用于原位高温计校准的方法和系统的制作方法
【专利摘要】一种用于晶圆处理反应器(例如CVD反应器12)的原位高温计校准的方法，包括步骤：将校准高温计80定位在第一校准位置A并且加热反应器直至反应器达到高温计校准温度。所述方法期望地包括绕旋转轴42旋转支撑元件40，并且通过绕旋转轴旋转支撑元件从而从安装在第一操作位置1R处的第一操作高温计71获得第一操作温度测量结果，并且从而校准高温计80获得第一校准温度测量结果。校准高温计80和第一操作高温计71期望地用于接收来自晶圆支撑元件40的与晶圆支撑元件的旋转轴相距第一径向距离D1的第一部分的辐射。
【专利说明】用于原位高温计校准的方法和系统
[0001]相关申请的交叉引用
本申请是2011年12月20日提交的申请号为13/331，112的美国专利申请的连续案，并且本申请要求2010年12月30日提交的申请号为61/428，494的美国临时专利申请的申请日的利益，上述申请的内容通过弓I用被加入本文中。
【背景技术】
[0002]本发明涉及晶圆加工装置、用在这种加工装置中的高温计校准系统以及原位(in-situ)高温计校准的方法。
[0003]通过在衬底上进行的加工工序形成多个半导体装置是。衬底典型地是结晶材料板，通常被称为“晶圆”。典型地，晶圆是通过生长大的晶体并且将晶体切出片状而形成的。在这种晶圆上进行的一种普通的加工工序是外延生长。
[0004]例如，由化合物半导体(例如II1-V族半导体)形成的装置典型地通过使用金属有机化学气相沉积或“M0CVD”生长化合物半导体连续层来形成。在该过程中，晶圆被暴露至气体混合物，气体混合物典型地包括金属有机化合物(例如III族金属源)并且也包括V族金属源，气体混合物流经晶圆的表面，同时晶圆被保持在高温下。典型地，金属有机化合物和V族源与基本不参与反应的载气(例如氮气)混合。II1-V族半导体的一个例子是氮化镓，通过有机金属镓化合物和氨在具有合适的晶格间距的衬底(例如蓝宝石晶圆)上的反应，能够形成氮化镓。典型地，在氮化镓和相关的化合物沉积过程中，将晶圆保持在约500-1100° C的温度下。
[0005]在稍微不同的反应条件下，例如加入能够改变半导体的晶格结构和带隙的其他III族或V族元件，通过在晶圆的表面上连续地沉积多个层来制成合成装置。例如，在基于氮化镓的半导体中，铟、铝或者两者能够以不同的比例用于改变半导体的带隙。同样，P型或N型掺杂物能够被添加从而控制每个层的传导率。在所有的半导体层已被形成之后，并且典型地，在已经施加了合适的电接触之后，晶圆被切成单独的装置。以这种方式能够制造例如发光二极管(“LED”)、激光器以及其他的电子和光电装置。
[0006]在典型的化学气相沉积过程中，多个晶圆被保持在通常称为晶圆承载器的部件上从而每个晶圆的上表面暴露在晶圆承载器的上表面上。晶圆承载器然后被放置在反应腔内并且被保持在期望的温度下，同时，气体混合物流经晶圆承载器的表面。在加工过程中在承载器上各种晶圆的上表面上的所有位置处，保持一致的状况是重要的。反应气体的组分和晶圆表面的温度的微小变化会导致最终的半导体装置特性的不期望的变化。
[0007]例如，如果氮化铟镓层被沉积，晶圆表面温度或反应气体浓度的变化会导致沉积层成分和带隙的变化。因为铟具有相对高的蒸汽压，沉积层会具有较低比例的铟并且在晶圆的表面温度较高的区域内具有较大的带隙。如果沉积层是活性的，LED结构的发光层、由晶圆形成的LED的发射波长也会变化。因此，迄今为止，在本领域内相当大的努力致力于保持状况一致。
[0008]在工业中广泛采用的一种CVD装置使用大圆盘形式的晶圆承载器，这种盘体上具有多个晶圆保持区域，每个晶圆保持区域用于保持一个晶圆。晶圆承载器被支撑在反应腔内的心轴上从而使得具有晶圆的被暴露表面的晶圆承载器的上表面向上地朝向气体分配元件。当心轴被旋转时，气体被向下地引导到晶圆承载器的上表面上并且朝晶圆承载器的边缘流经上表面。所使用的气体从反应腔经排气口被排出，排气口被设置在晶圆承载器下方并且绕心轴的轴分布，典型地靠近腔体的边缘。
[0009]晶圆承载器通过加热元件被保持在期望的高温下，加热元件典型地是设置在晶圆承载器的下表面下方的电阻加热元件。这些加热元件被保持在高于晶圆表面的期望温度的温度下，而气体分配元件典型地被保持在低于期望的反应温度的温度下从而防止气体过早反应。因此，热量从加热元件传递至晶圆承载器的下表面并且向上地经晶圆承载器流到单独的晶圆。
[0010]在传统的晶圆处理过程中，例如化学气相沉积过程或其他的为了实现其他目的(例如蚀刻)而使用旋转盘式反应器的操作，反应腔内的处理温度能够通过一个或多个非接触式高温计来测量，所述非接触式高温计用于在加工过程中测量晶圆承载器和/或晶圆的温度。这些温度测量结果能够用作输入从而有助于在晶圆加工过程中确定加热元件的控制。
[0011]在加工装置中，在不同CVD反应器之间，具有高温计温度测量的重复性是重要的。不同CVD反应器中，高的高温计重复性能够容许在多个反应器中使用一个CVD加工方法，从而极大地减小生产停工期，如果单独的反应器必须专门用于在反应器中生产相同晶圆特性，就会出现这种生产停工期。CVD反应器的高温计的重复性的重要组成部分是多个反应器的温度匹配，这是由于在CVD反应器中加工的装置的特性对CVD加工中所使用的温度高度敏感。例如，在反应器中被加工的装置的位置是激光器或LED，激光器或LED包括多个量子阱(“MQW”)，由MQW发射的波长对CVD加工中所使用的温度高度敏感。因此上，在多个反应器中高温计控制以及让这些反应器处于相同的加工温度，是必要的。
[0012]然而，通常能够看到多个高温计的所测量的温度变化很大。典型地，这些高温计被周期性地从加工装置中移除并且被校准至NIST可追踪的黑体炉(black body furnaces),这种NIST可追踪的黑体炉能够扰乱生产环境。即使是在校准之后，由于这些黑体炉的校准差异以及随着时间的推移炉体的不稳定性和漂移(drift)，高温计能够具有+/-3° C的幅度，从而使得晶圆承载器和加工中的晶圆的实际温度是不确定的。高温计所测量的温度变化的另一个来源包括反应器上高温计的安装的变化，这种安装的变化能够影响高温计温度读数，以及随着时间的推进高温计温度读数输出的漂移。这种测量的温度变化使得在多个MOCVD反应器上难以使用普遍的温度控制方法，并且最终的不确定性需要单独的反应器，这种单独的反应器带给多个反应器相同的温度控制行为。
[0013]虽然在本领域中相当多的努力都致力于优化这种系统，但是仍然值得进一步改进。特别地，提供较少扰乱的温度测量系统是值得期待的。
【发明内容】
[0014]本发明提供了一种用于晶圆处理反应器的原位高温计校准的方法。本发明的一个方面提供了一种用于晶圆处理反应器(例如化学气相沉积反应器)的原位高温计校准的方法。本方法期望地包括步骤:将校准高温计定位在第一校准位置并且加热所述反应器直至所述反应器达到高温计校准温度。所述方法期望地还包括绕旋转轴旋转所述支撑元件并且在所述支撑元件绕所述旋转轴旋转时，从安装在第一操作位置的第一操作高温计获得第一操作温度测量结果并且从校准高温计获得第一校准温度测量结果。校准高温计和第一操作高温计期望地用于接收来自晶圆支撑元件的与晶圆支撑元件的旋转轴相距第一径向距离的第一部分的辐射。
[0015]在特定的实施方式中，获得第一操作温度测量结果和获得第一校准温度测量结果的步骤被同时地实施。在一个实施例中，所述方法的所有步骤能够在不从反应器移除第一操作高温计的情况下被实施。在【具体实施方式】中，在操作反应器以处理晶圆的过程中实施获得第一操作温度测量结果和获得第一校准温度测量结果的步骤。在特定的实施方式中，晶圆支撑元件是没有晶圆保持凹部(pocket)或在其上没有晶圆的空闲晶圆承载器。在一个实施例中，用以处理晶圆的反应器的操作步骤能够包括化学气相沉积。在特定的实施例中，所述方法能够包括基于从第一操作高温计和校准高温计所获得的温度测量结果调整第一操作高温计的校准参数的步骤。
[0016]在【具体实施方式】中，所述方法也能够包括将查阅表存储在晶圆处理反应器的存储器内的步骤。查阅表能够包括至少一些第一操作温度测量结果与相应的第一校准温度测量结果的图表。在一个实施例中，高温计校准温度能够是第一高温计校准温度，并且所述方法也能够包括加热反应器直至反应器达到第二高温计校准温度的步骤，在支撑元件绕旋转轴旋转时，从第一操作高温计获得第二校准温度测量结果；以及在支撑元件绕旋转轴旋转时，从校准高温计获得第二校准温度测量结果。
[0017]在一个实施例中，所述方法还能够包括步骤:将所述校准高温计移动至第二校准位置从而使得所述校准高温计用于接收来自所述晶圆支撑元件的与所述晶圆支撑元件的旋转轴相距第二径向距离的第二部分的辐射。所述方法也能够包括步骤:在所述支撑元件绕所述旋转轴旋转时，从安装在第二操作位置的第二操作高温计获得第二操作温度测量结果，从而使得第二操作高温计用于接收晶圆支撑元件的与所述晶圆支撑元件的旋转轴相距第二径向距离的第二部分的辐射。所述方法也能够包括步骤:在支撑元件绕旋转轴旋转时，从校准高温计获得第二校准温度测量结果。
[0018]在特定的实施方式中，所述方法也能够包括步骤:在获得第二操作温度测量结果的步骤之前，基于第一操作温度测量结果和第一校准温度测量结果，调整第一操作高温计的校准参数。所述方法也能够包括步骤:在获得第二校准温度测量结果的步骤之后，基于第二操作温度测量结果和第二校准温度测量结果，调整第二操作高温计的校准参数。在一个实施例中，所述方法也包括步骤:在获得第二校准温度测量结果的步骤之后，基于从所述操作高温计和所述校准高温计所获得的温度测量结果，调整第一和第二操作高温计的校准参数。
[0019]在【具体实施方式】中，第一和第二操作高温计被分别接入所述反应器的第一和第二操作视窗内。在特定实施方式中，所述定位步骤被实施从而使得校准高温计被接入所述反应器的第一校准视窗内。在特定实施方式中，移动步骤能够被实施从而使得所述校准高温计能够被接入反应器的第二校准视窗内。在【具体实施方式】中，定位步骤被实施从而使得校准高温计能够被接入径向延伸的校准视窗，而所述移动步骤被实施从而使得所述校准高温计沿径向延伸的校准视窗被从所述第一校准位置移动至所述第二校准位置。在【具体实施方式】中，加热步骤能够通过用于晶圆支撑元件的多区加热系统被实施。
[0020]本发明的另一方面提供了一种用于晶圆处理反应器(例如滑行气相沉积反应器)的原位高温计校准系统。所述系统优选地包括具有旋转轴的晶圆支撑元件、用于晶圆支撑元件的加热元件、安装在第一操作位置的第一操作高温计以及位于第一校准位置的校准高温计。所述第一操作高温计用于接收来自所述晶圆支撑元件的与所述晶圆支撑元件的旋转轴相距第一径向距离的第一部分的辐射。所述校准高温计用于接收来自所述晶圆支撑元件的与所述晶圆支撑元件的旋转轴相距第一径向距离的第一部分的辐射。
[0021]在特定的实施方式中，第一操作高温计和校准高温计用于同时获得来自晶圆支撑元件的与晶圆支撑元件的旋转轴相距第一径向距离的第一部分的温度测量结果。在一个实施例中，所述系统能够包括第二操作高温计，所述第二操作高温计被安装在第二操作位置从而使得第二操作高温计用于接收来自所述晶圆支撑元件的与所述晶圆支撑元件的旋转轴相距第二径向距离的第二部分的辐射。所述校准高温计用于被定位在第二校准位置，从而使得位于所述第二校准位置的所述校准高温计用于接收来自所述晶圆支撑元件的与所述晶圆支撑元件的旋转轴相距第二径向距离的第二部分的辐射。
[0022]在【具体实施方式】中，所述系统也能够包括第一和第二操作视窗，其中所述第一和第二操作高温计被分别接入所述第一和第二操作视窗。在特定的实施例中，所述系统也能够包括第一和第二校准视窗，其中，当校准高温计位于第一校准位置时，所述校准高温计用于被接入第一校准视窗，并且当所述校准高温计位于第二校准位置时，所述校准高温计用于被接入所述反应器的第二校准视窗。在【具体实施方式】中，所述系统也能够包括径向延伸的校准视窗，其中所述校准高温计用于在所述径向延伸的校准视窗内在第一和第二校准位置之间滑动。在特定的实施方式中，加热元件能够是多区加热系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是根据本发明的一个实施方式的化学气相沉积设备的截面视图。
[0024]图2是用于图1中所示的化学气相沉积设备的视窗的选择性实施方式的局部截面图。
【具体实施方式】
[0025]参考图1，根据本发明的一个实施方式的化学气相沉积装置10包括反应腔12，反应腔12具有进气歧管14，进气歧管14被设置在腔12的一端。腔12的具有进气歧管14的端部在本文中被称为腔12的“上”端。在常规的重力参考系中，腔的这一端典型地但不是必须地被设置在腔的上部。因此，本文中所使用的向下方向涉及远离进气歧管14的方向；而向上方向涉及在腔内朝向进气歧管14的方向，无论这些方向与重力向上和向下方向对准。类似地，元件的“上”和“下”表面在本文中参考腔12和歧管14的参考系被描述。
[0026]腔12具有圆柱形壁20，圆柱形壁20在腔的上端处的上翼缘22和腔的下端处的基板24之间延伸。壁20、翼缘22以及基板24在它们之间界定出气密性的内部区域26，内部区域26能够容纳从进气歧管14泄出的气体。虽然所显示的腔12为圆柱形的，但是其他实施方式能够包括其他形状的腔，其他形状例如包括圆锥体或绕中心轴32旋转的其他表面、方形、六边形、八边形或任何其他合适的形状。[0027]进气歧管14与用于提供晶圆处理过程中要被使用的加工气体(例如载气)和反应物气体(例如有机金属化合物和V族金属源)的源头连接。在典型的化学气相沉积过程中，载气能够是氮气、氢气或氮气和氢气的混合物，并且因此上晶圆承载器的上表面处的加工气体主要由氮气和/或氢气以及一定量的反应气体组分构成。进气歧管14被设置以容纳各种气体并且通常沿向下的方向引导加工气体的流动。
[0028]进气歧管14能够与冷却系统(未示)连接，冷却系统被设置以通过气体分配元件循环液体从而在操作过程中将元件的温度保持在期望温度。设置有用于冷却腔12的壁的类似冷却装置(未示)。
[0029]腔12也能够设置有通向前腔(未示)的入口(未示)以及用于关闭和打开入口的可移动关闭物(未示)。所述关闭物能够被构造成例如美国专利第7，276，124号所公开的关闭物，美国专利第7，276，124号所公开的内容通过引用被加入本文中。
[0030]心轴30被设置在腔内从而心轴30的中心轴32在向上和向下的方向上延伸。心轴通过传统的包括轴承和密封体(未示)的旋转传递装置34被安装至腔，从而使得心轴能够绕中心轴32旋转，同时保持心轴30和腔12的基板24的密封。心轴30具有位于其上端的配件36，即位于心轴的最靠近进气歧管14的端部。
[0031 ] 心轴30与旋转驱动机构38 (例如电机驱动)连接，旋转驱动机构38被设置以绕中心轴32旋转心轴。心轴30也能够设置有内部冷却通道，内部冷却通道通常在心轴的轴向上在气体通道内延伸。内部冷却通道能够与冷却源连接，从而流体冷却剂能够通过冷却源经过冷却通道被循环并且返回至冷却源。
[0032]晶圆承载器或晶圆支撑元件40大体上是具有上表面41和中心轴42的圆盘。在图1所示的操作位置，支撑元件40的中心轴42与心轴的轴32重合。支撑元件40能够被加工成单件或加工成多件体的合成体。例如，正如美国专利申请第20090155028所公开的，其公开内容通过引用被加入本文中，支撑元件40可以包括轮毂和较大的部分，轮毂界定出支撑元件的包围中心轴42的小区域，较大的部分界定出盘形体的剩余部分。在其他的实施方式中(未示)，支撑元件40能够具有其他形状，例如包括方形、六边形或八边形。
[0033]支撑元件40能够由不污染CVD加工并且能够经受该过程中所遇到的温度的材料制成。例如，支撑元件40的较大的部分可以大部分或整体例如由石墨、碳化硅、氮化硼、氮化铝或其他的耐熔材料制成。支撑元件40具有大体上平坦的上和下表面，上和下表面大体上相互平行并且大体上垂直于支撑元件的垂直旋转轴42。在一个实施例中，支撑元件40的直径能够是约300 mm至约700 mm。
[0034]支撑元件40能够包括绕支撑元件圆周地设置的凹口或平台，每个凹口或平台被配置以可移除地容纳盘形晶圆(未示)并且在例如下文所述的MOCVD加工过程中保持所述晶圆。每个晶圆能够由蓝宝石、碳化硅、硅或其他结晶基体形成。典型地，每个晶圆的厚度小于其主表面的尺寸。例如，直径约2英寸(50mm)的圆形晶圆的厚度可以约为430mm或更小。每个晶圆能够表面朝上向地设置在支撑元件40或靠近支撑元件40，从而使得晶圆的上表面被暴露在支撑元件的上表面处。
[0035]加热元件50被设置在腔12内并且包围配件36下方的心轴30。加热元件50原则上通过辐射热传递将热量传递至支撑元件40的下表面。施加在支撑元件40的下表面的热量能够向上地经支撑元件的本体流至支撑元件的上表面41。热量能够向上地传递至由支撑元件40所保持的每个晶圆的下表面，并且向上经过晶圆传递至晶圆的上表面。热量能够从晶圆的上表面被辐射至加工腔12的较冷元件，例如辐射到加工腔的壁20和进气歧管14。热量也能够从晶圆的上表面被传递至经过这些表面的加工气体。在特定的实施方式中，力口热元件50能够是多区加热元件，因此支撑元件的不同部分(例如，与心轴30的中心轴32相距第一径向距离的第一环形部分，以及与中心轴相距第二径向距离的第二环形部分)能够被差异地加热。
[0036]在【具体实施方式】中，在加热元件50的下方能够设置有挡热板(未示)。挡热板例如被设置成平行于支撑元件40，以有助于将来自加热元件的热量向上朝支撑元件引导，而不是向下朝腔12的下端处的基板24引导。
[0037]腔12也装配有排气系统52，排气系统被设置以移除来自腔的内部区域26的废气。排气系统52能够包括位于腔12的底部或靠近底部的排气歧管(未示)。排气歧管能够与泵55连接或者与其他的真空源连接，其他的真空源能够被构造以将废气带出反应腔12。
[0038]多个视窗60L和60R(共同地称为视窗60)能够位于腔12的上翼缘22处。每个视窗60能够用于容纳用于测量温度的高温计(例如，高温计70或80)，或者其他的非接触式测量装置，例如用于测量曲率的弯度计、用于测量生长速率的反射计、椭度计或者能够在支撑元件40的整个半径上测量温度的扫描装置。每个视窗60能够与心轴30的中心轴32相距任意的径向距离，并且每个视窗能够绕腔12的上翼缘22的圆周位于任何角位置。
[0039]在图1所示的【具体实施方式】中，在图1的左侧具有七个视窗60L，其包括视窗IL至7L，每个视窗60L与中心轴32相距不同的径向距离，并且在图1的右侧具有七个视窗60R，其包括视窗IR至7R，每个视窗60R与中心轴32相距不同的径向距离。每个左侧的视窗IL至7L和相应的右侧的视窗IR至7R与中心轴32的径向距离相同。虽然图1中显示了七个视窗60L和60R，在其他的实施方式中，能够设有任何数量的视窗60L和60R。例如，在特定的实施方式中，设有单个的视窗60L和单个的视窗60R。在其他的实施例中，在图2所示的实施方式中，设有如下所述的一个或多个径向延伸的视窗60L’。
[0040]多个的操作高温计70能够被安装到相应的多个视窗60内。每个操作高温计70能够用于测量支撑元件40的温度和/或支撑在支撑元件上的晶圆的温度。这些温度测量结果能够被用作控制系统的输入，从而有助于在晶圆加工过程中决定加热元件60的控制。
[0041]在所示的【具体实施方式】中，三个相应的视窗60R中安装有三个高温计70。例如，操作高温计70包括分别安装在视窗IR，3R和5R中的操作高温计71，73和75。在其他的实施方式中，能够设有任何数量的操作高温计70，并且每个操作高温计能够被安装在任何一个视窗60中。
[0042]正如所示的，每个操作高温计70被定向从而使得它能够在与支撑元件的垂直旋转轴42相距相应的径向距离处测量支撑元件的温度和/或支撑元件上晶圆的温度。在特定的实施方式中，其中加热元件50是多区加热元件，每个操作高温计70能够控制对加热元件50的位于支撑元件40的相应区域或部分之下的部分的加热。例如，每个操作高温计70能够用于控制支撑元件40的与中心轴42相距特定的径向距离的环形部分的温度。
[0043]例如，每个的高温计71，73和75能够在与垂直旋转轴42相距相应的径向距离D1，D3和D5处测量支撑元件40的温度。在特定的实施例中，当心轴30旋转时，每个高温计70能够在相应的径向距离处测量支撑元件40的环形部分的温度，并且这些被测量的温度能够是在支撑元件的至少一个完整的旋转过程中整个环形部分的测量温度的平均值。
[0044]在图1所示的实施方式中，校准高温计70能够被可移除地安装在其中一个视窗60内。校准高温计能够用于测量支撑元件40和/或支撑在支撑元件上的晶圆的温度。这种温度测量结果能够用作输入以有助于决定一个或多个操作高温计70的精确度。校准高温计80能够是任何类型的能够适于被可移除地安装在一个视窗60内的高温计。在特定的实施例中，校准高温计80能够是高精确度的高温计。例如，这种校准高温计80能够具有约±1.5° C内的精确度并且从一个校准高温计至另一校准高温计约±0.25° C的重复性。这种校准高温计80能够有每年约0.05° C的漂移。这种校准高温计80能够从腔12中被移除并且以已知的标准被周期地校准，例如自身能够追踪国内或国际标准(例如NIST可追踪黑体标准)的标准装置。
[0045]校准高温计80能够被可移除地依次安装在三个视窗60L内，三个视窗包括视窗1L，3L和5L。如图1所示，校准高温计80能够依次位于位置A，B和C，被安装在相应的视窗1L，3L和5L内。
[0046]当校准高温计80位于位置A从而被安装在视窗IL内时，校准高温计能够在与支撑元件的垂直旋转轴42相距径向距离Dl处测量支撑元件40的温度。该径向距离Dl与安装在视窗IR内的操作高温计71测量支撑元件40的温度所在的距离相等。因此上，当心轴30旋转时，安装在视窗IL内的校准高温计80和安装在视窗IR内的校准高温计71能够在径向距离Dl处测量支撑元件40的特定环形部分的温度，并且所述测量的温度能够是在支撑元件的至少一个完整的旋转中整个环形部分的测量温度的平均值。
[0047]类似地，当校准高温计80位于位置B或C从而被分别安装在视窗3L或5L内时，校准高温计能够在与支撑元件的垂直旋转轴42分别相距径向距离D3或D5处测量支撑元件40的温度。径向距离D3和D5与分别安装在视窗3R和5R内的操作高温计73和75测量支撑元件40的温度所在的距离相等。
[0048]能够设置有控制系统90，控制系统90能够用于在装置10的操作过程中接收来自操作高温计70的温度测量读数，并且控制系统能够将这些温度测量读数存储在存储器92内。在一个实施方式中，控制系统能够根据操作高温计70所读取的温度测量来调整加热元件50的一个或多个区域的加热。在特定的实施例中，控制系统90能够在校准操作高温计时接收来自操作高温计70和校准高温计80的温度测量读数，并且控制系统能够将这些温度测量读数存储在存储器92内。
[0049]在操作时，在根据本发明的实施方式的温度测量过程中，校准高温计80能够可移除地安装第一校准位置A处从而被接入视窗1L。当校准高温计80被安装在第一校准位置A处时，校准高温计用于接收来自支撑元件的与支撑元件的旋转轴42相距第一径向距离Dl的第一部分的辐射。如上所述，第一操作高温计71能够被安装第一操作位置处从而被接入视窗IR，从而使得操作高温计71用于接收来自支撑元件40的与旋转轴42相距第一径向距离Dl的第一部分的辐射。在【具体实施方式】中，操作高温计71，73和75能够在整个温度测量过程中保持安装在相应的视窗60R内(即，未从反应器12中移除)。
[0050]然后，反应器12能够由加热元件50加热直至反应器达到高温计校准温度，例如500至1100° C。校准温度期望地接近反应器12内进行的晶圆处理过程中的操作温度。然后，支撑元件40能够绕旋转轴42被旋转。在一个实施方式中，支撑元件40能够以50至1500转每分钟的速度被旋转，虽然在其他实施方式中，支撑元件能够以其他速度被旋转。当支撑元件40绕其旋转轴42被旋转时，操作者或可选的控制系统90能够从安装在视窗IR处的操作高温计71获得第一操作温度测量，并且操纵者或控制系统能够从安装在视窗IL处的校准高温计80获得第一校准温度测量。在特定的实施方式中，同时从操作高温计71和第一校准位置A处的校准高温计80获得温度测量结果。
[0051]当支撑元件40旋转时，支撑元件上的与中心轴42相距相同的径向距离但是绕该轴位于不同的角位置而被设置的斑点经过校准高温计80和第一操作高温计71所监视的位置。在所示的特定设置中，视窗IL与视窗IR偏离180°或者一半的旋转，并且由高温计71和80所监视的位置同样相互偏离一半的旋转。优选地，当反应腔12处于稳定状态时进行温度测量，从而使得温度不会随时间而变化或在期望温度的可接受误差内振荡。支撑元件40上圆周地分离的位置之间的温度差不会相当大地影响高温计71和80的温度读数，因为温度读数是在支撑元件的多个完整旋转中的平均值。
[0052]在优选的实施方式中，能够使用支撑元件来实施高温计校准，该支撑元件是空白的晶圆承载器(没有任何晶圆保持凹部或位于其上的晶圆)或者空闲的支撑元件40 (即，其上未承载任何晶圆)。在选择性实施方式中，其上具有晶圆的支撑元件40能够用于校准过程，在这种实施方式的一个实施例中，校准高温计80有能力使用晶圆和支撑元件之间的反射性或温度差将晶圆温度数据和支撑元件温度数据分开。晶圆或支撑元件40的平均温度能够用于校准操作高温计70。在特定的实施方式中，将晶圆温度数据和支撑元件温度数据分开的能力可以存在于一个或多个操作高温计70内。
[0053]然后，校准高温计80能够被可移除地安装在第二校准位置8从而被接入视窗3L。当校准高温计80被安装在第二校准位置B时，校准高温计用于接收来自支撑元件40的与支撑元件的旋转轴42相距第二径向距离D3的第二部分的辐射。如上所述，第二操作高温计73能够被安装在第二操作位置从而被接入视窗3R，从而使得操作高温计73用于接收来自支撑元件40的与旋转轴42相距第二径向距离D3的第二部分的辐射。
[0054]当支撑元件40绕其旋转轴42旋转时，操作者或控制系统90能够从安装在视窗3R处的操作高温计73获得第二操作温度测量结果，并且操作者或控制系统能够从安装在视窗3L的校准高温计80获得第二校准温度测量结果。在特定实施方式中，能够同时通过控制系统获得操作高温计73和位于第二校准位置B处的校准高温计80的温度测量结果。
[0055]然后，校准高温计80能够可移除地被安装在第二校准位置C从而被接入视窗5L。当校准高温计80被安装在第三校准位置C时，校准高温计用于接收来自支撑元件40的与支撑元件的旋转轴42相距第三径向距离D5的第三部分的辐射。如上所述的，第三操作高温计75能够被安装在第三操作位置从而被接入视窗5R，从而使得操作高温计75用于接收来自支撑元件40的与旋转轴42相距第三径向距离D5的第三部分的辐射。
[0056]当支撑元件40绕其旋转轴42旋转时，操作者或控制系统90能够从安装在视窗5R处的操作高温计75获得第三操作温度测量结果，并且操作者或控制系统能够从安装在视窗5L处的校准高温计80获得第三校准温度测量结果。在特定的实施方式中，通过控制系统能够同时从操作高温计75和位于第三校准位置C处的校准高温计80获得温度测量结果。在获得第一、第二和第三校准和操作温度测量结果后，校准高温计80能够被从视窗5L和腔12移除。[0057]在【具体实施方式】中，上述温度测量过程能够在反应器的化学气相操作过程中被执行(例如下文中描述的)。
[0058]在优选的实施方式中，当装置10在操作的温度控制模式执行时，每个操作高温计71，73和75的校准能够被实施，其中，装置基于来自操作高温计70的温度读数调整加热元件50的电流。在一个实施例中，在调整任何一个高温计的校准之前，记录每个操作高温计70的校准温度测量结果。选择性地，记录每个高温计的校准温度测量结果以及调整每个高温计的校准能够被连续地实施，即，在记录下一操作高温计的校准温度测量结果之前。在任一程序中，优选地，在调整每个高温计70的校准之后，操作者能够在记录校准温度测量结果或调整下一个高温计的校准(这取决哪一个程序被使用)之前等待反应器的温度至稳定。
[0059]在选择性实施方式中，当装置10在操作的电流控制模式下操作时，能够实施每个操作高温计71，73和75的校准，其中，流入操作高温计70的丝极的电流被控制至特定值，并且操作高温计不在控制环路中。类似于关于温度控制的上述程序，在调整任一个高温计的校准之前，记录每个操作高温计70的校准温度测量结果，或者选择性地，记录每个高温计的校准温度测量结果和调整每个高温计的校准能够被连续地实施。
[0060]在另一选择性实施方式中，不调整操作高温计70的校准参数。相反地，控制系统90能够将从各自操作高温计71、73和75分别获得的较不精确的第一、第二和第三操作温度测量结果与从校准高温计80所获得的更加准确的第一、第二和第三校准温度测量结果构成的图表或查阅表存储在存储器92中。这样，温度图表能够使得控制系统90更正晶圆处理过程中由一个或多个操作高温计70所获得的温度测量结果，例如下文中所述的。
[0061]在一个实施方式中，每个第一、第二和第三操作温度测量结果和每个第一、第二和第三校准温度测量结果能够是晶圆处理过程中重要的单个温度的单个温度读数。在另一实施方式中，每个第一、第二和第三操作温度测量结果和每个第一、第二和第三校准温度测量结果能够是单个温度的多个温度读数的平均值。在特定的实施例中，校准过程能够在约800° C的温度下进行。
[0062]在另一实施方式中，每个第一、第二和第三操作温度测量结果和每个第一、第二和第三校准温度测量结果能够是多个的离散的温度范围上的温度读数，从而在腔12的典型晶圆处理过程操作温度范围上，建立每个操作高温计70相对于校准高温计80的精确图表。
[0063]当反应器被用在加工晶圆时，能够实施上述步骤。因此，通过降低关闭物(未示)能够打开入口(未示)。然后，承载晶圆的支撑元件能够从前腔(未示)被加载至腔12，并且能够被放置在心轴30的操作位置。在该状态，晶圆的上表面能够向上地朝向进气歧管
14。然后，入口能够被关闭。加热元件50能够被开启，并且旋转驱动器38能够操作以绕中心轴32转动心轴30以及支撑元件40。典型地，心轴30以50-1500转每分钟的旋转速度被转动。
[0064]加工气体供应单元(未示)能够被启动以经进气歧管14供应气体。气体能够向下朝向支撑元件40、经过晶圆的上表面并且向下绕支撑元件的边缘传输至排气系统52。因此，晶圆的上表面能够暴露至加工气体，该加工气体包括由各种加工气体供应单元供应的各种气体的混合物。最典型地，上表面处的加工气体主要包括由载气供应单元(未示)供应的载气。[0065]在晶圆处理过程中，操作高温计70能够记录温度测量结果，这种温度测量结果能够用作控制加热元件50的输入。在具有多区加热元件50的实施方式中，多个高温计70的每个都能够在与垂直旋转轴42相距特定的径向距离处记录温度测量结果，这些温度测量结果能够控制多区加热元件的相应区域。
[0066]加工过程能够持续直至完成晶圆的期望处理。一旦加工过程已经完成，入口能够被打开，并且晶圆能够从支撑元件40被移除。最终，被处理的晶圆能够被新的晶圆替换从而进入下一操作循环。
[0067]在所示的实施方式中，每个高温计70和80用于在与支撑元件的垂直旋转轴42相距一定的径向距离处测量支撑元件40的温度和/或支撑在支撑元件上的晶圆的温度，所述径向距离与心轴30的中心轴32和相应的视窗60之间的径向距离相等，从而高温计70或80用于接收以近似直角(约90° )的角度α发射的辐射。在其他实施方式中，每个高温计70和80能够用于在与支撑元件的旋转轴42相距一定的径向距离处测量支撑元件40的温度和/或支撑在支撑元件上的晶圆的温度，所述径向距离与心轴30的中心轴32和相应的视窗60之间的径向距离不等，从而使得高温计70或80用于接收以非直角(例如30°，45° ,60° ,75°或任何其他的角度)的角度α发射的辐射。在特定的实施方式中，校准高温计80和相应的高温计70的其中一个或两个可以接收以近似直角发射的辐射，或者两者都不接收以近似直角发射的辐射。
[0068]在角度α非近似直角的实施方式中，校准高温计80相比相应的操作高温计70，能够与支撑元件40的垂直旋转轴42相距不同的径向距离，只要两个校准高温计和相应的操作高温计能够在与垂直旋转轴相距相同的径向距离(例如Dl)处接收支撑元件发射的辐射。
[0069]正如所示的，操作高温计70被安装在右侧视窗60R内，而校准高温计80能够被可移除地安装在相应的左侧视窗60L的。在其他实施方式中，每个操作高温计70能够被安装在任何一个视窗60内，并且校准高温计80能够被可移除地安装在相应的任何一个视窗60内，校准高温计80能够在与垂直旋转轴42相距相同的距离处接收来自支撑元件的辐射，正如与操作高温计70接收辐射的距离相同。
[0070]在一个实施例中，操作高温计70能够被安装在某些左侧视窗60L内，而校准高温计80能够被可移除地安装在相应的某些右侧视窗60R内。在另一实施例中，某些操作高温计70 (例如，操作高温计71和73)能够被安装在某些右侧视窗60R内，而其他的操作高温计(例如，操作高温计75)能够被安装在左侧视窗60L内，并且校准高温计80能够被可移除地安装在相应的某些视窗60内，该高温计80能够在与垂直旋转轴42相距一定的径向距离处接收来自支撑元件的辐射，该径向距离与操作高温计70接收辐射的距离相等。
[0071 ] 可期望的是，校准高温计80所安装在的每个视窗60 (例如，左侧视窗1L，3L和5L)在其上无相当大的寄生沉积。在校准高温计80被安装至特定的视窗60之前，可期望的是，特定的视窗被清洁以移除这些寄生沉积。
[0072]在特定的实施方式中，操作高温计70和校准高温计80能够用于接收来自支撑元件上相同的单一位置的辐射，而不是来自与垂直旋转轴42相距相同的径向距离的分开位置。在这种实施方式中，操作高温计70和校准高温计80能够被安装在相同的视窗内，而不是安装不同的视窗60内。这种实施方式需要修改腔12以包括足够大的能够容纳操作高温计70和校准高温计80的安装的视窗。同样，这种实施方式需要操作高温计70和校准高温计80相对于垂直旋转轴42倾斜并且增加温度测量不确定性。
[0073]参考图2，其显示了用于图1所示的化学气相沉积装置10的视窗的选择性实施方式。在该实施方式中，校准高温计80能够被可移除地安装在一个或多个径向延伸的视窗60L’内，而不是依次地安装在分开的视窗1L，3L和5L内。正如本文所使用的，径向延伸的视窗是有能力改变所安装的高温计的径向位置而不需从视窗移除高温计的视窗。这种径向延伸的视窗能够包括径向延伸的轨道，这种轨道允许高温计在其上从一个径向位置滑动到另一径向位置，无需从视窗移除。
[0074]在图2所示的实施方式中，校准高温计80能够被安装在径向延伸的视窗60L’内位于轨道(未示)上，所述轨道沿支撑元件的至少一部分半径大体上平行于支撑元件40的上表面41而延伸，从而使得校准高温计能够用测微器支架被控制，在一个实施例中，校准高温计80能够沿支撑元件40的至少一部分半径被快速地在轨道上移动从而形成支撑元件的径向延伸部分的温度测量结果的图表。在另一实施例中，径向延伸的视窗60L’能够沿支撑元件的整个半径延伸，从而使得校准高温计80能够在轨道上沿支撑元件40的整个半径被移动从而进行支撑元件的上表面41上的任何径向位置的温度测量结果记录。
[0075]在特定的实施方式中，沿支撑元件40的相同半径或沿支撑元件的不同角位置处的不同半径，能够具有两个或更多的径向延伸的视窗60L’，并且校准高温计80能够依次被安装在径向延伸的视窗内从而沿支撑元件的两个或更多的径向延伸的部分记录温度测量结果。
[0076]在选择性实施方式中，校准高温计80能够沿轨道在径向延伸的视窗60L’内被移动到分开的位置A，B和C，从而使得校准高温计能够在径向距离D1，D3和D5处测量支撑元件40的特定部分的温度，在径向距离Dl，D3和D5处，操作高温计71，73和75用于记录温
度测量结果。
[0077]校准高温计80可以在用户期望重新校准操作高温计70时偶尔被可移除地安装在视窗60L’，或者校准高温计能够在晶圆处理循环中被依然安装在视窗60L’内，并且能够被周期地移除从而根据已知的标准再校准。
[0078]如上所述，相比传统的高温计校准方法，本发明原位高温计校准系统和方法能够具有多种潜在的优点。例如，相比传统的高温计再校准过程，操作高温计70不需从腔12中被移除从而被再校准。同样，如上所述的，本发明温度测量过程能够补偿有关腔12内高温计安装的错误以及腔内的状况，例如，如上所述的，视窗60内的寄生沉积。
[0079]使用旋转盘反应器，本发明能够被应用在各种晶圆处理加工中，例如，晶圆的化学气相沉积、化学蚀刻等。虽然已参考特定实施方式描述了本发明，但是要理解的是，这些实施方式仅是说明本发明的原理和应用。因此，要理解的是，对说明性的实施方式可以进行多种修改，并且其他的设置可以被设计而不脱离权利要求所限定的本发明的构思和范围。优选地，除了独立权利要求中的特征外，从属权利要求以及从属权利要求内的特征能够被组合。同样优选地，结合单独的实施方式而被描述的特征可以用在其他实施方式中。
[0080]工业应用性
本发明享有广泛的工业应用性，包括但不限于，晶圆处理反应器以及用于晶圆处理反应器的原位高温计校准的方法。
【权利要求】
1.一种用于晶圆处理反应器的原位高温计校准的方法，包括: (a)将校准高温计定位在第一校准位置，从而使得所述校准高温计用于接收来自晶圆支撑元件的与晶圆支撑元件的旋转轴相距第一径向距离的第一部分的辐射； (b)加热所述反应器直至所述反应器达到高温计校准温度； (C)绕所述旋转轴旋转所述支撑元件；以及 (d)在所述支撑元件绕所述旋转轴旋转时，从安装在第一操作位置的第一操作高温计获得第一操作温度测量结果，从而使得所述第一操作高温计用于接收所述晶圆支撑元件的与所述晶圆支撑元件的旋转轴相距第一径向距离的第一部分的辐射；以及 (e)在所述支撑元件绕所述旋转轴旋转时，从所述校准高温计获得第一校准温度测量结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(d)和(e)被同时实施。
3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)至(e)的实施无需从所述反应器中移除所述第一操作高温计。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在用以处理晶圆的反应器的操作过程中实施步骤(d)和(e) ο
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述晶圆支撑元件是没有晶圆保持凹部或在其上没有晶圆的空闲晶圆承载器。
6.根据权利要求1所述的方法，其中用以处理晶圆的反应器的操作包括化学气相沉`积。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括:基于从所述第一操作高温计和校准高温计所获得的温度测量结果调整所述第一操作高温计的校准参数。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括:将查阅表存储在晶圆处理反应器的存储器内，查阅表包括至少一些第一操作温度测量结果与相应的第一校准温度测量结果的图表。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述高温计校准温度是第一高温计校准温度，所述方法进一步包括: (f)加热所述反应器直至所述反应器达到第二高温计校准温度； (g)在所述支撑元件绕所述旋转轴旋转时，从所述第一操作高温计获得第二校准温度测量结果；以及 (h)在所述支撑元件绕所述旋转轴旋转时，从所述校准高温计获得第二校准温度测量结果。
10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括: (f)将所述校准高温计移动至第二校准位置，从而使得所述校准高温计用于接收来自所述晶圆支撑元件的与所述晶圆支撑元件的旋转轴相距第二径向距离的第二部分的辐射；以及 (g)在所述支撑元件绕所述旋转轴旋转时，从安装在第二操作位置的第二操作高温计获得第二操作温度测量结果，从而使得所述第二操作高温计用于接收晶圆支撑元件的与所述晶圆支撑元件的旋转轴相距第二径向距离的第二部分的辐射；以及 (h)在所述支撑元件绕所述旋转轴旋转时，从所述校准高温计获得第二校准温度测量结果。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括: 在步骤(g)之前，基于所述第一操作温度测量结果和第一校准温度测量结果，调整所述第一操作高温计的校准参数；以及 在步骤(h)之后，基于所述第二操作温度测量结果和第二校准温度测量结果，调整所述第二操作高温计的校准参数；以及。
12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括: 在步骤(h)之后，基于从所述操作高温计和所述校准高温计所获得的温度测量结果，调整所述第一和第二操作高温计的校准参数。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一和第二操作高温计被分别接入所述反应器的第一和第二操作视窗。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述定位步骤被实施从而使得所述校准高温计被接入所述反应器的第一校准视窗。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述移动步骤被实施从而使得所述校准高温计被接入所述反应器的第二校准视窗。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述定位步骤被实施从而使得所述校准高温计被接入径向延伸的校准视窗，而所述移动步骤被实施从而使得所述校准高温计沿径向延伸的校准视窗从所述第一校准位置被移动至所述第二校准位置。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述加热步骤通过用于所述晶圆支撑元件的多区加热系统被实施。
18.一种用于晶圆处理反应器的原位高温计校准系统，所述系统包括: (a)具有旋转轴的晶圆支撑元件； (b)用于晶圆支撑元件的加热元件； (c)第一操作高温计，所述第一操作高温计被安装在第一操作位置，从而使得所述第一操作高温计用于接收来自所述晶圆支撑元件的与所述晶圆支撑元件的旋转轴相距第一径向距离的第一部分的辐射；以及 (d)校准高温计，所述校准高温计被定位在第一校准位置，从而使得所述校准高温计用于接收来自所述晶圆支撑元件的与所述晶圆支撑元件的旋转轴相距第一径向距离的第一部分的福射。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述第一操作高温计和校准高温计用于同时获取来自所述晶圆支撑元件的与晶圆支撑元件的旋转轴相距第一径向距离的第一部分的温度测量结果。
20.根据权利要求18所述的系统，进一步包括第二操作高温计，所述第二操作高温计被安装在第二操作位置，从而使得所述第二操作高温计用于接收来自所述晶圆支撑元件的与所述晶圆支撑元件的旋转轴相距第二径向距离的第二部分的辐射， 其中所述校准高温计用于被定位在第二校准位置，从而使得位于所述第二校准位置的所述校准高温计用于接收来自所述晶圆支撑元件的与所述晶圆支撑元件的旋转轴相距第二径向距离的第二部分的辐射。
21.根据权利要求20所述的系统，进一步包括第一和第二操作视窗，其中所述第一和第二操作高温计被分别接入所述第一和第二操作视窗。
22.根据权利要求21所述的系统，进一步包括第一和第二校准视窗，其中，当校准高温计位于所述第一校准位置时，所述校准高温计用于被接入第一校准视窗，并且当所述校准高温计位于所述第二校准位置时，所述校准高温计用于被接入所述反应器的第二校准视窗。
23.根据权利要求21所述的系统，进一步包括径向延伸的校准视窗，其中所述校准高温计用于在所述径向延伸的校准视窗内在第一和第二校准位置之间滑动。
24.根据权利要求18所述的系`统，其中所述加热元件是多区加热系统。
【文档编号】G01J5/00GK103502783SQ201180067946
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2011年12月22日 优先权日:2010年12月30日
【发明者】亚历山大·I·古瑞丽, 瓦迪姆·博古斯拉夫斯基, 桑迪普·克里希南, 马修·金 申请人:维易科仪器公司