CN102859645A - 带温度分布控制的加工方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了晶片处理方法和装置，其具有晶片载体（80），用于固定晶片（124）并向晶片与晶片载体之间的间隔（130）内注入填充气体。所述装置设置为可填充气体的成分、流速或同时改变二者，以抵消晶片温度非均匀性的非理想模式。

Description

带温度分布控制的加工方法和装置
相关申请的交叉引用
本发明要求以申请日为2010年2月24日、申请号为61/307,497的美国临时专利申请为优先权，在此以引用的方式并入该申请的公开内容。
技术领域
本发明涉及晶片加工装置、用在这类加工装置中的晶片载体，以及晶片加工的方法。
背景技术
许多半导体设备都通过对衬底进行加工而制得。衬底一般为晶体材料平片，通常称作“晶片”。一般地，晶片由晶体材料制成，且为圆盘状。一种常见的加工是外延生长。例如，由复合半导体例如III-V族半导体制成的设备通常是通过利用金属有机化学气相沉积（缩写为“MOCVD”）以使复合半导体生长连续层制得的。在这一加工过程中，晶片暴露于组合气体中，所述组合气体通常包括作为III族金属源的金属有机化合物，还包括V族元素源，当晶片保持在高温中时，该V族元素源流经晶片表面的上方。通常，金属有机化合物和V族源与不明显参与反应的载体气体、例如氮气相组合。III-V族半导体的一个例子是氮化镓，其可通过使有机镓化合物与氨在具有适当晶层间距的衬底上发生反应来形成，所述衬底例如为蓝宝石晶片。通常，在氮化镓及相关化合物的沉积过程中，晶片保持在1000-1100° C级的温度中。
可在稍有差异的反应条件下、例如增加其它III族或V族元素以改变晶体结构和半导体带隙，通过在晶片表面连续沉积多层来制成复合装置。例如，在基于氮化镓的半导体中，可以按不同比例使用铟或铝，或同时使用二者来改变半导体的带隙。另外，可增加p类或n类掺杂物以控制每一层的导电率。在半导体的全部层都形成之后、通常在进行了适当的电接触后，晶片被切割成单个装置。如光发射二极管（LED）、激光和光学电子装置的设备都可使用这种方式制成。
在典型的化学气相沉积加工中，将多个晶片固定在通常称作晶片载体的装置上，以使每个晶片的顶部表面在晶片载体的顶部表面暴露开来。接着，将晶片载体置入反应室中，并保持在理想温度，同时气体混合物流经晶片载体的上方。在加工时，重要的是使载体上各晶片的顶部表面的所有点都保持均一的反应条件。反应气体的成分或晶片表面温度的微小改变都会导致所制得半导体设备的特性产生不想要的变化。例如，如果是氮化铟镓层沉积，则晶片表面温度的改变将导致沉积层的成分与带隙产生变化。由于铟具有相对高的蒸气压，因此，沉积层将具有较低比例的铟，且晶片上表面温度较高的区域将具有更大的带隙。如果沉积层为具有LED结构的活性发光层，则来自晶片的LED发射波长也将有所改变。因此，在保持均一条件的问题上，现有技术中已作出了相当的努力。
行业中已广泛使用的一种类型的CVD装置使用带有多个晶片固定区域的大圆盘形式的晶片载体，每个区域适于固定一个晶片。该晶片载体固定在反应室内的主轴上，以使得其上载有晶片暴露面的晶片载体的顶部表面朝上，面对气体分配元件。当所述主轴旋转时，气体直接向下到达晶片载体的上表面，并经该上表面流向晶片载体的边缘。所用气体通过设置在晶片载体下方的端口从反应室中排出。晶片载体通过加热元件保持在理想高温，所述加热元件通常为设置在晶片载体底部表面下方的电阻加热元件。这些加热元件保持在高于晶片表面理想温度的温度，其中气体分配元件通常保持在远低于理想反应温度的温度，以防止气体过早发生反应。因此，热量从加热元件传递至晶片载体的底部表面，并通过晶片载体向上流至单个晶片。
尽管现有技术中已作出相当的努力来设计这类系统的优化形式，然而仍需求进一步的改进。具体地，需要提供沿每个晶片表面更均匀的温度。
发明内容
本发明的一个方面是，提供加工晶片的方法。理想的方法包括将一个或多个晶片固定在载体上的步骤，以使得每个晶片的底部表面直接面对载体的一个表面，同时相互面对的表面之间形成有间隔，从而每个晶片的顶部表面是暴露的。所述方法优选地进一步包括通过从载体穿过间隔的热传递至少部分地加热晶片的步骤，在该加热步骤中，对晶片的暴露的上表面施以加工气体。最优选地，所述方法进一步包括在所述施加气体步骤时改变分布于间隔中的填充气体的导热率。例如，可在所述施加气体步骤向间隔内输入填充气体，且可在施以加工气体步骤时改变所供给的填充气体的流速、填充气体的成分或同时改变二者。如以下详细描述的，填充气体导热率的改变可使晶片表面温度的变化最小化。可响应对晶片温度分布的监测而进行改变填充气体导热率的步骤。
在具体实施例中，加工气体进入晶片与位于晶片边缘的载体之间的间隔。可输入填充气体，以使得每个晶片下方间隔中的填充气体具有浓度梯度，例如，在靠近晶片外周处具有相对高的加工气体浓度和低填充气体浓度，而在靠近晶片中心处具有较高的填充气体浓度。这可提供阶梯式导热率，以抵消可能造成每个晶片表面温度变化的其它效果。
本发明的另一方面是，提供一种晶片载体。根据本发明这一方面的晶片载体理想地具有形成中心轴的主体以及垂直于该中心轴的顶部表面。所述主体理想地具有晶片固定构件，适于固定多个晶片，以使得晶片的顶部表面是暴露的，从而使每个晶片的底部表面与主体的一个表面之间具有间隔。所述晶片载体理想地具有形成一个或多个延伸至主体的晶片固定构件的气体导管的结构体，以使得输入气体导管的填充气体将直接进入晶片底部表面与主体之间的间隔。所述载体最优选地还包括位于主体中心轴上的配件，该配件适于可拆卸地接合晶片加工装置的主轴，使晶片载体固定在该主轴上，以使得一个或多个气体导管与该轴的一个或多个气体通路相通。例如，该配件可在向下方向形成凹部，以容纳所述主轴，且所述一个或多个气体导管可与该凹部相通。晶片固定构件可包括多个位于主体上表面的袋，气体通路可与袋相通。
本发明的另一方面提供晶片加工装置。根据本发明这一方面的晶片加工装置理想地包括加工室和安装在该室内的主轴，所述主轴用于围绕在上下方向上延伸的轴旋转。所述主轴理想地具有气体通路，该气体通路具有邻接主轴上端的开口。所述主轴的上端适于可拆卸地接合晶片载体，以使晶片载体机械连接至主轴，从而使晶片载体的气体导管与气体通路的开口相通。例如，主轴可具有与上述晶片载体的配件相匹配的配件。所述装置理想地包括旋转连接件，该旋转连接件具有与主轴的气体通路相通的进口。
附图说明
图1为描述对应于本发明一个实施例的化学气相沉积装置的简化剖面示意图；
图2为描述带有晶片的、图1~3中的装置部件的部分剖面示意图；
图3为图1中装置使用的部件的俯视示意图；
图4为描述图2中一部分部件的俯视示意图；
图5为与图4类似的、描绘图2所示的装置和晶片元件在不同操作条件下的示意图；
图6为描绘图1~5中装置中使用的特定信号的图示；
图7为描述对应于本发明另一实施例装置的部件的部分剖面示意图。
具体实施方式
根据本发明一个实施例的化学气相沉积装置包括反应室10，在该室的一端设置有气体分配元件12。以下将具有气体分配元件12的所述端称作室10的“顶”端。该室端在常规重力参考框架下通常（但无需一定）设置在室的顶部。因此，在此所说的向下的方向指的是远离气体分配装置12的方向；其中向上的方向指的是在室内朝向气体分配元件12的方向，不管这些方向是否与重力的向上和向下方向相对齐。类似地，在此所述的元件的“顶部”和“底部”表面指的是室10和元件12的参考框架。
气体分配元件12与源14a、14b、14c相连，用于供应晶片处理方法中所用的加工气体，例如载体气体和反应气体，如有机金属化合物和V组金属源。设置气体分配元件以接收各种气体并在大致向下方向上送入加工气体流。气体分配元件12理想地还与冷却系统16相连，该冷却系统16用于使液体经气体分配元件循环，以使该元件的温度在运行中保持在理想温度。可设置类似的冷却系统（未图示）以冷却室10的壁。室10还配备有排放系统18，用于经位于或靠近室底部的端口（未图示）从室内部排出用过的气体，以使向下方向上具有来自气体分配元件的连续气体流。
主轴20设置在室内，以使主轴的中心轴22在向上和向下方向上延伸。该主轴通过包括轴承和密封件（未图示）的传统的旋转穿插装置25安装在室内，以使得主轴可围绕轴22旋转，同时主轴与室10的壁之间保持密封。所述主轴在其顶端、即主轴最靠近气体分配元件12的一端具有配件24。如下所述，配件24适于可拆卸地与晶片载体接合。在所述具体实施例中，该配件24大致为截头锥形部件，其朝主轴的顶端变得渐细，而以平坦顶部表面结束。截头锥形部件为具有圆锥形截头的一种部件。主轴20连接至例如电动机驱动器的旋转驱动机构26，该旋转驱动机构26用于使主轴围绕轴22旋转。从图2中最清楚可见，主轴22具有内部气体通路28，该气体通路28在配件24的开口30处终止，所述开口30邻接主轴的上端。
所述主轴具有与气体通路28相通的气体进入端口38，该进入端口38远离主轴上端，位于室10和穿插件25的下方。旋转连接组件40形成了围绕端口38的空间42。所述旋转连接组件40具有入口44，该入口44与空间42相通，因而其也与主轴的端口38和气体通路28相通。所述旋转连接组件40还包括传统密封件46，其将空间42与外部环境隔离开。为清楚起见，这些密封件都描绘为简单的O形环，然而其也可以是任何传统类型。
旋转连接组件40的入口44与气体供给源48a和48b（图1）相连。设置这些源以供应具有不同导热率的两种不同气体成分。设置流量控制元件50a和50b，以独立地调节来自每个源48a和48b的气体流量。流量控制元件连接至控制系统52的信号输出端。流量控制元件被设置为在操作中响应由控制系统52施加的控制信号而进行调节。例如，流量控制元件48a和48b可以为设置在旋转连接件40与源48a和48b之间连接处的传统电气可控阀或质量流量控制器。尽管如此，也能使用可用于响应控制信号而调节来自气体源的气流的其它任何部件。
主轴也可设置有位于气体通路28内的、大致在主轴的轴向方向上延伸的内部冷却通道54和56（图2）。内部冷却通道通过进一步的旋转连接件58（图1）连接至冷却源60，以使得冷却液体可从源中经过冷却导管进行循环，再返回至冷却源。冷却源60可包括用于调节循环冷却剂温度和流量的传统装置。
加热元件70位于室内，围绕主轴20且位于配件20下方。所述室还设置有引导至前室76的进口72，以及用于关闭和打开进口的门74。门74仅在图1中有所示意，且展示为可在实线所示的闭合位置与虚线所示的打开位置74’之间移动，在所述闭合位置时所述门将室10的内部与前室76相隔离。门74具有适当的控制和执行机构，用于使其在开口位置与闭合位置之间移动。在实践中，门可包括可上下移动的门帘，如美国专利7,276,124中公开的一样，该专利的公开内容在此以引入方式并入本申请。所述装置进一步包括装载机构（未图示），其能够将晶片载体从前室76移入室中，并在操作状态时使晶片载体与主轴相接合，还能将晶片载体从主轴上移下，送入前室。
所述装置还包括多个晶片载体80。在图1所示的操作状态中，第一晶片载体80a位于室10内的操作位置，而第二晶片载体80b位于前室76内。每个晶片载体包括主体82，该主体82大致为具有中心轴84（图2和图3）的圆形盘形式。在图2所示的可操作位置上，晶片载体主体的中心轴84与主轴的轴22重合。所述主体82可由单件制成，也可以由多件复合制成。例如，如公布号为20090155028美国专利申请所公开的（其内容在此以引用的方式并入本申请），晶片载体主体可包括轮毂（hub），该轮毂界定了围绕中心轴84的主体的小区域，以及形成圆盘状主体其余部分的较大部分。所述主体理想地由不影响加工、且能承受加工中的高温的材料制成。例如，圆盘的较大部分可大部分或全部由石墨、碳化硅或其它耐火材料制成。所述主体具有大致平面的顶部表面88和底部表面90，二者彼此大致平行，且大致垂直于圆盘的中心轴84。所述主体还具有多个晶片固定部件，适于固定多个晶片。
从图2、3和4中可见，每个晶片固定部件包括从顶部表面88向下延伸进主体的大致圆形袋92。每个袋都具有位于顶部表面88的环绕部分下方的底板表面94。每个袋还具有围绕底板表面的外周壁表面96，其界定了袋的边缘。所述外周壁表面96从主体的顶部表面88向下延伸进底板表面。从图2中可见，外周壁表面在至少一部分边缘上可朝外倾斜以离开袋的中心。特别地，距离晶片载体中心轴84最远的那些外周壁表面部分理想地向外倾斜，在向下朝着底板表面94的方向上远离晶片载片的中心轴84。每个袋90还设置有多个间隔分布的支撑件98，这些支撑件98从底板表面94向上延伸，在高于底板表面但低于晶片载体主体的主顶部表面88处停止。
晶片载体还包括位于中心轴84上的配件100。配件100设置为与主轴的配件24相接合。配件100包括截头锥形凹部100，其具有面对下方的开口端102（图2）。该截头锥形凹部在其顶端104处封闭，且在向上方向上逐渐变得尖细。截头锥形配件100的夹角略大于主轴24的公截头锥形配件21的夹角。在所示的操作状态时，主轴的截头锥形配件24接合在晶片载体的配件100内，并沿着大致圆形的接合线抵靠着晶片载体。该设置使晶片载体稳固安装，以使得晶片载体牢固地固定在位，但仍可通过沿轴22向上提起晶片载体而解除接合。在接合位置上，主轴的公配件24在母配件100顶端104下方终止，以在主轴的顶端与晶片载体上配件的顶端104之间形成空间106。配件之间的接合提供了空间106与室内环绕的内部空间之间的大致液密性密封。无需在接合线上提供绝对完美的密封。
晶片载体的结构界定了多个在晶片载体内大致水平延伸的管道108。管道108通过邻接配件100顶壁104的开口110与配件100的内部相通。在操作状态，配件24与晶片载体相接合，开口110与形成于主轴顶端与配件100顶部之间的空间106相通。管道108还通过进入端口112与袋90相通。从图2和图4中最清晰可见，每个袋92都具有进入端口112，在邻近袋中心处通过袋的底板表面94开口，且优选地位于袋的中心。图3所示的管道108的式样仅为示意性的。在实际中，该管道可分布为使延伸至一个袋的管道不行经另一袋的下方。另外，所述管道可以是分支管道。无需在配件上为每个袋都设置单独开口110。连接至多个袋的管道可连接至单一端口110。
在操作中，晶片124、例如由蓝宝石、碳化硅或其他晶体衬底制成的圆盘状晶片，分布于每个晶片载体的每个袋90内。通常，晶片具有小于其主表面尺寸的厚度。例如，直径约为2英寸（50mm）的圆形晶片可约为430微米厚或更小。从图2中可见，晶片以顶部表面126面对上的姿态分布，以使得顶部表面在晶片载体的顶部上方暴露。晶片的相反的底部表面128搁置在晶片外周处的支撑件98上。该支撑件仅接合底部表面的一小部分。底部表面的其余部分直接面对袋的底板表面94，但被升高在底板表面的上方，以使得晶片的底部表面128与袋的底板表面94之间具有间隔130。如本公开中关于两个表面所使用的，术语“直接面对”指的是对于所指表面中的一个的至少一部分而言，不存在介于所指表面之间的固体物体。换言之，垂直于一个表面的、从该表面出发的直线不穿过任何固体物体便到达另一平面。例如，远离垂直于晶片124底部表面128的支撑件98的直线132不穿过任何固体物体便延伸至底板表面94。间隔130与晶片载体的外部相同，因此通过晶片边缘与袋外周壁96之间的小空间131与室10内的空气相通。
在操作中，在根据本发明一个实施例的加工过程中，载有晶片的晶片载体80从前室76载入室10内，并放置在图1和2所示的操作位置上。在该状态下，晶片的顶部表面面对上方，朝着进气口元件12。加热器70被驱动，且旋转驱动器26运行，以使主轴20以及晶片载体80围绕轴22转动。通常，主轴以每分钟约50转到1500转的转速旋转。驱动加工气体供给元件14a、14b和14c，以通过气体进入元件12供给气体。这些气体向下朝晶片载体流去，流经晶片载体顶部表面88和晶片顶部表面126的上方，并围绕晶片载体边缘向下流至出口和排放系统18。因此，晶片载体的顶部表面和晶片的顶部表面都暴露于加工气体，该加工气体包括由各加工气体供给元件供应的各种气体的混合物。最典型地，顶部表面的加工气体主要由载体气体组成，该载体气体由载体气体供给元件14b供应。在典型的化学气相沉积加工中，载体气体可以为氮气，因此晶片载体顶部表面处的加工气体主要由氮气组成，同时具有一些量的反应气体成分。
填充气体供给元件48a供应第一填充气体，而第二填充气体供给元件48b供应另一种填充气体。选择填充气体，以使得至少一种填充气体具有不同于加工气体的导热率，因此两种不同气体具有不同的导热率。优选地，选择填充气体以使得其不干扰希望获得的反应。在典型的化学气相沉积反应中，由填充气体供给元件48a供应的第一填充气体可以为氢气、氦气或其混合物，而由供给元件48b供应的第二填充气体可以为氮气。氢气和氦气的导热率大致大于氮气的导热率。
填充气体流经流量控制元件50a和50b，在其经过旋转连接件40进入端口38时相互混合（图2），并向上经气体通路28进入出口30。混合气体接着进入由匹配的配件24和100所形成的空间106中，并经过端口110、导管108和端口112进入晶片底部表面128与袋的底板表面94之间的间隔130中。一些填充气体将泄漏出而环绕晶片的边缘。另外，一些填充气体可经过匹配的配件24与100之间的小裂缝而从空间106中泄漏出。然而，经匹配的配件泄漏的任何填充气体都将向下流至晶片载体底部表面90的下方，从而由排放系统18从系统排出，而不影响加工过程。晶片底部表面与袋的底板表面之间的间隔130将由包括填充气体的、还可包括一些加工气体的气体填充。
由于进入晶片载体的填充气体包括一些第一填充气体，因此，该填充气体混合物的导热率不同于加工气体的导热率。第一填充气体包括一种气体，其导热率大致高于并入在加工气体中的载体气体的导热率，而填充气体混合物的导热率通常高于加工气体的导热率。填充气体的流速足够低，以使得间隔130中的填充气体不会将晶片冲起以离开支撑件98。换言之，填充气体的内流使间隔130内的气体压力升高。然而，环绕晶片边缘的空间131允许填充气体从袋中泄漏出。因此，袋内的压力不会升高至晶片被压力顶起、以从支撑件上脱离的压力点。仅通过实施例方式，对于用于加工直径为4英寸（100mm）的晶片、其袋的直径稍大于100mm的系统而言，填充气体进入每个袋的总流速通常小于约每分钟100标准立方米。
加热器70主要通过辐射传热方式将热量传递至晶片载体的底部表面90。作用在晶片载体底部表面的热量向上流去，经晶片载体的主体82到达晶片载体的顶部表面88。向上穿过主体的热量还向上流经间隔130，达到每个晶片的底部表面128，并向上经晶片至晶片的顶部表面126。热量从晶片载体的顶部表面88以及晶片的顶部表面126辐射出，到达加工室中的较冷元件，例如，到达加工室的壁，以及进气口元件12。热量还从晶片载体的顶部表面88以及晶片的顶部表面126转移至这些表面上方的加工气体。晶片顶部表面126上的温度表征了在经过晶片载体固态主体82和间隔130的热传递与来自晶片顶部表面的热传递之间的平衡。
间隔130中的气体的导热率小于构成主体82的固态材料的导热率。因此，当晶片载体顶部表面88的放射率等于或小于晶片顶部表面的放射率时，每个晶片顶部表面126的温度将低于晶片载体顶部表面88周围的温度。邻接晶片边缘的载体区域将被晶片载体边缘的更热部分加热。这将产生非均匀的表面温度分布，晶片边缘区域比中心区域更热。相反地，当晶片载体表面的放射率大致大于晶片表面的放射率时，晶片载体的顶部表面将比晶片的顶部表面更凉，而这将带来相反效应。
跨晶片宽度延伸的间隔的高度h可造成传热的差异。例如，如图5所示，晶片在其中心向上弯曲，形成间隔130，其在晶片中心具有高度hc，大于在晶片边缘的间隔的高度he。这增大了中心处的间隔的导热率，以使得中心处的每元件区域到晶片底部表面128的传热速率低于边缘处的传热速率。这使得中心处的晶片顶部表面126的温度高于在边缘处的温度。当晶片在中心处向下弯曲时，产生相反的效果，因此，间隔中心处的高度hc小于间隔边缘处的高度he。另外，袋的底板表面94为非平面式，也能产生类似效果。
另外，非均匀性的模式在加工过程中发生改变。例如，当所述加工涉及在衬底顶部表面上的化学气相沉积和外延生长时，沉积物质具有常规的、不受限制的层间距，该层间距不同于晶片物质的层间距。这使顶部表面产生压缩性或伸长的形变，导致晶片产生翘曲。晶片顶部表面的放射率在加工过程中也可发生改变。
高温计122a和122b在加工过程中监测晶片载体和晶片的放射率。随着晶片载体围绕轴22旋转、使晶片载体顶部表面和晶片顶部表面的连续部分与每个高温计重合，该高温计发出的信号将发生变化。图6展示了高温计监测到的一种表征表面放射率的典型的信号变化模式。在该模式中，晶片载体的顶部表面88的放射率大致高于晶片顶部表面126的放射率，晶片载体与晶片之间的放射率的这种差异大于二者之间的任何温度差异。因此，信号S88表示当晶片载体表面88的一部分与高温计对齐时表面所发出的辐射，其幅度大于当晶片顶部表面126与高温计对齐时、相应的信号S126的幅度。
因此，高温计发出的信号包括幅度逐步变化的循环模式。通过感测这些变化，控制系统52可区别那些表征晶片载体顶部表面放射性的信号S88部分与那些表征晶片顶部表面放射性的信号S126部分。仅通过实施例的方式，在一项简单方案中，控制系统可在连续采样间隔Is上对信号进行采样，并仅将发生在大于给定幅度的信号逐步减小之后以及在该信号逐步增大之前的那些样本作为取自单一晶片的样本，从而表征晶片顶部表面的放射性。控制系统可接着处理取自单一晶片的样本集，以确定温度变化的模式。所述系统可采集样本开始端的一个或多个样本，样本集尾端的一个或多个样本，或同时采集上述二者，以表征晶片边缘区域的放射性，以及样本集中部的一个或多个样本，表征晶片中心部分的放射性。
可通过以传统方式作用来自高温计的放射率信号而将这些信号转换为晶片的温度。所述系统可计算晶片中心与边缘之间的差DT。该温度差将具有幅度和正负性（正值或负值），表示晶片中心是比边缘更热还是更凉。不同晶片的温度差信号可从数学上相组合（例如，通过计算这些信号的平均数或中位数），以产生表征全部晶片平均温度差的总信号。该信号可与温度差的理想值对比（通常为零），以得出误差信号。在图6所示的具体实施例中，晶片中心比晶片边缘更凉，因此温度差DT为正值。
控制系统响应总误差信号，以改变填充气体混合物的成分或流速，或同时改变二者，从而改变晶片与袋的底板表面之间的间隔130内的填充气体的成分。例如，当总误差信号为正值时，其表示晶片中心比其边缘更凉，此时控制系统可驱动流量控制器50a和50b，以在维持填充气体混合物的总流速不变的前提下，增大来自第一填充气体源48的、相对较高导热率的填充气体的比例，进而增大袋130内的混合填充气体的导热率。这将使晶片顶部表面126的中心部分的温度相对于晶片顶部表面边缘部分的温度而升高。该效应的机制可以是不同的。在相对低的填充气体流速下，在每个袋130内存在浓度梯度。靠近晶片的边缘处，加工气体扩散进入袋，引起一些加工气体与向袋内供给的填充气体相混合。
由于加工气体具有不同的导热率，因此，在袋边缘区域得到的混合气体将具有不同于袋中心处近乎纯粹的填充气体的导热率。例如，当填充气体的导热率高于加工气体的导热率时，位于袋中心区域处的气体的导热率将高于位于袋边缘区域处的气体的导热率。通过增大填充气体中的较高导热率气体成分的比例，可突出该效应。位于袋中心处的填充气体的较高导热率将使晶片中心的温度相对于边缘区域的温度升高，从而抵消温度差。当温度变化模式与图6中所示相反、中心区域比边缘区域更热时，控制系统可采取相反措施，以增大低导热率填充气体成分的比例。
控制系统也可改变填充气体混合物的流速。该效应可引起上述浓度梯度的改变。在较高流速下，经中心端口112供给的填充气体混合物的增大流速更大程度抵消了加工气体扩散进入袋的效应，从而减小了浓度梯度。相反，较低的流速可增大浓度梯度，从而增大袋的中心区域与袋的边缘区域之间的导热率之差。在其它情形下，填充气体增大了的流速将通过其它机构对晶片表面温度产生作用。穿过导管108而在晶片载体主体上流过的气体将于主体周围部分的气体达到热平衡。经过中心端口112进入袋的填充气体的温度将稍高于袋130内的其它气体的温度。这一效应可增加到晶片中心的热传递，从而使晶片中心区域的温度相对于晶片边缘区域的温度升高。填充气体成分的改变可使填充气体的具体热量发生变化，从而改变填充气体在温度分布上的效应。
本发明并不局限于任何操作的理论。对于给定尺寸和形态的晶片载体、以及给定尺寸的晶片来说，填充气体成分、填充气体流速或二者同时的改变所产生的效果都是可重复的。填充气体流速、填充气体成分或二者同时的特定改变，将使晶片中心的表面温度相对于晶片边缘的表面张力而升高或降低。因此，不同变形例的效果可通过实验确定，且可相应地对控制系统进行编程。因此，如果总误差信号表明晶片中心的表面温度高于晶片边缘的表面温度，则控制系统将以通过实验确定的、降低晶片中心温度的方式改变填充气体的流速、成分或同时改变二者。如果总误差信号表明需要进行相反校正，则控制系统将命令流量控制装置50a和50b改变填充气体流速、气体成分或同时改变二者，而经实验确定这具有相反效果。
控制系统因此可动态运作，以在加工过程中随时间改变填充气体的流速、气体成分或同时改变二者，并有效地抑制加工过程中不希望产生的表面温度差。由于晶片相对较薄且具有低的热惯量，因此，系统的响应时间相对于加工的时长以及不希望产生的温度变化的时长而言较短。
加工继续进行，直到完成对晶片想要的处理。在加工过程中，控制系统52可继续动态改变上述的填充气体的流速、成分或同时改变二者。一旦加工完成，则晶片载体80从主轴上移除，由新的晶片载体替代。
所述装置能向可移除晶片载体的载片区域提供填充气体，这一功能具有显著优点。如上所述，例如，在美国专利6,685,774以及美国专利申请20090155028中（在此以引用的方式并入这两个申请的公开内容），位于晶片载体和主轴上的匹配配件易于移除和安装，还提供了牢固的连接。可移除晶片载体可用于在连续整个加工过程中输送晶片。可在室仍与另一载体配合操作时对晶片进行装载和卸下。另外，可对室进行清洁。如在此所述的，流动气体连接件保留了这些优点，同时还有效地将流动气体输送给可移除晶片载体。
可采用上述的特征的多种变形和组合。晶片载体可包括比以上展示及所述的多或少的载片区域。载片区域的形态也可不同。控制系统可以按照不同于上述的方法对表征晶片放射性的信号与表征晶片载体放射性的信号进行区别。例如，晶片载体的旋转位置在加工过程中相对于主轴保持固定。因此，可对控制系统施加表征主轴旋转位置的信号，且可使用这些信号来确定来自高温计的发射信号中的哪些样本表征晶片边缘，而哪些样本表征晶片中心。
无需在加工过程中监控温度变化的模式。对于使用给定成分和厚度的晶片、以及给定形态的晶片载体的给定晶片处理加工而言，在无校正举措的加工过程中形成的温度非均匀模式将具有可重复性。因此，填充气体流速、成分或二者同时随时间的给定模式变化将抑制表面温度分布的这些不想要的改变。可实验性地确定该模式，例如通过执行样件加工，其使用能实施上述监测并记录填充气体成分、流速或二者的变化模式的设备。接着可由控制系统重复该模式，而不启动对温度变化模式的监测。在进一步的变形例中，可通过使用多种不同模式、测量晶片特性以及选择具有最佳特性的模式来处理晶片，来选择填充气体的流速、成分或二者同时随时间的变化模式。例如，可使用第一模式在加工过程中形成的每个晶片上的多个点处测量一个或多个特性如光致发光波长、半导体薄膜电阻、表面形态或与加工过程中表面温度相关的其它特性。可基于观察到的晶片特性的变化来调整随时间变化的填充气体的成分和流速的模式。可重复这一程序，直到获得理想的结果。
如上所述，例如，在未授权美国临时专利申请61/190,494以及美国专利申请12/549,768中（在此以引用的方式并入这两个申请的公开内容），袋的底部表面可具有非平坦的表面。例如，袋的底部表面在中心处可稍高，以当晶片为平坦时使晶片中心处的间隔小于其边缘处的间隔。另外在该申请中，晶片载体的底部表面可具有非平坦特征，以使晶片载体主体在载有每个袋的区域具有不同的热阻。在其它变形例中，晶片载体主体可由多件形成，以使接口处具有高于载体主体边缘材料的热阻。在例如美国专利申请20070186853中描述了这种设置，在此以引用的方式并入该专利申请的公开内容。
在进一步的变形例中，可改变主轴或晶片载体的填充气体输送构件，或同时改变二者，以向晶片载体的不同晶片固定区域提供不同的填充气体流。如图7所示，每个晶片载体的配件200可以是类似上述配件100的截头锥形配件。晶片载体可包括连接至靠近配件顶部的第一组端口的第一组导管208。这些导管可连接至第一组晶片固定区域，例如靠近晶片载体中心轴的第一组袋。晶片载体还可包括连接至第二组端口211的第二组导管209，所述第二组端口211在与第一组端口具有轴向间隔的位置开口进入所述配件，所述位置例如距离配件顶部表面204更远的位置。导管209理想地连接至第二组晶片固定区域，例如，靠近晶片载体边缘的一组袋。
主轴220可包括大致为截头锥形的公配件224，其类似于图2所示的配件24。配件224可具有围绕主轴中心轴222延伸的凹槽225。所述主轴包括具有出口231的第二气体通路229，该出口231与凹槽225相通。第一和第二气体通路228和229通过单独的各旋转连接件（未图示）连接至单独的各填充气体控制元件组。当配件200和224相互接合时，其中晶片载体在主轴上处于操作状态，第一组端口210和第一组导管与位于配件224顶端与配件100顶部表面之间的空间相通，因而与第一填充气体通路相通。导管209与配件上的凹部或凹槽225相通，因而与第二填充气体通路229相通。因此，可独立地调节输入不同组晶片固定区域的填充气体。
在进一步的变形例中，可设置两个以上的区带。可使用非上述的截头锥形配件的可拆卸配件。例如，可使用前述美国专利6,685,774和美国专利申请20090155028中的不同配件。
本发明可用在各种晶片处理方法中，例如，化学气相沉积、晶片化学蚀刻等。
鉴于可使用上述特征的各种变形和组合，对优选实施例的以上描述应当视作阐释性的，而非如权利要求所限定的那样视作对本发明的限制。

Claims (22)

1.一种晶片加工方法，包括：
（a）将一个或多个晶片固定在载体上，以使每个晶片的底部表面直接面对所述载体的表面，同时在每个晶片的底部表面与其所面对的载体表面之间具有间隔，从而使每个晶片的顶部表面是暴露的；
（b）至少部分地通过热传递加热晶片，所述热传递为：来自所述载体的热量越过每个晶片底部表面与其所面对的载体表面之间的间隔传递到所述晶片；
（c）在以上加热步骤中，对晶片暴露的顶部表面施加一种或多种加工气体；以及
（d）在以上施加气体步骤中，改变分布于每个晶片底部表面与其所面对的载体表面之间的间隔内的填充气体的导热率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括监测所述晶片顶部表面上的温度分布的步骤，以及至少部分响应所述监测步骤测得的结果而进行的改变填充气体导热率的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述晶片在所述施加气体步骤弯曲，以使得所述间隔的形态在所述施加气体步骤随时间而改变，且其中填充气体导热率的变化至少部分抵消了这种形态改变对晶片顶部表面温度分布的影响。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将一个或多个晶片固定在所述载体上的步骤包括将多个晶片固定在由所述载体的顶部表面界定的袋内，以使得每个晶片的顶部表面与所述载体的顶部表面大致共平面。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将多个晶片固定在所述载体上的步骤包括仅在每个晶片外周处固定每个晶片。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，固定每个晶片的步骤包括通过多个与所述载体为一体的支撑件来固定每个晶片，所述支撑件围绕晶片外周间隔分布。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改变分布于每个晶片底部表面与其所面对的载体表面之间间隔内的填充气体导热率的步骤包括向所述间隔内输入填充气体，并改变所输入的填充气体的成分和所输入的填充气体的流速中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加工气体的一种或多种组分形成晶片顶部表面上的沉积物。
9.一种加工晶片的方法，包括：
（a）将一个或多个晶片固定在载体上，以使得每个晶片的底部表面覆盖在载体的表面上，在每个晶片的底部表面与载体表面之间形成有间隔，从而使每个晶片的顶部表面是暴露的；
（b）至少部分地通过来自所述载体的、且越过所述间隔的热传递加热所述晶片；
（c）在所述加热步骤，使所述晶片的顶部表面和所述载体暴露于加工气体混合物中，以使得所述加工气体进入所述晶片外周处的间隔；以及
（d）在所述暴露步骤，向每个晶片下方的所述间隔内输入具有不同于加工气体的导热率的填充气体，以使得每个晶片下方的所述间隔内存在有具有浓度梯度的填充气体。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述输入填充气体的步骤包括改变填充气体流速与填充气体成分中的至少其中之一，以改变所述间隔内的气体成分。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括监测晶片顶部表面上的温度分布的步骤，所述改变步骤至少部分地响应监测步骤所得结果而进行。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述输入填充气体的步骤是通过经所述载体上邻接所述晶片中心的端口将填充气体引入每个间隔内而进行的。
13.晶片加工装置，包括：
（a）加工室；
（b）安装在所述加工室内的主轴，该主轴用于围绕在上下方向上延伸的轴旋转，所述主轴具有上端和气体通路，该气体通路具有邻接所述主轴上端的开口，所述主轴的上端适于可拆卸地与晶片载体相接合，以将晶片载体机械连接至所述主轴，从而使所述晶片载体的气体导管与所述气体通路的开口相通；以及
（c）旋转连接件，其具有与所述主轴的气体通路相通的进口。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括：
（d）电机驱动器，用于使所述主轴围绕所述轴旋转。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括：
（e）进气口元件，其安装在所述加工室内，邻接所述加工室的上端，所述进气口元件构建和设置为向下朝所述主轴以及安装在所述主轴上的晶片载体直接送加工气体；以及
（f）加热器，其位于所述加工室内，用于加热安装在所述主轴上的晶片载体。
16.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述主轴的上端包括具有上端和下端的尖细部段，且所述气体通路的开口分布在所述尖细部段下端的上方。
17.一种晶片载体，包括：
（a）主体，该主体形成有中心轴和垂直于该中心轴的顶部表面，所述主体还具有晶片固定构件，适于固定多个晶片，以使得所述晶片的顶部表面是暴露的，从而使每个晶片的底部表面与主体的一个表面之间具有间隔；
（b）结构体，该结构体形成有一个或多个延伸至所述晶片固定构件的气体导管，以使得输入所述气体导管的填充气体将直接被送入所述晶片底部表面与所述主体之间的间隔内；以及
（c）位于所述主体中心的配件，该配件适于可拆卸地与所述晶片加工装置的所述主轴相接合，并将所述晶片载体固定在所述主轴上，以使得一个或多个所述气体导管与所述主轴的一个或多个气体通路相通。
18.根据权利要求17所述的晶片载体，其特征在于，所述配件形成在向下的凹口，用于容纳所述主轴和一个或多个与所述凹口相通的所述气体导管。
19.根据权利要求18所述的晶片载体，其特征在于，所述凹口在向上方向上变得尖细。
20.根据权利要求17所述的晶片载体，其特征在于，所述晶片固定构件包括多个位于所述主体的顶部表面的袋，且所述导管与所述袋相通。
21.根据权利要求20所述的晶片载体，其特征在于，每个所述袋包括凹陷于所述顶部表面下方的底板表面、从所述底板表面向上延伸至所述顶部表面的外周壁表面以及多个支撑件，所述支撑件在所述底板表面上方、所述顶部表面下方延伸，用于将所述晶片支撑在所述底板表面上方。
22.根据权利要求21所述的晶片载体，其特征在于，每个底板表面具有邻接所述袋的中心设置的端口，以及通过所述端口与所述袋相通的导管。
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