用于原位高溫計(jì)校準(zhǔn)的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于晶圓處理反應(yīng)器(例如CVD反應(yīng)器12)的原位高溫計(jì)校準(zhǔn)的方法，包括步驟：將校準(zhǔn)高溫計(jì)80定位在第一校準(zhǔn)位置A并且加熱反應(yīng)器直至反應(yīng)器達(dá)到高溫計(jì)校準(zhǔn)溫度。所述方法期望地包括繞旋轉(zhuǎn)軸42旋轉(zhuǎn)支撐元件40，并且通過繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)支撐元件從而從安裝在第一操作位置1R處的第一操作高溫計(jì)71獲得第一操作溫度測(cè)量結(jié)果，并且從而校準(zhǔn)高溫計(jì)80獲得第一校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果。校準(zhǔn)高溫計(jì)80和第一操作高溫計(jì)71期望地用于接收來自晶圓支撐元件40的與晶圓支撐元件的旋轉(zhuǎn)軸相距第一徑向距離D1的第一部分的輻射。
【專利說明】用于原位高溫計(jì)校準(zhǔn)的方法和系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)是2011年12月20日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?3/331，112的美國專利申請(qǐng)的連續(xù)案，并且本申請(qǐng)要求2010年12月30日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?1/428，494的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)的申請(qǐng)日的利益，上述申請(qǐng)的內(nèi)容通過弓I用被加入本文中。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明涉及晶圓加工裝置、用在這種加工裝置中的高溫計(jì)校準(zhǔn)系統(tǒng)以及原位(in-situ)高溫計(jì)校準(zhǔn)的方法。
[0003]通過在襯底上進(jìn)行的加工工序形成多個(gè)半導(dǎo)體裝置是。襯底典型地是結(jié)晶材料板，通常被稱為“晶圓”。典型地，晶圓是通過生長(zhǎng)大的晶體并且將晶體切出片狀而形成的。在這種晶圓上進(jìn)行的一種普通的加工工序是外延生長(zhǎng)。
[0004]例如，由化合物半導(dǎo)體(例如II1-V族半導(dǎo)體)形成的裝置典型地通過使用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積或“M0CVD”生長(zhǎng)化合物半導(dǎo)體連續(xù)層來形成。在該過程中，晶圓被暴露至氣體混合物，氣體混合物典型地包括金屬有機(jī)化合物(例如III族金屬源)并且也包括V族金屬源，氣體混合物流經(jīng)晶圓的表面，同時(shí)晶圓被保持在高溫下。典型地，金屬有機(jī)化合物和V族源與基本不參與反應(yīng)的載氣(例如氮?dú)?混合。II1-V族半導(dǎo)體的一個(gè)例子是氮化鎵，通過有機(jī)金屬鎵化合物和氨在具有合適的晶格間距的襯底(例如藍(lán)寶石晶圓)上的反應(yīng)，能夠形成氮化鎵。典型地，在氮化鎵和相關(guān)的化合物沉積過程中，將晶圓保持在約500-1100° C的溫度下。
[0005]在稍微不同的反應(yīng)條件下，例如加入能夠改變半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)和帶隙的其他III族或V族元件，通過在晶圓的表面上連續(xù)地沉積多個(gè)層來制成合成裝置。例如，在基于氮化鎵的半導(dǎo)體中，銦、鋁或者兩者能夠以不同的比例用于改變半導(dǎo)體的帶隙。同樣，P型或N型摻雜物能夠被添加從而控制每個(gè)層的傳導(dǎo)率。在所有的半導(dǎo)體層已被形成之后，并且典型地，在已經(jīng)施加了合適的電接觸之后，晶圓被切成單獨(dú)的裝置。以這種方式能夠制造例如發(fā)光二極管(“LED”)、激光器以及其他的電子和光電裝置。
[0006]在典型的化學(xué)氣相沉積過程中，多個(gè)晶圓被保持在通常稱為晶圓承載器的部件上從而每個(gè)晶圓的上表面暴露在晶圓承載器的上表面上。晶圓承載器然后被放置在反應(yīng)腔內(nèi)并且被保持在期望的溫度下，同時(shí)，氣體混合物流經(jīng)晶圓承載器的表面。在加工過程中在承載器上各種晶圓的上表面上的所有位置處，保持一致的狀況是重要的。反應(yīng)氣體的組分和晶圓表面的溫度的微小變化會(huì)導(dǎo)致最終的半導(dǎo)體裝置特性的不期望的變化。
[0007]例如，如果氮化銦鎵層被沉積，晶圓表面溫度或反應(yīng)氣體濃度的變化會(huì)導(dǎo)致沉積層成分和帶隙的變化。因?yàn)殂熅哂邢鄬?duì)高的蒸汽壓，沉積層會(huì)具有較低比例的銦并且在晶圓的表面溫度較高的區(qū)域內(nèi)具有較大的帶隙。如果沉積層是活性的，LED結(jié)構(gòu)的發(fā)光層、由晶圓形成的LED的發(fā)射波長(zhǎng)也會(huì)變化。因此，迄今為止，在本領(lǐng)域內(nèi)相當(dāng)大的努力致力于保持狀況一致。
[0008]在工業(yè)中廣泛采用的一種CVD裝置使用大圓盤形式的晶圓承載器，這種盤體上具有多個(gè)晶圓保持區(qū)域，每個(gè)晶圓保持區(qū)域用于保持一個(gè)晶圓。晶圓承載器被支撐在反應(yīng)腔內(nèi)的心軸上從而使得具有晶圓的被暴露表面的晶圓承載器的上表面向上地朝向氣體分配元件。當(dāng)心軸被旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣體被向下地引導(dǎo)到晶圓承載器的上表面上并且朝晶圓承載器的邊緣流經(jīng)上表面。所使用的氣體從反應(yīng)腔經(jīng)排氣口被排出，排氣口被設(shè)置在晶圓承載器下方并且繞心軸的軸分布，典型地靠近腔體的邊緣。
[0009]晶圓承載器通過加熱元件被保持在期望的高溫下，加熱元件典型地是設(shè)置在晶圓承載器的下表面下方的電阻加熱元件。這些加熱元件被保持在高于晶圓表面的期望溫度的溫度下，而氣體分配元件典型地被保持在低于期望的反應(yīng)溫度的溫度下從而防止氣體過早反應(yīng)。因此，熱量從加熱元件傳遞至晶圓承載器的下表面并且向上地經(jīng)晶圓承載器流到單獨(dú)的晶圓。
[0010]在傳統(tǒng)的晶圓處理過程中，例如化學(xué)氣相沉積過程或其他的為了實(shí)現(xiàn)其他目的(例如蝕刻)而使用旋轉(zhuǎn)盤式反應(yīng)器的操作，反應(yīng)腔內(nèi)的處理溫度能夠通過一個(gè)或多個(gè)非接觸式高溫計(jì)來測(cè)量，所述非接觸式高溫計(jì)用于在加工過程中測(cè)量晶圓承載器和/或晶圓的溫度。這些溫度測(cè)量結(jié)果能夠用作輸入從而有助于在晶圓加工過程中確定加熱元件的控制。
[0011]在加工裝置中，在不同CVD反應(yīng)器之間，具有高溫計(jì)溫度測(cè)量的重復(fù)性是重要的。不同CVD反應(yīng)器中，高的高溫計(jì)重復(fù)性能夠容許在多個(gè)反應(yīng)器中使用一個(gè)CVD加工方法，從而極大地減小生產(chǎn)停工期，如果單獨(dú)的反應(yīng)器必須專門用于在反應(yīng)器中生產(chǎn)相同晶圓特性，就會(huì)出現(xiàn)這種生產(chǎn)停工期。CVD反應(yīng)器的高溫計(jì)的重復(fù)性的重要組成部分是多個(gè)反應(yīng)器的溫度匹配，這是由于在CVD反應(yīng)器中加工的裝置的特性對(duì)CVD加工中所使用的溫度高度敏感。例如，在反應(yīng)器中被加工的裝置的位置是激光器或LED，激光器或LED包括多個(gè)量子阱(“MQW”)，由MQW發(fā)射的波長(zhǎng)對(duì)CVD加工中所使用的溫度高度敏感。因此上，在多個(gè)反應(yīng)器中高溫計(jì)控制以及讓這些反應(yīng)器處于相同的加工溫度，是必要的。
[0012]然而，通常能夠看到多個(gè)高溫計(jì)的所測(cè)量的溫度變化很大。典型地，這些高溫計(jì)被周期性地從加工裝置中移除并且被校準(zhǔn)至NIST可追蹤的黑體爐(black body furnaces),這種NIST可追蹤的黑體爐能夠擾亂生產(chǎn)環(huán)境。即使是在校準(zhǔn)之后，由于這些黑體爐的校準(zhǔn)差異以及隨著時(shí)間的推移爐體的不穩(wěn)定性和漂移(drift)，高溫計(jì)能夠具有+/-3° C的幅度，從而使得晶圓承載器和加工中的晶圓的實(shí)際溫度是不確定的。高溫計(jì)所測(cè)量的溫度變化的另一個(gè)來源包括反應(yīng)器上高溫計(jì)的安裝的變化，這種安裝的變化能夠影響高溫計(jì)溫度讀數(shù)，以及隨著時(shí)間的推進(jìn)高溫計(jì)溫度讀數(shù)輸出的漂移。這種測(cè)量的溫度變化使得在多個(gè)MOCVD反應(yīng)器上難以使用普遍的溫度控制方法，并且最終的不確定性需要單獨(dú)的反應(yīng)器，這種單獨(dú)的反應(yīng)器帶給多個(gè)反應(yīng)器相同的溫度控制行為。
[0013]雖然在本領(lǐng)域中相當(dāng)多的努力都致力于優(yōu)化這種系統(tǒng)，但是仍然值得進(jìn)一步改進(jìn)。特別地，提供較少擾亂的溫度測(cè)量系統(tǒng)是值得期待的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明提供了一種用于晶圓處理反應(yīng)器的原位高溫計(jì)校準(zhǔn)的方法。本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種用于晶圓處理反應(yīng)器(例如化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器)的原位高溫計(jì)校準(zhǔn)的方法。本方法期望地包括步驟:將校準(zhǔn)高溫計(jì)定位在第一校準(zhǔn)位置并且加熱所述反應(yīng)器直至所述反應(yīng)器達(dá)到高溫計(jì)校準(zhǔn)溫度。所述方法期望地還包括繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)所述支撐元件并且在所述支撐元件繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，從安裝在第一操作位置的第一操作高溫計(jì)獲得第一操作溫度測(cè)量結(jié)果并且從校準(zhǔn)高溫計(jì)獲得第一校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果。校準(zhǔn)高溫計(jì)和第一操作高溫計(jì)期望地用于接收來自晶圓支撐元件的與晶圓支撐元件的旋轉(zhuǎn)軸相距第一徑向距離的第一部分的輻射。
[0015]在特定的實(shí)施方式中，獲得第一操作溫度測(cè)量結(jié)果和獲得第一校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果的步驟被同時(shí)地實(shí)施。在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法的所有步驟能夠在不從反應(yīng)器移除第一操作高溫計(jì)的情況下被實(shí)施。在【具體實(shí)施方式】中，在操作反應(yīng)器以處理晶圓的過程中實(shí)施獲得第一操作溫度測(cè)量結(jié)果和獲得第一校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果的步驟。在特定的實(shí)施方式中，晶圓支撐元件是沒有晶圓保持凹部(pocket)或在其上沒有晶圓的空閑晶圓承載器。在一個(gè)實(shí)施例中，用以處理晶圓的反應(yīng)器的操作步驟能夠包括化學(xué)氣相沉積。在特定的實(shí)施例中，所述方法能夠包括基于從第一操作高溫計(jì)和校準(zhǔn)高溫計(jì)所獲得的溫度測(cè)量結(jié)果調(diào)整第一操作高溫計(jì)的校準(zhǔn)參數(shù)的步驟。
[0016]在【具體實(shí)施方式】中，所述方法也能夠包括將查閱表存儲(chǔ)在晶圓處理反應(yīng)器的存儲(chǔ)器內(nèi)的步驟。查閱表能夠包括至少一些第一操作溫度測(cè)量結(jié)果與相應(yīng)的第一校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果的圖表。在一個(gè)實(shí)施例中，高溫計(jì)校準(zhǔn)溫度能夠是第一高溫計(jì)校準(zhǔn)溫度，并且所述方法也能夠包括加熱反應(yīng)器直至反應(yīng)器達(dá)到第二高溫計(jì)校準(zhǔn)溫度的步驟，在支撐元件繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，從第一操作高溫計(jì)獲得第二校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果；以及在支撐元件繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，從校準(zhǔn)高溫計(jì)獲得第二校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果。
[0017]在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還能夠包括步驟:將所述校準(zhǔn)高溫計(jì)移動(dòng)至第二校準(zhǔn)位置從而使得所述校準(zhǔn)高溫計(jì)用于接收來自所述晶圓支撐元件的與所述晶圓支撐元件的旋轉(zhuǎn)軸相距第二徑向距離的第二部分的輻射。所述方法也能夠包括步驟:在所述支撐元件繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，從安裝在第二操作位置的第二操作高溫計(jì)獲得第二操作溫度測(cè)量結(jié)果，從而使得第二操作高溫計(jì)用于接收晶圓支撐元件的與所述晶圓支撐元件的旋轉(zhuǎn)軸相距第二徑向距離的第二部分的輻射。所述方法也能夠包括步驟:在支撐元件繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，從校準(zhǔn)高溫計(jì)獲得第二校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果。
[0018]在特定的實(shí)施方式中，所述方法也能夠包括步驟:在獲得第二操作溫度測(cè)量結(jié)果的步驟之前，基于第一操作溫度測(cè)量結(jié)果和第一校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果，調(diào)整第一操作高溫計(jì)的校準(zhǔn)參數(shù)。所述方法也能夠包括步驟:在獲得第二校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果的步驟之后，基于第二操作溫度測(cè)量結(jié)果和第二校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果，調(diào)整第二操作高溫計(jì)的校準(zhǔn)參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法也包括步驟:在獲得第二校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果的步驟之后，基于從所述操作高溫計(jì)和所述校準(zhǔn)高溫計(jì)所獲得的溫度測(cè)量結(jié)果，調(diào)整第一和第二操作高溫計(jì)的校準(zhǔn)參數(shù)。
[0019]在【具體實(shí)施方式】中，第一和第二操作高溫計(jì)被分別接入所述反應(yīng)器的第一和第二操作視窗內(nèi)。在特定實(shí)施方式中，所述定位步驟被實(shí)施從而使得校準(zhǔn)高溫計(jì)被接入所述反應(yīng)器的第一校準(zhǔn)視窗內(nèi)。在特定實(shí)施方式中，移動(dòng)步驟能夠被實(shí)施從而使得所述校準(zhǔn)高溫計(jì)能夠被接入反應(yīng)器的第二校準(zhǔn)視窗內(nèi)。在【具體實(shí)施方式】中，定位步驟被實(shí)施從而使得校準(zhǔn)高溫計(jì)能夠被接入徑向延伸的校準(zhǔn)視窗，而所述移動(dòng)步驟被實(shí)施從而使得所述校準(zhǔn)高溫計(jì)沿徑向延伸的校準(zhǔn)視窗被從所述第一校準(zhǔn)位置移動(dòng)至所述第二校準(zhǔn)位置。在【具體實(shí)施方式】中，加熱步驟能夠通過用于晶圓支撐元件的多區(qū)加熱系統(tǒng)被實(shí)施。
[0020]本發(fā)明的另一方面提供了一種用于晶圓處理反應(yīng)器(例如滑行氣相沉積反應(yīng)器)的原位高溫計(jì)校準(zhǔn)系統(tǒng)。所述系統(tǒng)優(yōu)選地包括具有旋轉(zhuǎn)軸的晶圓支撐元件、用于晶圓支撐元件的加熱元件、安裝在第一操作位置的第一操作高溫計(jì)以及位于第一校準(zhǔn)位置的校準(zhǔn)高溫計(jì)。所述第一操作高溫計(jì)用于接收來自所述晶圓支撐元件的與所述晶圓支撐元件的旋轉(zhuǎn)軸相距第一徑向距離的第一部分的輻射。所述校準(zhǔn)高溫計(jì)用于接收來自所述晶圓支撐元件的與所述晶圓支撐元件的旋轉(zhuǎn)軸相距第一徑向距離的第一部分的輻射。
[0021]在特定的實(shí)施方式中，第一操作高溫計(jì)和校準(zhǔn)高溫計(jì)用于同時(shí)獲得來自晶圓支撐元件的與晶圓支撐元件的旋轉(zhuǎn)軸相距第一徑向距離的第一部分的溫度測(cè)量結(jié)果。在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)能夠包括第二操作高溫計(jì)，所述第二操作高溫計(jì)被安裝在第二操作位置從而使得第二操作高溫計(jì)用于接收來自所述晶圓支撐元件的與所述晶圓支撐元件的旋轉(zhuǎn)軸相距第二徑向距離的第二部分的輻射。所述校準(zhǔn)高溫計(jì)用于被定位在第二校準(zhǔn)位置，從而使得位于所述第二校準(zhǔn)位置的所述校準(zhǔn)高溫計(jì)用于接收來自所述晶圓支撐元件的與所述晶圓支撐元件的旋轉(zhuǎn)軸相距第二徑向距離的第二部分的輻射。
[0022]在【具體實(shí)施方式】中，所述系統(tǒng)也能夠包括第一和第二操作視窗，其中所述第一和第二操作高溫計(jì)被分別接入所述第一和第二操作視窗。在特定的實(shí)施例中，所述系統(tǒng)也能夠包括第一和第二校準(zhǔn)視窗，其中，當(dāng)校準(zhǔn)高溫計(jì)位于第一校準(zhǔn)位置時(shí)，所述校準(zhǔn)高溫計(jì)用于被接入第一校準(zhǔn)視窗，并且當(dāng)所述校準(zhǔn)高溫計(jì)位于第二校準(zhǔn)位置時(shí)，所述校準(zhǔn)高溫計(jì)用于被接入所述反應(yīng)器的第二校準(zhǔn)視窗。在【具體實(shí)施方式】中，所述系統(tǒng)也能夠包括徑向延伸的校準(zhǔn)視窗，其中所述校準(zhǔn)高溫計(jì)用于在所述徑向延伸的校準(zhǔn)視窗內(nèi)在第一和第二校準(zhǔn)位置之間滑動(dòng)。在特定的實(shí)施方式中，加熱元件能夠是多區(qū)加熱系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的截面視圖。
[0024]圖2是用于圖1中所示的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的視窗的選擇性實(shí)施方式的局部截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的化學(xué)氣相沉積裝置10包括反應(yīng)腔12，反應(yīng)腔12具有進(jìn)氣歧管14，進(jìn)氣歧管14被設(shè)置在腔12的一端。腔12的具有進(jìn)氣歧管14的端部在本文中被稱為腔12的“上”端。在常規(guī)的重力參考系中，腔的這一端典型地但不是必須地被設(shè)置在腔的上部。因此，本文中所使用的向下方向涉及遠(yuǎn)離進(jìn)氣歧管14的方向；而向上方向涉及在腔內(nèi)朝向進(jìn)氣歧管14的方向，無論這些方向與重力向上和向下方向?qū)?zhǔn)。類似地，元件的“上”和“下”表面在本文中參考腔12和歧管14的參考系被描述。
[0026]腔12具有圓柱形壁20，圓柱形壁20在腔的上端處的上翼緣22和腔的下端處的基板24之間延伸。壁20、翼緣22以及基板24在它們之間界定出氣密性的內(nèi)部區(qū)域26，內(nèi)部區(qū)域26能夠容納從進(jìn)氣歧管14泄出的氣體。雖然所顯示的腔12為圓柱形的，但是其他實(shí)施方式能夠包括其他形狀的腔，其他形狀例如包括圓錐體或繞中心軸32旋轉(zhuǎn)的其他表面、方形、六邊形、八邊形或任何其他合適的形狀。[0027]進(jìn)氣歧管14與用于提供晶圓處理過程中要被使用的加工氣體(例如載氣)和反應(yīng)物氣體(例如有機(jī)金屬化合物和V族金屬源)的源頭連接。在典型的化學(xué)氣相沉積過程中，載氣能夠是氮?dú)狻錃饣虻獨(dú)夂蜌錃獾幕旌衔?，并且因此上晶圓承載器的上表面處的加工氣體主要由氮?dú)夂?或氫氣以及一定量的反應(yīng)氣體組分構(gòu)成。進(jìn)氣歧管14被設(shè)置以容納各種氣體并且通常沿向下的方向引導(dǎo)加工氣體的流動(dòng)。
[0028]進(jìn)氣歧管14能夠與冷卻系統(tǒng)(未示)連接，冷卻系統(tǒng)被設(shè)置以通過氣體分配元件循環(huán)液體從而在操作過程中將元件的溫度保持在期望溫度。設(shè)置有用于冷卻腔12的壁的類似冷卻裝置(未示)。
[0029]腔12也能夠設(shè)置有通向前腔(未示)的入口(未示)以及用于關(guān)閉和打開入口的可移動(dòng)關(guān)閉物(未示)。所述關(guān)閉物能夠被構(gòu)造成例如美國專利第7，276，124號(hào)所公開的關(guān)閉物，美國專利第7，276，124號(hào)所公開的內(nèi)容通過引用被加入本文中。
[0030]心軸30被設(shè)置在腔內(nèi)從而心軸30的中心軸32在向上和向下的方向上延伸。心軸通過傳統(tǒng)的包括軸承和密封體(未示)的旋轉(zhuǎn)傳遞裝置34被安裝至腔，從而使得心軸能夠繞中心軸32旋轉(zhuǎn)，同時(shí)保持心軸30和腔12的基板24的密封。心軸30具有位于其上端的配件36，即位于心軸的最靠近進(jìn)氣歧管14的端部。
[0031 ] 心軸30與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)38 (例如電機(jī)驅(qū)動(dòng))連接，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)38被設(shè)置以繞中心軸32旋轉(zhuǎn)心軸。心軸30也能夠設(shè)置有內(nèi)部冷卻通道，內(nèi)部冷卻通道通常在心軸的軸向上在氣體通道內(nèi)延伸。內(nèi)部冷卻通道能夠與冷卻源連接，從而流體冷卻劑能夠通過冷卻源經(jīng)過冷卻通道被循環(huán)并且返回至冷卻源。
[0032]晶圓承載器或晶圓支撐元件40大體上是具有上表面41和中心軸42的圓盤。在圖1所示的操作位置，支撐元件40的中心軸42與心軸的軸32重合。支撐元件40能夠被加工成單件或加工成多件體的合成體。例如，正如美國專利申請(qǐng)第20090155028所公開的，其公開內(nèi)容通過引用被加入本文中，支撐元件40可以包括輪轂和較大的部分，輪轂界定出支撐元件的包圍中心軸42的小區(qū)域，較大的部分界定出盤形體的剩余部分。在其他的實(shí)施方式中(未示)，支撐元件40能夠具有其他形狀，例如包括方形、六邊形或八邊形。
[0033]支撐元件40能夠由不污染CVD加工并且能夠經(jīng)受該過程中所遇到的溫度的材料制成。例如，支撐元件40的較大的部分可以大部分或整體例如由石墨、碳化硅、氮化硼、氮化鋁或其他的耐熔材料制成。支撐元件40具有大體上平坦的上和下表面，上和下表面大體上相互平行并且大體上垂直于支撐元件的垂直旋轉(zhuǎn)軸42。在一個(gè)實(shí)施例中，支撐元件40的直徑能夠是約300 mm至約700 mm。
[0034]支撐元件40能夠包括繞支撐元件圓周地設(shè)置的凹口或平臺(tái)，每個(gè)凹口或平臺(tái)被配置以可移除地容納盤形晶圓(未示)并且在例如下文所述的MOCVD加工過程中保持所述晶圓。每個(gè)晶圓能夠由藍(lán)寶石、碳化硅、硅或其他結(jié)晶基體形成。典型地，每個(gè)晶圓的厚度小于其主表面的尺寸。例如，直徑約2英寸(50mm)的圓形晶圓的厚度可以約為430mm或更小。每個(gè)晶圓能夠表面朝上向地設(shè)置在支撐元件40或靠近支撐元件40，從而使得晶圓的上表面被暴露在支撐元件的上表面處。
[0035]加熱元件50被設(shè)置在腔12內(nèi)并且包圍配件36下方的心軸30。加熱元件50原則上通過輻射熱傳遞將熱量傳遞至支撐元件40的下表面。施加在支撐元件40的下表面的熱量能夠向上地經(jīng)支撐元件的本體流至支撐元件的上表面41。熱量能夠向上地傳遞至由支撐元件40所保持的每個(gè)晶圓的下表面，并且向上經(jīng)過晶圓傳遞至晶圓的上表面。熱量能夠從晶圓的上表面被輻射至加工腔12的較冷元件，例如輻射到加工腔的壁20和進(jìn)氣歧管14。熱量也能夠從晶圓的上表面被傳遞至經(jīng)過這些表面的加工氣體。在特定的實(shí)施方式中，力口熱元件50能夠是多區(qū)加熱元件，因此支撐元件的不同部分(例如，與心軸30的中心軸32相距第一徑向距離的第一環(huán)形部分，以及與中心軸相距第二徑向距離的第二環(huán)形部分)能夠被差異地加熱。
[0036]在【具體實(shí)施方式】中，在加熱元件50的下方能夠設(shè)置有擋熱板(未示)。擋熱板例如被設(shè)置成平行于支撐元件40，以有助于將來自加熱元件的熱量向上朝支撐元件引導(dǎo)，而不是向下朝腔12的下端處的基板24引導(dǎo)。
[0037]腔12也裝配有排氣系統(tǒng)52，排氣系統(tǒng)被設(shè)置以移除來自腔的內(nèi)部區(qū)域26的廢氣。排氣系統(tǒng)52能夠包括位于腔12的底部或靠近底部的排氣歧管(未示)。排氣歧管能夠與泵55連接或者與其他的真空源連接，其他的真空源能夠被構(gòu)造以將廢氣帶出反應(yīng)腔12。
[0038]多個(gè)視窗60L和60R(共同地稱為視窗60)能夠位于腔12的上翼緣22處。每個(gè)視窗60能夠用于容納用于測(cè)量溫度的高溫計(jì)(例如，高溫計(jì)70或80)，或者其他的非接觸式測(cè)量裝置，例如用于測(cè)量曲率的彎度計(jì)、用于測(cè)量生長(zhǎng)速率的反射計(jì)、橢度計(jì)或者能夠在支撐元件40的整個(gè)半徑上測(cè)量溫度的掃描裝置。每個(gè)視窗60能夠與心軸30的中心軸32相距任意的徑向距離，并且每個(gè)視窗能夠繞腔12的上翼緣22的圓周位于任何角位置。
[0039]在圖1所示的【具體實(shí)施方式】中，在圖1的左側(cè)具有七個(gè)視窗60L，其包括視窗IL至7L，每個(gè)視窗60L與中心軸32相距不同的徑向距離，并且在圖1的右側(cè)具有七個(gè)視窗60R，其包括視窗IR至7R，每個(gè)視窗60R與中心軸32相距不同的徑向距離。每個(gè)左側(cè)的視窗IL至7L和相應(yīng)的右側(cè)的視窗IR至7R與中心軸32的徑向距離相同。雖然圖1中顯示了七個(gè)視窗60L和60R，在其他的實(shí)施方式中，能夠設(shè)有任何數(shù)量的視窗60L和60R。例如，在特定的實(shí)施方式中，設(shè)有單個(gè)的視窗60L和單個(gè)的視窗60R。在其他的實(shí)施例中，在圖2所示的實(shí)施方式中，設(shè)有如下所述的一個(gè)或多個(gè)徑向延伸的視窗60L’。
[0040]多個(gè)的操作高溫計(jì)70能夠被安裝到相應(yīng)的多個(gè)視窗60內(nèi)。每個(gè)操作高溫計(jì)70能夠用于測(cè)量支撐元件40的溫度和/或支撐在支撐元件上的晶圓的溫度。這些溫度測(cè)量結(jié)果能夠被用作控制系統(tǒng)的輸入，從而有助于在晶圓加工過程中決定加熱元件60的控制。
[0041]在所示的【具體實(shí)施方式】中，三個(gè)相應(yīng)的視窗60R中安裝有三個(gè)高溫計(jì)70。例如，操作高溫計(jì)70包括分別安裝在視窗IR，3R和5R中的操作高溫計(jì)71，73和75。在其他的實(shí)施方式中，能夠設(shè)有任何數(shù)量的操作高溫計(jì)70，并且每個(gè)操作高溫計(jì)能夠被安裝在任何一個(gè)視窗60中。
[0042]正如所示的，每個(gè)操作高溫計(jì)70被定向從而使得它能夠在與支撐元件的垂直旋轉(zhuǎn)軸42相距相應(yīng)的徑向距離處測(cè)量支撐元件的溫度和/或支撐元件上晶圓的溫度。在特定的實(shí)施方式中，其中加熱元件50是多區(qū)加熱元件，每個(gè)操作高溫計(jì)70能夠控制對(duì)加熱元件50的位于支撐元件40的相應(yīng)區(qū)域或部分之下的部分的加熱。例如，每個(gè)操作高溫計(jì)70能夠用于控制支撐元件40的與中心軸42相距特定的徑向距離的環(huán)形部分的溫度。
[0043]例如，每個(gè)的高溫計(jì)71，73和75能夠在與垂直旋轉(zhuǎn)軸42相距相應(yīng)的徑向距離D1，D3和D5處測(cè)量支撐元件40的溫度。在特定的實(shí)施例中，當(dāng)心軸30旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)高溫計(jì)70能夠在相應(yīng)的徑向距離處測(cè)量支撐元件40的環(huán)形部分的溫度，并且這些被測(cè)量的溫度能夠是在支撐元件的至少一個(gè)完整的旋轉(zhuǎn)過程中整個(gè)環(huán)形部分的測(cè)量溫度的平均值。
[0044]在圖1所示的實(shí)施方式中，校準(zhǔn)高溫計(jì)70能夠被可移除地安裝在其中一個(gè)視窗60內(nèi)。校準(zhǔn)高溫計(jì)能夠用于測(cè)量支撐元件40和/或支撐在支撐元件上的晶圓的溫度。這種溫度測(cè)量結(jié)果能夠用作輸入以有助于決定一個(gè)或多個(gè)操作高溫計(jì)70的精確度。校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠是任何類型的能夠適于被可移除地安裝在一個(gè)視窗60內(nèi)的高溫計(jì)。在特定的實(shí)施例中，校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠是高精確度的高溫計(jì)。例如，這種校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠具有約±1.5° C內(nèi)的精確度并且從一個(gè)校準(zhǔn)高溫計(jì)至另一校準(zhǔn)高溫計(jì)約±0.25° C的重復(fù)性。這種校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠有每年約0.05° C的漂移。這種校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠從腔12中被移除并且以已知的標(biāo)準(zhǔn)被周期地校準(zhǔn)，例如自身能夠追蹤國內(nèi)或國際標(biāo)準(zhǔn)(例如NIST可追蹤黑體標(biāo)準(zhǔn))的標(biāo)準(zhǔn)裝置。
[0045]校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠被可移除地依次安裝在三個(gè)視窗60L內(nèi)，三個(gè)視窗包括視窗1L，3L和5L。如圖1所示，校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠依次位于位置A，B和C，被安裝在相應(yīng)的視窗1L，3L和5L內(nèi)。
[0046]當(dāng)校準(zhǔn)高溫計(jì)80位于位置A從而被安裝在視窗IL內(nèi)時(shí)，校準(zhǔn)高溫計(jì)能夠在與支撐元件的垂直旋轉(zhuǎn)軸42相距徑向距離Dl處測(cè)量支撐元件40的溫度。該徑向距離Dl與安裝在視窗IR內(nèi)的操作高溫計(jì)71測(cè)量支撐元件40的溫度所在的距離相等。因此上，當(dāng)心軸30旋轉(zhuǎn)時(shí)，安裝在視窗IL內(nèi)的校準(zhǔn)高溫計(jì)80和安裝在視窗IR內(nèi)的校準(zhǔn)高溫計(jì)71能夠在徑向距離Dl處測(cè)量支撐元件40的特定環(huán)形部分的溫度，并且所述測(cè)量的溫度能夠是在支撐元件的至少一個(gè)完整的旋轉(zhuǎn)中整個(gè)環(huán)形部分的測(cè)量溫度的平均值。
[0047]類似地，當(dāng)校準(zhǔn)高溫計(jì)80位于位置B或C從而被分別安裝在視窗3L或5L內(nèi)時(shí)，校準(zhǔn)高溫計(jì)能夠在與支撐元件的垂直旋轉(zhuǎn)軸42分別相距徑向距離D3或D5處測(cè)量支撐元件40的溫度。徑向距離D3和D5與分別安裝在視窗3R和5R內(nèi)的操作高溫計(jì)73和75測(cè)量支撐元件40的溫度所在的距離相等。
[0048]能夠設(shè)置有控制系統(tǒng)90，控制系統(tǒng)90能夠用于在裝置10的操作過程中接收來自操作高溫計(jì)70的溫度測(cè)量讀數(shù)，并且控制系統(tǒng)能夠?qū)⑦@些溫度測(cè)量讀數(shù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器92內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方式中，控制系統(tǒng)能夠根據(jù)操作高溫計(jì)70所讀取的溫度測(cè)量來調(diào)整加熱元件50的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域的加熱。在特定的實(shí)施例中，控制系統(tǒng)90能夠在校準(zhǔn)操作高溫計(jì)時(shí)接收來自操作高溫計(jì)70和校準(zhǔn)高溫計(jì)80的溫度測(cè)量讀數(shù)，并且控制系統(tǒng)能夠?qū)⑦@些溫度測(cè)量讀數(shù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器92內(nèi)。
[0049]在操作時(shí)，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的溫度測(cè)量過程中，校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠可移除地安裝第一校準(zhǔn)位置A處從而被接入視窗1L。當(dāng)校準(zhǔn)高溫計(jì)80被安裝在第一校準(zhǔn)位置A處時(shí)，校準(zhǔn)高溫計(jì)用于接收來自支撐元件的與支撐元件的旋轉(zhuǎn)軸42相距第一徑向距離Dl的第一部分的輻射。如上所述，第一操作高溫計(jì)71能夠被安裝第一操作位置處從而被接入視窗IR，從而使得操作高溫計(jì)71用于接收來自支撐元件40的與旋轉(zhuǎn)軸42相距第一徑向距離Dl的第一部分的輻射。在【具體實(shí)施方式】中，操作高溫計(jì)71，73和75能夠在整個(gè)溫度測(cè)量過程中保持安裝在相應(yīng)的視窗60R內(nèi)(即，未從反應(yīng)器12中移除)。
[0050]然后，反應(yīng)器12能夠由加熱元件50加熱直至反應(yīng)器達(dá)到高溫計(jì)校準(zhǔn)溫度，例如500至1100° C。校準(zhǔn)溫度期望地接近反應(yīng)器12內(nèi)進(jìn)行的晶圓處理過程中的操作溫度。然后，支撐元件40能夠繞旋轉(zhuǎn)軸42被旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施方式中，支撐元件40能夠以50至1500轉(zhuǎn)每分鐘的速度被旋轉(zhuǎn)，雖然在其他實(shí)施方式中，支撐元件能夠以其他速度被旋轉(zhuǎn)。當(dāng)支撐元件40繞其旋轉(zhuǎn)軸42被旋轉(zhuǎn)時(shí)，操作者或可選的控制系統(tǒng)90能夠從安裝在視窗IR處的操作高溫計(jì)71獲得第一操作溫度測(cè)量，并且操縱者或控制系統(tǒng)能夠從安裝在視窗IL處的校準(zhǔn)高溫計(jì)80獲得第一校準(zhǔn)溫度測(cè)量。在特定的實(shí)施方式中，同時(shí)從操作高溫計(jì)71和第一校準(zhǔn)位置A處的校準(zhǔn)高溫計(jì)80獲得溫度測(cè)量結(jié)果。
[0051]當(dāng)支撐元件40旋轉(zhuǎn)時(shí)，支撐元件上的與中心軸42相距相同的徑向距離但是繞該軸位于不同的角位置而被設(shè)置的斑點(diǎn)經(jīng)過校準(zhǔn)高溫計(jì)80和第一操作高溫計(jì)71所監(jiān)視的位置。在所示的特定設(shè)置中，視窗IL與視窗IR偏離180°或者一半的旋轉(zhuǎn)，并且由高溫計(jì)71和80所監(jiān)視的位置同樣相互偏離一半的旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，當(dāng)反應(yīng)腔12處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)進(jìn)行溫度測(cè)量，從而使得溫度不會(huì)隨時(shí)間而變化或在期望溫度的可接受誤差內(nèi)振蕩。支撐元件40上圓周地分離的位置之間的溫度差不會(huì)相當(dāng)大地影響高溫計(jì)71和80的溫度讀數(shù)，因?yàn)闇囟茸x數(shù)是在支撐元件的多個(gè)完整旋轉(zhuǎn)中的平均值。
[0052]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，能夠使用支撐元件來實(shí)施高溫計(jì)校準(zhǔn)，該支撐元件是空白的晶圓承載器(沒有任何晶圓保持凹部或位于其上的晶圓)或者空閑的支撐元件40 (即，其上未承載任何晶圓)。在選擇性實(shí)施方式中，其上具有晶圓的支撐元件40能夠用于校準(zhǔn)過程，在這種實(shí)施方式的一個(gè)實(shí)施例中，校準(zhǔn)高溫計(jì)80有能力使用晶圓和支撐元件之間的反射性或溫度差將晶圓溫度數(shù)據(jù)和支撐元件溫度數(shù)據(jù)分開。晶圓或支撐元件40的平均溫度能夠用于校準(zhǔn)操作高溫計(jì)70。在特定的實(shí)施方式中，將晶圓溫度數(shù)據(jù)和支撐元件溫度數(shù)據(jù)分開的能力可以存在于一個(gè)或多個(gè)操作高溫計(jì)70內(nèi)。
[0053]然后，校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠被可移除地安裝在第二校準(zhǔn)位置8從而被接入視窗3L。當(dāng)校準(zhǔn)高溫計(jì)80被安裝在第二校準(zhǔn)位置B時(shí)，校準(zhǔn)高溫計(jì)用于接收來自支撐元件40的與支撐元件的旋轉(zhuǎn)軸42相距第二徑向距離D3的第二部分的輻射。如上所述，第二操作高溫計(jì)73能夠被安裝在第二操作位置從而被接入視窗3R，從而使得操作高溫計(jì)73用于接收來自支撐元件40的與旋轉(zhuǎn)軸42相距第二徑向距離D3的第二部分的輻射。
[0054]當(dāng)支撐元件40繞其旋轉(zhuǎn)軸42旋轉(zhuǎn)時(shí)，操作者或控制系統(tǒng)90能夠從安裝在視窗3R處的操作高溫計(jì)73獲得第二操作溫度測(cè)量結(jié)果，并且操作者或控制系統(tǒng)能夠從安裝在視窗3L的校準(zhǔn)高溫計(jì)80獲得第二校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果。在特定實(shí)施方式中，能夠同時(shí)通過控制系統(tǒng)獲得操作高溫計(jì)73和位于第二校準(zhǔn)位置B處的校準(zhǔn)高溫計(jì)80的溫度測(cè)量結(jié)果。
[0055]然后，校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠可移除地被安裝在第二校準(zhǔn)位置C從而被接入視窗5L。當(dāng)校準(zhǔn)高溫計(jì)80被安裝在第三校準(zhǔn)位置C時(shí)，校準(zhǔn)高溫計(jì)用于接收來自支撐元件40的與支撐元件的旋轉(zhuǎn)軸42相距第三徑向距離D5的第三部分的輻射。如上所述的，第三操作高溫計(jì)75能夠被安裝在第三操作位置從而被接入視窗5R，從而使得操作高溫計(jì)75用于接收來自支撐元件40的與旋轉(zhuǎn)軸42相距第三徑向距離D5的第三部分的輻射。
[0056]當(dāng)支撐元件40繞其旋轉(zhuǎn)軸42旋轉(zhuǎn)時(shí)，操作者或控制系統(tǒng)90能夠從安裝在視窗5R處的操作高溫計(jì)75獲得第三操作溫度測(cè)量結(jié)果，并且操作者或控制系統(tǒng)能夠從安裝在視窗5L處的校準(zhǔn)高溫計(jì)80獲得第三校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果。在特定的實(shí)施方式中，通過控制系統(tǒng)能夠同時(shí)從操作高溫計(jì)75和位于第三校準(zhǔn)位置C處的校準(zhǔn)高溫計(jì)80獲得溫度測(cè)量結(jié)果。在獲得第一、第二和第三校準(zhǔn)和操作溫度測(cè)量結(jié)果后，校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠被從視窗5L和腔12移除。[0057]在【具體實(shí)施方式】中，上述溫度測(cè)量過程能夠在反應(yīng)器的化學(xué)氣相操作過程中被執(zhí)行(例如下文中描述的)。
[0058]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，當(dāng)裝置10在操作的溫度控制模式執(zhí)行時(shí)，每個(gè)操作高溫計(jì)71，73和75的校準(zhǔn)能夠被實(shí)施，其中，裝置基于來自操作高溫計(jì)70的溫度讀數(shù)調(diào)整加熱元件50的電流。在一個(gè)實(shí)施例中，在調(diào)整任何一個(gè)高溫計(jì)的校準(zhǔn)之前，記錄每個(gè)操作高溫計(jì)70的校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果。選擇性地，記錄每個(gè)高溫計(jì)的校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果以及調(diào)整每個(gè)高溫計(jì)的校準(zhǔn)能夠被連續(xù)地實(shí)施，即，在記錄下一操作高溫計(jì)的校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果之前。在任一程序中，優(yōu)選地，在調(diào)整每個(gè)高溫計(jì)70的校準(zhǔn)之后，操作者能夠在記錄校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果或調(diào)整下一個(gè)高溫計(jì)的校準(zhǔn)(這取決哪一個(gè)程序被使用)之前等待反應(yīng)器的溫度至穩(wěn)定。
[0059]在選擇性實(shí)施方式中，當(dāng)裝置10在操作的電流控制模式下操作時(shí)，能夠?qū)嵤┟總€(gè)操作高溫計(jì)71，73和75的校準(zhǔn)，其中，流入操作高溫計(jì)70的絲極的電流被控制至特定值，并且操作高溫計(jì)不在控制環(huán)路中。類似于關(guān)于溫度控制的上述程序，在調(diào)整任一個(gè)高溫計(jì)的校準(zhǔn)之前，記錄每個(gè)操作高溫計(jì)70的校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果，或者選擇性地，記錄每個(gè)高溫計(jì)的校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果和調(diào)整每個(gè)高溫計(jì)的校準(zhǔn)能夠被連續(xù)地實(shí)施。
[0060]在另一選擇性實(shí)施方式中，不調(diào)整操作高溫計(jì)70的校準(zhǔn)參數(shù)。相反地，控制系統(tǒng)90能夠?qū)母髯圆僮鞲邷赜?jì)71、73和75分別獲得的較不精確的第一、第二和第三操作溫度測(cè)量結(jié)果與從校準(zhǔn)高溫計(jì)80所獲得的更加準(zhǔn)確的第一、第二和第三校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果構(gòu)成的圖表或查閱表存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器92中。這樣，溫度圖表能夠使得控制系統(tǒng)90更正晶圓處理過程中由一個(gè)或多個(gè)操作高溫計(jì)70所獲得的溫度測(cè)量結(jié)果，例如下文中所述的。
[0061]在一個(gè)實(shí)施方式中，每個(gè)第一、第二和第三操作溫度測(cè)量結(jié)果和每個(gè)第一、第二和第三校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果能夠是晶圓處理過程中重要的單個(gè)溫度的單個(gè)溫度讀數(shù)。在另一實(shí)施方式中，每個(gè)第一、第二和第三操作溫度測(cè)量結(jié)果和每個(gè)第一、第二和第三校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果能夠是單個(gè)溫度的多個(gè)溫度讀數(shù)的平均值。在特定的實(shí)施例中，校準(zhǔn)過程能夠在約800° C的溫度下進(jìn)行。
[0062]在另一實(shí)施方式中，每個(gè)第一、第二和第三操作溫度測(cè)量結(jié)果和每個(gè)第一、第二和第三校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果能夠是多個(gè)的離散的溫度范圍上的溫度讀數(shù)，從而在腔12的典型晶圓處理過程操作溫度范圍上，建立每個(gè)操作高溫計(jì)70相對(duì)于校準(zhǔn)高溫計(jì)80的精確圖表。
[0063]當(dāng)反應(yīng)器被用在加工晶圓時(shí)，能夠?qū)嵤┥鲜霾襟E。因此，通過降低關(guān)閉物(未示)能夠打開入口(未示)。然后，承載晶圓的支撐元件能夠從前腔(未示)被加載至腔12，并且能夠被放置在心軸30的操作位置。在該狀態(tài)，晶圓的上表面能夠向上地朝向進(jìn)氣歧管
14。然后，入口能夠被關(guān)閉。加熱元件50能夠被開啟，并且旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器38能夠操作以繞中心軸32轉(zhuǎn)動(dòng)心軸30以及支撐元件40。典型地，心軸30以50-1500轉(zhuǎn)每分鐘的旋轉(zhuǎn)速度被轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0064]加工氣體供應(yīng)單元(未示)能夠被啟動(dòng)以經(jīng)進(jìn)氣歧管14供應(yīng)氣體。氣體能夠向下朝向支撐元件40、經(jīng)過晶圓的上表面并且向下繞支撐元件的邊緣傳輸至排氣系統(tǒng)52。因此，晶圓的上表面能夠暴露至加工氣體，該加工氣體包括由各種加工氣體供應(yīng)單元供應(yīng)的各種氣體的混合物。最典型地，上表面處的加工氣體主要包括由載氣供應(yīng)單元(未示)供應(yīng)的載氣。[0065]在晶圓處理過程中，操作高溫計(jì)70能夠記錄溫度測(cè)量結(jié)果，這種溫度測(cè)量結(jié)果能夠用作控制加熱元件50的輸入。在具有多區(qū)加熱元件50的實(shí)施方式中，多個(gè)高溫計(jì)70的每個(gè)都能夠在與垂直旋轉(zhuǎn)軸42相距特定的徑向距離處記錄溫度測(cè)量結(jié)果，這些溫度測(cè)量結(jié)果能夠控制多區(qū)加熱元件的相應(yīng)區(qū)域。
[0066]加工過程能夠持續(xù)直至完成晶圓的期望處理。一旦加工過程已經(jīng)完成，入口能夠被打開，并且晶圓能夠從支撐元件40被移除。最終，被處理的晶圓能夠被新的晶圓替換從而進(jìn)入下一操作循環(huán)。
[0067]在所示的實(shí)施方式中，每個(gè)高溫計(jì)70和80用于在與支撐元件的垂直旋轉(zhuǎn)軸42相距一定的徑向距離處測(cè)量支撐元件40的溫度和/或支撐在支撐元件上的晶圓的溫度，所述徑向距離與心軸30的中心軸32和相應(yīng)的視窗60之間的徑向距離相等，從而高溫計(jì)70或80用于接收以近似直角(約90° )的角度α發(fā)射的輻射。在其他實(shí)施方式中，每個(gè)高溫計(jì)70和80能夠用于在與支撐元件的旋轉(zhuǎn)軸42相距一定的徑向距離處測(cè)量支撐元件40的溫度和/或支撐在支撐元件上的晶圓的溫度，所述徑向距離與心軸30的中心軸32和相應(yīng)的視窗60之間的徑向距離不等，從而使得高溫計(jì)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發(fā)射的輻射。在特定的實(shí)施方式中，校準(zhǔn)高溫計(jì)80和相應(yīng)的高溫計(jì)70的其中一個(gè)或兩個(gè)可以接收以近似直角發(fā)射的輻射，或者兩者都不接收以近似直角發(fā)射的輻射。
[0068]在角度α非近似直角的實(shí)施方式中，校準(zhǔn)高溫計(jì)80相比相應(yīng)的操作高溫計(jì)70，能夠與支撐元件40的垂直旋轉(zhuǎn)軸42相距不同的徑向距離，只要兩個(gè)校準(zhǔn)高溫計(jì)和相應(yīng)的操作高溫計(jì)能夠在與垂直旋轉(zhuǎn)軸相距相同的徑向距離(例如Dl)處接收支撐元件發(fā)射的輻射。
[0069]正如所示的，操作高溫計(jì)70被安裝在右側(cè)視窗60R內(nèi)，而校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠被可移除地安裝在相應(yīng)的左側(cè)視窗60L的。在其他實(shí)施方式中，每個(gè)操作高溫計(jì)70能夠被安裝在任何一個(gè)視窗60內(nèi)，并且校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠被可移除地安裝在相應(yīng)的任何一個(gè)視窗60內(nèi)，校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠在與垂直旋轉(zhuǎn)軸42相距相同的距離處接收來自支撐元件的輻射，正如與操作高溫計(jì)70接收輻射的距離相同。
[0070]在一個(gè)實(shí)施例中，操作高溫計(jì)70能夠被安裝在某些左側(cè)視窗60L內(nèi)，而校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠被可移除地安裝在相應(yīng)的某些右側(cè)視窗60R內(nèi)。在另一實(shí)施例中，某些操作高溫計(jì)70 (例如，操作高溫計(jì)71和73)能夠被安裝在某些右側(cè)視窗60R內(nèi)，而其他的操作高溫計(jì)(例如，操作高溫計(jì)75)能夠被安裝在左側(cè)視窗60L內(nèi)，并且校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠被可移除地安裝在相應(yīng)的某些視窗60內(nèi)，該高溫計(jì)80能夠在與垂直旋轉(zhuǎn)軸42相距一定的徑向距離處接收來自支撐元件的輻射，該徑向距離與操作高溫計(jì)70接收輻射的距離相等。
[0071 ] 可期望的是，校準(zhǔn)高溫計(jì)80所安裝在的每個(gè)視窗60 (例如，左側(cè)視窗1L，3L和5L)在其上無相當(dāng)大的寄生沉積。在校準(zhǔn)高溫計(jì)80被安裝至特定的視窗60之前，可期望的是，特定的視窗被清潔以移除這些寄生沉積。
[0072]在特定的實(shí)施方式中，操作高溫計(jì)70和校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠用于接收來自支撐元件上相同的單一位置的輻射，而不是來自與垂直旋轉(zhuǎn)軸42相距相同的徑向距離的分開位置。在這種實(shí)施方式中，操作高溫計(jì)70和校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠被安裝在相同的視窗內(nèi)，而不是安裝不同的視窗60內(nèi)。這種實(shí)施方式需要修改腔12以包括足夠大的能夠容納操作高溫計(jì)70和校準(zhǔn)高溫計(jì)80的安裝的視窗。同樣，這種實(shí)施方式需要操作高溫計(jì)70和校準(zhǔn)高溫計(jì)80相對(duì)于垂直旋轉(zhuǎn)軸42傾斜并且增加溫度測(cè)量不確定性。
[0073]參考圖2，其顯示了用于圖1所示的化學(xué)氣相沉積裝置10的視窗的選擇性實(shí)施方式。在該實(shí)施方式中，校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠被可移除地安裝在一個(gè)或多個(gè)徑向延伸的視窗60L’內(nèi)，而不是依次地安裝在分開的視窗1L，3L和5L內(nèi)。正如本文所使用的，徑向延伸的視窗是有能力改變所安裝的高溫計(jì)的徑向位置而不需從視窗移除高溫計(jì)的視窗。這種徑向延伸的視窗能夠包括徑向延伸的軌道，這種軌道允許高溫計(jì)在其上從一個(gè)徑向位置滑動(dòng)到另一徑向位置，無需從視窗移除。
[0074]在圖2所示的實(shí)施方式中，校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠被安裝在徑向延伸的視窗60L’內(nèi)位于軌道(未示)上，所述軌道沿支撐元件的至少一部分半徑大體上平行于支撐元件40的上表面41而延伸，從而使得校準(zhǔn)高溫計(jì)能夠用測(cè)微器支架被控制，在一個(gè)實(shí)施例中，校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠沿支撐元件40的至少一部分半徑被快速地在軌道上移動(dòng)從而形成支撐元件的徑向延伸部分的溫度測(cè)量結(jié)果的圖表。在另一實(shí)施例中，徑向延伸的視窗60L’能夠沿支撐元件的整個(gè)半徑延伸，從而使得校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠在軌道上沿支撐元件40的整個(gè)半徑被移動(dòng)從而進(jìn)行支撐元件的上表面41上的任何徑向位置的溫度測(cè)量結(jié)果記錄。
[0075]在特定的實(shí)施方式中，沿支撐元件40的相同半徑或沿支撐元件的不同角位置處的不同半徑，能夠具有兩個(gè)或更多的徑向延伸的視窗60L’，并且校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠依次被安裝在徑向延伸的視窗內(nèi)從而沿支撐元件的兩個(gè)或更多的徑向延伸的部分記錄溫度測(cè)量結(jié)果。
[0076]在選擇性實(shí)施方式中，校準(zhǔn)高溫計(jì)80能夠沿軌道在徑向延伸的視窗60L’內(nèi)被移動(dòng)到分開的位置A，B和C，從而使得校準(zhǔn)高溫計(jì)能夠在徑向距離D1，D3和D5處測(cè)量支撐元件40的特定部分的溫度，在徑向距離Dl，D3和D5處，操作高溫計(jì)71，73和75用于記錄溫
度測(cè)量結(jié)果。
[0077]校準(zhǔn)高溫計(jì)80可以在用戶期望重新校準(zhǔn)操作高溫計(jì)70時(shí)偶爾被可移除地安裝在視窗60L’，或者校準(zhǔn)高溫計(jì)能夠在晶圓處理循環(huán)中被依然安裝在視窗60L’內(nèi)，并且能夠被周期地移除從而根據(jù)已知的標(biāo)準(zhǔn)再校準(zhǔn)。
[0078]如上所述，相比傳統(tǒng)的高溫計(jì)校準(zhǔn)方法，本發(fā)明原位高溫計(jì)校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法能夠具有多種潛在的優(yōu)點(diǎn)。例如，相比傳統(tǒng)的高溫計(jì)再校準(zhǔn)過程，操作高溫計(jì)70不需從腔12中被移除從而被再校準(zhǔn)。同樣，如上所述的，本發(fā)明溫度測(cè)量過程能夠補(bǔ)償有關(guān)腔12內(nèi)高溫計(jì)安裝的錯(cuò)誤以及腔內(nèi)的狀況，例如，如上所述的，視窗60內(nèi)的寄生沉積。
[0079]使用旋轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器，本發(fā)明能夠被應(yīng)用在各種晶圓處理加工中，例如，晶圓的化學(xué)氣相沉積、化學(xué)蝕刻等。雖然已參考特定實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是要理解的是，這些實(shí)施方式僅是說明本發(fā)明的原理和應(yīng)用。因此，要理解的是，對(duì)說明性的實(shí)施方式可以進(jìn)行多種修改，并且其他的設(shè)置可以被設(shè)計(jì)而不脫離權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的構(gòu)思和范圍。優(yōu)選地，除了獨(dú)立權(quán)利要求中的特征外，從屬權(quán)利要求以及從屬權(quán)利要求內(nèi)的特征能夠被組合。同樣優(yōu)選地，結(jié)合單獨(dú)的實(shí)施方式而被描述的特征可以用在其他實(shí)施方式中。
[0080]工業(yè)應(yīng)用性
本發(fā)明享有廣泛的工業(yè)應(yīng)用性，包括但不限于，晶圓處理反應(yīng)器以及用于晶圓處理反應(yīng)器的原位高溫計(jì)校準(zhǔn)的方法。
【權(quán)利要求】
1.一種用于晶圓處理反應(yīng)器的原位高溫計(jì)校準(zhǔn)的方法，包括: (a)將校準(zhǔn)高溫計(jì)定位在第一校準(zhǔn)位置，從而使得所述校準(zhǔn)高溫計(jì)用于接收來自晶圓支撐元件的與晶圓支撐元件的旋轉(zhuǎn)軸相距第一徑向距離的第一部分的輻射； (b)加熱所述反應(yīng)器直至所述反應(yīng)器達(dá)到高溫計(jì)校準(zhǔn)溫度； (C)繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)所述支撐元件；以及 (d)在所述支撐元件繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，從安裝在第一操作位置的第一操作高溫計(jì)獲得第一操作溫度測(cè)量結(jié)果，從而使得所述第一操作高溫計(jì)用于接收所述晶圓支撐元件的與所述晶圓支撐元件的旋轉(zhuǎn)軸相距第一徑向距離的第一部分的輻射；以及 (e)在所述支撐元件繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，從所述校準(zhǔn)高溫計(jì)獲得第一校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(d)和(e)被同時(shí)實(shí)施。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)至(e)的實(shí)施無需從所述反應(yīng)器中移除所述第一操作高溫計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在用以處理晶圓的反應(yīng)器的操作過程中實(shí)施步驟(d)和(e) ο
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述晶圓支撐元件是沒有晶圓保持凹部或在其上沒有晶圓的空閑晶圓承載器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中用以處理晶圓的反應(yīng)器的操作包括化學(xué)氣相沉`積。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括:基于從所述第一操作高溫計(jì)和校準(zhǔn)高溫計(jì)所獲得的溫度測(cè)量結(jié)果調(diào)整所述第一操作高溫計(jì)的校準(zhǔn)參數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括:將查閱表存儲(chǔ)在晶圓處理反應(yīng)器的存儲(chǔ)器內(nèi)，查閱表包括至少一些第一操作溫度測(cè)量結(jié)果與相應(yīng)的第一校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果的圖表。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述高溫計(jì)校準(zhǔn)溫度是第一高溫計(jì)校準(zhǔn)溫度，所述方法進(jìn)一步包括: (f)加熱所述反應(yīng)器直至所述反應(yīng)器達(dá)到第二高溫計(jì)校準(zhǔn)溫度； (g)在所述支撐元件繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，從所述第一操作高溫計(jì)獲得第二校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果；以及 (h)在所述支撐元件繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，從所述校準(zhǔn)高溫計(jì)獲得第二校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括: (f)將所述校準(zhǔn)高溫計(jì)移動(dòng)至第二校準(zhǔn)位置，從而使得所述校準(zhǔn)高溫計(jì)用于接收來自所述晶圓支撐元件的與所述晶圓支撐元件的旋轉(zhuǎn)軸相距第二徑向距離的第二部分的輻射；以及 (g)在所述支撐元件繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，從安裝在第二操作位置的第二操作高溫計(jì)獲得第二操作溫度測(cè)量結(jié)果，從而使得所述第二操作高溫計(jì)用于接收晶圓支撐元件的與所述晶圓支撐元件的旋轉(zhuǎn)軸相距第二徑向距離的第二部分的輻射；以及 (h)在所述支撐元件繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，從所述校準(zhǔn)高溫計(jì)獲得第二校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括: 在步驟(g)之前，基于所述第一操作溫度測(cè)量結(jié)果和第一校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果，調(diào)整所述第一操作高溫計(jì)的校準(zhǔn)參數(shù)；以及 在步驟(h)之后，基于所述第二操作溫度測(cè)量結(jié)果和第二校準(zhǔn)溫度測(cè)量結(jié)果，調(diào)整所述第二操作高溫計(jì)的校準(zhǔn)參數(shù)；以及。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括: 在步驟(h)之后，基于從所述操作高溫計(jì)和所述校準(zhǔn)高溫計(jì)所獲得的溫度測(cè)量結(jié)果，調(diào)整所述第一和第二操作高溫計(jì)的校準(zhǔn)參數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述第一和第二操作高溫計(jì)被分別接入所述反應(yīng)器的第一和第二操作視窗。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述定位步驟被實(shí)施從而使得所述校準(zhǔn)高溫計(jì)被接入所述反應(yīng)器的第一校準(zhǔn)視窗。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述移動(dòng)步驟被實(shí)施從而使得所述校準(zhǔn)高溫計(jì)被接入所述反應(yīng)器的第二校準(zhǔn)視窗。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述定位步驟被實(shí)施從而使得所述校準(zhǔn)高溫計(jì)被接入徑向延伸的校準(zhǔn)視窗，而所述移動(dòng)步驟被實(shí)施從而使得所述校準(zhǔn)高溫計(jì)沿徑向延伸的校準(zhǔn)視窗從所述第一校準(zhǔn)位置被移動(dòng)至所述第二校準(zhǔn)位置。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述加熱步驟通過用于所述晶圓支撐元件的多區(qū)加熱系統(tǒng)被實(shí)施。
18.一種用于晶圓處理反應(yīng)器的原位高溫計(jì)校準(zhǔn)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: (a)具有旋轉(zhuǎn)軸的晶圓支撐元件； (b)用于晶圓支撐元件的加熱元件； (c)第一操作高溫計(jì)，所述第一操作高溫計(jì)被安裝在第一操作位置，從而使得所述第一操作高溫計(jì)用于接收來自所述晶圓支撐元件的與所述晶圓支撐元件的旋轉(zhuǎn)軸相距第一徑向距離的第一部分的輻射；以及 (d)校準(zhǔn)高溫計(jì)，所述校準(zhǔn)高溫計(jì)被定位在第一校準(zhǔn)位置，從而使得所述校準(zhǔn)高溫計(jì)用于接收來自所述晶圓支撐元件的與所述晶圓支撐元件的旋轉(zhuǎn)軸相距第一徑向距離的第一部分的福射。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述第一操作高溫計(jì)和校準(zhǔn)高溫計(jì)用于同時(shí)獲取來自所述晶圓支撐元件的與晶圓支撐元件的旋轉(zhuǎn)軸相距第一徑向距離的第一部分的溫度測(cè)量結(jié)果。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第二操作高溫計(jì)，所述第二操作高溫計(jì)被安裝在第二操作位置，從而使得所述第二操作高溫計(jì)用于接收來自所述晶圓支撐元件的與所述晶圓支撐元件的旋轉(zhuǎn)軸相距第二徑向距離的第二部分的輻射， 其中所述校準(zhǔn)高溫計(jì)用于被定位在第二校準(zhǔn)位置，從而使得位于所述第二校準(zhǔn)位置的所述校準(zhǔn)高溫計(jì)用于接收來自所述晶圓支撐元件的與所述晶圓支撐元件的旋轉(zhuǎn)軸相距第二徑向距離的第二部分的輻射。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第一和第二操作視窗，其中所述第一和第二操作高溫計(jì)被分別接入所述第一和第二操作視窗。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第一和第二校準(zhǔn)視窗，其中，當(dāng)校準(zhǔn)高溫計(jì)位于所述第一校準(zhǔn)位置時(shí)，所述校準(zhǔn)高溫計(jì)用于被接入第一校準(zhǔn)視窗，并且當(dāng)所述校準(zhǔn)高溫計(jì)位于所述第二校準(zhǔn)位置時(shí)，所述校準(zhǔn)高溫計(jì)用于被接入所述反應(yīng)器的第二校準(zhǔn)視窗。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括徑向延伸的校準(zhǔn)視窗，其中所述校準(zhǔn)高溫計(jì)用于在所述徑向延伸的校準(zhǔn)視窗內(nèi)在第一和第二校準(zhǔn)位置之間滑動(dòng)。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系`統(tǒng)，其中所述加熱元件是多區(qū)加熱系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】G01J5/00GK103502783SQ201180067946
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日:2010年12月30日
【發(fā)明者】亞歷山大·I·古瑞麗, 瓦迪姆·博古斯拉夫斯基, 桑迪普·克里希南, 馬修·金 申請(qǐng)人:維易科儀器公司