专利名称：用于mocvd系统中控制外延片温度及均匀性的装置与方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生产化合物半导体光电器件的MOCVD(金属有机化学气相沉 淀)系统及其控制方法，特别涉及其中用于控制外延片温度及均勻性的装置与方法。
背景技术：
金属有机化学气相沉淀(以下简称M0CVD)，是在外延片上通过沉积一层或持续 沉积多层外延晶格结构薄膜，以形成如发光二极管(LED)等半导体器件的过程。所述器件 如波长(颜色)、亮度和前置电压的正态分布的性能和良品率，直接由外延片(或称衬底 基片)上各层外延薄膜的质量、厚度与材料组成的均勻性决定；而该外延薄膜的均勻性，又 由外延片的温度均勻性和外延片表面上反应气体的均勻混和与分布直接关联。例如，在外 延关键的发光晶格薄膜时，如外延片的温差大于3°C，该器件的良品率就可能降低15% 20%。另外，为提高系统的产能，降低基片外延的生产成本，在MOCVD反应腔内同时进行 外延生长的外延片数量在不断增加，其中不乏大尺寸的外延片。因此，在外延晶格薄膜时， 如何控制外延片之间，以及单个大尺寸外延片上温度的均勻性，对于获得高质量的外延薄 膜和提高器件良品率至关重要。控制外延片在金属有机化学气相沉积外延晶格薄膜时的温度及均勻性，首先，需 要其加热器直接或通过放置外延片的托盘，在同一外延工艺温度或在不同的外延工艺温度 下，都能对外延片进行均勻的加热。这一要求对外延如发光二级管(LED)的晶格薄膜时尤为重要，其多层薄膜均在同 一反应腔内持续完成，而且其关键的几层薄膜对温度的均勻性要求很高，而不同的外延工 艺之间温度又相差很大。例如，发光层薄膜的外延工艺温度为700°C 900°C，P-结薄膜为 900°C 1050°C，N-结薄膜为 1020°C 1050°C。由于在不同的外延工艺温度条件下，外延反应腔内的热平衡条件不同，每个外延 片，尤其是放置在托盘不同径向位置上的外延片，其接收的热量与流失的热量会有很大差 异，因此，外延片加热器必须具有很大的均勻加热的可调节性。在外延工艺过程中，需要测量外延片的温度，单个外延片温度的均勻性，及外延片 之间的温度均勻性，该温度的测量方法不仅需精确、快速，而且所测得的数据能通过温度控 制装置有效、及时地控制外延片的温度及均勻性，尤其是外延片与外延片之间的温度均勻 性。所述温度控制装置，一般根据外延片温度测量的反馈数据、外延工艺规定的温度、 和外延片加热器所设计的功能，控制加热器各区域的功率，以实现对外延片的温度及均勻 性的控制。而控制外延片的温度及均勻性有两个关键的性能指标，精确性和稳定性。其中，精 确性是指所控的实际温度与规定温度的精确程度；稳定性是指所控的实际温度达到规定温 度范围的时间及在整个控制过程中实际温度的变化程度。因此，外延片温度及均勻性控制的精确性和稳定性，由外延片加热器的功能、温度的测量方法、及温度的控制方法决定。
现有一种外延片温度均勻性控制的装置与方法，如图1和图2所示，在MOCVD系统 的反应腔中，多个外延片400沿径向、均勻放置在托盘100上表面101对应开设的若干凹盘 中。托盘100下方沿径向，独立设置有三个环形分布的电阻式加热元件301、302、303，分别 对应加热托盘100的内环区域、中环区域及外环区域。其中，加热元件302面积较大，是对 放置在托盘100中环区域上的若干外延片400进行加热的主要器件；所述托盘100的内环 及外环区域上不放置外延片400。所述托盘100沿其中心轴由旋转机构600带动旋转，以进 一部改善外延片400与外延片400之间的温度均勻性。 在托盘100上方分别设置若干组非接触-发光补偿的光学温度计(Pyrometer)，其 中，非接触光学温度计501设置在托盘100中环区域上方，对应测量径向上每一圈若干外延 片温度204，并反馈至温度控制器503，控制功率输出装置504改变加热元件302的功率，实 现对外延片400的温度控制。由于外延片400温度的均勻性间接由外延片400之间的托盘温度202与托盘内环 温度201、托盘外环温度202决定。因此还设置一组非接触光学温度计502，分别检测并将 托盘内环温度201或托盘外环温度203与外延片400之间的托盘温度202组合后反馈，通 过独立设置的两个温度控制器503，分别控制功率输出装置504改变内环和外环区域下加 热元件301、303的功率，实现对外延片400温度均勻性的控制。然而，该装置及温度控制的方法存在以下几个问题。首先，非接触光学温度计501 一般安装在反应腔顶部，直接测量外延片400表面的温度，这正是外延反应需要控制的温 度。但是非接触光学温度计501与外延片400之间充满了反应气体，容易在固体的表面发 生反应气体沉积，长期使用中，非接触光学温度计501的光路上的镜片会因为镀膜气体沉 积的影响，导致温度测量上的偏移，改变温度测量准确性。其次，中环区域下的加热元件302，在相邻外延工艺的不同工作温度下，特别是高 温而且温差相差较大的不同外延工艺下，不能有效地调节单个外延片400及外延片400之 间的温度均勻性。尽管该温度均勻性能通过内环区域和外环区域的加热元件301、303在一 定程度上改善，但由于中环区域的加热元件302，覆盖的区域很大，调节该加热元件302的 功率不能均勻平衡托盘100和外延片400沿径向的热量流失。在外延片400的数量增加和 尺寸增大的情况下，该问题将更为严重。因此，上述加热器存在可调节性问题，使对单个外 延片400以及若干外延片400之间，精确和稳定的温度均勻性控制较难实现。另外，由于外延片400的热量流失以及其与托盘100接触位置的不同导致的温差， 尤其在直径4英寸等大尺寸外延片400上，即使根据所测的外延片400之间的托盘温度202 与托盘内环温度201、托盘外环温度203，控制了托盘100的温度均勻性，也无法保证外延片 400的温度均勻性。而且，由于托盘100和外延片400的热容量相差较大，而且两者的温度 相差至少20°C以上，最大可超过50°C。因此，即使托盘100温度均勻性获得稳定的控制，外 延片400温度均勻性的稳定性也难以保证。最后，上述托盘100的相关温度201、202、203反馈，与外延片温度204的反馈相独 立，分别进行功率调节的若干加热元件301、302、303，对外延片400的温度会相互影响，也 导致其温度及均勻性控制的不稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种在金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延晶格薄膜时， 控制外延片温度及均勻性的装置与方法，能够在持续外延不同晶格薄膜时，在很大温度范 围内有效地控制单一外延片的温度及均勻性，而且能有效地控制外延片之间的温度及均勻 性。为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种用于MOCVD系统中控制外延片 温度及均勻性的装置，包含通过上表面设置的若干凹盘对应放置有若干外延片的托盘、设 置在所述托盘上方的一组非接触、发光补偿的光学温度计，以及设置在托盘下方的加热器。所述托盘沿径向设置有若干同圆心但半径递增的环状区域，所述若干外延片分布 排列在该若干环状区域内；所述一组非接触光学温度计沿径向排列在所述托盘上方，每个或相邻若干个非接 触光学温度计，对应检测所述托盘上同一环状区域内的若干外延片的温度；所述加热器包含同圆心设置的一组环状排列、可独立功率输入的加热元件，使每 个或相邻若干个所述环状的加热元件通过加热托盘，主要对应加热托盘上排列在同一环状 区域上的若干外延片。所述用于MOCVD系统中控制外延片温度及均勻性的装置，还包含与所述若干非接 触光学温度计连接的温度控制器；所述若干非接触光学温度计分别将测得的外延片温度数 据反馈至所述温度控制器。所述用于MOCVD系统中控制外延片温度及均勻性的装置，还包含与所述温度控制 器连接并受其控制的若干功率输出装置；所述若干功率输出装置还与若干个所述加热元件 对应连接，并独立调节每个加热元件的功率，实现对托盘和外延片的温度控制。所述托盘上放置3英寸或以下的若干外延片时，同一环状区域内若干外延片，上 方由至少一个所述非接触光学温度计检测温度，下方由至少一个独立控制的所述加热元件 加热。所述托盘上放置4英寸或以上的若干外延片时，同一环状区域内若干外延片，上 方由至少两个所述非接触光学温度计检测温度，下方由至少两个独立控制的所述加热元件 加热。所述托盘下方的加热器上设置有至少一个接触式热电偶温度计，将其直接测量获 得的所述加热器的温度，作为加热器工作状态的监测点及外延片温度控制的参照点。所述用于MOCVD系统中控制外延片温度及均勻性的装置，其特征在于，还包含旋 转装置；所述托盘底部设置有中心轴，其向下穿过所述加热器，与所述旋转装置配合连接， 由旋转装置带动托盘旋转。一种用于MOCVD系统中控制外延片温度及均勻性的方法，其特征在于，包含以下 步骤步骤1、由径向设置的一组非接触光学温度计中的一个或相邻若干个，对应测量托 盘上同一环状区域中多个外延片的温度，并反馈至温度控制器进行统计处理；步骤2、由温度控制器根据设定的外延工艺温度和实际测量的温度，驱动功率输出 装置独立改变每个加热元件的功率；步骤3、每个或相邻若干个可独立控制的加热元件通过加热托盘，使对应放置在上
6方环状区域内的外延片达到所设定的温度，并获得所要求的温度均勻性。所述温度控制器中标定建立的初始数据，包含所述托盘和外延片热量流失的温 度参数；对应每个环状区域的所述加热元件的输出功率的温度参数，及其功率调节对其它 环状区域外延片温度的影响参数；以及所述接触式热电偶温度计测得的加热器温度，与所述非接触光学温度计测得 的外延片温度的关系参数。所述温度控制器将所述非接触光学温度计分别测得的，同一个外延片或多个外延 片的温度反馈数据，处理和计算得到统计平均值；之后，所述温度控制器将所述统计平均值分别与外延工艺规定的温度相比较，根 据获得的每个环状区域上若干外延片的温度差异；以所述温度差异最小为目标，温度控制器驱动功率输出装置改变每个加热元件的 输出功率，实现对托盘上单个外延片和相邻外延片之间的温度及均勻性的控制。与现有技术相比，本发明的优点在于本发明通过径向设置的一组非接触、发光补 偿光学温度计，直接测量外延片的温度作为相应区域加热元件的功率改变的反馈信号。还 通过接触式热电耦温度计直接测量的加热器温度，以监测加热器是否正常工作和作为外延 工艺规定温度的参照点，保证温度测量的准确性。针对大尺寸的外延片，还可使托盘同一环 状区域内的一组多个外延片的不同径向位置，分别对应相邻的多个非接触光学温度计，来 保证每一个外延片测量的准确。本发明的温度控制器以各个区域所测外延片温度的统计平均值与外延工艺规定 温度的差异最小为目标，根据不同外延工艺规定的温度，在温度控制的方法上，至少设有托 盘和外延片热量流失的温度参数，或各区域加热元件输出功率的温度参数，和各区域加热 元件的功率调节对其它区域外延片温度的影响参数，按外延片温度及均勻性的控制精度及 稳定性的要求，确定各区域加热元件的功率输出。本发明还通过每个或每几个相邻的加热元件，主要对应加热其上方，托盘同一环 状区域内的一组多个外延片。由于每个环状的加热元件径向覆盖的面积不大，在不同温度 的工艺条件下，独立控制各加热元件的功率能有效平衡外延片及托盘在径向的热量流失， 可实现对外延片均勻加热的可调性与可控性，能有效地实现对单个外延片和相邻外延片之 间温度及均勻性的精确与稳定的控制。
图1是外延片在托盘上沿径向排列的示意图；图2是现有一种外延片温度均勻性控制的装置的结构示意图；图3是本发明在实施例1针对2英寸外延片进行温度及均勻性控制的装置中托盘 的结构示意图；图4是本发明在实施例1所述外延片温度及均勻性控制的装置中多个2英寸外延 片在托盘上沿径向环状排列的俯视示意图；图5是本发明在实施例1针对2英寸外延片进行温度及均勻性控制的装置中同心 环状设置的加热元件的结构俯视示意图6是本发明在实施例1针对2英寸外延片进行温度及均勻性控制的装置的总体 结构侧视示意图；图7是本发明中相邻加热元件对外延片进行加热的原理示意图；图8是本发明在实施例2针对4英寸外延片进行温度及均勻性控制的装置中托盘 的结构示意图；图9是本发明在实施例2所述外延片温度及均勻性控制的装置中多个4英寸外延 片在托盘上沿径向环状排列的俯视示意图；图10是本发明在实施例2针对4英寸外延片进行温度及均勻性控制的装置中同 心环状设置的加热元件的结构俯视示意图；图11是本发明在实施例2针对4英寸外延片进行温度及均勻性控制的装置的总 体结构侧视示意图。
具体实施例方式以下分别结合附图，说明本发明的具体实施结构。实施例1本实施例中所述控制外延片40温度及均勻性的装置，尤其适用于直径3英寸或以 下的较小尺寸外延片40。以2英寸为例，配合参见图3、图4所示，本装置包含一上表面开 设有若干凹盘11的圆形托盘10 (图3)，在该若干凹盘11中对应放置2英寸的外延片40， 使其在托盘10上表面同圆心但半径递增的4个环状区域内分布排列(图4)，因而可对一个 托盘10上同时放置的54个外延片40进行多层外延晶格结构薄膜的MOCVD镀膜处理。配合参见图4至图6所示，该托盘10下方设置有加热器30，包含同圆心设置的4 个环状的电阻式加热元件31 (图5)，每个环状加热元件31通过加热托盘10，对应加热托盘 10上排列在同一环状区域上的多个外延片40(图6)。一组4个非接触_发光补偿的光学温度测量计(以下简称非接触光学温度计21)， 沿径向设置在托盘10上方，分别检测上述同一环状区域中多个外延片40的光辐射，并将对 应测量到的外延片40温度数据，共同反馈至一温度控制器51。该温度控制器51还通过与4个独立设置的功率输出装置52连接，根据设定的外 延工艺温度和实际测量的温度，分别控制上述4个电阻式的加热元件31的功率，进而独立 控制托盘10上4个环状区域内的外延片40温度。为了避免反应气体在非接触光学温度计21上沉积造成的温度测量偏差，还在托 盘10下方的加热器30上设置有至少一个接触式热电偶温度计22，直接测量加热器30的温 度，作为一个温度控制的参照点。所述托盘10底部设置有中心轴12，其向下穿过所述加热器30，与旋转装置60配 合连接，由旋转装置60带动托盘10旋转，进一步改善加热的均勻性。参见图6所示，上述装置对于外延片40温度及均勻性控制的方法，包含步骤1、由径向设置的一组非接触光学温度计21，对应测量托盘10上同一环状区 域中多个外延片40的温度，并反馈至温度控制器51进行统计处理；步骤2、由温度控制器51根据设定的外延工艺温度和实际测量的温度，驱动功率 输出装置52独立改变输入到每个加热元件31的功率；
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步骤3、每个独立控制的加热元件31通过加热托盘10，使对应放置在上方环状区 域内的外延片40达到所设定的温度，并获得所要求的温度均勻性。其中，温度测量时还需要考虑各种因素托盘10旋转时，上方非接触光学温度计 21得到在同一个排列半径上的外延片40的温度，当温度采样频率相同时，靠近托盘10圆 心的环状区域上每个外延片40的采样点多，远离圆心的环状区域上每个外延片40的采样 点少，这个差别会达到好几倍。另外，托盘10旋转时的温度采样，测得的温度可能是外延片 40上的，可能是托盘10上的，亦可能是托盘10与外延片40交界处的。温度采样频率需要 与托盘10的转速匹配，采样频率随托盘10转速变得很高时，温度控制器51需要有足够的 数据处理能力，提供实时的温度反馈控制。初始时，在温度控制器51中通过标定建立了至少一个接触式热电偶温度计22直 接测量的加热器30温度，与非接触光学温度计21测量得到的外延片40温度的关系。在运 行中，当光学温度测量发生偏移时可以用这个实测温度进行纠正，保证温度测量的准确性。 此外，这个接触式热电偶温度计22可以直接监测加热器30是否正常工作，更快探测到设备 在运行中出现的问题。温度控制器51将上述托盘10每个环状区域上对应测得的多个外延片40的温度 反馈数据，经过一定数据处理算法得到统计平均值。在计算外延片40表面温度的统计平均 时，要把上述测量有关的因素考虑进去，通过合适的数据处理程序，得到真实可靠的外延片 40温度。之后，温度控制器51将统计平均值分别与外延工艺规定的温度相比较，并根据获 得的每个环状区域外延片40的温度差异，以该温度差异最小为目标，确定每个加热元件31 所需的输出功率，实现对单个外延片40和相邻外延片40之间的温度及均勻性的控制。由于托盘10上各处的温度始终是一个动态热平衡的结果，一方面由下方的加热 元件31加热，一方面是表面的热量流失。热量流失与周围环境(即反应腔的内部结构)有 关；还在托盘10的不同径向位置上有差别，需要的温度补偿的功率就是一个关于径向位置 的函数；热量流失在不同的温度下也是不一样的，需要的温度补偿的功率就是一个关于温 度的函数，这些关系可以通过初始的标定找出，放入温度控制器51的数据库，用于实时温 度控制的参数设定。另外，由于热量传导是在托盘10各个方向上同时发生的，外延片40的温度主要由 其直接下方的加热元件31决定，同时受相邻下方的加热元件31的影响(见图7)。因此， 若改变一个加热元件31的功率，不仅其上方的外延片40温度会相应改变，与其相邻的外延 片40温度也会有随之变化。相邻加热元件31之间影响的大小与许多因素有关，如加热元 件31的形状，加热元件31到托盘10的距离，托盘10的厚度，托盘10的材料等。实际应用 中可以通过初始的标定，找出规律，放入数据库中，在进行实时温度反馈控制时，由温度控 制器51通过计算得到需要的温度控制参数。因此，除了上述每个区域内加热元件31输出功率的温度参数，在温度控制器51中 至少还需要设定有托盘10和外延片40热量流失的温度参数，以及每个区域内加热元件31 的功率调节对其它区域外延片40温度的影响参数。实施例2本实施例中所述控制外延片40温度及均勻性的装置，尤其适用于直径4英寸或以上的较大尺寸外延片40。配合参见图8、图9所示，与上述实施例相类似，本装置包含一上表 面开设有若干凹盘11的圆形托盘10 (图8)，在该若干凹盘11中对应放置多个直径4英寸 的外延片40，使其在托盘10上表面同圆心但半径递增的2个环状区域内分布排列(图9)， 因而可对一个托盘10上同时放置的15个外延片40进行多层外延晶格结构薄膜的MOCVD 沉积处理。配合参见图9至图11所示，托盘10下方设置有加热器30，并与至少一个接触式热 电偶温度计22连接，直接测量加热器30温度。该加热器30包含同圆心设置的4个环状的 电阻式加热元件31 (图10)。托盘10上方沿径向设置有4个非接触光学温度计21，用于检 测外延片40的温度，并将温度反馈发送至同一个温度控制器51。由温度控制器51控制与 每个加热元件31对应连接的功率输出装置52，通过改变功率，来控制加热元件31对其上方 托盘10上的外延片40的加热温度。所述托盘10通过与旋转装置60的配合连接，绕其中 心轴12旋转，来进一步改善加热的均勻性。与上述实施例中不同，如图11所示，由于外延片40尺寸增大，托盘10上排列在同 一环状区域上的多个外延片40中，每个外延片40沿托盘10径向，跨设在其下方、相邻两个 环状加热元件31上，由该两个独立控制的加热元件31 —起加热。而且，同一环状区域上的 多个外延片40，还由上方相邻两个非接触光学温度计21 —起检测光辐射，来获得外延片40 温度的反馈。因此，不但可以调节相邻外延片40之间的温度均勻性，还可以调节单一外延 片40内的温度均勻性，这对于大尺寸外延片40的加热尤为重要。如图11所示，针对本实施例所述装置对于外延片40温度及均勻性控制的方法，包 含步骤1、由径向设置的一组非接触光学温度计21，每两个对应测量托盘10上同一 环状区域中多个外延片40的温度，并反馈至温度控制器51进行统计处理；步骤2、由温度控制器51根据设定的外延工艺温度和实际测量的温度，驱动功率 输出装置52独立改变输入到每个加热元件31的功率；步骤3、独立控制的每两个加热元件31通过加热托盘10，使对应放置在上方环状 区域内的一组外延片40达到所设定的温度，并获得所要求的温度均勻性。其中，与上述实施例中最大区别在于，由于外延片40的尺寸增大，托盘10上同一 环状区域内的多个外延片40的温度，由上方径向排列的两个相邻非接触光学温度计21测 量，可获得同一个外延片40上径向位置不同的两个温度反馈数据。由一组非接触光学温度 计21，获得每个外延片40和多个外延片40温度反馈，输送至温度控制器51计算得到统计 平均值；并以外延片40的实际温度与要求温度的差异最小为目标，确定每个加热元件31所 需的输出功率；由独立控制的每两个加热元件31对应加热托盘10上方同一环状区域的一 组外延片40，实现对单个外延片40和相邻外延片40之间的温度及均勻性的控制。本实施例中，温度控制原理、温度测量中要解决的问题、接触式热电偶温度计22 的纠偏功能等，与上述实施例中基本一致，仅需将温度控制器51里面初始标定的数据库、 温度控制的算法等做相应变化，以适应直径4英寸或以上的大尺寸外延片40的情况。本实施例中，所述针对同一环状区域排列的一组外延片40，进行温度检测的非接 触光学温度计21、用于温度调节的加热元件31，不限于上述2个，可根据托盘10及外延片 40的尺寸等因素具体考虑，分别设置若干数量。
综合实施例1、2所述，本发明通过径向设置的一组非接触光学温度计21，直接测 量外延片40的温度作为相应区域加热元件31的功率改变的反馈信号。还通过接触式热电 偶温度计22直接测量加热器30温度，以监测加热器30是否正常工作和作为外延工艺规定 温度的参照点，保证温度测量的准确性。针对大尺寸的外延片40，还可使托盘10同一环状 区域内的一组多个外延片40的不同径向位置，分别对应相邻的多个非接触光学温度计21， 来保证每一个外延片40测量的准确。本发明的温度控制器51以各个区域所测外延片40温度的统计平均值与外延工艺 规定温度的差异最小为目标，根据不同外延工艺规定的温度，在温度控制的方法上，至少设 有托盘10和外延片40热量流失的温度参数，或各区域加热元件31输出功率的温度参数， 和各区域加热元件31的功率调节对其它区域外延片40温度的影响参数，按外延片40温度 及均勻性的控制精度及稳定性的要求，确定各区域加热元件31的功率输出。本发明还通过每个或每几个相邻的加热元件31，对应加热其上方，托盘10同一环 状区域内的一组多个外延片40。由于每个环状的加热元件31径向覆盖的面积不大，在不同 温度的工艺条件下，独立控制各加热元件31的功率能有效平衡外延片40及托盘10在径向 的热量流失，可实现对外延片40均勻加热的可调性与可控性，能有效地实现对单个外延片 40和相邻外延片40之间温度及均勻性的精确与稳定的控制。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的 描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的 多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
1权利要求
一种用于MOCVD系统中控制外延片温度及均匀性的装置，包含通过上表面设置的若干凹盘(11)对应放置有若干外延片(40)的托盘(10)、设置在所述托盘(10)上方的一组非接触、发光补偿的光学温度计(21)，以及设置在托盘(10)下方的加热器(30)，其特征在于，所述托盘(10)沿径向设置有若干同圆心但半径递增的环状区域，所述若干外延片(40)分布排列在该若干环状区域内；所述一组非接触光学温度计(21)沿径向排列在所述托盘(10)上方，每个或相邻若干个非接触光学温度计(21)，对应检测所述托盘(10)上同一环状区域内的至少一个或多个外延片(40)的温度；所述加热器(30)包含同圆心设置的一组环状排列、独立功率输入的加热元件(31)，每个或相邻若干个所述加热元件(31)通过加热托盘(10)，主要对应加热托盘(10)上排列在同一环状区域上的若干外延片(40)。
2.如权利要求1所述用于MOCVD系统中控制外延片温度及均勻性的装置，其特征在于， 还包含与所述若干非接触光学温度计(21)连接的温度控制器(51)；所述若干非接触光学 温度计(21)分别将测得的外延片(40)温度数据反馈至所述温度控制器(51)。
3.如权利要求2所述用于MOCVD系统中控制外延片温度及均勻性的装置，其特征在于， 还包含与所述温度控制器(51)连接并受其控制的若干功率输出装置(52)；所述若干功率 输出装置(52)分别与所述若干个所述加热元件(31)对应连接，通过独立调节每个加热元 件(31)的功率，实现外延片(40)的温度控制。
4.如权利要求3所述用于MOCVD系统中控制外延片温度及均勻性的装置，其特征在 于，所述托盘(10)上放置3英寸或以下的若干外延片(40)时，同一环状区域内若干外延片 (40)，上方由至少一个所述非接触光学温度计(21)检测温度，下方主要由至少一个独立控 制的所述加热元件(31)加热。
5.如权利要求3所述用于MOCVD系统中控制外延片温度及均勻性的装置，其特征在 于，所述托盘(10)上放置4英寸或以上的若干外延片(40)时，同一环状区域内若干外延片 (40)，上方由至少两个所述非接触光学温度计(21)检测温度，下方主要由至少两个独立控 制的所述加热元件(31)加热。
6.如权利要求1所述用于MOCVD系统中控制外延片温度及均勻性的装置，其特征在于， 所述托盘(10)下方的加热器(30)上设置有至少一个接触式热电偶温度计(22)，将其直接 测量获得的所述加热器(30)的温度，作为加热器(30)工作状态的监测点及外延片(40)温 度控制的参照点。
7.如权利要求1所述用于MOCVD系统中控制外延片温度及均勻性的装置，其特征在 于，还包含旋转装置(60)；所述托盘(10)底部设置有中心轴(12)，其向下穿过所述加热器 (30)，与所述旋转装置(60)配合连接，由旋转装置(60)带动托盘(10)旋转。
8.一种用于MOCVD系统中控制外延片温度及均勻性的方法，其特征在于，包含以下步骤步骤1、由径向设置的一组非接触光学温度计(21)中的一个或相邻若干个，对应测量 托盘(10)上同一环状区域中多个外延片(40)的温度，并反馈至温度控制器(51)进行统计 处理；步骤2、由温度控制器(51)根据设定的外延工艺温度和实际测量的温度，驱动功率输出装置(52)独立改变每个加热元件(31)的功率；步骤3、每个或相邻若干个可独立控制的加热元件(31)通过加热托盘(10)，使对应放 置在上方环状区域内的外延片(40)达到所设定的温度，并获得所要求的温度均勻性。
9.如权利要求8所述用于MOCVD系统中控制外延片温度及均勻性的装置，其特征在于， 所述温度控制器(51)中标定建立的初始数据，包含所述托盘(10)和外延片(40)热量流 失的温度参数；对应每个环状区域的所述加热元件(31)的输出功率的温度参数，及其功率调节对其 它环状区域外延片(40)温度的影响参数；以及所述接触式热电偶温度计(22)测得的加热器(30)温度，与所述非接触光学温度 计(21)测得的外延片(40)温度的关系参数。
10.如权利要求9所述用于MOCVD系统中控制外延片温度及均勻性的装置，其特征在 于，所述温度控制器(51)将所述非接触光学温度计(21)分别测得的，同一个外延片(40) 或多个外延片(40)的温度反馈数据，计算得到统计平均值；之后，所述温度控制器(51)将所述统计平均值分别与外延工艺规定的温度相比较，根 据获得的每个环状区域上若干外延片(40)的温度差异；以所述温度差异最小为目标，温度 控制器(51)驱动功率输出装置(52)改变每个加热元件(31)的输出功率，实现对托盘(10) 上单个外延片(40)和相邻外延片(40)之间的温度及均勻性的控制。
全文摘要
一种用于MOCVD系统中控制外延片温度及均匀性的装置，托盘上方沿径向设置一组非接触、发光补偿的光学温度计，反馈托盘上多个环状区域内单个或多个外延片的温度。温度控制器以外延片温度的统计平均值与外延工艺规定温度的差异最小为目标，独立控制托盘下方的若干加热元件的功率输出。每个环状区域内的多个外延片，由下方一个或相邻多个环状排列、径向覆盖面积较小的加热元件来对应加热，在不同温度的工艺条件下，能有效平衡外延片及托盘在径向的热量流失，实现对单个外延片和相邻外延片之间温度及均匀性的精确与稳定的控制。本发明还通过设置接触式热电耦温度计来测量加热器温度，作为外延工艺规定温度的参照点，同时监测加热器是否正常工作。
文档编号C23C16/52GK101906622SQ20101026335
公开日2010年12月8日 申请日期2010年8月20日 优先权日2010年8月20日
发明者金小亮, 陈爱华 申请人:华晟光电设备(香港)有限公司