JPH09312265A

JPH09312265A - 反応チャンバの温度制御方法および装置

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Publication number: JPH09312265A
Application number: JP12512596A
Authority: JP
Inventors: K Carlson David; ケー．カールソンデイビッド; Lilley Norma; リリーノーマ; Roger N Anderson; エヌ．アンダーソンロジャー
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1996-05-20
Filing date: 1996-05-20
Publication date: 1997-12-02
Anticipated expiration: 2016-05-20
Also published as: JP3846934B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のＣＶＤ法に伴う欠点を克服すること。【解決手段】加工物処理システム（１００）内で反応
チャンバ（１０２）近傍の冷媒（空気）流量を、反応チ
ャンバ（１０２）の壁温が所定の目標温度で維持される
ように制御する装置および付随方法。目標温度は、典型
的に、チャンバ（１０２）内で現在完遂されており、例
えば、堆積プロセス中の温度およびクリーニングプロセ
ス中の異なる温度を利用する、プロセスを適正化する温
度である。当該装置は、温度測定器（１３２、１３４、
１３６）を含み、チャンバ壁の温度を測定する。測定温
度は、所定の目標温度と比較される。閉ループシステム
は、チャンバ壁近傍の空気流量を制御し、測定温度は実
質的に目標温度と等しくなる。空気流量の制御は、反応
チャンバ（１０２）を過ぎた空気を運ぶ為に包囲体に空
気を供給する導入管（１２０）内に配置された空気流量
制御装置（１３８）を備える。包囲体は、反応チャンバ
（１０２）を支持し内包するハウジング（１１８）の一
部を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、化学蒸着（ＣＶＤ）法
に関し、特に、温度制御装置、およびＣＶＤ反応チャン
バの壁の温度を制御する随伴方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】慣例的なＣＶＤシステムにおいて、反応
チャンバは堆積工程が行われる容積を内包する。チャン
バは、典型的に、透明な石英で作製される。反応チャン
バは、チャンバ内の装置の温度が光学高温計を用いて光
学的にモニターし得る石英ウインドーを有する。一般的
に、ウインドーはチャンバの壁と一体になっているの
で、これらウインドーはチャンバ壁温を示す。ウインド
ーおよびチャンバの壁の温度は、チャンバ内の加工物の
温度、現在の随伴プロセス、現プロセス内で包含された
ガスおよびプロセスの運転時間に従属して変化する。

【０００３】より詳細には、堆積プロセス中、チャンバ
壁上の堆積物を最小限にする為に石英壁温は狭い温度範
囲内で制御されることが望ましい。さらに望ましいこと
は、クリーニング工程中、石英壁温は、チャンバ壁上に
堆積されてきた膜のエッチング速度を最大にする為に異
なる温度で維持される点である。そのような温度を維持
することにより、粒子汚染問題は最小限に抑えられる。

【０００４】典型的に、チャンバの壁温は、チャンバの
外側表面付近の流量により、公称値(nominal value)で
維持される。この空気の流量は、チャンバ内で実行され
る各プロセスに対し固定されている。そのため、チャン
バ壁温は、チャンバ内の条件で変化する。すなわち、壁
温はチャンバ内のプロセスが材料を堆積しているのか加
工物から材料をエッチングしているのかに依存して異な
る。

【０００５】経験的な研究により、チャンバ内で行われ
るプロセスは、特定のプロセスに対する最適温度でチャ
ンバ壁温が維持される場合、最適化することが可能であ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＣＶＤ
システムは固定流速でチャンバを過ぎた空気流量を維持
することを企図している。それだけで、これらのシステ
ムは高度な温度適正化を妨げる顕著なチャンバ壁温の変
化を示す。

【０００７】そのため、チャンバ内で完遂されているプ
ロセスの各々に対しチャンバ壁温が簡単に適正化し得る
ように、反応チャンバ近傍の空気流量を制御するため、
当該技術では、閉ループ型装置、付随した方法が必要で
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来のＣＶＤ
法に伴う欠点を克服するものである。特に、本発明はＣ
ＶＤシステム内で反応チャンバ近傍の冷媒（空気）流量
を制御する装置および付随方法であり、反応チャンバの
壁温は所定の目標温度で維持される。目標温度は、通
常、チャンバ内で現在完遂されているプロセスを適正化
する温度である。

【０００９】特に、本発明は、光学高温計（又は熱電
対）を用いて反応チャンバの壁温を測定する。測定され
た温度は、目標温度と比較される。閉ループ装置は反応
チャンバの外側表面を過ぎた空気流量を制御し、測定さ
れた温度は実質的に目標温度と等しくなる。空気流量制
御は、反応チャンバを過ぎた空気を運ぶ包囲体に空気を
供給する導入管内に配置された位置決め可能な空気羽根
により提供される。それだけで(As such)、空気羽根の
位置決めにより反応チャンバ近傍の空気流量を規制し、
その後、反応チャンバ壁の温度を規制する。

【００１０】操作中、使用者は、チャンバ内で行われる
特定のプロセスに適切な多くの目標温度を設定すること
ができる。本発明は、付随するプロセス中、各目標温度
に到達および維持するように空気流量を調節する。した
がって、適切な反応チャンバ壁温が各プロセス中に使用
される。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、化学蒸着（ＣＶＤ）シス
テム１００内で使用される熱反応チャンバ１０２の断面
図を示す。チャンバは、反応性ＣＶＤプロセスが完遂さ
れる内部容積１０３を画成する壁を有する。ハウジング
１１８は、チャンバ１０２を囲んで支持する。チャンバ
１０２の内部容積１０３内では、加工物支持構造体１０
４がＣＶＤプロセス中に加工物を支持する為に使用され
る。そのような加工物支持構造体は、一般的に当該技術
分野ではサセプタとして参照されている。加工物支持構
造体１０４は、チャンバ１０２の底部孔１０８を介して
拡張されている。そのような拡張により、駆動装置（図
示せず）が加工物支持構造体１０４、よって加工物１０
６をプロセス中に回転させることができる。そのような
回転は、プロセス均一性を強化するためになされる。

【００１２】処理中、ガスは入口ポート１１０を介して
チャンバに入り、排気ポート１１２を介して除去され
る。また、処理中、熱は赤外線照射用電球１１４によっ
て提供される。赤外線電球は、ハウジング１１８に接続
された支持装置１１６上のチャンバ近傍に装着されてい
る。チャンバの壁は透明になっており、赤外線照射が自
由に反応チャンバに入り加工物を加熱することができ
る。

【００１３】熱リアクタのより完全な記述およびそれら
の操作は、"In-Situ Measurement Of A Thin Film Depo
sited On A Wafer" という名称で譲渡された特許第５,
２５８,８２４および "Double Dome Reactor for Semic
onductor Processing" という名称の米国特許第５,１０
８,７９２に開示されており、これらは参考までに本願
明細書に導入されている。

【００１４】石英ウインドー（例えば、透明チャンバ壁
の接触可能部分）は透明だが、処理中は、それでも加熱
される。チャンバ壁を冷却する冷媒流量は、導入管１２
０を介して送風機（図示せず）からハウジング１１８に
供給され、チャンバを過ぎて照射され、導出管１２２を
介して排気される。更に詳細には、冷媒流は、導管１２
０を介して、上部および下部入口ポート１２４、１２６
を通って、ハウジング１１８に供給される。冷媒流は、
上部および下部排気ポート１２８、１３０を通ってハウ
ジング１１８を出る。ハウジング１１８は、チャンバ壁
を過ぎた冷媒を運ぶ包囲体を形成している。このチャン
バの外側表面近傍の冷媒の一定流量が、チャンバ１０２
の壁を冷却する。典型的には、冷媒は空気である。導入
管１２０内に配置された、空気羽根１３８あるいは他の
冷媒流量制御装置は、ハウジングへの空気流量の量を制
御し、次には、チャンバ壁の温度を制御する。さらに、
調整可能な絞り(iris)、弁、送風機速度制御回路など、
冷媒流量を制御する他の装置を使用してもよい。

【００１５】石英チャンバ壁の温度は、慣例的な光学高
温計１３２を用いてモニタされる。この光学高温計は、
摂氏１００度から８００度の範囲で測定でき、４．８〜
５．２ミクロンの間の波長を検出できる能力を有する。
そのような光学高温計は、7300 North Natchez Avenue,
Niles, Illinois 60648 に商用住所を有する Ircon,In
c. あるいは 1290 Hammerwood Avenue, Sunnyvale, Cal
ifornia 94089 に商用住所を有する Linear Labs から
入手可能である。同様の光学高温計は、加工物１０６の
温度を測定する為（高温計１３４）および加工物支持構
造体１０４（高温計１３６）の温度を測定する為に用い
られる。これらの高温計は、摂氏５００度〜１２５０度
の範囲の温度を測定でき、２〜４ミクロンの波長を検出
できるものである。

【００１６】また、反応チャンバ壁の温度を測定する他
の手段を使用できる。他の温度測定装置の一例は、図２
に示されるように、シールドされた熱電対１４０であ
る。この熱電対は、反応チャンバ１０２の外側表面に直
接取り付けられている。特に、熱電対１４０は、シール
ド１４２の下方に装着されており、上部石英ライナ１４
４の上方に直接配置されている。それだけで、チャンバ
壁の温度は直接モニタされ、熱電対は測定温度を示す信
号を作成する。

【００１７】光学高温計１３２（熱電対１４０）からの
出力信号は、信号処理回路（図示せず）により受信され
て処理される。この回路は、例えば発光ダイオードある
いは液晶数値ディスプレイのような、信号で表示された
温度値の表示へと温度測定装置からの電気出力信号を変
換する、温度ディスプレイのような簡単なものでもよ
い。その表示された温度に応じて、操作者は手動で、空
気流量制御装置を調節し、反応チャンバにわたる空気流
量が変更される。この方法では、ディスプレイ上に表示
されたような目標温度に測定温度が相当するまで、高温
計（あるいは熱電対）により測定されたチャンバ壁温を
操作者が調整できる。典型的には、目標温度はチャンバ
内で完遂されている現在のＣＶＤプロセスを最適化する
温度である。

【００１８】前述した本発明の簡単な導入において、操
作者は、目標温度に到達するまで測定温度を制御する閉
ループシステムの一部を形成する。電気回路を使用すれ
ば、閉ループ回路は当該閉ループを自動化の為に使用す
ることができる。この点について、図３はチャンバ壁温
を制御する閉ループシステムの簡略化されたブロック図
を示す。図４は、この閉ループシステムが機能するプロ
セスを図示するルーチンのフローチャートを示す。この
閉ループシステムの操作を最も良く理解するため、図３
及び図４が同時に参照されるべきである。

【００１９】本発明の上記実施例では、閉ループシステ
ム３００は、高温計１３２（又はは熱電対）により生成
された温度信号（ライン３０２）をモニタし、減算器３
０８を用いて、測定温度信号を目標温度値と比較し（ラ
イン３０４）、目標温度と測定温度の差異を表すエラー
信号（ライン３０６）を生成する。目標温度は、手動に
よりシステムに入力されるか、チャンバ内の処理を制御
しているコンピュータアルゴリズムによって定義され
る。いずれにせよ、エラー信号は、モータ制御回路３１
０に対する入力を形成する。モータ制御回路は、エラー
信号に応じて、空気羽根を調節するステッパモータ３１
２を制御する。この空気羽根の調整により、空気羽根は
動かされ、エラー信号が最小限になる。この全体操作
は、エラー信号を最小限にして壁温の変化に対処するた
めに定期的間隔で行われる。そのため、石英壁温は調整
されて目標温度になる。

【００２０】このチャンバ壁温の閉ループ制御に含まれ
るプロセスは、図４のフローチャートで要約されてい
る。ステップ４０２では、目標温度（ＴＴ）がシステム
に入力される。ステップ４０４では、測定温度（ＭＴ）
が高温計（又は熱電対）によって生成される。ステップ
４０６では、ルーチンが、目標温度が測定温度に等しい
かを質問する。もし、温度が等しい場合、ルーチンはＹ
ＥＳの経路４１２に従って、ルーチンの始めにとループ
を作り、質問が否定的に回答されるまで、それぞれ目標
温度および測定温度を測定および比較する。

【００２１】もし、目標温度および測定温度が等しくな
い場合、ルーチンステップ４０６からステップ４０８出
されているＮＯの経路に沿う。ステップ４０でルーチン
は、目標温度から測定温度を差し引くことによりエラー
信号を作成する。ステップ４１０でモータ制御回路は、
エラー信号に応答して、適切なモータ制御信号を生成す
る。このモータ制御信号はステッパモータを起動し、空
気羽根の位置を調整する。このルーチンを繰り返すこと
により、システムは目標温度と測定温度が等しくなるま
で空気流量を調整する。後に、ルーチンは継続して測定
温度をモニタし、継続して空気羽根の位置を調整し、測
定温度は目標温度で維持される。

【００２２】この方法およびシステムを使用することに
より、チャンバ壁温の温度を目標温度に設定することが
でき、この目標温度がチャンバ内で生じる目下のＣＶＤ
プロセスを最適化する。同一のシステムおよび方法は、
プロセスにわたり目標温度を維持する。その後、他のプ
ロセスに対しては、本発明により他の目標温度が選定、
確立および維持される。

【００２３】前述した開示内容から当業者が悟ること
は、エラー信号が空気流量制御装置の他の形態、例え
ば、送風速度、空気弁、調整可能アイリスを制御する為
に使用できる点である。さらに、開示されたルーチン
は、ＣＶＤ処理を制御するマイクロプロセッサ（コンピ
ュータ）上で実行されるソフトウエアプログラムとし
て、組み込むことができる。それなりに、マイクロプロ
セッサは空気流量制御装置を制御する信号を作成する。

【００２４】本発明の教示を導入する多様な実施例が本
願で示され、詳細に説明されてきたが、当業者はこれら
の教示を導入する他の多くの変更例をすぐに考案するこ
とができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
るので、従来のＣＶＤ法に伴う欠点を克服することがで
きる。特に、本発明はＣＶＤシステム内で反応チャンバ
近傍の冷媒（空気）流量を制御することにより、反応チ
ャンバの壁温は所定の目標温度で維持される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、チャンバの壁温をモニタする光学高温
計を含む熱反応チャンバの簡略化された断面図を示す。

【図２】図２は、チャンバの壁温をモニタする熱電対を
含む熱反応チャンバの簡略された断面図を示す。

【図３】図３は、閉ループ温度制御システムを提供する
ために使用される回路のブロック図を示す。

【図４】図４は、閉ループ制御ルーチンのフローチャー
トを示す。

【符号の説明】

１００…ＣＶＤシステム、１０２…熱反応チャンバ、１
０３…内部容積、１０４…加工物支持構造体、１０６…
加工物、１０８…底部孔、１１０…入口ポート、１１２
…排気ポート、１１４…赤外線照射電球、１１６…支持
装置、１１８…ハウジング、１２０…導入管、１２２…
導出管、１２４、１２６…下部入口ポート、１２８、１
３０…下部排気ポート、１３２、１３４、１３６…光学
高温計、１４０…熱電対、１４２…シールド、１４４…
上部石英ライナ、３００…閉ループシステム、３０８…
減算器、３１０…モータ制御回路、３１２…ステッパモ
ータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ノーマリリーアメリカ合衆国，カリフォルニア州，プリーサントン，ダブリュー．ラスポジタス 3710 (72)発明者ロジャーエヌ．アンダーソンアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サンノゼ，ネストリタウェイ 1824

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応チャンバの壁の温度を制御する装置
であって、包囲体（shroud）に接続され、当該包囲体に冷媒を移送
する導入管であって、前記反応チャンバ近傍の冷媒流を
限定して制御する前記導入管と、前記包囲体に接続され、前記包囲体から前記冷媒を排出
する導出管と、前記導入管内に配置され、前記包囲体に流れる冷媒流量
を制御する冷媒流量制御装置と、前記反応チャンバの前記壁の温度を測定する手段と、前記測定温度が目標温度に達するまで、反応チャンバ近
傍の冷媒流量を変えることにより前記測定温度が変えら
れるように、測定温度に応じて前記冷媒流量制御装置を
制御する手段と、を備えて構成される装置。
【請求項２】前記包囲体は、前記反応チャンバの為に
ハウジングの一部を形成する、請求項１記載の装置。
【請求項３】前記冷媒は空気である請求項１記載の装
置。
【請求項４】前記冷媒流量制御装置は、前記導入管を
介して前記包囲体への空気流量を制限する為に、選択的
に位置決めが可能な空気羽根(air vane)である、請求項
３記載の装置。
【請求項５】前記温度測定手段は光学高温計(optical
pyrometer)である、請求項１記載の装置。
【請求項６】前記温度測定手段は熱電対である、請求
項１記載の装置。
【請求項７】前記冷媒流量制御装置を制御する手段
は、前記測定温度および前記目標温度を入力信号として
有し、前記目標温度と前記測定温度との差異を示すエラ
ー信号を作成する、閉ループシステムである、請求項１
記載の装置。
【請求項８】前記冷媒流量制御手段を制御する手段
は、前記エラー信号に応じて前記エラー信号が最小限に
なるように前記冷媒流量制御装置を調整する、請求項７
記載の装置。
【請求項９】前記冷媒流量制御装置を制御する手段
は、前記測定温度および前記目標温度を入力信号として
有し、前記目標温度と前記測定温度との差異を示すエラ
ー信号を作成する、閉ループシステムである、請求項４
記載の装置。
【請求項１０】前記冷媒流量制御手段を制御する手段
は、前記エラー信号に応じて前記エラー信号が最小限に
なるように前記羽根を調整する、請求項９記載の装置。
【請求項１１】前記冷媒流量制御装置は、選択的に
前記空気羽根を位置決めするステッパモータに電気的に
接続されたモータ制御回路を更に備え、前記モータ制御
回路は、前記エラー信号に応じて、前記空気羽根が位置
決めされて前記エラー信号が最小限になるように、前記
ステッパモータを位置決めするためのモータ駆動信号を
作成する、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】前記壁を通過した冷媒流を運ぶ為の包
囲体を備えた反応チャンバの壁の温度を制御する装置で
あって、上記壁の温度を感知し、前記感知した壁温を示す第１信
号を生成する前記壁付近の温度センサと、目標壁温を示す第２信号を供給する目標温度信号源と、前記第１および第２信号を受け、前記感知した壁温と前
記目標壁温との差異を示すエラー信号を生成する比較器
と、弁の閉度を調節するために前記エラー信号に応じ、前記
包囲体を通る冷媒流の流量の程度を制御するために配置
された調整制御弁と、を備え、もって、反応チャンバの
温度が目標温度に近づくように形成される装置。
【請求項１３】前記包囲体は、前記反応チャンバのた
めにハウジングの一部を形成する、請求項１２記載の装
置。
【請求項１４】前記冷媒は空気である請求項１２記載
の装置。
【請求項１５】前記調整制御弁は、前記導入管を介し
て前記包囲体への空気流量を制限する為に、選択的に位
置決めが可能な空気羽根である、請求項１４記載の装
置。
【請求項１６】前記温度センサは光学高温計である、
請求項１２記載の装置。
【請求項１７】前記温度センサは熱電対である、請求
項１２記載の装置。
【請求項１８】反応チャンバの壁の温度を制御する方
法であって、前記反応チャンバを過ぎた冷媒を運ぶ包囲
体に、導入管を介して、冷媒を供給するステップと、前記冷媒が前記反応チャンバの前記壁を過ぎて流れた
後、前記ハウジングから導出管を介して冷媒を排出する
ステップと、前記反応チャンバの前記壁の温度を測定するステップ
と、目標温度を選定するステップと、前記反応チャンバの前記壁を過ぎた冷媒の流量が規制さ
れ、前記測定温度が実質的に前記目標温度に等しくなる
ように、冷媒流量制御装置を調整するステップと、を備
える方法。
【請求項１９】前記冷媒は空気である請求項１８記載
の方法。
【請求項２０】前記包囲体は、前記反応チャンバの為
にハウジングの一部を形成する、請求項１８記載の方
法。
【請求項２１】前記調整ステップは、前記測定温度と
前記目標温度との差異を示すエラー信号を計算するステ
ップと、前記エラー信号に応じて、前記エラー信号が最小限にな
るように、前記冷媒流量制御装置を制御するステップ
と、を更に備える請求項１８記載の方法。
【請求項２２】前記冷媒流量制御装置は空気羽根であ
る、請求項１９記載の方法。
【請求項２３】前記計算ステップは、前記エラー信号をモータ制御回路に供給するステップ
と、前記モータ制御回路内で、前記エラー信号に応答するモ
ータ制御信号を生成するステップと、前記空気流量を規制し前記エラー信号を最小限にする為
に前記空気羽根が配置されるように、前記モータ制御信
号に応じて、前記空気羽根に結合されたモータを起動さ
せるステップと、を更に備える方法。
【請求項２４】壁を過ぎた冷媒を運ぶ包囲体を備えた
反応チャンバの壁温を制御する方法であって、上記壁の温度を感知するステップと、感知された前記壁の温度を示す第１信号を生成するステ
ップと、目標壁温を示す第２信号を供給するステップと、前記第１および第２信号を比較するステップと、前記比較に応じて、感知された前記壁の温度と前記目標
壁温との差異を示すエラー信号を生成するステップと、前記エラー信号に応じて、上記包囲体を介して上記冷媒
の流量の程度を制御するために配置されている調整可能
な制御弁の閉度を調整し、もって、反応チャンバの温度
が上記目標温度に近づくように形成される、方法。
【請求項２５】前記冷媒は空気である請求項２４記載
の方法。
【請求項２６】上記包囲体は、前記反応チャンバの為
にハウジングの一部である、請求項２４記載の方法。
【請求項２７】前記調整可能な制御弁は空気羽根であ
る、請求項２５記載の方法。
【請求項２８】前記エラー信号をモータ制御回路に供
給するステップと、前記モータ制御回路内で、前記エラー信号に応答するモ
ータ制御信号を生成するステップと、前記モータ制御信号に応答して、前記空気流量を規制し
前記エラー信号を最小限にする為に前記空気羽根が配置
されるように、前記空気羽根に結合されるモータを起動
するステップと、を更に備える請求項２７記載の方法。