CN116917557A - 晶体厚度微平衡传感器的原位epi生长率控制 - Google Patents

晶体厚度微平衡传感器的原位epi生长率控制 Download PDF

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Abstract

本文描述了一种用于处理半导体基板的方法及装置。该装置包括设置在沉积腔室的排气系统内的一个或多个生长监视器。这些生长监视器是石英晶体膜厚度监视器且被配置为基板在该沉积腔室内被处理的同时测量在这些生长监视器上生长的膜厚度。这些生长监视器连接到控制器，该控制器在处理操作期间调整加热装置及气流装置的设置。当基板在沉积腔室中被处理时，来自该沉积腔室内的这些生长监视器以及其他传感器的测量值用于调整该沉积腔室的处理腔室模型。

Description

晶体厚度微平衡传感器的原位EPI生长率控制
技术领域
本公开内容的实施方式大体上涉及用于制造半导体器件的装置及方法。更具体地，本文公开的装置涉及半导体处理腔室内的排气组件及生长率传感器。还公开了其使用方法。
背景技术
处理半导体基板用于多种应用，包括集成器件及微型器件的制造。在处理期间，基板定位在处理腔室内的基座上。基座由可绕中心轴线旋转的支撑轴支撑。优选对加热源进行精确控制，以在严格的公差范围内均匀加热基板。基板的温度会影响沉积在基板上的材料的均匀性。
在处理腔室内精确控制基板温度的能力对吞吐量及产量具有显著影响。常规的处理腔室难以满足制造下一代器件所需的温度控制标准，并同时满足对提高产量及更快吞吐量的日益增长的需求。处理气体流过处理腔室内的处理容积。处理气体平行于基板表面从处理腔室的一侧流到处理腔室的相对侧。可调整处理腔室内的加热及气流以提高整个基板上的膜沉积速率。处理腔室内的当前传感器具有有限的分辨率，且增加额外的传感器会增加处理腔室的停机时间且增加拥有成本。由于腔室条件的变化，在校准与测量操作之间处理的基板也具有不太精确的沉积速率。处理腔室内的当前传感器包括高温计，但高温计的分辨率有限。下游压力传感器无法在处理腔室的其他部分提供足够的分压估计。
因此，需要改进的排气装置及生长率监测。
发明内容
本公开内容大体上涉及用于半导体处理的处理腔室。在一个实施方式中，描述了一种用于基板处理的排气通道主体。该排气通道主体包括第一排气气室、第一排气入口开口、第一多个鳍片、第一排气出口开口、第一挡板及至少一个生长监视器。第一排气气室穿过排气通道主体的第一端形成并流体连接至第一排气气室。第一多个鳍片设置在第一排气气室内邻近第一排气入口开口。第一排气出口开口穿过排气通道主体的第二端形成并流体连接至第一排气气室。第一挡板邻近第一排气出口开口设置并被配置为使第一排气气室的宽度变窄。至少一个生长监视器经设置在第一挡板的下游并被配置为测量沉积在生长监视器上的材料的厚度。
在另一实施方式中，描述了一种用于基板处理的排气系统。该排气系统包括排气通道主体、排气气室、排气入口开口、多个鳍片、排气出口开口、至少一个挡板及至少一个生长监视器。排气入口开口穿过排气通道主体的第一端形成并具有入口宽度。排气入口开口被配置为流体地连接排气气室及处理容积。这些鳍片设置在排气气室内邻近排气入口开口。排气出口开口穿过排气通道主体的第二端形成并流体连接至排气气室。至少一个挡板邻近排气出口开口设置并被配置为将排气气室的宽度变窄至小于入口宽度的出口宽度。至少一个生长监视器被设置在挡板的下游并被配置为测量沉积在生长监视器上的材料的厚度。排气收集器在排气出口处耦接至排气通道主体。
在另一实施方式中，描述了一种用于基板处理的处理系统。该处理系统包括形成处理容积的腔室主体、设置在腔室主体的处理容积内的基板支撑件、设置在基板支撑件上方的上窗，以及设置在基板支撑件下方的下窗。上窗及下窗中的每一者进一步界定处理容积。注射器穿过腔室主体的一侧设置并被配置为将处理气体引入处理容积。排气系统穿过腔室主体的与此注射器相对的第二侧设置。排气系统包括排气通道主体、穿过排气通道主体设置的排气气室、排气入口开口、多个鳍片、排气出口开口、至少一个挡板及至少一个生长监视器。排气入口开口穿过排气通道主体的第一端形成。排气入口开口被配置为流体连接排气气室及处理容积。这些鳍片被设置在排气气室内。此排气出口开口穿过排气通道主体的第二端形成并流体连接至排气气室。至少一个挡板设置在这些鳍片的下游并被配置为将排气气室的宽度变窄至小于入口宽度的出口宽度。至少一个生长监视器设置在挡板的下游并被配置为测量沉积在生长监视器上的材料的厚度。
附图说明
为了能够详细理解本公开内容的上述特征，可通过参考实施方式来获得上文简要概括的本公开内容的更具体描述，这些实施方式中的一些在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出示例示性实施方式，且因此不应被视为限制其范围，可允许其他等效的实施方式。
图1为根据本公开内容的实施方式的沉积腔室的示意图。
图2示出根据本公开内容的实施方式的图1的沉积腔室的横截面平面图。
图3A示出根据本公开内容的实施方式的图1的沉积腔室的排气系统的横截面平面图。
图3B示出根据本公开内容的实施方式的图1的沉积腔室的排气系统的横截面侧视图。
图4示出根据本公开内容的实施方式的用于图1的沉积腔室内的生长监视器。
图5示出根据本公开内容的实施方式的用于图1的沉积腔室内的控制示意图。
图6示出根据本公开内容的实施方式的在图1的沉积腔室内调整处理条件的方法。
为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来指示各图共有的相同元件。预期一个实施方式的元件及特征可有益地结合到其他实施方式中而无需进一步叙述。
具体实施方式
本公开内容涉及半导体处理腔室内的排气组件及生长率传感器。生长率传感器为石英晶体膜厚度监视器，且使得能测量生长率传感器上的膜厚度。生长率传感器上的膜厚度等同于处理腔室内基板上的生长率。随后可利用厚度测量来调整处理腔室的处理容积内的一个或多个处理控制及改进整个基板上的膜生长。
没有额外保护的石英晶体监视器可能与外延沉积处理化学物质发生反应。因此，如本文所述的石英晶体监视器被配置为减少可能对传感器性能、传感器寿命或处理腔室内的处理条件产生负面影响的与外延沉积处理化学物质的反应。涂覆石英晶体监视器的石英晶体减少了石英晶体与处理化学物质的反应。同样，在石英晶体监视器内使用含金接触件减少了传感器头金属与处理化学物质的化学相互作用。
石英晶体监视器的位置及数量提供增加的灵敏度及传感器寿命周期。围绕石英晶体监视器的排气系统的配置进一步使处理容积内的气流能够保持相同或具有最小的流动影响，同时增加整个石英晶体监视器上的处理气体流量以提高石英晶体监视器上的生长率。因此，排气系统可包括鳍片及挡板的构造以控制气体流量。排气系统的鳍片、挡板及其他部件进一步可由某种材料形成或涂覆有某种材料，以在处理气体流过排气系统时增加处理气体的保温性。这使得石英晶体监视器上的膜生长更加可预测及增强。
处理腔室控制器内的软件算法从石英晶体监视器获取生长率测量值，且使得能够校准处理腔室内的其他传感器以及处理腔室内的处理条件，以提高膜厚度生长率。
图1为根据本公开内容的实施方式的沉积腔室100的示意图。沉积腔室100为外延沉积腔室。沉积腔室100用于在基板(例如基板102)上生长外延膜。沉积腔室100产生在整个基板102的顶表面150上的前驱物交叉流。
沉积腔室100包括上主体156、设置在上主体156下方的下主体148、设置在上主体156与下主体148之间的流动模块112。上主体156、流动模块112及下主体148形成腔室主体。基板支撑件106、上窗108、下窗110、多个上灯141及多个下灯143设置在腔室主体内。如图所示，控制器120与沉积腔室100通行且用于控制处理，诸如本文所述的那些处理。基板支撑件106设置在上窗108与下窗110之间。多个上灯141设置在上窗108与盖154之间。多个上灯141形成上灯模块155的一部分。盖154可包括设置在其中的多个传感器(未示出)，用于测量沉积腔室100内的温度。多个下灯143设置在下窗110与底板152之间。多个下灯143形成下灯模块145的一部分。上窗108为上圆顶且由诸如石英的能量透射材料形成。下窗110是下圆顶且由诸如石英的能量透射材料形成。
处理容积136形成在上窗108与下窗110之间。处理容积136具有设置在其中的基板支撑件106。基板支撑件106包括其上设置有基板102的顶表面。基板支撑件106附接至轴118。该轴连接至运动组件121。运动组件121包括一个或多个致动器和/或调节装置，其提供轴118和/或基板支撑件106在处理容积136内的移动和/或调节。
基板支撑件106可包括设置在其中的升降销孔107。升降销孔107的尺寸被设计为容纳升降销132，用于在进行沉积处理之前或之后从基板支撑件106提升基板102。当基板支撑件106从处理位置下降至传送位置时，升降销132可搁置在升降销止动件134上。
流动模块112包括多个处理气体入口114、多个净化气体入口164及一个或多个排放气体出口116。多个处理气体入口114及多个净化气体入口164设置在流动模块112的与一个或多个排放气体出口116相对的一侧。一个或多个导流件设置在多个处理气体入口114及一个或多个排放气体出口116下方。导流件设置在净化气体入口164上方。衬垫163设置在流动模块112的内表面上并保护流动模块112免受沉积处理期间使用的反应气体的影响。处理气体入口114及净化气体入口164被定位为使气体平行于设置在处理容积136内的基板102的顶表面150流动。处理气体入口114流体连接至处理气体源151。净化气体入口164流体连接至净化气体源162。一个或多个排放气体出口116流体连接至排气泵157。
一个或多个排放气体出口116进一步连接至或包括排气系统178。排气系统178流体连接一个或多个排放气体出口116及排气泵157。如本文所述的排气系统178包括一个或多个生长监视器310(图3A)并被配置为有助于基板102上的层的受控沉积。
图2示出根据本公开内容的实施方式的图1的沉积腔室100的横截面平面图。沉积腔室100包括设置在排气系统178对面的注射器202。注射器202包括处理气体入口114并流体耦接至处理气体源151。注射器202可被设置为穿过流动模块112的至少部分或可以是流动模块112的一部分。排气系统178设置在处理容积136的与注射器202相对的一侧。排气系统178穿过流动模块形成、附接至流动模块或为流动模块的部分。
排气系统178进一步包括至少一个排气通道主体204a、204b。排气通道主体204a、204b形成用于气体在进入排气收集器206之前离开处理容积136的排气路径。如图2所示，存在第一排气通道主体204a及第二排气通道主体204b。第一排气通道主体204a及第二排气通道主体204b是镜像的且可在尺寸及配置上相似。在其他实施方式中，可存在更多或更少的排气通道主体204a、204b。在一些实施方式中，仅存在一个排气通道主体，使得两个排气通道主体204a、204b合并为单个主体。在又一些实施方式中，可存在三个或更多个排气通道主体，诸如三个排气通道主体204a、204b。排气通道主体204a、204b的尺寸及配置可取决于沉积腔室100的尺寸及操作而改变。
第一排气通道主体204a及第二排气通道主体204b两者在排气通道主体204a、204b的与处理容积136相对的一端耦接至排气收集器206。排气收集器206被配置为收集来自第一排气通道主体204a及第二排气通道主体204b的排气。随着排气收集器206远离排气通道主体204a、204b延伸，排气收集器206变窄。
图3A示出根据本公开内容的实施方式的图1的沉积腔室100的排气系统178的横截面平面图。排气系统178被配置为在排气流流过一个或多个生长监视器310之前控制离开处理容积136的排气流。相对于排气通道主体204a、204b入口处的流量，生长监视器310上的流量的增加增强了生长监视器310上的膜生长。因此，每个排气通道主体204a、204b的宽度从入口宽度W1变窄至出口宽度W2以增加流量。鳍片阵列314及一个或多个挡板304定位在每个排气通道主体204a、204b内以使得排气通道主体204a、204b能够变窄并同时减少变窄对通过处理体积136的处理气体的流动路径的影响。
随着处理气体流出处理容积136并进入排气系统178，处理气体在第一流动路径318中流动。第一流动路径318主要平行于基板102的顶表面150并气体流出注射器202。处理气体经由排气入口开口305a、305b流入排气系统178，排气入口开口305a、305b设置为穿过每个排气通道主体204a、204b。因此，第一排气入口开口305a设置为穿过第一排气通道主体204a的第一端，且第二排气入口开口305b设置为穿过第二排气通道主体204b的第一端。排气入口开口305a、205b与排气气室312a、312b流体连通。排气气室312a、312b设置在每个排气通道主体204a、204b内。因此，第一排气气室312a设置在第一排气通道主体204a内，且第二排气气室312b设置在第二排气通道主体204b内。第一排气入口开口305a与第一排气气室312a流体连通，且第二排气入口开口305b与第二排气气室312b流体连通。
每个排气入口开口305a、305b具有入口宽度W1。入口宽度W1为约10mm至约210mm，诸如约45mm至约210mm，诸如约75mm至约175mm，诸如约100mm至约155mm。因此入口宽度W1小于或等于处理容积136的宽度的一半。
排气出口开口308a、308b设置在排气通道主体204a、204b的与排气入口开口305a、305b相对的一侧。因此，第一排气出口开口308a设置在第一排气通道主体204a的与第一侧相对的第二侧上且与第一排气气室312a流体连通。第二排气出口开口308b设置在第二排气通道主体204b的与第一侧相对的第二侧上且与第二排气气室312b流体连通。排气出口开口308a、308b在宽度上小于排气入口开口305a、305b。排气出口开口308a、308b具有约15mm至约110mm，诸如约20mm至约100mm，诸如约20mm至约40mm的出口宽度W2。出口宽度W2小于入口宽度W1使得更高浓度的处理气体能够流过生长监视器310。
入口宽度W1与出口宽度W2之比为约2:1至约20:1，诸如约3:1至约10:1，诸如约4:1至约8:1。入口宽度W1与出口宽度W2之比使得能够实现在生长监视器310上的良好膜生长，同时减少被减小的出口宽度W2对背压及通过处理容积136的流动路径的影响。
流经沉积腔室100的处理气体在第一流动路径318中的同时经由排气入口开口305a、305b进入排气通道主体204a、204b，随后随着一个或多个挡板304将排气气室312a、312b变窄至与排气出口开口308a、308b相邻的出口宽度W2，变为第二流动路径320。第二流动路径320将处理气体引向排气系统的中心线C并引向排气气室312a、312b的一侧，诸如排气气室312a、312b的内侧。一旦处理气体流过排气出口开口308a、308b，处理气体的路径则变为第三流动路径322。第三流动路径322为冷凝流动路径。第三流动路径322穿过收集器气室316设置。收集器气室316为设置在排气收集器206内的气室。
设置在每个排气通道主体204a、204b内的鳍片阵列314被配置为维持第一流动路径318通过排气气室312a、312b的至少一部分。鳍片阵列314包括多个鳍片302，使得第一多个鳍片302设置在第一排气通道主体204a的第一排气气室312a内。第一多个鳍片302中的每一者从第一排气入口开口305a朝向第一排气出口开口308a延伸。第二多个鳍片302设置在第二排气气室312b及第二排气通道主体204b内。第二多个鳍片302中的每一者从第二排气入口开口305b朝向第二排气出口开口308b延伸。鳍片阵列314被配置为保持通过处理容积136的良好流动控制且从邻近排气入口开口305a、305b的位置延伸。
鳍片阵列314内的鳍片302的数量可为至少两个鳍片302，诸如至少四个鳍片302，诸如至少5个鳍片302，诸如5个鳍片302至约30个鳍片302，诸如5个鳍片302至约20个鳍片302。鳍片302的数量有助于在每个相邻鳍片302之间产生较小的间隙并控制第一流动路径318。
一个或多个生长监视器310设置在鳍阵列314内，诸如设置在两个相邻的鳍302之间。可存在设置在第一排气通道主体204a及第二排气通道主体204b两者的每个鳍片阵列314内的两个或更多个生长监视器310。鳍片阵列314内的生长监视器310可有助于提供对基板102上不同径向位置处的生长率的测量。
鳍片阵列314内的每个鳍片302彼此平行。鳍片302在平行于期望的第一流动路径318且平行于流出注射器202的气体的方向上延伸。设想鳍阵列314的其他配置。在一些实施方式中，每个鳍片302具有相似的长度。在其他实施方式中，鳍片302中的每一者不一定具有相同的长度，使得更靠近处理容积136及排气系统178的中心线C的鳍片302比远离中心线C的鳍片302更短。
一旦处理气体离开鳍片阵列314，处理气体则流入排气气室312a、312b的主要部分311。排气气室312a、312b的主要部分311为开放空间，且可有助于降低背压，若鳍片阵列314一直延伸至挡板304，背压会增大。在一些实施方式中，在鳍片阵列314的端部与挡板304的最近部分之间存在至少5mm的间隙，诸如约5mm至约40mm。
挡板304从每个排气通道主体204a、204b的外表面328并朝向每个排气通道主体204a、204b的内表面330延伸。外表面328为排气气室312a、312b的离中心线C最远的内表面。内表面330为排气气室312a、312b的最靠近中心线C的内表面。因此，第一排气通道主体204a内的挡板304从第一排气气室312a的外表面328并朝向第一排气气室312a的内表面330或排气系统178的中心线C延伸。第二排气通道主体204b内的挡板304从第二排气气室312b的外表面328并朝向第二排气气室312b的内表面330或排气系统178的中心线C延伸。
挡板304相对于每个排气气室312a、312b的外表面328以角度φ延伸。角度φ为面向鳍片阵列314的内角。角度φ为钝角，使得角度φ大于约90度，诸如约100度至约170度，诸如约100度至约160度，诸如约110度至约145度。挡板304所设置的角度有助于控制排气气室312a、312b的限制率。挡板304相对于鳍片302的定向以0度或90度以外的角度设置，诸如相对于鳍片302的定向成约10度与约80度之间的角度。挡板304延伸跨过每个排气气室312a、312b的宽度的50％以上，诸如每个排气气室312a、312b的宽度的60％以上，诸如每个排气气室312a、312b的宽度的70％以上。在一些实施方式中，挡板304的曲率半径界定为从沉积腔室100的处理容积136的中心到气体引导表面332的半径。在一些实施方式中，曲率半径在气体引导表面332上改变，使得气体引导表面332的更靠近内表面330的部分具有较小的曲率半径。气体引导表面332的曲率半径也可以是不同于距离处理容积136的中心的半径的其他半径。每个挡板304具有气体引导表面332。气体引导表面332为挡板304的面向排气气室312a、312b的主要部分311以及鳍片阵列314的表面。
挡板304可具有弯曲的气体引导表面332、直的气体引导表面332或多面的气体引导表面332。气体引导表面332在图3A中显示为弯曲的，但在一些实施方式中可以是直的。在弯曲的实施方式中，气体引导表面332遵循圆、椭圆、双曲线或拋物线的圆周。曲面允许更好的气流控制，同时减少气体流动路径内的涡流或湍流。气体引导表面332的曲率可取决于沉积腔室100的尺寸及排气系统178的尺寸而变化。具有大曲率半径的气体引导表面332能够实现气流通过排气气室312a、312b的平滑引导。
排气出口开口308a、308b设置在每个挡板304的最内部分与每个排气气室312a、312b的内表面330之间。第一排气出口开口308a设置在第一排气气室312a内并将第一排气气室312a连接至收集器气室316。第二排气出口开口308b设置在第二排气气室312b内并将第二排气气室312b连接至收集器气室316。
一个或多个生长监视器310位于排气出口开口308a、308b内或正好位于排气出口开口308a、308b的下游。第一生长监视器310设置在第一排气出口开口308a内或正好在排气出口开口308a的下游。第二生长监视器310设置在第二排气出口开口308b内或正好在第二排气出口开口308b的下游。将生长监视器310正好设置在排气出口开口308a、308b的下游被定义为将生长监视器310设置在排气出口开口308a、308b的10mm范围内且远离鳍片阵列314。
挡板304使排气通过排气气室312a、312b的通道变窄，并因此增加了流过生长监视器310的排放气体的密度或浓度。生长监视器310设置在排气气室312a、312b的顶表面326或底表面327(图3B)中，使得生长监视器310不会阻塞第三流动路径322，而是替代地设置为与第三流动路径322成直线。生长监视器310至少部分地位于收集器气室316内部。
排放气体在经由排气管道323的管道开口306从排气收集器206移除之前，排放气体流过生长监视器310并进入收集器气室316(图3B)。收集器气室316的与排气出口开口308a、308b相邻的宽度比排气出口开口308a、308b宽，使得收集器气室316的与每个排气出口开口308a、308b相邻的宽度类似于入口宽度W1，且收集器气室316的总宽度类似于或大于入口宽度W1的两倍。
管道开口306设置在收集器气室316的与排气出口开口308a、308b相对的部分处。管道开口306被配置为能够实现排气收集器206内的排放气体经由排气管道323并通向排气泵157的排放。另一生长监视器310与管道开口306相邻并位于收集器气室316内。与管道开口306相邻的生长监视器310设置在收集器气室316的离排气出口开口308a、308b最远的后侧壁321(图3B)上。在一些实施方式中，生长监视器310直接设置在管道开口306上方或管道开口306内，诸如在排气管道323的上部内。
至少鳍片302及挡板304由具有高导热率的材料形成或涂覆有高导热率的材料，诸如导热率高于约100W/m·K，诸如高于约150W/m·K，诸如高于约175W/m·K的材料。鳍片302的材料被选择以减少沉积腔室100的污染，同时也在排放气体流过生长监视器310之前保持流过排气气室312a、312b的排放气体的温度。在一些实施方式中，形成排气气室312a、312b的壁的至少一部分涂有类似于鳍片302及挡板304的高导热率材料。排气收集器206的内部可类似地涂覆有高导热率材料。高导热率材料可以是碳化硅(SiC)。设想其他适合的高导热率材料。在一些实施方式中，鳍片302及挡板304由石墨形成并涂有碳化硅。高导热率材料从处理容积136传导热量并降低流经排气气室312a、312b的排放气体的冷却速率。在排放气体流过生长监视器310之前保持排放气体被加热能够实现在生长监视器310上更一致的膜形成，从而提供对处理腔室内的膜生长率的更准确估计。
图3B示出了根据本公开内容的实施方式的图1的沉积腔室100的排气系统178的横截面侧视图。如图3B所示，排气系统178的排气气室312a、312b延伸穿过流动模块112的至少一部分，使得排气气室312a、312b延伸穿过流动模块112。鳍片302邻近处理容积136设置。
鳍片302及挡板304延伸排气气室312a、312b的整个高度，使得鳍片302及挡板304在排气气室312a、312b的顶表面326与底表面329之间延伸。鳍片阵列314内的生长监视器被设置在顶表面326上。
排气收集器206连接至排气系统178的后端。排气收集器206包括顶表面324、底表面327及后侧壁321。正好位于排气出口开口308a、308b下游的生长监视器310位于排气收集器206内的收集器气室316的顶表面324上。另一个生长监视器310设置在收集器气室316的后侧壁321上。生长监视器310的定位使得能够实现由每个生长监视器310进行的准确膜生长率测量。来自每个生长监视器310的测量值可被映射以查看在基板102的不同位置上的生长率的差异。
管道开口306穿过收集器气室316的底表面327设置并通向排气管道323。排气管道323从管道开口306向下延伸并流体连接至排气泵157。另一个生长监视器310可位于排气管道323的内壁上并在收集器气室316的后侧壁321上的生长监视器310下游。
在一些实施方式中，可在排气系统178内使用更多或更少的生长监视器310。在一些实施方式中，仅在排气系统178内设置与排气出口开口308a、308b相邻的生长监视器310。在其他实施方式中，与排气出口开口308a、308b相邻的生长监视器310可以是单个生长监视器310。在又一些实施方式中，使用与排气出口开口308a、308b相邻的生长监视器310及收集器气室316的后侧壁321上的生长监视器310。
图4示出根据本公开内容的实施方式的用于图1的沉积腔室100内的生长监视器310。生长监视器310包括传感器保持器402、布置在传感器保持器402内的石英晶体406、接触石英晶体406的第一侧422的后接触件408、接触石英晶体406的第二侧424的前接触件410、设置在石英晶体406的第二侧424上的保护涂层416，以及穿过传感器保持器402设置并将保护涂层416暴露于流经排气系统178的气体的传感器开口414。
生长监视器310被配置为定位在沉积腔室100内，且因此考虑了排气系统178内的反应性处理化学物质。保护涂层416以及传感器保持器402、后接触件408及前接触件410的材料影响生长监视器310与沉积腔室100内的处理化学物质的反应性。因此，选择降低生长监视器310与沉积腔室100内的处理化学物质的反应性，同时仍然使得能够实现在生长监视器310上进行的精确膜厚度测量的材料成分。
传感器保持器402用作其中设置有后接触件408、前接触件410及石英晶体406的外壳。传感器保持器402形成为多个部分，诸如第一部分405及第二部分404。第一部分405具有形成在其中的空腔，后接触件408位于此空腔中。石英晶体406也位于该空腔内且接触后接触件408。
第二部分404包括穿过其设置的传感器开口414且定位在包括空腔的第一部分405的一侧的上方。前接触件410位于第一部分405与第二部分404之间。前接触件410通过第一部分405及第二部分404的夹持力保持在适当位置。前接触件410为环形的，使得前接触件410覆盖石英晶体406的第二侧424的外部，但不覆盖第二侧424的中心部分。保护涂层416设置在由前接触件410形成的环内并接触石英晶体406的第二侧424。保护涂层416至少部分地设置在传感器开口414内，使得保护涂层416暴露于流过排气系统178的排放气体。保护涂层416及石英晶体406至少部分地通过第一部分405及第二部分404之间的夹持力保持在适当位置。一个或多个密封环412设置在第二部分404内并接触保护涂层416的暴露表面426。一个或多个密封环412被配置为在排气系统178内的大气与生长监视器310的不是保护涂层416的其他部件之间提供密封。
保护涂层416由氧化铝(Al2O3)或诸如二氧化硅(SiO2)的氧化硅中的一者形成。保护涂层416由在暴露于外延沉积处理条件或处理气体时不会降解的材料形成。保护涂层416可以是透镜或可以是施加至石英晶体406的涂层。保护涂层416具有小于约10μm的厚度，诸如约1nm至约10nm，诸如约1nm至约5nm。小的厚度使得能够保护石英晶体406，而不会显著抑制石英晶体406的振荡。
后接触件408或前接触件410中的至少一者由含金材料形成，例如金合金或纯金。后接触件408及前接触件410两者均可由含金材料形成。含金材料减少了后接触件408及前接触件410与沉积腔室100内的处理化学物质的反应。在一些实施方式中，后接触件408及前接触件410涂有含金材料。
冷却机构420穿过传感器保持器402的第一部分405设置。冷却机构420可以是穿过第一部分405的主体设置的冷却剂通道。冷却机构420可以是配置为接收冷却水的冷却剂通道。
一个或多个密封环412由在约200℃的温度下与外延沉积处理相容的聚合物或塑胶形成。在一些实施方式中，一个或多个密封环412可以是O形环或另一种类型的垫圈。
图5示出根据本公开内容的实施方式的用于图1的沉积腔室100内的控制示意图500。控制器120被配置为从每个生长监视器310接收数据或输入作为传感器读数502。控制器120配备有沉积腔室100的系统模型506或与沉积腔室100的系统模型506通信。系统模型506包括加热模型及气流模块。系统模型506是被配置为在整个沉积处理中估计沉积腔室100内的气流及加热的程序。控制器120进一步被配置为储存读数及计算504。
读数及计算504包括先前的传感器读数502，诸如沉积腔室100内的任何先前传感器读数。读数及计算504进一步包括在传感器读数502被控制器120测量且通过系统模型506运行之后所储存的计算值。因此，控制器120被配置为取回储存的读数及计算504以及保存读数及计算504以供将来使用。保持先前的读数及计算使得控制器120能够随时间调整系统模型506以反映沉积腔室100的更准确版本。
在本文描述的实施方式中，控制器120包括与存储器及大容量储存装置一起操作的可编程中央处理单元(central processing unit,CPU)、输入控制单元及显示单元(未示出)。控制器120监测前驱物、处理气体及净化气体流量。支持电路耦接至CPU，以常规方式支持处理器。在一些实施方式中，控制器120包括多个控制器120，使得储存的读数及计算504及系统模型506储存在与操作沉积腔室100的控制器120分开的控制器内。在其他实施方式中，所有系统模型506及储存的读数及计算504均保存在控制器120内。
控制器120被配置为通过向灯及气流控制器508提供输出来控制加热及通过沉积腔室100的气流。灯及气流控制器508包括上灯141、下灯143、处理气体源151、净化气体源162及排气泵157。控制器120也可控制沉积腔室100内的运动组件121。
控制器120被配置为基于传感器读数502、系统模型506以及储存的读数及计算504来调整到每个灯及气流控制器508的输出。控制器120包括嵌入式软件及补偿算法以将生长监视器310的频移校准至基板102上的膜厚度。可在基板102离开沉积腔室时或在处理操作之间测量基板102上的膜厚度，以提供使用生长监视器310测量的膜厚度生长率的参考。控制器120可包括机器学习算法且可使用回归或聚类技术。算法是无监督或监督算法。
图6示出根据本公开内容的实施方式的在图1的沉积腔室100内调整处理条件的方法600。方法600利用沉积腔室100内的生长监视器310以及本文所述的控制器120来改进基板102上的膜厚度均匀性及特性。
在方法600期间，在操作602期间，在处理腔室内处理第一基板。第一基板可以是基板102且处理腔室为沉积腔室100。在操作602期间处理第一基板包括在第一基板上进行沉积处理，诸如外延沉积处理。沉积处理在第一基板上生长膜并包括使用上灯141及下灯143加热基板。气体从处理气体入口114及净化气体入口164流过处理容积136，随后通过排放气体出口116排出。
当第一基板在处理腔室内处理时，生长监视器310用于在另一操作604期间测量监视器上的膜厚度生长。生长监视器310上的膜厚度生长的测量作为滚动操作执行。控制器(诸如控制器120)被配置为接收来自关于图3A-图3B描述的生长监视器310的组合的输入。该输入用于估计第一基板上的膜生长。一旦在处理腔室内完成第一基板的处理，在另一操作606期间，可使用处理腔室内或相邻腔室内的一个或多个其他非接触式传感器测量膜厚度。在操作606期间测量第一基板上的膜生长以非破坏性方式执行，诸如通过使用一个或多个非接触式传感器执行。非接触式传感器可以是激光厚度计且可在第一基板的表面上进行多次离散测量或可扫描第一基板的长度。
在操作606期间使用的非接触式传感器不一定用于基板处理期间的膜厚度测量，因为处理气体和来自加热源的辐射会干扰传感器读数以降低读数灵敏度及精度。因此，使用在操作606期间使用的非接触式传感器限制了在基板处理期间确定及管理处理容积内的加热及气流变化的能力。生长监视器310有利地使得能够在处理第一基板的同时调整处理条件，诸如加热及气流。
第一基板上的膜生长的测量使得能够在另一操作608期间计算第一基板上的生长率。在操作608期间计算第一基板上的生长率验证了控制器内使用的模型的准确性且使得处理腔室模型能够在另一个操作610期间被调整。在操作610期间调整处理腔室模型使得能够更好地将生长监视器310用于特定处理。一旦模型被调整，则进行另一基板(诸如第二基板)的处理且重复操作602、604、606、608、610。方法600的操作602、604、606、608、610可循环以在操作610期间连续调整处理腔室模型的精度并改善膜厚度生长结果。当对处理腔室执行预防性维护时，可重置或调整处理腔室模型且方法600再次开始。因此，各基板之间的膜厚度结果不断提高。这进一步实现了精确的膜厚度，且克服了随着膜在处理容积内的表面上堆积及随着灯老化而发生的处理腔室特性的变化。
尽管前述内容涉及本公开内容的实施方式，但可在不背离其基本范围的情况下设计本公开内容的其他及进一步的实施方式，且其范围由所附权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种适用于半导体基板处理的排气通道主体，其包含：
第一排气气室；
第一排气入口开口，所述第一排气入口开口穿过所述排气通道主体的第一端形成并流体连接至所述第一排气气室；
第一多个鳍片，所述第一多个鳍片设置在所述第一排气气室内邻近所述第一排气入口开口设置；
第一排气出口开口，所述第一排气出口开口穿过所述排气通道主体的第二端形成并流体连接至所述第一排气气室；
第一挡板，所述第一挡板邻近所述第一排气出口开口设置并被配置为使所述第一排气气室的第一宽度变窄；以及
至少一个生长监视器，所述至少一个生长监视器设置在所述第一挡板的下游并被配置为测量沉积在所述生长监视器上的材料的厚度。
2.根据权利要求1所述的排气通道主体，其中所述至少一个生长监视器是石英晶体膜厚度监视器。
3.根据权利要求1所述的排气通道主体，其中所述第一挡板被定向成随着所述第一排气气室朝向所述第一排气出口延伸而使所述第一排气气室变窄。
4.根据权利要求3所述的排气通道主体，其进一步包含：
第二排气气室；
第二排气入口开口，所述第二排气入口开口穿过所述排气通道主体的所述第一端形成并流体连接至所述第二排气气室；
第二多个鳍片，所述第二多个鳍片设置在所述第二排气气室内邻近所述第二排气入口开口；
第二排气出口开口，所述第二排气出口开口穿过所述排气通道主体的所述第二端形成并流体连接至所述第二排气气室；以及
第二挡板，所述第二挡板邻近所述第二排气出口开口设置并被配置为使所述第二排气气室的第二宽度变窄。
5.根据权利要求1所述的排气通道主体，其中所述第一排气入口开口具有入口宽度且所述第一排气出口开口具有一出口宽度，所述入口宽度与出口宽度之比为约2:1至约20:1。
6.根据权利要求5所述的排气通道主体，其中所述第一排气入口开口的入口宽度为约10mm至约210mm。
7.根据权利要求1所述的排气通道主体，其中所述第一多个鳍片包括至少四个鳍片。
8.根据权利要求7所述的排气通道主体，其中所述第一多个鳍片中的每一者被定向为彼此平行。
9.一种适用于半导体基板处理的排气系统，其包含：
排气通道主体，所述排气通道主体包含：
排气气室；
排气入口开口，所述排气入口开口穿过所述排气通道主体的第一端形成且具有入口宽度；
多个鳍片，所述多个鳍片设置在所述排气气室内邻近所述排气入口开口；
排气出口开口，所述排气出口开口穿过所述排气通道主体的第二端形成并流体连接至所述排气气室；
至少一个挡板，所述至少一个挡板邻近所述排气出口开口设置并被配置为将所述排气气室的宽度变窄至小于所述入口宽度的出口宽度；以及
至少一个生长监视器，所述至少一个生长监视器设置在所述挡板的下游并被配置为测量沉积在所述生长监视器上的材料的厚度；以及
排气收集器，所述排气收集器在所述排气出口处耦接至所述排气通道主体。
10.根据权利要求9所述的排气系统，其中所述至少一个生长监视器为石英晶体膜厚度监视器。
11.根据权利要求10所述的排气系统，其中所述石英晶体膜厚度监视器包含：
传感器保持器；
石英晶体，所述石英晶体设置在所述传感器保持器内；
后接触件，所述后接触件接触所述石英晶体的第一侧；
前接触件，所述前接触件接触所述石英晶体的第二侧；
保护涂层，所述保护涂层设置在所述石英晶体的所述第二侧；以及
传感器开口，所述传感器开口穿过所述传感器保持器设置并将所述保护涂层暴露于流经所述排气气室的气体。
12.根据权利要求11所述的排气系统，其中所述后接触件及所述前接触件中的至少一者包含金材料。
13.根据权利要求11所述的排气系统，其中所述保护涂层为氧化铝或二氧化硅中的一者或组合。
14.根据权利要求9所述的排气系统，其中所述鳍片为导热率高于约100W/m·K的材料。
15.根据权利要求14所述的排气系统，其中所述材料含有碳化硅。
16.根据权利要求9所述的排气系统，其中所述至少一个生长监视器设置在所述排气收集器内邻近所述排气出口开口。
17.根据权利要求9所述的排气系统，其中所述至少一个挡板为弯曲板。
18.一种适用于半导体基板处理的处理系统，其包含：
腔室主体，所述腔室主体形成处理容积；
基板支撑件，所述基板支撑件设置在所述腔室主体的所述处理容积内；
上窗，所述上窗设置在所述基板支撑件上方；
下窗，所述下窗设置在所述基板支撑件下方，其中所述上窗及所述下窗中的每一者进一步限定所述处理容积；
注射器，所述注射器穿过所述腔室主体的一侧设置并被配置为将处理气体引入至所述处理容积；
排气系统，所述排气系统穿过所述腔室主体的与所述注射器相对的第二侧设置并包含：
排气通道主体；
排气气室，所述排气气室穿过所述排气通道主体设置；
排气入口开口，所述排气入口开口穿过所述排气通道主体的第一端形成，所述排气入口开口被配置为流体连接所述排气气室及所述处理容积；
多个鳍片，所述多个鳍片设置在所述排气气室内；
排气出口开口，所述排气出口开口穿过所述排气通道主体的第二端形成并流体连接至所述排气气室；
至少一个挡板，所述至少一个挡板设置在所述鳍片的下游并被配置为使所述排气气室的宽度变窄至小于入口宽度的出口宽度；以及
至少一个生长监视器，所述至少一个生长监视器设置在所述挡板下游并内配置为测量沉积在所述生长监视器上的材料的厚度。
19.根据权利要求18所述的处理系统，其中所述至少一个生长监视器与控制器通信，所述控制器被配置为确定所述生长监视器上的生长率并调整处理气体流量、加热能量水平或排气流量中的至少一者。
20.根据权利要求19所述的处理系统，其中所述控制器比较在所述生长监视器上测量的生长率、腔室热模型、腔室流动模型及先前监视器测量值，以确定如何调整所述处理气体流量、所述加热能量水平或所述排气流量中的至少一者。
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