JP2021532592A - 前駆体供給システム及びそれに関連する方法 - Google Patents
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Abstract
所望のジボラン濃度を有する処理ガスを処理チャンバの処理空間に供給するために使用されるシステム及び方法が、本明細書で提供される。一実施形態では、システムが、ボラン濃度センサを含む。ボラン濃度センサは、本体及び複数のウインドウを含む。ここで、複数のウインドウのうちの個々のものは、本体の対向する端部に配置され、本体と複数のウインドウは、集合的にセル空間を画定する。ボラン濃度センサは、複数のウインドウの第１のウインドウの近傍でセル空間の外側に配置された放射線源と、複数のウインドウの第２のウインドウの近傍でセル空間の外側に配置された放射線検出器とを更に含む。【選択図】図１
Description
[0001] 本開示の実施形態は、広くは、電子デバイス製造の分野に関し、特に、所望のジボラン濃度を有する処理ガスを、処理チャンバの処理空間に供給するために使用されるシステム及び方法に関する。
[0002] ホウ素ドープ（boron doped）シリコン若しくはゲルマニウム半導体層、ホウ素ドープ誘電体層、ホウ素ドープシリコンハードマスク層、又はホウ素ドープタングステン核形成層などの、ホウ素を含有する（ホウ素ドープ）材料層は、電子デバイス製造の分野で広く使用されている。多くの場合、ホウ素ドープ材料層は、ホウ素を含有するガスが１以上の材料前駆体ガスの存在下で反応又は解離して、ホウ素ドープ材料層を基板の表面上に堆積させる、化学気相堆積（CVD）プロセスを使用して形成される。
[0003] ジボラン（B2H6）は、貯蔵及び運搬が比較的容易であり、他のホウ素ドーパントソースガスと比較した場合に比較的低い温度で望ましく解離するので、ドーピングのためのホウ素前駆体として一般的に選択される。ジボランは、典型的には、水素（H2）、アルゴン（Ar）、窒素（N2）、又はヘリウム（He）のうちの１つ又はそれらの組み合わせなどの希釈ガスと共に加圧ガスボンベ内に貯蔵されて、ドーピング混合ガス、すなわちホウ素ドーピングガスを生成する。ホウ素ドーピングガスは、典型的には、加圧ガスボンベから、それらの間に流体結合されたガス供給導管を使用して、CVD処理チャンバの処理空間に供給される。残念ながら、経時的に、加圧ガスボンベ内のジボランは望ましくなく分解して、遊離水素及び高次ボランを生成し、その結果、その中のジボラン濃度が低下する。ジボラン濃度のこの望ましくない変化は、経時的に、その上に形成されたCVD堆積材料層内のホウ素濃度の基板から基板への望ましくない変動をもたらす。
[0004] したがって、ホウ素ドーピングガス内のジボラン濃度を監視及び制御するための改良されたシステム並びにそれに関連する方法が、当技術分野で必要とされている。
[0005] 本開示の実施形態は、広くは、電子デバイス製造の分野に関し、特に、所望のジボラン濃度を有するドーピング混合ガスを処理チャンバの処理空間に供給するために使用される、処理システム、ジボランセンサ、及び方法に関する。
[0006] 一実施形態では、ボラン濃度センサが、本体及び複数のウインドウを含む。ここで、複数のウインドウのうちの個々のものは、本体の対向する端部に配置され、本体及び複数のウインドウは、集合的にセル空間を画定する。ボラン濃度センサは、複数のウインドウの第１のウインドウの近傍でセル空間の外側に配置された放射線源と、複数のウインドウの第２のウインドウの近傍でセル空間の外側に配置された第１の放射線検出器とを更に含む。
[0007] 別の一実施形態では、基板を処理する方法が、第１のガス源と処理チャンバとを流体結合するガス導管から採取されたガス試料内のジボラン濃度を特定することを含む。ここで、ジボラン濃度を特定することは、光学センサを使用することを含む。該方法は、第１のガス源からの第１のガス、第２のガス源からの第２のガス、又はそれらの両方の流量を変化させることによって、所望のジボラン濃度を有するホウ素ドーピングガスを混合することと、ホウ素ドーピングガスを処理チャンバの処理空間に供給することとを更に含む。
[0008] 別の一実施形態では、基板を処理する方法についての指示命令が記憶されたコンピュータ可読媒体を特徴として備える処理システムが提供される。該方法は、第１のガス源と処理チャンバとを流体結合するガス導管から採取されたガス試料内のジボラン濃度を特定することを含む。ここで、ジボラン濃度を特定することは、光学センサを使用することを含む。該方法は、第１のガス源からの第１のガス、第２のガス源からの第２のガス、又はそれらの両方の流量を変化させることによって、所望のジボラン濃度を有するホウ素ドーピングガスを混合することと、ホウ素ドーピングガスを処理チャンバの処理空間に供給することとを更に含む。
[0009] 上述の本開示の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、一部の実施形態は、付随する図面に例示されている。しかし、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示し、したがって、本開示は、他の等しく有効な実施形態を認めることができるので、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。
[0021] 理解し易くするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれ得ると考えられている。
[0022] 本開示の実施形態は、広くは、電子デバイス製造の分野に関する。特に、本明細書の実施形態は、所望のジボラン濃度を有するホウ素ドーピングガスを処理チャンバの処理空間に供給するために使用される、処理システム、ボラン濃度センサ、及び方法に関する。
[0023] ボランドープ材料を堆積させるための典型的な半導体デバイス製造プロセスでは、ジボランが、ジボランガス源から処理チャンバの処理空間に供給される。ジボランガス源は、しばしば、ジボランと、水素（H2）、アルゴン（Ar）、窒素（N2）、又はヘリウム（He）などの希釈ガスとを含む加圧ボンベである。残念ながら、経時的に、ボンベ内のジボランは、水素及び高次ボラン、例えばテトラボランに分解し、処理チャンバに供給されるジボランと希釈ガスとの比率の望ましくない制御不能な変動をもたらす。したがって、本明細書の実施形態は、加圧ボンベによって提供されるガスを追加の希釈ガスと更に混合して、所望の既知のジボラン濃度を有するホウ素ドーピングガスを提供することによって、ジボランガス源からのジボラン濃度の変動を補償する。
[0024] ここで、ホウ素ドーピングガス内のジボランの濃度は、本明細書で提供されるボラン濃度センサのうちの１以上によって行われるインシトゥ（現場）測定を使用して所望に制御される。典型的には、１以上のボラン濃度センサが、光吸収ベースのセンサ、すなわち光学分光計である。光吸収ベースのセンサは、ガス試料内のジボラン、テトラボラン、又はそれらの両方などのボラン分子によるUV放射若しくはIR放射（センサの放射線源によって放出される）の吸収を選択的に測定するように構成されている。次いで、ジボラン分子とテトラボラン分子の一方又は両方の濃度が、測定された吸収から特定される。
[0025] 図１は、一実施形態による、本明細書で説明される方法を実施するように構成された基板処理システム１００の概略断面図である。処理システム１００は、処理チャンバ１０１及び前駆体供給システム１０２を特徴として備える。本明細書で説明される方法を実施するために前駆体供給システム１０２と組み合わせて使用することができる他の処理チャンバには、Producer（登録商標）ETERNA CVD（登録商標）システム、Ultima HDP CVD（登録商標）システム、又はProducer（登録商標）XP Precision（商標）CVDシステム（全てカリフォルニア州サンタクララのApplied Materials, Inc.から入手可能）内の処理チャンバ、ならびに他の製造業者からの適切な処理チャンバが含まれる。
[0026] 処理チャンバ１０１は、チャンバリッドアセンブリ１０３、１以上の側壁１０４、及びチャンバベース１０５を含む。チャンバリッドアセンブリ１０３は、チャンバリッド１０６、チャンバリッド１０６内に配置されたシャワーヘッド１０７、及びチャンバリッド１０６と１以上の側壁１０４との間に介在する電気絶縁リング１０８を含む。シャワーヘッド１０７、１以上の側壁１０４、及びチャンバベース１０５は、集合的に処理空間１０９を画定する。チャンバリッド１０６を貫通して配置されたガス入口１１０は、前駆体供給システム１０２と流体結合される。シャワーヘッド１０７は、それを貫通して配置された複数の開口部１１１を有し、前駆体供給システム１０２によって提供された処理ガスを処理空間１０９の中へ均一に分配するために使用される。幾つかの実施形態では、シャワーヘッド１０７が、RF電源のような第１の電源１１２に電気的に結合され、第１の電源１１２は、処理ガスとの容量結合を介して処理ガスのプラズマ１１３を点火し、維持するために電力を供給する。他の実施形態では、処理チャンバ１０１が、誘導プラズマ生成器を備え、RF電力を処理ガスに誘導結合することを介して、プラズマが生成される。幾つかの実施形態では、処理チャンバがプラズマ処理チャンバではない。
[0027] ここで、処理空間１０９は、減圧出口１１４を介して、１以上の専用減圧ポンプなどの減圧源に流体結合され、これは、処理空間１０９を大気圧未満の状態に維持し、処理ガス及び他のガスをそこから排出する。処理空間１０９内に配置される基板支持体１１５は、チャンバベース１０５の下方の領域内でベローズ（図示せず）によって包囲されるような、チャンバベース１０５を貫通して密封的に延在する可動支持シャフト１１６上に配置される。典型的には、処理チャンバ１０１が、基板処理中にドアまたはバルブ（図示せず）で密封される１以上の側壁１０４のうちの１つの開口部１１８を介して、基板支持体１１５との間での基板１１７の移送を容易にするように構成されている。
[0028] 幾つかの実施形態では、基板支持体１１５上に配置された基板１１７が、抵抗加熱要素１１９などのヒータと、基板支持体１１５内に配置された１以上の冷却チャネル１２０との一方又は両方を使用して、所望の処理温度に維持される。典型的には、１以上の冷却チャネル１２０が、比較的高い電気抵抗を有する改質された水源や冷媒源などの、冷却剤源（図示せず）に流体結合される。
[0029] 前駆体供給システム１０２は、ジボランガス源（例えば、第１のガス源１２１）、希釈ガス源（例えば、第２のガス源１２２）、及びそれぞれの第１のガス源１２１と第２のガス源１２２とを混合点１２４に流体結合する第１の供給導管１２３ａと第２の供給導管１２３ｂとを特徴として備える。混合点１２４は、第３の供給導管１２３ｃを介して処理チャンバ１０１に流体結合される。前駆体供給システム１０２は、更に、１以上のボラン濃度センサ１２５、１以上の流量コントローラ１２６ａ〜ｃ、及び１以上の圧力センサ１２７を含み、それぞれが、混合点の上流、混合点の下流、又はそれらの両方の箇所で、供給導管１２３ａ〜ｃに結合されている。
[0030] 基板処理中に、未知の濃度のジボランを含む第１のガスが、第１のガス源１２１から第１の供給導管１２３ａの中に流され、希釈剤を含む第２のガスが、第２のガス源１２２から第２の供給導管１２３ｂの中に流される。典型的には、第２のガス（例えばH2）が、ジボランと反応しない。第１及び第２のガスは、混合点１２４で混合して、ホウ素ドーピングガスを生成する。ホウ素ドーピングガスは、混合点１２４から、それらの間に流体結合された第３の供給導管１２３ｃを通って、処理空間１０９の中へ流れる。１以上のボラン濃度センサ１２５を使用して、混合点１２４の上流の箇所からの第１のガス内のジボランの濃度を特定し、混合点の下流の箇所でホウ素ドーピングガス（第１のガスと第２のガスの混合物）内のジボランの濃度を特定し、又はそれらの両方である。幾つかの実施形態では、ボラン濃度センサ１２５のうちの１以上を使用して、第１のガス又はホウ素ドーピングガス内のテトラボランの濃度を特定する。ジボラン濃度とテトラボラン濃度の一方又は両方は、それぞれの第１の流量コントローラ１２６ａ又は第２の流量コントローラ１２６ｂを使用して第１のガス又は第２のガスの一方又は両方の流量を調節する、処理システム１００のシステムコントローラ１３０に通信される。
[0031] システムコントローラ１３０は、メモリ１３２（例えば、不揮発性メモリ）及びサポート回路１３３と共に動作可能なプログラマブル中央処理装置（CPU１３１）を含む。サポート回路１３３は、通常、CPU１３１に結合されており、処理システム１００の様々な構成要素に結合された、キャッシュ、クロック回路、入／出力サブシステム、電源など、及びそれらの組み合わせを備え、それらの制御を容易にする。CPU１３１は、処理システム１００の様々な構成要素やサブプロセッサを制御するための、プラグラマブル論理コントローラ（PLC）などの工業環境で使用される汎用コンピュータプロセッサの任意の形態のうちの１つである。CPU１３１に結合されたメモリ１３２は非一過性であり、典型的には、ランダムアクセスメモリ（RAM）、リードオンリーメモリ（ROM）、フロッピーディスクドライブ、ハードディスク、又は任意の他の形態のディジタルストレージ（ローカル又はリモート）などの、容易に入手可能なメモリうちの１以上である。
[0032] 典型的には、メモリ１３２が、指示命令を含むコンピュータ可読記憶媒体（例えば、不揮発性メモリ）の形態を採り、指示命令は、CPU１３１によって実行されると、処理システム１００の動作を促進する。メモリ１３２内の指示命令は、本開示の方法を実装するプログラムなどのプログラム製品の形態を採る。プログラムコードは、数々の異なるプログラミング言語のうちの任意の１つに適合し得る。一実施例では、本開示が、コンピュータシステムと共に使用されるコンピュータ可読記憶媒体に記憶されたプログラム製品として実装され得る。プログラム製品の（１以上の）プログラムは、実施形態の機能（本明細書で説明される方法を含む）を規定する。
[0033] 例示的なコンピュータ可読記憶媒体は、非限定的に、（ｉ）情報が恒久的に記憶される、非書き込み可能型記憶媒体（例えば、CD‐ROMドライブで読み取り可能なCD-ROMディスクといった、コンピュータ内部の読み取り専用メモリデバイス、フラッシュメモリ、ROMチップ、又は任意のタイプのソリッドステート式非揮発性半導体メモリ）、及び（ｉｉ）代替情報が記憶される書き込み可能記憶媒体（例えば、ディスケットドライブ内のフロッピーディスク若しくはハードディスクドライブ、又は任意の種類のソリッドステート式ランダムアクセス半導体メモリ）を含む。本明細書で説明される方法の機能を指示するコンピュータ可読指示命令を運ぶ際には、このようなコンピュータ可読記憶媒体が、本開示の実施形態となる。他の実施形態では、本明細書で説明される方法又はその部分が、１以上の特定用途向け集積回路（ASIC）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）、又は他の種類のハードウェア実装によって実行される。幾つかの他の実施形態では、本明細書で説明されるプロセスが、ソフトウェアルーチン、ASIC、ＦＰＧＡ、又は他の種類のハードウェア実装の組み合わせによって実行される。
[0034] ここで、ボラン濃度センサ１２５のうちの１以上は、その中に配置されたガス試料を通過する、導入された放射線の１以上の特異的波長、すなわち１以上のターゲット波長の減衰を選択的に測定するように構成された光学センサである。（１以上の）ターゲット波長は、被測定分子種、すなわちジボランやテトラボランなどのターゲット分子種の吸収スペクトルの吸収ピークに対応する。試料内のターゲット分子種の濃度が増加又は減少するにつれて、（１以上の）ターゲット波長の全吸収も増加又は減少し、したがって、それを通過する放射線の（１以上の）ターゲット波長の減衰が増加又は減少する。本明細書の実施形態では、選択的な（１以上の）減衰測定値を使用して、ガス試料内のターゲット分子種の濃度を特定する。
[0035] 図２Ａ〜図２Ｂは、一実施形態による、図１に記載されているボラン濃度センサ１２５のうちの１以上として使用され得る、それぞれの光学センサ２００ａ及び２００ｂの概略断面図である。図３は、ジボランのUV吸収スペクトル３０１を示すグラフ３００であり、ここでは、UVスペクトル内の波長(nm)の範囲にわたる吸収断面（cm2／分子）として示されている。図４Ａは、ジボランのIR吸収スペクトル４０１を示すグラフ４００ａであり、ここでは、IRスペクトル内の波長(μm)の範囲にわたる吸光度（Au.）として示されている。図４Ｂは、IRスペクトルの波長(μm)の範囲にわたるテトラボランのIR吸収スペクトル４０３を示すグラフ４００ｂである。図３及び図４Ａで示されているように、ジボランのUV吸収スペクトル３０１及びIR吸収スペクトル４０１は、それぞれ複数のUV吸収ピーク３０２及びIR吸収ピーク４０２を含む。図４Ｂでは、テトラボランのIR吸収スペクトル４０３が、複数のIR吸収ピーク４０４を含む。
[0036] ここで、光学センサ２００ａと２００ｂの一方又は組み合わせを使用して、通過する放射線の１以上のターゲット波長の減衰を選択的に測定することによって、ガス試料内のジボラン、テトラボラン、又はそれらの両方の濃度を特定する。本明細書の実施形態では、ターゲット波長が、UV吸収スペクトル３０１又はIR吸収スペクトル４０１のジボランの吸収ピーク３０２又は４０２、又はテトラボランのIR吸収スペクトル４０３の吸収ピーク４０４にそれぞれ対応する。
[0037] 図２Ａでは、光学センサ２００ａが、本体２０２及び複数のウインドウ（２つのウインドウ２０４ａ及び２０４ｂを示している）を特徴として備える。ここで、複数のウインドウ２０４ａと２０４ｂのうちの個々のものは、本体２０２の対向する端部に配置されて、本体２０２と共に集合的にセル空間２０６を画定する。セル空間２０６は、ガス入口２０８及びガス出口２１０と流体連通している。光学センサ２００は、放射線源２１２、１以上の放射線検出器２１４ａ〜ｂ、及び１以上の光学フィルタ２１６ａ〜ｂを更に含む。幾つかの実施形態では、光学センサ２００又はその個々の構成要素が、プリント基板（PCB）２１７上に配置され、それに電気的に結合される。典型的には、放射線源２１２及び１以上の放射線検出器２１４ａ〜ｂが、本体２０２の対向する端部又はその近傍で、セル空間２０６の外側に配置される。例えば、ここでは、放射線源２１２が、本体２０２の第１の端部にある第１のウインドウ２０４ａの近傍でセル空間２０６の外側に配置されている。１以上の放射線検出器２１４ａ〜ｂは、第２のウインドウ２０４ｂと１以上の放射線検出器２１４ａ〜ｂとの間に介在する１以上の光学フィルタ２１６ａ〜ｂに近接して、本体２０２の第２の端部又はその近傍に配置されている。
[0038] 複数のウインドウ２０４ａ〜ｂのそれぞれは、放射線源２１２によって放出された広い帯域のUV放射又はIR放射の透過に適した材料から形成される。適切なウインドウ材料の例には、MgF2、KBr、サファイヤ、又はそれらの組み合わせが含まれる。放射線源によって放出されるUV放射又はIR放射の広い帯域は、１以上の放射線検出器２１４ａ〜ｂによって測定されるターゲットUV又はIR波長を含む。幾つかの実施形態では、放射線源２１２が、１３２nm以下、例えば１１５nm以下の波長を含むUV放射を放出するように構成された、１以上のUVランプ又は１以上のUVレーザー源を備える。他の実施形態では、放射線源２１２が、３．９６８μm以上、６．２５０μm以上、８．５３２μm以上、又は１０．２５６μm以上などの、３．８３１μm以上の波長を含むIR放射を放出するように構成された、１以上のIRランプ又は１以上のIRレーザー源を備える。他の実施形態では、放射線源２１２が、１１５nm以下などの１３２nm以下の波長を含むUV放射を放出するように構成されたUVランプ又はUVレーザー源と、３．９６８μm以上、６．２５０μm以上、８．５３２μm以上、又は１０．２５６μm以上などの、３．８３１μm以上の波長を含むIR放射を放出するように構成されたIRランプ又はIRレーザー源とを含む。
[0039] ここで、ジボラン分子２１８、希釈ガス分子２２０、及びテトラボラン分子２２２を含むガス試料は、入口２０８を通ってセル空間２０６の中に流入し、出口２１０を通ってセル空間２０６から流出する。幾つかの実施形態では、光学センサ２００が、図１に記載されている複数の供給導管１２３ａ〜ｃのうちの１つなどの供給導管に結合される。幾つかの実施形態では、入口２０８及び出口の両方が、供給導管１２３ａ〜ｃに流体結合される。幾つかの実施形態では、出口２１０が、セル空間２０６からガス試料を排出する排気導管（図示せず）に流体結合される。幾つかの実施形態では、光学センサ２００が、セル空間２０６に流体結合された圧力センサ２２４を更に含む。
[0040] 幾つかの実施形態では、光学センサ２００ａが、ガス試料内のジボラン分子２１８の濃度を特定するように構成されている。ガス試料内のジボラン分子２１８の濃度を特定するために、放射線源２１３からの放射線は、第１の光学経路及び第２の光学経路に沿って同時に伝達される。第１の光学経路を使用して、放射線のターゲット波長の減衰を選択的に測定する。放射線のターゲット波長は、ジボラン分子２１８のUV吸収ピーク３０２（図３で示されている）又はIR吸収ピーク４０２（図４Ａで示されている）に対応する。ここで、UV吸収ピーク３０２に対応するターゲット波長は、典型的には、１１５nm又は１３２nmの約＋／−２nm以内である。IR吸収ピーク４０２に対応するターゲット波長は、典型的には、３．８３１μm、３．９６８μm、６．２５μm、８．５３２μm、又は１０．２５３μmの約＋／−１０nm以内である。
[0041] 幾つかの実施形態では、光学センサ２００ａが、ガス試料内のテトラボラン分子２２２の濃度を特定するように構成されている。これらの実施形態では、第１の光学経路が、テトラボラン分子２２２のIR吸収ピーク４０４（図4Bで示されている）に対応する放射線のターゲット波長を選択的に測定するように構成されている。テトラボランを特定するのに適切なターゲット波長は、テトラボランIR吸収スペクトル４０３のIR吸収ピーク４０４の＋／−１０nm以内、例えば約４．６８μm又は約８．８５μmの約＋／−１０nm以内である。
[0042] 第２の光学経路を使用して、基準波長における放射線の強度を選択的に測定し、基準強度測定値を提供する。典型的には、基準波長が、ガス試料内で見出されると予想される分子種の吸収ピークに対応しない。基準強度測定値は、第１及び第２の放射線検出器２１４ａ〜ｂに等しく影響する環境、電気、及び機械的な変動、例えば放射線源２１２によって提供される放射線の強度の変動並びに環境圧力及び気温の変動を補償するために使用される。
[0043] ここで、第１の光学経路は、放射線源２１２から第１の放射線検出器２１４ａまで延びており、放射線源２１２、第１のウインドウ２０４ａ、セル空間２０６、第２のウインドウ２０４ｂ、及び第１の放射線検出器２１４ａを連続的に含む。幾つかの実施形態では、放射線源２１２がIR放射源である実施形態では、第１の光学経路が、第２のウインドウ２０４ｂと第１の放射線検出器２１４ａとの間に配置された第１の光学フィルタ２１６ａを更に含む。第１の光学フィルタ２１６ａは、ジボラン分子２１８のIR吸収ピーク４０２（図4）に対応するターゲット波長の放射線を選択的に透過する。幾つかの実施形態では、第１の光学フィルタ２１６ａは、中心透過波長λC及び帯域幅λWを有する光学帯域通過フィルタである。適切なフィルタの中心透過波長λCは、所望のターゲット波長、すなわちジボラン分子２１８のIR吸収ピーク４０２に対応する。光学センサ２００ａがジボラン分子の濃度を特定するように構成された幾つかの実施形態では、第１の光学フィルタ２１６ａは、３．８３１μm、３．９６８μm、６．２５μm、８．５３２μm、又は１０．２５３μmのうちの１つのターゲット波長に対応する中心透過波長λCを有する。幾つかの実施形態では、中心透過波長λCが、対応するターゲット波長の約＋／−２５０nm以内、例えば約＋／−１００nm以内、又は例えば約＋／−５０nm以内である。光学センサ２００ａがテトラボラン分子の濃度を特定するように構成された幾つかの実施形態では、第１の光学フィルタ２１６ａが、IR吸収ピーク４０４（例えば、約４．６８０μm又は約８．８５０μm）の約＋／−２５０nm、約＋／−１００nm、又は約＋／−５０nm以内の中心透過波長λC1を有する。幾つかの実施形態では、第１の光学フィルタ２１６ａが、約９００nm以下、８００nm以下、７００nm以下、６００nm以下、例えば約５００nm以下などの、約1μm以下の帯域幅λWを有する。
[0044] 幾つかの実施形態では、例えば、放射線源２１２がUV放射源である場合、第１の光学経路が、第１の光学フィルタ２１６ａを含まない。
[0045] ここで、第２光学経路は、放射線源２１２から第２の放射線検出器２１４ｂまで延びており、放射線源２１２、第１のウインドウ２０４ａ、セル空間２０６、第２のウインドウ２０４ｂ、第２の光学フィルタ２１６ｂ、及び第２の放射線検出器２１４ｂを連続的に含む。第２の光学フィルタ２１６ｂの選択性は、ジボラン又は所望の希釈ガスの吸収ピークに対応しない放射線を透過させる。換言すれば、第２の光学フィルタ２１６ｂは、ジボラン又は所望の希釈ガスの吸収ピークに対応する放射線の波長を排除する。
[0046] 図２Ｂは、その中に配置されたガス試料内のジボランとテトラボランの両方の濃度を特定するように構成された光学センサ２００ｂの概略断面図である。ここで、光学センサ２００ｂは、（ジボラン濃度を特定するように構成された場合）図２ａに記載された光学センサ２００ａと同様であり、テトラボラン濃度を特定するために使用される第３の光学経路を更に含む。第３の光学経路は、放射線源２１２（ここでは、IR放射源）から第３の放射線検出器２１４ｃまで延びている。第３の光学経路は、放射線源２１２、第１のウインドウ２０４ａ、セル空間２０６、第２のウインドウ２０４ｂ、第３の光学フィルタ２１６ｃ、及び第３の放射線検出器２１４ｃを連続的に含む。ここで、第３の光学フィルタ２１６ｃは、テトラボランのIR吸収ピーク４０４（例えば、約４．６８０μm又は約８．８５０μm）の約＋／−２５０nm、約＋／−１００nm、又は約＋／−５０nm以内の中心透過波長λCを有する。幾つかの実施形態では、第３の光学フィルタ２１６ｃが、約９００nm以下、８００nm以下、７００nm以下、６００nm以下、例えば約５００nm以下などの、約1μm以下の帯域幅λWを有する。
[0047] 図５は、光学センサを用いて行われた１以上の測定を概略的に示すグラフ５００であり、ここでは、光学センサが、それぞれ図２Ａ及び図２Ｂに記載されている光学センサ２００ａ又は２００ｂのうちの１つである。グラフ５００は、異なったジボラン濃度を有する３つの異なったガス試料５０１ａ〜ｃの吸収測定値を概略的に示している。ここで、放射線源２１２からの放射線は、図２Ａ及び図２Ｂにそれぞれ記載されている２つまたは３つの光学経路のそれぞれに沿って伝達される。光学経路は、少なくとも、放射線源２１２、第１のウインドウ２０４ａ、ガス試料５０１ａ〜ｃのうちの１つが配置されたセル空間２０６、及び第２のウインドウ２０４ｂを含む。第１の光学経路は、更に、第１の光学フィルタ２１６ａ及び第１の射線検出器２１４ａを含む。ここで、第１の光学フィルタ２１６ａは、上述され、図４Ａ及び図４Ｂでそれぞれ示されているように、ジボラン又はテトラボランのIR吸収ピークに対応する中心透過波長λC1及び帯域幅λW1を有する。第２の光学経路は、第２の光学フィルタ２１６ｂ及び第２の放射線検出器２１４ｂを更に含む。第２の光学フィルタ２１６ｂは、ガス試料内で見出されると予想される分子種の吸収ピークに対応しない中心透過波長λC2と帯域幅λW2とを有する。
[0048] 使用される場合、第３の光学経路は、第３の光学フィルタ２１６ｃ及び第３の放射線検出器２１４ｃを更に含む。第３の光学フィルタ２１６ｃは、テトラボランのIR吸収ピークに対応する中心透過波長λC3と帯域幅λW3とを有する。第２の光学フィルタ２１６ｂの中心透過波長λC2は、第１の光学フィルタ２１６ａの中心透過波長λC1又は第３の光学フィルタ２１６ｃの中心透過波長λC3より大きくても小さくてもよい。同様に、第３の光学フィルタ２１６ｃの中心透過波長λC3は、第１の光学フィルタ２１６ａの中心透過波長λC1より大きくても小さくてもよい。
[0049] 典型的には、第２放射線検出器２１４ｂによって取得される強度測定値、すなわち基準強度５０３を使用して、放射線検出器２１４ａ〜ｃに等しく影響を与える環境、電気、及び機械的な変動を補償する。図示されているように、基準強度５０３は、３つのガス試料５０１ａ〜ｃのそれぞれについて同じであり、各試料５０１ａ〜ｃについて測定値間の実質的な環境的、電気的、及び機械的な変動がないことを示している。幾つかの実施形態では、基準強度５０３と、第１の放射線検出器２１４ａを使用して測定された試料５０１ａ〜ｃのそれぞれについての強度との間の差異、すなわち減衰５０２ａ〜ｃを使用して、その中のジボラン濃度を特定する。図５で示されているように、第１のガス試料５０１ａを通過した放射線は、第１の光学経路と第２の光学経路とに沿って伝達された放射線同士の間で最も高い減衰５０２ａを有し、したがって、複数の試料５０１ａ〜ｃの中で最も高いジボラン濃度を有する。第３のガス試料５０１ｃを通過した放射線は、最も低い減衰５０２ｃを有し、したがって、最も低いジボラン濃度を有する。
[0050] 第１のガス試料５０１ａを通過した放射線は、第２の光学経路と第３の光学経路とに沿って伝達された放射線同士の間で最も低い減衰５０３ａを有し、したがって、複数の試料５０１ａ〜ｃの中で最も低いテトラボラン濃度を有する。加圧ガスボンベ内のジボランは、経時的に分解して遊離水素及びテトラボランを生成するので、第３の放射線検出器２１４ｃを用いて測定された減衰５０３ａ〜ｃは、減衰５０２ａ〜ｃが減少するにつれて増大する。したがって、第３のガス試料５０１ｃを通過した放射線は、最も高い減衰５０３ｃを有し、したがって、複数の試料５０１ａ〜ｃの中で最も高いテトラボラン濃度を有する。
[0051] 図６Ａ及び図６Ｂは、別の一実施形態による、図１に記載されているボラン濃度センサ１２５のうちの１以上として使用され得る、それぞれの光学センサ６００ａ及び６００ｂの概略断面図である。図６Ａでは、光学センサ６００ａが、本体６０２と、本体６０２の対向する端部に配置された複数のウインドウ６０４ａ〜ｂと、第１のセル空間６０６ａ及び第２のセル空間６０６ｂを集合的に画定する仕切板６０５とを特徴として備える。第１のセル空間６０６ａは、そこにガス試料を供給するために使用される入口６０８、及びそこからガス試料を排気するために使用される出口６１０と流体連通している。第２のセル空間６０６ｂは、それらの間に配置された仕切板６０５によって第１のセル空間６０６ａから流体的に隔離されている。光学センサ６００ａは、放射線源６１２、１以上の放射線検出器６１４ａ〜ｂ、及び１以上の光学フィルタ６１６ａ〜ｂを更に含む。
[0052] 幾つかの実施形態では、光学センサ６００ａ又はその個々の構成要素は、プリント基板（PCB）６１７上に配置され、それに電気的に結合される。典型的には、放射線源６１２及び１以上の放射線検出器６１４ａ〜ｂが、本体６０２の対向する端部又はその近傍で、第１及び第２のセル空間６０６ａ〜ｂの外側に配置される。例えば、ここでは、放射線源６１２が、本体６０２の第１の端部にある第１のウインドウ６０４ａの近傍で、第１及び第２のセル空間６０６ａ〜ｂの外側に配置される。１以上の放射線検出器６１４ａ〜ｂは、第２のウインドウ６０４ｂと１以上の放射線検出器６１４ａ〜ｂとの間に介在する１以上の光学フィルタ６１６ａ〜ｂに近接して、本体６０２の第２の端部又はその近傍に配置される。
[0053] 複数のウインドウ６０４ａ〜ｂのそれぞれは、放射線源６１２によって放出される広い帯域のUV又はIR放射の透過に適した材料から形成される。適切なウインドウ材料の例には、MgF2、KBr、サファイヤ、又はそれらの組み合わせが含まれる。放射線源によって放出されるUV又はIR放射の広い帯域は、１以上の放射線検出器６１４ａ〜ｂによって測定されるターゲットUV又はIR波長を含む。幾つかの実施形態では、放射線源６１２が、１３２nm以下、例えば１１５nm以下の波長を含むUV放射を放出するように構成された、１以上のUVランプ又は１以上のUVレーザー源を備える。他の実施形態では、放射線源６１２が、３．９６８μm以上、６．２５０μm以上、８．５３２μm以上、又は１０．２５６μm以上などの、３．８３１μm以上の波長を含むIR放射を放出するように構成された、１以上のIRランプ又は１以上のIRレーザー源を備える。Ｉ
[0054] 典型的には、ジボラン分子２１８、希釈ガス分子２２０、及びテトラボラン分子２２２を含むガス試料は、入口６０８を通って第１のセル空間６０６ａに流入し、出口６１０を通って第１のセル空間６０６ａから流出する。幾つかの実施形態では、光学センサ６００が、図１に記載されている複数の供給導管１２３ａ〜ｃのうちの１つなどの供給導管に結合される。これらの実施形態では、入口６０８が、供給導管１２３ａ〜ｃに流体結合され、出口６１０は、ガス試料を第１のセル空間６０６ａから排出する排気導管（図示せず）に流体結合されている。
[0055] ガス試料内のジボラン分子２１８又はテトラボラン分子２２２の濃度を特定するために、放射線源６１２からの放射線は、第１の光学経路及び第２の光学経路に沿って同時に伝達される。第１の光学経路を使用して、ジボラン分子２１８又はテトラボラン分子２２２のUV吸収ピーク３０２（図３で示されている）又はIR吸収ピーク４０２若しくは４０４（それぞれ図４Ａ及び図４Ｂで示されている）に対応する放射線のターゲット波長の減衰を選択的に測定する。第２の光学経路を使用して、基準波長における放射線の強度を選択的に測定し、基準強度測定値を提供する。ここで、基準波長は、ガス試料内に存在すると予想される分子種の吸収ピークと同じであってもよいし又は異なっていてもよい。
[0056] ここで、第１の光学経路は、放射線源６１２から第１の放射線検出器６１４ａまで延びている。幾つかの実施形態では、例えば、放射線源６１２がIR放射源である場合、第１の光学経路は、放射線源６１２、第１のウインドウ６０４ａ、第１のセル空間６０６ａ、第２のウインドウ６０４ｂ、第１の光学フィルタ６１６ａ、及び第１の放射線検出器６１４ａを連続的に含む。第１の光学フィルタ６１６ａは、ジボラン分子２１８のIR吸収ピーク４０２（図４Ａ）又はテトラボラン分子２２２のIR吸収ピーク４０４（図４Ｂ）に対応するターゲット波長の放射線を選択的に透過する。幾つかの実施形態では、第１の光学フィルタ６１６ａが、中心透過波長λC及び帯域幅λWを有する光学帯域通過フィルタである。幾つかの実施形態では、上述し、図４Ａ〜図４Ｂでそれぞれ示されているように、第１の光学フィルタ２１６ａが、ジボラン又はテトラボランのターゲット波長に対応する中心透過波長λC1を有する。幾つかの実施形態では、第１の光学フィルタ６１６ａが、約９００nm以下、８００nm以下、７００nm以下、６００nm以下、例えば約５００nm以下などの、約1μm以下の帯域幅λWを有する。
[0057] 第２の光学経路は、放射線源６１２から第２の放射線検出器６１４ｂまで延びている。第２光学経路は、放射線源６１２、第1ウインドウ６０４ａ、第２のセル空間６０６ｂ、第２のウインドウ６０４ｂ、第２の光学フィルタ６１６ｂ、及び第２の放射線検出器６１４ｂを連続的に含む。第２の光学フィルタ６１６ｂは、ジボラン又は所望の希釈ガスの吸収ピークに対応する又は対応しない放射線の透過を可能にし得る。典型的には、第２のセル空間６０６ｂが、減圧状態に維持されるか又は不活性ガス６１８を含む。
[0058] 放射線源がUV放射源である実施形態などの幾つかの実施形態では、第１又は第２の光学経路の一方又は両方が、それぞれの第１又は第２の光学フィルタ６１６ａ〜ｂを含まない。
[0059] 幾つかの実施形態では、光学センサ６００ａが、内部に配置されたガス試料の圧力を監視するために使用される、第１のセル空間６０６ａに流体結合された圧力センサ６２２を更に含む。幾つかの実施形態では、光学センサが、放射線源６１２からの放射線を第１及び第２のセル空間６０６ａ〜ｂを通して導くために使用される１以上のミラー６２４を更に含む。
[0060] 図６Ｂは、その中に配置されたガス試料内のジボランとテトラボランの両方の濃度を特定するように構成された光学センサ６００ｂの概略断面図である。ここで、光学センサ６００ｂは、（ジボラン濃度を特定するように構成された場合）図６ａに記載されている光学センサ６００ａと同様であり、テトラボラン濃度を特定するために使用される第３の光学経路を更に含む。第３の光学経路は、放射線源６１２（ここでは、IR放射源）から第３の放射線検出器６１４ｃまで延びている。第３の光学経路は、放射線源６１２、第１のウインドウ６０４ａ、セル空間６０６ａ、第２のウインドウ６０４ｂ、第３の光学フィルタ６１６ｃ、及び第３の放射線検出器６１４ｃを連続的に含む。第３の光学フィルタ６１６ｃは、図２Ｂの第３の光学フィルタ２１６ｃに関して上述したようなテトラボラン分子２２２のIR吸収ピーク４０４（図４Ｂ）に対応するターゲット波長の放射線を選択的に透過する。
[0061] 幾つかの実施形態では、本明細書で説明される光学センサが、処理システムに設置される前に較正される。典型的には、光学センサが、ジボランの吸収ピークに類似したUV又はIR吸収ピークを有する低毒性（ジボランに対して）プロキシガスを使用して較正される。適切なプロキシガスの例には、NH3、メタンチオール、エタンチオール、又はそれらの組み合わせが含まれる。
[0062] 図７は、それぞれ異なったジボラン及びテトラボラン濃度を有する３つのガス資料７０１ａ〜ｃの、光学センサ（ここでは、図６Ｂに記載されている光学センサ６００ｂ）を使用して取得された測定値を示すグラフ７００である。ここで、放射線源６１２からの放射線は、図６Ｂに記載されている光学経路に沿って伝達される。第１の光学経路は、放射線源６１２、第１のウインドウ６０４ａ、その内部に配置されたガス試料７０１ａ〜ｃのうちの１つを有する第１のセル空間６０６ａ、第２のウインドウ６０４ｂ、第１の光学フィルタ６１６ａ、及び第１の放射線検出器６１４ａを含む。第１の光学フィルタ６１６ａは、図４Ａで示さている上述のジボランのIR吸収ピークに対応する、中心透過波長λC1と帯域幅λW1とを有する。
[0063] 第２の光学経路は、放射線源６１２、第１のウインドウ６０４ａ、その内部に配置された不活性ガス６１８を有する第２のセル空間６０６ｂ、第２のウインドウ６０４ｂ、第２の光学フィルタ６１６ｂ、及び第２の放射線検出器６１４ｂを含む。第２の光学フィルタ６１６ｂは、ガス試料内で見出されると予想される分子種の吸収ピークに対応するか又は対応しない中心透過波長λC2と帯域幅λW2とを有する。第３の光学経路は、放射線源６１２、第１のウインドウ６０４ａ、その内部に配置されたガス試料７０１ａ〜ｃのうちの１つを有する第１のセル空間６０６ａ、第２のウインドウ６０４ｂ、第３の光学フィルタ６１６ｃ、及び第３の放射線検出器６１４ｃを含む。第３の光学フィルタ６１６ｃは、図４Ｂで示されている上述のテトラボランのIR吸収ピークに対応する中心透過波長λC3と帯域幅λW3とを有する。ここで、第２の光学フィルタ６１６ｂの中心透過波長λC2は、第１の光学フィルタ６１６ａの中心透過波長λC1より大きくても小さくてもよく又は同じであってもよい。第３の光学フィルタ６１６ｃの中心透過波長λC3は、第１の光学フィルタ６１６ａの中心透過波長λC1又は第２の光学フィルタ６１６ｂの中心透過波長λC2より大きくても小さくてもよい。
[0064] 典型的には、第２の放射線検出器６１４ｂによって取得された強度測定値、すなわち基準強度７０３を使用して、第１及び第２の放射線検出器６１４ａ〜ｂに等しく影響を与える環境、電気、及び機械的な変動を補償する。ここで、基準強度７０３と、第１の光学経路に沿って伝達された試料７０１ａ〜ｃのそれぞれについての強度との間の差異、すなわち減衰７０２ａ〜ｃを使用して、それぞれの試料内のジボラン濃度を特定する。基準強度７０３と、第３の光学経路に沿って伝達された試料７０１ａ〜ｃのそれぞれについての強度との間の減衰７０３ａ〜ｃを使用して、それぞれの試料内のテトラボラン濃度を特定する。図７で示されているように、３つの試料７０１ａ〜ｃの中で、第１のガス試料７０１ａを通過した放射線は、最も高い減衰７０２ａを有し、したがって、ジボラン濃度が最も高く、最も低い減衰７０３ａを有し、したがって、テトラボラン濃度が最も低い。３つの試料７０１ａ〜ｃの中で、第３のガス試料７０１ｃを通過した放射線は、最も低い減衰７０２ｃと最も高い減衰７０３ｃを有し、したがって、最も低いジボラン濃度と最も高いテトラボラン濃度を有する。
[0065] 図８は、一実施形態による、基板を処理する方法を説明するフロー図である。動作８０１では、方法８００が、第１のガス源と処理チャンバとを流体結合するガス導管から採取されたガス試料内のジボラン濃度を特定することを含む。ここで、ジボラン濃度を特定することは、図２Ａ〜図２Ｂ又は図６Ａ〜図６Ｂにそれぞれ記載されている光学センサ２００ａ〜ｂ又は６００ａ〜ｂのうちの１つなどの光学センサを使用することを含む。動作８０２では、方法８００が、第１のガス源からの第１のガス、第２のガス源からの第２のガス、又はそれらの両方の流量を変化させることによって、所望のジボラン濃度を有するホウ素ドーピングガスを混合することを含む。動作８０３では、該方法が、ホウ素ドーピングガスを処理チャンバの処理空間に供給することを含む。
[0066] 幾つかの実施形態では、方法８００が、第１のガス源と処理チャンバとを流体結合するガス導管から採取されたガス試料のテトラボラン濃度を特定することを更に含む。幾つかの実施形態では、テトラボラン濃度を特定することが、ジボラン濃度を特定するために使用されるのと同じ光学センサを使用すること、又は本明細書で説明される光学センサ２００ａ〜ｂ及び６００ａ〜ｂのうちの１つ又は組み合わせを使用するなど、別の光学センサを使用することを含む。
[0067] 本明細書で提供されるシステム及び方法は、ホウ素ドーピングが基板から基板へと望ましくなく変動することを低減させる、ホウ素ドーピングガス内のジボラン濃度のインシトゥ監視及び制御を有益に可能にする。
[0068] 以上の記述は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱せずに本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって規定される。
Claims (15)
- 本体、
複数のウインドウであって、前記複数のウインドウの個々が前記本体の対向する端部に配置され、前記本体と前記複数のウインドウとがセル空間を画定する、複数のウインドウ、
前記複数のウインドウの第１のウインドウの近傍で、前記セル空間の外側に配置された放射線源、及び
前記複数のウインドウの第２のウインドウの近傍で、前記セル空間の外側に配置された第１の放射線検出器を備える、ボラン濃度センサ。 - 前記第１のウインドウと前記第２のウインドウのうちの一方又は両方が、MgF2、KBr、サファイヤ、又はそれらの組み合わせから形成される、請求項１に記載のボラン濃度センサ。
- 前記第１の放射線検出器と前記第２のウインドウとの間に介在する第１の光学フィルタを更に備える、請求項１に記載のボラン濃度センサ。
- 前記第１の光学フィルタが、ジボランのIR吸収ピークの約＋／−２５０nm以内又はテトラボランのIR吸収ピークの約＋／−２５０nm以内の中心透過波長λCを有する、請求項３に記載のボラン濃度センサ。
- 第２の放射線検出器、及び前記放射線源と前記第２の放射線検出器との間に配置された第２の光学フィルタを更に備え、前記第１の光学フィルタは、ジボランのIR吸収ピークの約＋／−２５０nm以内の中心透過波長λCを有し、前記第２の光学フィルタは、テトラボランのIR吸収ピークの約＋／−２５０nm以内の中心透過波長を有する、請求項３に記載のボラン濃度センサ。
- 基板を処理する方法であって、
光学センサを使用して、第１のガス源と処理チャンバとを流体結合するガス導管から採取されたガス試料内のジボラン濃度を特定すること、
前記第１のガス源からの第１のガス、第２のガス源からの第２のガス、又はそれらの両方の流量を変化させることによって、所望のジボラン濃度を有するホウ素ドーピングガスを混合すること、及び
前記ホウ素ドーピングガスを前記処理チャンバの処理空間に供給することを含む、方法。 - 前記光学センサが、
本体、
複数のウインドウであって、前記複数のウインドウの個々が前記本体の対向する端部に配置され、前記本体と前記複数のウインドウとがセル空間を画定する、複数のウインドウ、
前記複数のウインドウの第１のウインドウの近傍で、前記セル空間の外側に配置された放射線源、及び
前記複数のウインドウの第２のウインドウの近傍で、前記セル空間の外側に配置された第１の放射線検出器を備える、請求項６に記載の方法。 - 前記第１のウインドウと前記第２のウインドウのうちの一方又は両方が、MgF2、KBr、サファイヤ、又はそれらの組み合わせから形成される、請求項７に記載の方法。
- 前記光学センサが、第２の放射線検出器を更に備える、請求項７に記載の方法。
- 前記光学センサが、前記第１の放射線検出器と前記第２のウインドウとの間に介在する第１の光学フィルタを更に備える、請求項７に記載の方法。
- 前記第１の光学フィルタが、ジボランのIR吸収ピークの約＋／−２５０nm以内又はテトラボランのIR吸収ピークの約＋／−２５０nm以内の中心透過波長λCを有する、請求項１０に記載の方法。
- 前記光学センサが、第２の放射線検出器、及び前記放射線源と前記第２の放射線検出器との間に配置された第２の光学フィルタを更に備え、前記第１の光学フィルタは、ジボランのIR吸収ピークの約＋／−２５０nm以内の中心透過波長λCを有し、前記第２の光学フィルタは、テトラボランのIR吸収ピークの約＋／−２５０nm以内の中心透過波長を有する、請求項１０に記載の方法。
- 基板を処理する方法についての指示命令が記憶されたコンピュータ可読媒体を備える処理システムであって、前記方法が、
光学センサを使用して、第１のガス源と処理チャンバとを流体結合するガス導管から採取されたガス試料内のジボラン濃度を特定すること、
前記第１のガス源からの第１のガス、第２のガス源からの第２のガス、又はそれらの両方の流量を変化させることによって、所望のジボラン濃度を有するホウ素ドーピングガスを混合すること、及び
前記ホウ素ドーピングガスを処理チャンバの処理空間に供給することを含む、処理システム。 - 前記光学センサが、
本体、
複数のウインドウであって、前記複数のウインドウの個々が前記本体の対向する端部に配置され、前記本体と前記複数のウインドウとがセル空間を画定する、複数のウインドウ、
前記複数のウインドウの第１のウインドウの近傍で、前記セル空間の外側に配置された放射線源、及び
前記複数のウインドウの第２のウインドウの近傍で、前記セル空間の外側に配置された第１の放射線検出器を備える、請求項１３に記載の処理システム。 - 前記光学センサの前記第１のウインドウと前記第２のウインドウのうちの一方又は両方が、MgF2、KBr、サファイヤ、又はそれらの組み合わせから形成される、請求項１４に記載の処理システム。
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