使用高温计对锥形灯头内的灯进行的多区域控制的制作方法
【技术领域】
[0001]本文揭露用于半导体处理的方法与设备。更特定而言，本文所揭露的实施方式涉及用于外延处理过程中的分区温度控制的方法与设备。
【背景技术】
[0002]外延是广泛用于半导体处理以在半导体基板上形成很薄的材料层的处理过程。这些层常常界定半导体器件的一些最小特征，且若需要结晶材料的电学性质，则这些层可具有高品质的晶体结构。通常提供沉积前驱物至处理腔室，基板设置于处理腔室中，基板被加热到益于具有所需性质的材料层生长的温度。
[0003]通常需要膜具有高度均匀的厚度、成分及结构。由于局部基板温度、气体流动以及前驱物浓度的变化，所以形成具有均匀和可重复性质的膜相当有挑战性。处理腔室一般是能维持高度真空(通常低于10托)的容器，且一般由定位在容器外的加热灯提供热以避免引入污染。由于腔室部件的热吸收与发射以及传感器与腔室表面暴露于处理腔室内部的膜形成条件，使得基板温度的控制与因此局部层形成条件的控制复杂化。对于具有改善温度控制的外延腔室以及操作此腔室以改善均匀性及可重复性的方法的需求依然存在。
【发明内容】
[0004]本文描述的实施方式提供一种基板处理设备，所述基板处理设备包括包含透明拱形结构与透明底板的真空腔室、设置在真空腔室内的基板支撑件、布置在灯头内并定位成靠近真空腔室的透明底板的多个热灯、设置于灯头内并被定向以接收来自靠近基板支撑件的区域的热辐射的多个热传感器、耦接至与热传感器的位置相关的加热灯的多个电源以及根据来自热传感器的输入来调整电源的控制器。透明拱形结构与透明底板可为石英材质。基板支撑件可以是具有低热质量的盘状构件或环状构件。
[0005]本文描述的其他实施方式提供处理基板的方法，所述方法将基板设置于具有透明底板的腔室中，通过使来自多个灯的辐射传输穿过透明底板来加热基板，通过使前驱物气体实质上平行于基板表面而流过基板来沉积层于基板上，使用设置成靠近透明底板的第一传感器来检测基板的第一区域处的第一温度，使用设置成靠近透明底板的第二传感器来检测基板的第二区域处的第二温度，根据第一温度调整供至多个灯的第一部分的功率，以及根据第二温度调整供至多个灯的第二部分的功率。在处理过程之后，可移除基板，且可提供具有氯、溴或碘的清洁气体至腔室以移除沉积物。
【附图说明】
[0006]为了能详细了解本发明的上述特征，可通过参照实施方式获得以上简要概述的本发明的更特定描述，一些实施方式示于附图中。然而，应注意的是，附图只绘示了本发明的典型实施方式，因此不应被视为是对本发明范围的限制，因为本发明可允许其他等同有效的实施方式。
[0007]图1是依据一个实施方式的处理腔室的示意截面图。
[0008]图2是概括依据另一实施方式的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0009]在执行外延处理过程时能够对基板进行分区温度控制的腔室具有含有上部分、侧部分与下部分的处理容器，所述上部分、侧部分与下部分全由当容器内建立高真空时仍能维持其形状的材料制成。至少下部分对于热辐射是透明的，且热灯被定位于锥形灯头结构中，锥形灯头结构在处理容器的外面耦接至处理容器的下部分。用减少进入到传感器的热噪声及减少传感器上的材料沉积的手段将热传感器设置于处理容器内的不同位置。
[0010]图1是依据一实施方式的处理腔室100的示意截面图。处理腔室100可用于处理一或更多基板，包括在基板108的上表面上的材料沉积。处理腔室100通常包括在其他部件中的辐射加热灯102的阵列，所述辐射加热灯102的阵列用于加热设置于处理腔室100内的基板支撑件107的背面104。基板支撑件107可以是环状基板支撑件(如图所示，所述环状基板支撑件从基板边缘支撑基板)、碟状或盘状的基板支撑件或多根销(例如三根销)。基板支撑件107位于处理腔室100内、在上拱形结构128与下拱形结构114之间。基板108 (未按比例)可通过装载端口 103而被带入处理腔室100内且定位在基板支撑件107上。
[0011]基板支撑件107被图示在升高的处理位置中，但可通过致动器(未图示)将基板支撑件107垂直移动至处理位置下方的装载位置以允许升降销105 (lift pin)接触下拱形结构114，穿过基板支撑件107中的孔，并将基板108从基板支撑件107中抬起。接着机械手(未图示)可进入处理腔室100以接合基板108并通过装载端口 103将基板108从处理腔室100移除。基板支撑件107接着可被向上致动到处理位置以将基板108放置到基板支撑件107的正面110上(基板的器件面116朝上)。
[0012]当基板支撑件107位于处理位置时，基板支撑件107将处理腔室100的内部空间分隔成处理气体区域156 (在基板之上)及净化气体区域158 (在基板支撑件107之下)。在处理过程中，通过中心轴旋转基板支撑件107以最小化处理腔室100中的热和处理气体流动的空间偏差(anomaly)的影响，并因此促进基板108的均匀处理。中心轴132支撑基板支撑件107，且在基板108的装载与卸载期间，以及在一些实例中在基板108的处理期间，中心轴132沿向上与向下的方向134移动基板108。基板支撑件107通常由具有低热质量或低热容量的材料形成，使得由基板支撑件107吸收与发射的能量最小化。基板支撑件107可由碳化硅或涂覆有碳化硅的石墨形成以吸收来自灯102的辐射能并将辐射能传导到基板108。图1所示的基板支撑件107是有中心开口的环，以有助于将基板暴露至来自灯102的热辐射。基板支撑件107也可以是无中心开口的盘状构件。
[0013]一般来说，上拱形结构128与下拱形结构114通常由光学透明材料(比如石英)形成。上拱形结构128与下拱形结构114是薄的以最小化热记忆，上拱形结构128与下拱形结构114的厚度通常介于约3毫米与约10毫米之间，例如约4毫米。可通过经由入口 126将热控制流体(比如冷却气体)引入热控制空间136并经由出口 130排出热控制流体来热控制上拱形结构128。在一些实施方式中，循环通过热控制空间136的冷却流体可减少在上拱形结构128的内表面上的沉积。
[0014]一或更多个灯(比如灯102的阵列)可用特定的、最佳的所需方式围绕中心轴132而被设置在下拱形结构114之下与附近，以当处理气体经过时加热基板108，从而促进基板108上表面上的材料沉积。在各种实施方式中，沉积在基板108上的材料可以是第III族(group III)、第IV族(group IV)和/或第V族(group V)材料，或者沉积在基板108上的材料可以是包括第III族、第IV族和/或第V族掺杂剂的材料。例如，沉积的材料可包括砷化镓、氮化镓或氮化铝镓。
[0015]灯102可适用于加热基板108到在约200摄氏度至约1200摄氏度范围内的温度，比如约300摄氏度至约950摄氏度。灯102可包括被光学反射体143围绕的灯泡141。每个灯102与电源分配板(未图示)耦接，通过电源分配板将功率供给到每个灯102。灯102被定位在灯头145内，灯头145可在处理期间或在处理之后被冷却，例如通过被引入至位于灯102之间的通道149的冷却流体而冷却。部分因为灯头145与下拱形结构114靠近，所以灯头145传导地冷却下拱形结构114。灯头145也可冷却灯壁和反射体143的壁。如需要，则灯头145可或可不与下拱形结构114接触。
[0016]圆形屏蔽件167可选择性地设置在基板支撑件107周围且与腔室主体101的侧壁耦接。除了为处理气体提供预热区，屏蔽件167还防止或最小化从灯102到基板108的器件面116的热噪声/光噪声的泄漏。屏蔽件167可由涂覆CVD碳化硅的烧结的石墨、生长的碳化硅或者能抵抗由处理与清洁气体造成的化学分解的类似的不透明材料制成。
[0017]反射体122可选择性地安置在上拱形结构128外面以将从基板108辐射出的红外线反射回基板108上。由于反射的红外线，因此将通过包含否则会漏出处理腔室100的热来改善加热效率。反射体122可由诸如铝或不锈钢之类的金属制成。反射体122可具有机械加工的通道126以运载用于冷却反射体122的流体流，比如水。如需要，则可通过用高反射性涂层(比如金)涂覆反射体区域来提高反射效率。
[0018]多个热辐射传感器140(可以是高温计)设置在灯头145中以用来测量基板108的热发射。传感器140通常设置在灯头145中的不同位置以便于在处理过程中观测基板108的不同位置。感测来自基板108的不同位置的热辐射有利于比较基板108的不同位置的热能含量(例如温度)以判断是否存在温度偏差或不均匀性。这些不均匀性能产生膜形成的不均匀性，比如厚度与成分。使用至少两个传感器140，但可使用多于两个传感器。不同实施方式可使用三、四、五、六、七或更多个传感器140。
[0019]每个传感器140观测基板108的一区域并感测基板108的一区域的热状态。在一些实施方式中，这些区域可被径向定位。例如，在旋转基板108的实施方式中，传感器140可观测或界定基板108的中央部分的中央区域，所述基板108的中央部分的中央区域具有与基板108