CN102047387A - 模块化且易配置的反应器外罩以及相关的功能模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种改进的CVD反应器子系统，其包括模块化的反应器外罩和功能模块。模块化的反应器外罩可容纳市售的冷壁CVD反应室，功能模块可被设置在反应器外罩上以使反应室具备执行CVD处理所必需的功能。优选的功能模块包括用于向CVD反应室提供热量的模块以及用于测量CVD反应室内部状况的模块。本发明还提供用于配置这种CVD反应器子系统的方法，特别是配置子系统使其最优地执行特定的CVD处理的方法，以及用于执行这种配置的配套元件。有利地，本发明允许单一CVD反应器子系统被重新配置和重新设置，使其可以最优地执行几种不同的CVD处理。

Description

模块化且易配置的反应器外罩以及相关的功能模块
技术领域
本发明涉及材料处理系统领域，特别涉及化学气相沉积(CVD)系统，并且提供一种模块化的CVD反应器外罩，该反应器外罩易于被重新配置以满足个别CVD处理包括允许对反应室内部的状况进行外部监视在内的特殊需要。
背景技术
化学气相沉积(CVD)处理常用于半导体领域，例如用于生长和处理半导体材料的晶片。CVD处理在CVD反应室中进行，CVD反应室被设计成耐受常出现的高温和腐蚀性气氛。
用于半导体处理的CVD反应室通常被配置成处理气体(processgas)从上方进入并朝生长晶片垂直向下流动(参见例如US 6,167,834)，或者处理气体从反应室的侧面进入并且水平地流经生长晶片(参见例如US 4,828,224)。垂直流式反应室常常为普通的圆形，而水平流式反应室常常为普通的长方形，处理气体沿着反应室的长(纵)轴水平流动。关于后一种类型的反应器及其改进有大量的描述(参见例如US4,828,224；4,836,138；5,221,556；6,093,252；6,143,079；6,167,834；6,465,761；以及7,173,216)。
用于半导体工艺的CVD反应室几乎总要加热。某些在本领域中被称为“热壁”的反应室通过直接加热反应室壁来被加热，内部组件被从热壁传来的热量间接加热。在本领域中被称为“冷壁”的其他反应室是由透明石英构成的，内部组件被来自外部加热灯的穿过反应室壁的红外(IR)辐射直接加热。
冷壁反应室通常具有被设置成覆盖和/或围绕上表面、下表面、或上下两个表面的加热灯(要么是线性的要么是圆形的)。例如，US 4,836,138和6,456,761描述了具有水平流动的处理气体的冷壁反应室，处理气体被保持在反应器外罩内并被在外罩中固定在反应室上方和下方的加热灯组加热。反应室上方的灯组具有沿反应室的长轴且平行于处理气体的纵向流动来定向的加热灯，而反应室下方的灯组具有沿反应室的短轴且垂直于纵向气体流动来定向的灯。与多数现有技术的反应室相同，这两组灯在它们各自的尺寸中跨越反应室的长度：上方灯组的灯沿着较长的纵向尺寸定向，并且跨越或者覆盖上壁的绝大部分或者整个上壁；下方灯组的灯沿着较短的横向尺寸定向，并且跨越或者覆盖下壁的绝大部分或者整个下壁。上下两组灯之间的90°偏移能够提高辐射的轴向一致性。
也可以设置另外的加热灯来补充上方和下方加热灯组。例如，US 4,836,138和6,167,834描述了冷壁反应器，其除了具有上方和下方加热灯组以外，还具有另外的布置在反应室下方的辐射集中外罩中的加热灯。这些灯泡通常以基座轴为中心来设置，用于加热基座和其他区域，否则由于这些区域中难以设置线性热灯而不会被加热。
在CVD反应室中生长和处理的产品的质量得益于反应室内状况的监视和控制，这些状况例如为晶片的温度剖面、晶片的厚度、晶片的表面特性、晶片附近的处理气体的成分和温度等等。虽然可以，但不希望通过放置在反应室内的仪器来执行这种监视，因为大多数半导体工艺中，这种仪器需要忍受反应室内产生的高温和恶劣的气氛。
作为替代，仪器优选放置在反应室外部并且通过响应通过透明反应室壁的辐射来监视内部状况。这种仪器是已知的。例如，可以通过高温计来从外部测量内部温度；可以由从晶片反射的光来从外部测量反应室内部的半导体晶片的特性；通过观察通过反应室及晶片附近的光的光谱，可以从外部测量反应室内部的气体的特性，例如半导体晶片附近的气体的特性。
但是，外部测量仪器即便能够与使用具有常用配置(例如上文所述的配置)的加热灯来加热的冷壁CVD反应室联用也是很困难的。简单地讲，这些配置具有在反应室的绝大部分或全部纵向和横向尺寸上延伸的加热灯，因此占据和堵塞反应室的大部分或全部表面。通常设置的加热灯没有为外部仪器留有用来观察反应室内部的空间。
发明人认为现有技术中没有教导如何能够将外部测量仪器与具有常规加热灯设置的常规的冷壁CVD反应室结合使用。但是，希望外部测量仪器能够对反应室内发生的处理进行常规和耐用的监视。
发明内容
总体而言，本发明提供一种用于CVD反应室、特别是用于定向成处理气体从进气口水平经过生长中的外延层流到排气口的CVD反应室的改进的外罩以及相关的功能模块，例如，加热功能模块、测量功能模块等等。本发明的模块化的反应器外罩连同CVD反应器以及本发明的合适的相关功能模块(“反应器子系统”)可被组合和配置成特别适合于个别的CVD处理，这种反应器子系统可与已知的支持子系统(例如气体处理子系统)组合以形成功能性CVD系统。优选的CVD反应室至少一部分是由能够让宽频电磁(EM)辐射透过的石英制成的，并且以现有技术中的被称为“冷壁”的方式工作，优选的配置包括测量功能模块，所述测量功能模块用于从外部感测具有至少部分由石英制成的壁的反应室的内部状况。
简而言之，本发明的模块化的反应器外罩的尺寸和配置(至少)被确定成提供能够支撑和保持CVD反应室和一种或多种功能类型的一个或多个相关功能模块的机械框架。外罩的机械框架以能够容易地更换和重新设置功能模块和反应室两者(总称为“所支撑的模块”)的方式来支撑CVD反应室外部的功能模块。外罩还保持所支撑的模块，因此虽然能够容易地更换和重新设置所支撑的模块，但是仍然将其充分固定，以便能够在CVD反应室内可靠地执行处理。优选地，本发明的反应器外罩可容纳本发明的各种相关的功能模块连同各种市售的CVD反应室。重要的是，优选的功能模块，例如优选的测量功能模块，不需要加工或者改变其配置的石英反应室(常常比较易碎的)。
本发明还包括连同CVD反应室被本发明的反应器外罩支撑和保持在反应室外部的相关功能模块。功能模块典型地包括支撑和保持一种或多种类型的一个或多个传感器的机械框架。每个功能模块的机械框架被按尺寸制造和配置成与反应器外罩协同工作，以便可以容易地放置(例如在外罩中)、更换、保持和松开功能模块；因此其在结构上独立于反应器外罩的机械框架，不与其成为一体。优选共同地确定不同类型的不同功能模块的机械框架的尺寸和配置(例如确定成标准尺寸)，以便单一反应器外罩能够支撑和保持不同配置的不同功能类型的功能模块。优选的传感器通过测量从反应器内部通过反应器壁的透明部分的辐射来响应反应室内部的状况。可选的传感器还可以响应于外部状况。
功能模块不限于提供单一功能。相反，本发明的功能模块可以是向CVD反应室和内部的附近部分提供多个不同功能或者多种类型的单一功能的多功能模块。例如，单一功能模块还可以向CVD反应室和内部的附近部分提供加热功能和测量功能两者。
更具体而言，本发明的优选实施例允许改善的和灵活的测量功能，其可被配置为用于典型的水平流式冷壁CVD反应室。已知的冷壁反应室常至少部分地由石英材料(或者其他透明材料)制成，因此可被从加热灯发出并通过石英壁进入反应器的辐射加热。有利地，反应室壁的透明部分还能允许使用响应于通过壁从反应器射到外部的EM(电磁)辐射的传感器来监视反应室内部的状况。虽然非常有利，但是过去这种外部监视并未成为可能，原因在于：冷壁反应器通常是安装在用于支撑与反应室的水平壁相邻的固定的加热灯组的反应器外罩中；以及这种固定的加热灯组通常被构造成遮断和阻塞反应室壁，从而阻止外部的传感器观察反应室内部。
在这方面，本发明的优选实施例所提供的改进有一部分可被视为是去掉了常规的上方加热灯并且改为在加热功能模块中提供加热灯，其中加热功能模块能够被设置在反应室上方，从而允许传感器接近一部分上方反应室表面。例如，在本发明的一个实施例中，上方加热元件能够被分成和设置成多个能够放置、拆卸、更换等等的独立的功能模块，以改善反应器的操作和其中进行的处理。优选地，为了有助于接近反应器的上表面，这种加热功能模块中的加热元件(例如灯)与现有技术中常用的固定上方加热元件相比可被旋转90°(即旋转到垂直于气体流动的方向)。一般而言，下方加热元件足以能够补偿重新设置上方加热模块所带来的任何加热能力损失。
于是传感器可以设置在不再被上方加热灯遮断的区域中，优选地，为了探测包围外延层的区域，或者为了探测外延层本身，或者探测其他区域。这种传感器所能实现的测量的示例包括但不限于温度控制、气体成分分析、外延层厚度、外延层表面粗糙度等等。可以使用该测量数据来更精确地控制反应室中进行的处理，并且最终得到改进的产品。
可选地，下方加热元件还可以置于加热功能模块中，这时加热功能模块可以平行或垂直于处理气体流动定向。下方加热元件的模块化能够进一步允许：传感器接近反应室下表面(尽管下表面处的测量通常获得的是不太重要的数据)；将加热模块元件布置在输入和输出固定装置附近；例如通过在反应室内部或反应室进气口产生等离子来增加或改变前体。
本发明还提供通过本发明的模块化的反应器外罩和独立的功能模块实现的用于配置反应器子系统的方法。一般而言，配置包括选择用于反应器子系统的新的功能模块以及选择沿反应室选择功能模块应被支撑的位置。通常，被支撑在特定位置的功能模块向反应室及其内部的附近部分提供功能，被支撑在多个位置的多功能模块提供功能的空间分布或剖面。接下来，移除任何目前被支撑在所选位置的与预期的新的功能模块不同的功能模块，并且在所选位置将所选择的功能模块安装和支撑在反应器外罩上。不需要对反应器外罩或者CVD反应室进行结构上的改动，就可以执行这种配置。典型地，这不会比执行日常的维护更加耗时和困难。
如果为所选择的处理配置反应器子系统，则模块和位置优选被选择为在反应室内提供适合于所选择的处理的功能的剖面和分布。例如，如果以特定的空间分布或剖面对反应室供热，所选择的处理可被最优地执行。对于这种处理，应选择加热功能模块，并且所选择的模块的位置提供特定的加热剖面。类似地，如果可以监视反应室内的某些位置的反应室内部的某些特征，并且测量功能模块和位置可被选择为提供特定的测量分布或剖面，则可以最优地执行所选择的处理。
本发明还提供可用于配置兼容的反应器外罩的功能模块的配套元件。可以如本文所述相互地确定功能模块和反应器外罩的配置和尺寸，以能够容易地重新配置和重新设置反应器子系统。例如，设备可备有这种配套元件，从而可以立刻按照新的要求配置反应器子系统。
更具体而言，在一个实施例中，本发明提供一种模块化的化学气相沉积(CVD)反应器子系统，包括：模块化的反应器外罩；CVD反应室，其被所述反应器外罩支撑；以及多个独立的功能模块，其被与CVD反应室的外壁相邻的反应器外罩支撑，但在结构上独立于所述反应器外罩。每个功能模块对CVD反应室及内部的附近部分提供有益于在所述CVD反应室内进行的处理的一个或多个功能。所述反应器外罩和所述功能模块的配置和尺寸优选地相互被确定成至少一个功能模块能够被所述反应器外罩支撑在与所述反应室的外壁相邻的多个不同的位置。
功能模块可具有在与所述反应室内的处理气体流动垂直的方向上定向的较长尺寸、以及与处理气体流动平行的方向上的较短尺寸，反之亦然。功能模块优选包括：至少一个壳体，其在结构上独立于所述反应器外罩，并且能够从所述反应器外罩上拆下来；以及一个或多个功能元件，其被壳体支撑并且提供所述模块所执行的功能。被模块壳体支撑的功能元件可以包括加热元件，用于向CVD反应室及内部的附近部分提供热量。一个或多个加热元件可以是发出辐射的辐射加热元件，所述反应室的壁对所述辐射元件发出的辐射至少部分透明。多个加热功能模块可被反应器外罩支撑，以便对所述CVD反应室的内部提供所选择的热剖面。
被模块壳体支撑的功能元件还可以包括一个或多个用于测量CVD反应室及内部的附近部分的状况的传感器。测量功能模块可包括多种传感器，例如通过测量通过气体透射的光的光谱特性来确定所述CVD反应室内部的气体成分的传感器、通过测量从所述反应室内发出的辐射来确定所述CVD反应室内部的温度的传感器、通过测量从所述反应室内的表面反射的辐射来确定表面的厚度的传感器、通过测量从所述反应室内的表面反射的辐射来确定表面的粗糙度的传感器、或者本领域已知的其他传感器。多个测量功能模块可被所述反应器外罩支撑在相应的位置，以便测量所述CVD反应室内部的多个不同部分的所选状况。
在另一实施例中，本发明提供了用于配置本发明的模块化的CVD反应器子系统(例如上一实施例的模块化的CVD反应器子系统)的方法。根据所提供的方法：首先选择一个或多个独立的功能模块，并且对于每个所选择的功能模块，选择所述CVD反应室及内部的相应部分；然后移除被所述CVD反应室的所选部分及内部附近的反应器外罩支撑的任何功能模块；最后将每个所选择的功能模块支撑在与为该功能模块所选择的CVD反应室及内部的相应部分附近的CVD反应室外壁相邻的反应器外罩上。如果特定位置附近的反应器外罩所支撑的功能模块所提供的功能与要安装在所述特定位置附近的所选择的模块所提供的功能类似，则不去除特定位置附近的反应器外罩所支撑的功能模块。
所选择的功能模块可包括一个或多个用于向CVD反应室及内部提供热量的加热功能模块、或者一个或多个用于测量所述CVD反应室内部被选择的状况的测量功能模块，或者其他类型的功能模块。可以为所选择的加热功能模块选择所述CVD反应室及内部的相应部分，从而当加热功能模块安装在所选择的相应部分附近时，根据优选的加热剖面向所述CVD反应室及内部提供热量。类似地，可以为所选择的测量功能模块选择所述CVD反应室及内部的相应部分，从而当测量功能模块安装在所选择的相应部分附近时，根据优选的测量剖面来进行所述CVD反应室内部的测量。优选地，加热剖面和测量剖面的确定依赖于将要执行的特定的CVD处理。
本发明还提供一种根据本发明的方法(例如用于配置上一实施例的方法)来配置的本发明的模块化的CVD反应室子系统。
在另一实施例中，本发明提供可用于配置和重新配置本发明的模块化的CVD反应器子系统的一个或多个独立的功能模块以及独立功能模块的配套元件。独立的功能模块优选包括：至少一个壳体，其在结构上独立于所述反应器外罩，并且能够从所述反应器外罩上拆下来；以及一个或多个功能元件，其被功能模块壳体支撑。优选地相互确定所述独立的功能模块和所述模块化的反应器外罩的配置和尺寸，从而所述功能模块能够被所述反应器外罩支撑在与所述反应室的外壁相邻的多个不同的位置。此外，当被支撑在与所述反应室的外壁相邻的特定位置时，独立的功能模块向所述CVD反应室及内部的附近部分提供一个或多个有益于所述CVD反应室内执行的处理的功能。
功能元件可包括用于向所述CVD反应室及其内部的附近部分提供热量的加热元件以及用于测量所述CVD反应室及内部的附近部分的状况的传感器元件。测量功能模块可包括多种传感器，例如气体成分传感器、表面特性传感器、温度传感器以及本领域已知的其他传感器。
单一功能模块还可以提供多个不同的功能，例如提供加热功能和测量功能两者的功能模块。
本文所使用的标题是仅仅是为了清楚起见，没有任何的限制作用。本文引用了多篇参考文献，其全文为各种目的以引用的方式并入本文。此外，无论在上文中如何的描述所引用的参考文献的特征，这些文献无一被承认是与本发明所保护的主题相同的在先申请。本发明的其他方面和细节以及元件的替代组合将通过下面的详细描述而得以显现，并且还落在发明人的发明的范围内。
附图说明
参考接下来的本发明的优选实施例的详细描述、本发明特定实施例的例证性示例以及附图，可以更加充分地理解本发明，其中：
图1示意性地显示了现有技术的具有固定加热元件的反应器外罩；
图2A-图2C显示了具有各种加热功能模块的本发明的实施例；
图3A-图3B显示了具有各种加热功能模块和各种测量功能模块的本发明的实施例；
图4A-图4C示意性地显示了本发明的功能模块的细节；
图5A-图5B示意性地显示了本发明的功能模块的细节；
图6显示了具有本发明的功能模块以及具有常规的反应室的本发明的反应器外罩的横截面。
具体实施方式
现在描述本发明的模块化的、可重新配置的反应器外罩的优选实施例。不过在这样做之前，先对常规的现有技术反应器外罩进行简短的描述。
图1(现有技术)显示了常规的现有技术反应器外罩的有关方面的示意性平面图，其仅为了说明性目的呈现，并不一定是任何特定的现有技术反应器外罩或任何特定的现有技术反应室在技术上的准确表示。反应器外罩或壳体101支撑并保持CVD反应室103，CVD反应室103通常由透明石英制成，内部包括常用的组件，例如用于保持半导体晶片(外延层)的基座105以及用于提高基座的温度稳定性的基座控制板107。处理气体通过被构造成产生所需的气体流型的一个或多个进气口109进入反应室103。然后，气体流经基座105上的一个或多个外延层并在其上发生反应以沉积材料或处理外延层，之后气体通过排气口111离开反应室。
图1还显示了将基座和外延层加热至处理温度(例如1000℃及以上)的辐射加热元件113和115。诸如加热灯等等的辐射加热元件的IR辐射通过反应室壁时只被吸收一点点，从而被反应室内部的组件所吸收，进而加热反应室内部的组件。由于石英反应室壁至多是通过被直接加热的内部组件来间接加热，因此石英反应室壁保持相对较低的温度(因此这种配置被称为“冷壁”)。辐射加热元件可包括常规的具有电阻丝的灯、发光固态结构(参见例如US 7,173,216)或其他辐射装置。辐射加热元件还可以与传导加热元件相结合。
加热元件常常如此处所说明的这样在永久固定到反应器外罩101的壁上的固定装置、插口等等(没有显示)之间延伸。加热元件固定装置常被配置和设置成在反应器外罩101中将若干个加热元件113布置在反应室103的上方(上组)，以便加热反应器内部组件的上表面，例如基座105的上表面。另外的加热元件固定装置常被配置和设置成在反应器外罩中将另外的加热元件115布置在反应室下方(下组)，以便加热内部组件的下表面。上下两组加热元件常常彼此垂直定向，上组(在现有技术中)通常沿较长的纵轴(处理气体沿该轴从进气口流动到出气口)定向以提供更均匀的加热。在下文中，在没有预加限制的情况下，也将辐射加热元件称为“加热灯”，尽管已知加热灯只是一种类型的辐射加热元件。
回到本发明，提供一种新的反应器外罩，与已知的现有技术反应器外罩相比，例如与上文所述的反应器外罩相比，本发明的反应器外罩的模块化程度更高，容量更大，灵活性也更强。在本发明的优选实施例中，加热元件不是被反应器外罩自身所支撑，而是被一个或多个在本文中被称为“加热功能模块”的独立模块所支撑，通过反应器外罩来支撑和保持这些模块。在优选实施例中，本发明还包括具有加热以外的功能的独立模块，例如提供测量功能的模块。功能模块不限于提供单一的功能，而是可以为CVD反应室和内部的附近部分提供多个不同的功能或多种类型的单一功能的多功能模块。
于是，反应器外罩可配置有一个或多个测量功能模块以及一个或多个加热功能模块。由于不同功能类型的功能模块的独立性和模块化，单一反应器外罩也可以在不同的时期以不同的设置支撑和保持不同数量的不同类型的功能模块。由于例如通过标准尺寸和标准且可逆的连接方式，将反应器外罩和独立的功能模块设计成物理相容的，因此可以实现这些能力。
在下文中使用术语“配置”和“设置”来辅助说明本发明的这些和其他特征，“配置”指的是反应器外罩所支撑和保持的功能模块的当前数量和当前类型，“设置”指的是反应器外罩中的功能模块的当前物理布局。因此，单一反应器外罩在不同时期可具有不同配置(例如不同的数量和类型)的功能模块；具有单一配置的单一反应器外罩在不同的时期可具有不同的设置(例如不同的布置或布局)的功能模块。
此外，术语“支撑”用于表示克服重力等等来支撑元件，而术语“保持”用于表示将元件维持在充分固定的位置以便能够执行CVD处理。通过提供具有支撑装置(待述)(其也可以作为保持装置)的实施例来支撑功能模块。在有些实施例中，可以简单地通过支撑来保持功能模块，而在其他实施例中设有保持装置(待述)(其也可以作为支撑装置)。此外，术语“长度”通常用于表示结构的长边尺寸，而术语“宽度”通常用于表示结构的短边尺寸。“纵向”方向通常是沿着(或平行于)反应室内的气体流动方向的方向，而“横向”方向通常指的是与反应室内的气体流动方向垂直的方向。结构的长度可以是纵向的或者是横向的，宽度则分别是横向的或纵向的。
现在参考图2-图6更详细地描述本发明的优选实施例的这些和其他方面。概括地讲，这些图显示了本发明的反应器外罩201、301和603，反应器外罩201、301和603分别支撑和保持常规的石英CVD反应室203、303和609，并且全都具有诸如基座、控制板、进气口以及排气口之类的常规内部组件。但是，应当理解的是，所有这些图中所显示的功能模块、所显示的CVD反应室、所显示的特征和组件等等都不是限制性的。其他未显示的实施例可包括其他的功能模块、其他的反应室、其他的特征和组件等等。反应室的细节不是本发明的一部分，除了已结合图1作出的描述之外，不再对其进行更多的描述。同样，图中没有显示本领域技术人员能够容易地提供和配置的常规的组件，例如配线、插头和插口、机械连接等等。
本发明的优选实施例包括加热功能模块，特别是被配置成使得单一反应器外罩能够以几种不同的设置容纳多种不同配置的不同加热功能模块的加热功能模块。因此，图2A-图2C显示了具有不同数量的不同示意性加热功能模块的三种示意性配置的单一反应器外罩。
概括地讲，图2A-图2C显示了加热元件被支撑和保持在独立的模块中，这些独立的模块是可以在反应器外罩中容易地设置和重新设置的加热功能模块。图2A-图2C还显示了加热功能模块可具有不同数量的加热元件，例如2个、3个、4个、5个或6个加热元件。虽然在这里将加热元件显示为类似线性的加热灯，但加热功能模块也可以包括其他类型的加热元件；单一加热功能模块可包括不同类型的或组合类型的加热元件；单一反应器可配置有具有不同类型的加热元件的加热功能模块。与特定的反应器外罩一同使用的加热功能模块的类型、数量和设置优选地被选择为提供适合于将要在封闭的CVD反应室中进行的处理的反应室加热剖面。单一反应器外罩可具有不同配置和设置的加热功能模块，这些加热功能模块提供被选择为适合于可在反应室内进行的不同处理的不同加热剖面。
更详细地讲，图2A-图2B显示了上方加热功能模块(位于CVD反应室上方)，优选地关于反应室的长轴(或处理气体的流动方向)横向定向，上方加热功能模块的长度可与反应室的宽度相比拟，其宽度仅为反应室的长度的一部分。加热元件可设置在加热功能模块中以容纳个别加热元件的特征；加热灯可以在横向定向的加热功能模块中横向定向或纵向定向，优选为横向定向。
图2A示意性地显示了配置有四个加热功能模块的反应器外罩，四个加热功能模块为模块221a、221b、221c和221d，全部都具有四个加热元件并且在外罩201的上部设置在反应室203的上方。加热元件可选自于已知的加热元件，例如具有灯丝的加热灯、LED阵列等等。模块及其加热元件全部(关于气体流动和反应室203的长轴两者)横向定向。反应室203的下方可存在诸如纵向加热元件之类的可选设备，但该图中没有显示这种设备。每个所显示的加热功能模块包括：壳体，此处用点线表示其剖面；安装在壳体上用于保持加热元件的固定装置，例如插头、插口等等(未显示)；以及用剖面线表示的四个加热元件，例如加热灯215。诸如电气布线等等的必要特征是常规的，因此不作显示。
图2B与图2A类似，不过图2B中的四个加热功能模块中的两个模块223a和223b具有三个加热元件，例如加热灯215，而其他的加热功能模块——模块223c和223d具有四个加热元件。该配置有利于提供对反应室的中心区域加强供热、但对上游和下游区域供热较少的加热剖面。由于所有四个加热功能模块的纵向宽度基本相等，因此反应器外罩可配置有沿纵向气体流动任意设置的三个或四个元件模块的任意组合。
图2C显示了加热功能模块也可以平行于反应室的纵轴(或者平行于处理气体流动方向)纵向定向，加热功能模块的长度可与反应室的长度相比拟，其宽度仅为反应室的宽度的一部分。优选地，下方(位于CVD反应室下方的)加热功能模块沿长轴定向。在某些实施例中，下方加热元件可以不被保持在加热功能模块中，而是可以被固定到反应室上。但是，下方(以及上方)加热元件的模块化有利于灵活布置，例如围绕输入和输出固定装置来布置加热功能模块；布置加热功能模块以补充上方加热功能模块所提供的加热；布置加热功能模块以便额外地加热基座；将具有另外的功能的模块与加热功能模块一同布置在反应室下方等等。
更详细地讲，图2C显示了将纵向定向加热功能模块225a和225b置于反应室203下方的配置。这种设备常常与前体(precursor)进气口或基座相关联。这两个模块都具有在这些模块(固定装置、配线等等，未显示)的纵向端部处的固定装置之间延伸的三个纵向定向的加热元件，例如加热灯227。反应室203的上方可存在可选设备，例如横向的加热元件，但此处没有显示这种设备。布置模块225a和226b，以便为诸如与基座相关联的设备之类的其他设备空出中心的纵向定向区域217，并且使气体进入反应室的下表面等等。
本发明的优选实施例还包括不同类型的功能模块，例如包括：例如通过诸如提供射频能量来产生等离子的方式施加能量以激活前体以便处理流入反应室的前体的模块，或者在配置中用作预留位置(placeholder)的没有功能的模块。和加热功能模块一样，优选地根据将要在封闭的CVD反应室中进行的处理来选择与特定的反应器外罩一同使用的这种其他模块的类型、数量、功能以及设置。
反应器子系统配置优选地包括一个或多个测量功能模块，测量功能模块具有用于表征正在进行的CVD处理中的反应室内部状况以及外延层状态的外部传感器。测量功能模块可响应于CVD反应室内的单个位置或多个附近位置处的单个参数或多个参数。可将多个测量功能模块配置在不同的外部位置，以便能够感测在反应室内间隔更宽的位置的原位参数。需要特别指出的是，测量功能模块包括位于反应室的外部通过反应室的石英透明壁来观察反应室的内部状况的传感器。因而不必以任何方式改动反应室来容纳测量功能模块。反应室的石英透明壁优选是基本平面的，以防止EM辐射探测器的分散。也可以通过反应室的改动来容易地重新设置、重新配置或者更换测量功能模块。
图3A-图3B显示了具有示意性配置的反应器外罩，其包括测量功能模块和加热功能模块两者。虽然这里显示的是单一功能模块，但是功能模块不限于提供单一的功能，而是可以提供多种不同的功能，例如，单一功能模块可以向CVD反应室和内部的附近部分既提供加热功能又提供测量功能。图3A显示了可以主要响应于温度的单一测量功能模块(例如模块311)以及两个主要响应于外延层度量参数的测量功能模块(例如模块309a和模块309b)。图3B显示了响应于单一参数的测量功能模块(例如模块317d)、响应于两个参数的测量功能模块(例如模块317a)、以及响应于三个参数的测量功能模块(例如模块317b)。此外，模块317a具有响应于反应室的宽度上的单一参数分布的传感器319。测量功能模块通常被配置在反应室上方，因为外延层及外延层上方的参数通常是非常有用的。或者也可以将测量功能模块配置在反应室的下方。
更具体而言，图3A显示的本发明的反应器外罩被配置为具有两个横向定向的加热功能模块307a和307b以及三个横向定向的测量功能模块309a、311和309b。两个加热功能模块可类似于结合图2A-图2B所描述的加热功能模块。三个测量功能模块安装在基座上方(或者反应室的中心区域)，从而能够对基座上所支撑的外延层或其附近的状况作出响应。具体而言，该图显示了更靠近中心的模块311以及两个相邻的、更靠近外周的模块309a和309b，模块311主要响应于温度，模块309a和309b主要响应于诸如外延层的厚度和粗糙度之类的其他测量功能。测量功能模块(像其他功能模块一样)包括在这里用虚线表示的壳体(又用点线表示加热功能模块的壳体)。
图3B显示了模块的其他的可能配置。与图3A相比，两个更靠近外周的测量功能模块被重新设置在基座的上游和下游：测量功能模块317a被设置在反应室的进气口附近以感测生长中的外延层在反应前的状况；测量功能模块317d被设置在排气口附近以感测反应后外延层处的状况。测量功能模块317b保持在基座上方，以便感测生长中的外延层和基座处的状况。尽管与基座相比被限制在纵向范围，但中心模块317b实际上能够测量整个基座(及外延层)表面上的状况，因为基座在操作过程中转动。进一步与图3A相比，用该配置中所使用的一个二元件加热功能模块和两个四元件加热功能模块取代前一配置中所使用的两个五元件加热功能模块，可以获得反应室的上表面上方的这一替代的测量模块配置的空间。
模块317c是空模块，不具备功能，或者至少不具备目前配置中所使用的功能。其仅充当空间填充物，因为在该设置中希望反应器在基座下游的部分的加热不要太强烈。这种空间填充物模块还可以用作有助于将其他功能模块保持在其预定位置的占位模块。
在本发明的优选实施例中，应确定独立的功能模块和反应器外罩的结构和尺寸使其共同协作，以便反应器外罩能够容纳不同配置和设置的功能模块，并且使功能模块能够以不同的配置和设置使用，可选地用于不同的反应器外罩。功能模块彼此交换的这种能力以及功能模块用于不同反应器外罩的能力提供了灵活性和经济性。本发明的单一反应器子系统(例如具有CVD反应室和功能模块的反应器外罩)可以灵活地满足反应室内进行的不同CVD处理的需要，可以重新使用和重新配置已有的反应器子系统，而不是购买新的反应器子系统。
下面更详细地描述优选的加热功能模块，接着描述优选的测量功能模块和传感器。最后更详细地描述优选的反应器外罩。
首先描述优选的功能模块的特征，将功能模块设计成具有特定的标准尺寸并且具有允许拆卸和更换的可重复使用的安装方式，从而有利于功能模块方便的重新配置或重新设置。在示意性实施例中，功能模块尺寸可被选择成约为反应室或反应器外罩的相关尺寸的简分数。术语“简分数”包括诸如二分之一、三分之一、四分之一、六分之一等等的分数以及它们的小整数倍，例如三分之二、四分之三等等。将横向定向的功能模块的纵向宽度选择为反应器外罩长度的这种简分数，则容易沿反应器外罩的长度设置这种功能模块。例如，一个宽度为二分之一的模块容易和两个宽度为四分之一的模块一同设置等等。类似地，将纵向定向的功能模块的横向宽度选择为反应器外罩的宽度的这种简分数，则容易沿反应器外罩的宽度重新设置这种功能模块。
例如，图2A显示了四个横向定向的加热功能模块，模块221a-模块221d，每一个模块的宽度约为封闭的CVD反应室203的长度的四分之一。显然，任意的或全部这些模块都容易重新设置，或者也容易替换成宽度同样约为反应室长的四分之一的其他功能模块。此外，可以将一个或这些四分之一宽度的功能模块替换成宽度约为反应室长度或外罩长度的八分之一的两个功能模块；或者也可以将两个这样的四分之一宽度功能模块替换成宽度约为反应室长度或外罩长度的二分之一的单一模块。
类似地，图2C显示了两个纵向定向的加热功能模块，模块225a-模块225b，每一个模块的宽度约为封闭的CVD反应室203的宽度的三分之一。这两个模块留出宽度同样约为反应室的宽度的三分之一的未占用的纵向定向区域217。显然，任意的或全部这些模块和未占用的区域中都容易重新设置，或者也容易替换成宽度同样约为反应室宽度的三分之一(或其他相关宽度)的(具有加热或其他功能的)其他功能模块或未占用的区域。
功能模块还优选地配置有能够容易地将模块放置和保持在反应器外罩中、重新设置在外罩中、从外罩中拆卸等等的安装装置。这种安装装置可包括本领域中公知的螺钉、夹子等等。这种安装装置还可以包括同样为本领域所公知的壁架、脊状突起、导向装置等等，其可以与反应器外罩中形成的相应的结构配对，从而支撑功能模块。不那么优选地，一个或多个功能模块可以通过例如点焊、螺栓等等半永久性地或永久性地固定在外罩中。这种安装降低了易于在反应器外罩中重新配置或重新设置功能模块的能力。
图3A-图3B也显示了可以通过将功能模块置于反应器外罩中的分离的支撑部件305上来安装功能模块。功能模块可以仅通过其重量等等在这种支撑部件上被保持在适当的位置，或者另一选择是，支撑部件可包括在几个预先选择的位置的其中之一中引导功能模块的表面特征。可以确定支撑部件的结构和尺寸，以便可以将功能模块置于反应室下方、反应室上方或两者兼而有之。支撑部件可包括与反应器外罩中所使用的材料或者与反应室中所使用的材料相同的材料、或者其他的材料。所显示的支撑部件305是U形的，但替代的支撑部件可以是矩形的，或者可包括沿反应器外罩的边缘延伸的平行和分离的支撑杆。
接下来，参考图4A-图4C(显示示意性的加热功能模块)以及图5A-图5B(显示示意性的测量功能模块)来说明功能模块的附加的和更特殊的特征。通常，这些图中显示了功能模块可包括诸如加热元件、传感器等等的功能性组件以及具有用于支撑和保持功能性组件的装置的壳体。尽管功能模块壳体的结构和尺寸被确定成如上文所述与一个或多个反应器外罩协作，但模块壳体在结构上独立于反应器外罩，也不是反应器外罩的组成部分。例如，不需要改动反应器外罩就可以分别地和单独地拆卸和更换功能模块壳体。壳体在此处用深色实线、在图2A-图2C中用短虚线、在图3A-图3B中用短虚线和长虚线示意性地表示。用于支撑和保持功能性组件的装置通常取决于个别的功能性组件的细节。
图4A显示了示意性的加热功能模块401的平面图；图4B-图4C分别显示了该模块的横截面和纵断面。模块401包括用粗黑线显示的壳体、以及用于支撑、保持和电连接到加热元件的加热元件固定装置405，例如现有技术中已知的插头、插口等等。每个这样的加热功能模块可配置有一个或多个加热元件403。这里，模块401被显示成装满N个加热元件：元件E1.1、E1.2、…E1.N-1、以及E1.N。辐射加热元件可以包括常规的电阻丝(如此处所提出的)或者也可以包括固态元件(参见例如US 7,173,216)或者其他的有源组件。
图5A更详细地显示了示意性的横向定向的测量功能模块的平面图和横截面。一般而言，测量功能模块包括壳体、用于一个或多个传感器的保持装置、以及一个或多个传感器。测量功能模块可以具有固定的配置，其以固定的设置支撑和保持固定数量的预先选择的传感器，或者可以具有模块化的灵活配置，其以可变的设置支撑和保持可变数量的不同传感器。传感器保持装置可用于预先选择的类型的固定的传感器，或者可以允许拆卸和更换不同类型的传感器(例如，在日常的维护中)。传感器可被配置在单一传感器壳体或封装中(单组件传感器)，或者可被配置在两个分离的传感器壳体或封装中(双组件传感器)，或者也可以是其他类型的。典型地，单组件传感器包括温度传感器、反射率传感器等等；双组件传感器包括气体成分传感器、反应室壁沉积物传感器等等。
所显示的测量功能模块具有壳体501(用粗黑线示意性地表示)、用于保持单组件传感器的多个保持装置503、以及用于保持双组件传感器的单个保持装置505a和505b。此处所显示的保持装置的数量和类型是示意性的。该模块尚未装有任何传感器。图5B以剖视图显示了测量功能模块511，该测量功能模块511除了装满实际的传感器以外与图5A的模块是类似的。用于单组件传感器的多个保持装置在这里以任意的设置固定和保持单组件传感器509，单组件传感器509可以是相同类型或不同类型的。包括两个分离的部件(图5A中的505a和505b)的单个保持装置在这里固定和保持具有组件507a和507b的单个双组件传感器。
图3A-图3B就测量功能模块317a、317b和317d显示了测量功能模块的另外的细节。这里，附图标记319、321和323代表用于安装单组件传感器的装置，附图标记325代表用于安装双组件传感器的装置。通过将壳体装上双组件气体成分传感器和若干个单组件温度传感器319，使测量功能模块317a适合于测量进来的前体气体的特性。通过将相同或不同的壳体只装上双组件气体成分传感器，使测量功能模块317d适合于测量排出的气体的特性。通过将壳体装上双组件气体成分传感器、若干个单组件温度传感器321、以及若干个单组件反射率传感器323，使测量功能模块317b适合于测量基座处的特性。
测量功能模块优选包括一个或多个响应于温度的传感器、响应于从反应室内反射的辐射的传感器、以及响应于反应室内气体成分的传感器。虽然这些优选的传感器对于半导体工艺而言非常的重要，但是本发明不限于这些传感器类型。本领域技术人员知晓其他有用的传感器，并且由于本文的描述，能够在本发明的测量功能模块中使用这样的其他传感器。现在特别参考图6来描述优选的传感器的操作和使用。
考虑第一温度传感器，这些传感器通常是有益于和有利于在CVD处理中控制温度，从而能够制造更高质量的产品。但是，许多目前的温度传感器具有已知的缺点，特别是位于反应室下方和晶片区域中的依赖于热电偶(TC)的温度传感器更是如此，这些缺点例如包括：由于温度传感器仅响应于缓慢传导的热，因此响应时间慢；由于温度传感器位于反应室的内部且暴露在恶劣的内部条件下，因此可靠性是有限的。
作为替代，本发明的温度传感器位于CVD反应室外部，并且响应于通过反应室壁的热辐射。因此它们具有很高的可靠性和快速的响应时间。更具体而言，以传感器627(图6)为例的优选的温度传感器是单组件传感器，包括通过响应于反应室内部的表面(例如外延层)所发出的热辐射629来测量该表面的温度的高温计(反应室壁石英对相关的热辐射是足够透明的)。本发明安装在测量功能模块上的温度传感器可以容易地设置以测量反应室内不同位置的温度。
接下来考虑反射传感器，从生长中的外延层反射的辐射包含与例如外延层的厚度和表面粗糙度有关的信息。因而响应于从生长中的外延层反射到CVD反应室外部的辐射的反射传感器可提供厚度信息和粗糙度信息。厚度信息可表明外延层的生长速度，粗糙度信息可表明生长过程的自然状态。例如，诸如GaN的某些材料既可以在三维生长模式下生长又可以在二维台阶流动(step-flow)生长模式下生长，三维生长模式导致反射较低的不规则表面，二维台阶流动生长模式导致反射较高的基本光滑的表面。因此反射率信息可被用于控制GaN及类似的工艺，从而获得较高质量的产品。这样的传感器也可以用于开发新的或改进的工艺。
本发明的以单组件传感器623为例的反射率传感器被选择为测量从反应室内的表面反射的以辐射625为例的辐射的光学特性，入射辐射优选至少有一部分来自与传感器关联的源。这种传感器可以响应于可见辐射，并且可以包括聚焦到表面上的光源以及具有光纤束的探头。和其他的传感器一样，反射率传感器安装在测量功能模块上，从而不暴露在反应室内的恶劣条件中，并且可以关于CVD反应室灵活设置。
最后，考虑气体成分传感器，了解反应室内的气体成分有益于和有利于几个目的。例如，在CVD处理期间，了解在外延层表面反应的气体成分可用于改善对前体气体流动的控制。此外，了解反应室的清洗过程中离开反应室的气体成分可以有益于自动监视从反应室内不良残留物的气相清除。但是过去一直难以准确测量气体成分。由于难以使用反应室内部的传感器直接和可靠地测量气体成分，因此迄今为止通常是通过反应室的温度和前体流速来估计气体成分。这种估计是不准确的，并且无法测量反应室内不同位置的气体成分的变化。
本发明的传感器克服了这种缺点，因为其位于反应室外部，能够直接测量反应室内一个或多个分离位置的气体成分，并且当优选将其安装在测量功能模块上时，能够容易地重新设置。优选地，这些传感器使用现有技术中的已知方法从通过反应室之后的光的吸收特性和光谱特性来确定气体成分而工作。简而言之，根据比尔-朗伯定律(Beer-Lambert Law)，光吸收与吸收系数和不同吸收体(例如气体成分)的浓度有关，吸收系数以每个吸收体特有的方式随着光频率变化。对于特定的气体成分传感器和反应室，可以通过对已知成分的气体进行测量来校准气体成分的确定。
气体成分传感器的优选实施例通常包括反应室外部的两个组件：用于发出通过反应室的具有已知光谱特性的可见和/或紫外(紫外-可见，UV-vis)光束的第一组件；以及用于接收透射光束以及用于测量其光谱特性的第二组件。可以装备多个气体成分传感器以测量反应室内多个位置的成分。例如，可以放置和设置一个这种传感器来测量生长中的外延层附近的气体成分；可以在前体气体入口以及废气出口附近放置和设置另一传感器以完全地评估反应器内的环境。
尽管未显示，但功能模块不限于提供单一功能。相反，本发明的功能模块可以是向CVD反应室和内部的附近部分提供多个不同功能或者多种类型的单一功能的多功能模块。例如，单一加热功能模块可包括不同类型的加热元件，例如一个或多个电阻元件、一个或多个辐射加热灯、以及一个或多个辐射半导体元件。单一测量功能模块可包括不同类型的传感器元件，例如气体成分传感器、表面特性传感器、以及温度传感器。此外，单个独立的功能模块可包括不同类型的功能元件，例如加热功能元件和传感器功能元件。这种多功能模块可包括辐射加热灯和气体成分传感器。
图6显示了本发明的这种光谱气体成分传感器的优选实施例，包括作为左侧部分的组件606a以及作为右侧部分的组件606b。这两个组件都被测量功能模块壳体613支撑和保持在反应室609的侧面，从而被穿过反应室的至少一部分的无障碍通道隔开。这两个组件都包括支撑部件631，支撑部件631可以是例如彼此基本相似的(可能是彼此的镜像)。左侧组件606还包括用于发射光束637的聚焦紫外-可见光源633a、以及用于将光束637反射为通过反应室的光束639的角反射器635。右侧组件606b还包括另一个角反射器以及对光谱敏感的传感器633b，角反射器用于在光束639通过反应室之后将其反射为对准传感器633b的光束641。传感器633b可以如图所示为单件的，或者另一选择可以是接收光束641并通过例如光纤将其传输到远处的光传感器的探头。
接下来介绍反应器外罩，现在参考图6来描述优选的特征。一般而言，确定本发明的反应器外罩的结构和尺寸，以容纳和保持优选为一种或多种类型的反应室，其方式优选地允许反应室的拆卸和更换并且还能够容易地配置和设置功能模块，例如图4A-图4C以及图5A-图5B中显示的功能模块。本发明的反应器外罩的示意性实施例可包括上部和下部，上部和下部可容易地分离(例如在日常的维护中)以供接近反应器外罩内部，例如接近反应室、功能模块以及其他设备。例如，上部和下部可以铰接，从而能够远离彼此而摆动。上部优选地以可以使模块易于重新配置和重新设置的方式支撑和保持功能模块。下部也优选地支撑和保持可重新配置和可重新设置的功能模块(或其他设备)，但较不优选地是具有仅仅固接的功能模块。
更详细地讲，用与基座同一水平处的横截面显示了示意性的反应器外罩601。截面显示了反应器外罩601的上部605和下部603，还包括横向定向的上方测量功能模块613、反应室609(带有内部组件)、以及两个纵向定向的下方加热功能模块611a和611b的截面。反应器外罩601的上部和下部通过装置607a和607b可逆地固定在一起，并且优选地能够容易地分离以供接近反应器外罩内部以及接近CVD反应室及其支撑的功能模块。例如，装置607a可以作为铰链，装置607b可以作为插销(latch)(反之亦然)。反应室609优选地具有石英壁并且包括诸如基座控制环615、基座617、晶片保持器619以及基座轴621之类的标准内部组件。通常通过设备(未显示)使基座轴可控地旋转，所述设备可位于纵向定向的加热功能模块611a和611b之间的空隙645中。
与图2C的模块225a和225b类似的两个纵向定向的加热功能模块可包括壳体和三个纵向定向的加热元件。加热功能模块可在一部分或整个反应室609的下方延伸，纵向端部可由壳体(未显示)的下部603支撑和保持或者可被保持在壁架上，或者嵌入(如图3A-图3B所示)等等。加热功能模块可被构造为如图4A-图4B中那样具有在模块壳体上的固定装置之间延伸的加热元件。加热功能模块的横向宽度优选如上文所述为反应室宽度的简分数。此处，加热功能模块横向延伸反应室宽度的大约三分之一，留出同样约为三分之一宽度的位于中心处的空隙645。
横向定向的测量功能模块613可被构造为如图5A-图5C中那样具有壳体、传感器保持装置、单组件传感器623和627、以及双组件传感器606a和606b，并且可以被支撑在例如从反应器外罩的上部605的横向侧伸出的壁架状部件643上。测量功能模块的横向长度优选大约与反应室的宽度一样大或比反应室的宽度大，而纵向宽度优选如上文所述为反应室长度的简分数。双组件传感器606a和606b代表气体成分传感器。传感器623代表反射率传感器，传感器605为温度传感器。
上文所述的本发明的优选实施例不限制本发明的范围，因为这些实施例是本发明的几个优选方面的示例。任何等效的实施方式将在本发明的范围内。事实上，除了本文所显示和描述的以外，通过下面的描述，本发明的各种变化，例如所描述的元件的另外的有用的组合，对本领域技术人员而言也将是显而易见的。这样的修改也应落在所附的权利要求范围内。在下文中(以及在作为整体的本申请中)，仅为了清楚和方便起见而使用标题和图例(headings and legends)。
虽然本发明的特定的特征在一些图中有所显示，而其他图中没有显示，这仅仅是为了方便起见，因为每个特征可以与根据本发明的任意的或全部的其他特征相组合。本文所使用的词语“包括”和“具有”应广义地和综合地理解，而不限于任何的物理连接。当没有对某个术语加以数量限制时，该术语也应广义地和综合地理解为既包括单数的含义也包括复数的含义。此外，本申请公开的任何的实施例不应被当作仅有的可能实施方式。其他的实施方式对于本领域技术人员而言也是可能的，并且应在下面的权利要求范围内。

Claims (21)

1.一种模块化的化学气相沉积(CVD)反应器子系统，包括：
模块化的反应器外罩；
CVD反应室，其被所述反应器外罩支撑；以及
多个独立的功能模块，其被与CVD反应室的外壁相邻的反应器外罩支撑，但是在结构上独立于所述反应器外罩，每个功能模块对CVD反应室及其内部的附近部分提供有益于所述CVD反应室内进行的处理的一个或多个功能。
2.如权利要求1所述的反应器子系统，其中所述反应器外罩和所述功能模块的配置和尺寸相互被确定成至少一个功能模块能够被所述反应器外罩支撑在与所述反应室的外壁相邻的多个不同的位置。
3.如权利要求1所述的反应器子系统，其中至少一个功能模块包括在与所述反应室内的处理气体流动垂直的方向上定向的较长尺寸、以及与处理气体流动平行的方向上的较短尺寸。
4.如权利要求1所述的反应器子系统，其中每个功能模块进一步包括：
至少一个壳体，其在结构上独立于所述反应器外罩，并且能够从所述反应器外罩上拆下来；以及
一个或多个功能元件，其被功能模块壳体支撑以提供所述模块所执行的功能。
5.如权利要求4所述的反应器子系统，其中一个或多个功能模块进一步包括被模块壳体支撑以向CVD反应室及其内部的附近部分提供热量的加热元件。
6.如权利要求5所述的反应器子系统，其中加热功能模块进一步包括一个或多个发出辐射的辐射加热元件，所述反应室的壁对所述辐射元件发出的辐射至少部分透明。
7.如权利要求5所述的反应器子系统，进一步包括被所述反应器外罩支撑的多个加热功能，以便对所述CVD反应室的内部提供热剖面。
8.如权利要求4所述的反应器子系统，其中一个或多个功能模块进一步包括一个或多个被模块壳体支撑以测量CVD反应室及其内部的附近部分的状况的传感器。
9.如权利要求8所述的反应器子系统，其中所述传感器进一步包括一个或多个通过测量通过气体透射的光的光谱特性来确定所述CVD反应室内部的气体成分的传感器、通过测量从所述反应室内发出的辐射来确定所述CVD反应室内部的温度的传感器、通过测量从所述反应室内的表面反射的辐射来确定表面的厚度的传感器、以及通过测量从所述反应室内的表面反射的辐射来确定表面的粗糙度的传感器。
10.如权利要求8所述的反应器子系统，进一步包括多个被所述反应器外罩支撑的测量功能模块，以便测量所述CVD反应室内部的多个不同部分的状况。
11.一种用于配置模块化的CVD反应器子系统的方法，所述模块化的CVD反应器子系统包括支撑CVD反应室的模块化的反应器外罩以及多个独立的功能模块，所述独立的功能模块被与所述CVD反应室的外壁相邻的反应器外罩支撑，但是在结构上独立于所述反应器外罩，每个独立的功能模块向所述CVD反应室及其内部的附近部分提供有益于所述CVD反应室内进行的处理的一个或多个功能，该方法包括：
选择一个或多个独立的功能模块；
对于每个所选择的功能模块，选择所述CVD反应室及其内部的相应部分；
移除被所述CVD反应室的所选部分及其内部附近的反应器外罩支撑的任何功能模块；以及
将每个所选择的功能模块支撑在与为该功能模块所选择的CVD反应室及其内部的相应部分附近的CVD反应室外壁相邻的反应器外罩上。
12.如权利要求11所述的方法，其中所选择的功能模块进一步包括用于向所述CVD反应室及其内部提供热量的一个或多个加热功能模块，以及其中如果所选部分附近的反应器外罩所支撑的功能模块所提供的功能与要安装在所选部分的所选择的模块所提供的功能类似，则不去除所选部分附近的反应器外罩所支撑的功能模块。
13.如权利要求12所述的方法，其中为每个所选择的加热功能模块选择所述CVD反应室及其内部的相应部分，从而当所选择的加热功能模块被支撑在所述相应部分附近时，所述加热功能模块根据依赖于将要执行的特定的CVD处理的优选加热剖面向所述CVD反应室及其内部提供热量。
14.如权利要求11所述的方法，其中所选择的功能模块进一步包括一个或多个用于测量所述CVD反应室及其内部的附近部分的状况的传感器，或者一个或多个用于测量所述CVD反应室的内部被选择的状况的测量功能模块。
15.如权利要求14所述的方法，其中为每个所选择的测量功能模块选择所述CVD反应室及其内部的相应部分，从而当所选择的测量功能模块被支撑在所述相应部分附近时，根据依赖于将要执行的特定的CVD处理的优选测量剖面来进行所述CVD反应室内部的测量。
16.一种化学气相沉积(CVD)反应室子系统，其根据权利要求11的方法来配置。
17.一种独立的功能模块，用于包括支撑CVD反应室的模块化的反应器外罩的模块化的CVD反应室子系统，该模块包括：
至少一个壳体，其在结构上独立于所述反应器外罩，并且能够从所述反应器外罩上拆下来；以及
一个或多个功能元件，其被功能模块壳体支撑，
其中相互确定所述独立的功能模块和所述模块化的反应器外罩的配置和尺寸，从而所述功能模块能够被所述反应器外罩支撑在与所述反应室的外壁相邻的多个不同的位置，以及
其中，当被支撑在与所述反应室的外壁相邻的特定位置时，独立的功能模块向所述CVD反应室及其内部的附近部分提供一个或多个有益于在所述CVD反应室内执行的处理的功能。
18.如权利要求17所述的模块，其中功能元件包括用于向所述CVD反应室及其内部的附近部分提供热量的加热元件。
19.如权利要求18所述的模块，其中所述功能元件进一步包括一个或多个用于测量所述CVD反应室及其内部的附近部分的状况的传感器元件。
20.如权利要求19所述的模块，其中所述传感器元件包括一个或多个气体成分传感器、表面特性传感器、以及温度传感器。
21.如权利要求18所述的模块，进一步向所述CVD反应室及其内部的附近部分提供两个或更多个功能。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104471107A (zh) * 2012-06-07 2015-03-25 索泰克公司 具有被配置为使用辐射偏转进行原位测量的沉积腔室的沉积系统及相关方法
TWI729673B (zh) * 2019-03-22 2021-06-01 日商國際電氣股份有限公司 基板處理裝置、半導體裝置之製造方法及記錄媒體

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120120296A (ko) * 2010-01-14 2012-11-01 오리콘 솔라 아게, 트루바흐 진공 챔버 내에 반응기를 고정하기 위한 장착 장치
US9885123B2 (en) * 2011-03-16 2018-02-06 Asm America, Inc. Rapid bake of semiconductor substrate with upper linear heating elements perpendicular to horizontal gas flow
US9915475B2 (en) * 2011-04-12 2018-03-13 Jiaxiong Wang Assembled reactor for fabrications of thin film solar cell absorbers through roll-to-roll processes
US9644285B2 (en) 2011-08-22 2017-05-09 Soitec Direct liquid injection for halide vapor phase epitaxy systems and methods
FR2984923B1 (fr) * 2011-12-27 2014-11-07 Soitec Silicon On Insulator Systèmes de dépôt comprenant des chambres de réaction configurées pour réaliser des opérations de métrologie in situ et procédés connexes
US10163732B2 (en) * 2015-10-30 2018-12-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Moving pyrometer for use with a substrate chamber
JP2021086959A (ja) * 2019-11-28 2021-06-03 東京エレクトロン株式会社 クリーニング用のレシピ作成方法およびクリーニング方法

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3862397A (en) * 1972-03-24 1975-01-21 Applied Materials Tech Cool wall radiantly heated reactor
US3836751A (en) * 1973-07-26 1974-09-17 Applied Materials Inc Temperature controlled profiling heater
US5000113A (en) * 1986-12-19 1991-03-19 Applied Materials, Inc. Thermal CVD/PECVD reactor and use for thermal chemical vapor deposition of silicon dioxide and in-situ multi-step planarized process
US4836138A (en) * 1987-06-18 1989-06-06 Epsilon Technology, Inc. Heating system for reaction chamber of chemical vapor deposition equipment
US4828224A (en) * 1987-10-15 1989-05-09 Epsilon Technology, Inc. Chemical vapor deposition system
US5221556A (en) * 1987-06-24 1993-06-22 Epsilon Technology, Inc. Gas injectors for reaction chambers in CVD systems
JP2781616B2 (ja) * 1989-09-29 1998-07-30 株式会社日立製作所 半導体ウエハの熱処理装置
US5155336A (en) * 1990-01-19 1992-10-13 Applied Materials, Inc. Rapid thermal heating apparatus and method
US5156461A (en) * 1991-05-17 1992-10-20 Texas Instruments Incorporated Multi-point pyrometry with real-time surface emissivity compensation
TW295677B (zh) * 1994-08-19 1997-01-11 Tokyo Electron Co Ltd
US6093252A (en) * 1995-08-03 2000-07-25 Asm America, Inc. Process chamber with inner support
US5667592A (en) * 1996-04-16 1997-09-16 Gasonics International Process chamber sleeve with ring seals for isolating individual process modules in a common cluster
US6143079A (en) * 1998-11-19 2000-11-07 Asm America, Inc. Compact process chamber for improved process uniformity
US6310328B1 (en) * 1998-12-10 2001-10-30 Mattson Technologies, Inc. Rapid thermal processing chamber for processing multiple wafers
KR100347379B1 (ko) * 1999-05-01 2002-08-07 주식회사 피케이엘 복수매 기판의 박막 증착 공정이 가능한 원자층 증착장치
JP2001156011A (ja) * 1999-11-29 2001-06-08 Toshiba Ceramics Co Ltd 半導体ウェーハ熱処理装置
US6310323B1 (en) * 2000-03-24 2001-10-30 Micro C Technologies, Inc. Water cooled support for lamps and rapid thermal processing chamber
US6331212B1 (en) * 2000-04-17 2001-12-18 Avansys, Llc Methods and apparatus for thermally processing wafers
US6465761B2 (en) * 2000-07-24 2002-10-15 Asm America, Inc. Heat lamps for zone heating
US6818864B2 (en) * 2002-08-09 2004-11-16 Asm America, Inc. LED heat lamp arrays for CVD heating
KR20050013879A (ko) * 2003-07-29 2005-02-05 삼성전자주식회사 반도체 제조용 프로세스 챔버
DE102004007984A1 (de) * 2004-02-18 2005-09-01 Aixtron Ag CVD-Reaktor mit Fotodioden-Array
US7381926B2 (en) * 2005-09-09 2008-06-03 Applied Materials, Inc. Removable heater

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104471107A (zh) * 2012-06-07 2015-03-25 索泰克公司 具有被配置为使用辐射偏转进行原位测量的沉积腔室的沉积系统及相关方法
TWI729673B (zh) * 2019-03-22 2021-06-01 日商國際電氣股份有限公司 基板處理裝置、半導體裝置之製造方法及記錄媒體
CN113614884A (zh) * 2019-03-22 2021-11-05 株式会社国际电气 基板处理装置、半导体装置的制造方法以及存储介质
CN113614884B (zh) * 2019-03-22 2024-04-12 株式会社国际电气 基板处理装置、半导体装置的制造方法以及存储介质

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