JP2018525527A - 化学気相蒸着システム及びプロセスにおいて熱均一性を向上させるプロセス特異的ウェハーキャリアー補正 - Google Patents

化学気相蒸着システム及びプロセスにおいて熱均一性を向上させるプロセス特異的ウェハーキャリアー補正 Download PDF

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Abstract

化学気相蒸着(CVD)システム用ウェハーキャリアーの加熱均一性に対する改良を、CVDシステムの物理的及び動作的な特性に応じて構築された計算的な熱モデルに基づいて成すことができる。熱モデルの動作がシミュレーションされ、ここで、仮想CVDシステム内で生じる伝熱を含む該CVDシステム上で実施されることとなるプロセスレシピがモデル化され、仮想ウェハーキャリアーの少なくとも1つの関心領域における1組の熱的空間的非一様性を生じさせる。該少なくとも1つのウェハー保持ポケットの各々のポケット床に対してなされるべき構造的補正が、該1組の熱的空間的非一様性と、該ポケット床を補正して該少なくとも1つの関心領域の全体にわたって熱均一性の増加を達成するための少なくとも1つの設計ルールを規定する予め規定された熱-ポケット床関係とに基づいて決定される。
【選択図】図３

Description

(関連出願情報)
本出願は、引用により本明細書に組み込まれている、2015年8月18日に出願された米国仮出願第62/206,660号の利益を主張する。
(技術分野)
本開示は、概して、半導体デバイスの製作のためのシステム及びプロセスに関する。より具体的には、本開示は、化学気相蒸着(CVD)プロセスの熱モデル化に基づいてウェハーキャリアーの構造を調整することによって、CVDプロセスにおける熱均一性を向上させることを対象とするCVD技術に関する。
(背景)
半導体の製作のためのあるプロセスは、エピタキシャル層を成長させ、高性能デバイス、例えば、発光ダイオード、レーザーダイオード、光学検出器、パワーエレクトロニクス、及び電界効果トランジスターの製作における使用のための多層半導体構造を生じさせるために複雑なプロセスを必要とすることがある。該プロセスにおいては、エピタキシャル層を、化学気相蒸着(CVD)と呼ばれる一般的なプロセスによって成長させる。CVDプロセスの1種は、金属有機化学気相蒸着(MOCVD)と呼ばれている。MOCVDにおいては、(通常、ウェハーと呼ばれる)基板上に反応ガスが蒸着されることを可能とする制御された環境内の密閉された反応チャンバー内に、反応ガスを導入して、薄いエピタキシャル層を成長させる。そのような生産設備のための現行の製品ラインの例としては、全てがNew York州PlainviewのVeeco Instruments社製の、MOCVDシステムのTurboDisc(登録商標)、MaxBright(登録商標)、EPIK(登録商標)ファミリー、及びPROPEL(登録商標) Power GaN MOCVDシステムがあげられる。
エピタキシャル層成長の間、温度、圧力、及びガス流速などのいくつかのプロセスパラメーターが制御され、該エピタキシャル層において所望の品質が達成される。異なる層は、異なる材料及び異なるプロセスパラメーターを用いて成長させる。例えば、化合物半導体、例えば、III-V半導体から形成されるデバイスは、典型的には、一連の別個の層を成長させることによって形成される。該プロセスにおいては、ウェハーを高い温度に維持しつつ、該ウェハーを、ウェハーの表面上を流れる、典型的には、III族金属源としての金属有機化合物を含み、かつV族元素源も含むガスの組合せに曝す。一般的に、金属有機化合物及び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ーガス、例えば、窒素又は水素と組み合わされる。III-V半導体の１つの例は、窒化ガリウムであり、これは、適当な格子面間隔を有する基板、例えば、サファイア又はシリコンウェハー上での有機ガリウム化合物及びアンモニアの反応によって形成することができる。窒化ガリウム及び/又は関連化合物の蒸着の間、ウェハーは、通常、700〜1200℃のオーダーの温度に維持される。III-V半導体の別の例は、インジウム及びホスフィンの反応によって形成することができるリン化インジウム(InP)、又はアルミニウム、ガリウム、及びアルシンの反応により形成することができるヒ化アルミニウム・ガリウム(AlGa1-xAsx)であり、該化合物の反応により、適当な基板上に半導体層が形成される。
一般的に、III-V化合物は、一般式InXGaYAlZNAAsBPCSbDを有し得る(式中、X+Y+Zは、おおよそ1に等しく、A+B+C+Dは、おおよそ1に等しく、かつX、Y、Z、A、B、C、及びDの各々は、0〜1の間であり得る)。ある例において、他のIII族金属の一部又は全ての代わりにビスマスを用いてもよい。適当な基板としては、金属、半導体、又は絶縁基板とすることができ、サファイア、酸化アルミニウム、シリコン(Si)、炭化ケイ素(SiC)、ヒ化ガリウム(GaAs)、リン化インジウム(InP)、ヒ化インジウム(InAs)、リン化ガリウム(GaP)、窒化アルミニウム(AlN)、二酸化ケイ素(SiO2)、などが挙げられる。
別の種類のCVDプロセスは、パワーエレクトロニクスデバイスを形成するための、基板上の炭化ケイ素層の成長を伴う。炭化ケイ素層を、反応種としてのシラン及び炭化水素をキャリアーガスとしての水素と共に用いて成長させる。蒸着の間、ウェハーは、通常、800〜2000℃のオーダーの温度に維持される。
CVDプロセスチャンバーにおいて、1以上の半導体ウェハーが、通常ウェハーキャリアーと呼ばれるトレー内に配置され、その結果、各々のウェハーの上面が露出され、それにより、該ウェハーの上面の、半導体材料の蒸着のための反応チャンバー内部の雰囲気への一様な曝露が提供される。ウェハーキャリアーは、通常、約100〜1500RPMのオーダーまたはそれを超える回転速度で回転させる。ウェハーキャリアーは、典型的には、熱伝導性の高い材料、例えば、グラファイトから機械加工によって作製され、かつ、多くの場合、炭化ケイ素などの材料の保護層で被覆される。各々のウェハーキャリアーは、1組の円形の窪み又はポケット、及び中に個々のウェハーが配置されるその上面を有する。関連技術のいくつかの例は、米国特許公報第2007/0186853号及び第2012/0040097号、並びに米国特許第6,492,625号;第6,506,252号;第6,902,623号;第8,021,487号;及び第8,092,599号に記載されており、それらの開示は、引用により本明細書に組み込まれている。別のウェハーキャリアーは、中に単一のウェハーが配置される単一のポケットを有する。
場合によっては、ウェハーキャリアーは、反応チャンバー内部のスピンドル上に支持され、その結果、ウェハーの露出した表面を有するウェハーキャリアーの上面が、ガス分配デバイスに向かって上方を向く。スピンドルを回転させつつ、ガスを、ウェハーキャリアーの上面の上まで下向きに向かわせ、該ガスは、ウェハーキャリアーの周辺部に向かって上面にわたって流れる。使用済みガスは、ウェハーキャリアーの下に配されたポートを通じて反応チャンバーから排気することができる。ウェハーキャリアーは、ウェハーキャリアーの底面の下に配された加熱要素、典型的には、電気抵抗加熱要素によって、所望の高い温度に維持することができる。これらの加熱要素は、ウェハー表面の所望の温度よりも高い温度に維持され、その一方で、ガスの早期の反応を防ぐために、ガス分配デバイスは、典型的には、所望の反応温度よりもかなり低い温度に維持される。従って、熱は、加熱要素からウェハーキャリアーの底面へと伝わり、ウェハーキャリアーを経て1以上のウェハーまで上方に流れる。
場合によっては、ウェハーキャリアーを、スピンドルを必要としない回転式システムによって支持して回転させることができる。そのような回転システムは、米国特許出願公報第2015/0075431号に記載されており、その内容は、引用により本明細書に組み込まれている。さらに別の場合、ウェハーキャリアーを、反応チャンバー内で下に向けて(上下を逆にして)配置することができ、ガスインジェクターが、ガス混合物が1以上のウェハーに向かって上に流れるように、ウェハーキャリアーの下に据えつけられる。そのような上下を逆にしたガス注入システムの例は、米国特許公報第2004/0060518号及び第2004/0175939号、並びに米国特許第8,133,322号に記載されており、その内容は、引用により本明細書に組み込まれている。
CVDプロセスにおいては、必要とされる条件下で化学反応が進行することを確実とするように特に注意して、プロセスパラメーターを制御しなければならない。プロセス条件の小さな変動でさえ、デバイス品質及び生産収率に悪影響を及ぼすことがある。特に、所望の発光波長及び光学的性質を有する複数の量子井戸(MQW)構造を成長させるには、ウェハー成長表面上の温度、層の厚み、及び組成に対する厳密な制御が要求される。ウェハーの表面上の温度変動は、蒸着層の組成及びバンドギャップの変動を引き起こし得る。例えば、蒸着層が、活性な発光層である場合、該ウェハーから形成される任意のデバイスの発光波長は、許容し得ない程度まで変動し得る。従って、高いプロセス収率を達成するためには、成長温度を、ウェハーの全成長表面にわたり一様な材料性質を達成するよう厳密に制御しなければならない。
処理の間の温度変動を最小化するシステム設計特徴に多くの努力がなされている;しかしながら、該問題は、多くの課題を提示し続けている。特に、ウェハーは、一般に、ウェハーキャリアーよりも熱伝導性が顕著に低い。例えば、ウェハーキャリアーのポケットにサファイアウェハーを導入すると、熱捕捉又は「ブランケット」効果が生じることがある。この現象は、ポケット床において、ウェハーによって覆われた中央でより熱い一般に放射状の熱プロファイル、及びウェハーの半径方向の縁近くのポケットの外半径に向かってより低くなる温度をもたらすことがある。
加工中のウェハーの熱均一性に影響を与える別の効果は、ウェハーの厚みにわたる熱グラジエントであり、これは、凹状の反り(bow)を引き起こし得る。特に、ウェハーの底面が上面よりも熱い場合、底面が、上面よりも膨張しやすいことがあり、それにより、凹状の反りが生じ、ウェハーの底面とポケット床との間に隙間が形成されてしまう。該隙間内部のガスは、典型的には、ウェハーキャリアーよりも低い熱コンダクタンスを有するために、凹状の反りは、熱ブランケット効果が原因でウェハー上に既に存在している可能性のある熱的非一様性を顕著に増加させ得る。該効果は、典型的にはシリコンから作られる大径のウェハーでより顕著となることがある。また、シリコンウェハーでは、凹状の反りは、シリコン基板と該基板上にデバイスを作製するために用いる蒸着層との間の結晶格子ミスマッチに起因するフィルムストレスによって悪化することがある。
さらなる温度グラジエントの懸念は、ポケットが同心円状に配置されているマルチポケット型ウェハーキャリアー設計に関連している。CVDプロセスの間に、ガス分配デバイスから排出される反応ガスは、ウェハーキャリアーの中央の近位から始まり、かつ該ウェハーキャリアーの半径方向の縁で終わる一般にらせん状の動きでウェハーキャリアーを通過する。高速回転円盤反応器については、該らせん状の動きは、比較的大きな接線成分を有し得る。同心円マルチポケット型ウェハーキャリアー設計では、同心ウェハーポケット配置の間のウェハーキャリアーの上面の部分は、ウェハーポケットによって途切れない上面の円周方向のバンドを形成し得る。ウェハーキャリアーが、より高い熱伝導度を有しているために、これらのバンドを通過する大きな接線成分を有する反応ガスは、一般的に、温度が上昇する。反応ガスは、ウェハーキャリアーの半径方向の縁に向かって外側へらせん状に動き続けるために、反応ガスは、ウェハーポケットの次の同心配列と出会い、放冷し始めることとなる。従って、反応ガスは、各々のウェハーの上面全体にわたる温度グラジエントを有し得、ここで、該温度は、ウェハーキャリアーの中央からの距離の増加に伴い低下する。
従って、さまざまなジオメトリー及び処理パラメーター、例えば、プロセスチャンバーのサイズ、形状、及び構造、ガスの温度、ウェハーキャリアー加熱の温度、ガスの流れプロファイル、ウェハーキャリアーの回転の速度、さまざまな処理ステージの期間などに応じて、熱的非一様性の特性は、プロセス特異的であり、かつシステム特異的である。これらの熱的非一様性は、減少した収率をもたらし、その結果、より高いユニット費用をもたらす。
引用により本明細書に組み込まれている米国特許第8,486,726号には、前記熱的非一様性の一部に対処するウェハーキャリアーの構造の新規改良が記載されている。該引例には、ウェハーキャリアーを用いて作製されたデバイスの1以上のパラメーターを、それらの基板キャリアー上の対応する位置の関数として測定することが開示されている。該パラメーターは、光学パラメーター、電気パラメーター、もしくは電気光学パラメーター、又はより一般的には、電気又は光学デバイスの性能指標を含むが、これらに限定されない任意の種類のパラメーターとすることができる。具体的な一実施態様において、測定されるパラメーターは、光学デバイス、例えば、発光ダイオード又は半導体レーザーによって発生される光学発光の波長である。基板上のいくつかの位置での蒸着層の測定パラメーターは、その後、ウェハーキャリアーの物理的特徴、例えば、各々のウェハー位置の下又はその近くでのウェハーキャリアーの構造的特徴の構築と関連付けられる。測定及び分析から得られる結果として生じたデータは、その後、基板に関連する非一様なプロセスパラメーター、例えば、加工システムにおける非一様性が原因の温度及び/又は気相非一様性を補償する仕様でウェハーキャリアーを改造するか又は新たなウェハーキャリアーを作製するのに用いられる。該手法は、有益であると示されているものの、作製されたデバイスのパラメーターの測定値を得ることは、負担になり、コストがかかり、又はさらには場合によっては算術上実行不可能であることがある。
CVD反応器におけるウェハー加熱均一性の向上において、これらの課題のうちの1つ以上に向けた解決手段が必要とされる。加えて、作製されるデバイス性能関連特性を得ることと関連する難点を回避しつつ、より少ない加熱非一様性を有する改良されたウェハーキャリアーを提供する解決手段が必要とされる。
(本開示の概要)
本開示の実施態様は、CVDプロセスの対象となったウェハーから作製されたデバイスの測定値を得ることを必要とせずに、熱的空間的非一様性を減少させる、かつ/又はウェハー加熱均一性を向上させる目的のためにウェハーキャリアーに対する物理的変更を特定しそれを実行する必要性を満たす。従って、本開示の実施態様は、追加の負荷、費用、及びウェハーから作製されたデバイスの測定値を得ることの算術上の困難さを伴わずに、より高いプロセス収率を達成するために、ウェハーの成長表面全体にわたりより一様な熱的性質を達成する能力を顕著に向上させる。
本開示の一実施態様は、化学気相蒸着(CVD)システム用ウェハーキャリアーをカスタマイズするためのシステムを提供する。通常、該ウェハーキャリアーは、中心軸の周りに対称的に形成されたウェハーキャリアー本体と、該中心軸に対して垂直に位置する概して平面状の上面と、該ウェハーキャリアー本体において該上面から窪んだ少なくとも1つのウェハー保持ポケットであって、該少なくとも1つのウェハー保持ポケットの各々が、床面と、該床面を囲みかつ該ウェハー保持ポケットの周辺部を画定する周壁面とを含む、前記ウェハー保持ポケットとを有する。該システムは、少なくとも1つのプロセッサー、少なくとも1つのデータ記憶装置、及び入力/出力設備を有するコンピューティングハードウェアを含むコンピューティングプラットフォーム上にモデル化することができ、該少なくとも1つのデータ記憶装置が、命令を含んでいる。該命令が実行される場合、該コンピューティングプラットフォームに、熱モデルジェネレーターエンジン、熱モデルシミュレーターエンジン、及びポケット床補正エンジンを実行させる。
該熱モデルジェネレーターエンジンは、(a)該ウェハーキャリアーを含む該CVDシステムの物理的及び動作的な特性、並びに(b)該CVDシステム上で実施されることとなるプロセスレシピを規定するプロセスパラメーターを読み込み、かつ該物理的及び動作的な特性に基づいて、仮想CVDシステムを表現したものである熱モデルを生じさせる。
該熱モデルシミュレーターエンジンは、該仮想CVDシステムにおいて生じる伝熱のモデル化を含む該プロセスレシピの少なくとも一部を実施する該熱モデルの動作を計算的にシミュレーションする。該熱モデルシミュレーターエンジンは、該プロセスレシピの1以上のステージで、該熱モデルの一部としてモデル化された仮想ウェハーキャリアーの少なくとも1つのウェハー保持ポケットの少なくとも1つの関心領域における1組の熱的空間的非一様性を生じさせる。
該ポケット床補正エンジンは、該熱モデルの一部としてモデル化された、該ウェハーキャリアーの該少なくとも1つのウェハー保持ポケットの各々の該ポケット床に対する構造的補正を表現したものを計算的に生じさせる。該構造的補正は、該1組の熱的空間的非一様性と、該ポケット床を補正して該少なくとも1つの関心領域の全体にわたって熱均一性の増加を達成するための少なくとも1つの設計ルールを規定する予め規定された熱-ポケット床関係とに基づくものである。該ウェハーキャリアーに対する物理的変更は、該ウェハーキャリアーをカスタマイズするためのシステムによって生じさせた該構造的補正を表現したものに基づいて成すことができる。
本開示の別の実施態様は、化学気相蒸着(CVD)システム用ウェハーキャリアーをカスタマイズするための方法を提供する。コンピューティングシステムにおいて、該ウェハーキャリアーを含む該CVDシステムの物理的及び動作的な特性を規定するプロセスパラメーターに基づいて、熱モデルを生じさせる。該コンピューティングシステムは、該仮想CVDシステムにおいて生じる伝熱のモデル化を含む、該CVDシステム上で実施されることとなるプロセスレシピの少なくとも一部を実施する該熱モデルの動作をシミュレーションし、該シミュレーションすることによって、該プロセスレシピの1以上のステージで、該熱モデルの一部としてモデル化された仮想ウェハーキャリアーの少なくとも1つのウェハー保持ポケットの少なくとも1つの関心領域における1組の熱的空間的非一様性を生じさせる。更に、該方法は、該熱モデルの一部としてモデル化された、該ウェハーキャリアーの該少なくとも1つのウェハー保持ポケットの各々の該ポケット床に対する構造的補正を表現したものを生じさせ、該構造的補正は、該1組の熱的空間的非一様性と、該ポケット床を補正して該少なくとも1つの関心領域の全体にわたって熱均一性の増加を達成するための少なくとも1つの設計ルールを規定する予め規定された熱-ポケット床関係とに基づくものである。実際の物理的ウェハーキャリアーに対して、該ウェハーキャリアーが、該熱モデル及び該モデル化されたプロセスレシピに対して最適化されるように、該構造的補正を表現したものに対応する物理的構造的補正を行う。
本開示の別の実施態様は、中心軸の周りに対称的に形成されたウェハーキャリアー本体と、該中心軸に対して垂直に位置する概して平面状の上面と、該ウェハーキャリアー本体において該上面から窪んだ少なくとも1つのウェハー保持ポケットであって、該少なくとも1つのウェハー保持ポケットの各々が、床面と、該床面を囲みかつ該ウェハー保持ポケットの周辺部を画定する周壁面とを含む、前記ウェハー保持ポケットを備えるウェハーキャリアーを提供する。また、該ウェハーキャリアーは、該少なくとも1つのウェハー保持ポケットによって保持されるウェハーの熱均一性を維持するための伝熱手段を特徴とする。該伝熱手段は、(a)該ウェハーキャリアーを含む該CVDシステムの物理的及び動作的な特性、並びに(b)該CVDシステム上で実施されることとなるプロセスレシピを規定するパラメーターに基づく熱モデルに対して最適化されており、該熱モデルは、仮想CVDシステムを表す。該熱モデルの動作は、仮想CVDシステムにおいて生じる伝熱のモデル化を含む、該プロセスレシピの少なくとも一部を実施する該仮想CVDシステムのために計算的にシミュレーションされ、該計算的シミュレーションは、該プロセスレシピの1以上のステージで、該熱モデルの一部としてモデル化された仮想ウェハーキャリアーの少なくとも1つのウェハー保持ポケットの少なくとも1つの関心領域における1組の熱的空間的非一様性を生じさせる。該伝熱手段は、該熱モデルの一部としてモデル化された、該ウェハーキャリアーの該少なくとも1つのウェハー保持ポケットの各々の該ポケット床に対する計算的に生じさせた構造的補正の物理的実行を構成し、該構造的補正は、該1組の熱的空間的非一様性と、該ポケット床を補正して該少なくとも1つの関心領域の全体にわたって熱均一性の増加を達成するための少なくとも1つの設計ルールを規定する予め規定された熱-ポケット床関係とに基づくものである。
上記の概要は、本開示の各々の図示された実施態様や全ての実施を説明することを意図していない。以下の図面及び詳細な説明は、より詳細には、これらの実施態様を例示する。
(図面の簡単な説明)
添付の図面に関連して、以下の本開示のさまざまな実施態様の詳細な説明を考慮すれば、本開示をより完全に理解することができる。
図1Aは、本開示の実施態様による化学気相蒸着(CVD)装置を示す。 図1Bは、図1Aの装置と共に用いるための、本開示の実施態様によるウェハーキャリアーを示す。 図2Aは、本開示の実施態様による、ウェハーが入ったウェハーポケットを有するウェハーキャリアーの部分断面図を示す。 図2Bは、本開示の実施態様による、図2Aのウェハーポケットの上面図を示す。 図3は、本開示の実施態様によるモデル化-熱分析-ポケット床補正プロセスを示すブロック図である。 図4は、本開示の実施態様により示された、図3のモデル化-熱分析-ポケット床補正プロセスによって実施される一連のデータ処理の視覚的な表示である。 図5は、本開示の実施態様による、インサイチュ熱測定値に少なくとも部分的に基づくモデル化-熱分析-ポケット床補正プロセスを示すブロック図である。 図6は、本開示の実施態様による、モデル化-熱分析-ポケット床補正プロセスのさまざまな態様を、少なくとも部分的に実行することができるコンピューターシステムを示す図である。
本開示の実施態様は、さまざまな変更及び代替形態を受け入れるが、それらの具体的なものを、図面において一例として示し、詳細に説明する。しかしながら、その意図するところは、本開示を説明した特定の実施態様に限定することではないことが理解されるべきである。それどころか、その意図するところは、添付の特許請求の範囲によって規定される本開示の主旨及び範囲に含まれる変更、均等物、及び代替手段の全てを含むことである。
(詳細な説明)
図1Aを参照し、化学気相蒸着(CVD)装置を、本開示の実施態様により示す。反応チャンバー8は、プロセス環境空間を画定する。ガス分配デバイス12が、本明細書ではチャンバー8の「上」端と称されるチャンバー8の一端に配置される。チャンバー8の該一端は、必須ではないが、典型的には、標準重力座標系におけるCVD装置の上部の直近に配される。従って、本明細書で使用される下方は、ガス分配デバイス12から離れる方向を指し;一方で、上方は、チャンバー8内でガス分配デバイス12に向かう方向を指し、これは、これらの方向が、重力の上方及び下方と一線上に揃えられているかどうかによらない。同様に、本明細書においては、要素の「上」面及び「底」面は、チャンバー8及びガス分配デバイス12の座標系を参照して記載される。
ガス分配デバイス12は、ウェハー処理プロセスにおいて用いられるキャリアーガス並びに反応ガス、例えば、金属有機化合物及びV族金属源などのプロセスガスを供給するためのガス供給ユニット14a、14b、14cに接続することができる。一実施態様において、該プロセスガスは、主に、キャリアーガス供給ユニット14bによって供給される窒素等のキャリアーガスで構成することができる。より少ない量の反応性ガス成分を、ガス供給ユニット14a及び14cによって供給し、キャリアーガスによって運搬することができる。ガス分配デバイス12は、さまざまなガスを受け取り、プロセスガスの流れを通常下方に向かわせるように配置される。運転中に、ガス分配デバイス12の温度を所望の温度に維持するために、ガス分配デバイス12を、ガス分配デバイス12を通じて冷媒を流通させるように配置された冷媒系16に接続することもできる。類似の冷媒配置(図示せず)を、チャンバー8の壁を冷却するために提供し得る。ガス分配デバイス12から下方へのガスの連続的な流れを可能とするために、チャンバー8の底部又はその近傍のポート(図示せず)を通じてチャンバー8の内部から使用済みガスを取り除くよう配置された排気システム18を、チャンバー8に取り付けることもできる。
スピンドル20が、チャンバー内に配置され、スピンドルの中心軸22が上方及び下方に延びている。一実施態様において、スピンドルとチャンバー8の壁との間のシールを維持しつつ、スピンドルが、軸22の周りを回転できるように、スピンドルは、ベアリング及びシール(図示せず)を組み込んだ従来の回転式貫通デバイス25によってチャンバーに据えつけられる。スピンドルは、その上端部に(すなわち、ガス分配デバイス12に最も近いスピンドルの端部に)取付け部品24を有し得る。以下でさらに述べるように、取付け部品24は、ウェハーキャリアーと解除可能に係合するよう構成されたウェハーキャリアー保持機構とすることができる。例えば、一実施態様において、取付け部品24は、一般に、スピンドルの上端部に向かって先細りでありかつ平らな上面で終端する円錐台状の要素であって、ここで、該円錐台状の要素は、円すい台の形状を有する要素である。スピンドル20は、スピンドルを軸22の周りに回転させるよう構成された回転式駆動機構26、例えば、電動機に動作可能に連結することができる。
加熱要素70を、取付け部品24の下でスピンドル20を少なくとも部分的に囲むように、チャンバー8内に据えつけることができる。チャンバー8は、副室76に繋がる入口開口部72と、入口開口部72を開閉するためのドア74とを備えることもできる。図1において、ドア74は、単に模式的に示されており、ドアがチャンバー8の内部を副室76から隔離する実線で示された閉位置と、74'に破線で示される開位置との間で移動可能であるものとして示されている。ドア74に、開位置と閉位置との間で移動させるための適切な制御及び動作機構を取り付けることもできる。実際には、ドア74は、例えば、その開示が引用により本明細書に組み込まれている米国特許第7,276,124号に開示されるような、上方及び下方に移動可能なシャッターを備えていてもよい。図1Aに示す装置は、ウェハーキャリアーを副室76からチャンバー8内へと移動させ、該ウェハーキャリアーをスピンドル20と動作状態で係合させることが可能で、かつウェハーキャリアーをスピンドル20から外し副室76内へと移動させることも可能な装填機構(図示せず)をさらに備えていてもよい。
該装置は、1以上のウェハーキャリアー100を備えることもできる。図1Aに示すように、第1のウェハーキャリアー100を、チャンバー8の内部で運転位置に配することができる一方で、第2のウェハーキャリアー100を、副室76内に配することができる。
各々のウェハーキャリアー100は、実質的に中心軸84を有する円板の形態とすることができる本体82を備えることができる(図1Bに示すようなもの)。本体82は、中心軸84の周りに対称的に形成することができる。運転位置においては、ウェハーキャリアー本体82の中心軸84を、スピンドル20の軸22と一致したものとすることができる。本体82は、単一の部品としてか、又は複数の部品の複合体として形成することができる。例えば、その開示が引用により本明細書に組み込まれている米国特許公報第2009/0155028号に開示されているように、ウェハーキャリアー本体は、中心軸84の周囲に本体の小領域を画定するハブ、及び円盤様本体の残りを画定するより大きな部分を備えることができる。本体82は、プロセスを汚染せず、プロセスにおいて直面する温度に耐え得る材料から形成することができる。例えば、本体82は、グラファイト、炭化ケイ素、又は他の耐熱性材料などの材料から、その大部分又は全体を形成することができる。一般に、本体82は、一般に互いに平行に延在し、かつ一般に、本体82の中心軸84に対し垂直な平面状の上面88及び底面90を有し得る。本体82は、1以上のウェハーを収容する特徴、例えば、周壁面107とポケット床105とで画定されるウェハーポケット104も有し得る。ここで、該ウェハーポケット104は、1以上のウェハー102を収容する。
動作中は、上面126及び底面127を有するウェハー102、例えば、サファイア、炭化ケイ素、又は他の結晶性基板から形成される円盤様ウェハーを、各々のウェハーキャリアー100の各々のポケット104内に配することができる。典型的には、ウェハー102は、その主面の寸法と比較して小さい厚みを有する。例えば、直径が約2インチ(50mm)の円形ウェハーは、約430μm以下の厚さであってもよい。図1Aに示すように、ウェハーを、その上面126を上に向け、上面126をウェハーキャリアー100の上部に露出させて、かつその底面127をウェハーポケット104のポケット床105上に載せて配することができる。さまざまな実施態様において、ウェハーキャリアー100が、異なる数量のウェハーを運ぶことに留意すべきである。例えば、一実施態様において、ウェハーキャリアー100は、6枚のウェハー102を収容するよう構成される。別の実施態様において、図1Bに示すように、ウェハーキャリアー100は、12枚のウェハーを収容するよう構成される。
典型的なCVDプロセスにおいて、ウェハーキャリアー100が、その中に装填されたウェハー102とともに、副室76からチャンバー8内へと装填され、図1Aに示すように運転位置に配置される。この状態では、ウェハー102の上面は、ガス分配デバイス12に向かって上を向いている。加熱要素70を起動することができ、かつ回転式駆動機構26が動作して、スピンドル20及び従ってウェハーキャリアー100を軸22の周囲に回転させることができる。いくつかの実施態様において、スピンドル20は、毎分約50〜1500の回転数の回転速度で回転する。プロセスガス供給ユニット14a、14b、及び14cは、ガス分配デバイス12を通じてガスを供給するよう構成されている。ガスは、ウェハーキャリアー100の上面88及びウェハー102の上面126の上をウェハーキャリアー100に向かって下向きに通過し、かつウェハーキャリアー100の周辺部の周囲を下向きに、出口及び排気システム18まで通過する。従って、ウェハーキャリアー100の上面88及びウェハー102の上面126が、さまざまなガス供給ユニット14a〜14cによって供給されるさまざまなガスの混合物を含むプロセスガスに曝される。
1以上のヒーター70を、ウェハーキャリアー100の底面90に、主として、放射伝熱によって伝熱するよう構成することができる。ウェハーキャリアー100の底面90に加えられた熱は、ウェハーキャリアー100の本体82及びウェハー102の上面126を通ってウェハーキャリアー100の上面88まで、上に流れる。熱は、ウェハーキャリアー100の上面88及びウェハー102の上面126から、反応チャンバー8内のより冷たい要素、例えば、プロセスチャンバー8の壁まで、かつガス分配デバイス12まで放射状に広がる。熱は、ウェハーキャリアー100の上面88及びウェハー102の上面126から、これらの表面を通過するプロセスガスにも伝えられる。
図1Aに示すように、CVDシステムは、各々のウェハー102の上面126の加熱の均一性を決定するよう設計された特徴を備えることができる。例えば、一実施態様において、温度プロファイリングシステム130を、温度モニター120からの温度測定値を含み得る温度情報122を受け取るように構成することができる。例えば、一実施態様において、温度モニター120は、温度を測定するための非接触式機器、例えば、光高温計又は赤外線温度センサーとすることができる。また、温度プロファイリングシステム130は、一実施態様においては、回転式駆動機構26から手に入れることができるウェハーキャリアー位置情報を受け取ることができる。この情報を用いて、温度プロファイリングシステム130は、ウェハーキャリアー100上のウェハー102の温度プロファイルを構築することができる。温度プロファイルは、ウェハー102の各々の表面126上の熱分布を表すことができる。温度モニター120、温度プロファイリングシステム130、及びそれらの動作の例は、その開示が引用により本明細書に組み込まれている米国特許公報第2013/0167769号に記載されている。
図2Aを参照し、ウェハー102が入ったウェハーポケット104を有するウェハーキャリアー100の部分断面図を、本開示の実施態様により示す。図2Bは、図2Aのウェハーポケット104の上面図を示す。一実施態様において、ウェハーキャリアー100は、グラファイト、SiC、金属、又はセラミックなどの数多くの種類の材料で形成することができる。一実施態様においては、ウェハーキャリアー100を、異なる材料の局所において追加の材料103を簡単に受け入れることのできる材料か、又は局所において異なる配向性を有するか又は修飾された性質を有する同じ材料で形成することが望ましい。例えば、図2Aに示すように、ウェハーポケット104のポケット床105及び/又は周壁面107に加えられた追加の材料103を、ウェハー102に追加の支持体を提供するように、かつ/又は熱的非一様性を補償するように構成することができる。一実施態様において、追加の材料103を、輪郭形成装置(contouring apparatus)によってポケット床105及び/又は壁面107に加えるか又はそれから取り除くことができる。
追加の材料103を、ウェハー102の周壁面107に沿っていくつかの部位に配置することができる。追加の材料103は、矩形、階段状、三角形、又は傾斜状の形状とすることができる。材料103は、例えば、蒸着、スパッタリング、めっき、CVD、又は追加の支持体をその中に配置することによって加えることができる。ウェハーキャリアー100を部分的にマスクすることができ、その結果、追加の材料103が、ウェハーキャリアー100のあるエリアのみに蒸着される。図2Bに示すように、ウェハーポケット104及び/又は追加の材料103が、ウェハー102のポケット床105から底面127まで伸びるさまざまな隙間又はステップ高106を画定することができる。いくつかの実施態様において、ステップ高106の変化は、ウェハー102の上面126の全体にわたりより一様な温度プロファイルを促進するように、ウェハーキャリアー100の熱伝導度に影響を及ぼし得る。
一実施態様において、ポケット床105の部分は、ウェハー102のポケット床105から底面127まで伸びるさまざまなステップ高106を調整するように輪郭が除かれている(contoured away)。例えば、一実施態様において、ウェハーキャリアー100は、初めに、最終のポケット床105を作製するのに材料の除去のみを実施する必要があるように、完成したポケット床105内で予想される最大高さの点と等しい高さを有するポケット床105を用いて作製される。例えば、ウェハーキャリアー100のポケット104内の局所を機械加工することによって、材料をウェハーキャリアー100から取り除くことができる。そのような実施態様においては、予め規定された輪郭に一致するように局所領域において簡単に機械加工できる材料でウェハーキャリアー100を形成することが望ましい。ウェハーキャリアー100は、連続的な輪郭で機械加工することができるか、又は専用の切削工具でペッキング加工(pecking)することによって局所において機械加工することができる。例えば、小径のひし形切削工具を使用し得る。高速度で動作する切削工具、例えば、空気タービンスピンドルを用いる切削工具は、小ピクセルを機械加工するのに必要とされる比較的高い正確度を提供することができる。
一実施態様において、ウェハーキャリアー100を製造又は改造して、ウェハーキャリアー100を使用するCVDプロセスの熱的-空間的計算的なモデルに基づくウェハー加熱均一性を向上させることができる。図3を参照し、ウェハーキャリアー100をウェハー加熱均一性を向上するようにカスタマイズするよう構成されたシステムのブロック図を、本開示の実施態様により示す。該システムは、熱モデルジェネレーターエンジン304、熱モデルシミュレーターエンジン308、ポケット床補正エンジン312、及び変更制御エンジン318を備えることができる。
一実施態様において、これらのエンジンを、コンピューターシステムの一部として実行することができる。コンピューターシステムは、1台の物理的機械としてもよく、又は例えば、役割もしくは機能ごとに、又はクラウドコンピューティング分散モデルの場合にはプロセススレッドごとに、複数の物理的機械間に分散させることもできる。さまざまな実施態様において、本開示の態様は、仮想機械内で実行するよう構成することができ、それは、次に、1以上の物理的機械上で実行される。当業者であれば、本開示の実施態様が、さまざまな異なる適当な機械インプリメンテーションによって実現し得ることを理解するであろう。
より一般的には、各々のエンジンを、機能又は1組の機能を実施するようプログラム化することができるか、又は、別の方法で構成することができる。一般に、本文脈におけるエンジンという用語は、例えば、特定用途向け集積回路(ASIC)もしくはフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)により、ハードウェアを用いるか、又は、例えば、マイクロプロセッサーシステムと、エンジンを(それが実行されている間に)マイクロプロセッサーシステムを専用デバイスに変える特定の機能を実行するように構成する1組のプログラム命令によって、ハードウェアとソフトウェアとの組合せとして実行される現実世界のデバイス、構成要素、又は構成要素の配列を意味する。エンジンを、ある機能がハードウェアのみによって支援され、かつ別の機能がハードウェアとソフトウェアとの組合せによって支援される2つの組合せとして実行することもできる。ある実施において、適切な場合には、エンジンを、マルチタスキング、マルチスレッディング、分散(例えば、クラスター、ピア・トゥ・ピア、クラウドなど)処理、又は他のそのような技術を用いて実行しつつ、該エンジンの少なくとも一部分、及び場合によっては全てを、オペレーティングシステム、システムプログラム、及びアプリケーションプログラムを実行する1以上のコンピューターのプロセッサー上で実行することができる。従って、各々のエンジンは、さまざまな適当な構成で実現することができ、一般に、そのような限定が明示的に記載されている場合を除いては、本明細書において例示される何らかの特定の実施に限定されるべきではない。加えて、エンジンそれ自体を、各々をそれ自体でエンジンと見なすことができる2つ以上のサブエンジンで構成することもできる。さらに、本明細書に記載される実施態様において、さまざまなエンジンの各々は、規定された機能に対応している;しかしながら、別の想定される実施態様においては、各々の機能を、2つ以上のエンジンに分散させてもよいことを理解すべきである。同様に、別の想定される実施態様において、規定された複数の機能を、それら複数の機能を、場合により、他の機能と一緒に行う単一のエンジンによって実行してもよく、又は本明細書において実施例に具体的に示されるものとは異なるように1組のエンジン間で分散してもよい。
各々のプロセスレシピは、プロセスパラメーター302の観点から規定される。プロセスパラメーター302は、CVDシステムの物理的及び動作的な特性(例えば、反応チャンバー8及びウェハーキャリアー100の構造及びジオメトリー、材料に影響を及ぼす動作パラメーター、ガスの流れ、加熱要素70の位置、サイズ、及びジオメトリー、反応チャンバー8の内部及びウェハーキャリアー100の中またはその近くでの熱流束及び熱放射、ウェハーキャリアー100の動き、反応チャンバー8内のガス圧力など)を規定することができる。プロセスパラメーター302は、さらに、CVDシステム上で実施されることとなるプロセスレシピ(例えば、温度設定点、プロセスのイベント又は動作のタイミング、など) を規定することができる。プロセスパラメーター302は、使用されるウェハー102の特性も規定することができる。一実施態様において、プロセスパラメーター302は、1又は複数の、有体物である非一時的なコンピューター可読データ記憶媒体に保存された1以上のデータ構造として具体化される。
一実施態様において、熱モデルジェネレーターエンジン304は、プロセスパラメーター302を読み込むことができ、かつある期間、例えば任意のCVDシステムを用いた化学反応の期間にわたって、実際のCVDシステムを正確に表すよう構成された仮想CVDシステムを表す熱モデル306を作製することができる。例えば、熱モデル306は、規定されたプロセスパラメーター302に少なくとも部分的に基づいて1以上のウェハー102及び/又はウェハーキャリアー100に出入りする理論上の熱放射を計算することができ、それにより、仮想CVDシステムにおいて起こる伝熱がシミュレーションされる一方で、プロセスレシピが実施される。一実施態様において、熱モデル306は、ウェハー102の熱ブランケット効果を考慮に入れる。一実施態様において、熱モデル306は、温度に基づき、かつ任意に、ウェハー102上で蒸着又は反応する構造及び材料にさらに基づきウェハー102の反りを考慮に入れる。
一実施態様において、熱モデルジェネレーターエンジン304を使用して、結果として得られる熱モデル306を使用して任意の有限の時間増分の間のCVDシステムの一部の全体にわたる温度グラジエント及びより広い期間にわたる温度グラジエントに対する変更を決定できるように、より広い期間にわたる一連の有限の時間増分で仮想CVDシステムにおいて起こる伝熱をモデル化することができる。例えば、有限要素解析(FEA)技術を使用して、熱モデル306を作成することができる。熱モデル306は、1つ又は複数の、有体物の非一時的なコンピューター可読データ記憶媒体に保存された、CVDシステム(プロセスチャンバー、ウェハーキャリアー、熱源、及び材料流などを含む)の1以上のデータ構造として具体化することができる。
一実施態様において、熱モデルシミュレーターエンジン308は、熱モデル306を実行して、熱的空間的な非一様性モデル310を作成する。該熱的空間的非一様性モデル310は、時間の関数としての、少なくとも1つのウェハー102及び/又はウェハーキャリアー100の少なくとも1つの関心領域の時間変動空間温度分布を表す。一実施態様において、熱的空間的非一様性モデル310は、シミュレーションされたCVDプロセスが実施されるときに、ウェハーキャリアー100内に保持されたウェハー102の温度の空間分布を表現したものを生じさせることができる。従って、一実施態様において、動的な熱モデル化310は、米国特許第8,486,726号に記載されているような、プロセスを用いて作製された実際のデバイスの測定された発光波長からではなく、熱モデル306によって表される1以上のプロセスの計算的なモデル化から、これらのプロセスを実際のCVDシステム内で実施することなく導かれ、それにより、実世界での構成要素を作製する必要性が軽減され、顕著に試験の費用が削減される。
熱的空間的非一様性モデル310は、名目温度、及び関心領域のより熱い部分及びより冷たい部分を表すことができる。熱モデルシミュレーター308の出力には、各々のプロセス内での1以上のクリティカルポイントの関心領域の熱的空間的非一様性310を表すデータが含まれ得る。例えば、熱的空間的非一様性モデル310を、作製されるデバイスの熱感受性部分が形成される時、例えば、MQW構造の形成の間に特殊化することができる。一実施態様において、熱的空間的非一様性モデル310は、2つ以上の熱モデル306から、熱的空間的非一様性モデル310が該さまざまな熱モデル306にわたる少なくとも1つのウェハー102及び/又はウェハーキャリアー100の少なくとも1つの関心領域における平均時間変動空間温度分布を表すように作成される。
一実施態様において、ポケット床補正エンジン312は、熱的空間的非一様性モデル310の関数及び熱的ポケット床関係314に基づいて、ポケット床105に対してなされるべき構造的補正316を表現したものを生じさせることができる。熱-ポケット床関係314は、ポケット床105を改造するための少なくとも1つの設計ルールを規定することができる。例えば、一実施態様において、熱-ポケット床関係314は、ポケット床105とウェハー102の底面127との間のさまざまなステップ高106の熱伝導度を規定することができる(例えば、ポケット床105に対してのウェハー102の近さと所与の名目温度での温度補正との間の関係)。一実施態様において、所与のステップ高106と対応する温度差との間の関係は、単位温度あたりの距離として定義することができる(例えば、1℃あたり6.8ミクロン、ここで、ウェハーポケットのある関心領域でのポケット床とウェハーとの間の隙間の6.8ミクロンの減少は、該関心領域にわたって1℃の該ウェハーでの温度上昇をもたらす)。
一実施態様において、前記熱-ポケット床関係314は、ウェハーキャリアーポケット104の異なる領域の位置を考慮に入れた規定された関係を含む。例えば、単位温度あたりの距離の関係を、該点のポケット104の中央からの半径の観点からウェハー102上の所与の点について規定することができる。この改良は、ポケット床105からだけでなく、ウェハー102の下のポケット104の周壁107からの熱放射、及びウェハー102と、ポケット104の周壁107又はその上でウェハー102がポケット床105の上方で支持される追加の材料103との接点を介する熱伝導を意味する。
一実施態様において、前記熱-ポケット床関係314は、ウェハー102の反りを考慮に入れる。反り補正は、温度、ウェハー厚、ウェハー材料、ウェハー直径、ウェハー102上に形成されたデバイス構造、又はそれらの任意の組み合わせの関数とすることができる。特に、ヒ化ガリウム及びサファイアウェハー102は、ポケット床105をより凹状とする必要があるほどに反る傾向があり;一方で、シリコンウェハー102は、反対の方向に反る傾向があり、ポケット床105をより凸状とすることが要求される。反り補正は、実験によるデータに基づいたものとすることができ、式及び内挿に基づき処理条件のバリエーションを考慮したものとすることもできる。
一実施態様において、熱-ポケット床関係314は、ポケット床105構造の製造性を向上させるためのルールを含む。そのようなルールの例としては、最小図形寸法化(minimum feature sizing)(例えば、工作機械、ルーチングビットサイズ(routing bit size)などに対応)の実施、耐久性を維持するためのルール(例えば、取扱い中に壊れる恐れのある幅狭の突起を避けること、クリーニング、又はウェハーキャリアーを用いた処理)、及び材料の望ましくない蓄積が起こり得るとともに、プロセスの加熱均一性性能に影響を及ぼすか、キャリアーのクリーニングにおいて難題をもたらすかのいずれかの可能性がある角や空洞を避けるルールが挙げられる。
計算された構造的補正316は、熱モデル306において用いられたポケット床105のモデル化されたプロファイルに対する変更を表すことができる。特に、構造的補正316は、熱的空間的非一様性を減少させるのに役立ち得る。構造的補正316を実際の物理的なウェハーキャリアー100に加えて、モデル化されていた実際のプロセスにおける実際の性能を向上することができる。これは、ポケット床105を作製すること、又は例えば、ステップ高106を調整することによってポケット床105を改造することによって達成し得る。上述のように、材料を、ポケット104に加えるか、ポケット104から取り除くかのいずれかを行い得る。
一実施態様において、構造的補正316は、変更制御エンジン318に入力され、変更制御エンジン318は、該変更をウェハーキャリアー100に対して実際に行うための変更制御命令319を生じさせる。例えば、一実施態様において、変更制御命令319は、コンピューター数値制御(CNC)機械加工命令の形態とすることができる。一実施態様において、変更制御命令319は、ヒトであるオペレーターが読んで理解することができる機械製図又は他の仕様書を含む。一実施態様において、変更制御命令319は、材料蒸着システムに材料をウェハーキャリアー100に添加させるマスキング及び加工命令を含む。19を介した変更制御命令のさまざまな実施態様の組合せもまた想定される。
図4を参照し、図3のシステムによって実施される一連のデータ処理の視覚的な表示を、本開示の実施態様により示す。熱モデル306は、ある期間にわたるCVDシステムの熱的性質を示す動的モデルである。図4に示す熱モデル306は、より広い期間内での有限の時間増分にわたるウェハーキャリアー100の熱的性質を表す。熱モデルシミュレーターエンジン308による処理の後に、ウェハー102にわたる温度変動の分布を表す熱的空間的非一様性モデル310を生じさせる。ここでは、ウェハーキャリアー100に関連する熱情報は取り除かれる。構造的補正316は、熱的空間的非一様性モデル310と前記熱-ポケット床関係314との関数として計算される。図4の構造的補正316において示される輪郭は、熱的空間的非一様性モデル310の熱的非一様性を減少させるのに必要な相対的なポケット床高さを表す。
図3においてさらに示されるように、一実施態様において、ポケット床補正エンジン312は、さらに、ウェハーキャリアージオメトリー最新情報320を出力することができ、これは、ウェハーキャリアー100のモデルの最新情報であり、次いで、プロセスパラメーター302に組み込まれて、それから、熱モデルジェネレーターエンジン304によって後続の熱モデル306を生じさせる。この動作は、変更制御命令319の更なる改良のためのモデル化-熱分析-ポケット床補正プロセスの追加の繰り返しを構成する。この手法によって、修正されたポケット床プロファイルが、熱モデルシミュレーターエンジン308によって評価される。
一実施態様において、熱モデルシミュレーターエンジン308は、先行の繰り返し及び後続の繰り返しに起因する熱的空間的非一様性を比較し、ここで、進行する熱的空間的非一様性モデル310と後続の熱的空間的非一様性モデル310との間で予め規定された変化閾値を超えた場合に、更なる繰り返しが要求される。変化が予め規定された変化閾値を超えない場合には、ポケット床補正は、十分に最適化されたと見なされ、かつウェハーキャリアー100の物理的変更のための構造的補正316を、変更制御エンジン318に出力することができる。
ウェハーキャリアーカスタマイズ化機械ブロック330は、物理的なウェハーキャリアーの変更を行って、変更制御命令319によりウェハーポケット104ジオメトリーをカスタマイズする1以上のツール、機械、因子などを表す。ウェハーキャリアー100変更の結果は、計算的なモデルに対して最適化されたポケット床105ジオメトリーを有するウェハーキャリアー100である。従って、物理的ウェハーキャリアー100変更の有効性は、計算的なモデル、熱分析306、及び構造的補正316の正確度の影響下にある。
さまざまな実施態様において、プロセスパラメーター302、熱モデル306、熱的空間的非一様性モデル310、熱-ポケット床関係314、構造的補正316、変更制御命令319、及びウェハーキャリアージオメトリー最新情報320は、それぞれ、非一時的コンピューター可読記憶媒体に保存された1以上のデータ構造として実行される。ファイル、ストリング、ベクター、アレイ、スタック、キュー、連鎖リスト、ツリー、データベース、ビットマップなどを含むが、これらに限定されない任意の適当なデータ構造形態を利用することができる。
他の実施態様において、ウェハーキャリアー100を使用し得る複数の異なるプロセスレシピに対応する複数の熱モデル306が作成される。本手法によれば、複数の動的モデル310が熱モデルシミュレーター308によって作成される。また、ポケット床補正エンジン312によって構造的補正316が作成される前に、各々のモデル化されたプロセスレシピに対応する動的モデル310を、該さまざまな動的モデル310を(例えば、平均化するか、又は別の方法で集約することによって)該さまざまなプロセスレシピを表す単一のマップへと計算的に組み合わせる。そのとき計算される構造的補正316は、もはや、モデル化されたプロセスレシピのいずれにも最適化されておらず;むしろ、それらは、集約された熱的空間的非一様性モデル310に最適化されている。
いくつかの実施態様において、熱モデル306は、CVD反応チャンバー8内での実際の処理の間又はCVDシステムによるデータ収集動作の間のいずれかになされる実際のインサイチュ温度測定値に基づく。図5を参照し、実際の温度測定データに基づくウェハーキャリアー100をカスタマイズするためのシステムを、本開示の実施態様により示す。温度プロファイリングシステム130は、温度データ収集の方法に応じて、ウェハー100、ウェハーポケット104、又はウェハー102の温度プロファイルを構築する。従って、インサイチュ熱測定値502は、温度プロファイリングシステム130(上述)によって、構築された温度プロファイルとしてか、温度プロファイルのさらなる処理に基づくかのいずれかで得られる。インサイチュ熱測定値502は、熱モデル分析装置508に提供され、熱モデル分析装置508は、インサイチュ熱測定値502を処理して熱的空間的非一様性モデル510を作成する。熱的空間的非一様性モデル510は、該モデルが、上述の純粋に計算的なモデルに基づくのではなく物理的システムからの実際の測定された温度データに基づくことを除けば、上述の熱的空間的非一様性モデル310と原則として類似のものとすることができる。
一実施態様において、熱モデル分析装置508は、インサイチュ温度測定に関連するさまざまな現象又は寄生効果を考慮する特定の処理を行う。例えば、ウェハーポケット104に配置されたウェハー102を含むデータの収集試行において、ウェハー102を経由して測定される温度は、ウェハーキャリアーポケット100から放射状に広がる熱の一部を吸収又は反射するウェハー102のために正しくはない。従って、一実施態様において、ウェハー102の存在によって導入される不正確性のために、測定された温度に対して補正が加えられる。該補正は、吸収/反射特性の経験的な理解に基づくことができ、かつウェハー102の寸法及び材料の関数として規定することができる。一実施態様において、内挿補正が加えられ、温度プロファイリングシステム130のビューポート上のスポット又は他の妨害が原因の測定不正確性が相殺される。
一実施態様において、温度測定は、空のウェハーキャリアー100に対して(ウェハー無しで)行われる。ここでは、熱モデル分析装置508は、ウェハー102への伝熱、ウェハー102のブランケット効果、ウェハー102の反りなどを含む、ウェハーの存在の効果をシミュレーションする。本例示的実施態様において、熱的空間的非一様性510は、部分的に、実際のインサイチュ熱測定から得られ、かつ部分的に、計算的シミュレーションに基づき得られる。
図5に表される残りの要素は、図3に存在するものと一致する参照番号でマークされ、かつ上述の通り動作するよう構成される。
図6を参照し、モデル化-熱分析-ポケット床補正プロセスを実行することができるコンピューターシステム600を、本開示の実施態様により示す。コンピューターシステム600は、コンピューティングデバイス、例えば、パーソナルコンピューター602を備えることができる。パーソナルコンピューター602は、1以上の処理ユニット604、システムメモリー606、ビデオインターフェース608、出力用周辺インターフェース610、ネットワークインターフェース612、ユーザー入力インターフェース614、リムーバブル616及び非リムーバブル618メモリーインターフェース、並びに該さまざまな構成要素を繋ぐシステムバス又は高速通信チャネル620を備えることができる。一実施態様において、処理ユニット604は、コンピューター可読媒体、例えば、システムメモリー606又はリムーバブル616及び非リムーバブル618メモリーインターフェース618に取り付けられたメモリー上に保存された情報を処理することができる複数の論理コアを有し得る。コンピューター602システムメモリー606は、不揮発性メモリー、例えば、読み出し専用メモリー(ROM)622又は揮発性のメモリー、例えば、ランダムアクセスメモリー(RAM)624を備えることができる。ROM 622は、コンピューター602の他の部分との通信に役立つベーシックインプット/アウトプットシステム(BIOS)626を備えることができる。RAM 624は、さまざまなソフトウェアアプリケーション、例えば、オペレーティングシステム628、アプリケーションプログラム630、及び他のプログラムエンジン632の部分を記憶することができる。更に、RAM 624は、他の情報、例えば、プログラム又はアプリケーションデータ634を記憶することができる。一実施態様において、RAM 624は、短い待ち時間及び効率的なアクセスを要求する情報、例えば、操作中又は動作中のプログラム及びデータを記憶する。一実施態様において、RAM 624は、ダブルデータレート(DDR)メモリー、エラー訂正メモリー(ECC)、又は可変待ち時間及び構成の他のメモリー技術、例えば、RAMBUS又はDDR2及びDDR3を備える。従って、システムメモリー606は、入力データ記憶、アクセス認証データ記憶、動作メモリーデータ記憶、命令セットデータ記憶、分析結果データ記憶、及び動作メモリーデータ記憶を記憶することができる。更に、一実施態様において、処理ユニット604を、情報へのアクセスが認められる前にアクセス認証情報を要求することで、上述のデータ記憶へのアクセスを制限する命令を実行するよう構成してもよい。
リムーバブル616及び非リムーバブル618メモリーインターフェースは、コンピューター602を、ディスクドライブ636、例えば、SSD又は回転式ディスクドライブに連結し得る。これらのディスクドライブ636は、さまざまなソフトウェアアプリケーション、例えば、オペレーティングシステム638、アプリケーションプログラム640、及び他のプログラムエンジン642のさらなる記憶を提供し得る。更に、ディスクドライブ636は、他の情報、例えば、プログラム又はアプリケーションデータ644を記憶することができる。一実施態様において、ディスクドライブ636は、他の記憶媒体におけるものと同じ短い待ち時間を要求しない情報を記憶する。更に、オペレーティングシステム638、アプリケーションプログラム640データ、プログラムエンジン642、及びプログラム又はアプリケーションデータ644を、上で言及した実施態様においてRAM 624に保存されたものと同じ情報とすることもでき、又はそれを、場合によっては、RAM 624に保存されたデータの派生物である異なるデータとしてもよい。
更に、リムーバブル不揮発性メモリーインターフェース616は、コンピューター602を、磁気メディア、例えば、フロッピーディスク648、Iomega(登録商標)Zip又はJazzを利用するポータブル磁気ディスクドライブ646、又はコンピューター可読媒体、例えば、Blu-Ray(登録商標)、DVD-R/RW、CD-R/RW、及び他の類似の形式の保管のために光学媒体652を利用する光ディスクドライブ650に連結し得る。さらに別の実施態様は、ポータブル筐体に収容されたSSD又は回転式ディスクを利用して、リムーバブルメモリーの容量を増加させる。
コンピューター602は、ネットワークインターフェース612を利用して、ローカルエリアネットワーク(LAN)658又はワイドエリアネットワーク(WAN)660を通じて1以上のリモートコンピューター656と通信してもよい。ネットワークインターフェース612は、ネットワークインターフェースカード(NIC)又は他のインターフェース、例えば、モデム662を利用して、通信を可能としてもよい。モデム662は、電話線、同軸ケーブル、光ファイバー、電力線を通じてか、又は無線で通信可能とすることができる。リモートコンピューター656は、類似のハードウェア及びソフトウェア構成を含むことができるか、又は追加のコンピューター可読命令をコンピューター602に提供してもよいリモートアプリケーションプログラム666を含むメモリー664を有することができる。いくつかの実施態様において、リモートコンピューターメモリー664を利用して、情報、例えば、後にローカルシステムメモリー606にダウンロードしてもよい識別されたファイル情報を記憶することができる。更に、リモートコンピューター656を、アプリケーションサーバー、管理サーバー、クライアントコンピューター、又はネットワークアプライアンスとすることができる。
ユーザーは、ユーザー入力インターフェース614に接続された入力デバイス、例えば、マウス668及びキーボード670を用いてコンピューター602に情報を入力してもよい。さらに、該入力デバイスを、トラックパッド、指紋スキャナー、ジョイスティック、バーコードスキャナー、メディアスキャナーなどとすることができる。ビデオインターフェース608は、ディスプレー、例えば、モニター672に視覚情報を提供してもよい。ビデオインターフェース608は、埋め込み型インターフェースとすることができるか、又はそれを、個々に分離したインターフェースとしてもよい。更に、コンピューターは、コンピューター602の動作の柔軟性を増加させるために、複数のビデオインターフェース608、ネットワークインターフェース612、及びムーバブル616及び非リムーバブル618インターフェースを利用してもよい。更に、さまざまな実施態様は、いくつかのモニター672及びいくつかのビデオインターフェース608を利用して、コンピューター602の性能及び機能を変化させる。他のコンピューターインターフェース、例えば、出力用周辺インターフェース610を、コンピューター602に含めてもよい。該インターフェースを、プリンター674、又はスピーカー676、又は他の周辺機器に連結して、コンピューター602に追加の機能を提供してもよい。
コンピューター602のさまざまな代替構成及び実施が、本開示の主旨の範囲内となる。これらの変形形態は、システムバス620に連結された追加のインターフェース、例えば、ユニバーサルシリアルバス(USB)、プリンターポート、ゲームポート、PCIバス、PCI Express、又は上述のさまざまな構成要素のチップセット構成要素、例えば、ノースブリッジ又はサウスブリッジへの組込みを備えていてもよいが、これらに限定するものではない。例えば、さまざまな実施態様において、処理ユニット604は、システムメモリー606からのデータの、システムバス620が提供するであろうものよりも効率的な移行を可能とする埋め込み型メモリーコントローラ(図示せず)を備えていてもよい。
当業者は、実施態様が、上述の任意の個々の実施態様に示されたものよりも少ない数の特徴を含み得ることを認識するであろう。本明細書に記載される実施態様は、さまざまな特徴を組み合わせ得る方法の網羅的な提示を意味しない。従って、実施態様は、相互に排他的な特徴の組合せではなく;むしろ、実施態様は、当業者により理解されるように、異なる個々の実施態様から選択される異なる個々の特徴の組合せを含み得る。さらに、一実施態様に関して説明した要素は、たとえ他の実施態様において記載されていないとしても、特に断りのない限り、そのような実施態様において実行することができる。
さらに、本明細書における「一実施態様」「実施態様」、又は「いくつかの実施態様」に対する言及は、該実施態様に関連して説明される特定の特色、構造、又は特徴が、教示の少なくとも1つの実施態様に含まれることを意味する。本明細書におけるさまざまな場所での句「一実施態様において」の出現は、すべてが必ずしも同一の実施態様を指しているわけではない。
上述の参照による文書の組み込みはいかなるものであれ、本明細書における明示的な開示に反する主題が組み込まれないよう制限される。上述の参照による文書の組み込みはいかなるものであれ、該文書に含まれる請求項が引用により本明細書に組み込まれないようさらに制限される。上述の参照による文書の組み込みはいかなるものであれ、該文書において提供されるいかなる定義も、本明細書に明示的に含まれる場合を除き、引用により本明細書に組み込まれないようさらにまた制限される。
請求項を解釈する目的のために、具体的な用語「ための手段」や「ための工程」が請求項に記載されている場合を除き、米国特許法第112条第6項の規定が行使されるべきではないことが明示的に意図される。

Claims (28)

  1. 化学気相蒸着(CVD)システム用ウェハーキャリアーをカスタマイズするためのシステムであって、
    該ウェハーキャリアーが、中心軸の周りに対称的に形成されたウェハーキャリアー本体と、該中心軸に対して垂直に位置する概して平面状の上面と、該ウェハーキャリアー本体において該上面から窪んだ少なくとも1つのウェハー保持ポケットであって、該少なくとも1つのウェハー保持ポケットの各々が、床面と、該床面を囲みかつ該ウェハー保持ポケットの周辺部を画定する周壁面とを含む、前記ウェハー保持ポケットとを有し、
    該システムが:
    少なくとも1つのプロセッサー、少なくとも1つのデータ記憶装置、及び入力/出力設備を有するコンピューティングハードウェアを含むコンピューティングプラットフォームであって、該少なくとも1つのデータ記憶装置が、該コンピューティングプラットフォーム上で実行される場合に、該コンピューティングプラットフォームに:
    (a)該ウェハーキャリアーを含む該CVDシステムの物理的及び動作的な特性、並びに(b)該CVDシステム上で実施されることとなるプロセスレシピを規定するプロセスパラメーターを読み込み、かつ該物理的及び動作的な特性に基づいて、仮想CVDシステムを表現したものである熱モデルを生じさせる熱モデルジェネレーターエンジンと;
    該仮想CVDシステムにおいて生じる伝熱のモデル化を含む該プロセスレシピの少なくとも一部を実施する該熱モデルの動作を計算的にシミュレーションする熱モデルシミュレーターエンジンであって、該プロセスレシピの1以上のステージで、該熱モデルの一部としてモデル化された仮想ウェハーキャリアーの少なくとも1つのウェハー保持ポケットの少なくとも1つの関心領域における1組の熱的空間的非一様性を生じさせる、前記熱モデルシミュレーターエンジンと;
    該熱モデルの一部としてモデル化された、該ウェハーキャリアーの該少なくとも1つのウェハー保持ポケットの各々の該ポケット床に対する構造的補正を表現したものを計算的に生じさせるポケット床補正エンジンであって、該構造的補正が、該1組の熱的空間的非一様性と、該ポケット床を補正して該少なくとも1つの関心領域の全体にわたって熱均一性の増加を達成するための少なくとも1つの設計ルールを規定する予め規定された熱-ポケット床関係とに基づくものである、前記ポケット床補正エンジンと
    を実行させる命令を含む、前記コンピューティングプラットフォームと、
    該ウェハーキャリアーが、該熱モデルに対して最適化されるように、該ウェハーキャリアー本体上に、該構造的補正を表現したものに対応する物理的な構造的補正を機械的に形成するよう構成された輪郭形成装置と
    を備える、前記システム。
  2. 前記熱モデルが、物理的なCVDシステムの反応チャンバー内でなされる実際のインサイチュ温度測定値に部分的に基づくものである、請求項1記載のシステム。
  3. 前記構造的補正を表現したものを読み込み、かつ該構造的補正に従って物理的ウェハーキャリアーに対して物理的変更を行うための命令を計算的に生じさせる、前記コンピューティングプラットフォームによって実行される変更制御エンジンをさらに備える、請求項1記載のシステム。
  4. 前記ポケット床補正エンジンが、さらに、前記仮想ウェハーキャリアーに対する変更を規定するウェハーキャリアージオメトリー最新情報を出力し、かつ前記熱モデルジェネレーターエンジンが、適用されている該仮想ウェハーキャリアーに対する該変更に基づく新たな熱モデルを生じさせ、かつ該新たな熱モデルのシミュレーションの結果を、以前の熱モデルのものと比較するよう構成されている、請求項1記載のシステム。
  5. 前記仮想CVDシステムを表現したものが、前記プロセスレシピに対応する、仮想プロセスチャンバー、仮想ウェハーキャリアー、仮想熱源、及び仮想材料流を表現したものを含む、請求項1記載のシステム。
  6. 前記熱モデルシミュレーターエンジンが、前記プロセスレシピが前記仮想CVD装置によって実施されるときの時間の関数として、前記少なくとも1つの関心領域の時間変動空間温度分布を表す動的モデルを処理する、請求項1記載のシステム。
  7. 前記熱モデルシミュレーターエンジンが、前記1組の熱的空間的非一様性を生じさせる前記プロセスレシピの前記1以上のステージが、量子井戸構造が形成される製作プロセスのクリティカルポイントとなる、請求項1記載のシステム。
  8. 前記熱モデルシミュレーターエンジンが、前記関心領域の温度に対するウェハーの熱ブランケット効果をシミュレーションする、請求項1記載のシステム。
  9. 前記熱モデルシミュレーターエンジンが、温度に基づきウェハーの反りをシミュレーションする、請求項1記載のシステム。
  10. 前記熱モデルジェネレーターエンジンが、各々が異なるプロセスレシピに対応する複数の熱モデルを生じさせ、かつ前記1組の熱的空間的非一様性が、該複数の熱モデルの組合せに基づくものである、請求項1記載のシステム。
  11. 前記熱-ポケット床関係が、プロセス条件の関数としてのウェハーの反りを考慮に入れる、請求項1記載のシステム。
  12. 前記熱-ポケット床関係が、ポケット床補正の製造性の容易さを考慮したルールを含む、請求項1記載のシステム。
  13. 前記仮想ウェハーキャリアーの前記少なくとも1つのウェハー保持ポケットの前記少なくとも1つの関心領域が、前記仮想ウェハーキャリアーの一部としてモデル化された仮想ウェハーを含む、請求項1記載のシステム。
  14. 前記仮想ウェハーキャリアーの前記少なくとも1つのウェハー保持ポケットの前記少なくとも1つの関心領域が、本質的に、該少なくとも1つのウェハー保持ポケットの各々における仮想ウェハーからなり、該仮想ウェハーが該仮想ウェハーキャリアーの一部としてモデル化されている、請求項1記載のシステム。
  15. 化学気相蒸着(CVD)システム用ウェハーキャリアーをカスタマイズするための方法であって、
    該ウェハーキャリアーが、中心軸の周りに対称的に形成されたウェハーキャリアー本体と、該中心軸に対して垂直に位置する概して平面状の上面と、該ウェハーキャリアー本体において該上面から窪んだ少なくとも1つのウェハー保持ポケットであって、該少なくとも1つのウェハー保持ポケットの各々が、床面と、該床面を囲みかつ該ウェハー保持ポケットの周辺部を画定する周壁面とを含む、前記ウェハー保持ポケットとを有し:
    該方法が、
    該ウェハーキャリアーを含む該CVDシステムの物理的及び動作的な特性を規定するプロセスパラメーターに基づいて、熱モデルを、前記コンピューティングシステムによって生じさせること;
    該仮想CVDシステムにおいて生じる伝熱のモデル化を含む、該CVDシステム上で実施されることとなるプロセスレシピの少なくとも一部を実施する該熱モデルの動作を該コンピューティングシステムによってシミュレーションすることであって、該プロセスレシピの1以上のステージで、該熱モデルの一部としてモデル化された仮想ウェハーキャリアーの少なくとも1つのウェハー保持ポケットの少なくとも1つの関心領域における1組の熱的空間的非一様性を生じさせる、前記シミュレーションすること;
    該熱モデルの一部としてモデル化された、該ウェハーキャリアーの該少なくとも1つのウェハー保持ポケットの各々の該ポケット床に対する構造的補正を表現したものを該コンピューティングシステムによって生じさせることであって、該構造的補正が、該1組の熱的空間的非一様性と、該ポケット床を補正して該少なくとも1つの関心領域の全体にわたって熱均一性の増加を達成するための少なくとも1つの設計ルールを規定する予め規定された熱-ポケット床関係とに基づくものである、前記生じさせること;及び
    該ウェハーキャリアーが、該熱モデルに対して最適化されるように、該ウェハーキャリアー本体上に、該構造的補正を表現したものに対応する物理的な構造的補正を機械的に形成すること
    を含む、前記方法。
  16. 物理的なCVDシステムの動作の間に実際のインサイチュ温度測定値を得ることをさらに含み;かつ前記熱モデルが、該実際のインサイチュ温度測定値に部分的に基づくものである、請求項15記載の方法。
  17. 前記構造的補正を表現したものに基づいて、前記仮想ウェハーキャリアーに対する変更を規定するウェハーキャリアージオメトリー最新情報を生じさせること;
    適用されている該仮想ウェハーキャリアーに対する該変更に基づく新たな熱モデルを生じさせること;及び
    該新たな熱モデルのシミュレーションの結果を、以前の熱モデルのものと比較して、さらなる熱モデル化及びシミュレーションの必要性の決定を成すこと
    をさらに含む、請求項15記載の方法。
  18. 前記仮想CVDシステムを表現したものが、前記プロセスレシピに対応する仮想プロセスチャンバー、仮想ウェハーキャリアー、仮想熱源、及び仮想材料流を表現したものを含む、請求項15記載の方法。
  19. 前記シミュレーションすることにおいて、前記プロセスレシピが前記仮想CVD装置によって実施されるときの時間の関数として、前記少なくとも1つの関心領域の時間変動空間温度分布を表す動的モデルがシミュレーションされる、請求項15記載の方法。
  20. 前記1組の熱的空間的非一様性を生じさせる前記プロセスレシピの前記1以上のステージが、量子井戸構造が形成される製作プロセスのクリティカルポイントとなる、請求項15記載の方法。
  21. 前記シミュレーションすることにおいて、前記関心領域の温度に対するウェハーの熱ブランケット効果がシミュレーションされる、請求項15記載の方法。
  22. 前記シミュレーションすることにおいて、温度に基づくウェハーの反りがシミュレーションされる、請求項15記載の方法。
  23. 各々が異なるプロセスレシピに対応する複数の熱モデルを生じさせ、かつ前記1組の熱的空間的非一様性が、該複数の熱モデルの組合せに基づくものである、請求項15記載の方法。
  24. 前記熱-ポケット床関係が、プロセス条件の関数としてのウェハーの反りを考慮に入れる、請求項15記載の方法。
  25. 前記熱-ポケット床関係が、前記ポケット床補正の製造性の容易さを考慮したルールを含む、請求項15記載の方法。
  26. 前記仮想ウェハーキャリアーの前記少なくとも1つのウェハー保持ポケットの前記少なくとも1つの関心領域が、前記仮想ウェハーキャリアーの一部としてモデル化された仮想ウェハーを含む、請求項15記載の方法。
  27. 前記仮想ウェハーキャリアーの前記少なくとも1つのウェハー保持ポケットの前記少なくとも1つの関心領域が、本質的に、該少なくとも1つのウェハー保持ポケットの各々における仮想ウェハーからなり、該仮想ウェハーが、仮想ウェハーキャリアーの一部としてモデル化されている、請求項15記載の方法。
  28. 中心軸の周りに対称的に形成されたウェハーキャリアー本体;
    該中心軸に対して垂直に位置する概して平面状の上面;
    及び該ウェハーキャリアー本体において該上面から窪んだ少なくとも1つのウェハー保持ポケットであって、該少なくとも1つのウェハー保持ポケットの各々が、床面と、該床面を囲みかつ該ウェハー保持ポケットの周辺部を画定する周壁面とを含む、前記ウェハー保持ポケット;並びに
    該少なくとも1つのウェハー保持ポケットによって保持されるウェハーの熱均一性を維持するための伝熱手段であって、該伝熱手段が、(a)該ウェハーキャリアーを含む該CVDシステムの物理的及び動作的な特性、並びに(b)該CVDシステム上で実施されることとなるプロセスレシピを規定するパラメーターに基づく熱モデルに対して最適化されており、該熱モデルが、仮想CVDシステムを表す、前記伝熱手段;
    を備え、
    該熱モデルの動作が、該仮想CVDシステムにおいて生じる伝熱のモデル化を含む、該プロセスレシピの少なくとも一部を実施する該仮想CVDシステムのために計算的にシミュレーションされ、該計算的シミュレーションが、該プロセスレシピの1以上のステージで、該熱モデルの一部としてモデル化された仮想ウェハーキャリアーの少なくとも1つのウェハー保持ポケットの少なくとも1つの関心領域における1組の熱的空間的非一様性を生じさせ;かつ
    該伝熱手段が、該熱モデルの一部としてモデル化された、該ウェハーキャリアーの該少なくとも1つのウェハー保持ポケットの各々の該ポケット床に対する計算的に生じさせた構造的補正の物理的実行を構成し、該構造的補正が、該1組の熱的空間的非一様性と、該ポケット床を補正して該少なくとも1つの関心領域の全体にわたって熱均一性の増加を達成するための少なくとも1つの設計ルールを規定する予め規定された熱-ポケット床関係とに基づくものである、化学気相蒸着(CVD)システム用ウェハーキャリアー。
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