JP6286463B2 - 高温測定のための加熱源反射フィルタを含む装置 - Google Patents

Description

本発明は一般に、基板の熱処理に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、半導体の急速熱処理中の高温測定に関する。

急速熱処理（ＲＴＰ）は、半導体集積回路を製作するための十分に開発された技術であり、ＲＴＰチャンバ内で、基板、たとえばシリコンウェーハに高輝度の光放射を照射して、基板を比較的高い温度まで迅速に加熱し、基板内のプロセスを熱的に活動化させる。基板が熱処理された後、放射エネルギーが除去されて、基板は迅速に冷える。したがって、基板を取り囲むチャンバは、基板を処理するのに必要な高温まで加熱されないため、ＲＴＰはエネルギー効率がよく、基板だけが加熱される。言い換えれば、ＲＴＰ中、処理される基板は、周囲の環境、すなわちチャンバと熱平衡状態にない。

シリコンまたは他のウェーハから集積回路を製作するには、層を堆積させるステップと、これらの層をフォトリソグラフィでパターン形成するステップと、パターン形成した層をエッチングするステップという多くのステップを必要とする。半導電性シリコン内の活性領域をドープするには、イオン注入が使用される。この製作シーケンスはまた、とりわけ注入損傷の回復およびドーパントの活動化、結晶化、熱酸化および窒化、シリサイド化、化学気相成長、気相ドーピング、熱清浄を含む多くの用途のために、ウェーハの熱アニールを含む。

初期のシリコン技術でのアニールでは通常、アニール炉内で複数のウェーハを長期間加熱する必要があったが、ますます小さい回路フィーチャをもつ基板を処理するためのよりいっそう厳しい要件を満たすために、ＲＴＰがますます使用されるようになってきた。ＲＴＰは通常、単一ウェーハチャンバ内で、集積回路がその上に形成されているウェーハの前面に誘導された高輝度ランプのアレイからの光をウェーハに照射することによって実行される。この放射は、ウェーハによって少なくとも部分的に吸収され、このウェーハを所望の高い温度まで、たとえば６００℃を超えるまで、またはいくつかの応用例では１０００℃を超えるまで迅速に加熱する。この放射加熱を迅速に切り替えて、たとえば１分、またはたとえば３０秒、より具体的には１０秒、およびよりいっそう具体的には１秒という比較的短期間にわたって、ウェーハを制御可能に加熱することができる。急速熱処理チャンバ内の温度変化は、１秒当たり少なくとも約２５℃から１秒当たり５０℃以上、たとえば１秒当たり少なくとも約１００℃または１秒当たり少なくとも約１５０℃という速度で行うことが可能である。

特定のプロセス中、たとえば約４００℃未満のより低い温度が必要とされることがある。処理チャンバ内の基板の温度は、４００℃より低くすることができ、また約１７５℃まで低くすることができる。そのようなプロセスの一例は、シリコンウェーハ上にシリサイドを形成することである。チャンバ内でシリコンウェーハなどの基板を処理する品質および性能は、ウェーハまたは基板の精密な温度設定を提供および維持する能力に部分的に依存する。処理チャンバ内の基板の温度は普通、高温計によって測定される。高温計は、ある波長帯域幅内の温度を測定する。放射高温計の帯域幅内にあり、加熱源から発生する放射は、この放射が高温計によって検出された場合、高温計信号の解釈に干渉する可能性がある。ある程度、「漏れている」熱源放射は、高温計の読取りに干渉する可能性がある。さらに、特にウェーハがより低い温度であるとき、すべてのウェーハが高温計の帯域幅で不透明というわけではない。したがって、高温計を用いて精密に温度を測定するための改善されたシステムおよび方法が必要とされている。

本発明の一実施形態によれば、放射高温測定を使用して、処理チャンバ内の基板、たとえば半導体基板の温度を決定する方法および装置が提供される。一実施形態では、本明細書に記載の方法および装置は、基板の温度の測定の精度を増大させるものとする。１つまたは複数の実施形態によれば、熱源と基板の間に反射層を提供すると、熱源の放射が高温計に到達するのを制限することによって、高温測定の精度を増大させる。

一実施形態では、基板を処理するシステムは、第１の波長範囲内の放射を提供する熱源と、第１の波長範囲内の第２の波長範囲内の放射を検出することによって、チャンバのプロセス区域内に配置された基板の温度を測定する高温計と、熱源と基板を分離する窓とを備え、この窓が、第１の波長範囲内の放射に対して実質上透明である材料から作られており、また熱源と基板の間の表面全体を覆う反射層を有し、反射層が、第２の波長範囲内の放射に対して実質上反射性である。

特有の実施形態では、窓は、第２の波長範囲内の放射が高温計に到達するのを防止するように、チャンバ内に位置決めされる。一実施形態では、窓は、実質上第２の波長範囲内だけの放射を吸収する吸収材料を含む。

一実施形態では、反射被覆は、第２の波長範囲内の放射がプロセス区域に入るのを防止するのに効果的である。一実施形態では、第１の波長範囲は約４００〜４０００ｎｍの間であり、第２の波長範囲は約７００〜１０００ｎｍの間であり、その場合、反射層をもつ窓は、第２の波長範囲内の熱源からの放射が、約４００℃より低い温度で高温計によって測定されている基板を透過するのを防止するのに効果的である。特有の実施形態によれば、反射層では、第２の波長範囲内の光の反射率と透過の透過率比は少なくとも１０００である。一実施形態では、基板はシリコンを備える。

一実施形態では、窓は、窓の第１の表面上および第２の表面上に第２の波長範囲内の反射層を有し、反射率の比は、約４５℃以下の入射角で熱源から発せられる光に当てはまる。

一実施形態では、反射層は、第１および第２の反射層間に放射吸収材料層をさらに備え、放射吸収材料は、第２の範囲の波長内の放射を吸収するように適合される。少なくとも１つの実施形態では、熱源はランプを備え、また窓は、放射源を取り囲む外被を備える。

一実施形態では、システムは、第２の熱源と、第２の熱源と基板を分離する第２の窓とを備え、第２の窓が、第２の熱源によって生成された第１の波長範囲内の放射に対して実質上透明である材料から作られており、また第２の熱源と基板の間の第２の窓の表面全体を覆う反射層を有し、反射層が、第２の熱源によって生成された第１の波長範囲内の第２の波長範囲内の放射に対して実質上反射性である。

別の実施形態は、基板を処理するシステムであって、第１の波長範囲内の放射を提供する熱源と、基板を収容するプロセス区域と、熱源と基板を分離する窓であるプロセス区域の第１の壁であって、この窓が、基板の第１の表面に面して基板の第１の表面と実質上平行である、第１の壁と、第１の波長範囲内の第２の波長範囲内の放射を検出することによって、チャンバのプロセス区域内に配置された基板の温度を測定するように、第１の表面の反対側の基板の第２の表面に誘導された高温計であって、窓が、第１の波長範囲内の放射に対して実質上透明である材料から作られ、第１の壁の第１の表面が、第２の波長範囲内の放射に対して実質上反射性である反射層によって完全に覆われ、第２の波長範囲が第１の波長範囲内である、高温計と、第１の壁とほぼまたは実質上平行であり、またプロセス区域と外部環境を分離するプロセス区域の第２の壁であって、反射層によって覆われていない第２の壁とを備える、システムを対象とする。

特有の実施形態では、窓は、約４００℃より低い温度でシリコンを含む基板を通って放射が高温計に到達するのを防止するのに効果的である。一実施形態では、第２の波長範囲は約７００〜１０００ｎｍの間である。

別の態様は、プロセスチャンバ内でウェーハの温度を測定する方法であって、放射源を用いて実質上平坦な基板を加熱するステップであって、放射源が第１の波長範囲内の放射を提供し、基板が所定の温度範囲で第１の波長範囲内の第２の波長範囲内の放射に対して透明である、加熱するステップと、高温計を使用してチャンバ内のプロセス区域内で放射を測定するステップと、第２の波長範囲内の放射源からの放射を放射源の方へ後方反射させて、放射源からの第２の波長範囲内の放射が高温計に到達するのを防止するステップとを含む方法に属する。

この方法の一実施形態では、放射源は、第１の基板表面に誘導され、また高温計は、第１の基板表面の反対側の第２の基板表面に誘導される。

この方法の別の実施形態では、この方法は、放射源と基板を分離し、基板の第１の表面に面して基板の第１の表面と実質上平行である平坦な窓を提供するステップをさらに含み、この窓が、第１の波長範囲内の放射に対して実質上透明である材料から作られており、その上に反射層を有し、反射層が、第２の波長範囲内の放射に対して実質上反射性である。

１つまたは複数の実施形態による急速熱処理チャンバの横断面図である。 １つまたは複数の実施形態による急速熱処理チャンバの別の横断面図である。 ＡおよびＢは、本発明の一態様によるフィルタ透過と波長の関係のグラフである。 本発明の一態様による熱源の横断面図である。

本発明のいくつかの例示的な実施形態について説明する前に、本発明は、以下の説明で述べる構造またはプロセスステップの細部に限定されるものではないことを理解されたい。本発明では、他の実施形態も可能であり、また様々な形で実行または実施することが可能である。

本発明の１つまたは複数の実施形態によれば、半導体ウェーハなどの基板を処理する熱処理チャンバが提供される。ウェーハ温度が、放射高温測定によって測定される。ウェーハ温度は、放射高温測定を通じて、基板の放射率を決定し、知られている放射則を適用して精密な温度測定のために高温計を較正することによって決定することができる。加熱源（たとえば、ランプ）から発生する高温計の帯域幅または波長範囲内の放射は、この放射が高温計によって検出された場合、高温計信号の解釈に干渉する。これは、チャンバ内の源放射の漏れが高温計に到達するために、またはウェーハが源放射に対して「透明」であるときに源放射が高温計に到達するために生じる可能性がある。これは、たとえば、チャンバの動作中にシリコンウェーハの温度が４５０℃より低くなり、また１５０℃まで低くなると、生じる可能性がある。

図１は、急速熱処理チャンバ１０を概略的に表す。Ｐｅｕｓｅらは、米国特許第５，８４８，８４２号および第６，１７９，４６６号で、このタイプの反応器およびその計測のさらなる詳細について説明している。これらの特許それぞれの全体を、参照により本明細書に組み込む。ウェーハ１２、たとえば熱処理すべきシリコンウェーハなどの半導体ウェーハが、弁またはアクセスポート１３を通過して、チャンバ１０のプロセス区域１８に入る。ウェーハ１２はその周辺部上で、環状の傾斜した棚１５を有する環状の縁部リング１４がウェーハ１２の隅部に接触することによって支持される。Ｂａｌｌａｎｃｅらは、米国特許第６，３９５，３６３号で、縁部リングおよびその支持機能についてより完全に説明している。同特許全体を、参照により本明細書に組み込む。ウェーハは、ウェーハ１２の前面にすでに形成された処理されたフィーチャ１６が、下向きの重力場に対して上方に、透明の石英窓２０によってその上側で画定されるプロセス区域１８の方を向くような向きに置かれる。この概略的な図に反して、フィーチャ１６は大部分、ウェーハ１２の表面を超えて大幅な距離だけ突出するというわけではないが、表面の平面内およびその付近でパターン形成を構成する。ウェーハをチャンバ内へ、そして縁部リング１４上へ運ぶパドルまたはロボットブレード（図示せず）間にウェーハが渡されると、３つのリフトピン２２を上下させてウェーハ１２の裏側を支持する。放射エネルギーをウェーハ１２の方へ誘導し、したがってウェーハ１２を加熱するように、窓２０の上に放射加熱装置２４が位置決めされる。反応器１０内では、放射加熱装置は、窓２０の上に六角形の密集したアレイの形で構成されたそれぞれの反射管２７内に位置決めされた多数の高輝度のタングステンハロゲンランプ２６を含む。その例示的な数は４０９個である。ランプ２６のアレイは、ランプヘッドと呼ばれることがある。しかし、他の放射加熱装置を代用することもできる。通常、これらの放射加熱装置は、放射源の温度を迅速に上昇させるために抵抗加熱を必要とする。適切なランプの例には、フィラメントを取り囲むガラスまたはシリカの外被を有する水銀ランプ、および気体に通電すると熱源を提供するキセノンなどの気体を取り囲むガラスまたはシリカの外被を備えるフラッシュランプが含まれる。本明細書では、ランプという用語は、熱源を取り囲む外被を含むランプを包含するものとする。ランプの「熱源」とは、基板の温度を増大させることができる材料または要素、たとえば通電することができるフィラメントまたは気体を指す。

本明細書では、急速熱処理またはＲＴＰとは、約５０℃／秒以上の速度で、たとえば１００℃／秒から１５０℃／秒、および２００℃／秒から４００℃／秒の速度で、ウェーハを均一に加熱することが可能な装置またはプロセスを指す。ＲＴＰチャンバ内の典型的な下降（冷却）速度は、８０〜１５０℃／秒の範囲内である。ＲＴＰチャンバ内で実行されるいくつかのプロセスでは、基板全体にわたって温度の変動を摂氏数度未満にする必要がある。したがって、ＲＴＰチャンバは、最高１００℃／秒から１５０℃／秒、および２００℃／秒から４００℃／秒の速度で加熱することが可能なランプまたは他の適切な加熱システムおよび加熱システム制御部を含んで、急速熱処理チャンバと、これらの速度で急速に加熱することが可能な加熱システムおよび加熱制御システムをもたない他のタイプの熱チャンバとを区別しなければならない。

本発明の実施形態のさらなる態様によれば、本発明は、フラッシュアニールにも適用することができる。本明細書では、フラッシュアニールとは、５秒未満で、特に１秒未満で、またいくつかの実施形態では数ミリ秒でサンプルをアニールすることを指す。

ウェーハ１２全体にわたる温度を、ウェーハ１２全体にわたって均一の綿密に定義された温度に制御することが重要である。均一性を改善する１つの受動的手段は、ウェーハ１２と平行にウェーハ１２より大きい領域を覆うように延びてウェーハ１２の裏側に面する反射器２８を含む。反射器２８は、ウェーハ１２から放出された熱放射をウェーハ１２の方へ効率的に後方反射する。ウェーハ１２と反射器２８の間の間隔は３から９ｍｍの範囲内であることが好ましく、空胴の幅と厚さのアスペクト比は２０より大きいと有利である。本発明の一態様によれば、ウェーハなどの基板の見かけ上の放射率を高めるために、反射板が適用される。反射器２８は、金被覆または多層の誘電体干渉鏡から形成することができるものであり、ウェーハ１２のより温かい部分からの熱をより冷たい部分へ分布させる傾向のある黒体空胴を、ウェーハ１２の裏面に効果的に形成する。他の実施形態では、たとえば米国特許第６，８３９，５０７号および第７，０４１，９３１号に開示のように、反射器２８は、より不規則な表面を有することができ、または黒体壁によりよく似せるように黒色または他の色の表面を有することができる。両特許全体を、参照により本明細書に組み込む。黒体空胴は、通常プランク分布の点から説明される、ウェーハ１２の温度に対応する放射の分布で充填され、ランプ２６からの放射は、ランプ２６のはるかに高い温度に対応する分布を有する。反射器２８は、特に冷却中にウェーハからの過剰放射をヒートシンクするために、好ましくは金属から作られた水冷式の基部５３上に置かれることが好ましい。したがって、処理チャンバのプロセス区域は、少なくとも２つの実質上平行の壁を有し、第１の壁は、好ましくは石英など、放射に対して透明である材料から作られた窓２０であり、第２の壁５３は第１の壁と実質上平行であり、金属から作られることが好ましく、透明でないことが重要である。

均一性を改善する１つの方法は、チャンバの外部に位置決めされた回転可能なフランジ３２に磁気結合された回転可能なシリンダ３０上に縁部リング１４を支持することを含む。モータ（図示せず）がフランジ３２を回転させ、したがってウェーハをその中心３４の周りで回転させる。中心３４はまた、概ね対称形をしたチャンバの中心線である。

均一性を改善する別の方法では、ランプ２６を分割して、中心軸３４の周りで概ねリング状に構成された区間にする。異なる区間内のランプ２６へ送達される電圧を制御回路で変動させ、それによって放射エネルギーの径方向の分布を調整する。区分した加熱の動的制御は、反射器２８内の開口を通ってウェーハ１２の裏側に面するように位置決めされた１つまたは複数の光学的光パイプ４２を通って結合された１つまたは複数の高温計４０の影響を受けて、回転するウェーハ１２の半径全体にわたって温度を測定する。光パイプ４２は、サファイア、金属、およびシリカファイバを含む様々な構造から形成することができる。コンピュータ化された制御装置４４は、高温計４０の出力を受け取り、それに応じてランプ２６の異なるリングに供給される電圧を制御し、それによって処理中に放射加熱強度およびパターンを動的に制御する。高温計は通常、約７００から１０００ｎｍの間の範囲内で、たとえば４０ｎｍの狭い波長帯域幅内の光強度を測定する。制御装置４４または他の計測器は、その温度で保持された黒体から発する光強度のスペクトル分布の周知のプランク分布によって、光強度を温度に変換する。しかし、高温測定は、ウェーハ１２のうち走査されている部分の放射率の影響を受ける。放射率εは、黒色本体に対する１と完全な反射器に対する０との間で変動する可能性があり、したがってウェーハ裏側の反射率Ｒ＝１−εの逆数である。ウェーハの裏面は通常均一であり、したがって均一の放射率が予期されるが、裏面の組成は、事前の処理に応じて変動することがある。高温測定は、ウェーハを光学的に調査するエミッショメータ（ｅｍｉｓｓｏｍｅｔｅｒ）をさらに含み、関連する波長範囲内でウェーハのうちのエミッショメータが面する部分の放射率または反射率を測定することによって、また測定した放射率を含むための制御装置４４内の制御アルゴリズムによって改善することができる。

図１に示す実施形態では、基板１２と反射器２８の間の離隔距離は、所与の基板１２に対する所望の熱流に依存する。一実施形態では、基板１２は、基板への熱流を低減させるように、反射器２８からより大きい距離離れたところに配置することができる。別の実施形態では、基板１２は、基板１２への熱流を増大させるように、反射器２８により近接して置くことができる。基板１２の加熱中の基板１２の正確な位置および特有の位置で費やす滞留時間は、基板１２への熱流の所望の量に依存する。

別の実施形態では、基板１２が反射器２８近傍のより低い位置にあるとき、基板１２から反射器２８への熱伝導が増大し、冷却プロセスを向上させる。冷却速度が増大されると、最適のＲＴＰ性能を促進する。基板１２が反射器２８に近接して位置決めされるほど、それに比例して熱暴露の量は低減する。図１に示す実施形態により、基板１２の支持部をチャンバ内の異なる垂直位置で容易に浮上させて、基板の熱暴露の制御を可能にすることができる。図１に示す構成は、限定するものではないことが理解されるであろう。特に、本発明は、熱源またはランプが基板の片側または片面に誘導され、また高温計がウェーハの反対側に誘導される構成に限定されるものではない。

上述のように、処理チャンバのプロセス区域内のウェーハ温度は一般に、放射高温測定によって測定される。放射高温測定は、非常に精密に行うことができるが、放射高温計の帯域幅内である、加熱源から発生する放射は、この放射が高温計によって検出された場合、高温計信号の解釈に干渉することがある。アプライド マテリアルズのＲＴＰシステムでは、これは、プロセスキットによって、またウェーハ自体によって最小化されている。プロセスキットは、ウェーハと回転システムを結合させる。プロセスキットは、図１に３０として示す支持シリンダを含むことができる。プロセスキットはまた、支持リングを含むことができる。支持リングは、図示していないが、特定の処理チャンバ構成で使用することができる）。そのような支持リングは基本的に、図１に１４として示す縁部リングを支持する補助縁部リングである。

一般に、図１に示す１つまたは複数の高温計４０は、基板またはウェーハ１２が高温計からの放射源２６を遮蔽するように位置決めすることができる。ウェーハなどの基板は、１１００ｎｍより大きい、または約１１００ｎｍの波長の放射に対して、主として透明である。したがって、熱源放射が高温計に到達するのを制限する１つの方法は、基板が波長に対して実質上不透明になりうる波長の放射を測定することである。シリコンウェーハの場合、そのような波長は、約１１００ｎｍ以下とすることができる。それにもかかわらず、上述のように、プロセスキットは、源放射を「漏らす」可能性があり、特にウェーハが約４５０℃以下というより低い温度であるとき、すべてのウェーハが高温計の帯域幅で不透明というわけではない。さらなる実施形態では、この温度は、約４００℃以下になることがある。さらなる実施形態では、この温度は、約２５０℃以下になることがある。さらなる実施形態では、この温度は、高いことがあり、またチャンバ内で処理されているウェーハなどの基板の融点を上回ることがある。

本発明の一実施形態によれば、「漏れる」ことによって、または基板を透過することによって加熱源から発生する放射に対する１つの解決策は、高温計の帯域幅内の源放射がウェーハに到達するのを防止することである。本発明のさらなる態様によれば、高温計の帯域幅内の放射は、源へ後方反射される。これは、熱源とプロセス雰囲気１８を分離している図１の窓２０を、高温計の帯域幅の放射を反射しながら加熱に十分な源放射に窓２０を通過させる材料５１で被覆することによって、行うことができる。図１に示すように、窓のうちの熱源に面する側に、反射被覆膜５０を置くことができる。別の実施形態では、図２に示すように、窓２０のうちの基板に面する側に、反射層５１を置くことができる。別の実施形態では、窓の両側に反射層を適用することができる。特有の実施形態では、窓２０全体が反射層で完全に覆われ、被覆内に間隙または開口が存在しない。言い換えれば、反射層または窓２０内に間断なく反射層を備える窓２０が、基板と熱源を分離する。窓２０には、窓２０上の連続する反射層を途絶または中断させる透明部分は存在しない。

高温計が反応する波長範囲内の反射被覆で窓２０を覆うことによって、熱源から直接くるその波長範囲内の放射は実質上、高温計に到達しなくなる。したがって、高温計が波長範囲内の放射を検出すると、基板がその波長範囲に対して透明であるときでも、たとえばシリコンウェーハが約４００℃より低い、より具体的には約２５０℃より低い温度で処理されている場合でも、この放射は、基板のみまたは実質上基板のみからくる放射である。反射層を使用すると、高温計の精度が改善される。

一実施形態では、窓２０をチャンバから取り外して、１つまたは複数の反射層によって被覆することができる。膜の反射性の挙動は、選択される材料、層の数、および層の厚さに依存する。指定の波長範囲内の反射のために薄い反射層内に窓を提供するプロセスおよびサービスの提供者が知られている。そのような被覆サービスの１つの提供者は、たとえばＪＤＳ Ｕｎｉｐｈａｓｅである。膜の一実施形態では、反射層内で使用できる材料は、一般に、チタニアシリカまたはタンタラシリカなど、加熱源から放出される放射の大部分に対して実質上透明である高屈折率および低屈折率の誘電体材料の任意の組合せからなる交互の層とすることができる。一実施形態では、反射層は、ＳｉＯ_２層およびＴａ_２Ｏ_５層から構成され、さらなる実施形態では、最も外側の層はＳｉＯ_２である。

特有の実施形態では、プロセス区域の一部として窓２０を被覆するだけでよい。さらに、特有の実施形態では、窓は完全に被覆され、層内に開口は存在しない。１つまたは複数の実施形態では、窓２０は取り外し可能である。これにより、修理のための被覆の補修、または膜の再塗布もしくは交換窓との窓の取替えを比較的容易に行うことができる。特有の実施形態では、壁５３は被覆されない。

本発明のさらなる態様によれば、約７００〜１１００ｎｍの波長範囲内の高温計を用いて放射を検出することによって、約４００℃より低い、または約２５０℃から約１７５℃より低い、比較的低い温度を測定するために、高温計が使用される。処理チャンバ内の熱源によって発せられる波長範囲は通常、７００ｎｍ未満から５．５ミクロンを超える範囲である。石英などの材料は、５．５ミクロンを超える波長で不透明になる。約７００〜１１００ｎｍの波長をもつ放射が熱源に後方反射されると、基板を約４００℃より低い温度に加熱するのに十分な他の波長の放射が、依然として源から利用可能である。

一実施形態では、反射層は、広帯域反射フィルタである。一実施形態では、反射層は反射フィルタとして動作し、最大反射比は約１００％であり、または最大の反射と透過の比は、７００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲内で約１０００以上である。本明細書では、相対帯域幅は、

と定義される。上式でλ_{ｃｅｎｔｅｒ}は、λ_ｈｉｇｈとλ_ｌｏｗの算術平均での波長である。本明細書では、λ_ｌｏｗは、それを超えると、測定された反射が測定された入射放射の５０％になる波長として決定され、λ_ｈｉｇｈは、それより低くなると、測定された反射が測定された入射放射の５０％になる波長として決定される。

この態様を図３Ａおよび３Ｂに示す。図３Ａおよび３Ｂは、本発明の一態様によるフィルタのモデル化した透過率特性を示す。図３Ａは、波長の関数として線形目盛上に透過率を示す。図３Ｂは、対数目盛上に透過率を示す。両方のグラフ内の矢印３０３は、このフィルタの相対帯域幅を決定するための５０％の点を特定する。このフィルタの相対帯域幅は約５０％である。

本発明の一実施形態では、７００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲内で、反射層の相対帯域幅は約４４％である。さらなる実施形態では、反射波長の範囲は約７００〜１０００ｎｍであり、約３５％という反射層の相対帯域幅を提供する。本明細書では、約３０％以上の相対帯域幅を広帯域と定義し、約３０％未満の相対帯域を狭帯域と定義する。したがって、図３Ａおよび３Ｂのフィルタの帯域幅は広帯域である。

多層反射層の反射特性は、放射の波長に依存する。反射と透過の比はまた、源から膜の表面への入射角（ＡＯＩ）に依存する。一実施形態では、反射層は、４５°以下のＡＯＩでランプを離れる放射に基づく反射と透過の比に対して設計される。

一実施形態では、上記で提供した加熱源とプロセスチャンバとを分離する窓の外部もしくは内部、または両面に、大部分の源放射を通過して高温計の帯域幅の放射を反射するフィルタが置かれる。本明細書では、「窓」という用語は、基板と熱源の間の材料を指す。熱源がランプである実施形態では、窓という用語は、通常石英または任意の他の適切な材料から作られたランプ外被を含むものとする。

したがって、さらなる実施形態では、このフィルタはまた、放射源の外被の内面もしくは外面、または両面に置くことができる。この態様の図を、図４に示す。ランプ４００上の外被４０２の外部に、層４０１をもつ。これには、熱源の効率を上げることができるという追加の利益がある。

さらなる実施形態では、指定の波長範囲内の高温計の性能は、反射層に、好ましくは膜の２つの反射する層同士の間の層内に、吸収体材料を追加することによって改善することができる。吸収体はまた、ドーパントまたは追加の材料の形で、反射層が適用される基板の一部とすることができる。したがって、層が適用される基板は、部分的に吸収性とすることができる。反射層が適用される基板はまた、基板の吸収特性を高める材料でドープすることができる。反射層をもつ基板は、図１および２の窓２０などの窓であることが好ましい。他の実施形態では、１対の窓ガラス間に、吸収する流動体を提供することができる。吸収体は、高温計の帯域幅内であまり吸収する必要はないが、他のスペクトル領域内で吸収することができる。ただし、あまり放射源領域内でないことが好ましい。２つの反射する膜が高温計の帯域幅に対して鏡のホールとして働くため、吸収の正味の効果は強められる。石英を通過する放射スペクトル（約０．４から４ミクロン）にわたって数％未満の量だけ高温計の帯域幅内の放射を吸収するいかなる材料も適切であろう。一実施形態では、希土類酸化物は、反射層または基板に吸収体材料として追加するのに優れた候補である。さらなる実施形態では、高温計の放射より多くの源放射を通過させる帯域通過吸収体（Ｓｉなど）を、層または基板に追加することができる。さらなる実施形態では、概ね吸収性の材料、たとえば層材料または窓（基板）材料と混合しない炭素、金属、他の酸化物を、層に追加することができる。窓材料は、石英、アルミナ、イットリア、ガラス、または他の実質上透明のセラミックを含むことができる。

さらなる実施形態では、図１および２の窓２０などの窓は、２つの窓を備える複合窓とすることができ、窓同士の間に間隙を提供することができる。複合窓内の窓はどちらも、窓が吸収性である広い範囲内の第１の放射波長帯域を除いて、広い範囲の放射に対して透明である。これは、窓を低いレベルの吸収体でドープすることによって実現することができる。外面（「内部」は２つの窓同士の間と定義する）は、実質上第１の放射波長帯域の放射に対して反射性である反射被覆で被覆される。この実施形態では、光が第１の外部被覆を通過したとき、この光は次いで、複合窓の第１の窓、間隙、複合窓の第２の窓を通過し、第２の窓の被覆から反射し、再び第２の窓、間隙、および第１の窓などを戻る必要がある。この構成により、１回の反射当たり光が窓（吸収体をもつ）を通過しなければならないはずの回数が最大になり（１回の反射当たり２回の通過）、必要な吸収体の量は最小になる。

窓のさらなる実施形態として、２つ以上の窓からなる複合窓が提供される。２つの窓同士の間に、間隙が存在することがある。そのような間隙には、光を吸収する液体を充填することができる。上記で説明したように、これらの窓は透明であり、外部で反射被覆される。

少なくとも第１および第２の窓を備える複合窓のさらなる実施形態として、第１の外部窓を透明窓とすることができる。反射被覆をもつ第２の窓は、プロセス区域と第１の窓の間に位置決めすることができる。第１の窓は、第２の窓および／またはその被覆の化学的および／または機械的摩耗の保護を提供することができる。

これらの図では、熱源は基板の上に位置決めされ、高温計は熱源の下に置かれることが理解されるであろう。処理チャンバの他の構成も可能であり、完全に企図され、また本発明の範囲内である。たとえば、処理チャンバは、基板の下に加熱源を有し、また熱源の上に位置決めされた高温計を有することができる。処理チャンバ内の基板、熱源、および高温計の位置決めの上記その他の変形が可能であり、本明細書に記載の本発明の態様に根本的に影響を及ぼすことなく企図される。

さらなる実施形態では、図１および２に示すように、第２の壁５３は、金属壁ではなく、放射に対して透明である窓を備えることができる。そのような第２の窓は、加熱放射に対して実質上透明であることが好ましい。加熱放射は、図１および２のランプヘッド２４と類似の機能を有する第２のランプヘッドによって提供することができる。ウェーハなどの基板と実質上平行である第２の窓は、プロセス区域と第２のランプヘッドを分離する。したがって、そのような構成では、ウェーハなどの基板は、少なくとも２つの側面から加熱することができる。さらに別の実施形態では、第２の窓は、反射層を有することができる。この反射層は、第１の窓の構成または実施形態の１つとすることができる。２つのランプヘッドをもつ２つの窓を含み、したがってウェーハなどの基板を２つの表面で放射に露出させる一実施形態では、高温計のセットアップを修正することもできる。さらなる実施形態では、高温計は、先に開示したように、反射層をもつ窓に実質上垂直である壁の内もしくは上、または後ろに位置することができる。その場合、高温計は、ウェーハなどの基板を、上または下からではなく、側面から見ている。基板から十分な放射を捕獲するために、高温計を位置決めするいくつかの実施形態を使用することができる。さらなる実施形態では、高温計は、ウェーハなどの基板と平行な平面に位置する側壁の開口内またはその後ろに位置決めすることができ、この平面は、基板の水平面より高いことも低いこともある。これにより、高温計は、ある角度で基板を見ることができ、したがって基板の表面から十分な放射を捕獲することができる。さらなる実施形態では、チャンバのプロセス区域内から、石英管などの光パイプを側壁内の孔に挿入することができる。孔は、基板と平行な平面内にあり、この平面は、基板の平面の上または下にある。光パイプは、プロセス区域内の光パイプの端部が基板の表面と平行になるように構成することができる。光パイプの別の実施形態では、光パイプは、ウェーハなどの基板の表面と平行にプロセス区域に入っていることがある。この光パイプは、プロセスチャンバ内部の側面で湾曲部を備えることができ、したがって光パイプは、基板の表面に実質上垂直になる、基板の表面の上または下になる。

さらなる実施形態では、２つのランプヘッドまたは加熱源をもつ２つの窓を有する実施形態で、両方の窓を吸収体でドープし、反射被覆で被覆することができる。２つの窓および２つのランプヘッドまたは加熱源を有するチャンバのさらなる実施形態では、上述のように、それぞれの窓を複合窓とすることができる。

この明細書全体にわたって、「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「特定の実施形態」、「１つまたは複数の実施形態」、または「一実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」に対する言及は、その実施形態に関連して記載の特定の特徴、構造、材料、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、この明細書全体にわたって様々な場所に「１つまたは複数の実施形態で」、「特定の実施形態で」、「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）で」、または「一実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）で」などの語句が見られることは、必ずしも本発明の同じ実施形態に言及しているというわけではない。さらに、１つまたは複数の実施形態では、特定の特徴、構造、材料、または特性を、任意の適切な形で組み合わせることができる。

本明細書では本発明について、特定の実施形態を参照して説明したが、これらの実施形態は、本発明の原理および応用例を例示するものにすぎないことを理解されたい。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の方法および装置に様々な修正および変形を加えることができることが、当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内にある修正形態および変形形態を含むものとする。

Claims (15)

1. 基板を処理するシステムであって、
   第１の波長範囲内の放射を提供する熱源と、
   前記第１の波長範囲内の第２の波長範囲内の放射を検出することによって、チャンバのプロセス区域内に配置された前記基板の温度を測定する高温計と、
   前記熱源と前記基板を分離する窓であって、前記第１の波長範囲内の放射に対して透過性の材料から作られる窓と、
   前記熱源に面する側の窓面に設けられた反射層であって、前記熱源と前記基板の間の表面全体を覆い、前記第２の波長範囲内の放射に対して反射性である反射層と、
   を備え、
   前記第２の波長範囲が７００〜１０００ｎｍの間であり、前記窓面に反射層が形成された前記窓は、前記第２の波長範囲内にある前記熱源からの放射が４００℃より低い温度下において、基板を通して透過されるのを防止するように構成され、
   前記基板は、前記熱源からの放射が、前記反射層と前記窓を介してフィルタリングされて、基板表面に当たるように配置され、
   前記高温計は、前記基板の裏面に面した複数の高温計を含む、
   システム。
2. 窓が、前記第２の波長範囲内の放射が前記高温計に到達するのを防止するように、前記チャンバ内に位置決めされる、請求項１に記載のシステム。
3. 前記窓が、前記第２の波長範囲内だけの放射を吸収する吸収材料を含む、請求項１に記載のシステム。
4. 前記反射層が、前記第２の波長範囲内の放射が前記プロセス区域に入るのを防止する、請求項２に記載のシステム。
5. 前記第１の波長範囲が４００〜４０００ｎｍの間であり、前記反射層で、前記第２の波長範囲内の光の反射率の透過率に対する比である対透過比が少なくとも１０００である、請求項１に記載のシステム。
6. 前記反射層による反射率が、４５度以下の入射角で前記熱源から発せられる光に当てはまる、請求項１に記載のシステム。
7. 前記反射層が、第１および第２の反射層間に放射吸収材料層をさらに備え、前記放射吸収材料が、前記第２の波長範囲内の放射を吸収するように適合される、請求項１に記載のシステム。
8. 前記熱源がランプを備え、また前記窓が、放射源を取り囲む外被を備える、請求項１に記載のシステム。
9. 前記吸収材料が流動体を含む、請求項３に記載のシステム。
10. 第２の熱源と、前記第２の熱源と前記基板を分離する第２の窓とを備え、前記第２の窓が、前記第２の熱源によって生成された第１の波長範囲内の放射に対して透過性の材料から作られており、また前記第２の熱源と前記基板の間の前記第２の窓の表面全体を覆う反射層を有し、前記反射層が、前記第２の熱源によって生成された前記第１の波長範囲内の第２の波長範囲内の放射に対して反射性である、請求項１に記載のシステム。
11. 基板を処理するシステムであって、
    第１の波長範囲内の放射を提供する熱源と、
    前記基板を収容するプロセス区域と、
    前記熱源と前記基板を分離する窓である前記プロセス区域の第１の壁であって、前記窓が、前記基板の第１の表面に面し、かつ平行である、第１の壁と、
    前記熱源に面する側の窓面に設けられた反射層であって、前記熱源と前記基板の間の表面全体を覆い、第２の波長範囲内の放射に対して反射性である反射層と、
    前記第１の波長範囲内の第２の波長範囲内の放射を検出することによって、チャンバのプロセス区域内に配置された前記基板の温度を測定するように、前記第１の表面の反対側の前記基板の第２の表面に誘導された高温計であって、前記窓が、前記第１の波長範囲内の放射に対して透過性の材料から作られ、前記第１の壁の第１の表面が、第２の波長範囲内の放射に対して反射性である反射層によって完全に覆われ、前記第２の波長範囲が前記第１の波長範囲内である、高温計と、
    前記第１の壁と平行であり、また前記プロセス区域と外部環境を分離する前記プロセス区域の第２の壁であって、前記反射層によって覆われていない第２の壁と、
    を備え、
    前記第２の波長範囲が７００〜１０００ｎｍの間であり、前記窓面に反射層が形成された前記窓は、前記第２の波長範囲内にある前記熱源からの放射が４００℃より低い温度下において、シリコンを含む前記基板を通して、前記高温計に透過されるのを防止するように構成され、
    前記基板は、前記熱源からの放射が、前記反射層と前記窓を介してフィルタリングされて、基板表面に当たるように配置され、
    前記高温計は、前記基板の裏面に面した複数の高温計を含む、
    システム。
12. 前記第１の波長範囲が４００〜４０００ｎｍの間であり、前記反射層で、前記第２の波長範囲内の光の反射率の透過率に対する比である対透過比が少なくとも１０００である、請求項１１に記載のシステム。
13. プロセスチャンバ内でウェーハの温度を測定する方法であって、
    放射源と平坦な基板を分離し、前記基板の第１の表面に面し、かつ平行である平坦な窓を提供するステップであって、前記窓が、第１の波長範囲内の放射に対して透過性の材料から作られており、前記放射源に面した側の窓面には反射層が形成されていて、前記反射層が、第２の波長範囲内の放射に対して反射性である、提供するステップと、
    前記放射源を用いて前記平坦な基板を加熱するステップであって、前記放射源が第１の波長範囲内の放射を提供し、前記基板が所定の温度範囲で前記第１の波長範囲内の第２の波長範囲内の放射に対して透過性である、加熱するステップと、
    高温計を使用して前記チャンバ内のプロセス区域内で放射を測定するステップと、
    前記第２の波長範囲内の前記放射源からの放射を、前記反射層により、前記放射源の方へ戻して、前記放射源からの前記第２の波長範囲内にある放射が前記高温計に到達するのを防止するステップと
    を含み、
    前記所定の温度範囲が４００℃より低い範囲であり、前記基板がシリコンを含み、前記第２の波長範囲が７００〜１０００ｎｍの間であり、
    前記基板は、前記放射源からの放射が、前記反射層と前記窓を介してフィルタリングされて、基板表面に当たるように配置され、
    前記高温計は、前記基板の裏面に面した複数の高温計を含む、
    方法。
14. 前記放射源が、第１の基板表面に誘導され、また前記高温計が、前記第１の基板表面の反対側の第２の基板表面に誘導される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１の波長範囲が４００〜４０００ｎｍの間であり、前記反射層で、前記第２の波長範囲内の光の反射率の透過率に対する比である対透過比が少なくとも１０００である、
    請求項１４に記載の方法。

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