JP2016503578A - プラズマ化学気相堆積（ｐｅｃｖｄ）の装置及びプロセス - Google Patents

Abstract

ＰＥＣＶＤプロセスにしたがって基板を処理する装置及び方法が説明される。基板の温度プロファイルは、基板にわたる堆積速度プロファイルを変化させるように調整される。プラズマ密度プロファイルは、基板にわたる堆積速度プロファイルを変化させるように調整される。プラズマに晒されるチャンバ表面は、プラズマ密度の均一性を改良し、かつチャンバ表面上の質の低い堆積物の形成を低減させるように加熱される。インシトゥの計測は、堆積プロセスの進行を監視し、かつ基板温度プロファイル、プラズマ密度プロファイル、圧力、温度、及び反応物質の流れを含む、制御動作を開始するために使用され得る。【選択図】図４

Description

本明細書の中において説明される実施形態は、基板上でプラズマ堆積を実行するためのプロセス及び装置に関する。
より具体的には、本明細書の中において説明される実施形態は、組成物及び厚さの極端な均一性を有する層を形成するためのプラズマ堆積のプロセス及び装置に関する。

半導体産業は、過去５０年、ムーアの法則にしたがって成長してきた。ムーアの法則は、大まかに、集積回路上のトランジスタの数は２年ごとに倍になると主張している。この公式に本来備わっているのは、トランジスタ密度の進化は２次元的であり、かついくつかの点において、物理学はデバイスがどれだけ小さく成り得るかに制限を課すという制限である。

近年、製造者たちは、処理能力を増加させるために、デバイスの構造を３次元へと拡大するプロセスを展開してきた。そのような装置は、概して、多くの数の材料の層が基板上に連続的に堆積されることを特徴とする。いくつかの場合において、１００を超える層が形成され得る。多くの層が連続的に形成される場合、各々の層の中の不均一性は増加し得、使えない構造をもたらす。近年の層を形成するプロセス及び装置は、典型的には、３次元の構造に対して不適切な不均一性を生み出す。それ故、極端に均一な層を基板上に形成するために、新しいプロセス及び装置が必要とされる。

本明細書の中において説明される実施形態は、プラズマ処理チャンバの中の基板支持体上に基板を堆積させること、処理チャンバに堆積前駆体を提供すること、堆積前駆体からプラズマを形成すること、プラズマから基板上に層を堆積させること、地上への経路のインピーダンスを変化させることを含むプロセスによってプラズマの密度プロファイルを調整すること、及び基板の第１の部分に第１のエネルギー束を適用し、かつ基板の第２の部分に第２のエネルギー束を適用することによって、基板の温度プロファイルを調整することであって、第１の部分は第２の部分とは異なり、かつ第１のエネルギー束は第２のエネルギー束とは異なる、温度プロファイルを調整することを含む、基板を処理する方法を提供する。

また、プラズマ処理チャンバの中の基板支持体上に基板を堆積させること、処理チャンバに堆積前駆体を提供すること、堆積前駆体からプラズマを形成すること、プラズマから基板上に層を堆積させること、複数の位置における基板から反射された光を解析することによって、基板上の複数の位置における層の堆積速度を監視すること、及び地上への第１の経路のインピーダンスを変化させるプロセスによって、反射された光の解析に基づいてプラズマの密度プロファイルを調整することを含む、基板を処理する方法が説明される。

また、プラズマ処理チャンバの中の基板支持体上に基板を堆積させること、処理チャンバに堆積前駆体を提供すること、堆積前駆体からプラズマを形成すること、プラズマから基板上に層を堆積させること、複数の位置における基板から反射された光を解析することによって、基板上の複数の位置における層の堆積速度を監視すること、及び基板の第１の部分に第１のエネルギー束を適用し、かつ基板の第２の部分に第２のエネルギー束を適用することによって、反射された光の解析に基づいて基板の温度プロファイルを調整することであって、第１の部分は第２の部分とは異なり、かつ第１のエネルギー束は第２のエネルギー束とは異なる、温度プロファイルを調整することを含む、基板を処理する方法が説明される。

一実施形態による、方法を要約する流れ図である。 別の実施形態による、方法を要約する流れ図である。 一実施形態による装置の概略断面図である。 別の実施形態による装置の概略断面図である。 別の実施形態による装置の概略断面図である。 別の実施形態による装置の概略断面図である。 別の実施形態による装置の概略断面図である。 別の実施形態による装置の概略上面図である。 本明細書の中において開示される他の装置及び方法と一緒に使用され得る、マルチゾーン加熱器を有する基板支持体の概略断面図である。 付加的な特徴を有する基板支持体の概略断面図である。 チャンバの内部に配置される図８Ｂのマルチゾーン基板支持体を有するチャンバの概略断面図である。 一実施形態による光計測装置を有するチャンバリッドアセンブリの概略断面図である。 図９Ａの光計測装置のより詳細な図である。 一実施形態によるコリメータを有するチャンバリッドアセンブリの概略等角図である。 一実施形態によるコリメータの断面図である。 別の実施形態によるコリメータを有するリッドアセンブリの概略等角図である。 一実施形態によるインシトゥの計測を使用する導電性ガス分配器の底面図である。 一実施形態による、層の厚さを決定する方法を要約する流れ図である。 別の実施形態による、層の厚さを決定する方法を要約する流れ図である。 パターン化された基板上における５００オングストロームの窒化ケイ素の層の堆積の間の、２、３の選択された波長における時系列の反射データを示すグラフである。 パターン化された基板上における５００オングストロームの窒化ケイ素の層の堆積の間の、２、３の選択された波長における時系列の反射データを示すグラフである。 パターン化された基板上における５００オングストロームの窒化ケイ素の層の堆積の間の、２、３の選択された波長における時系列の反射データを示すグラフである。 パターン化された基板上の５００オングストロームの窒化ケイ素の層の堆積の間における、２、３の選択された波長における時系列の反射データを示すグラフである。 ３つの連続的な層の堆積の間に、２１０ナノメートルにおいて収集された反射データの時系列フィットを示すグラフである。 スタック堆積の選択された層からの反射データのスペクトルフィットを示すグラフである。 スタック堆積の選択された層からの反射データのスペクトルフィットを示すグラフである。 スタック堆積の選択された層からの反射データのスペクトルフィットを示すグラフである。 スタック堆積の選択された層からの反射データのスペクトルフィットを示すグラフである。 透過電子顕微鏡法を使用する厚さの測定値と比較される層の厚さの測定値を示すグラフである。 透過電子顕微鏡法を使用する厚さの測定値と比較される層の厚さの測定値を示すグラフである。 時間に対する厚さのデータのフィットを示すグラフである。

極端に均一で高品質のデバイス層は、ガス流の均一性、処理チャンバの表面における温度の均一性、基板の温度プロファイル、及び基板表面の様々な位置におけるプラズマ密度プロファイルを制御することによって、プラズマプロセスにおいて基板上に形成され得る。プラズマ密度プロファイル及び温度プロファイルは、基板表面にわたる望ましい堆積速度プロファイルを獲得するために、一緒に調整され得る。チャンバ表面の温度の均一性は、反応種の均一な濃度を提供するために、かつチャンバ表面上の堆積を制御及び／又は最小化するために調整され得る。

基板上の均一な厚さ及び組成の層を形成する方法１００は、図１の流れ図の中において要約されている。１０２において、基板は、ＣＶＤチャンバの中の基板支持体上に堆積される。

１０４において、温度プロファイルは、基板の内部で確立される。このことは、例えば、ゾーン加熱器を使用して、基板の種々の部分を種々の速度で加熱することによって行われ得る。２つのゾーンの加熱器が使用され得、かつゾーンの間の温度オフセットは、摂氏約マイナス５０度から約プラス５０度までに含まれ得る。基板温度は、堆積されている材料に応じて、摂氏約３００度から摂氏約８００度までに含まれ得、例えば、摂氏約４００度及び摂氏約６５０の間に含まれ得る。

１０６において、フェイスプレートの温度が選択され、かつ制御される。フェイスプレートは、処理環境に晒され、かつ基板支持体と面するチャンバリッドの表面である。フェイスプレートの温度を制御することは、フェイスプレートの近くのチャンバの処理領域における温度の均一性を促進し、それがフェイスプレートを出て処理領域の中へ入る際に、反応ガス混合の組成の均一性を改良する。フェイスプレートの温度は、加熱要素をフェイスプレートに熱的に結合させることによって制御され得る。このことは、加熱要素とフェイスプレートとの間の直接的な接触によって行われ得、又は別の部材を通る伝導性によって行われ得る。フェイスプレートの温度は、摂氏約１００度及び摂氏約３００度の間に含まれ得る。

１０８において、前駆体ガス混合物は、温度が制御されているフェイスプレートを通ってチャンバに提供される。ガス混合は、シリコン（ポリシリコン又はアモルファスシリコン）、酸化ケイ素、窒化ケイ素、又はシリコン酸素窒化物前駆体混合などの、任意の適切なＣＶＤ前駆体混合であり得る。ホウ素化合物、リン化合物、及び／又はヒ素化合物などのドーパント前駆体が含まれ得る。以下の流量の範囲は、３００ミリメートルの基板に対してサイズが決められたチャンバに適用される。適切な拡大縮小が、他の基板に対してサイズが決められたチャンバに使用され得る。シランなどのシリコン前駆体が、約２０ｓｃｃｍ及び約２，０００ｓｃｃｍの間の流量において提供され得る。ＴＥＯＳは、約２０ｍｇｍ及び約５，０００ｍｇｍの間の流量において提供され得る。Ｎ_２Ｏ、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ、又はＣＯ_２などの酸素前駆体は、約１，０００ｓｃｃｍ及び約２０，０００ｓｃｃｍの間の流量において提供され得る。Ｎ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＨ_３、又はＨ_２Ｎ_２などの窒素前駆体、若しくはそれらの代替的な異形、又は上述の窒素種の任意の混合は、約２００ｓｃｃｍ及び約５０，０００ｓｃｃｍの間の流量において提供され得る。例えば、メタンなどの炭化水素などの炭素前駆体が、炭素を層に加えるために含まれ得る。トリメチルボラン（ＴＭＢ）、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）、ホスフィン（ＰＨ_３）、アルシン（ＡｓＨ_３）、並びに代替的なホスフィン及びアルシン、又はそれらの混合などの、ドーパント前駆体は、約２０ｓｃｃｍ及び約３，０００ｓｃｃｍの間の流量において提供され得る。ドーパント前駆体は、キャリアガスによって運ばれ得、又は例えば、ヘリウム、アルゴン、窒素、若しくは水素、又はそれらの任意の混合などの、希釈ガスの中で希釈され、約５００ｓｃｃｍ及び約３０，０００ｓｃｃｍの間の流量において流れる。約０．５トール及び約１０トールの間の作動圧力が、チャンバの中で確立される。フェイスプレート及び基板の間の間隔は、約２００ｍｉｌｓ（インチの１，０００分の１）及び１，１００ｍｉｌｓの間で確立される。

１１０において、プラズマは、前駆体ガス混合物からチャンバの中で形成される。プラズマは、容量性又は誘導性の手段によって形成され得、かつＲＦ電源を前駆体ガス混合物の中へ結合させることによって電圧が加えられ得る。ＲＦ電力は、高い周波数成分及び低い周波数成分を有する２周波数ＲＦ電力であり得る。ＲＦ電力は、典型的には、約５０ワット及び約１，５００ワットの間の電力レベルにおいて適用され、例えば、約１３．５６メガヘルツにおける全て高い周波数のＲＦ電力であり得、又は例えば、約３００キロヘルツの周波数における高い周波数の電力と低い周波数の電力の混合であり得る。

１１２において、プラズマ密度プロファイルは、チャンバの側壁に結合された電極、及び／又は基板支持体に結合された電極に、バイアス電圧をかけることによって調整される。各々の電極は、典型的には、電極を通って流れる選択された電流に対するインピーダンスを提供するために制御される。共鳴同調回路は、典型的には、各々の電極及び地面に結合され、かつ共鳴同調回路のための構成要素が少なくとも１つの可変の構成要素を伴って選択され、したがって、インピーダンスは、ターゲット電流の流れを維持するために動的に調整され得る。各々の電極を通る電流の流れは、約０アンペア及び約３０アンペアの間、又は約１アンペア及び約３０アンペアの間の値に制御され得る。

１１４において、層は、プラズマから基板上で形成される。前駆体の組成に応じて、層は、シリコン層であり得、それは例えば、ドープされたポリシリコン、微結晶シリコン、若しくはアモルファスシリコンなどの層であり得、ドープされた酸化ケイ素層であり得、ドープされた酸窒化ケイ素層であり得、ドープされた炭化ケイ素層であり得、ドープされた酸炭化ケイ素層であり得、ドープされた窒炭化ケイ素層であり得、ドープされた窒酸炭化ケイ素層であり得、又はドープされた窒化ケイ素層であり得る。例えば、シリコンを含んでいない層などの他の層がまた、適切な前駆体及び流量を選択することによって堆積され得る。

典型的に形成される層は、２パーセント以下の厚さ均一性を有する。１つの側面において、堆積された層の厚さは、わずか２パーセントだけ平均値から変動し得る。別の側面において、層の厚さの標準偏差は、約２パーセントに過ぎない。この厚さの均一性は、実質的に平坦で、薄板状で、かつ平行なスタック構造を維持する一方で、単一のチャンバの中の単一の連続的なプロセスにおいて、例えば、１５０層までの複数の層の形成を可能にする。

均一性はさらに、プラズマに晒されるチャンバ表面の温度を制御することによって、高められ得る。チャンバ表面が熱的にフロートすることを許容される場合、制御されないやり方で、プラズマ密度及び反応性に影響を与える熱い及び冷たいスポットが発達し得る。上述されたように、シャワーヘッドのフェイスプレートは、抵抗加熱器、若しくはフェイスプレートの一部分を通る導管の中に配置される熱流体、又はさもなければフェイスプレートとの直接的な接触若しくは熱的な接触を使用して加熱され得る。導管は、フェイスプレートのガス流機能の分散を避けるために、フェイスプレートのエッジ部分を通して配置され得る。フェイスプレートのエッジ部分を加熱することは、チャンバの範囲内のヒートシンクであるフェイスプレートのエッジ部分の動きを低減させるために有用であり得る。

チャンバ壁がまた、類似の効果に対して加熱され得る。プラズマに晒されるチャンバ表面を加熱することはまた、チャンバ表面上の堆積、凝縮、及び／又は昇華を最小化し、チャンバの洗浄頻度を低減させ、かつ洗浄ごとの平均周期を増加させる。より高い温度表面はまた、基板上へ落ちる粒子を生み出す可能性が低い、高密度堆積を促進する。抵抗加熱器及び／又は熱流体を有する熱制御導管は、チャンバ壁の熱制御を達成するために、チャンバ壁を通して配置され得る。全ての表面の温度は、コントローラによって制御され得る。

基板上の均一な厚さ及び組成の層を形成する方法２００は、図２の流れ図の中において要約されている。方法２００は、計測構成要素の付加を伴って、多くの点において図１の方法１００に類似する。２０２において、基板は、ＣＶＤチャンバの中の基板支持体上に堆積される。

２０４において、基板のベースライン反射性は、チャンバの中の基板上の光を輝かせることによって、かつ基板によって反射される光のスペクトルを測定することによって検出される。インシトゥで基板の反射性を測定するための例示的な装置が、以下に説明される。波長の関数としての、基板へ誘導される光の強度は、入射光のスペクトル解析から得られる。波長の関数としての、基板から反射される光の強度は、反射光のスペクトル解析から得られる。波長の関数としての、入射光の強度に対する反射光の強度の比率は、計算されて、かつその後の処理のために保存される。電子メモリを有する電子計算装置は、スペクトルデータの解析のために使用され得る。

２０６において、温度プロファイルは、実質的に上の１０４において説明されたように、基板の中において確立される。２０８において、フェイスプレートの温度は、上の１０６におけるように設定される。前駆体の流れは、上の１０８におけるように、２１０においてＣＶＤチャンバの中へ確立される。プラズマは、上の１１０におけるように、２１２においてＣＶＤチャンバの中で形成される。プラズマの密度プロファイルは、上の１１２におけるように、２１４において調整され、かつ選択される。２１６において、層は、実質的に上の１１４において説明されたように、プラズマから基板上に堆積される。

２１８において、調整が厚さの均一性を制御することを可能にするために、層が堆積される一方で、堆積される層の厚さの均一性が検出される。基板から反射される光は、堆積が進むにしたがって監視され、かつ反射光における変化は、厚さを決定するために使用される。様々な位置における厚さにおける変化を決定するために、基板上の複数の位置が、典型的に監視される。堆積が進むにしたがって、厚さの均一性を決定するために、様々な位置に対する厚さのデータが比較される。反射光から厚さを決定するための装置及びアルゴリズムは、以下でより詳細に説明される。

２２０において、基板にわたる堆積の分布に影響を与えるチャンバパラメータが、反射光の解析から２１８において決定された厚さの均一性に基づいて調整される。プラズマ密度プロファイル、基板温度プロファイル、及びガス流量のうちの少なくとも１つが、層の堆積が進むにしたがって、厚さの均一性を制御するために調整される。基板温度プロファイル及びプラズマ密度プロファイルを調整するための装置が、以下により詳細に説明される。基板温度プロファイルは、典型的には、区域に分けられたエネルギー束を有する基板支持体を使用して、基板上の種々の位置における局所的なエネルギー束を変化させることによって調整される。プラズマ密度プロファイルは、基板支持体上のチャンバのプラズマ生成領域の周りに電極を適用することによって調整され得、かつ可変電子構成要素を使用して、プラズマの中の電荷担体のための地面への様々な経路のインピーダンスを変化させるために、電極のインピーダンスを独立に調整する。インピーダンスを幾何学的に制御することは、基板支持体上のプラズマ密度の形状寸法を制御する。このやり方において、望ましい調整に応じて、より多くのプラズマが基板のエッジ領域に向かって引き付けられ得、又は基板の中央領域に向かって押され得る。

２２２において、反射光は、堆積膜の全体の厚さをターゲットの厚さと比較することに基づいて、堆積のエンドポイントを決定するために解析される。

方法１００及び２００は、再現が可能で、かつ極端な厚さの均一性を有する異なった組成を有する層のスタックを形成するために使用され得る。１つの実施形態において、酸化ケイ素及び窒化ケイ素の交互の層が、単一の処理チャンバの中のシリコン基板上に形成され得、各々の層は、約３００オングストローム及び約３，０００オングストロームの間の厚さを有し、かつ各々の層は、約３パーセントより少ない、いくつかの場合において１パーセントの、基板をわたる厚さの標準偏差で表現される、厚さの均一性を有する。任意の数のそのような層、例えば、４０より多くの層、いくつかの場合では１２５の層が、実質的に単一の処理チャンバの中において形成され得る。

図３は、本明細書の中において説明されるプロセスを実施するために使用され得る、発明に係る装置３００の概略側面図である。処理チャンバ３００は、チャンバ本体３０２、チャンバ本体３０２の内部に配置される基板支持体３０４、及びチャンバ本体３０２に結合され、かつ基板支持体３０４を処理容積３２０の中に封入するリッドアセンブリ３０６を備えることを特徴とする。基板は、開口部３２６を通して処理容積３２０へ提供され、開口部３２６は、ドアを使用して処理するために、従来の技術で密封され得る。

電極３０８は、チャンバ本体３０２に隣接して配置され得、かつチャンバ本体３０２をリッドアセンブリ３０６の他の構成要素から分離し得る。電極３０８は、リッドアセンブリ３０６の部分であり得、又は個別の側壁の電極であり得る。電極３０８は、管状であり得、又はリングのような部材であり得、かつリング電極であり得る。電極３０８は、処理容積３２０を取り囲む処理チャンバ３００の周囲の連続的なループであり得、又は望ましければ選択された位置において不連続であり得る。電極３０８はまた、孔の開いたリング又はメッシュ電極などの、孔の開いた電極であり得る。電極３０８はまた、例えば２次ガス分配器などの、プレート電極であり得る。

アイソレーター３１０は、例えば、酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムなどの、セラミック又は酸化金属などの、誘電材料であり得、電極３０８と接触し、かつ電極３０８をガス分配器３１２から、及びチャンバ本体３０２から電気的かつ熱的に分離させる。ガス分配器３１２は、プロセスガスが処理容積３２０の中へ入ることを可能にするための開口部３１８を備えることを特徴とする。ガス分配器３１２は、ＲＦ発電機などの電源３４２と結合され得る。ＤＣ電力、パルスＤＣ電力、及びパルスＲＦ電力がまた使用され得る。

ガス分配器３１２は、導電性ガス分配器又は非導電性ガス分配器であり得る。ガス分配器３１２はまた、導電性及び非導電性の構成要素から作られ得る。例えば、ガス分配器３１２の本体は導電性であり得、一方、ガス分配器３１２のフェイスプレートは非導電性である。プラズマ処理チャンバの中において、ガス分配器３１２は図３の中において示されるように電力供給され得、又はガス分配器３１２は地面に結合され得る。

電極３０８は、処理チャンバ３００の地上経路を制御する、同調回路３２８に結合され得る。同調回路３２８は、電子センサ３３０及び電子コントローラ３３４を備え、それらは可変コンデンサであり得る。同調回路３２８は、１以上のインダクタ３３２を備えるＬＬＣ回路であり得る。同調回路３２８は、処理の間に処理容積３２０の中に存在するプラズマ状態下で、可変又は制御可能なインピーダンスを備えることを特徴とする任意の回路であり得る。図３の実施形態において、同調回路３２８は、電子コントローラ３３４と直列な第１のインダクタ３３２Ａ、及び電子コントローラ３３４と並列な第２のインダクタ３３２Ｂを備えることを特徴とする。電子センサ３３０は、電圧又は電流センサであり得、かつ処理容積３２０の内部のプラズマ状態の閉ループ制御の程度を提供するために、電子コントローラ３３４に結合され得る。

第２の電極３２２は、基板支持体３０４に結合され得る。第２の電極３３２は、基板支持体３０４の内部に埋め込まれ得、又は基板支持体３０４の表面に結合され得る。第２の電極３２２は、プレート、多孔プレート、メッシュ、ワイヤースクリーン、又は任意の他の分散された構成であり得る。第２の電極３２２は、同調電極であり得、かつ例えば、基板支持体３０４のシャフト３４４の中に配置される、５０オームなどの選択された抵抗を有するケーブルなどの、導管３４６によって第２の同調回路１３６に結合され得る。第２の同調回路３３６は、第２の電子センサ３３８及び第２の電子コントローラ３４０を備え、それらは第２の可変コンデンサであり得る。第２の電子センサ３３８は、電圧又は電流センサであり得、かつ処理容積３２０の内部のプラズマ状態にさらなる制御を提供するために、第２の電子コントローラ３４０に結合され得る。

第３の電極３２４は、バイアス電極及び／又は静電チャッキング電極であり得、基板支持体３０４に結合され得る。第３の電極は、フィルター３４８を通る第２の電源３５０に結合され得、それは回路とマッチングするインピーダンスであり得る。第２の電源３５０は、ＤＣ電源、パルスＤＣ電源、パルスＲＦ電源、又はそれらの組み合わせであり得る。

図３のリッドアセンブリ３０６及び基板支持体３０４は、プラズマ又は熱処理のための任意の処理チャンバを伴って使用され得る。リッドアセンブリ３０６及び基板支持体３０４とともに有効に使用され得る、プラズマ処理チャンバの一実施例は、カリフォルニア州サンタクララに位置するアプライドマテリアルズ社から購入することが可能な、ＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）プラットフォーム及びチャンバである。他の製造業者からのチャンバがまた、上述された構成要素を伴って使用され得る。

作動において、処理チャンバ３００は、処理容積３２０の中のプラズマ状態のリアルタイムでの制御を提供する。基板は、基板支持体３０４上に配置され、かつプロセスガスは、任意の望ましいフロープランにしたがって、インレット３１４を使用してリッドアセンブリ３０６を通して流される。ガスは、アウトレット３５２を通してチャンバ３００から出て行き、かつ電源は、処理容積３２０の中にプラズマを確立するために、ガス分配器３１２に結合される。基板は、望ましければ、第３の電極３２４を使用して、電気的なバイアスに晒され得る。

処理容積３２０の中のプラズマに電圧を加えるや否や、電位差が、プラズマと第１の電極３０８との間に確立される。電位差はまた、プラズマと第２の電極３２２との間で確立される。その後、電子コントローラ３３４及び３４０は、２つの同調回路３２８及び３３６によって表される地上経路の流れの特性を調整するために使用され得る。中心から端までの堆積速度及びプラズマ密度の均一性の独立した制御を提供するために、第１の同調回路３２８及び第２の同調回路３３６に対して、設定ポイントが配送され得る。電子コントローラが両方とも可変コンデンサである実施形態において、電子センサは、独立して、堆積速度を最大化し、かつ厚さの不均一性を最小化するために、可変コンデンサを調整し得る。

同調回路３２８及び３３６のうちの各々は、それぞれの電子コントローラ３３４及び３４０を使用して調整され得る、可変インピーダンスを有する。電子コントローラ３３４及び３４０が可変コンデンサである場合、可変コンデンサのうちの各々のキャパシタンスレンジ、並びにインダクタ３３２Ａ及び３３２Ｂのインダクタンスは、プラズマの周波数及び電圧特性に応じて、インピーダンスレンジを提供するように選択され、それは各々の可変コンデンサのキャパシタンスレンジの中で最小値を有する。それ故、電子コントローラ３３４のキャパシタンスが最小又は最大である場合、回路３２８のインピーダンスが高く、基板支持体を覆う最小の対象範囲を有するプラズマ形状をもたらす。電子コントローラ３３４のキャパシタンスが、回路３２８のインピーダンスを最小化する値に近づく場合、プラズマの対象範囲は、基板支持体３０４の全体の作業領域を効果的にカバーしながら最大値へと増大する。電子コントローラ３３４のキャパシタンスが、最小のインピーダンス設定から逸脱する場合、プラズマ形状はチャンバ壁から縮小し、基板支持体の対象範囲は減少する。電子コントローラ３４０は類似の効果を有し、電子コントローラ３４０のキャパシタンスが変化すると、基板支持体を覆うプラズマの対象範囲が増加したり、減少したりする。

電子センサ３３０及び３３８は、それぞれの回路３２８及び３３６を閉ループの中で調整するために使用され得る。電流又は電圧に対する設定ポイントは、使用されるセンサのタイプに応じて、各々のセンサの中に設置され、かつセンサは、設定ポイントからの逸脱を最小化するために、各々のそれぞれの電子コントローラ３３４及び３４０に対する調整を決定する制御ソフトウェアが提供され得る。このやり方において、プラズマ形状は、処理の間に選択され得、かつ動的に制御され得る。これまでの議論が可変コンデンサである電子コントローラ３３４及び３４０に基づく一方で、調整可能な特徴を有する任意の電子構成要素が、同調回路３２８及び３３６に、調整可能なインピーダンスを提供するために使用され得ることは、留意されるべきである。

図４は、本明細書の中において説明されるプロセスを実施するために使用され得る、別の発明に係る装置４００の概略断面図である。図４の処理チャンバ４００は、多くの点において図３の処理チャンバ３００と類似し、かつ２つの図面の中において同一な要素は同じ符号が振られている。処理チャンバ４００は、基板支持体３０４に結合される異なる同調回路４０２を備えることを特徴とする。同調回路４０２は、同調回路３２８と同じ構成要素、すなわち、電子コントローラ３４０、電子センサ３３８、電子コントローラ３４０と直列な第１のインダクタ４０４、及び電子コントローラ３４０と並列な第２のインダクタ４０６を有する。

図４の同調回路４０２は、図３の同調回路３３６と類似するやり方で働き、可変構成要素３４０が調整されることに応じて、種々のインピーダンス特性を有する。同調回路４０２のインピーダンスは、インダクタ４０４及び４０６に対して選択されるインダクタンスに応じるやり方において、同調回路３３６のそれとは異なるだろう。それ故、基板支持体に適用される同調回路の特徴は、プラズマの特徴との関係において有用なインピーダンスレンジをもたらすキャパシタンスレンジを有する可変コンデンサを選択することだけではなくまた、可変コンデンサを使用して利用可能なインピーダンスレンジを修正するインダクタを選択することによっても調整され得る。同調回路３３６に関して、可変コンデンサ３４０は、基板支持体を通る地上への経路のインピーダンスを調整し、電極３２２の電位を変化させ、かつ処理容積３２０の中のプラズマの形状を変化させる。

図５Ａは、本明細書の中において説明されるプロセスを実施するために使用され得る、別の発明に係る装置５００の概略断面図である。処理チャンバ５００は、チャンバ本体５０２、チャンバ本体５０２の内部に配置される基板支持体５０４、及びチャンバ本体５０２に結合され、かつ基板支持体５０４を処理容積５２０の中に封入するリッドアセンブリ５０６を備えることを特徴とする。基板は、開口部５２６を通して処理容積５２０へ提供され、開口部３２６は、ドアを使用して処理するために、従来の技術で密封され得る。

リッドアセンブリ５０６は、チャンバ本体５０２に隣接して配置され得、かつチャンバ本体５０２をリッドアセンブリ５０６の他の構成要素から分離し得る、電極５０８を備える。電極５０８は、管状であり得、又はリングのような部材であり得、かつリング電極であり得る。電極５０８は、処理容積５２０を取り囲む処理チャンバ５００の周囲の連続的なループであり得、又は望ましければ選択された位置において不連続であり得る。アイソレーターのペア５１０及び５１２は、それらの各々が、例えば、酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムなどの、セラミック又は酸化金属などの、誘電材料であり得、電極５０８と接触し、かつ電極５０８をガス分配器５１４から、及びチャンバ本体５０２から電気的かつ熱的に分離させる。

アイソレーター５１０は、処理容積５２０の処理環境に晒される内部アイソレーターであり得、一方、アイソレーター５１２は、処理容積５２０の処理環境に晒されない外部アイソレーターであり得る。そのような実施形態において、内部アイソレーターは、外部アイソレーターよりも高い熱許容性又は熱安定性を有する材料であり得る。内部アイソレーターは、内部アイソレーターの中の熱応力を緩和する、インターフェースと一緒にフィットされ得る複数の構成要素を備え得る。例えば、３つのセラミックリングは、内部アイソレーターを作り上げ得る。内部アイソレーターが耐熱性の高いものである場合、外部アイソレーターは、プラスチックなどのように、耐熱性がより低い材料であり得る。アイソレーター５１０が、処理環境の中の安定性のために提供される内部アイソレーターである場合、アイソレーター５１０は、望ましければ、処理環境に対してバリアを提供するために、アイソレーター５１２の下側のインスタンス（ｉｎｓｔａｎｃｅ）に隣接して下方に延伸され得る。交互に、アイソレーター５１２の下側のインスタンスは、アイソレーター５１０と同じ又は類似の材料のアイソレーターと交換され得る。

導電性ガス分配器５１４が導電性フェイスプレートである実施形態において、導電性フェイスプレートは、実質的に均一な厚さを有するフラットで導電性プレートのような部材であり得、かつ導電性フェイスプレートの表面は、基板支持体５０４の上側の表面と実質的に平行であり得る。導電性フェイスプレートは、アルミニウム又はステンレススチールなどの金属であり得、かついくつかの実施形態においては、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムなどの誘電材料によって被覆され得る。

導電性ガス分配器５１４は、導電性フェイスプレートであり得、加熱器５１６と熱的に接触しており、かつ加熱器５１６と物理的に接触し得る。加熱器５１６は、加熱要素５７６を含み、それは、熱を放射するように設計される電気的な導体などの抵抗要素であり得、又は加熱流体のための導管などの導体要素であり得る。導電性ガス分配器５１４は、プロセスガスが処理容積５２０の中へ入ることを可能にするための開口部５１８を備えることを特徴とする。導電性ガス分配器５１４のエッジ部分５８０は、導電性ガス分配器５１４とＲＦ発電機などの電源５４２との結合を可能にするために、処理チャンバ５００の側部に沿ってアクセス可能である。ＤＣ電力、パルスＤＣ電力、及びパルスＲＦ電力がまた使用され得る。

第１の区域に分けられたプレート５５２及び第２の区域に分けられたプレート５５８を備える区域に分けられたブロッカプレートは、導電性ガス分配器５１４に接触し、かつリッドアセンブリ５０６を通る複数のガス経路を提供する。図５Ａの中において示される実施形態がそのような区域に分けられたブロッカプレートの一構成の実施例である一方で、２より多い数の区域に分けられたプレートを有する構成を含む、区域に分けられたブロッカプレートの他の構成が考えられる。第１の区域に分けられたプレート５５２は、導電性ガス分配器５１４の開口部５１８と流体連通する第１の区域に分けられたプレート５５２の中の開口部５５６を通る処理容積５２０への分散のための第１の経路を通るプロセスガスを循環させるための１以上のプレナム５５４を有する。第２の区域に分けられたプレート５５８はまた、第１の区域に分けられたプレート５５２の開口部５６２及び導電性ガス分配器５１４の開口部５１８を通り抜けて流体連通する第２の区域に分けられたプレート５５２の中の開口部５７８を通る処理容積５２０への分散のための第２の経路を通るプロセスガスを循環させるための１以上のプレナム５６０を有する。

ガスキャップ５６４は、第２の区域に分けられたプレート５５８と接触するように配置され、かつ第１の区域に分けられたプレート５５２の中のプレナム５５４と、第２の区域に分けられたプレート５５８の中のプレナム５６０とに対して個別にプロセスガスを流すためのポータルを提供し、プロセスガスが処理容積５２０に到達する前に互いに接触することなしに、処理容積５２０に流れることを可能にする。ガスキャップ５６４はまた、望ましければ、第３のガス経路を通って処理容積５２０の中へ直接的にプロセスガスをパスするために、第２の区域に分けられたプレート５５８及び第１の区域に分けられたプレート５５２の中の通り抜け開口部５６８と、及び開口部５１８のうちの１つと流体連通するポータル５６６を備えることを特徴とする。ガスキャップ５６４はまた、ガスキャップ５６４を通して流体を循環させるための導管５７０を備えることを特徴とする。流体は、冷却流体などの熱制御流体であり得る。水は、使用され得る冷却流体の一実施例であるが、他の流体、液体、及び固体もまた使用され得る。熱制御流体は、インレット５７２を通る導管５７０に提供され、かつアウトレット５７４を通して導管５７０から引き出される。ガスキャップ５６４は、第１及び第２の区域に分けられたプレート５５２及び５５８と、及び導電性ガス分配器５１４と熱伝導する。加熱器５１６及び熱的に制御されたガスキャップ５６４は一緒に、エッジから中心へ、かつ基板から基板への熱均一性を可能にするために、導電性ガス分配器５１４に対する熱制御を提供する。ガスは、処理容積５２０からポータル５７８を通って抜き出され、それは（図示せぬ）真空源と結合され得、チャンバ本体に沿った任意の便利な位置に配置され得、かつ望ましければ、ポンピングプレナムと関連し得る。

電極５０８は、処理チャンバ５００の地上経路を制御する、同調回路５２８に結合され得る。同調回路５２８は、電子センサ５３０及び電子コントローラ５３４を備え、それらは可変コンデンサであり得る。同調回路５２８は、１以上のインダクタ５３２を備えるＬＬＣ回路であり得る。電子センサ５３０は、電圧又は電流センサであり得、かつ処理容積５２０の内部のプラズマ状態の閉ループ制御の程度を提供するために、電子コントローラ５３４に結合され得る。

第２の電極５２２は、基板支持体５０４に結合され得る。第２の電極５２２は、基板支持体５０４の内部に埋め込まれ得、又は基板支持体５０４の表面に結合され得る。第２の電極５２２は、プレート、多孔プレート、メッシュ、ワイヤースクリーン、又は任意の他の分散された構成であり得る。第２の電極５２２は、同調電極であり得、かつ例えば、基板支持体５０４のシャフト５４４の中に配置される、５０オームなどの選択された抵抗を有するケーブルなどの、導管５４６によって第２の同調回路５３６に結合され得る。第２の同調回路５３６は、第２の電子センサ５３８及び第２の電子コントローラ５４０を備え、それらは第２の可変コンデンサであり得る。第２の電子センサ５３８は、電圧又は電流センサであり得、かつ処理容積５２０の内部のプラズマ状態にさらなる制御を提供するために、第２の電子コントローラ５４０に結合され得る。

第３の電極５２４は、バイアス電極であり得、基板支持体５０４に結合され得る。第３の電極は、第２の電源５５０及びフィルター５４８を備えるバイアスユニット５９９に結合され得、それは回路とマッチングするインピーダンスであり得る。第２の電源５５０は、ＤＣ電源、パルスＤＣ電源、パルスＲＦ電源、又はそれらの組み合わせであり得る。

図５Ａのリッドアセンブリ５０６及び基板支持体５０４は、プラズマ又は熱処理のための任意の処理チャンバを伴って使用され得る。リッドアセンブリ５０６及び基板支持体５０４とともに有効に使用され得る、プラズマ処理チャンバの一実施例は、カリフォルニア州サンタクララに位置するアプライドマテリアルズ社から購入することが可能な、ＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）プラットフォーム及びチャンバである。他の製造業者からのチャンバはまた、上述された構成要素を伴って使用され得る。

作動において、処理チャンバ５００は、リッドアセンブリ５０６の中の温度、及び処理容積５２０の中のプラズマ状態のリアルタイムでの制御を提供する。基板は、基板支持体５０４上に配置され、かつプロセスガスは、任意の望ましいフロープランにしたがって、リッドアセンブリ５０６を通して流される。温度設定ポイントは、導電性ガス分配器に対して確立され得、かつ加熱器５１６の作動によって、かつ導管５７０を通る冷却流体の循環によって制御され得る。電源は、処理容積５２０の中にプラズマを確立するために、導電性ガス分配器５１４に結合され得る。導電性ガス分配器５１４の温度が制御されるので、より少ない電力が導電性ガス分配器５１４及びリッドアセンブリ５０６の他の構成要素の加熱を介して消散され、かつ導電性ガス分配器５１４の温度は、中心から端まで、かつ基板から基板まで一定に保たれ、処理チャンバ５００の中で第１の基板の処理が開始される。基板は、望ましければ、第３の電極５２４を使用して、電気的なバイアスに晒され得る。

処理容積５２０の中のプラズマに電圧を加えるや否や、電位差が、プラズマと第１の電極５０８との間に確立される。電位差はまた、プラズマと第２の電極５２２との間で確立される。その後、電子コントローラ５３４及び５４０は、２つの同調回路５２８及び５３６によって表される地上経路の流れの特性を調整するために使用され得る。中心から端までのプラズマ密度の均一性及び堆積速度の独立した制御を提供するために、第１の同調回路５２８及び第２の同調回路５３６に対して、設定ポイントが配送され得る。電子コントローラが両方とも可変コンデンサである実施形態において、電子センサは、独立して、堆積速度を最大化し、かつ厚さの不均一性を最小化するために可変コンデンサを調整し得る。プラズマ処理チャンバは、第１又は第２の電極のうちの１つ又は第１及び第２の電極の両方を有し得る。同様に、プラズマ処理チャンバは、第１の同調回路又は第２の同調回路のうちの１つ、又は第１及び第２の同調回路の両方を有し得る。

同調回路５２８及び５３６のうちの各々は、それぞれの電子コントローラ５３４及び５４０を使用して調整され得る、可変インピーダンスを有する。電子コントローラ５３４及び５４０が可変コンデンサである場合、可変コンデンサのうちの各々のキャパシタンスレンジ、及びインダクタ５３２Ａ及び５３２Ｂのインダクタンスは、プラズマの周波数及び電圧特性に応じて、インピーダンスレンジを提供するように選択され、それは各々の可変コンデンサのキャパシタンスレンジの中で最小値を有する。それ故、電子コントローラ５３４のキャパシタンスが最小又は最大である場合、回路５２８のインピーダンスが高く、基板支持体を覆う最小の対象範囲を有するプラズマ形状をもたらす。電子コントローラ５３４のキャパシタンスが、回路５２８のインピーダンスを最小化する値に近づく場合、プラズマの対象範囲は、基板支持体５０４の全体の作業領域を効果的にカバーしながら最大値へと増大する。電子コントローラ５３４のキャパシタンスが、最小のインピーダンス設定から逸脱する場合、プラズマ形状はチャンバ壁から縮小し、かつ基板支持体の対象範囲は減少する。電子コントローラ５４０は類似の効果を有し、電子コントローラ５４０のキャパシタンスが変化すると、基板支持体を覆うプラズマの対象範囲が増加したり、減少したりする。

電子センサ５３０及び５３８は、それぞれの回路５２８及び５３６を閉ループの中で調整するために使用され得る。電流又は電圧に対する設定ポイントは、使用されるセンサのタイプに応じて、各々のセンサの中に設置され、かつセンサは、設定ポイントからの逸脱を最小化するために、各々のそれぞれの電子コントローラ５３４及び５４０に対する調整を決定する制御ソフトウェアが、提供され得る。このやり方において、プラズマ形状は、処理の間に選択され得、かつ動的に制御され得る。これまでの議論が可変コンデンサである電子コントローラ５３４及び５４０に基づく一方で、調整可能な特徴を有する任意の電子構成要素が、調整可能なインピーダンスを有する同調回路５２８及び５３６を提供するために使用され得ることは、留意されるべきである。

図５Ａの中のチャンバ５００はまた、リッドアセンブリ５０６の中に配置される光計測装置５８２を有する。光計測装置５８２は、典型的には、第２の区域に分けられたプレート５５８の中に収容され、かつ第１の区域に分けられたプレート５５２の中に固定される。望ましければ、種々の数のプレートが、リッドアセンブリ５０６の中で使用され得る。光計測装置５８２は、アクセスの容易さのために、典型的には、ガスキャップ５６４の下の第１のプレートの中に収容される。光計測装置５８２は、第１の区域に分けられたプレート５５２を通る開口部５８６と、光学的に位置合わせされる。開口部５８６は、導電性ガス分配器５１４のガス流開口部５１８と位置合わせされ、かつ光学的にレジストレーション（ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）される。典型的には、このタイプの開口部は、光計測装置５８２と導電性ガス分配器５１４との間の全てのプレートを通して提供される。導電性ガス分配器５１４の開口部５１８は、ガス流の均一性に対してサイズが決められる。光計測装置５８２は、開口部５１８のサイズを再度決定することなしに、開口部５１８のうちの１つを通って移動するようにサイズが決められる光のビームを生み出す。光計測装置５８２から放出される光は、開口部５８４、５８６、及び５１８を通り、基板支持体５０４に向かって移動する。光は、基板支持体５０４上に配置される基板から反射し、かつ開口部５１８、５８６、及び５８４を通って戻り、光計測装置５８２に至る。光計測装置５８２のさらなる詳細は、以下に、図９Ａから図１０Ｃとの関連において説明される。ガスキャップ５６４の中の凹部は、第２の区域に分けられたプレート５５８の上方へ突出する、光計測装置５８２の上側部分を受け入れる。

図５Ｂは、別の実施形態による処理チャンバ５９０の概略断面図である。図５Ｂの処理チャンバ５９０は、多くの点において図５Ａの処理チャンバ５００と類似し、かつ２つの図面の中において同一な要素は同じ符号が振られている。処理チャンバ５９０は、基板支持体５０４に結合される異なる同調回路５９２を備えることを特徴とする。同調回路５９２は、同調回路５２８と同じ構成要素、すなわち、電子コントローラ５４０、電子センサ５３８、電子コントローラ５４０と直列な第１のインダクタ５９４、及び電子コントローラ５４０と並列な第２のインダクタ５９６を有する。

同調回路５９２は、図５Ａの同調回路５３６に類似するやり方で作動する。同調回路５９２は、可変インピーダンスを有し、レンジは、回路、電極５２２、及びプラズマの電子構成要素の特性によって設定される。同調回路５９２の電子構成要素のうちの少なくとも１つは、制御され得る可変インピーダンスを提供するために可変である。同調回路５９２のインピーダンスを変えることは、処理容積５２０の中のプラズマの密度プロファイルを制御する。

図６は、別の実施形態による装置６００の概略断面図である。装置６００は、２つの処理チャンバ６０２Ａ及び６０２Ｂのタンデムユニットである。処理チャンバ６０２Ａ及び６０２Ｂの各々は、チャンバ３００、４００、５００、及び５９０のうちのいずれかである。典型的には、チャンバ６０２Ａ及び６０２Ｂは実質的に同一であるが、それらは同一である必要はない。図６の中において、処理チャンバ６０２Ａ及び６０２Ｂは同一であり、かつ各々、図５Ｂのチャンバ５９０に類似する。チャンバ６０２Ａ及び６０２Ｂのうちの各々は、それらのそれぞれの基板支持体シャフト５４４Ａ及び５４４Ｂの周りに配置される、それぞれの出口ポータル６５０Ａ及び６５０Ｂを有する。チャンバ６０２Ａ及び６０２Ｂは、一般的な真空源６３０に結合される一般的な真空ライン６５２を通して空にされる。装置６００は、チャンバ６０２Ａ及び６０２Ｂのリッド上のそれぞれのガスマニフォールド６０６Ａ及び６０６Ｂへプロセスガスを配送する、ガス供給システム６０４を備える。ガス供給システム６０４は、一般的な流れ制御装置６１２によって、一般的な配送導管６１０によって、ガスマニフォールド６０６Ａ及び６０６Ｂに結合される少なくとも１つのガス源６０８を備える。ガス供給システムはまた、個別の流れ制御装置６１６Ａ及び６１６Ｂによって、個別の配送導管６１８を通して、ガスマニフォールド６１６Ａ及び６１６Ｂに結合される少なくとも１つのガス源６１４を備える。望ましければ、共通に制御される流れ及び個別に制御される流れの中へのガス流の分離は、各々のチャンバに対してより近いプロセスガス流の制御を可能にし、一方、各々のチャンバに対して周囲のガスの共通の流れ制御を維持する。

コントローラ６２０は、個別の制御装置６１４、共通の制御装置６１２、各々のチャンバの加熱器５１６、並びにそれぞれの同調回路のインピーダンスを制御する同調回路の電子センサ５３０及び５３８、各々のチャンバの光計測装置５８２、並びに各々のチャンバに対するバイアス生成回路５９９を含む、装置６００の様々な制御フィーチャに結合される。コントローラ６２０は、光計測装置５８２を使用して堆積の進行を監視し、かつ各々の堆積に対して望ましい均一性を獲得するために、導電性ガス分配器のうちの各々の、ガス流、プラズマ密度プロファイル、及び温度を調整する。

図７は、別の実施形態による装置７００の概略上面図である。装置７００は、処理チャンバの集合であり、それらのうちの全ては、図５Ａの処理チャンバ５００の実施形態であり得、移送チャンバ７０８及びロードロックアセンブリ７０４に結合される。図５Ｂの処理チャンバ５９０、図３の３００、及び図４の４００がまた使用され得る。処理チャンバ５００は、概して、図６のタンデムユニット６００などのタンデムユニット７０２の中に群化され、それらの各々は単一のプロセスガス分配器７１２を有する。図６に付随する説明の中において記述されているように、プロセスガスの流れは、装置７００の中のタンデムユニット６００の２つのチャンバに対して共通に制御され得、及び／又はタンデムユニット６００の各々のチャンバに対して個別に制御され得る。タンデムユニット７０２は、移送チャンバ７０８の周りに位置決めされ、それは典型的には、基板を操作するためのロボット７１０を有する。ロードロックアセンブリ７０４は、タンデム構成の中においてまた、２つのロードロックチャンバ７０６を備えることを特徴とし得る。装置７００は、概して、高いスループットを有する製造環境の中において、本明細書の中で説明される方法を実施することに適している。装置３００、４００、５００、又は５９０の中の、本明細書の中において説明されるチャンバの実施形態のうちのいずれも、任意の組み合わせにおいて装置７００の中で使用され得ることは留意されるべきである。

図８Ａは、基板支持体８０２上に配置される基板の温度プロファイルを制御するために、本明細書の中において開示される他の装置及び方法と一緒に使用され得る、マルチゾーン加熱器を有する基板支持体の概略断面図である。基板支持体８０２は、埋め込まれた熱電対８０４を有する。基板支持体８０２の実施形態は、粉体状のＡｌＮが鋳型の中へ圧されて、かつ加熱され得る、ホットプレス焼結プロセスを使用して作られ得る。例示的な実施形態において、基板支持体８０２は、ＡｌＮの第１の層を形成するためにＡｌＮパウダーを鋳型の中へ層状に配置すること、第１の加熱要素８１４をＡｌＮの第１の層上に位置決めすること、それは抵抗加熱要素であり得、第１の加熱要素８１４上にＡｌＮの第２の層を堆積させること、ＡｌＮパウダーの第２の層上に第２の加熱要素を位置決めすること、第２の加熱要素８１６上にＡｌＮの第３の層を加え、ＡｌＮの第３の層上に熱電対８０４を位置決めすること、及びその後熱電対８０４上にＡｌＮパウダーの第４の層を堆積させることによって、形成され得る。この手順が、図８Ａの中において示されるものに関して逆の位置に基板支持体８０２を形成することに留意されたい。

上述された電極が含まれる場合、上述されたようなレイヤリングプロセスは、加熱要素８１４及び８１６並びに熱電対８０４の前又は後のいずれかにおいて、バイアス電極及び同調電極を提供するために広げられる。一旦、ＡｌＮパウダーの層、加熱要素８１４及び８１６、熱電対８０４、並びに任意の望ましい電極が適切な位置に置かれると、焼結を含むために構造体に高い圧力及び高い温度（当該技術分野において知られているように）が適用され得る。結果は、図８Ａの中において示されるように、固体の基板支持体８０２の形成である。説明された上述の実施例が、２つの区域に分けられた基板支持体を形成するためのステップであることに留意されたい。他の実施形態において、３、４、５、及び６又はそれより多くのゾーン基板支持体が、適切な対応するレイヤリングステップ並びに付加的な加熱要素及び熱電対を用いて作られ得る。

いくつかの実施形態において、熱電対８０４は、第１の材料８０６の長手方向の断片、及び第２の材料８０８の長手方向の断片を含み得る。第１の材料及び第２の材料は、典型的には、上述された製造プロセスの間の損傷を避けるために十分に高い融点を有し、ゼーベック係数における差異は、小さい温度変動に対応する電圧信号を生成するために十分であり、かつ熱膨張係数は、熱電対８０４及び基板支持体８０２の両方が温度サイクルの間に熱応力によって損傷されないように、基板支持体材料のそれと近い。

第１の材料８０６及び第２の材料８０８は、バー、ワイヤー、ストリップ、又は基板支持体８０２の中心から基板支持体８０２の外側加熱ゾーンへ延伸することができ、かつまた、信頼できる電気的な接続の形成を可能とするように、両方の端部において十分な表面積を有することができる、任意の他の実施可能形状において形作られ得る。長手方向の断片８０６及び８０８の接合端部８１０において、長手方向の断片８０６及び８０８は、一緒に溶接され得、及び／又はさもなければ導電性充填材料を使用して接続され得る。

熱電対接合８１０が溶接によって形成される実施形態において、接合８１０が焼結プロセスの間に無傷のままであり、適用される熱を許容することを可能にする溶接方法が選ばれるべきである。例えば、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接又は類似の技術は、焼結の間に溶けない溶接された接合を形成するために、Ｗ５Ｒｅ、Ｗ２６Ｒｅ、又は他の導電性材料の断片を、Ｗ５Ｒｅ及びＷ２６Ｒｅの長手方向の断片８０６及び８０８に溶接するために使用され得る。

それ故、いくつかの実施形態において、熱電対接合８１０を形成する方法は、長手方向の断片８０６及び８０８として機能する、Ｗ５Ｒｅ及びＷ２６Ｒｅの間に充填材料をサンドウィッチすることである。充填材料は、Ｗ５Ｒｅ又はＷ２６Ｒｅのいずれよりも高くない抵抗を有し、かつ焼結温度よりも上の融点を有する金属であり得る。長手方向の断片８０６及び８０８として使用されるＷ５Ｒｅ及びＷ２６Ｒｅのストリップとともに使用される適切な充填材料の実施例は、Ｗ５Ｒｅ、Ｗ２６Ｒｅ、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、及び類似の材料を含む。いくつかの実施形態において、ホットプレス焼結プロセスは、充填材料をＷ５Ｒｅ及びＷ２６Ｒｅの長手方向の断片８０６及び８０８に接着するために使用され得る。

絶縁材料が、長手方向の断片８０６及び８０８の間のスペース８１２の中に挿入され得、又はＡｌＮパウダーが断片８０６及び８０８の間のスペース８１２の中へ押し込まれ得る。ＡｌＮが熱電対の断片８０６及び８０８を互いから絶縁するために使用される場合、ＡｌＮの少なくとも０．５ミリメートルの厚さは、通常において十分である。付加的な厚さが使用され得る。図７の中において示される長手方向の断片８０６及び８０８は、互いの上に配置されるが、他の実施形態において、長手方向の断片８０６及び８０８は、互いに対して水平に配置され得、かつそれ故、基板支持体８０２の内部において同じ垂直位置に配置され得る。そのような構成は、製造の間に断片８０６及び８０８の間のスペース８１２の中へ絶縁ＡｌＮパウダーを堆積させることを容易にし得る。

図８Ｂは、付加的な特徴を有するマルチゾーン基板支持体８００の概略断面図である。図８Ａの基板支持体８０２を焼結させた後に、孔８１８及び８２０が、基板支持体８０２の下側表面８２４の中心において開けられる。孔８１８及び８２０は、長手方向の断片８０６及び８０８を晒すように延伸する。基板支持体８０２の中に孔を開ける任意の実施可能方法（例えば、ドリリング）が、使用され得る。孔８１８及び８２０は、コネクタ（例えば、導電性ワイヤー）が長手方向の断片８０６及び８０８に接続されることを可能にするために十分な直径から作られる。いくつかの実施形態において、長手方向の断片８０６及び８０８に対して使用される同じ材料が、コネクタに対してそれぞれ使用され得る。いくつかの実施形態において、コネクタは、長手方向の断片８０６及び８０８とは異なる材料である。そのような場合において、測定される温度は、熱電対接合８１０の位置と、基板支持体８０２の中心におけるコネクタ接続ポイントとの間の温度差異に基づき得る。
２つのゾーンの支持体に対して、コネクタ接続ポイントは、内側ゾーンの温度を測定するために使用され、かつ基板支持体８０２の中心において配置される、従来の熱電対８２６に近接する。コネクタ接続ポイントの温度が内側ゾーンの温度と同じであると推定すると、熱電対接合８１０の位置が計算され得る。

いくつかの実施形態において、コネクタは、長手方向の断片８０６及び８０８に、ろう付けされ、溶接され、又ははんだ付けされる。ろう付けプロセスは、材料の酸化を避けるために酸素が存在しない環境の中において実行され得る。それに加えて、内側加熱ゾーンのために基板支持体８０２の中へ従来の熱電対８２６を挿入するために、孔８２４が開けられ得る。図示されていないが、加熱要素８１４及び８１６に対するコネクタのための付加的な孔がまた開けられ得、かつ要素８１４及び８１６に対する接続が作られ得る。

次に、シャフト８２２は、基板支持体８０２の下側表面８２８の中心に取り付けられ得る。いくつかの実施形態において、シャフト８２２は、長手方向の断片８０６及び８０８に対するコネクタを収容し、従来の熱電対８２６に対するコネクタ、及び加熱要素８１４及び８１６に対するコネクタは、様々なコネクタがそれぞれの熱電対８０２及び８０４、並びに加熱要素８１４及び８１６に取り付けられる前に、基板支持体８０２に対して取り付けられ得る。

図８Ｃは、処理チャンバ５０２などの処理チャンバの中に配置される図８Ｂのマルチゾーン基板支持体８００を示す。熱電対８２６及び８０４、及び加熱要素８１４及び８１６からのコネクタは、熱電対８２６及び８０４からの信号を受信及び記録し、かつ加熱要素８１４及び８１６に対して電流を適用するために適合されるプロセッサ及び適切な回路を含み得る、コントローラ８３２に結合される。図８Ｂのマルチゾーン支持体８００は、チャンバ３００、４００、５００、及び／又は５９０のうちのいずれかの中に配置され得、かつ上述されたようにまた、バイアス電極及び同調電極を含み得る。

図９Ａは、一実施形態による光計測装置５８２の中心を通る概略断面図である。図９Ｂは、図９Ａの光計測装置５８２の中心を通る拡大断面図である。示されるように、計測装置５８２は、第２の区域に分けられたプレート５５８の中の開口部９４０の内部に存在するコリメータ９１２を含む。図９Ａの実施形態において、計測装置５８２は、随意のシーティングプレート９４２の中へ延伸し、第１の区域に分けられたプレート５５２及び第２の区域に分けられたプレート５５８の間に配置される。シーティングプレート９４２はまた、区域に分けられたプレートであり得、又はシーティングプレート９４２は、第１の区域に分けられたプレート５５２と第２の区域に分けられたプレート５５８との間に、ガス流を単にパスすることができる。第１の区域に分けられたプレート５５２は、プロセスガスの流れがコリメータ９１２の中へ入ることを妨げるために、その中に配置される窓９０２を有し、その流れはコリメータ９１２の内側の光学的要素を損傷し得る。窓９０２は、コリメータ９１２からの光が、サファイア、クウォーツ、又は任意の適切な組成物のガラスなどの、第１の区域に分けられたプレート５５２を通ることを可能にする、任意の材料であり得る。

開口部９４０及びコリメータ９１２は一緒に、第１のギャップ９３４及び第２のギャップ９３６を画定する。第１のギャップ９３４は、コリメータ９１２の第１の部分９４４を取り囲み、かつ第２のギャップ９３６はコリメータ９１２の第２の部分９４６を取り囲む。コリメータ９１２の第１の部分９４４は円筒形状を有し得、一方、第２の部分９４６は箱形状を有し得る。第１のギャップ９３４は、以下により詳細に説明されるように、コリメータ９１２の傾き又は回転動作を受け入れるために、第２のギャップ９３６よりも大きくなり得る。

窓９０２は、窓ホルダー９０４によってシーティングプレート９４２の内部のレッジ９１４上に配置される。窓９０２は、処理の間に、基板に関し一定の角度において配置される。作動の間に、光は、キセノンランプからの光などのような、典型的には広いスペクトル光であり、（図示せぬ）光源から（図示せぬ）ファイバーの束を通ってコリメータ９１２に提供される。光は、コリメータ９１２を通り抜け、コリメータ９１２は、光を開口部５８６及び５１８に位置合わせし、かつ光を実質的に開口部５８６及び５１８の直径の範囲内の直径に圧縮する。その後、光は、窓９０２を通り抜け、シーティングプレート９４２の中に形成される開口部９５０を通り抜け、開口部５８６を通り抜け、かつ導電性ガス分配器５１４を通って形成される開口部５１８を通り抜け、基板を照らす。その後、光は、基板から反射されて、開口部５１８、５８６、及び９５０を通り抜けて戻り、コリメータ９１２に至る。窓９０２は、コリメータ９１２からコリメータ９１２の中へ戻る外向きの光の直接的な反射を妨げるために、一定の角度において配置される。窓９０２を方向付けることは随意であり、したがって、角度は約０度と約２５度との間であり得、約１度と約１０度との間などであり、例えば約３度である。基板からの反射光は、コリメータから外へパスされ、（図示せぬ）ファイバーの束を通って、（光ダイオード、光ダイオードアレイ、又はＣＣＤアレイなどの）スペクトロメータ又は他のスペクトル光解析器に至る。

上述の構造を使用して、計測は、基板処理の間に実行され得る。コリメータ９１２からの光（及び基板からの反射光）が開口部５１８を通り抜ける一方で、ガスは、開口部５１８を通って流れ得、かつ基板は処理され得る。開口部５１８は、導電性ガス分配器５１４を通るガス流の均一性に対してサイズが決められ、かつそれ故、典型的には、インシトゥの計測のために使用される導電性ガス分配器５１４の開口部５１８に対して寸法において類似する。一実施形態において、開口部５１８は、０．００２８インチの直径を有する。

光は、光ファイバーの束を形成する複数の光ファイバー９３２を有する導管９３０を通して、コリメータ９１２に入る。コリメータ９１２は、レンズ及び鏡などの（図示せぬ）光学素子を備えることを特徴とし、それらは、光ファイバーの束９３２からの光をコリメータ９１２の中の開口部９４８へ再誘導する。光学素子は、開口部９４８を通るコリメータ９１２から現れる光を、開口部９５０、５８６、及び５１８に位置合わせし、かつ光を開口部９５０、５８６、及び５１８の最も小さい寸法を通るようにフィットさせるためにフォーカスするか又は形状を整える。光は、基板の２つの直径によって形成される平面に垂直な経路に沿って誘導され、その結果として、光は基板表面に対して実質的に垂直である。光学素子はまた、基板表面から反射された光がまた、実質的に、開口部５１８、５８６、及び９５０を通り抜けてコリメータ９１２の中へ至り、ファイバーの束９３２を通り抜けてスペクトル光解析器に至るように、光の形状を整える。

光ファイバーの束は、図６及び図７の実施形態におけるように、単一のブロードバンド源からの光を複数のチャンバに配送するために使用され得る。単一の光源は、測定される光が種々のチャンバの中で可能なように均一及びそれに類するものになるように、光を光ファイバーの束の中へ配送し得、かつ各々のチャンバへ経路指定される束のうちのいくつかのファイバーの中へ配送し得る。測定誤差又は変動性の潜在的な源は、それによって最小化される。１つの例において、７つのファイバーの束は１つの光源によって照らされ、かつ３つのファイバーが、２つの異なる処理チャンバのうちの各々の３つのコリメータへ経路指定される。７番目のファイバーは、長時間の光源の変動が埋め合わされるように、基準を提供するためにスペクトロメータに直接的に経路指定される。このやり方において、単一の光源は、２つの異なるチャンバの中のウエハ上の任意の数の位置の測定を容易にし、２つのチャンバの中で同時に進行する堆積プロセスを監視する能力を提供する。そのような能力は、２つのチャンバの中で同時に実行されている処理の間の変動が最小化されるように、２つのチャンバの制御を可能にする。

基板へ誘導される光は分極されておらず、かつ約２００ナノメートルから約８００ナノメートルまでの波長の範囲に入り得る。ガスが開口部を通って流れている一方で、光がガス分配器のガス流開口部を通って移動するように、ファイバーは部分的に光をコリメートし、かつ任意の便利なサイズ、例えば、約０．１ミリメートルから約５ミリメートルの直径、より詳細には約２ミリメートルの直径を有する、ウエハ上のスポットを照らす。

プラズマは、本明細書の中で説明される装置のうちのいずれかを使用して、実行される堆積プロセスの間に形成され得る。プラズマからの光は、本明細書の中において説明されるインシトゥの監視装置に結合されるスペクトロメータによって検出され得、かつ反射率測定の結果をあいまいにし得る。そのような効果は、測定光源を起動させるのに先立って、プラズマからの光のスペクトルを取得することによって埋め合わせされ得る。その後、プラズマスペクトルは、反射される測定光から受信したスペクトルから差し引かれ得る。スペクトロメータに結合され、又はスペクトロメータと統合されるコントローラ又はコンピュータは、修正された反射光を生み出すために、検出された反射スペクトルから検出されたプラズマスペクトルを差し引くことができる。その後、修正された反射スペクトルは、本明細書の中において説明されるアルゴリズムを実行するために使用され得る。プラズマスペクトルは、望ましければ、フラッシュからフラッシュへのプラズマスペクトルの中のドリフトを埋め合わせるために、測定光源の各々のフラッシュに先立って修正され得る。

処理の間において、第１の区域に分けられたプレート５５２、第２の区域に分けられたプレート５５８、導電性ガス分配器５１４、及び随意のシーティングプレート９４２などの、様々なチャンバ構成要素は、熱的な膨張及び縮小を経験し得る。それ故、コリメータ９１２は、チャンバの内部に適正に配置されなければ、開口部５８６及び５１８と容易に誤って位置合わせされ得る。開口部５８６及び５１８に関するコリメータ９１２の適正な位置合わせを確実にするために、コリメータ９１２は、例えば、円錐台形状の延伸部などの、凹部９２２と係合する傾斜した側壁９０８を有する、テーパが付けられた延伸部９２６を有し、それは、シーティングプレート９４２の中で形成される対応する傾斜した壁９０６を有する、テーパが付けられたボア（ｂｏｒｅ）であり得る。随意のシーティングプレート９４２を有しない実施形態において、凹部は第１の区域に分けられたプレート５５２の中に形成され得る。第２の区域に分けられたプレート５５８はまた、延伸部９２６を受け入れるために傾斜した壁９１０を有し得る。壁９０８、９１０及びテーパが付けられた延伸部９２６は、シーティングプレート９４２の上端面９２０に関して角度「α」において方向付けられ得る。コリメータ９１２は、シーティングプレート９４２の凹部９２２の中へ延伸し、かつそれ故、シーティングプレート９４２が熱膨張／縮小のために水平に移動する場合、コリメータ９１２は対応して移動し、かつそれ故、開口部５８６及び５１８と適正に位置合わせされたままである。角度「α」は、凹部９２２からコリメータ９１２を退場させる軸方向の力を発生させることなしに、コリメータ９１２の延伸部９２６に対して、シーティングプレート９４２の中の熱膨張の水平方向の力の効果的な伝達をもたらす、任意の角度であり得る。典型的には、角度「α」は、約１００度及び約１４５度の間に含まれ、例えば、１２０度である。

導電性ガス分配器５１４及び第１の区域に分けられたプレート５５２は、典型的には、第２の区域に分けられたプレートよりも高い温度に晒される。典型的な作動において、導電性ガス分配器５１４は、摂氏約３００度及び摂氏約６００度の間に含まれる温度まで加熱し得、一方、第２の区域に分けられたプレート５５８は、導電性ガス分配器５１４よりも摂氏５０度から摂氏１００度に含まれる温度だけより低い温度まで加熱される。第１の区域に分けられたプレート５５２及び導電性ガス分配器５１４がアルミニウムである実施形態において、第１の区域に分けられたプレート５５２及び導電性ガス分配器５１４の間の熱膨張差は、１０ナノメートルから１００ナノメートルまでに含まれ、かつ導電性ガス分配器５１４及び第２の区域に分けられたプレート５５８の間の熱膨張差は、２００ナノメートルから５００ナノメートルまでに含まれ、コリメータ９１２及び開口部９４０の間の位置合わせのわずかな変動をもたらす。

第１の開口部９３４及び第２の開口部９３６は、シーティングプレート９４２が移動する際に、第２の区域に分けられたプレート５５８に接触することなしに、コリメータ９１２が水平に移動し得るようにサイズが決められる。典型的な実施形態において、コリメータ９１２は、熱サイクルがシーティングプレート９４２の膨張及び縮小をもたらす際に、例えば、約０．０２インチなどの、０．０３インチまでの距離だけ水平方向へ移動し得る。第１及び第２のギャップ９３４及び９３６は、典型的には、コリメータ９１２及び第２の区域に分けられたプレート５５８の間の接触なしに、この動作を受け入れるようにサイズが決められる。第１のギャップ９３４は、約０．０４インチ及び約０．１２インチの間、例えば、約０．１０インチなどの、約０、１５インチまでの寸法を有し得る。第２のギャップ９３６は、例えば、約０．０４インチから約０．１２インチまでの間などの、約０．１５インチまでの第１のギャップ９３４と同じ範囲に含まれる寸法を有し得る。第２のギャップ９３６は、第１のギャップ９３４よりも小さいか又は大きくなり得る。図９Ａ及び図９Ｂの実施形態において、第２のギャップ９３６は第１のギャップ９３４よりも小さく、約０．０８インチの例示的な寸法を有する。

コリメータ９１２のテーパが付けられた延伸部９２６は、凹部９２２をレジスタ（ｒｅｇｉｓｔｅｒ）するエッジ９５２を有する。エッジ９５２は、典型的には、丸められ又は面取りされ、コリメータ９１２が凹部９２２を伴って移動する際の粒子生成の機会を低減する。丸められたエッジ９５２は、インターフェースにおける摩擦力のための粒子形成を低減する、コリメータ９１２並びに壁９０８及び９１０の間の滑り面を提供する。丸められたエッジの曲面の曲率半径は、典型的には、約０．０５インチ及び約０．０９インチの間に含まれ、例えば、約０．０７インチなどの、０．１インチよりも小さい曲率半径を有する。

このように構成されて、図９Ａ及び図９Ｂの光計測装置５８２は、処理の間に基板のインシトゥの光解析を実行することができる。コリメータからの光は、プロセスガスが開口部５１８を通って流れ、チャンバの中に至る一方で、開口部５１８を通り抜ける。プロセスガスが通り抜けて流れる開口部５１８は、シャワーヘッドを通るガス流の均一性を最適化するようにサイズが決められ得、計測に対して必要とされるサイズは考慮されず、かつ計測装置は、ガス流の均一性が妨げられないように、結果としての開口部のサイズにフィットされることができる。

図１０Ａ及び図１０Ｃは、コリメータ９１２を第２の区域に分けられたプレート５５８に設置するために使用されるメカニズムの概略等角図である。図１０Ｂは、設置メカニズムを通るコリメータ９１２の断面図である。図１０Ａの中において示されるように、ボルトなどの４つの留め具１００２が、コリメータ９１２を通って延伸し、かつ第２の区域に分けられたプレート５５８に対して取り外し可能に固定される。一実施形態において、留め具１００２は、ボルトを備え得る。弾力性のある部材１００４は、スプリングであり得、コリメータ９１２が第２の区域に分けられたプレート５５８に取り付けられたままでいられるように、各々の留め具１００２及びコリメータ９１２のヘッドの間に結合され、熱膨張がコリメータ９１２を動かす場合に、矢印「Ａ」によって示される方向において未だ移動する。弾力性のある部材１００４は、コリメータ９１２がシーティングプレート９４２の内部の凹部９２２に固定されたままであるように強制し、それによって、熱応力下におけるシーティングプレート９４２の水平方向の動作は、コリメータ９１２の水平方向の動作をもたらす。導管１００６は、光ファイバーの束１００８を収容し、かつポータル１０１０においてコリメータ９１２に結合される。光ファイバーの束１００８は、（図示せぬ）光生成器からの光をコリメータ９１２へ運び、基板上に投影し、かつ基板から反射される光を、コリメータ９１２を通して（図示せぬ）光解析器へ戻す。

図１０Ｂは、コリメータ９１２の一側面上の留め具１００２を介して描かれるコリメータ９１２の断面斜視図を示している。図１０Ｂの断面は、図９Ａ及び図９Ｂの断面と平行であるが、遠近法によって見られている。留め具１００２は、第２の区域に分けられたプレート５５８の中に固定され、かつ弾力性のある部材１００４は、コリメータ９１２上に軸方向の力を提供するために、レッジ１０２２においてコリメータ９１２と接触し、コリメータを固定されたままに維持する傾向がある。留め具１００２は、コリメータ９１２の中の開口部１０２４を通り抜ける。各々の留め具１００２及びそのそれぞれの開口部１０２４の間のギャップは、コリメータ９１２が留め具１００２に関して、かつ第２の区域に分けられたプレート５５８に関して、水平方向に移動することを可能にする。ギャップ１０２６は、コリメータ９１２及び留め具１００２の間の接触なしに、水平方向の動作を受け入れるようにサイズが決められ、かつ典型的には、約０．０４インチ及び約０．１２インチの間、例えば約０．１０インチなどの、約０．１５インチまでの寸法を有する。

ボールベアリング１０１２が提供され、各々のボールベアリング１０１２は、第２の区域に分けられたプレート５５８の受け入れ表面１０１８と相互作用する、表面１０１６におけるコリメータ９１２の中に形成されるソケット１０１４の中に固定される。各々のボールベアリング１０１２は、コリメータと第２の区域に分けられたプレート５５８との間の摩擦を最小化する一方で、コリメータ９１２が水平方向へ移動することを可能にするために、そのそれぞれのソケット１０１４の範囲内で回転する。ソケット１０１４は、ボールベアリング１０１２に向かってテーパが付けられたテーパ部分１０２０を有する側壁を有し、ボールベアリングの滑らかな回転を可能にする一方で、ソケット１０１４の範囲内にボールベアリング１０１２を保持するために、表面１０１６に関して角度「β」を形成する。角度「β」は、例えば、約５０度及び約７０度の間で、例えば約６０度などの、約４０度及び約８０度の間に含まれ得る。

作動の間において、第１の区域に分けられたプレート５５２、シーティングプレート９４２、導電性ガス分配器５１４、及び第２の区域に分けられたプレート５５８は、全てＲＦ電力を用いて実質的に同じ電位にバイアスされている。それ故、ＲＦストラップ１０２２は、コリメータ９１２が第２の区域に分けられたプレート５５８と実質的に同一な電位において維持されることを確実にするために、コリメータ９１２を第２の区域に分けられたプレート５５８に電気的に接続するように使用される。

本明細書の中において説明されるインシトゥの計測の実施形態は、層の厚さに応じる屈折による効果によって層の厚さを決定するために使用され得る。インシトゥの計測装置からの光は基板を照らし、フレネル方程式にしたがって、層を貫通し、かつ層の間のインターフェースから差別的に反射する。反射光は、入射光及び他の層からの反射光を有する干渉パターンを生み出す。干渉パターンは、層の厚さ及び組成によって支配される。１つの層が成長すると、干渉パターンは、予測できるやり方で成長している層の厚さとともに変化し、それによって、エンドポイントが検出され得る。層の成長の間に解かれる最後の干渉パターンは、次の層が形成される際にパターンの中の変化を観察するために、次の層の堆積の間に使用される特徴的なパターンになる。

コリメータ及びブロッカプレートの間の傾斜したインターフェースを利用することによって、コリメータは、ブロッカプレートが熱的に膨張／縮小する場合でさえ、ガス分配器を通して形成されるガス通路と実質的に位置合わせされたままであり得る。ガス通路が使用されている（すなわち、処理／洗浄ガスがそこを通って流れている）場合であっても、コリメータは、ブロッカプレート及び環状のベースプレートの内部に配置されていることによって、ガス通路を通して光を誘導し、かつ反射光を受信する。それ故、計測は、プロセスの均一性に負の影響を与えることなしに実行され得る。通路を通してガス流を提供しない計測に対して通路を提供することは、通路が基板の一部分よりも上なので、プロセスの不均一性をもたらし得、かつ通路の近傍の中のガス流は、通路を通るガス流の欠乏のために不均一である。

本明細書の中において説明される実施形態は、１つのインシトゥの計測装置又は構成を備えることを特徴とする。いくつかの実施形態が、リアルタイムで基板表面上の複数の位置における膜の形成を監視するために、複数のインシトゥの計測装置を備えることを特徴とし得ることは、留意されるべきである。図１１は、インシトゥの計測の使用を示している図５Ａ及び図５Ｂの導電性ガス分配器５１４の底面図である。３つの開口部１１０２は、図１１の実施形態の中で丸に囲われており、ガス流に加えてインシトゥの光計測に対して使用される開口部を示している。解析位置は、任意の望ましいパターンにしたがって分散され得る。図１１の実施形態において、３つのインシトゥの計測装置が、分散された構成の中に提供される。３つのインシトゥの計測装置は、基板支持体と同心の円に沿って位置決めされ得、つまり、３つの装置は、基板支持体上に位置決めされる基板の中心から実質的に同じ距離の３つの位置を監視するように位置決めされ得る。交互に、３つのインシトゥの計測装置は、中心から種々の距離において位置決めされ得る。複数の監視装置は、基板支持体の種々の位置において、厚さと組成の両方の堆積均一性を監視するために有用であり得、かつ１つのチャンバの中で１つの層又は複数の層を堆積させる一方で、堆積速度及び均一性の閉ループ制御を達成するために有用であり得る。

図９Ａから図１０Ｃとの関連において上述された光計測装置は、基板上の層の構造を示す光を生み出す。既知の入射スペクトルの光は、基板に対して普通に誘導され、かつ基板支持体から反射する。光のうちのいくつかは、基板上に形成される層を貫通し、かつ層のインターフェースから反射され、入射スペクトルとは異なる反射スペクトルを生み出す。層の堆積の間、反射スペクトルは、堆積された層の厚さが変化するのにしたがって変化する。反射スペクトルを入射スペクトルと比較すること、及び反射スペクトルを同じ層に対する前の反射スペクトルと比較することは、堆積された層の厚さの正確な決定を可能にする。そのような測定は、層の厚さの均一性を決定するために基板上の複数の位置において行われ得、かつ修正措置が均一性を制御することを可能にする。そのような測定はまた、堆積が終わりになり得るように、層の厚さがターゲット値にいつ到達したのかを検出するために使用され得る。

光の波長に相当する厚さを有する層の２つの表面から反射される入射光は、入射光に関する位相シフトを披歴する。位相シフトは、膜の厚さに関連し、かつ入射光と反射光との間の特徴的な干渉パターンを生み出す。それ故、反射光は、層の厚さに応じるスペクトル強度を有する。下にある層又は材料の光特性が既知である場合、光の単一のパルス又はフラッシュは、上端層から反射され得、かつフレネル方程式を使用して反射光を入射光と比較することは、上端層の厚さを決定する。

下の層の光特性が既知でない場合、光の複数のフラッシュ又はパルスは、反射性がどのようにして上端層の厚さによって変化するかを決定するために、上端層の堆積の間に使用され得る。堆積速度及び時間は、各々の光のパルスの時間における層の厚さを計算するために使用され得る。反射性は、典型的には、層の厚さのシヌソイド関数として変化する。下の層の反射性を計算するために、反射性のデータに対して曲線がフィットされ得る。広いスペクトル光源及びスペクトル光解析器が使用される場合、下の層の光特性の周りの収束を増加させるために、同じ比較は、複数の波長において実行され得る。下の層の反射性は、上端層の反射性の関数として表現され得、かつ下の層の光特性は、フレネル方程式を使用して計算され得る。

下の層がパターン化される場合、下の層から反射される光は、二乗平均平方根の関係において全反射強度に貢献する分極された構成要素を有し得る。基板から反射された各々の光の波長は、他の波長からは独立した反射強度を有し、かつ反射光の各々の波長は、上端層及び下の層の光特性にしたがって変化する。それ故、複数の反射波長のスペクトル解析は、下の層の反射性の分極された構成要素をフィットさせるために、計算された上端層の厚さ及び既知の上端層の光特性、並びにそれらの構成要素を生じさせる下の層の光特性を使用して、実行され得る。

一旦、下の層の光特性が決定されると、基板反射性の完全なモデルが構築され得、かつ堆積された層の厚さは、フレネル方程式を使用して反射光の単一のパルスから知られることができる。複数の層が堆積される場合、各々の層の反射性は、光の単一のパルスを使用して、堆積されている層の既知の光特性、及び下の層の既知の光特性から計算され得る。交互に、下の層の光特性は、上述されたように、堆積が進行する際に複数のパルスを解析することによって再構築され得る。

下の層の光特性が既知である場合、上端層の厚さは、以下の方程式にしたがって、一般化されたシヌソイドをデータにフィッティングさせることによって、反射性データの１組Ｒ（ｔ、λ）から計算され得る：すなわち

その後、層の厚さは、層の厚さと位相シフトとの間の既知の関係を使用して、位相シフトパラメータφ（λ）から計算され得る。
ｄ＝φλ／４πｎ
交互に、期間Ｔ（λ）は、堆積速度を計算するために使用され得る。
Ｄ_ｒ＝λ／２ｎ（λ）Ｔ（λ）
反射性データの位相及び期間は波長に応じ、したがって、データの複数の波長が、厚さ及び／堆積速度に収束するように使用される。

堆積されている層の反射性はまた、以下のように、フレネル方程式の変化を使用して下の層の反射性に関係し得る。

ここで、Ｒ_ｊは層「ｊ」の反射性であり、Ｒ_ｊ‐１は、層「ｊ‐１」の反射性であり、それは、下の層であり、かつ他のパラメータは以下のように定義される：すなわち、

このやり方において上端層及び下の層の反射性を関係付けることは、観察された上端層の反射性、並びに上端層の既知の光特性及び堆積速度から、下の層の光特性を計算することを可能にする。基板の特性が既知でない場合、例えば、基板上に堆積されている第１の層の厚さを決定することを試みる場合、上の方程式は直接的には適用され得ない。しかしながら、第１の層の堆積の間に収集される時系列データは、基板パラメータを逆行させるために使用され得る。時系列データは、第１の層の堆積の間に成長する膜からもたらされる任意の波長における位相シフトが、基板からは独立しているので、任意のパターンを有する任意の横たわっている基板に対して、４つの基板パラメータ（基板によって反射されるｓ及びｐ分極の大きさ及び位相）及び膜の堆積速度を解くために、上述の膜モデルを使用して動的にフィットされることができる。第１の層は、基板特性を収束させるために十分なデータを提供する程、十分に厚くはなく、さらに時系列データは第２の層の堆積の間に収集され得る。

以下は、コンピュータに基づいた処理スキームを使用する、この一般的なアプローチの例示的な実施態様の説明である。
（１．入力データ：）

実験的に取得されたデータＲ（λ、ｔ）は、Ｌ個の波長（λ）及びＭ個の時点（ｔ）から成り、それは、Ｍ時点における基板からのＬ個の波長の反射性を表す。

コンピュータのメモリの中で、反射性Ｒは、以下にしたがって、実質的に１次元アレイとして記憶される：すなわち

（２．データのモデリング：）

実験的なデータが、基板上に形成される構造の分極効果の主な原因である分極を含んで、光の反射及び屈折特性を支配するフレネル方程式から導かれる以下の公式によって説明される、モデルによってフィットされる：すなわち

ここで、ｗは、単一の定数（λ又はｔの関数ではない）であり、ｎ_１及びｋ_１は波長に応じる定数である。

これらの公式は、上で一般的に説明したように、上端層及び下の層の反射性が関連するアプローチを利用する。
（３．フィットパラメータ：）

上述の式において、Ｄ_Ｒ、１は単一の変数（λ又はｔの関数ではない）であり、かつ

は波長に応じる変数である：すなわち

上述の変数は、以下の差分方程式によって与えられる、実験的なデータＲ（λ、ｔ）及びモデルｆ（λ、ｔ）の間の差異の二乗を最小化するために調整され得る、フィットパラメータである：すなわち

フィットパラメータの全体の数（Ｎ）は、４を乗じた波長の数（Ｌ）に、Ｄ_Ｒ、１のために１を足したものに等しく：すなわち
Ｎ＝（Ｌ×４）＋１ （数式 ９）
（４．最小化アルゴリズム：）

線形方程式の組に対する解を見つけるために、χ^２の最小化は、繰り返しのＬｅｖｅｎｂｅｒｇ‐Ｍａｒｑｕａｒｄｔ（ＬＭ）アルゴリズムの実施を利用する。

次の近似を与えるためにフィットパラメータの現在の近似Ｐ_ｋ（ｋ＝１、２…Ｎ）に加えられる増分の値Ｐ_ｋに対して。要素Ａ_ｊｋ及びＢ_ｊは以下のように定義される：すなわち

偏導関数は、差分式によって近似される。

ここで、ｈ_ｊは、各々のフィットパラメータＰ_ｊに対する所定の増分値である。その後、ＬＭアルゴリズムは、以下のように概説される：すなわち
ａ．フィットパラメータＰに対する初期推定値の組で開始する。
ｂ．χ^２（Ｐ）を計算する。
ｃ．実施例Λ＝０．００１に対して、Λの初期値を選ぶ。
ｄ．ガウスジョーダン消去法アルゴリズムを使用して、δＰに対する線形方程式（１０）を解く。
ｅ．χ^２（Ｐ＋δＰ）を計算する。
ｆ．χ^２（Ｐ＋δＰ）≧χ^２（Ｐ）である場合、係数１０によってΛを増加し、かつステップｄに戻る。
ｇ．χ^２（Ｐ＋δＰ）≦χ^２（Ｐ）である場合、係数１０によってΛを低減し、かつフィットパラメータ（Ｐ＝Ｐ＋δＰ）をアップデートする。
ｈ．停止基準のうちの任意の１つが満たされるまで、ｄからｈまでのステップを繰り返す：すなわち
ｉ． χ^２＜χ^２ _ｍｉｎ
ｉｉ． Δχ^２＜Δχ^２ _ｍｉｎ
ｉｉｉ． Ｌ＞Ｌ_ｍａｘ
ｉｖ． Ｌ＜Ｌ_ｍｉｎ
（５．疑似コード：）

以下は、最も高いレベルのコンピュータプログラミング言語において見られる汎用関数定義を備えることを特徴とするコンピュータコードのような言語を使用する上述のアルゴリズムの説明である。

（６．プロファイラーデータ）

上述されたアルゴリズムを実行するためにプログラミングされた適切に構成されたコンピュータは、モデルを５８の波長に設定された実験データにフィッティングさせる場合、表１の中のＣＰＵ時間の分散を披歴するように予期される。

（７．マルチステップ遂行：）

上述されたアルゴリズムは、モデルの正確なフィットに効果的に収束させるために、データのサブセットを繰り返し使用して実行され得る。１つの実施例において、実験データは、Ｌ＝６０の波長から成り得る。そのような実施例において、アルゴリズムが複数回呼び出され得、各々は、以下のように、フィットパラメータの異なる数を有する：すなわち
１．
特定の所定時間間隔が過ぎた後に（例えば、Ｍ＝１００）、第１のランは、限られた数の波長（例えば、Ｌ＝１５）しか含まず、それによって、フィットパラメータは、Ｄ_Ｒ、１を含んで、Ｎ＝１５×４＋１＝６１となる。
２．
第２のステップは、ステップ１に含まれない波長のリマインダーに対してフィットパラメータ

を計算する。しかしながら、Ｄ_Ｒ、１は、このステップの中に固定され、それは、フィットパラメータが各々の波長に対して独立して解かれ得ることを意味する。フィットパラメータの数Ｎは４であり、かつリマインダー４５波長セットは、並行して計算され得る。
３．
別の所定の時間間隔（例えば、１００＜Ｍ＜２００）までの次のタイムステップの中の実験データに対して、単一のフィットパラメータＤ_Ｒ、２（≠Ｄ_Ｒ、１）のみが存在し、かつ計算は一度に１つのタイムステップで進行し、各々の時間の新しいＤ_Ｒ、２を解く。このステップはまた、ｎ_２（λ）及びｋ_２（λ）定数の新しいセット、及びｒ_２（λ）及びβ_２（λ、ｔ）に対する新しい計算を必要とする。
４．
ステップ３は、時間の所定ブロックの中の新しいデータに対して、引き続き複数回繰り返され得る。
以上のステップは、図１２の流れ図の中において要約されている。
５．
実施態様の第２の選択肢は、同時に複数の時間間隔（ブロック）の中のデータに対して、上のステップ１の計算を行う。しかしながら、全てのデータが収集されるまで待つ必要はなく；計算は、第１のタイムブロックの範囲内で特定の所定時間間隔が過ぎた（例えば、Ｍ＝１００）後に、開始することができ、フィットパラメータは新しいデータが到着する際に連続的にアップデートされる。時間ブロックにわたるｎ（λ）及びｋ（λ）定数における変化のために、タイムブロック２以上の中のデータは、モデル関数ｆ（λ、ｔ）、Ｆ^Ｓ（λ、ｔ）、及びＦ^Ｐ（λ、ｔ）のネストされた公式を必要とし、例えば：すなわち

このステップの中に含まれるタイムブロックの数は、実施例３に対して予め決定され得る。
６．
ステップ５が完了した後に、計算は、上のステップ２から４へと続く。
このプロセスは、図１３の流れ図の中において要約されている。

例示的な酸化ケイ素の層は、以下のように、本明細書の中の装置のうちのいずれかを使用して形成され得る。基板は、本明細書の中において説明される特徴を有する処理チャンバの基板支持体上に配置される。前駆体ガス混合物は、１，０００ｍｇｍにおけるＴＥＯＳを気化器を通して流し、かつ５，０００ｓｃｃｍのヘリウム及び６，０００ｓｃｃｍのＮ_２Ｏと混合することによって生成される。ガス混合物は、処理チャンバの中へ流される。区域に分けられたシャワーヘッドが使用される場合、ＴＥＯＳが、Ｎ_２Ｏが他のゾーンを通して流される間に、１つのゾーンを通して流され得ることは留意されるべきである。ヘリウムの流れは、２つの部分に分割され得、第１の部分は気化されたＴＥＯＳを第１のゾーンの中へ運び又は希釈するために使用され、かつ第２の部分はＮ_２Ｏを第２のゾーンの中へ運び又は希釈するために使用され得る。

処理チャンバの中の圧力は４．０トールに設定され、チャンバのフェイスプレートと基板との間の間隔は、４００ミルに設定される。フェイスプレートの温度は、摂氏２００度に設定される。側壁同調電極電流ターゲットは６アンペアに設定され、かつ基板支持体同調電極電流ターゲットは１アンペアに設定される。基板温度は、摂氏５００度に設定され、摂氏５度に設定される基板支持体の温度ゾーンの間でオフセットされ、外側ゾーン温度は内側ゾーンの温度よりも高い。

プラズマを生成するために電源が前駆体ガスに結合される。１３．５６メガヘルツの周波数における高周波数ＲＦ電源は、５００ワットの電力に適用され、かつ３００キロヘルツの周波数における低周波数ＲＦ電源は、１００ワットの電力に適用される。望ましい厚さ、典型的には、２００オングストロームから２，０００オングストロームの間、を有する層を堆積させるために、その状態が望ましい時間だけ継続される。堆積した酸化ケイ素の層は、約１パーセントに過ぎない標準偏差を有する厚さを有する。それ故、堆積された層の厚さの均一性は、１パーセントよりも悪くない。

酸化ケイ素の層は、本明細書の中において説明される装置を使用する本明細書の中において説明されるプロセスの別の実施形態による前駆体である、シランを使用して生成され得る。シランは、１００ｓｃｃｍにおいて流され、ヘリウムは３，０００ｓｃｃｍにおいて流され、かつＮ_２Ｏは６，０００ｓｃｃｍにおいて流される。間隔は３００ミルであり、圧力は３トールであり、高周波数電力は４００ワットであり、低周波数電力は１００ワットであり、フェイスプレートの温度は摂氏２００度であり、基板温度は摂氏５００度であり、温度ゾーンのオフセットは摂氏５度（外側は内側より高い）であり、側壁同調電極電流ターゲットは１アンペアであり、基板支持体同調電極電流ターゲットは３アンペアである。酸化ケイ素の層は、約１パーセントよりも悪くない均一性を有するように形成される。

窒化ケイ素の層は、本明細書の中において説明される装置を使用する本明細書の中において説明されるプロセスの別の実施形態によって形成され得る。シランは、３０ｓｃｃｍにおいて流され、窒素ガスは３，０００ｓｃｃｍにおいて流され、アンモニアガスは６，０００ｓｃｃｍにおいて流され、かつアルゴンは１，０００ｓｃｃｍにおいて流される。間隔は７００ミルであり、圧力は３トールであり、高周波数電力は６００ワットであり、低周波数電力は２００ワットであり、フェイスプレートの温度は摂氏２００度であり、基板温度は摂氏５００度であり、温度ゾーンのオフセットは摂氏５度（外側は内側より高い）であり、側壁同調電極電流ターゲットは７アンペアであり、基板支持体同調電極電流ターゲットは１アンペアである。窒化ケイ素の層は、約１パーセントよりも悪くない均一性を有するように形成される。

窒化ケイ素の層は、本明細書の中において説明される装置を使用する本明細書の中において説明されるプロセスの別の実施形態によって形成され得る。シランは、１５０ｓｃｃｍにおいて流され、窒素ガスは６，０００ｓｃｃｍにおいて流され、かつアンモニアは１，０００ｓｃｃｍにおいて流される。間隔は７００ミルであり、圧力は４トールであり、高周波数電力は６００ワットであり、低周波数電力は２００ワットであり、フェイスプレートの温度は摂氏２００度であり、基板温度は摂氏５００度であり、温度ゾーンのオフセットは摂氏５度（外側は内側より高い）であり、側壁同調電極電流ターゲットは６アンペアであり、基板支持体同調電極電流ターゲットは１アンペアである。窒化ケイ素の層は、約１パーセントよりも悪くない均一性を有するように形成される。

ドープされたアモルファスシリコン層は、本明細書の中において説明される装置を使用する本明細書の中において説明されるプロセスの別の実施形態によって形成され得る。シランは、５００ｓｃｃｍにおいて流され、ヘリウムは、１０，０００ｓｃｃｍにおいて流され、かつヘリウムの中で９５パーセントの濃度に希釈される、ＴＭＢ、ボラン、及び／又はホスフィンなどのドーパント前駆体は、５００ｓｃｃｍにおいて流される。間隔は３００ミルであり、圧力は１０トールであり、高周波数電力は３００ワットであり、低周波数電力は適用されず、フェイスプレートの温度は摂氏１７５度であり、基板温度は摂氏５００度であり、温度ゾーンのオフセットは摂氏０度であり、側壁同調電極電流ターゲットは６アンペアであり、基板支持体同調電極電流ターゲットは３アンペアである。ドープされたアモルファスシリコンの層は、約１パーセントよりも悪くない均一性を有するように形成される。

上述された層などの層のスタックは、１つの方策（ｒｅｃｉｐｅ）から次へとチャンバ状態を調節することによって、引き続き作られ得る。ガス流は遮断され得、かつシャープなインターフェースを生成することが望ましければ、チャンバは方策の間でパージされ得る。交互に、チャンバ状態は、堆積が等級の付けられたインターフェースを作り続ける一方で、１つの方策から次へと傾斜が付けられ得る。

上述されたインシトゥの監視アルゴリズムは、例えば、酸化ケイ素及び窒化ケイ素の交互のスタック、又はポリシリコン及び酸化ケイ素の交互のスタックなどの、スタックの中の各々の層の厚さを監視するために使用され得る。各々の場合において、スタックの開始において層が堆積される際に、層が堆積される際に、下の層の反射性における変化を追跡するために、下の材料の反射性を利用するアルゴリズムが実施される。

ポリシリコンの層を含むスタックは、より短い波長におけるポリシリコンの高度な吸収特性のために、単純化されたアプローチに従い得ることが分かってきた。ポリシリコン及び酸化ケイ素の層の交互のスタックを形成する場合、例えば、約６００ナノメートルより下の波長における下の層の反射性は、表面の下の３つの層までの観察可能な効果を有するが、それを超えるものではない。そのような構造において、ポリシリコン／酸化物の１０の交互の層から取られる反射性スペクトルは、約６００ナノメートルより下の波長における層の第４のペアの後の同じスタックから取られたスペクトルと重なることが観察される。この同じ挙動は、第１の層から独立している（すなわち、第１の層がポリシリコン又は酸化物である場合）。それ故、１つの効率的なアプローチは、層の最初の３つのペア（最初の６つの層）の堆積の間に、時系列モデルに対して反射性データをフィッティングさせることを含み、その後で、下の層の反射性は、より短い波長において時間不変であり、かつ波長シリーズフィット手順が使用され得る。

上述された方法は、未知の特性を有する基板上に形成される膜の厚さを決定するために使用され得る。従来の反射率測定法において、基板は十分に既知であり、かつ基板の既知の特性は、膜の厚さを決定するために屈折モデリングにおいて使用され得る。しかしながら、多くの場合において、基板は前もって知られていない特性を有し、かつ従来の反射率測定法は使用可能ではない。本明細書の中において説明される装置及び方法を用いて、基板の特性は、膜の形成の間に収集された時系列データを使用して推定され得る。膜の堆積の間の１００ミリ秒の間隔において反射スペクトルを収集することは、データを本明細書の中において説明されるモデルにフィッティングさせることによって、基板の特性が抽出され得るデータを提供する。基板の特性、実際の及び想像上の屈折率、基板ｓ及びｐの反射性、及び膜の堆積速度は、本明細書の中において説明されるように、時系列データをフレネル方程式のモデルにフィッティングさせることによって決定され得、かつその後、それらの特性は、次に堆積される膜の厚さを決定するために使用される。

図１４Ａから図１４Ｄは、パターン化された基板上における５００オングストロームの窒化ケイ素の層の堆積の間の、２、３の選択された波長における時系列の反射データを示すグラフである。図１４Ａは、反射率１４０２対秒単位の時間１４０４のグラフ１４００を示している。反射率のデータ１４０６は、２３０ナノメートルの波長においてであり、かつデータの膜モデルのフィットは１４０８においてである。フィットは、時系列のスペクトル反射率データを使用して、未知の基板特性を決定するための、本明細書の中において説明されるアルゴリズムを使用して計算された。図１４Ｂは、３５０ナノメートルの波長において収集された類似のデータのグラフ１４１０を示している。図１４Ｃは、５００ナノメートルの波長において収集された類似のデータのグラフ１４２０を示している。図１４Ｄは、７００ナノメートルの波長において収集された類似のデータのグラフ１４３０を示している。

第１の堆積された層が非常に厚くない場合、時系列データの位相シフト情報は、いくつかの場合において、基板の反射性の正確な決定を生み出すために不十分であり得、次の層の厚さを決定することにおいて誤差をもたらす。精度は、そのような場合において、１つより多くの堆積された膜に対する時系列データを収集することによって改良され得る。例えば、第１の膜に対する時系列のデータを収集した後に、時系列のデータは、第２の堆積された膜に対して収集され得、それ故、モデルフィットの質を改良するためにより多くのデータを提供する。図１５は、３つの連続的な層の堆積の間に、２１０ナノメートルにおいて収集された、反射率１５０２対時間１５０４の時系列フィットを示すグラフ１５００である。第１の窒化層の堆積に対するデータは、１５０６においてである。第１の酸化層の堆積に対するデータは、１５０８においてである。第２の窒化層の堆積に対するデータは、１５１０においてである。データは、層の間のインターフェース１５１２及び１５１４の特定の異常な特性を表示している。そのような異常は、任意の従来の手段によって取り除かれ得、例えば、複数の層のフィットを実行する場合に、統計的又は手動の手段によって取り除かれ得る。

図１６Ａは、その表面上に未知のパターンを有する基板に対する、反射率１６０２対ナノメートル単位の波長１６０４を示すグラフ１６００である。フィットは、未知の基板パラメータをフィットさせるために、時系列の解析の結果を使用して実行され得る。実際の反射率データは、１６０６において示され、かつフィットデータは１６０８において示されている。図１６Ｂは、基板上の第１の窒化層の堆積の同じスタックからの類似するデータを示している。図１６Ｃは、第１２番目の酸化層の堆積の同じスタックからの類似するデータを示しており、かつ図１６Ｄは、第２４番目の窒化層の堆積の同じスタックからの類似するデータを示している。

膜モデル方程式に対する図１６Ａから図１６Ｄの中のものなどのフィッティングスペクトルは、膜の厚さを決定することをもたらす。図１７Ａは、透過電子顕微鏡法を使用する厚さの測定１７０８と比較して、酸化ケイ素の層を有する交互のスタックにおいて堆積される２４の窒化ケイ素の層に対する、反射率１７０６によって測定されたオングストローム単位の層の厚さ１７０２対層の数１７０４を示すグラフ１７００である。図１７Ｂは、同じスタックの中の酸化物の層に対する類似のデータを示している。図１７Ａ及び図１７Ｂの中において示されるように、スタックが厚く成長するとしても、アグリーメントは極めて良い。しかしながら、スタックが厚く成長する際に、ＴＥＭ測定と反射性測定との間のアグリーメントは、本明細書の中において説明された再帰的方法の中の誤差の混合のために、低下する。

基板特性をモデリングし、かつ解くことに含まれる計算は、強力であり得る。計算が層の形成から非常に遅れることがないように、計算のための時間の管理の方法は、比較的遅い時系列データのフィットの間に、コンピュータメモリの中にデータをバッファーすることを含み、かつその後、コンピュータが、上述されたように、静的なモデルを使用して次の層の計算の間に「追いつく」ことを可能にする。他の側面において、複数の処理ユニットは、例えば、データをタイムスライス又は周波数にしたがって群の中へ分割すること、及び種々のプロセッサ上で同時に種々の群を処理することによって並行に使用され得る。このやり方において、負荷バランシングは、データ群を負荷の低いプロセッサに割り当てることによって実行され得る。

いくつかの実施形態において、時系列のフィットは、基板特性の決定においてより低い精度が許容され得る場合、選ばれたスペクトルの波長又は選ばれたタイムスライスのみを使用して実行され得る。特定の波長がスペクトロメータの分解能によって逆の影響を受ける場合、それらの波長は解析から除外され得る。

高度に吸収する膜が堆積される実施形態において、波長の関数としての不透明性は、他の手段によるクロスチェックの厚さ決定のために使用され得る。吸収は、典型的には、材料に対する波長の既知の関数であるので、反射率のスペクトルから選ばれた波長の消滅を記述することによって、膜が成長する際に膜の厚さをマークすることは可能である。ターゲットの膜の厚さにおいて反射率のスペクトルから消滅する光の波長を選択すること、及びその波長が反射率のスペクトルから消滅する時間をマークすることによって、そのような実施形態における堆積エンドポイントを決定することができる。堆積は、そのような信号が受信される場合に終了する。

吸収する膜を含むいくつかの場合において、横たわっている基板のために、反射率は、任意の数の層が基板上に配置された後に消滅し得る。そのような場合に、時系列のプロセスは、連続した膜が堆積される基板を再度特徴付けるために繰り返され得る。基板の特性は、時系列データのフィットを繰り返すことによって、全体の堆積プロセスの中の任意の便利な時間においてアップデートされ得る。

いくつかの側面において、基板の反射率は、いくつかの波長において膜の厚さによって強く変化し得、かつ他の波長においては弱く変化し得る。計算のリソースは、いくつかの場合において、反射率のスペクトルの感度関数を決定すること、及び膜の厚さに対して最も敏感な波長に計算を集中することによって、効果的に使用され得る。例えば、時系列が収集される場合、最初の１０のスナップショット、又は任意の便利な数の最初のスナップショットは、反射率のスペクトルのうちのどの波長が膜の厚さによって最も強く変化するかを判定するために、素早く解析され得る。その後、これらの波長は、膜の厚さを計算するために使用され得、かつ情報をほとんど運んでいない波長を除外する一方で基板パラメータをフィットさせる。交互に、感度パラメータは、厚さによる反射率の変化の程度に基づいて、波長の関数として割り当てられ得る。このやり方において、計算上のリソースは保存され得、かつ結果の精度は改良される。

時系列の反射率のデータにおけるノイズは、任意の数のやり方において管理され得る。１つの側面において、時間にわたってスペクトルの平均を移動させることが、計算され得る。望ましければ、例えば、より最近のタイムスライスを重く重み付けし、かつより遠隔のタイムスライスを軽く重み付けすることによって、タイムスライスにより、又は例えば、より敏感な波長をより重く重み付けすることによって波長により、重み付けが適用され得る。平均を移動させるための窓はまた、望ましければ、データの中のノイズの量に基づいて調整され得る。別の側面において、時系列における各々のタイムスライスに対する厚さの結果は、ノイズを消去するためにラインにフィットされ得る。記録されたスペクトルはまた、例えば、プラズマ放電から周囲のノイズを除去するために、選ばれた波長にしたがって正常化され得る。最後に、信号処理技術が、データの中のノイズを低減するために使用され得る。例えば、ＦＦＴ解析は、データの中の高周波数のノイズを孤立させ、かつゼロにするために使用され得る。

図１８は、反射率対時間１８０４によって測定された厚さ１８０２を示しているグラフ１８００である。実際のデータ１８０６は、個別の測定結果を示し、かつローリングフィット１８０８及びリニアフィット１８０１が、低減されたノイズを用いて厚さのデータを生み出す代替的な方法として示されている。

上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することもでき、かつ本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (20)

1. 基板を処理するための装置であって：
   側壁及びフロアを備えるチャンバ；
   前記チャンバの前記側壁に結合されるリッドであって、前記側壁、フロア、及びリッドが前記チャンバの内部容積を画定する、リッドにおいて：
   ガス分配器であって、前記ガス分配器を通って形成される複数のガス流開口部を有する、ガス分配器；及び
   前記ガス流開口部のうちの１つを通して光を誘導し、かつ前記ガス流開口部のうちの前記１つを通して反射した光を記録する計測装置を備える、リッド；並びに
   前記チャンバの前記内部容積の中に配置される基板支持体を備える、装置。
2. 前記計測装置は、光ファイバーの光源を有するコリメータを備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記リッドはさらに、前記ガス分配器のプレートに結合される第１のプレートを備え、かつ前記コリメータは前記第１のプレートを通して配置される、請求項２に記載の装置。
4. 前記第１のプレートは、前記コリメータが配置される開口部を備え、かつ前記開口部は前記コリメータの水平方向の動作を可能にするギャップを提供する、請求項３に記載の装置。
5. 前記第１のプレートと前記ガス分配器のプレートとの間に配置されるシーティングプレートであって、前記ガス流開口部と位置合わせされる凹部を備え、前記コリメータは前記凹部の中に固定される、シーティングプレートをさらに備える、請求項４に記載の装置。
6. 前記コリメータに結合されるＲＦストラップをさらに備える、請求項５に記載の装置。
7. 前記コリメータを前記第１のプレートに結合する複数の留め具であって、各々の留め具は弾力性のある部材を備える、複数の留め具をさらに備える、請求項５に記載の装置。
8. 前記リッドはさらに、前記ガス分配器と前記側壁との間に配置される電極であって、第１の同調回路に結合される、電極を備える、請求項３に記載の装置。
9. 前記リッドはさらに、前記ガス分配器を加熱する加熱器を備える、請求項８に記載の装置。
10. 前記基板支持体は、複数のゾーンであって、各々のゾーンが加熱器を有する、複数のゾーンを備える、請求項９に記載の装置。
11. 前記基板支持体はさらに、第２の同調回路に結合される電極を備える、請求項１０に記載の装置。
12. 基板を処理するための装置であって：
    側壁及びフロアを備えるチャンバ；
    前記チャンバの前記側壁に結合されるリッドであって、前記側壁、フロア、及びリッドが前記チャンバの内部容積を画定する、リッドにおいて：
    ガス分配器であって、前記ガス分配器を通って形成される複数のガス流開口部を有する、ガス分配器；及び
    前記ガス流開口部のうちの１つを通して光を誘導し、かつ前記ガス流開口部のうちの前記１つを通して反射した光を受信する光ファイバーを備えた計測装置を備える、リッド；並びに
    前記チャンバの前記内部容積の中に配置される基板支持体であって、複数の熱ゾーンを有する、基板支持体を備える、装置。
13. 前記リッドは第１の区域に分けられたプレートをさらに備え、前記計測装置は前記光ファイバーを収容するコリメータを備え、かつ前記コリメータは前記第１の区域に分けられたプレートの中の開口部を通して配置される、請求項１２に記載の装置。
14. 前記リッドはさらに、前記第１の区域に分けられたプレートと前記ガス分配器との間に配置されるシーティングプレートであって、前記コリメータの延伸部は前記シーティングプレートの中に固定される、シーティングプレートを備える、請求項１３に記載の装置。
15. 前記リッドはさらに、前記シーティングプレートと前記ガス分配器との間に配置される第２の区域に分けられたプレートであって、複数の開口部を有し、前記第２の区域に分けられたプレートのうちの各々の開口部は、前記ガス分配器のガス流開口部と位置合わせされる、第２の区域に分けられたプレートを備える、請求項１４に記載の装置。
16. 前記延伸部は、前記シーティングプレートの中に形成される凹部の中に固定され、かつ前記凹部は傾斜した壁を有する、請求項１５に記載の装置。
17. 前記リッドはさらに、前記ガス分配器と前記側壁との間に配置される電極であって、第１の調整可能な構成要素を用いて第１の同調回路に結合される、電極を備える、請求項１６に記載の装置。
18. 前記基板支持体のうちの各々の熱ゾーンは、加熱器及び熱センサを備える、請求項１７に記載の装置。
19. 前記基板支持体はさらに、第２の調整可能な構成要素を用いて第２の同調回路に結合される電極を備える、請求項１８に記載の装置。
20. 層の厚さをその層の基板上への堆積の間に決定する方法であって：
    前記基板から広域スペクトルの放射線を反射させること；
    スペクトログラフを使用して反射した光の前記スペクトルを解析すること；
    堆積されている層の屈折率及び減衰係数に基づいて、解析された前記スペクトルに対してフレネルモデルをフィッティングさせること；及び
    前記解析されたスペクトルと前記モデルとの間の差異の二乗を最小化することによって、前記層の厚さを決定することを含む、方法。
    

Images