を移動し、支持要素の上面４１の任意の半径位置の温
度測定記録を得ることができる。
【００７４】
特定の実施形態では、支持要素４０の同一の半径に沿って、または支持要素の互いに異
なる角位置における互いに異なる半径に沿って、２つ以上の半径方向拡張ビューポート６
０Ｌ’が設けられてもよい。この場合、支持要素の２つ以上の半径方向拡張部分に沿って
温度測定値を記録するために、較正パイロメーター８０は、各半径方向拡張ビューポート
内に順次設置されることになる。
【００７５】
代替例では、較正パイロメーター８０は、半径方向拡張ビューポート６０Ｌ’内におい
てレールに沿って離間位置Ａ，Ｂ，Ｃに移動することが可能になっている。この場合、較
正パイロメーターは、それぞれの作動パイロメーター７１，７３，７５が温度測定値を記
録するように適合されている半径距離Ｄ１，Ｄ３，Ｄ５において、支持要素４０の特定部
分の温度を測定することができる。
【００７６】
較正パイロメーター８０は、ユーザーが作動パイロメーター７０を再較正したいときの
みにビューポート６０Ｌ’内に取外し可能に設置されてもよいし、またはウェハ処理サイ
クル中、ビューポート６０Ｌ’内に設置されたままにされ、周知の標準器に対して再較正
するために周期的に取り外されるようになっていてもよい。
【００７７】
本発明によるその場パイロメーター較正システムおよび方法は、前述したように、従来
のパイロメーター較正方法と比較して、いくつかの有力な利点を有している。例えば、従
来のパイロメーター再較正プロセスと比較して、作動パイロメーター７０は、再較正のた
めにチャンバ１２から取り外される必要がない。また、前述したように、本発明による温
度測定プロセスは、チャンバ１２におけるパイロメーター設置に関するエラーを補償する
ことができると共に、前述のように、ビューポート６０への寄生堆積のようなチャンバ内
の条件を補償することができる。
【００７８】
本発明は、回転ディスク反応装置を用いる種々のウェハ処理プロセス、例えば、ウェハ
の化学蒸着や化学エッチングなどに適用可能である。本明細書において、本発明を特定の
実施形態を参照して説明してきたが、これらの実施形態は、本発明の原理と応用の単なる
例示にすぎないことを理解されたい。従って、例示的な実施形態に対して多くの修正がな
されてもよいこと、および添付の請求項に記載されている本発明の精神および範囲から逸
脱することなく、他の構成が考案されてもよいことを理解されたい。種々の従属請求項お
よびそこに記載されている特徴は、元の請求項に記載されているのと異なる方法によって
組み合わされてもよいことは明らかであろう。また、個々の実施形態に関連して記載され
ている特徴は、記載されている実施形態の他の特徴と共有されてもよいことも明らかであ
ろう。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、制限されるものではないが、ウェハ処理反応装置およびウェハ処理反応装置
用のその場パイロメーター較正の方法を含む広い産業上の利用可能性を有している。
【図１】
2017021036.tif 000003
【図２】
2017021036.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月21日(2016.9.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ処理反応装置用のその場パイロメーター較正の方法であって、
（ａ）較正パイロメーターを、該較正パイロメーターがウェハ支持要素の回転軸から第１の半径距離において前記ウェハ支持要素の第１の部分からの放射を受けるように、第１の較正位置に位置決めするステップと、
（ｂ）前記反応装置がパイロメーター較正温度に達するまで、前記反応装置を加熱するステップと、
（ｃ）前記回転軸を中心として前記支持要素を回転させるステップと、
（ｄ）前記回転軸を中心として前記支持要素が回転している間に、第１の作動位置に設置された第１の作動パイロメーターから第１の作動温度測定値を得るステップであって、
前記第１の作動パイロメーターは、前記ウェハ支持要素の前記回転軸から前記第１の半径距離において前記ウェハ支持要素の前記第１の部分からの放射を受けている、ステップと、
（ｅ）前記回転軸を中心として前記支持要素が回転している間に、前記較正パイロメーターから第１の較正温度測定値を得るステップと
を含んでなる方法。
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月4日(2016.10.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ処理反応装置用のその場パイロメーター較正の方法であって、
（ａ）較正パイロメーターを、該較正パイロメーターがウェハ支持要素の回転軸から第１の半径距離において前記ウェハ支持要素の第１の部分からの放射を受けるように、第１の較正位置に位置決めするステップと、
（ｂ）前記反応装置がパイロメーター較正温度に達するまで、前記反応装置を加熱するステップと、
（ｃ）前記回転軸を中心として前記支持要素を回転させるステップと、
（ｄ）前記回転軸を中心として前記支持要素が回転している間に、第１の作動位置に設置された第１の作動パイロメーターから第１の作動温度測定値を得るステップであって、前記第１の作動パイロメーターは、前記ウェハ支持要素の前記回転軸から前記第１の半径距離において前記ウェハ支持要素の前記第１の部分からの放射を受けている、ステップと、
（ｅ）前記回転軸を中心として前記支持要素が回転している間に、前記較正パイロメーターから第１の較正温度測定値を得るステップと、
（ｆ）前記第１の作動温度測定値および前記第１の較正温度測定値を用いて、第１の作動パイロメーターの較正を行うステップと、
（ｇ）前記較正パイロメーターが前記ウェハ支持要素の前記回転軸から第２の半径距離において前記支持要素の第２の部分から放射を受けるように、前記較正パイロメーターを第２の較正位置に移動させるステップと、
（ｈ）前記回転軸を中心として前記支持要素が回転している間に、第２の作動位置に設置された第２の作動パイロメーターから第２の作動温度測定値を得るステップであって、前記第２の作動パイロメーターは、前記ウェハ支持要素の前記回転軸から前記第２の半径距離において前記ウェハ支持要素の前記第２の部分からの放射を受けている、ステップと、
（ｉ）前記回転軸を中心として前記支持要素が回転している間に、前記較正パイロメーターから第２の較正温度測定値を得るステップと
を含んでなり、
前記第１および第２の作動パイロメーターは、前記反応装置の第１および第２の作動用光学的ビューポート内にそれぞれ係合されており、
前記位置決めステップは、前記較正パイロメーターが前記反応装置の第１の較正用光学的ビューポート内に係合されるように行われるものであり、
前記移動ステップは、前記較正パイロメーターが前記反応装置の第２の較正用光学的ビューポート内に係合されるように行われるものであり、前記移動ステップは、前記第１の較正用光学的ビューポートから前記較正パイロメーターを取り外して、前記第２の較正用光学的ビューポートに前記較正パイロメーターを設置することを含み、
前記ステップ（ｄ）および前記ステップ（ｅ）は、化学蒸着を含む、ウェハを処理するための前記反応装置の稼働中に行われるものであり、
前記第１の較正温度測定値および第２の較正温度測定値のうちの少なくとも１つは、ウェハ温度データと支持要素温度データとを含み、前記第１の作動パイロメーターおよび前記第２の作動パイロメーターのうちの少なくとも１つの較正パラメータを調整することは、前記ウェハと前記支持要素との間の反射率または温度の差を用いて、前記支持要素の温度データから前記ウェハの温度データを分離することを含む、方法。
【請求項２】
前記ステップ（ｄ）および（ｅ）の間に、前記第１の作動パイロメーターおよび前記較正パイロメーターは、前記支持要素上の第１の同一位置から移動する放射を受けるように向けられており、前記ステップ（ｈ）および（ｉ）の間に、前記第２の作動パイロメーターおよび前記較正パイロメーターは、前記支持要素上の第２の同一位置から移動する放射を受けるように向けられている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の作動的光学的ビューポートおよび前記第１の較正用光学的ビューポートは第１の同一ビューポートにあり、前記第２の作動的光学的ビューポートおよび前記第２の較正用光学的ビューポートは第２の同一ビューポートにある、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｄ）および前記ステップ（ｅ）は同時に行われるものである請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ステップ（ａ）〜（ｅ）は、前記第１の作動パイロメーターを前記反応装置から取り外すことなく行われるものである請求項１に記載の方法。
【請求項６】
較正を行う前記ステップは、前記第１の作動パイロメーターおよび前記較正パイロメーターから得られた温度測定値に基づいて、前記第１の作動パイロメーターの較正パラメータを調整することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
較正を行う前記ステップは、前記ウェハ処理反応装置のメモリーに参照テーブルを記憶することを含んでおり、前記参照テーブルは、前記第１の作動温度測定値の少なくともいくつかと共に前記第１の較正温度測定値の対応するもののマッピングを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
較正を行う前記ステップは、
前記ステップ（ｈ）の前に、前記第１の作動温度測定値および前記第１の較正温度測定値に基づいて、前記第１の作動パイロメーターの較正パラメータを調整することと、
前記ステップ（ｉ）の後、前記第２の作動温度測定値および前記第２の較正温度測定値に基づいて、前記第２の作動パイロメーターの較正パラメータを調整することと
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
較正を行う前記ステップは、前記ステップ（ｉ）の後、前記作動パイロメーターおよび前記較正パイロメーターから得られた前記温度測定値に基づいて、前記第１および第２の作動パイロメーターの較正パラメータを調整することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記加熱ステップは、前記ウェハ支持要素用の多区域加熱システムによって行われるものである請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記較正パイロメーターを他の反応装置内に位置決めし、前記他の反応装置内の作動パイロメーターの較正を行うために、前記較正パイロメーターを用いることをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
ウェハ処理反応装置用のその場パイロメーター較正システムであって、
（ａ）回転軸を有するウェハ支持要素と、
（ｂ）前記ウェハ支持要素用の加熱要素と、
（ｃ）第１の作動位置に設置された第１の作動パイロメーターであって、前記ウェハ支持要素の前記回転軸から第１の半径距離において前記ウェハ支持要素の第１の部分からの放射を受けている、第１の作動パイロメーターと、
（ｄ）第１の較正位置に位置決めされた較正パイロメーターであって、前記ウェハ支持要素の前記回転軸から前記第１の半径距離において前記ウェハ支持要素の前記第１の部分および１以上のウェハからの放射を受けている、較正パイロメーターと、
（ｅ）前記回転軸を中心として前記ウェハ支持要素を回転させるように構成された回転駆動装置と、
（ｆ）化学蒸着を含む、前記１以上のウェハを処理する前記反応装置の稼働中に、前記第１の作動パイロメーターおよび前記較正パイロメーターから受信した温度測定値に基づいて、較正の計算を行うための制御システムと、
（ｇ）第２の作動位置に設置された第２の作動パイロメーターであって、前記ウェハ支持要素の前記回転軸から第２の半径距離において前記ウェハ支持要素の第２の部分から放射を受けており、前記較正パイロメーターは、第２の較正位置に位置決めされ、該第２の較正位置における前記較正パイロメーターは、前記ウェハ支持要素の前記回転軸から前記第２の半径距離において前記ウェハ支持要素の前記第２の部分からの放射を受けている、第２の作動パイロメーターと、
（ｈ）第１および第２の作動用光学的ビューポートであって、前記第１および第２の作動パイロメーターは、前記第１および第２の作動用光学的ビューポート内にそれぞれ係合されている、第１および第２の作動用光学的ビューポートと、
（ｉ）第１および第２の較正用光学的ビューポートであって、前記較正パイロメーターは、前記較正パイロメーターが前記第１の較正位置に位置決めされたとき、前記第１の較正用光学的ビューポート内に係合されるものであり、前記較正パイロメーターは、前記較正パイロメーターが前記第２の較正位置に位置決めされたとき、前記反応装置の前記第２の較正用光学的ビューポート内に係合されるものである、第１および第２の較正用光学的ビューポートと
を備えてなり、
前記制御システムは、前記１以上のウェハと前記支持要素との間の反射率または温度の差を用いて、前記支持要素の温度データから前記１以上のウェハの温度データを分離することによって、前記第１の作動パイロメーターおよび前記第２の作動パイロメーターのうちの少なくとも１つの前記較正パラメータを調整するシステム。
【請求項１３】
前記第１の作動パイロメーターおよび前記較正パイロメーターは、前記ウェハ支持要素の前記回転軸から前記第１の半径距離において前記ウェハ支持要素の前記第１の部分から温度測定値を同時に得るものである請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記加熱要素は、多区域加熱システムである請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記較正パイロメーターは、前記反応装置から取外し可能になっている請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ウェハ支持要素は、ウェハを支持していない空の支持要素である請求項１２に記載のシステム。