KR20190138315A - 고온 세라믹 가열기 상의 통합형 기판 온도 측정 - Google Patents

고온 세라믹 가열기 상의 통합형 기판 온도 측정 Download PDF

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이젠 장
루판카르 초우두리
2세 제이 디. 핀슨
제이슨 엠. 샬러
하니쉬 쿠마르 파나발라필 쿠마란쿠티
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본원의 실시예들은, 플라즈마 강화 증착 프로세스, 이를테면 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 프로세스 동안 기판의 온도를 직접적으로 모니터링하기 위한 기판 온도 모니터링 시스템을 제공한다. 일 실시예에서, 기판 지지 조립체는 지지 샤프트, 지지 샤프트 상에 배치된 기판 지지부, 및 기판 지지부 상에 배치될 기판의 온도를 측정하기 위한 기판 온도 모니터링 시스템을 포함한다. 기판 온도 모니터링 시스템은 광섬유 튜브, 광섬유 튜브에 커플링된 광 가이드, 및 광섬유 튜브와 광 가이드의 접합부 주위에 배치된 냉각 조립체를 포함한다. 본원에서, 광 가이드의 적어도 일부는 지지 샤프트를 통해 기판 지지부 내로 연장되는 개구에 배치되며, 냉각 조립체는 기판 프로세싱 동안 광섬유 튜브를 약 100 ℃ 미만의 온도로 유지한다.

Description

고온 세라믹 가열기 상의 통합형 기판 온도 측정
[0001] 본원에서 설명되는 실시예들은 일반적으로, 플라즈마 강화 반도체 디바이스 제조 프로세스들에 관한 것으로, 더 구체적으로, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 챔버에서 사용되는 기판 온도 모니터링 시스템 및 이와 관련된 방법들에 관한 것이다.
[0002] 반도체 디바이스 제조는 미소한 집적 회로들이 기판 상에 생성될 수 있게 하는 다수의 상이한 화학적 및 물리적 프로세스들을 수반한다. 집적 회로를 구성하는 재료들의 층들은 화학 기상 증착, 물리 기상 증착, 에피택셜 성장 등에 의해 생성된다.
[0003] 집적 회로들의 제조 시에, 다양한 재료 층들의 증착 또는 에칭을 위해 대개 플라즈마 강화 프로세스들이 사용된다. 플라즈마 강화 프로세싱은 열적 프로세싱에 비해 다수의 이점들을 제공한다. 예컨대, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)은 유사한 열적 프로세스들에서 달성가능한 것보다 더 낮은 온도들 및 더 높은 증착 레이트들로 증착 프로세스들이 수행될 수 있게 한다. 따라서, PECVD는 엄격한 서멀 버짓(thermal budget)들을 갖는 반도체 디바이스 제조 프로세스들, 이를테면, VLSI(very large scale integrated circuit) 또는 ULSI(ultra-large scale integrated circuit) 디바이스 제작을 위한 BEOL(back end of the line) 프로세스들에 대해 유리하다.
[0004] 전형적으로, 프로세싱 챔버 내의 기판의 플라즈마 강화 프로세싱 동안, 플라즈마로부터의 이온들은 기판에 충격을 가하여, 기판의 바람직하지 않은 일시적 온도 증가들, 예컨대 온도 스파이크들이 발생되게 할 것이다. 플라즈마 강화 챔버 내의 기판 프로세싱 동안 기판 온도를 모니터링하는 종래의 방법들은 전형적으로, 기판이 상부에 배치되어 있는 기판 지지부의 온도를 측정하여 기판 지지부의 온도로부터 기판의 온도를 추측하는 것에 의지한다. 불행하게도, 다수의 플라즈마 강화 프로세스들의 저압 분위기는 기판과 기판 지지부 사이에 불량한 열 전달을 야기하며, 이는 기판과 기판 지지부 사이에 큰 온도 차이를 생성한다.
[0005] 따라서, 플라즈마 강화 기판 프로세스들 동안 기판의 온도를 직접적으로 모니터링하기 위한 장치 및 방법들이 본 기술분야에 필요하다.
[0006] 본원에서 설명되는 실시예들은 반도체 디바이스 제조 시스템에서 사용되는 기판 온도 모니터링 시스템, 특히, 플라즈마 강화 증착 프로세스, 이를테면 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 프로세스 동안 기판의 온도를 직접적으로 모니터링하기 위한 온도 모니터링 시스템, 및 이와 관련된 방법들을 제공한다.
[0007] 일 실시예에서, 기판 지지 조립체는 지지 샤프트, 지지 샤프트 상에 배치된 기판 지지부, 및 기판 지지부 상에 배치될 기판의 온도를 측정하기 위한 기판 온도 모니터링 시스템을 포함한다. 기판 온도 모니터링 시스템은 광섬유 튜브, 광섬유 튜브에 커플링된 광 가이드, 및 광섬유 튜브와 광 가이드의 접합부 주위에 배치된 냉각 조립체를 포함한다. 본원에서, 광 가이드의 적어도 일부는 지지 샤프트를 통해 기판 지지부 내로 연장되는 개구에 배치되며, 냉각 조립체는 기판 프로세싱 동안 광섬유 튜브를 약 100 ℃ 미만의 온도로 유지한다.
[0008] 다른 실시예에서, 프로세싱 챔버는 프로세싱 볼륨을 정의하는 챔버 바디, 및 프로세싱 볼륨에 배치된 기판 지지 조립체를 포함한다. 기판 지지 조립체는 지지 샤프트, 지지 샤프트 상에 배치된 기판 지지부, 및 기판 지지부 상에 배치될 기판의 온도를 측정하기 위한 기판 온도 모니터링 시스템을 포함한다. 기판 온도 모니터링 시스템은 광섬유 튜브, 광섬유 튜브에 커플링된 광 가이드, 및 광섬유 튜브와 광 가이드의 접합부 주위에 배치된 냉각 조립체를 포함한다. 본원에서, 광 가이드의 적어도 일부는 지지 샤프트를 통해 기판 지지부 내로 연장되는 개구에 배치되며, 냉각 조립체는 기판 프로세싱 동안 광섬유 튜브를 약 100 ℃ 미만의 온도로 유지한다.
[0009] 다른 실시예에서, 기판을 프로세싱하는 방법은, 프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨에 배치된 기판 지지 조립체의 기판 수용 표면 상에 기판을 포지셔닝하는 단계, 프로세싱 볼륨 내에 하나 이상의 프로세싱 가스들을 유동시키는 단계, 하나 이상의 프로세싱 가스들의 플라즈마를 형성하는 단계, 광섬유 튜브를 사용하여 기판의 온도를 측정하는 단계 ― 기판의 온도는 약 110 ℃를 초과하고, 광섬유 튜브는 약 100 ℃ 미만의 온도로 유지됨 ―, 및 기판 상에 재료 층을 증착하는 단계를 포함한다.
[0010] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0011] 도 1은 일 실시예에 따른, 본원에서 설명되는 방법들을 실시하기 위해 사용되는 예시적인 플라즈마 프로세싱 챔버의 개략적인 단면도이다.
[0012] 도 2a는 일 실시예에 따른, 도 1의 플라즈마 프로세싱 챔버로부터의 기판 지지 조립체의 단면도이다.
[0013] 도 2b는 도 2a에 도시된 기판 지지 조립체의 일부의 클로즈업 도면이다.
[0014] 도 3은 일 실시예에 따른, 기판을 프로세싱하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
[0015] 명확성을 위해, 도면들 간에 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 적용가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 부가적으로, 일 실시예의 엘리먼트들은 본원에서 설명되는 다른 실시예들에서의 활용을 위해 유리하게 적응될 수 있다.
[0016] 본원에서 설명되는 실시예들은 플라즈마 강화 프로세싱 챔버에서 사용되는 기판 온도 모니터링 시스템, 특히, 플라즈마 강화 증착 프로세스, 이를테면 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 프로세스 동안 기판의 온도를 직접적으로 모니터링하기 위한 온도 모니터링 시스템, 및 이와 관련된 방법들을 제공한다.
[0017] 통상적으로, 플라즈마 강화 증착 프로세스들, 이를테면 PECVD 프로세스들 동안, 프로세싱되는 기판의 온도는, 기판이 상부에 배치되어 있는 기판 지지부의 온도를 측정하여 그로부터 기판의 온도를 추측함으로써, 모니터링된다. 불행하게도, 기판 온도의 간접적인 측정들은 대개, 기판 지지부와 기판 사이의 불량한 열 전달로 인해 부정확하거나, 또는 기판 온도의 변화들, 이를테면 온도 스파이크들을 적시에 반영하지 않을 수 있다. 이는 특히, 프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨 내의 저압 분위기가 기판 지지부의 유전체 재료와 기판 사이의 불량한 열 전도를 초래하는 프로세스들, 이를테면 PECVD 프로세스들에서 문제가 된다. 추가로, 종래의 직접적인 기판 온도 측정 시스템들은, PECVD 프로세스들 동안 도달되는 더 높은 기판 온도들, 예컨대 550 ℃ 이상의 온도들에 부적합한데, 이는 그 종래의 직접적인 기판 온도 측정 시스템들의 광섬유 컴포넌트들이 그러한 고온 애플리케이션들을 견딜 수 없기 때문이다. 따라서, 본원에서 제공되는 실시예들은, 비교적 높은 프로세싱 온도들, 이를테면 약 100 ℃ 초과의 온도들에서의 기판의 플라즈마 프로세싱 동안, 기판의 온도의 직접적인 모니터링을 가능하게 한다. 특히, 본원의 실시예들은, 기판 지지 조립체에 배치되고 그리고/또는 기판 지지 조립체를 통해 연장되는 온도 모니터링 시스템을 사용하여, 기판 지지부 상에 배치된 기판의 비-활성 표면의 온도의 직접적인 측정들을 가능하게 한다.
[0018] 도 1은 일 실시예에 따른, 본원에서 설명되는 방법들을 실시하기 위해 사용되는 예시적인 플라즈마 프로세싱 챔버의 개략적인 단면도이다. 본원에서 설명되는 방법들을 실시하기 위해 사용될 수 있는 다른 예시적인 증착 챔버들은 Producer® ETERNA CVD® 시스템 또는 Ultima HDP CVD® 시스템(이들 둘 모두는 캘리포니아, 산타클라라의 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드로부터 입수가능함) 뿐만 아니라 다른 제조자들로부터의 적합한 증착 챔버들을 포함한다.
[0019] 프로세싱 챔버(100)는 프로세싱 볼륨(104)을 정의하는 챔버 바디(102), 프로세싱 볼륨(104)에 배치된 샤워헤드(110), 및 샤워헤드(110)와 대면하게 프로세싱 볼륨(104)에 배치된 기판 지지 조립체(120)를 포함한다. 복수의 개구들(미도시)이 관통하여 배치되어 있는 샤워헤드(110)는 가스 소스(114)로부터 프로세싱 볼륨(104) 내로 프로세싱 가스들을 분배하기 위해 사용된다. 본원에서, 샤워헤드(110)는 전력 공급부(118), 이를테면 RF 또는 다른 ac 주파수 전력 공급부에 전기적으로 커플링되며, 그 전력 공급부(118)는, 프로세싱 가스들과의 용량성 커플링을 통해 프로세싱 가스들의 플라즈마(112)를 점화시키고 유지하기 위한 전력을 공급한다. 다른 실시예들에서, 프로세싱 챔버(100)는 유도성 플라즈마 생성기를 포함하며, 플라즈마는 프로세싱 가스에 RF 전력을 유도성 커플링시키는 것을 통해 형성된다.
[0020] 본원에서, 기판 지지 조립체(120)는, 이를테면 챔버 베이스 아래의 구역에서 벨로즈(미도시)에 의해 둘러싸여, 챔버 바디(102)의 베이스 벽을 통해 밀봉식으로 연장되는 이동가능 지지 샤프트(106), 및 지지 샤프트(106) 상에 배치되어 지지 샤프트(106)에 커플링된 기판 지지부(107)를 포함한다. 기판 지지부(107)는 제1 표면(본원에서는 기판 수용 표면(109)), 및 제1 표면과 대향하는 제2 표면(111)을 특징으로 한다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부(107) 상에 배치된 기판(101)은, 저항성 가열 엘리먼트와 같은 가열기(미도시)와, 기판 지지부(107)에 배치된 하나 이상의 냉각 채널들(미도시) 중 하나 또는 둘 모두를 사용하여, 원하는 프로세싱 온도로, 또는 원하는 프로세싱 온도들의 범위 내에서 유지된다. 전형적으로, 하나 이상의 냉각 채널들은 냉각제 소스(미도시), 이를테면, 비교적 높은 전기 저항을 갖는 개질된 워터 소스(modified water source) 또는 냉매 소스(refrigerant source)에 유동적으로(fluidly) 커플링된다.
[0021] 프로세싱 볼륨(104)은 진공 소스(126), 이를테면 하나 이상의 전용 진공 펌프들에 유동적으로 커플링되며, 그 진공 소스(126)는 프로세싱 볼륨(104)을 대기압-미만 조건들로 유지하고, 그리고 프로세싱 볼륨(104)으로부터 프로세싱 가스 및 다른 가스들을 진공배기시킨다. 전형적으로, 리프트 핀 시스템(미도시)은, 로봇 핸들러가 기판(101)에 접근할 수 있게 함으로써, 기판 지지부(107)로 그리고 기판 지지부(107)로부터의 기판(101)의 이송을 가능하게 한다. 기판(101)은 챔버 바디(102)의 측벽 내의 개구(미도시)를 통해 프로세싱 볼륨(104) 내로 그리고 프로세싱 볼륨(104) 밖으로 이송되며, 그 개구는 기판 프로세싱 동안 도어 또는 밸브(미도시)로 밀봉된다.
[0022] 본원에서, 프로세싱 챔버(100)는 프로세싱 챔버(100)에 커플링된 제어기(190)를 더 포함한다. 제어기(190)는, 메모리(194) 및 대용량 저장 디바이스와 동작가능한 프로그래머블 중앙 프로세싱 유닛(CPU)(192), 입력 제어 유닛, 및 디스플레이 유닛(미도시), 이를테면, 기판 프로세싱의 제어를 가능하게 하기 위해 프로세싱 시스템의 다양한 컴포넌트들에 커플링된, 전력 공급부들, 클록들, 캐시, 입력/출력(I/O) 회로들, 및 라이너를 포함한다.
[0023] 위에서 설명된 프로세싱 챔버(100)의 제어를 가능하게 하기 위해, CPU(192)는 다양한 챔버들 및 서브-프로세서들을 제어하기 위해 산업 현장에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서 중 하나, 이를테면 프로그래머블 로직 제어기(PLC)일 수 있다. 메모리(194)는 CPU(192)에 커플링되며, 메모리(194)는 비-일시적이고, 그리고 쉽게 이용가능한 메모리, 이를테면, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크 드라이브, 하드 디스크, 또는 로컬 또는 원격의 임의의 다른 형태의 디지털 저장소 중 하나 이상일 수 있다. 지원 회로들(196)은 통상적인 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 CPU(192)에 커플링된다. 프로세싱 챔버(100)의 동작을 제어하기 위한 명령들은 전형적으로는 소프트웨어 루틴으로서 메모리(194)에 저장된다. 또한, 소프트웨어 루틴은 CPU(192)에 의해 제어되고 있는 프로세싱 챔버(100)로부터 원격으로 위치된 제2 CPU(미도시)에 의해 저장 및/또는 실행될 수 있다.
[0024] 메모리(194)는, CPU(192)에 의해 실행되는 경우에 프로세싱 챔버(100)의 동작을 가능하게 하는 명령들을 포함하는 컴퓨터-판독가능 저장 매체들의 형태이다. 메모리(194) 내의 명령들은 본 개시내용의 방법을 구현하는 프로그램과 같은 프로그램 제품의 형태이다. 프로그램 코드는 다수의 상이한 프로그래밍 언어들 중 임의의 하나를 준수할 수 있다. 일 예에서, 본 개시내용은 컴퓨터 시스템과 함께 사용하기 위한, 컴퓨터-판독가능 저장 매체들 상에 저장된 프로그램 제품으로서 구현될 수 있다. 프로그램 제품의 프로그램(들)은 (본원에서 설명되는 방법들을 포함하는) 실시예들의 기능들을 정의한다. 예시적인 컴퓨터-판독가능 저장 매체들은, (i) 정보가 영구적으로 저장되는 비-기록가능 저장 매체들(예컨대, 컴퓨터 내의 판독-전용 메모리 디바이스들, 이를테면, CD-ROM 드라이브에 의해 판독가능한 CD-ROM 디스크들, 플래시 메모리, ROM 칩들, 또는 임의의 타입의 솔리드-스테이트 비-휘발성 반도체 메모리); 및 (ii) 변경가능한 정보가 저장되는 기록가능 저장 매체들(예컨대, 디스켓 드라이브 내의 플로피 디스크들 또는 하드-디스크 드라이브 또는 임의의 타입의 솔리드-스테이트 랜덤-액세스 반도체 메모리)을 포함한다(그러나 이에 제한되지는 않음). 그러한 컴퓨터-판독가능 저장 매체들은, 본원에서 설명되는 방법들의 기능들을 지시하는 컴퓨터-판독가능 명령들을 보유하는 경우, 본 개시내용의 실시예들이다.
[0025] 본원에서, 프로세싱 챔버(100)는 기판 지지 조립체(120)와 통합된 온도 모니터링 시스템(124)을 특징으로 하며, 이는 도 2a 및 도 2b에서 추가로 도시 및 설명된다.
[0026] 도 2a는 일 실시예에 따른, 온도 모니터링 시스템(124)이 통합되어 있는, 도 1에 도시된 프로세싱 챔버(100)의 기판 지지 조립체(120)의 개략적인 단면도이다. 도 2b는 도 2a의 일부의 클로즈업 도면이다. 온도 모니터링 시스템(124)은 기판 지지부(107) 상에 배치된 기판(101)의 온도를 직접적으로 측정하기 위해 사용된다. 본원의 온도 모니터링 시스템(124)은 광섬유 튜브(212) 및 광 가이드(214)를 포함한다. 광섬유 튜브(212)는 하나 이상의 체결기들(230), 예컨대 너트를 사용하여 광 가이드(214)에 커플링되며, 그 너트의 대향 단부들에서 광섬유 튜브(212)와 광 가이드(214) 둘 모두가 너트 내로 스크루잉된다. 광 가이드(214)는 기판(101) 및 그 기판(101)과 연관된 비교적 높은 기판 프로세싱 온도들로부터 멀리 떨어져 있는 위치에 광섬유 튜브(212)가 포지셔닝될 수 있게 한다. 본원에서, 광 가이드(214)는 광섬유 튜브(212)로부터 방출된 적외선(IR) 빔을 지지 샤프트(106)의 길이를 따라 위로 기판(101)의 비-활성 표면(즉, 기판 지지부(107)와 접촉하는 기판의 표면)을 향해 가이딩 또는 지향시킨다. IR 빔은 기판(101)의 비-활성 표면에 의해 반사되어, 광 가이드(214)를 통해 광섬유 튜브(212)에 이르기까지 아래로 역방향으로 지향된다. 다른 실시예에서, 광섬유 튜브(212)는 수동 광섬유 튜브이며, 광 가이드(214)는 기판(101)으로부터 방출된 IR 복사를 수동 광섬유 튜브로 전송 또는 가이딩하기 위해 사용된다. 본원에서, 광섬유 튜브(212)는 제어기(190)에 커플링되며, 제어기(190)는 기판(101)의 비-활성 표면으로부터 방출되거나 또는 그 비-활성 표면에 의해 반사되어 수신된 IR 빔들에 기초하여, 기판(101)의 온도를 결정한다. 전형적으로, 광 가이드(214)는 사파이어 튜브와 같이 사파이어로 형성되거나, 또는 광섬유 튜브(212)로부터 기판(101)의 바닥까지 IR 광을 지향시키는 데 적합한 임의의 다른 재료로 형성된다.
[0027] 광섬유 튜브(212)와 광 가이드(214)의 접합부, 이를테면 광섬유 접합부(220)는 지지 샤프트(106)에 커플링된 냉각 조립체(204)에 배치된다. 냉각 조립체(204)는 온도 모니터링 시스템(124)을 기판 지지 조립체(120)와 통합시키기 위한 온도 모니터링 시스템 어댑터, 이를테면 어댑터(206), 및 어댑터(206) 주위에 배치된 냉각 재킷(208)을 포함한다. 기판 프로세싱 동안, 냉각 조립체(204)는 광섬유 튜브(212)의 온도를 110 ℃ 이하로 유지하기 위해 사용되며, 이는, 최대 약 550 ℃, 그리고 일부 실시예들에서는 약 550 ℃ 초과의 기판 프로세싱 온도들로부터의 열 에너지에 대한 과도한 또는 장기적인 노출로 인한, 광섬유 튜브(212)에 대한 손상을 방지한다.
[0028] 본원에서, 광 가이드(214)의 적어도 일부는 개구(202)에 배치되며, 그 개구(202)는 지지 샤프트(106)를 통해, 그리고 적어도 부분적으로 기판 지지부(107)를 통해 연장된다. 일부 실시예들에서, 개구(202)는 기판 지지부(107)를 통해, 예컨대 기판 지지부(107)의 기판 수용 표면(109)을 통해 연장된다. 전형적으로, 개구(202)는 추가로, 냉각 조립체(204)를 통해, 또는 부분적으로 냉각 조립체(204)를 통해 연장되고, 그에 따라, 냉각 조립체(204)로부터 적어도 부분적으로 기판 지지부(107)를 통하게, 그리고 일부 실시예들에서는 기판 지지부의 기판 수용 표면(109)까지 연속적인 통로가 연장된다. 본원에서, 개구(202)는 광섬유 접합부(220) 근처에 위치된 진공 밀봉부(236), 이를테면 O-링에 의해, 프로세싱 볼륨(104) 외부의 대기 조건들로부터 격리된다. 광섬유 접합부(220)는 프로세싱 볼륨(104) 내의 프로세싱 조건들, 및 그 프로세싱 조건들과 연관된 온도들로부터 격리된다.
[0029] 전형적으로, 기판(101) 근처에 있는 광 가이드(214)의 단부는, 기판(101)에 의해 반사되고 그리고/또는 기판(101)으로부터 방출된 복사, 이를테면 IR 복사가 광 가이드(214) 내로 수용되고, 다른 표면들, 이를테면 지지 샤프트(106) 및/또는 기판 지지부(107)의 표면들에 의해 반사 또는 방출된 복사는 수용되지 않도록 포지셔닝된다. 일부 실시예들에서, 광 가이드(214)는, 광 가이드(214)의 단부가 기판 수용 표면(109)과 동일 평면 상에 있거나 또는 기판 수용 표면(109) 바로 아래에 있도록, 광섬유 접합부(220)로부터 기판 지지부(107)의 기판 수용 표면(109)까지 연장된다. 일부 실시예들에서, 광 가이드(214)는 기판 수용 표면(109)으로부터 약 1 mm 이내, 이를테면 약 0.5 mm 이내까지 연장되고, 그에 따라, 광 가이드(214)의 단부는 기판 지지부(107) 상에 포지셔닝된 기판으로부터 약 0 mm 내지 약 1 mm, 또는 약 0 mm 내지 약 0.5 mm, 또는 약 0.5 mm 미만만큼 이격된다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부(107)는 기판 수용 표면(109) 아래에 또는 기판 수용 표면(109)과 동일 평면 상에 배치된 윈도우(미도시)를 더 포함하며, 광 가이드(214)는 윈도우까지, 또는 윈도우로부터 1 mm 이내, 이를테면 윈도우로부터 0.5 mm 이내까지 연장된다. 전형적으로, 윈도우는 IR 복사에 대해 투명한 내부식성 재료, 이를테면 사파이어, 이트륨, 또는 석영으로 형성된다. 일부 실시예들에서, 윈도우는 기판 지지부(107)의 기판 수용 표면(109)과 일체로 형성된다. 기판 지지부(107) 상에 배치된 기판(101)의 비-활성 표면으로부터 약 1 mm 이내, 이를테면 약 0.5 mm 이내에 광 가이드(214)의 단부를 포지셔닝하는 것은 바람직하게, 기판 온도 측정의 정확도를, 약 250 ℃ 초과의 기판 온도들의 경우, 약 2 ℃ 이내까지 개선한다.
[0030] 일부 실시예들에서, 온도 모니터링 시스템(124)은 보호 시스(222)를 더 포함하며, 그 보호 시스(222)는 광 가이드(214)를 에워싸고, 그리고 개구(202) 내에서의 광 가이드(214)의 측방향 이동을 제한함으로써 광 가이드(214)를 파손으로부터 보호한다. 전형적으로, 시스(222)는 지지 샤프트(106)와 동일하거나 또는 유사한 재료, 이를테면 알루미나로 형성된다. 일부 실시예들에서, 광 가이드(214)는 적어도 약 380 mm, 예컨대 적어도 약 400 mm의 길이를 갖는다. 일부 실시예들에서, 광 가이드(214)는, 적어도 약 40 mm, 이를테면 적어도 약 50 mm, 적어도 약 60 mm, 예컨대 적어도 약 70 mm, 또는 적어도 약 80 mm의 내경을 갖는다.
[0031] 도 3은 일 실시예에 따른, 기판을 프로세싱하는 방법을 예시하는 흐름도이다. 동작(301)에서, 방법(300)은, 도 1에 묘사된 프로세싱 챔버(100), 및 도 1, 도 2a 및 도 2b에 묘사된 기판 지지부와 같은, 프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨에 배치된 기판 지지부 상에 기판을 포지셔닝하는 단계를 포함한다.
[0032] 동작(302)에서, 방법(300)은 프로세싱 볼륨 내에 하나 이상의 프로세싱 가스들을 유동시키는 단계를 포함한다. 전형적으로, 하나 이상의 프로세싱 가스들은 하나 이상의 재료 증착 전구체 가스들을 포함한다. 하나 이상의 재료 증착 전구체 가스들은, 동시에, 순차적으로, 또는 이들 둘의 조합으로, 프로세싱 볼륨 내로 유동된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 프로세싱 가스들은 희석 가스, 예컨대 노블 가스, N2, 또는 이들의 조합을 더 포함한다. 동작(303)에서, 방법(300)은 프로세싱 가스들의 플라즈마를 점화 및 유지하는 단계를 포함한다.
[0033] 동작(304)에서, 방법(300)은 광섬유 튜브를 사용하여 기판의 온도를 측정하는 단계를 포함한다. 본원에서, 기판의 온도는, 약 150 ℃ 초과, 약 200 ℃ 초과, 약 250 ℃ 초과, 약 300 ℃ 초과, 약 350 ℃ 초과, 약 400 ℃ 초과, 약 450 ℃ 초과, 약 500 ℃ 초과, 예컨대 약 550 ℃ 초과와 같이, 기판 프로세싱 동안 약 110 ℃에 도달하거나 또는 약 110 ℃를 초과한다. 전형적으로, 광섬유 튜브는 방법(300) 동안 광섬유 튜브에 대한 손상을 방지하기 위해 약 100 ℃ 미만의 온도로 유지된다.
[0034] 동작(305)에서, 방법(300)은 기판 상에 재료 층을 증착하는 단계를 포함한다. 본원에서, 재료 층은 기판의 활성 표면 상에 또는 기판의 활성 표면과 함께 하나 이상의 재료 증착 전구체 가스들의 반응성 생성물을 포함한다. 일부 실시예들에서, 방법(300)은 프로세싱 볼륨을 약 10 Torr 미만의 프로세싱 압력으로 유지하는 단계를 더 포함한다.
[0035] 일부 실시예들에서, 기판의 온도를 측정하는 것은, 기판의 비-활성 표면에 의해 방출되고 그리고/또는 그 비-활성 표면으로부터 반사된 IR 복사를 광섬유 튜브에 커플링된 광 가이드를 통해 지향시키는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 광섬유 튜브를 약 100 ℃ 미만의 온도로 유지하는 것은, 광 가이드와 광섬유 튜브의 접합부를 약 100 ℃ 미만의 온도로 유지하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 방법(300)은, 광섬유 튜브로부터 IR 빔을 방출하고, IR 빔을 광 가이드를 통해 기판의 비-활성 표면 쪽으로 지향시키는 단계를 더 포함한다.
[0036] 일부 실시예들에서, 기판의 온도를 측정하는 것은, 광섬유 튜브에 의해 수신된 광학 정보, 이를테면 기판에 의해 반사 및/또는 방출된 IR 복사를 프로세싱 챔버에 커플링된 제어기에 통신하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 방법은 기판의 온도를 모니터링하고, 그 온도에 기초하여 하나 이상의 기판 프로세싱 조건들을 변화시키는 단계를 더 포함한다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 방법은 기판의 온도가 임계값을 초과한 것으로 결정하는 것에 응답하여, 하나 이상의 기판 프로세싱 조건들을 변화시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 임계값은 스파이크를 표시하는 온도의 퍼센트 증가, 이를테면 전형적인 평균 기판 프로세싱 온도의 약 20% 초과, 이를테면 전형적인 평균 기판 프로세싱 온도의 약 30% 초과이거나, 또는 기판 온도의 바람직하지 않은 스파이크를 표시하는 다른 임계치들이다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 프로세싱 조건들을 변화시키는 것은, 프로세싱 가스 유량들, 기판 프로세싱 시간, 프로세싱 볼륨의 프로세싱 압력, 기판 지지부의 온도, 샤워헤드에 제공되는 전력, 기판의 프로세싱의 중단, 기판에 대한 새로운 프로세싱 시퀀스의 시작, 또는 이들의 조합 중 하나를 변화시키는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 기판의 온도를 모니터링하는 것은, 예컨대 통계 분석 또는 통계 프로세스 제어(SPC) 목적들을 위해, 시스템 제어기, 또는 시스템 제어기와 통신하는 팹 레벨 소프트웨어 상에 저장될 수 있는 기판 온도 정보를 수집하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 방법은, 시각 및 오디오 경보들을 포함하는, 원하는 사용자에게 제어-불능(out-of-control) 이벤트를 통신하도록 설계된 임의의 형태의 경고를 사용하여, 기판의 온도가 임계값을 초과할 때와 같은 제어-불능 이벤트에 대해 사용자에게 경고하는 단계를 더 포함한다.
[0037] 본원에서 설명되는 실시예들은, PECVD 프로세스들과 연관된 고온 프로세싱 환경들, 이를테면 550 ℃ 이상의 온도들에서, 기판 온도의 직접적인 측정 및 모니터링을 제공한다. 기판 온도의 직접적인 모니터링은 유익하게, 개선된 프로세스 제어 방법들을 가능하게 할 뿐만 아니라, 안정적이고 반복가능한 프로세싱 시스템 성능을 보장하기 위해 사용될 수 있는 데이터를 제공한다.
[0038] 전술한 바가 특정 실시예들에 관한 것이지만, 다른 및 추가적인 실시예들이 본원의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있고, 본원의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 지지 샤프트;
    상기 지지 샤프트 상에 배치된 기판 지지부; 및
    상기 기판 지지부 상에 배치될 기판의 온도를 측정하기 위한 기판 온도 모니터링 시스템
    을 포함하며,
    상기 기판 온도 모니터링 시스템은,
    광섬유 튜브;
    상기 광섬유 튜브에 커플링된 광 가이드 ― 상기 광 가이드의 적어도 일부는 상기 지지 샤프트를 통해 상기 기판 지지부 내로 연장되는 개구에 배치됨 ―; 및
    상기 광섬유 튜브와 상기 광 가이드의 접합부 주위에 배치된 냉각 조립체
    를 포함하고,
    상기 냉각 조립체는 기판 프로세싱 동안 상기 광섬유 튜브를 약 100 ℃ 미만의 온도로 유지하는,
    기판 지지 조립체.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 광 가이드는 사파이어 튜브인,
    기판 지지 조립체.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 온도 모니터링 시스템은,
    상기 광 가이드의 측방향 움직임을 제한함으로써, 상기 광 가이드를 파손으로부터 보호하기 위해, 상기 개구에 배치된 시스(sheath)를 더 포함하는,
    기판 지지 조립체.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 광 가이드는 적어도 약 400 mm의 길이, 및 적어도 약 40 mm의 내경을 갖는,
    기판 지지 조립체.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 광 가이드의 단부는, 상기 기판 지지부 상에 기판이 배치될 때, 기판으로부터 1 mm 이내에 있는,
    기판 지지 조립체.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 광섬유 튜브와 상기 광 가이드의 접합부는 진공 밀봉에 의해 상기 개구로부터 격리되는,
    기판 지지 조립체.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 지지부는, 기판 수용 표면과 동일 평면 상에 또는 상기 기판 수용 표면 아래에 포지셔닝된 윈도우를 더 포함하는,
    기판 지지 조립체.
  8. 프로세싱 볼륨을 정의하는 챔버 바디; 및
    상기 프로세싱 볼륨에 배치된 기판 지지 조립체
    를 포함하며,
    상기 기판 지지 조립체는,
    지지 샤프트;
    상기 지지 샤프트 상에 배치된 기판 지지부;
    상기 기판 지지부 상에 배치될 기판의 온도를 측정하기 위한 기판 온도 모니터링 시스템
    을 포함하며,
    상기 기판 온도 모니터링 시스템은,
    광섬유 튜브;
    상기 광섬유 튜브에 커플링된 광 가이드 ― 상기 광 가이드의 적어도 일부는 상기 지지 샤프트를 통해 상기 기판 지지부 내로 연장되는 개구에 배치됨 ―; 및
    상기 광섬유 튜브와 상기 광 가이드의 접합부 주위에 배치된 냉각 조립체
    를 포함하고,
    상기 냉각 조립체는 기판 프로세싱 동안 상기 광섬유 튜브를 약 100 ℃ 미만의 온도로 유지하는,
    프로세싱 챔버.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 광 가이드는 사파이어 튜브인,
    프로세싱 챔버.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 광 가이드는 적어도 약 400 mm의 길이, 및 적어도 약 40 mm의 내경을 갖는,
    프로세싱 챔버.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 광 가이드의 단부는, 상기 기판 지지부 상에 기판이 배치될 때, 기판으로부터 1 mm 이내에 있는,
    프로세싱 챔버.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 광섬유 튜브와 상기 광 가이드의 접합부는 진공 밀봉에 의해 상기 개구로부터 격리되는,
    프로세싱 챔버.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 기판 지지부는, 기판 수용 표면과 동일 평면 상에 또는 상기 기판 수용 표면 아래에 포지셔닝된 윈도우를 더 포함하는,
    프로세싱 챔버.
  14. 프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨에 배치된 기판 지지 조립체의 기판 수용 표면 상에 기판을 포지셔닝하는 단계 ― 상기 기판 지지 조립체는,
    지지 샤프트;
    상기 지지 샤프트 상에 배치된 기판 지지부; 및
    상기 기판 지지부 상에 배치될 기판의 온도를 측정하기 위한 기판 온도 모니터링 시스템
    을 포함하며,
    상기 기판 온도 모니터링 시스템은,
    광섬유 튜브;
    상기 광섬유 튜브에 커플링된 광 가이드 ― 상기 광 가이드의 적어도 일부는 상기 지지 샤프트를 통해 상기 기판 지지부 내로 연장되는 개구에 배치됨 ―; 및
    상기 광섬유 튜브와 상기 광 가이드의 접합부 주위에 배치된 냉각 조립체
    를 포함하고,
    상기 냉각 조립체는 기판 프로세싱 동안 상기 광섬유 튜브를 약 100 ℃ 미만의 온도로 유지함 ―;
    상기 프로세싱 볼륨 내에 하나 이상의 프로세싱 가스들을 유동시키는 단계;
    상기 하나 이상의 프로세싱 가스들의 플라즈마를 형성하는 단계;
    상기 광섬유 튜브를 사용하여 상기 기판의 온도를 측정하는 단계 ― 상기 기판의 온도는 약 110 ℃를 초과하고, 상기 광섬유 튜브는 약 100 ℃ 미만의 온도로 유지됨 ―; 및
    상기 기판 상에 재료 층을 증착하는 단계
    를 포함하는,
    기판을 프로세싱하는 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 기판의 온도를 측정하는 단계는, 상기 광섬유 튜브에 의해 수신된 광학 정보를 상기 프로세싱 챔버에 커플링된 제어기에 통신하는 단계를 포함하는,
    기판을 프로세싱하는 방법.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10622214B2 (en) 2017-05-25 2020-04-14 Applied Materials, Inc. Tungsten defluorination by high pressure treatment
US10276411B2 (en) 2017-08-18 2019-04-30 Applied Materials, Inc. High pressure and high temperature anneal chamber
JP6947914B2 (ja) 2017-08-18 2021-10-13 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 高圧高温下のアニールチャンバ
CN111095524B (zh) 2017-09-12 2023-10-03 应用材料公司 用于使用保护阻挡物层制造半导体结构的设备和方法
KR102396319B1 (ko) 2017-11-11 2022-05-09 마이크로머티어리얼즈 엘엘씨 고압 프로세싱 챔버를 위한 가스 전달 시스템
CN111373519B (zh) 2017-11-16 2021-11-23 应用材料公司 高压蒸气退火处理设备
KR20200075892A (ko) 2017-11-17 2020-06-26 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 고압 처리 시스템을 위한 컨덴서 시스템
JP7239598B2 (ja) 2018-03-09 2023-03-14 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 金属含有材料の高圧アニーリングプロセス
US10950429B2 (en) 2018-05-08 2021-03-16 Applied Materials, Inc. Methods of forming amorphous carbon hard mask layers and hard mask layers formed therefrom
US10748783B2 (en) 2018-07-25 2020-08-18 Applied Materials, Inc. Gas delivery module
US10675581B2 (en) 2018-08-06 2020-06-09 Applied Materials, Inc. Gas abatement apparatus
WO2020117462A1 (en) 2018-12-07 2020-06-11 Applied Materials, Inc. Semiconductor processing system
US11901222B2 (en) 2020-02-17 2024-02-13 Applied Materials, Inc. Multi-step process for flowable gap-fill film
US20240110836A1 (en) * 2022-09-30 2024-04-04 Applied Materials, Inc. Vacuum sealing integrity of cryogenic electrostatic chucks using non-contact surface temperature measuring probes
WO2024129522A1 (en) * 2022-12-14 2024-06-20 Mks Instruments, Inc. Gas concentration sensor and method of using the same

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3188991B2 (ja) * 1993-05-19 2001-07-16 株式会社日立製作所 温度検出装置と、この温度検出装置を用いた半導体製造方法及び装置
US5556204A (en) * 1990-07-02 1996-09-17 Hitachi, Ltd. Method and apparatus for detecting the temperature of a sample
US5317656A (en) 1991-05-17 1994-05-31 Texas Instruments Incorporated Fiber optic network for multi-point emissivity-compensated semiconductor wafer pyrometry
US5253312A (en) * 1992-06-26 1993-10-12 Cytocare, Inc. Optical fiber tip for use in a laser delivery system and a method for forming same
US5355425A (en) * 1992-09-04 1994-10-11 Braiman Mark S Light coupling device for optical fibers
CA2125508C (en) * 1993-06-16 2004-06-08 Shinji Ishikawa Process for producing glass preform for optical fiber
JPH0831919A (ja) * 1994-07-11 1996-02-02 Souzou Kagaku:Kk 静電チャック
US5755511A (en) * 1994-12-19 1998-05-26 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for measuring substrate temperatures
US5660472A (en) * 1994-12-19 1997-08-26 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for measuring substrate temperatures
US5830277A (en) * 1995-05-26 1998-11-03 Mattson Technology, Inc. Thermal processing system with supplemental resistive heater and shielded optical pyrometry
JPH09297072A (ja) * 1996-05-01 1997-11-18 Sony Corp 温度測定用光ファイバープローブ
US5893643A (en) * 1997-03-25 1999-04-13 Applied Materials, Inc. Apparatus for measuring pedestal temperature in a semiconductor wafer processing system
US6226453B1 (en) * 1997-09-16 2001-05-01 Applied Materials, Inc. Temperature probe with fiber optic core
US6107606A (en) * 1998-01-05 2000-08-22 Texas Instruments Incorporated Method and apparatus for measuring temperatures during electronic package assembly
US6086246A (en) * 1998-05-26 2000-07-11 Novellus Systems, Inc. Two-element plasma resistant lightpipe assembly
US6313443B1 (en) * 1999-04-20 2001-11-06 Steag Cvd Systems, Ltd. Apparatus for processing material at controlled temperatures
JP3774094B2 (ja) 1999-12-02 2006-05-10 株式会社日立製作所 膜厚、加工深さ測定装置及び成膜加工方法
US6481886B1 (en) 2000-02-24 2002-11-19 Applied Materials Inc. Apparatus for measuring pedestal and substrate temperature in a semiconductor wafer processing system
JP3605752B2 (ja) * 2000-03-10 2004-12-22 ノーリツ鋼機株式会社 画像形成装置
JP4646354B2 (ja) * 2000-04-21 2011-03-09 東京エレクトロン株式会社 熱処理装置及び方法
US7227624B2 (en) * 2001-07-24 2007-06-05 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for monitoring the condition of plasma equipment
US20030112848A1 (en) * 2001-08-29 2003-06-19 Khan Abid L. Temperature sensing in controlled environment
US6695886B1 (en) * 2002-08-22 2004-02-24 Axcelis Technologies, Inc. Optical path improvement, focus length change compensation, and stray light reduction for temperature measurement system of RTP tool
US7651269B2 (en) * 2007-07-19 2010-01-26 Lam Research Corporation Temperature probes having a thermally isolated tip
US20090274590A1 (en) * 2008-05-05 2009-11-05 Applied Materials, Inc. Plasma reactor electrostatic chuck having a coaxial rf feed and multizone ac heater power transmission through the coaxial feed
US20090316749A1 (en) * 2008-06-23 2009-12-24 Matthew Fenton Davis Substrate temperature measurement by infrared transmission in an etch process
KR101514098B1 (ko) * 2009-02-02 2015-04-21 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리 장치와 온도 측정 방법 및 장치
GB2499391B (en) * 2012-02-14 2015-11-04 Symetrica Ltd Neutron detector
US20150221535A1 (en) 2014-01-31 2015-08-06 Andrew Nguyen Temperature measurement using silicon wafer reflection interference
US10494719B2 (en) * 2014-05-23 2019-12-03 Board Of Trustees Of Michigan State University Methods and apparatus for microwave plasma assisted chemical vapor deposition reactors
EP3167479B1 (en) * 2014-07-08 2021-12-01 Watlow Electric Manufacturing Company Bonded assembly with integrated temperature sensing in bond layer
US10497606B2 (en) * 2015-02-09 2019-12-03 Applied Materials, Inc. Dual-zone heater for plasma processing
JP6537329B2 (ja) 2015-04-07 2019-07-03 東京エレクトロン株式会社 温度制御装置、温度制御方法およびプログラム
US20170316963A1 (en) * 2016-04-28 2017-11-02 Applied Materials, Inc. Direct optical heating of substrates
US10184183B2 (en) * 2016-06-21 2019-01-22 Applied Materials, Inc. Substrate temperature monitoring

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