JP7498225B2 - インラインチャンバメテロロジ－ - Google Patents

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Description

本開示の実施形態は、概して、減圧処理システムおよび処理技術に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、減圧処理システムにおける基板の直接的なインライン監視のための技術に関する。
半導体基板は、集積回路用のデバイス及び微小デバイスの製造を含む、広範な用途のために処理される。基板を処理するための１つの技術は、基板を減圧下でガスに曝露することと、基板の表面上に誘電材料または導電性金属などの材料を堆積させることを含む。例えば、エピタキシは、基板（例えば、シリコンウエハ）の表面上に、シリコンまたはゲルマニウムから成ることが多い高純度の薄膜を成長させるために使用されうる堆積プロセスである。材料は、処理流体（例えば、前駆体ガスとキャリアガスとの混合物）を、支持体上に配置された基板の表面と平行に、かつ当該表面に亘って流し、処理流体を（例えば、処理流体を高温に加熱することにより）分解し、基板の表面上へと処理流体からの材料を堆積させることによって、クロスフローチャンバ内で堆積されうる。
基板の処理中の様々な時間に、堆積された膜の品質が検査および／または測定されうる。基板を検査および／または測定するための以前から知られている技術は、処理チャンバから基板を取り出し、基板を検査および／または測定するための計器内に、基板を配置することを含む。処理チャンバから基板を取り出すと、結果的に、ガスが処理チャンバに入って、場合によっては、（基板または他の基板の）チャンバ内での処理が続けられる前に、真空ポンプによって処理チャンバを真空状態にする必要がある。
処理チャンバのスループット、および製造される基板の品質を改善するために、処理システムの高真空環境から基板を取り除くことなく、処理システム内で処理が施される基板を検査および／または測定する手段が必要とされている。
基板を処理するための装置が提供される。装置は、概して、第１のビューポートおよび第２のビューポートを有する処理チャンバ本体と、処理チャンバ本体と接続された、処理流体を供給するための供給源と、処理チャンバ本体と接続された真空ポンプと、処理チャンバ本体内の基板支持体と、第１のビューポートを通して基板支持体上の基板を照射するよう動作可能な電磁放射放出器と、第２のビューポートを通して、基板から散乱した電磁放射を検出するよう動作可能な検出器と、を備える。
基板を処理するためのシステムが提供される。本システムは、概して、
基板の通過を可能にするよう構成された第１のスリット弁開口、及び、基板の通過を可能とするよう構成された第２のスリット弁開口を有する処理チャンバと、
処理チャンバの第１のスリット弁開口を開閉するよう動作可能な第１のスリット弁であって、閉弁時に第１の気密シールを形成するよう動作可能な第１のスリット弁と、
処理チャンバの第２のスリット弁開口を開閉するよう動作可能な第２のスリット弁であって、閉弁時に第２の気密シールを形成するよう動作可能な第２のスリット弁と、
処理チャンバの第２のスリット弁開口と位置合わせされた移送スリット弁開口、ロードロックポート、及び、基板支持体を有するロードロックと、
収容されたプローブを有する機械的アーム部と
を備え、
機械的アーム部は、ロードロックポートを介してロードロックの内部にアクセスするよう動作可能であり、機械的アーム部は、基板支持体上の基板に接近するように、収容されたプローブ内の計器を動かすよう動作可能であり、収容されたプローブは、基板を照射するために電磁放射を放出するよう動作可能な放出器を有し、収容されたプローブは、基板から散乱した電磁放射を検出するよう動作可能な検出器を有する。
本開示の態様の上記で列挙された特徴が詳細に理解されうるように、上記で簡単に要約された態様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行うことが出来、実施形態の幾つかが添付の図面に示される。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを例示しており、従って、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
本開示の態様に係る減圧処理チャンバの断面図を示す。 本開示の態様に係る減圧処理チャンバの断面図を示す。 本開示の或る特定の態様に係る例示の処理システムを示す。 本開示の態様に係る例示のロードロックの概略的な等角図を示す。 本開示の態様に係る処理チャンバの概略的な等角図を示す。 本開示の態様に係る原子層堆積の監視を示す一式のグラフ５００である。 本開示の態様に係る、処理中に基板を測定するよう構成された例示の和周波発生（ＳＦＧ：ｓｕｍ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）分光監視システムの概略図である。 本開示の態様に係る例示の基板ハンドリングブレードの概略図である。
理解を容易にするために、可能な場合には、複数の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。一実施形態で開示される要素は、具体的な記述がなくとも、他の実施形態で有益に利用できることが企図されている。
処理システムの高真空環境から基板を取り除くことなく、処理システム内で処理が施される基板の層の厚さおよび層の均一性を測定し、および／または、基板を検査して欠陥を検出し、および／または、基板の層および層間の界面の化学的な特徴付けを行うための方法および装置が提供される。本方法および本装置は、処理チャンバ内または処理チャンバに接続されたロードロックチャンバ内の基板を測定および／または検査することによって、処理チャンバの真空を破らずに基板の測定および／または検査を可能にする。
本明細書に開示される一実施形態は、処理システムに接続されたロードロックチャンバである。ロードロックチャンバは、基板上の粒子の属性または当該粒子の存在を検査および／または測定するために使用されうる１つ以上の計器を有する収容されたプローブを備えた、機械的アーム部を有する。基板は、処理チャンバから取り出してロードロック内に移動することが可能であり、そこで、１つ以上の計器が基板を検査および／または測定する。ロードロック内の圧力は、処理システムまたは処理チャンバの圧力と同様のレベルに維持され、処理チャンバの真空を破らずに基板の測定および検査が可能となる。
他の実施形態では、複数のビューポートが処理チャンバ上に配置される。レーザ、Ｘ線放出器、および／または、電磁放射の他の放出器が、処理チャンバ内の第１のビューポートを通じて基板を照射することが可能であり、基板から散乱した放射線は、第２のビューポートを通じて処理チャンバから出て、処理チャンバの外部の計器によって検出、収集、および／または測定されうる。基板は、当該基板が処理チャンバ内にある間に、処理チャンバの真空を破ることなく検査および／または測定されうる。
本明細書では、基板から「散乱した」放射線とは、基板から反射され、基板から屈折させられ、照明の結果として基板から発せられ、および／または基板を透過する放射線を指している。
半導体基板は、集積回路用のデバイス及び微小デバイスの製造を含む、広範な用途のために処理される。上述のように、基板を処理するための１つの技術は、基板を減圧下でガスに曝露することと、基板の表面上に誘電材料または導電性金属などの材料を堆積させることを含む。例えば、エピタキシは、基板（例えば、シリコンウエハ）の表面上に、シリコンまたは二酸化ケイ素から成ることが多い高純度の薄膜を成長させるために使用されうる堆積プロセスである。材料は、処理流体（例えば、前駆体ガスとキャリアガスとの混合物）を、支持体上に配置された基板の表面と平行に、かつ当該表面に亘って流し、処理流体を（例えば、処理流体を高温に加熱することにより）分解し、基板の表面上へと処理流体からの材料を堆積させることによって、クロスフローチャンバ内で堆積されうる。上記のエピタキシ技術に従って処理された基板が、以下により詳細に記載されるように、処理チャンバ内またはロードロック内で測定および／または検査されうる。
開示される実施形態は、原子層堆積（ＡＬＤ：ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、化学基層堆積（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、エッチング、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ：ｐｌａｓｍａ－ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、誘電体堆積、ポリマー層堆積、および選択除去プロセス（ＳＲＰ：ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ）を含むがこれらに限定されない基板を処理するための技術と共に使用されうる。
図１Ａは、本開示の態様に係る、構成要素が処理のためのポジションに置かれた例示的な処理チャンバ１００の概略的な断面図を示している。図示の処理チャンバは、エピタキシャルチャンバである。処理チャンバ１００は、１つ以上の基板を処理する（例えば、基板上にエピタキシャル堆積を行う）ために使用され、ここでは、基板１０８の上面上への材料の堆積が含まれる。処理チャンバ１００は、加熱のための放射加熱ランプ１０２のアレイと、他の構成要素のうち、処理チャンバ１００内に配置された基板支持体１０６（例えばサセプタ）の背面１０４と、を含む。いくつかの実施形態では、放射加熱ランプのアレイが、下部ドームの下方に示されるアレイに加えて、上部ドーム１２８の上方に配置される。基板支持体１０６は、図示のように中央開口を有さないディスク状の基板支持体１０６であってよく、またはリング状の基板支持体であってよい。
図１Ｂは、図１Ａの線１Ｂ－１Ｂに沿って切り取られた処理チャンバ１００の概略的な側面図を示している。ライナアセンブリ１６３および環状シールド１６７が、分かり易くするために省略されている。基板支持体は、図１Ａに示すようにディスク状の基板支持体１０６であってよく、または、図１Ｂに示すように、ランプ１０２の熱放射への基板の曝露を容易にするために、基板の縁部から基板を支持するリング状の基板支持体１０７であってよい。
図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、基板支持体１０６又は１０７は、上方ドーム１２８と下方ドーム１１４との間の処理チャンバ１００内に位置している。上側ドーム１２８と、下側ドーム１１４と、上側ドーム１２８と下側ドーム１１４の間に配置されるベースリング１３６とが、処理チャンバ１００の内部領域を画定する。概して、上部ドーム１２８および下部ドーム１１４の中央部分は、石英などの光学的に透過性の材料から形成される。処理チャンバ１００の内部領域は、大まかに、処理領域１５６とパージ領域１５８とに分けられる。
基板１０８（縮尺どおりではない）は、ローディングポート１０３を通じて処理チャンバ１００に運び込まれ、基板支持１０６上に配置されうる。ローディングポート１０３は、図１Ａでは基板支持体１０６に見えなくなっているが、図１Ｂでは見ることができる。
一実施形態によれば、基板支持体１０６は、図１Ａに示すように、基板支持体１０６を直接的に支持しうる中央シャフト１３２によって支持されている。他の実施形態によれば、中央シャフト１３２は、図１Ｂに示すように、アーム部１３４によってディスク状の基板支持体１０７を支持する。
一実施形態によれば、処理チャンバ１００は、ランプヘッド１４５も備え、このランプヘッド１４５は、ランプ１０２のアレイを支持し、処理中および／または処理後にランプ１０２を冷却する。各ランプ１０２は、各ランプ１０２に電気を供給する電気分電盤（図示せず）に結合されている。
一実施形態によれば、処理チャンバ１００は、処理チャンバ１００内および基板１０８の表面の温度を測定する１つ以上の光高温計１１８も含む。コントローラ（図示せず）が、配電盤からランプ１０２への配電を制御する。コントローラはまた、処理チャンバ１００内の冷却流体の流れを制御する。コントローラは、配電盤からランプ１０２への電圧を変化させることによって、および冷却流体の流れを変化させることによって、処理チャンバ内の温度を制御する。
リフレクタ１２２が上部ドーム１２８の上方に配置されており、基板１０８および上部ドーム１２８から発せられた赤外線を反射して処理チャンバ１００内に戻す。リフレクタ１２２は、クランプリング１３０を用いて上部ドーム１２８に固定されている。リフレクタ１２２は、冷却流体源（図示せず）に接続された１つ以上の接続ポート１２６を有する。接続ポート１２６はリフレクタ内の１つ以上の通路（図示せず）に接続しており、冷却流体（例えば、水）がリフレクタ１２２内を循環することを可能とする。
一実施形態によれば、処理チャンバ１００は、処理流体供給源１７２に接続された処理流体入口１７４を含む。処理流体入口１７４は、処理流体（例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはシラン（ＳｉＨ４））を、おおまかに基板１０８の表面全体に導くよう構成される。処理チャンバはまた、処理流体入口１７４の反対側の処理チャンバ１００の側面に位置する処理流体出口１７８を含む。処理流体出口１７８は、真空ポンプ１８０に連結されている。
一実施形態によれば、処理チャンバ１００は、ベースリング１３６の側壁に形成されたパージガス入口１６４を含む。パージガス源１６２が、パージガス入口１６４にパージガスを供給する。処理チャンバ１００が環状シールド１６７を備える場合に、環状シールド１６７は、処理流体入口１７４とパージガス入口１６４との間に配置される。例示の目的で、処理流体入口１７４、パージガス入口１６４、および処理流体出口１７８が示されており、基板１０８上への材料の均一な堆積を促進するために、その位置、サイズ、流体入口および流体出口の数等が調節されうる。
基板支持体は、処理チャンバ１００内での基板の処理を可能にするポジションで示されている。中央シャフト１３２、基板支持体１０６または１０７、及びアーム部１３４は、アクチュエータ（図示せず）によって下降させられうる。複数のリフトピン１０５が、基板支持体１０６又は１０７を貫通している。処理ポジションより下のローディングポジションまで基板支持体を下げることにより、リフトピン１０５が下部ドーム１１４に接触し、基板支持体１０６の穴を通過して、基板支持体１０６から基板１０８を持ち上げることが可能となる。次いで、ロボット（図１には図示せず、図２のロボット２０８を参照）が処理チャンバ１００に入って、ローディングポート１０３を通じて基板１０８と係合して取り出す。基板１０８を取り出したロボットまたは他のロボットが、ローディングポート１０３を通って処理チャンバに入って、未処理の基板を基板支持体１０６上に配置する。次いで、基板支持体１０６が、アクチュエータによって処理ポジションまで上げられ、未処理の基板が処理のためのポジションに配置される。
一実施形態によれば、処理チャンバ１００内での基板１０８の処理は、ローディングポート１０３を通して基板を挿入することと、基板１０８を基板支持体１０６または１０７上に配置することと、基板支持体１０６または１０７および基板１０８を処理ポジションまで上げることと、ランプ１０２を用いて基板１０８を加熱することと、基板１０８全体に処理流体１７３を流すことと、及び、基板１０８を回転させることを含む。場合によっては、基板は処理中に上げまたは下げられうる。
本開示のいくつかの態様によれば、処理チャンバ１００内のエピタキシャル処理は、処理チャンバ１００内の圧力が大気圧よりも低いように制御することを含む。一実施形態によれば、処理チャンバ１００内の圧力は、約１０ｔｏｒｒ～８０ｔｏｒｒに下げられる。他の実施形態によれば、処理チャンバ１００内の圧力は、約８０ｔｏｒｒ～３００ｔｏｒｒに低減される。一実施形態によれば、真空ポンプ１８０が、処理前及び／又は処理中に処理チャンバ１００の圧力を下げるために作動される。
処理流体１７３は、１つ以上の処理流体入口１７４から処理チャンバ１００内に導入され、１つ以上の処理流体出口１７８を通って処理チャンバ１００から出る。処理流体１７３は、例えば、熱分解または他の反応によって、基板１０８上に１つ以上の材料を堆積させる。基板１０８上に材料を堆積させた後で、反応から流出物（すなわち、排ガス）１６６、１７５が形成される。流出物１６６、１７５は、処理流体出口１７８を通って処理チャンバ１００を出る。
基板１０８の処理が完了すると、処理チャンバ１００は、パージガス入口１６４を通してパージガス１６５（例えば、水素または窒素）が導入されることによって、処理流体１７３および流出物１６６、１７５がパージされる。パージガス１６５は、パージガス入口１６４の代わりに、またはパージガス入口１６４に加えて、処理流体入口１７４を通して導入されうる。パージガス１６５は、処理流体出口１７８を通って処理チャンバを出る。
例示的なインラインチャンバメトロロジー
本開示の実施形態では、基板は、処理チャンバの真空を破ることなく、処理チャンバ内で処理され、検査および／または測定されうる。一実施形態では、ロードロックチャンバが、弁を介して処理チャンバと接続される。ロードロックは、基板を検査および／または測定するために使用されうる１つ以上の計器を有する収容されたプローブを備えた、機械的アーム部を有する。基板は、処理チャンバから取り出され、弁を通過してロードロックの中へと入れることが可能であり、そこで、１つ以上の計器が基板を検査および／または測定する。ロードロック内の圧力は、処理チャンバの圧力と同様のレベルに維持され、または当該レベルまで下げられており、処理チャンバの真空を破ることなく、基板の測定および検査が可能となる。その後、基板は、追加の処理のために処理チャンバに戻されてよく、追加の処理のパラメータ（例えば、温度またはガス流量）は、ロードロックで行われた測定および検査に基づいて決定される。
本開示の態様に係るロードロックと共に利用されうる測定技術および検査技術には、共焦点蛍光顕微鏡法および画像化、赤外線、紫外線、および可視線の反射（エリプソメトリを含む）、ラマン散乱、先端増強ラマン散乱、表面プラズモンポラリトン増強ラマン散乱、第２高調波、和周波分光法、原子間力顕微鏡法（ＡＦＭ：ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）、走査トンネル顕微鏡法（ＳＴＭ：ｓｃａｎｎｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）、テラヘルツ波走査またはミリ波走査、および、Ｘ線蛍光（ＸＲＦ：ｘ－ｒａｙ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）が含まれる。
他の実施形態では、複数のビューポートがプロセスチャンバ上に配置される。レーザ、Ｘ線放出器、および／または、電磁放射の他の放出器が、第１のビューポートを通って処理チャンバ内の基板上に照射することが可能であり、基板から散乱した（例えば、反射されまたは屈折させられた）放射線は、第２のビューポートを通って処理チャンバから出て、処理チャンバの外部の計器によって検出、収集、および／または測定されうる。基板は、基板が処理チャンバ内にある間に、処理チャンバの真空を破ることなく検査および／または測定されうる。
本開示の態様に従って、処理チャンバ上に配置されたビューポートと共に利用されうる測定技術および検査技術には、共焦点蛍光顕微鏡法および画像化、赤外線、紫外線、および可視線の反射（エリプソメトリを含む）、ラマン散乱、第２高調波、和周波分光法、テラヘルツ波走査またはミリ波走査、および、Ｘ線蛍光（ＸＲＦ）が含まれる。
図２は、本開示の一実施形態に係る例示的な処理システム２００を示す上面図である。処理システム２００は、ロードロックチャンバ２０４と、移送チャンバ２０６と、移送チャンバ２０６内のハンドリング（例えば、ツールおよび材料ハンドリングまたは基板ハンドリング）ロボット２０８と、第１のＣＶＤ処理チャンバ２１０と、第２のＣＶＤ処理チャンバ２１２と、制御ステーション２１４と、ＡＬＤ処理チャンバ２１６と、マスクチャンバ２１８とを含む。第１のＣＶＤ処理チャンバ２１０、第２のＣＶＤ処理チャンバ２１２、ＡＬＤ処理チャンバ２１６、および各チャンバに関連するハードウェアは、好ましくは、例えば、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、ニッケルめっきアルミニウム、ステンレス鋼、石英、ならびに、それらの組み合わせおよび合金といった、１つ以上のプロセス適合性材料から形成される。第１のＣＶＤ処理チャンバ２１０、第２のＣＶＤ処理チャンバ２１２、およびＡＬＤ処理チャンバ２１６は、コーティングされる基板の形状および他の処理要件によって必要とされるように、円形、矩形、または別の形状であってよい。
移送チャンバ２０６は、ロードロックチャンバ２０４、第１のＣＶＤ処理チャンバ２１０、第２のＣＶＤ処理チャンバ２１２、ＡＬＤ処理チャンバ２１６、およびマスクチャンバ２１８に隣接する側壁に設けられたスリット弁開口２２１、２２３、２２５、２２７、２２９を含む。ハンドリングロボット２０８は、基板ハンドリングブレード２０９および／または１つ以上の他のツールを、スリット弁開口２２１、２２３、２２５、２２７、２２９のそれぞれを通して、隣接するチャンバ内に挿入することが可能であるよう配置および構成される。すなわち、ハンドリングロボットは、他のチャンバのそれぞれに隣接する移送チャンバ２０６の壁部にあるスリット弁開口２２１、２２３、２２５、２２７、２２９を介して、ロードロックチャンバ２０４、第１のＣＶＤ処理チャンバ２１０、第２のＣＶＤ処理チャンバ２１２、ＡＬＤ処理チャンバ２１６、およびマスクチャンバ２１８に、ツールを挿入することが可能である。本明細書では「ブレード」とも呼ばれる基板ハンドリングブレードには、本開示の態様によれば、基板監視装置が具備されうる。このようなブレードの一例を、以下で図７を参照して説明する。基板、ツール、または他の物品が隣接するチャンバの１つに挿入されまたは隣接するチャンバの１つから取り除かれるときに、スリット弁開口２２１、２２３、２２５、２２７、２２９は、隣接するチャンバの内部へのアクセスを可能にするために、スリット弁２２０、２２２、２２４、２２６、２２８によって選択的に開閉される。
移送チャンバ２０６、ロードロックチャンバ２０４、第１のＣＶＤ処理チャンバ２１０、第２のＣＶＤ処理チャンバ２１２、ＡＬＤ処理チャンバ２１６、およびマスクチャンバ２１８は、真空システム（例えば、真空ポンプ）と流体連通する１つ以上の開孔（図示せず）を含む。上記開孔は、種々のチャンバ内のガスの出口を提供する。いくつかの実施形態では、チャンバはそれぞれ、別個の独立した真空システムに接続される。さらに別の実施形態では、チャンバのいくつかは真空システムを共有するが、他のチャンバは別個の独立した真空システムを有する。真空システムは、種々のチャンバを通るガスの流れを調節するために、真空ポンプ（図示せず）およびスロットル弁（図示せず）を含みうる。
本開示の態様によれば、第１のＣＶＤ処理チャンバ２１０は、弁２１５を介してロードロック２１１と接続されうる。ロードロック２１１は、基板を検査および／または測定するために使用されうる１つ以上の計器を有する収容されたプローブを備えた、機械的アーム部を有しうる（図３を参照）。基板は、第１のＣＶＤ処理チャンバ２１０から取り出され、弁２１５を通ってロードロック２１１内に入り、そこで、１つ以上の計器が基板を検査および／または測定することが可能である。計器は、共焦点蛍光顕微鏡または撮像システム、１つ以上の赤外線レーザ、紫外線レーザ、および／または可視光レーザ、１つ以上の電荷結合素子（ＣＣＤ：ｃｈａｒｇｅ－ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）検出器、１つ以上のテルル化カドミウム水銀（ＭＣＴ：ｍｅｒｃｕｒｙ ｃａｄｍｉｕｍ ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ）検出器、１つ以上のヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ：ｉｎｄｉｕｍ ｇａｌｌｉｕｍ ａｒｓｅｎｉｄｅ）検出器、先端強化ラマン散乱用の先端を有する機械的プローブ、原子間力顕微鏡プローブ、走査トンネル顕微鏡プローブ、テラヘルツ波またはミリ波トランシーバアンテナ、ならびに、Ｘ線放出器およびＸ線検出器、のうちの１つ以上を含んでよい。機械的アーム部、収容されたプローブ、および計器については、以下で図３を参照しながら、より詳細に説明する。ロードロック２１１内の圧力を、第１のＣＶＤ処理チャンバ２１０の圧力と同様のレベルに下げまたは当該圧力に維持することが可能であり、第１のＣＶＤ処理チャンバ２１０の真空を破ることなく、基板の測定および検査が可能となる。
同様に、第２のＣＶＤ処理チャンバ２１２は、弁２１８を介してロードロック２１３に接続され、ＡＬＤ処理チャンバ２１６は、弁２１９を介してロードロック２１７と接続されうる。ロードロック２１３および２１７の各々は、基板を検査および／または測定するために使用されうる１つ以上の計器を有する、収容されたプローブを有する機械的アーム部を有しうる（図３を参照）。上述のように、基板は、第２のＣＶＤ処理チャンバ２１２の真空を破ることなく、第２のＣＶＤ処理チャンバ２１２から取り除かれて、弁２１８を通ってロードロック２１３内に入りうる。また上記のように、基板は、ＡＬＤ処理チャンバ２１６の真空を破ることなく、ＡＬＤ処理チャンバ２１６から取り出されて、弁２１９を通ってロードロック２１７内に入りうる。ロードロック２１３または２１７内に入ると、プローブの計器が、第２のＣＶＤ処理チャンバ２１２またはＡＬＤ処理チャンバ２１６の真空を破ることなく、基板を測定および／または検査しうる。
図３は、本開示の態様に係る例示的なロードロック３００の概略的な等角図を示している。ロードロック３００は、図２に示したロードロック２１１、２１３、２１７の一例でありうる。収容されたプローブ３０４を備えた機械的アーム部３０２が、ロードロックポート３０８を介して基板３０６にアクセスしうる。基板３０６は、ロードロック内の基板支持体３１０（例えば、基板支持ブレードまたはペデスタル）上に置かれうる。プローブは、レーザ源または他の放出器から基板へと、電磁放射（例えば、赤外線レーザ光、紫外線レーザ光、可視レーザ光、ミリ波、またはＸ線）を搬送するための光ファイバケーブルまたは金属ケーブルを含みうる。追加的にまたは代替的に、プローブは、１つ以上のレーザ源、テラヘルツ波またはミリ波トランシーバアンテナ、およびＸ線放出器を含んでよい。プローブはまた、１つ以上の電荷結合素子（ＣＣＤ）検出器、テルル化カドミウム水銀（ＭＣＴ）検出器、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）検出器、先端強化ラマン散乱用の先端を有する機械的プローブ、原子間力顕微鏡プローブ、走査トンネル顕微鏡プローブ、Ｘ線検出器、および／または、基板を測定および／または検査するための他の種類の計器を含んでもよい。また、ロードロック３００は、ロードロック３００からガス（例えば、処理チャンバからロードロックに入りうる処理流体）を抜くための１つ以上のターボ真空ポートを含んでもよい。
機械的アーム部３０２は、プローブ３０４を基板に接近させることが可能であるため、近視野検査技術および遠視野検査技術の双方が、ロードロック３００内で行われるのに適している。
本開示の態様によれば、プローブ３０４は真空に曝露されたときに、限られたガス放出しか行わない材料（例えば、石英）に収容（封入）することが可能であり、プローブの材料（例えば、光ファイバストランド）からのガス放出からの、基板の汚染が防止される。基板に接近しまたは接触していることを必要とする計器（例えば、先端強化ラマン散乱のための機械的プローブ先端、原子間力顕微鏡、または走査トンネル顕微鏡）は、真空に曝露されたときに、限られたガス放出しか行わない材料に収容されなくてよい。代わりに、基板に近接しまたは接触することを必要とする計器は、真空に暴露されたときに限られたガス放出を経験する材料（例えば、鋼）で構築されうる。
図４は、本開示の態様に係る、複数のビューポート４０２および４０４を有する処理チャンバ４００（例えば、ＡＬＤチャンバ）の概略的な等角図を示している。ビューポートは、電磁放射４２４および４２６（例えば、赤外光、紫外光、可視光、Ｘ線、および／またはミリ波放射）に対して半透過性の石英または他の材料から作製されうる。第１のビューポート４０２は、電磁放射による基板４０６の照射が、大きなグレージング角度（すなわち、基板の上面に対して垂直から測定される角度）で行われることを可能とするよう配置されうる。第２のビューポート４０４は、検出器４３０が、大きなグレージング角度と類似した角度で、基板から散乱した電磁放射４３２を受け取りおよび／または検出することを可能とするよう配置されうる。処理チャンバ４００は、図１Ａおよび図１Ｂに示す処理チャンバ１００を代表するものでありうる。処理チャンバは、１つ以上の処理流体入口４７４を介して処理流体供給源４７２に接続されてよく、真空ポンプ４８０に接続された処理流体出口４７８を含んでよい。基板４０６は、ロードロック内の基板支持体４１０（例えば、基板支持ブレードまたはペデスタル）上に置かれうる。基板支持体４１０は、処理チャンバの性能にとって望ましい場合には、加熱されうる。
電磁放射ビーム４２４、４２６の１つ以上のレーザ（例えば、赤外線レーザ、紫外線レーザ、可視光レーザ、若しくはＸ線レーザ）４２０、４２２、または他の放出器が、ビューポート４０２を通じて基板４０６を照射しうる。図示のように、レーザは、８００ナノメートル（ｎｍ）の波長を有するフェムト秒・ピコ秒（ｆｓ－ｐｓ）パルス可視レーザと、１～４マイクロメートル（μｍ）の範囲の波長を有するｆｓ－ｐｓパルス中赤外（ｍｉｄ－ＩＲ）レーザと、を含みうるが、本開示はこのようには限定されず、他の波長の放出器が使用されうる。レーザまたは他の放出器は、放出器によって放出された電磁放射が一貫した角度で基板を照射するように、ロードロックに取り付けられうる。基板の測定中および検査中に、制御された再現可能なやり方で、放射線に基板の表面に亘ってラスタ走査させるように、レーザおよび他の放出器の取り付けが１つ以上のアクチュエータ（図示せず）を用いて移動されうる。１つ以上のミラー４４２Ａおよび４４２Ｂ、半波長板４４４Ａおよび４４４Ｂ、偏光子４４６Ａおよび４４６Ｂ、ならびにレンズ（例えば、焦点レンズ）４４８Ａおよび４４８Ｂは、放射線に基板の表面に亘ってラスタ走査させるように、アクチュエータ（図示せず）によって移動されうる。追加的に又は代替的に、放出器からの電磁放射は、光ファイバケーブル又は他の導管によって方向付けられてよく、ケーブルおよび／または導管は、放射線に基板の表面に亘ってラスタ走査させるために、アクチュエータによって移動される。
基板を照射した結果基板から散乱した（例えば、反射されまたは屈折させられた）電磁放射４３２は、ビューポート４０４を介して処理チャンバ４００から出うる。１つ以上の開孔４５０、コリメータ４５２、偏光子４５４、ミラー４５６、フィルタ４５８、およびレンズ４６０によって、電磁放射４３２が、１つ以上の電荷結合素子（ＣＣＤ）検出器４３０、テルル化カドミウム水銀（ＭＣＴ）検出器、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）検出器、分光計、および、基板を測定および／または検査するための他の種類の計器へと方向付けられうる。ＣＣＤ検出器、ＭＣＴ検出器、ＩｎＧａＡｓ検出器、分光計、および他の計器は、ビューポート４０４を出た電磁放射４３２を検出および／または測定して、基板に関する測定値および他のデータを決定することが可能である。検出器または他の計器は、基板から散乱した電磁放射が、一貫した角度で測定または検出されるように、ロードロックに取り付けられうる。検出器および他の計器の取り付けは、当該検出器および他の計器が、基板の測定中および検査中に放出器が基板に亘ってラスタ走査させられたことに応じて、基板から散乱した放射線を受け取るよう、１つ以上のアクチュエータ（図示せず）によって移動させられうる。追加的にまたは代替的に、開孔４５０、コリメータ４５２、偏光子４５４、ミラー４５６、フィルタ４５８、およびレンズ４６０は、電磁放射４３２を検出器および／または計器に向かって方向付けるために、アクチュエータを介して移動させられてよい。
基板支持体４１０は、基板の測定および検査の一部として、処理チャンバ内を移動してよい。例えば、基板支持体４１０は、ビューポート４０２を介して入射する１つ以上のビーム４２４、４２６が基板の表面に亘って走査（例えば、ラスタ走査）されるように、処理チャンバ４００内で基板を動かしうる。追加的に又は代替的に、走査ガルバノミラーが、放出器からのビームを基板の表面に亘って走査するために利用されうる。ガルバノミラーは、処理チャンバ４００内に配置されてよく、または処理チャンバ４００の外部に位置してよい。
図４に示される実施形態は、基板４０６の上面を走査するビームを示すが、本開示は、このようには限定されない。本開示の態様によれば、基板支持体４１０は、切り取られた部分を有しまたはビームに対して半透過性であってよく（例えば、プリズム）、ビューポート４０２および４０４は、ビームが基板の下面を走査することを可能とするよう配置されてよい。
本開示の態様によれば、第２高調波発生（ＳＨＧ：ｓｅｃｏｎｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）および和周波発生（ＳＦＧ：ｓｕｍ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）分光法が、ＡＬＤ、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＰＶＤ、誘電体堆積、ポリマー層堆積、およびＳＲＰを介して堆積される表面といった処理表面を監視するために利用されうる。ＳＦＧ分光法は、材料の二次分子超分極率を精査し、非中心対称媒体中のどのモードが活性であるかを示す。ＳＦＧおよびＳＨＧは、２次非線形光学プロセスであり、ここでは、２つの入射光子が、媒体表面または界面で空間的および時間的に重なり合ったときに、互いに、および表面と相互作用して、上記２つの入射光子の周波数の和の周波数を有する１つの光子を生成する。入射光子が両方とも同じ光源から来る（したがって同じ周波数である）ときは、結果として生じるプロセスが、第２高調波発生（ＳＨＧ）と呼ばれる。両方の入射光子が異なる周波数であるときには、結果的に生じる光学プロセスは、和周波発生（ＳＦＧ）と呼ばれる。これらの２次光学プロセスは、光子エネルギーと運動量の保存に従う。光子運動量の保存は、プロセスに高度に方向性を持たせ、従って、ＳＦＧまたはＳＨＧ光子は、入射光子、または他の非線形光学プロセスからの他の光子から、空間的に分離されうる。２次超分極性が非中心対称媒体においてのみ、例えば界面、表面においてのみ活性であり、または、対称中心を有さない分子についてさえも活性であるため、ＳＦＧおよびＳＨＧは、表面感度が高いプロセスでもある（例えば、Ｎａｔｕｒｅ ３３７（６２０７）、５１９～５２５頁、１９８９年を参照）。例えば、ＳＦＧ分光法は、以下の図５を参照して説明するように、白金－水素結合に関連する特定の波数の強度を測定することによって、白金上の水素（Ｈ２）の原子層堆積を監視するために利用されうる。ＳＦＧ分光法は、ＡｌＯｘ結合に関連する特定の波数の強さを測定することによって、シリコン基板上の酸化アルミニウム／酸化ケイ素（ＡｌＯｘ／ＳｉＯｘ）の原子層堆積を監視するためにも利用されうる（例えば、Ｅ．Ｋｅｓｓｅｌｓ他著、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａ３５、０５Ｃ３１３（２０１７年）、ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１１１６．４９９３５９７）で入手可）。
図５は、異なる流量の水素に白金が曝露され、白金の表面の和周波発生測定が行われるＡＬＤプロセスにおける、白金上への水素の原子層堆積の監視を示す曲線を示したグラフ５００である。曲線５１０は、白金を最高流量で水素に曝露した後の一組の波数（ｃｍ－１単位で測定）についての一組のＳＦＧ強度（ｓ－１単位で測定）を示す。白金を最高流量で水素に曝露した後に、ＳＦＧ分光法は、点５１２に示すように、波数２０２０ｃｍ－１の比較的高い強度（すなわち、１．１を超える）を示している。白金をより低い流量で水素に曝露した後に、ＳＦＧ分光法は、点５１４に示すように、波数２０２０ｃｍ－１のより低い強度（すなわち、約０．９５）を示している。続いてより低い流量での、白金の水素への第３、第４、第５、および第６の曝露のそれぞれの後で、ＳＦＧ分光法は、点５１６、５１８、および５２０に示すように、波数２０２０ｃｍ－１のさらに低い強度（すなわち、０．９０未満）を示す。白金を最低流量で水素に曝露した後で、ＳＦＧ分光法は、点５２２に示すように、波数２０２０ｃｍ－１の最低強度（すなわち、０．３８）を示している。
本開示の態様によれば、ＳＦＧ分光法の技術は、表面および界面に非常に特化しており、従って、ＳＦＧ分光法からのデータの解析では、典型的に、測定された信号からバックグラウンド信号を減算する必要がない。
図６は、本開示の態様に係る、ＡＬＤ処理中に基板６７０（例えば、白金）を監視するよう構成された例示的なＳＦＧ分光システム６００の概略図である（例えば、ＡＣＳ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ、２０１４年，４（６）、１９６４～１９７１頁を参照）。例示的なＡＬＤ処理チャンバ６８０では、水素が位置６８２でチャンバ内に流れ込み、さらに基板上を流れ、これにより水素の解離が引き起こされて、基板上に層が形成される。質量分析計（ＭＳ：ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）が、基板上に堆積した水素の量に関するデータを収集するために、チャンバを出るガスを監視する。加熱ロッド６８４およびピストン６８６が、ＡＬＤチャンバ内の温度および圧力を制御する。例示的なＳＦＧ分光システムでは、可変波長レーザシステム（すなわち、１つ以上の電磁放射放出器）６０２が、赤外線範囲（すなわち１～９マイクロメートル、例えば、４～７マイクロメートルまたは５～６マイクロメートル）の波長を有するレーザ光６０４の第１のパルスと、可視範囲（すなわち５２０～９００ナノメートル、例えば、６００～９００ナノメートル、７５０～８５０ナノメートル、または８００ナノメートル）の波長を有するレーザ光６０６の第２のパルスと、を生成する。次いで、レーザ光の第１のパルスが、第１のパルスの周波数を所望の周波数に微調整する種々のフィルタ６０８を通過する。次いで、第１のパルスは、レンズ６１０によって照準されて、第１のビューポート６５２に入射して、処理チャンバの中に入る。第２のパルスは、フィルタ６１６を通過して、第２のパルスの周波数が微調整される。レンズ６２０が、第２のパルスを第１のビューポート６５２を通して処理チャンバ内へと向ける。第１のパルスおよび第２のパルスは、プリズム６１２を介して照準されて、基板６７０を照射してもよい。第１のパルスおよび第２のパルスは、それらが基板を照射するときに相互作用して、第２高調波パルス６３０を生成する。第２高調波パルスは、第２ビューポート６５４を介して処理チャンバから出るために、プリズム６１２を介して照準されうる。レンズ６４０およびフィルタ６４２が、第２高調波パルスを方向付け、第１のパルスおよび第２のパルスの反射をフィルタで除去することができ、これにより、光電子増倍管６３２（ＰＭＴ：ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ ｔｕｂｅ）が、第２高調波パルスを収集することが可能である。ＰＭＴは、第２高調波パルスに関する情報をボックスカー積分器６３４に供給する。最後に、ボックスカー積分器が、解釈のためにコンピュータ６３６に信号を供給する。
本開示の態様によれば、第１のビューポート６５２および第２のビューポート６５４は、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）またはフッ化カルシウム（ＣａＦ２）から形成されうる。というのは、これらの材料は、赤外線範囲の波長を有する第１のパルスと、可視範囲の波長を有する第２のパルスと、の両方の透過を可能とするからである。
図７は、本開示の態様に係る例示的な基板ハンドリングブレード７００の概略図である。例示的な基板ハンドリングブレードは、基板支持ブレード７０２と、計器支持アーム部７０４と、を含みうる。計器支持アーム部は、レーザ源７０６（例えば、１つ以上の電磁放射放出器、レーザ、または、遠隔レーザからレーザ光を搬送する光ファイバケーブルといったレーザ光の他の源）および分光計７０８を支持しうる。図６に示すように、レーザ源は、異なる波長を有するレーザ光７１０、７１２の２つのパルスを送出しうる。図６に示すように、レーザ源は、レーザ光のパルスを基板ハンドリングブレード上の基板に向けるために、１つ以上のミラー、フィルタ、エタロン、およびレンズを含みうる。分光計はまた、第１のパルスおよび第２のパルスの反射７２０および７２２を両方とも遮断し、第２高調波パルス７２４を分光計内の検出器に向けるために、１つ以上の絞り、フィルタ、レンズ、および偏光子を含みうる。
本開示の態様によれば、計器支持アーム部７０４および基板ハンドリングブレード７０２は、処理チャンバ（例えば、図１に示す処理チャンバ１００）内へと一緒に移動しうる。追加的にまたは代替的に、計器支持アーム部は、基板ハンドリングブレードが処理チャンバに入るときには、基板ハンドリングブレードとは独立して動きうる（例えば、遠ざかるように回転しうる）。
本開示の態様では、レーザ源７０６および／または分光計７０８といった計器支持アーム部７０４上の計器は、基板ハンドリングブレードが移送チャンバ（例えば、図２に示す移送チャンバ２０６）内にある間に、基板ハンドリングブレードによって支持される基板の監視を行うことが可能であり、処理システム内の真空を破る必要なく、基板の監視および／または検査が可能となる。
本開示の態様によれば、分光計は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ：ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）分光計、またはフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ：ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｆｉｂｅｒ）ベースの分光計でありうる。
前述の検討のより良い理解を提供するために、上記の非限定的な例が提供される。実施例は、特定の実施形態を対象としうるが、実施例は、いかなる特定の点においても本開示を限定するものとして解釈されるべきではない。
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することなく、本開示の他の実施形態及びさらなる実施形態を考案されうる。本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (8)

  1. 第１のビューポートおよび第２のビューポートを有する処理チャンバ本体と、
    前記処理チャンバ本体内の基板支持体と、
    前記第１のビューポートを通して、前記基板支持体上の基板を照射するよう動作可能な電磁放射放出器と、
    前記第２のビューポートを通して、前記基板から散乱した電磁放射を検出するよう動作可能な検出器と、
    前記電磁放射放出器からの電磁放射ビームを前記基板の表面に亘って走査するよう動作可能な第１のアクチュエータと、
    前記電磁放射ビームの走査に応じて、前記基板から散乱した前記電磁放射ビームを受け取るように前記検出器を移動させるよう動作可能な第２のアクチュエータと、
    を備える、基板を処理するための装置。
  2. 前記電磁放射放出器からの電磁放射ビームは、前記第１のアクチュエータにより移動される光ファイバケーブルによって方向付けられる、請求項１に記載の装置。
  3. 前記第１のアクチュエータは、前記電磁放射放出器からのビームを前記基板の表面上へと方向付けるよう動作可能なガルバノミラーである、請求項１に記載の装置。
  4. 前記電磁放射放出器が、第１の波長を有するレーザ光の第１のパルスを生成するよう動作可能な第１のレーザ源と、第２の波長を有するレーザ光の第２のパルスを生成するよう動作可能な第２のレーザ源とを備える、請求項１に記載の装置。
  5. 前記第１の波長は、１マイクロメートル以上４マイクロメートル以下であり、前記第２の波長は、７５０ナノメートル以上８５０ナノメートル以下である、請求項４に記載の装置。
  6. 前記検出器は、前記第１のパルスと、前記第２のパルスと、前記基板との間の相互作用によって生じる和周波発生（ＳＦＧ：ｓｕｍ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）パルスの強度を測定するよう動作可能である、請求項４に記載の装置。
  7. 前記第１の波長は、１マイクロメートル以上９マイクロメートル以下であり、前記第２の波長は、５２０ナノメートル以上９００ナノメートル以下である、請求項４に記載の装置。
  8. 前記第１の波長は、４マイクロメートル以上７マイクロメートル以下であり、前記第２の波長は、６００ナノメートル以上９００ナノメートル以下である、請求項４に記載の装置。
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