DE112013003275T5

DE112013003275T5 - Temperatursteuerung für auf GaN basierende Materialien

Info

Publication number: DE112013003275T5
Application number: DE201311003275
Authority: DE
Inventors: Alexander I. Gurary; Mikhail Belousov; Guray Tas
Original assignee: Veeco Instruments Inc
Current assignee: Veeco Instruments Inc
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2015-04-16
Also published as: KR101983878B1; JP2015522953A; US9200965B2; CN104395998A; TW201419383A; US20130343426A1; US9677944B2; CN104395998B; KR20150023062A; TWI520179B; WO2014004285A1; US20160041037A1; SG11201408285QA

Abstract

Verfahren zur In-Situ-Temperaturmessung für einen Waferbehandlungsreaktor, wie zum Beispiel einen chemischen Dampfphasenabscheidungsreaktor 10, das wünschenswert die Schritte des Erwärmens des Reaktors, bis der Reaktor eine Waferbehandlungstemperatur erreicht, und des Drehens eines Waferträgerelements 40 innerhalb des Reaktors um eine Rotationsachse 42 aufweist. Das Verfahren weist wünschenswert ferner während des Drehens um die Rotationsachse 42 des Waferträgerelements 40 das Erzielen erster Betriebstemperaturmessungen unter Verwendung eines ersten Betriebspyrometers 71, das Strahlung von einem ersten Abschnitt des Waferträgerelements empfängt, und das Erzielen erster Wafertemperaturmessungen unter Verwendung einer Wafertemperaturmessvorrichtung 80, die Strahlung von mindestens einem Wafer 46 empfängt, auf, wobei sich die Wafertemperaturmessvorrichtung an einer ersten Position A befindet.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung ist eine Fortsetzung der U.S.-Patentanmeldung Nr. 13/801 357, eingereicht am 13. März 2013, die den Vorrang des Einreichungsdatums der vorläufigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 61/664,374, eingereicht am 26. Juni 2012, deren Offenbarungen durch Verweis aufgenommen werden, beansprucht.
STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Waferverarbeitungsgerät, Temperaturmess- und Steuersysteme für den Gebrauch bei einem solchen Verarbeitungsgerät, und Verfahren der In-Situ-Temperaturmessung und -steuerung.
Viele Halbleitervorrichtungen werden durch Verfahren, die auf einem Substrat ausgeführt werden, gebildet. Typischerweise ist das Substrat eine Platte aus einem kristallinen Material, die gewöhnlich ein „Wafer” genannt wird. Typischerweise wird ein Wafer durch Aufwachsen eines großen Kristalls und Schneiden des Kristalls in die Form einer Scheibe gebildet. Ein übliches Verfahren, das auf einem solchen Wafer ausgeführt wird, ist epitaktisches Wachstum.
Vorrichtungen, die zum Beispiel aus Verbindungshalbleitern gebildet werden, wie zum Beispiel III-V-Verbindungshalbleiter, werden typischerweise durch Aufwachsen aufeinanderfolgender Schichten des Verbindungshalbleiters unter Verwendung metallorganischer chemischer Dampfabscheidungsprozesse oder „MOCVD” gebildet. Bei diesem Prozess werden die Wafer mit einer Kombination von Gasen exponiert, die typischerweise eine metallorganische Verbindung als eine Quelle eines Gruppe-III-Metalls aufweisen und auch eine Quelle eines Gruppe-V-Elements aufweisen, die über die Oberfläche des Wafers strömen, während der Wafer auf einer hohen Temperatur gehalten wird. Typischerweise werden die metallorganischen Verbindungen und die Gruppe-V-Quelle mit einem Trägergas kombiniert, das nicht merklich an der Reaktion teilnimmt, wie zum Beispiel Stickstoff. Ein Beispiel eines III-V-Halbleiters ist Galliumnitrid, das durch Reaktion einer organischen Galliumverbindung und Ammoniak auf einem Substrat gebildet werden kann, das einen geeigneten Kristallgitterabstand hat, wie zum Beispiel ein Saphirwafer. Typischerweise wird der Wafer während des Abscheidens von Galliumnitrid und verwandter Verbindungen auf einer Temperatur in der Größenordnung von 500 bis 1000°C gehalten.
Verbundvorrichtungen können durch Abscheiden zahlreicher Schichten in Abfolge auf der Oberfläche des Wafers unter leicht unterschiedlichen Reaktionsbedingungen hergestellt werden, wie zum Beispiel Hinzufügungen anderer Gruppe-III-Elemente oder Gruppe-V-Elemente, um die Kristallstruktur und die Bandlücke des Halbleiters zu variieren. Bei einem auf Galliumnitrid basierenden Halbleiter, können zum Beispiel Indium, Aluminium oder beide in variierenden Anteilen verwendet werden, um die Bandlücke des Halbleiters zu variieren. Dotierstoffe des p-Typs oder des n-Typs können auch zum Steuern der Leitfähigkeit jeder Schicht hinzugefügt werden. Nachdem alle Halbleiterschichten ausgebildet wurden und typischerweise nachdem entsprechende elektrische Kontakte angelegt wurden, wird der Wafer in einzelne Elemente geschnitten. Vorrichtungen, wie zum Beispiel Licht emittierende Dioden („LEDs”), Laser und andere elektronische und opto-elektronische Vorrichtungen können derart hergestellt werden.
Bei einem typischen chemischen Dampfphasenabscheidungsverfahren werden zahlreiche. Wafer auf einem Bestandteil, das gewöhnlich Waferträger genannt wird, gehalten, so dass eine obere Oberfläche jedes Wafers an der oberen Oberfläche des Waferträgers exponiert ist. Der Waferträger wird dann in einen Reaktor platziert und bei der gewünschten Temperatur gehalten, während das Gasgemisch über die Oberfläche des Waferträgers strömt. Es ist wichtig, gleichförmige Bedingungen während des Prozesses an allen Stellen an den oberen Oberflächen der verschiedenen Wafer auf dem Träger aufrechtzuerhalten. Geringfügige Variationen der Zusammensetzung der reaktiven Gase und der Temperatur der Waferoberflächen verursachen unerwünschte Variationen der Eigenschaften der resultierenden Halbleitervorrichtungen.
Wenn zum Beispiel eine Gallium-Indiumnitridschicht abgeschieden wird, verursachen Variationen in der Waferoberflächentemperatur oder Konzentrationen der reaktiven Gase Variationen in der Zusammensetzung und Bandlücke der abgeschiedenen Schicht. Da Indium einen relativ hohen Dampfdruck hat, hat die abgeschiedene Schicht einen niedrigeren Anteil an Indium und eine größere Bandlücke in den Bereichen des Wafers, in welchen die Oberflächentemperatur höher ist. Falls die abgeschiedene Schicht eine aktive, Licht emittierende Schicht einer LED-Struktur ist, variiert auch die Emissionswellenlänge der LEDs, die aus dem Wafer gebildet werden. Es sind daher im Stand der Technik beträchtliche Bemühungen zur Aufrechterhaltung gleichförmiger Bedingungen erfolgt.
Ein Typ CVD-Gerät, das in der Industrie weitgehend akzeptiert ist, verwendet einen Waferträger in der Form einer großen Scheibe mit zahlreichen Waferhaltebereichen, die jeweils zum Halten eines Wafers angepasst sind. Der Waferträger wird auf einer Spindel innerhalb der Reaktionskammer getragen, so dass die obere Oberseite des Waferträgers die exponierten Oberflächen der Waferseiten aufwärts zu einem Gasverteilungselement hat. Während die Spindel gedreht wird, wird das Gas abwärts auf die obere Oberfläche des Waferträgers gelenkt und strömt über die obere Oberfläche zu dem Umfang des Waferträgers. Das verwendete Gas wird aus der Reaktionskammer durch Auslassöffnungen abgeleitet, die unterhalb des Waferträgers angeordnet und um die Achse der Spindel verteilt sind, typischerweise in der Nähe des Umfangs der Kammer.
Der Waferträger wird von Heizelementen, typischerweise elektrischen Widerstandsheizelementen, die unterhalb der unteren Oberfläche des Waferträgers angeordnet sind, bei der gewünschten hohen Temperatur gehalten. Diese Heizelemente werden bei einer Temperatur oberhalb der gewünschten Temperatur der Waferoberflächen gehalten, während das Gasverteilungselement typischerweise bei einer Temperatur gehalten wird, die deutlich niedriger ist als die gewünschte Reaktionstemperatur, um eine verfrühte Reaktion der Gase vorzubeugen. Wärme wird daher von den Heizelementen zu der unteren Oberfläche des Waferträgers übertragen und strömt aufwärts durch den Waferträger zu den einzelnen Wafern.
Bei einem herkömmlichen Waferbehandlungsprozess, wie zum Beispiel einem chemischen Dampfphasenabscheidungsverfahren oder einem anderen Vorgang, der einen Reaktor mit Drehscheibe für irgendeinen anderen Zweck als Ätzen verwendet, kann die Verfahrenstemperatur in der Reaktionskammer durch ein oder mehrere berührungslose Pyrometer gemessen werden, die angepasst sind, um die Temperatur des Waferträgers und/oder des Wafers während der Verarbeitung zu messen. Solche Temperaturmessungen können als eine Eingabe verwendet werden, um zu helfen, die Steuerung der Heizelemente während der Verarbeitung der Wafer zu bestimmen.
Es ist wichtig, die Temperatur der Wafer in einem CVD-Reaktor während der Waferbehandlungszyklen bestimmen zu können. Hohe Pyrometer-Wiederholbarkeit über unterschiedliche CVD-Reaktoren kann den Gebrauch eines einzigen CVD-Verfahrensrezepts über mehrere Reaktoren erlauben, die Produktionsausfallzeit stark verringern, die auftreten kann, falls einzelne Reaktoren stark abgestimmt werden müssen, um konsistente Wafermerkmale unter den Reaktoren zu erzeugen. Ein kritischer Bestandteil der CVD-Reaktor-Pyrometerwiederholbarkeit ist die Temperaturabstimmung über mehrere Reaktoren aufgrund der hohen Empfindlichkeit der Merkmale der Geräte, die in CVD-Reaktoren hergestellt werden, gegenüber den Temperaturen, die in dem CVD-Prozess verwendet werden. Wenn zum Beispiel die Geräte, die in den Reaktoren hergestellt werden, Laser oder LEDs sind, die mehrere Quantentöpfe („MQWs”) aufweisen, reagieren die Wellenlängen, die von den MQWs gesendet werden, sehr empfindlich auf die Temperaturen, die bei dem CVD-Prozess verwendet werden. Es ist daher erforderlich, dass Pyrometer über mehrere Reaktoren die Wafer in diesen Reaktoren auf dieselben Waferprozesstemperaturen bringen.
Man sieht jedoch typisch eine Variation der gemessenen Temperaturen über mehrere Pyrometer in einem Reaktor oder einer Anlage und sogar über mehrere Wafer in einem einzigen Reaktor. Sogar nach Kalibrierung können Pyrometer eine Streuung von ±3°C aufgrund von Variationen der Kalibrierung dieser Schwarzkörperöfen haben, sowie Instabilität und Drift des Ofens mit der Zeit, so dass die tatsächliche Temperatur des Waferträgers und der Wafer im Prozess ungewiss werden kann. Zusätzliche Quellen der Variation der von einem Pyrometer gemessenen Temperatur kann die variable Installation der Pyrometer auf dem Reaktor umfassen, die die Ablesung der Pyrometertemperatur beeinflussen kann, und Drift der Pyrometertemperaturwerte, die mit der Zeit ausgegeben werden. Solche gemessenen Temperaturvariationen können es schwierig gestalten, universelle Temperatursteuerrezepte auf mehreren MOCVD-Reaktoren oder sogar von einem Prozesslauf zum anderen in demselben Reaktor zu verwenden, und die resultierende Ungewissheit kann das Abstimmen des einzelnen Reaktorsystems erfordern, um mehrere Reaktoren auf dasselbe Temperatursteuerverhalten zu bringen.
Obwohl beträchtliche Bemühungen im Stand der Technik zur Optimierung solcher Systeme erfolgten, wäre eine weitere Verbesserung immer noch wünschenswert. Insbesondere wäre es wünschenswert, ein Temperaturmesssystem bereitzustellen, das die Temperatur der Wafer in einem Reaktor präziser steuern kann.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren zur In-Situ-Temperaturmessung für einen Waferbehandlungsreaktor und ein In-Situ-Temperaturmesssystem für einen Waferbehandlungsreaktor werden bereitgestellt. Ein Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zur In-Situ-Temperaturmessung für einen Waferbehandlungsreaktor, wie zum Beispiel einen chemischen Dampfphasenabscheidungsreaktor bereit. Das Verfahren weist wünschenswert Schritte des Erwärmens des Reaktors auf, bis der Reaktor eine Waferbehandlungstemperatur erreicht, und Drehen eines Waferträgerelements innerhalb des Reaktors um eine Rotationsachse. Das Verfahren weist wünschenswert ferner während des Drehens des Waferträgerelements um die Rotationsachse das Erzielen erster Betriebstemperaturmessungen unter Verwendung eines ersten Betriebspyrometers auf, das Strahlung von einem ersten Abschnitt des Waferträgerelements empfängt, und das Erzielen erster Wafertemperaturmessungen unter Verwendung einer Wafertemperaturmessvorrichtung, die Strahlung von mindestens einem Wafer empfängt, wobei sich die Wafertemperaturmessvorrichtung an einer ersten Position befindet.
Bei einer besonderen Ausführungsform kann sich der erste Abschnitt des Waferträgerelements an einer ersten radialen Entfernung von der Rotationsachse befinden. Während das Waferträgerelement um die Rotationsachse dreht, kann die Strahlung, die von der Wafertemperaturmessvorrichtung von dem mindestens einen Wafer empfangen wird, von Stellen an der ersten radialen Entfernung von der Rotationsachse empfangen werden. Bei einem Beispiel kann die Wafertemperaturmessvorrichtung ein Pyrometer mit kurzer Wellenlänge sein. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die Wafertemperaturmessvorrichtung eine der folgenden sein: eine Vorrichtung, die auf Absorptionsverschiebung beruht, oder ein Weißlicht-Spektralreflektometer.
Bei einem Beispiel kann das erste Betriebspyrometer auf Strahlung in einem ersten Wellenlängenband reagieren, die Wafertemperaturmessvorrichtung kann auf Strahlung in einem zweiten Wellenlängenband reagieren, und der mindestens eine Wafer kann für Strahlung in dem ersten Band durchscheinend oder transparent und Strahlung in dem zweiten Band opak sein. Bei einem besonderen Beispiel kann das erste Wellenlängenband in dem Infrarotlichtspektrum liegen, und das zweite Wellenlängenband kann in dem Ultraviolettlichtspektrum liegen. Bei einer besonderen Ausführungsform kann der mindestens eine Wafer im Wesentlichen aus Saphir bestehen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der mindestens eine Wafer eine Mehrzahl von Wafern sein.
Bei einem besonderen Beispiel können die Schritte des Erzielens erster Betriebstemperaturmessungen und des Erzielens erster Wafertemperaturmessungen gleichzeitig ausgeführt werden. Bei einer Ausführungsform können die Schritte des Erzielens erster Betriebstemperaturmessungen und des Erzielens erster Wafertemperaturmessungen während des Betriebs des Reaktors zum Behandeln von Wafern ausgeführt werden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Betrieb des Reaktors zum Behandeln von Wafern chemische Dampfphasenabscheidung aufweisen. Bei einer besonderen Ausführungsform kann der Erwärmungsschritt durch ein Multizonen-Heizsystem für das Waferträgerelement ausgeführt werden, wobei eine erste Zone des Heizsystems einen Abschnitt hat, der sich in der ersten radialen Entfernung von der Rotationsachse befindet. Das Verfahren kann auch den Schritt des Änderns der Temperatur der ersten Zone aufweisen.
Bei einem Beispiel kann das Verfahren auch die Schritte des Bewegens der Wafertemperaturmessvorrichtung zu einer zweiten Position aufweisen, und, während das Waferträgerelement um die Rotationsachse dreht, das Erzielen zweiter Betriebstemperaturmessungen unter Verwendung eines zweiten Betriebspyrometers, das Strahlung von einem zweiten Abschnitt des Waferträgerelements empfängt. Das Verfahren kann auch während des Drehens des Waferträgerelements um die Rotationsachse den Schritt des Erzielens zweiter Wafertemperaturmessungen unter Verwendung der Wafertemperaturmessvorrichtung aufweisen, wobei die zweiten Wafertemperaturmessungen mindestens teilweise auf Strahlung beruhen, die von dem mindestens einen Wafer empfangen wird.
Bei einer besonderen Ausführungsform kann sich der zweite Abschnitt des Waferträgerelements an einer zweiten radialen Entfernung von der Rotationsachse befinden. Während das Waferträgerelement um die Rotationsachse dreht, kann die Strahlung, die von der Wafertemperaturmessvorrichtung von dem mindestens einen Wafer empfangen wird, von Stellen an der zweiten radialen Entfernung von der Rotationsachse empfangen werden. Bei einem Beispiel kann die zweite Zone des Heizsystems einen Abschnitt haben, der sich auf der zweiten radialen Entfernung von der Rotationsachse befindet. Das Verfahren kann auch den Schritt des Änderns der Temperatur der zweiten Zone aufweisen.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die Wafertemperaturmessvorrichtung in ein radial extensives optisches Fenster eingefügt sein, und der Bewegungsschritt kann derart ausgeführt werden, dass die Wafertemperaturmessvorrichtung entlang des radial extensiven kalibrierenden optischen Fensters von der ersten Position zu der zweiten Position bewegt wird. Bei einer Ausführungsform kann der Bewegungsschritt derart ausgeführt werden, dass die Wafertemperaturmessvorrichtung entlang einer linearen Gleitbahn bewegt wird. Bei einem besonderen Beispiel können die ersten Wafertemperaturmessungen mindestens teilweise auf Strahlung basieren, die von einem ersten Wafer des mindestens einen Wafers empfangen wird, und die zweiten Wafertemperaturmessungen können mindestens teilweise auf Strahlung basieren, die von einem zweiten Wafer des mindestens einen Wafers empfangen wird.
Bei einer Ausführungsform kann die Waferbehandlungstemperatur eine erste Waferbehandlungstemperatur sein. Das Verfahren kann auch die Schritte des Erwärmens des Reaktors, bis der Reaktor eine zweite Waferbehandlungstemperatur erreicht, aufweisen, und, während des Drehens des Waferträgerelements um die Rotationsachse, das Erzielen zweiter Betriebstemperaturmessungen von dem ersten Abschnitt des Waferträgerelements unter Verwendung des ersten Betriebspyrometers. Das Verfahren kann auch während des Drehens des Waferträgerelements um die Rotationsachse den Schritt des Erzielens zweiter Wafertemperaturmessungen von dem mindestens einen Wafer unter Verwendung der Wafertemperaturmessvorrichtung aufweisen.
Ein anderer Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zur In-Situ-Temperaturmessung für einen Waferbehandlungsreaktor, wie zum Beispiel einen Dampfphasenabscheidungsreaktor, bereit. Das Verfahren weist wünschenswert die Schritte des Erwärmens des Reaktors, bis der Reaktor eine Waferbehandlungstemperatur erreicht, das Drehen eines Waferträgerelements, das mindestens einen Wafer trägt, innerhalb des Reaktors um eine Rotationsachse und das Abscheiden eines Materials, das über der oberen Oberfläche des mindestens einen Wafers liegt, auf, wobei das Material eine Schicht bildet, die eine obere Oberfläche hat.
Das Verfahren weist wünschenswert ferner während des Drehens des Waferträgerelements um die Rotationsachse das Erzielen erster Betriebstemperaturmessungen unter Verwendung eines ersten Betriebspyrometers, das auf Strahlung in einem ersten Wellenlängenband reagiert, auf, wobei das erste Betriebspyrometer Strahlung von der oberen Oberfläche des mindestens einen Wafers empfängt, wobei der mindestens eine Wafer für Strahlung in dem ersten Band opak ist, wobei die Schicht, die über der oberen Oberfläche des mindestens einen Wafers liegt, für Strahlung in dem ersten Band durchscheinend oder transparent ist.
Das Verfahren weist ferner wünschenswert während des Drehens des Waferträgerelements um die Rotationsachse das Erzielen erster Wafertemperaturmessungen unter Verwendung einer Wafertemperaturmessvorrichtung, die auf Strahlung in einem zweiten Wellenlängenband reagiert, auf, wobei die Wafertemperaturmessvorrichtung Strahlung von der oberen Oberfläche der Schicht, die über der oberen Oberfläche des mindestens eines Wafers liegt, empfängt, wobei der mindestens eine Wafer für Strahlung in dem zweiten Band opak ist, wobei die Schicht, die über der oberen Oberfläche des mindestens einen Wafers liegt, für Strahlung in dem zweiten Band opak ist, wobei sich die Wafertemperaturmessvorrichtung an einer ersten Position befindet.
Noch ein anderer Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zur Kalibrierung einer In-Situ-Wafertemperaturmessvorrichtung für einen Waferbehandlungsreaktor, wie zum Beispiel einen Dampfphasenabscheidungsreaktor, bereit. Das Verfahren weist wünschenswert die Schritte des Positionierens eines Kalibrierpyrometers an einer Kalibrierposition derart auf, dass das Kalibrierpyrometer angepasst ist, um Strahlung von einem Abschnitt eines ersten Waferträgerelements an einer ersten radialen Entfernung von einer Rotationsachse des ersten Waferträgerelements zu empfangen, das Erwärmen des Reaktors, bis der Reaktor eine Pyrometerkalibriertemperatur erreicht, und das Drehen des ersten Waferträgerelements um die Rotationsachse.
Das Verfahren weist ferner wünschenswert während des Drehens des ersten Waferträgerelements um die Rotationsachse das Erzielen erster Betriebstemperaturmessungen von einem Betriebspyrometer auf, das an einer Betriebsposition derart installiert ist, dass das Betriebspyrometer angepasst ist, um Strahlung von dem Abschnitt des ersten Waferträgerelements an der ersten radialen Entfernung von der Rotationsachse des ersten Waferträgerelements zu empfangen. Das Verfahren weist ferner wünschenswert während des Drehens des Trägerelements um die Rotationsachse das Erzielen erster Kalibriertemperaturmessungen von dem Kalibrierpyrometer auf.
Das Verfahren weist ferner wünschenswert das Entfernen des Kalibrierpyrometers von der Kalibrierposition, das Ersetzen des ersten Waferträgerelements durch ein zweites Waferträgerelement, das mindestens einen Wafer trägt, auf, wobei der mindestens eine Wafer für das Betriebspyrometer und die Wafertemperaturmessvorrichtung opak ist, das Positionieren der Wafertemperaturmessvorrichtung an der Kalibrierposition, so dass die Wafertemperaturmessvorrichtung angepasst ist, um erste Strahlung von dem mindestens einen Wafer an der ersten radialen Entfernung von der Rotationsachse des zweiten Waferträgerelements zu empfangen, und das Drehen des zweiten Waferträgerelements um die Rotationsachse.
Das Verfahren weist ferner wünschenswert während des Drehens des zweiten Waferträgerelements um die Rotationsachse das Erzielen zweiter Betriebstemperaturmessungen von der Wafertemperaturmessvorrichtung auf, wobei die zweiten Betriebstemperaturmessungen eine Temperatur einer oberen Oberfläche des mindestens einen Wafers aufweisen. Das Verfahren weist ferner wünschenswert während des Drehens des zweiten Waferträgerelements um die Rotationsachse das Erzielen zweiter Kalibriertemperaturmessungen von dem ersten Betriebspyrometer auf, wobei die zweiten Betriebstemperaturmessungen eine Temperatur der oberen Oberfläche des mindestens einen Wafers aufweisen.
Noch ein anderer Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zur In-Situ-Temperaturmessung für einen Waferbehandlungsreaktor, wie zum Beispiel einen Dampfphasenabscheidungsreaktor, bereit. Das System weist vorzugsweise ein Waferträgerelement auf, das eine Rotationsachse hat, ein Heizelement für das Waferträgerelement, ein erstes Betriebspyrometer, das angepasst ist, um Strahlung von einem ersten Abschnitt des Waferträgerelements an einer ersten radialen Entfernung von der Rotationsachse zu empfangen und eine Wafertemperaturmessvorrichtung auf, die sich an der ersten Position befindet. Die Wafertemperaturmessvorrichtung in der ersten Position kann angepasst werden, um Strahlung von mindestens einem Wafer zu empfangen, der auf dem Waferträgerelement an der ersten radialen Entfernung von der Rotationsachse angeordnet ist.
Bei einer besonderen Ausführungsform kann die Wafertemperaturmessvorrichtung ein Pyrometer mit kurzer Wellenlänge sein. Bei einem Beispiel kann die Wafertemperaturmessvorrichtung eine Vorrichtung sein, die auf Absorptionsverschiebung beruht. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das erste Betriebspyrometer auf eine Strahlung in einem ersten Wellenlängenband reagieren, die Wafertemperaturmessvorrichtung kann auf Strahlung in einem zweiten Wellenlängenband reagieren, und der mindestens eine Wafer kann für Strahlung in dem ersten Band durchscheinend oder transparent und für Strahlung in dem zweiten Band opak sein.
Bei einer Ausführungsform kann das erste Wellenlängenband in dem Infrarotlichtspektrum liegen, und das zweite Wellenlängenband kann in dem Ultraviolettlichtspektrum liegen. Bei einem besonderen Beispiel können das erste Betriebspyrometer und die Wafertemperaturmessvorrichtung angepasst sein, um gleichzeitig Temperaturmessungen an der ersten radialen Entfernung von der Rotationsachse des Waferträgerelements zu nehmen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das Heizelement ein Multizonen-Heizsystem für das Waferträgerelement sein, und eine erste Zone des Heizsystems kann einen Abschnitt haben, der an der ersten radialen Entfernung von der Rotationsachse liegt.
Bei einem besonderen Beispiel kann das System auch ein zweites Betriebspyrometer aufweisen, das angepasst ist, um Strahlung von einem zweiten Abschnitt des Waferträgerelements an einer zweiten radialen Entfernung von der Rotationsachse zu empfangen. Die Temperaturmessvorrichtungen können angepasst sein, um an einer zweiten Position zu liegen, und die Wafertemperaturmessvorrichtung in der zweiten Position kann angepasst sein, um Strahlung von dem mindestens einen Wafer an der zweiten radialen Entfernung von der Rotationsachse zu empfangen. Bei einer Ausführungsform kann die Wafertemperaturmessvorrichtung in ein radial extensives optisches Fenster eingefügt sein, und die Wafertemperaturmessvorrichtung kann angepasst sein, um innerhalb des radial extensiven optischen Fensters zwischen der ersten und der zweiten Position zu gleiten. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das System auch eine lineare Gleitbahn aufweisen. Die Wafertemperaturmessvorrichtung kann angepasst sein, um entlang der linearen Gleitbahn zwischen der ersten und der zweiten Position zu gleiten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittansicht, die ein chemisches Dampfphasenabscheidungsgerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung abbildet.
2 ist eine teilweise Querschnittansicht, die eine alternative Fensterausführungsform für das in 1 gezeigte chemische Dampfphasenabscheidungsgerät abbildet.
3 ist eine Querschnittansicht, die ein Trägerelement, das Wafer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung trägt, abbildet.
4 ist eine Querschnittansicht, die eine Dual-Band-Temperaturmessvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung abbildet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf 1, weist ein chemisches Dampfphasenabscheidungsgerät 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Reaktionskammer 12 auf, die ein Gaseinlassrohr 14 aufweist, das an einem Ende der Kammer 12 angeordnet ist. Das Ende der Kammer 12, das das Gaseinlassrohr 14 hat, wird hier das „obere” Ende der Kammer 12 genannt. Dieses Ende der Kammer ist typischerweise aber nicht zwingend in dem normalen Schwerkraftbezugsrahmen an der Oberseite der Kammer angeordnet. Die Abwärtsrichtung, wie sie hier verwendet wird, bezieht sich daher auf die Richtung von dem Gaseinlassrohr 14 weg, während sich die Aufwärtsrichtung auf die Richtung innerhalb der Kammer zu dem Gaseinlassrohr 14 bezieht, ungeachtet dessen, ob diese Richtungen mit der Schwerkraftaufwärts- und Abwärtsrichtung ausgerichtet sind. Ähnlich werden die „obere” und „untere” Oberfläche der Elemente hier unter Bezugnahme auf den Bezugsrahmen der Kammer 12 und des Rohrs 14 beschrieben.
Die Kammer 12 hat eine zylindrische Wand 20, die sich zwischen einem oberen Flansch 22 an dem oberen Ende der Kammer und einer Grundplatte 24 an dem unteren Ende der Kammer erstreckt. Die Wand 20, der Flansch 22 und die Grundplatte 24 definieren einen luftdicht abgedichteten Innenraum 26, der Gase enthalten kann, die von dem Gaseinlassrohr 14 abgegeben werden. Obwohl die Kammer 12 als zylindrisch gezeigt ist, können andere Ausführungsformen eine Kammer aufweisen, die eine andere Form hat, darunter zum Beispiel ein Kegel oder eine andere Rotationsoberfläche um eine zentrale Achse 32, ein Quadrat, ein Sechseck, ein Achteck oder irgendeine andere geeignete Form.
Das Gaseinlassrohr 14 ist mit Quellen zum Zuführen von Prozessgasen verbunden, die bei dem Waferbehandlungsvorgang zu verwenden sind, wie zum Beispiel ein Trägergas und Reaktionsgase, wie zum Beispiel eine metallorganische Verbindung und eine Quelle eines Gruppe-V-Metalls. Bei einem typischen chemischen Dampfphasenabscheidungsvorgang kann das Trägergas Stickstoff, Wasserstoff oder ein Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff sein, und das Prozessgas an der oberen Oberfläche des Waferträgers kann vorherrschend aus Stickstoff und/oder Wasserstoff mit derselben Menge an Reaktionsgasbestandteilen bestehen. Das Gaseinlassrohr 14 ist angeordnet, um die verschiedenen Gase zu empfangen und einen Strom von Prozessgasen allgemein in die Abwärtsrichtung zu lenken.
Das Gaseinlassrohr 14 kann auch mit einem Kühlmittelsystem (nicht gezeigt) verbunden sein, das angeordnet ist, um eine Flüssigkeit durch das Gasverteilungselement zu zirkulieren, um die Temperatur des Elements während des Betriebs bei einer gewünschten Temperatur zu halten. Eine ähnliche Kühlmittelanordnung (nicht gezeigt) kann zum Kühlen der Wände der Kammer 12 vorgesehen werden.
Die Kammer 12 kann auch mit einer Eingangsöffnung (nicht gezeigt) versehen werden, die zu einer Vorkammer (nicht gezeigt) führt, und mit einer beweglichen Blende (nicht gezeigt) zum Schließen und Öffnen der Eingangsöffnung. Die Blende kann zum Beispiel wie im U.S.-Patent Nr. 7 276 124 offenbart konfiguriert sein, dessen Offenbarung hiermit durch Verweis aufgenommen wird.
Eine Spindel 30 ist innerhalb der Kammer derart angeordnet, dass sich die zentrale Achse 32 der Spindel 30 in eine Aufwärts- und Abwärtsrichtung erstreckt. Die Spindel ist an die Kammer mit einer herkömmlichen drehenden Durchgangsvorrichtung 34 montiert, die Lager und Abdichtungen (nicht gezeigt) enthält, so dass die Spindel um die zentrale Achse 32 drehen kann, während eine Dichtung zwischen der Spindel 30 und der Grundplatte 24 der Kammer 12 aufrechterhalten wird. Die Spindel 30 hat an ihrem oberen Ende, das heißt an dem Ende der Spindel, das dem Gaseinlassrohr 14 am nächsten liegt, einen Beschlag 36.
Die Spindel 30 ist mit einem Drehantriebsmechanismus 38, wie zum Beispiel mit einem Elektromotorantrieb, verbunden, der eingerichtet ist, um die Spindel um die zentrale Achse 32 zu drehen. Die Spindel 30 kann auch mit internen Kühlmittelpassagen versehen werden, die sich im Allgemeinen in die axialen Richtungen der Spindel innerhalb des Gasdurchgangs erstrecken. Die internen Kühlmittelpassagen können mit einer Kühlmittelquelle verbunden werden, so dass ein flüssiges Kühlmittel durch die Quelle durch die Kühlmittelpassagen und zu der Kühlmittelquelle zurück zirkuliert werden kann.
Ein Waferträger oder ein Waferträgerelement 40 hat im Wesentlichen die Form einer kreisförmigen Scheibe, die eine obere Oberfläche 41 und eine zentrale Achse 42 hat. In der Betriebsposition, die in 1 gezeigt ist, fällt die zentrale Achse 42 des Trägerelements 40 mit der Achse 32 der Spindel zusammen. Das Trägerelement 40 kann als ein einziges Teil oder als ein aus mehreren Teilen zusammengesetztes Teil ausgebildet werden. Wie in der veröffentlichten U.S.-Patentanmeldung Nr. 2009/0155028 offenbart, deren Offenbarung hiermit durch Verweis aufgenommen wird, kann das Trägerelement eine Nabe aufweisen, die einen kleinen Bereich des Trägerelements definiert, der die zentrale Achse 42 umgibt, und einen größeren Abschnitt, der den Rest des scheibenähnlichen Körpers definiert. Bei anderen Ausführungsformen (nicht gezeigt) kann das Trägerelement 40 andere Formen haben, darunter zum Beispiel ein Quadrat, ein Sechseck oder ein Achteck.
Das Trägerelement 40 kann aus Materialien gebildet sein, die den CVD-Prozess nicht kontaminieren und die den Temperaturen, die bei dem Prozess auftreten, standhalten. Der größere Abschnitt des Trägerelements 40 kann zum Beispiel zum Großteil oder vollständig aus Materialien wie zum Beispiel Graphit, Silikonkarbid, Bornitrid, Aluminiumnitrid oder anderen feuerfesten Materialien gebildet werden. Das Trägerelement 40 hat allgemein flache obere und untere Oberflächen, die sich allgemein parallel zueinander und allgemein senkrecht zu der vertikalen Rotationsachse 42 des Trägerelements erstrecken. Bei einem Beispiel kann das Trägerelement 40 einen Durchmesser von etwa 300 mm bis 700 mm haben.
Das Trägerelement 40 kann Plattformen oder Vertiefungen 44 aufweisen, die umfänglich um das Trägerelement angeordnet sind, wobei jede solche Plattform oder Vertiefung ausgelegt ist, um abnehmbar einen scheibenähnlichen Wafer 46 aufzunehmen und einen solchen Wafer während eines MOCVD-Prozesses wie der, der unten beschrieben ist, zu halten. Jeder Wafer 46 kann aus einem Saphir, Silikonkarbid, Silikon, Galliumnitrid oder anderen kristallinen Substraten gebildet werden. Typischerweise hat jeder Wafer 46 eine Stärke, die im Vergleich zu den Maßen seiner Hauptoberflächen klein ist. Ein kreisförmiger Wafer zu etwa 2 Zoll (50 mm) Durchmesser kann zum Beispiel 430 μm oder weniger stark sein. Jeder Wafer 46 kann auf oder benachbart zu dem Trägerelement 40 angeordnet werden, wobei eine obere Oberfläche aufwärts zeigt, so dass die obere Oberfläche des Wafers an der oberen Oberfläche 41 des Trägerelements exponiert ist.
Einige Wafer 46, wie zum Beispiel diejenigen, die aus Saphirsubstrat mit GaN-Schichten, die darauf während eines CVD-Prozesses abgeschieden werden, hergestellt sind, können für sichtbares und Infrarotlicht transparent aber für Ultraviolettlicht opak sein. Bei einem besonderen Beispiel können Saphirwafer für Lichtwellenlängen, die länger sind als 450 nm, bei typischen CVD-Prozesstemperaturen (enthält fast das gesamte Spektrum sichtbaren Lichts) transparent, aber für Lichtwellenlängen, die gleich oder kleiner sind als 450 nm, (enthält das Ultraviolettlichtspektrum) opak sein. Eine oder mehrere Schichten von Galliumnitrid, die auf Wafern aufgebracht werden, können für Lichtwellenlängen, die länger als 410 nm sind (enthält fast das gesamte Spektrum sichtbaren Lichts) transparent sein, aber für Lichtwellenlängen, die gleich oder kleiner als 410 nm sind (enthält das Ultraviolettlichtspektrum), opak sein. Andere Wafer 46, wie zum Beispiel die aus Silikon hergestellten, können für Lichtwellenlängen, die länger als 1100 nm sind (enthält einen Teil des Infrarotlichtspektrums), transparent sein, aber für Lichtwellenlängen gleich oder kürzer als 1100 nm (enthält das Ultraviolett- und sichtbare Lichtspektrum und einen Teil des Infrarotlichtspektrums) opak sein.
Ein Heizelement 50 ist innerhalb der Kammer 12 montiert und umgibt die Spindel 30 unterhalb des Beschlags 36. Das Heizelement 50 kann Wärme zu der unteren Oberfläche des Trägerelements 40 hauptsächlich durch Strahlungswärmeübertragung übertragen. Wärme, die an die untere Oberfläche des Trägerelements 40 angelegt wird, kann durch den Körper des Trägerelements zu dessen oberer Oberfläche 41 aufwärts strömen. Wärme kann aufwärts zu der unteren Oberfläche des Wafers 44, der von dem Trägerelement 40 gehalten wird, und aufwärts durch die Wafer und zu deren oberen Oberflächen durchgehen. Wärme kann von den oberen Oberflächen der Wafer zu den kälteren Elementen der Prozesskammer 12, wie zum Beispiel zu den Wänden 20 der Prozesskammer und zu dem Gaseinlassrohr 14 abgestrahlt werden. Wärme kann auch von den oberen Oberflächen zu den Wafern zu dem Prozessgas, das über diese Oberflächen läuft, übertragen werden.
Bei einer besonderen Ausführungsform kann das Heizelement 50 ein Multizonen-Heizelement sein, wobei unterschiedliche Abschnitte des Trägerelements 40 unterschiedlich erwärmt werden können. Bei einem Beispiel einer solchen Multizonen-Ausführungsform kann sich ein erster ringförmiger Abschnitt 51 an einer Position befinden, die eine erste radiale Entfernung D1 von der zentralen Achse 32 der Spindel 30 aufweist, ein zweiter ringförmiger Abschnitt 53 kann sich an einer Position befinden, die eine zweite radiale Entfernung D2 von der zentralen Achse aufweist, und ein dritter ringförmiger Abschnitt 55 kann sich an einer Position befinden, die eine dritte radiale Entfernung D3 von der zentralen Achse aufweist. Obwohl ein Heizelement 50 mit drei Zonen in den Figuren gezeigt ist, können bei anderen Ausführungsformen Heizelemente mit anderen Anzahlen von Zonen verwendet werden, wie zum Beispiel eine, zwei, vier, fünf, sechs, acht oder zehn.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform können Hitzeschilder (nicht gezeigt) unterhalb des Heizelements 50 vorgesehen werden, zum Beispiel parallel zu dem Trägerelement 40 angeordnet sein, um zu helfen, Wärme von dem Heizelement aufwärts zu dem Trägerelement und nicht abwärts zu der Grundplatte 24 an dem unteren Ende der Kammer 12 zu lenken.
Die Kammer 12 ist auch mit einem Abgassystem 52 ausgestattet, das eingerichtet ist, um verbrauchte Gase aus dem Innenraum 26 der Kammer zu entfernen. Das Abgassystem 52 kann ein Abgasrohr (nicht gezeigt) an oder nahe dem Boden der Kammer 12 aufweisen. Das Abgasrohr kann mit einer Pumpe 56 oder mit einer anderen Vakuumquelle verbunden sein, die ausgelegt sein kann, um verbrauchte Gase aus der Reaktionskammer 12 auszutragen.
Eine Vielzahl optischer Fenster 60L und 60R (gemeinsam die optischen Fenster 60 genannt) kann sich an dem oberen Flansch 22 der Kammer 12 befinden. Jedes Fenster 60 kann angepasst sein, um eine Temperaturmessvorrichtung aufzunehmen (zum Beispiel ein Pyrometer 70 oder eine Temperaturmessvorrichtung 80), um die Temperatur zu messen, oder ein anderes berührungsloses Messgerät, wie zum Beispiel ein Deflektometer zum Messen der Biegung der oberen Oberfläche der Wafer 46, ein Reflektometer zum Messen der Wachstumsrate der Schichten, die auf der oberen Oberfläche der Wafer abgeschieden werden, ein Ellipsometer oder eine Scanvorrichtung, die Temperatur über den gesamten Radius des Trägerelements 40 messen kann. Jedes Fenster 60 kann sich an irgendeiner radialen Entfernung von der zentralen Achse 32 der Spindel 30 befinden, und jedes Fenster kann sich an irgendeiner Winkellage um den Umfang des oberen Flanschs 22 der Kammer 12 befinden.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform, bestehen sieben Fenster 60L an der linken Seite der 1, darunter die Fenster 1L bis 7L, wobei jedes Fenster 60L an einer unterschiedlichen radialen Entfernung von der zentralen Achse 32 liegt, und es bestehen sieben Fenster 60R an der rechten Seite der 1, darunter die Fenster 1R bis 7R, wobei jedes Fenster 60R an einer unterschiedlichen radialen Entfernung von der zentralen Achse 32 liegt. Jedes Fenster 1L bis 7L auf der linken Seite befindet sich an derselben radialen Entfernung von der zentralen Achse 32 wie das entsprechende Fenster 1R bis 7R an der rechten Seite. Obwohl sieben Fenster 60L und 60R in 1 gezeigt sind, kann bei anderen Ausführungsformen eine beliebige Anzahl von Fenstern 60L und 60R bestehen. Bei einer besonderen Ausführungsform können zum Beispiel ein einziges Fenster 60L und ein einziges Fenster 60R bestehen. Bei einem anderen Beispiel, bei der in 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform können ein oder mehrere radial extensive Fenster 60L', wie unten beschrieben, bestehen.
Eine Mehrzahl von Betriebspyrometern 70 kann in entsprechenden der Mehrzahl von Fenstern 60 installiert werden. Jedes Betriebspyrometer 70 kann angepasst sein, um die Temperatur eines Abschnitts des Trägerelements 40 und/oder von Abschnitten der oberen Oberflächen von Wafern 46 auf dem Trägerelement zu messen, indem Strahlung von einem Abschnitt des Trägerelements und/oder von den oberen Oberflächen der Wafer an einer besonderen radialen Entfernung von der Rotationsachse empfangen wird (zum Beispiel die radiale Entfernung D1, D3 oder D5). Solche Temperaturmessungen können als eine Eingabe zu einem Steuersystem (zum Beispiel ein Steuersystem 90) verwendet werden, um zu helfen, die Steuerung des Heizelements 50 während der Verarbeitung der Wafer zu bestimmen.
Bei einem Beispiel kann jedes der Betriebspyrometer 70 auf Strahlung in einem besonderen Wellenlängenband reagieren, zum Beispiel Lichtwellenlängen, die kürzer oder gleich 950 nm sind (enthält einen Teil des Infrarotlichtspektrums). Bei CVD-Prozessläufen, bei welchen die Wafer 46 für die Lichtfrequenz, die von den Betriebspyrometern 70 erfasst werden kann, transparent sind (zum Beispiel wenn Saphirwafer verarbeitet werden), können die Betriebspyrometer 70 verwendet werden, um die Temperatur der oberen Oberfläche 41 des Waferträgerelements 40 zu messen, und die Temperatur des Waferträgerelements kann in einer Temperatursteuer-Feedbackschleife als ein Proxy für die Temperatur der oberen Oberflächen der Wafer 46 verwendet werden. Alternativ können bei CVD-Prozessläufen, bei welchen die Wafer 46 für die Lichtfrequenz, die von den Betriebspyrometern 70 erfasst werden kann, opak sind (zum Beispiel, wenn Silikonwafer verarbeitet werden), die Betriebspyrometer 70 verwendet werden, um die Temperatur der oberen Oberflächen der Wafer zu messen, so dass die Temperatur der oberen Oberflächen der Wafer in einer Temperatursteuer-Feedbackschleife verwendet werden kann.
Bei den gezeigten beispielhaften Ausführungsformen sind drei Betriebspyrometer 70 in drei entsprechenden der Fenster 60R installiert. Die Betriebspyrometer 70 weisen zum Beispiel die Betriebspyrometer 71, 73 und 75, die in jeweiligen Fenstern 1R, 3R und 5R installiert sind, auf. Bei anderen Ausführungsformen kann jede beliebige Anzahl von Betriebspyrometern 70 bestehen, und jedes Betriebspyrometer kann in einem der Fenster 60 installiert sein.
Wie gezeigt, ist jedes der Betriebspyrometer 70 derart ausgerichtet, dass es die Temperatur des Trägerelements 40 und/oder der oberen Oberflächen der Wafer 46 an einer entsprechenden radialen Entfernung von der vertikalen Rotationsachse 42 des Trägerelements messen kann. Jedes der Pyrometer 71, 73 und 75 kann zum Beispiel die Temperatur des Trägerelements 40 und/oder der oberen Oberflächen der Wafer 46 an einer entsprechenden radialen Entfernung D1, D3 und D5 von der vertikalen Rotationsachse 42 messen.
Bei einem besonderen Beispiel, während die Spindel 30 dreht, können die Temperaturen, die von jedem Betriebspyrometer 70 gemessen werden, ein Durchschnitt der gemessenen Temperatur eines kompletten ringförmigen Abschnitts des Trägerelements 40 in einer bestimmten radialen Entfernung bzw. Abstand während mindestens einer vollständigen Umdrehung des Trägerelements sein, oder solche Temperaturen können ein Durchschnitt der gemessenen Temperatur der besonderen Stellen auf der oberen Oberfläche 41 des Trägerelements (zum Beispiel Stellen zwischen benachbarten Vertiefungen 44) in der bestimmten radialen Entfernung während mindestens einer vollständigen Umdrehung des Trägerelements sein.
Bei einem Beispiel, bei dem die Temperaturen, die von jedem Betriebspyrometer 70 gemessen werden, ein Durchschnitt der gemessenen Temperatur von mehr als einer Stelle in einer bestimmten radialen Entfernung sind, kann das Steuersystem 90 die Temperaturablesungen jedes Betriebspyrometers analysieren und die Temperaturdaten trennen in: (i) Temperaturinformationen, die von Abschnitten der oberen Oberfläche 41 des Trägerelements 40 empfangen werden, und (ii) Temperaturinformationen, die von der oberen Oberfläche der Wafer 46 empfangen werden.
Falls für ein gegebenes Betriebspyrometer 70 gewünscht wird, eine durchschnittliche Temperatur der oberen Oberfläche 41 des Trägerelements 40 in einer bestimmten radialen Entfernung von der zentralen Achse 32 zu bestimmen (zum Beispiel, wenn Saphirwafer 46 behandelt werden), kann der Durchschnitt der Temperaturinformationen, die nur von der oberen Oberfläche des Trägerelements empfangen werden, berechnet werden. Falls alternativ gewünscht wird, eine durchschnittliche Temperatur der oberen Oberflächen des Wafers 46 in einer bestimmten radialen Entfernung von der zentralen Achse 32 zu bestimmen (zum Beispiel, wenn Silikonwafer 46 behandelt werden), kann der Durchschnitt der Temperaturinformationen, die nur von der oberen Oberfläche des Trägerelements empfangen werden, berechnet werden.
Bei einem Beispiel, bei einer Ausführungsform, bei der jedes Betriebspyrometer verwendet wird, um zu helfen, einen entsprechenden Abschnitt eines Multizonen-Heizelements 50 zu steuern, kann jedes Betriebspyrometer 70 verwendet werden, um die Temperatur eines ringförmigen Abschnitts des Trägerelements 40 in einer bestimmten entsprechenden radialen Entfernung von der zentralen Achse 42 zu steuern.
Wenn das Heizelement 50 zum Beispiel ein Multizonen-Heizelement ist, kann jedes der Betriebspyrometer 70 das Erwärmen eines Abschnitts des Heizelements 50 steuern, das unter einer entsprechenden Zone oder einem entsprechenden Abschnitt des Trägerelements 40 liegt. Ein erstes Betriebspyrometer 71 kann zum Beispiel das Erwärmen eines ersten ringförmigen Abschnitts 51 des Heizelements 50 steuern, das sich an einer Position befindet, die die erste radiale Entfernung D1 von der zentralen Achse 42 enthält, ein zweites Betriebspyrometer 73 kann das Erwärmen eines zweiten ringförmigen Abschnitts 53 des Heizelements steuern, der sich an einer Position befindet, die die zweite radiale Entfernung D2 von der zentralen Achse enthält, und ein drittes Betriebspyrometer 75 kann das Erwärmen eines dritten ringförmigen Abschnitts 55 des Heizelement 50 steuern, das sich an einer Position befindet, die eine dritte radiale Entfernung D5 von der zentralen Achse enthält.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform kann eine Wafertemperaturmessvorrichtung 80, zum Beispiel ein Pyrometer mit kurzer Wellenlänge oder eine Vorrichtung, die auf Absorptionsverschiebung beruht, abnehmbar oder dauerhaft in einem oder mehreren der Fenster 60 installiert werden. Bei einer Ausführungsform kann die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 auf Strahlung in einem besonderen Wellenlängenband reagieren, zum Beispiel Lichtwellenlängen, die kürzer oder gleich 400 nm (enthält das Ultraviolettlichtspektrum) sind.
Bei einer besonderen Ausführungsformen kann ein erstes Betriebspyrometer 71, 73 oder 75 auf Strahlung in einem ersten Wellenlängenband reagieren, die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 kann auf Strahlung in einem zweiten Wellenlängenband reagieren, und die Wafer 46, die von dem Waferträgerelement 40 getragen werden, können für Strahlung in dem ersten Band durchscheinend oder transparent und für Strahlung in dem zweiten Band opak sein. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das erste Wellenlängenband in dem Infrarotlichtspektrum liegen, und das zweite Wellenlängenband kann in dem Ultraviolettlichtspektrum liegen.
Die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 kann jeder Typ von Temperaturmessvorrichtung sein, der direkt die Temperatur eines Wafers 46 messen kann, der für die Betriebspyrometer 70 transparent ist (zum Beispiel ein Saphirwafer), oder direkt die Temperatur einer Schicht aus für die Betriebspyrometer transparentem Material (zum Beispiel eine GaN-Schicht), die auf der oberen Oberfläche eines Wafers abgeschieden ist, die für die Betriebspyrometer opak ist (zum Beispiel ein Silikonwafer).
Bei dem Beispiel, bei dem die Wafer 46 im Wesentlichen aus Saphir bestehen, der bei typischen Prozesstemperaturen (zum Beispiel 700–900°C) für Lichtwellenlängen, die länger sind als 450 nm, transparent sein kann, aber für Lichtwellenlängen gleich oder kürzer als 450 nm opak sein kann, kann ein Pyrometer für kurze Wellenlängen, das auf Licht reagiert, das Wellenlängen hat, die kürzer oder gleich 400 nm sind, verwendet werden. Bei einem anderen Beispiel kann ein Gerät, das auf Absorptionsverschiebung beruht, das auf Lichtwellenlängen reagiert, die kürzer oder gleich 400 nm sind, verwendet werden. Ein solches Gerät, das auf Absorptionsverschiebung basiert, kann Strahlung empfangen, die von den Wofern 46 reflektiert wird, die nicht von den Wofern absorbiert wird, und die Temperatur der Wafer kann durch die längste Lichtwellenlänge bestimmt werden, die von dem Gerät, das auf Absorptionsverschiebung basiert, reflektiert wird.
Bei einem anderen Beispiel, bei dem die Wafer 46 im Wesentlichen aus Silikon bestehen, kann eine GaN-Schicht auf der oberen Oberfläche der Wafer während des Abscheideverfahrenszyklus abgeschieden werden. Eine solche GaN-Schicht kann natürlich für Wellenlängen, die länger sind als 410 nm, transparent sein, kann aber für Lichtwellenlängen gleich oder kürzer als 410 nm opak sein, so dass ein Pyrometer mit kurzer Wellenlänge, das auf Licht reagiert, das Wellenlängen hat, die kürzer oder gleich 400 nm sind, verwendet werden kann, um die Temperatur der GaN-Schicht zu messen, statt die Temperatur der oberen Oberfläche des Wafers 46 zu messen. Bei einem anderen Beispiel kann ein Gerät, das auf Absorptionsverschiebung beruht, das auf Lichtwellenlängen reagiert, die kürzer oder gleich 400 nm sind, verwendet werden. Ein solches Gerät, das auf Absorptionsverschiebung basiert, kann Strahlung empfangen, die von der GaN-Schicht reflektiert wird, die nicht von den Wofern absorbiert wird, und die Temperatur der GaN-Schicht kann durch die längste Wellenlänge von Licht bestimmt werden, die von dem Gerät, das auf Absorptionsverschiebung basiert, reflektiert wird.
Bei einem besonderen Beispiel kann das auf Absorptionsverschiebung beruhende Gerät BandiT, das von k-Space Associates Inc. geliefert wird, als die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 verwendet werden. Bei einem anderen Beispiel kann eine Weißlicht-Spektralreflektometer-Sensorvorrichtung, die Reflexionsvermögen der oberen Oberflächen der Wafer 46 und des Waferträgerelements 40 in einem Lichtwellenbereich von etwa 250 nm bis 1000 nm aufzeichnen kann, zum Beispiel als die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 verwendet werden.
Bei einer Ausführungsform kann eine solche Weißlicht-Spektralreflektometer-Sensorvorrichtung die Informationen von der empfangenen Strahlung in Wellenlängenbänder teilen. Die Informationen von der Weißlicht-Spektralreflektometervorrichtung können zum Beispiel in 10 nm-Wellenlängenbänder zwischen 250 nm und 1000 nm geteilt werden, und die von diesen Wellenlängenbändern gelieferten Informationen können für verschiedene Prozesssteuerzwecke zusätzlich zum Erfassen der Temperatur der oberen Oberflächen der Wafer 46 und der oberen Oberfläche 41 des Waferträgerelements 40 verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Gerät 10 kann die Präzision der Steuerung der Temperatur der Wafer 46 während eines CVD-Prozesslaufs verbessern, indem zum Beispiel die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 verwendet wird, um das Offset zwischen den Temperaturen von Oberflächen, die für die Betriebspyrometer 70 opak sind (zum Beispiel die obere Oberfläche 41 des Trägerelements 40 oder die oberen Oberflächen opaker Wafer 46, wie zum Beispiel Silikonwafer) und der Temperatur der oberen Oberflächen der Wafer, die für die Betriebspyrometer transparent sind (zum Beispiel die oberen Oberflächen transparenter Wafer 46, wie zum Beispiel Saphirwafer, oder die oberen Oberflächen einer transparenten GaN-Schicht, die auf opake Wafer abgeschieden ist, wie zum Beispiel Silikonwafer) präziser bereitzustellen. Falls die Temperatur der oberen Oberflächen der Wafer 46, die für die Betriebspyrometer transparent sind, präziser gesteuert wird, können die Wafer mit einer engeren Toleranz in Bezug auf die gewünschte Waferschichtabscheidestruktur verarbeitet werden.
Falls beim Verarbeiten von Wafern, zum Beispiel bei einem herkömmlichen CVD-Prozess, das Offset zwischen der Temperatur der oberen Oberfläche 41 des Waferträgerelements 40 oder der oberen Oberfläche opaker Wafer 46 (zum Beispiel Silikonwafer), das von den Betriebspyrometern aufgezeichnet wird, und der Temperatur der Wafer aufgrund des Betriebs der Wafertemperaturmessvorrichtungen 80 genauer bekannt ist, kann die Temperatur, die von den Betriebspyrometern ausgegeben wird, während eines Prozesslaufs verwendet werden, um die Temperatur der Wafer präziser zu schätzen. Diese in jeder Heizelementzone geschätzte Wafertemperatur kann als eine Eingabe verwendet werden, um die Heizzonen so zu steuern, dass eine präzisere gewünschte Wafertemperatur erzielt wird.
Bei dem Gerät 10 kann das Offset zwischen der Temperatur der transparenten oberen Oberfläche der Wafer 46 und der Temperatur der oberen Oberfläche des opaken Trägerelements 40 oder der opaken Wafer, das von den Betriebspyrometern 70 aufgezeichnet wird, präziser bestimmt werden, indem Temperaturmessungen der transparenten oberen Oberfläche der Wafer während eines CVD-Prozesslaufs unter Verwendung der Wafertemperaturmessvorrichtung 80 genommen werden, die angepasst ist, um die Temperatur der transparenten Oberfläche der Wafer direkt zu messen, statt die Temperatur der Wafer indirekt zu messen, indem die Temperatur der oberen Oberfläche des Trägerelements oder der oberen opaken Oberfläche der Wafer 46 (zum Beispiel Silikonwafer) unter Verwendung der Betriebspyrometer gemessen wird. Bei einem solchen Gerät 10 kann die Prozesstemperatur der Wafer präziser gesteuert werden als mit einem herkömmlichen Gerät.
Bei einem herkömmlichen CVD-Gerät kann das Offset zwischen der Temperatur der oberen transparenten Oberfläche der Wafer 46 und der Temperatur des opaken Trägerelements 40 oder der opaken Oberfläche eines Silikonwafers, das von den Betriebspyrometern 70 während eines CVD-Prozesslaufs aufgezeichnet wird, eventuell nicht mit einer hohen Präzision bekannt sein. Mehrere Faktoren können es schwierig gestalten, dieses Temperaturoffset zu kennen.
Bei einem Beispiel, bei dem Saphirwafer verarbeitet werden, kann ein Betriebspyrometer 70 verwendet werden, das auf Lichtwellenlängen zwischen etwa 912 und 925 nm reagiert. Ein solcher Saphirwafer kann für Licht transparent sein, das eine Wellenlänge zum Beispiel größer als 450 nm hat, so dass das Betriebspyrometer die Temperatur der oberen Oberfläche des Wafers 46 nicht direkt aufzeichnen kann. Stattdessen kann das Betriebspyrometer 70 die Temperatur der oberen Oberfläche 41 des Trägerelements 40 aufzeichnen, das für das Betriebspyrometer opak ist, und solche Temperaturaufzeichnungen des Trägerelements an demselben Radius wie die Wafer 46 können als ein Proxy für die tatsächliche Temperatur der oberen Oberflächen der Wafer verwendet werden, obschon mit einer Offseteinstellung, da die Temperatur der oberen Oberfläche des Trägerelements nicht genau dieselbe ist wie die Temperatur der oberen Oberfläche der Wafer.
Bei einer besonderen Ausführungsform kann ein solches Offset etwa 3°F betragen. Ein Steuersystem 90 eines herkömmlichen CVD-Geräts kann eine solche fixe Offsetschätzung zwischen der Temperatur, die von dem Betriebspyrometer 70 aufgezeichnet wird, und der tatsächlichen Temperatur der oberen Oberfläche des transparenten Wafers 46 aufweisen. Diese fixe Offsetschätzung kann jedoch ungenau sein, weil Material, wie zum Beispiel GaN, das für die Betriebspyrometer 70 transparent ist, während des Prozesslaufs auf der oberen Oberfläche 41 des Waferträgerelements 40 abgeschieden werden kann, was das Reflexionsvermögen und das Emissionsvermögen der oberen Oberfläche des Waferträgerelements ändern kann, weil die abgeschiedene GaN-Schicht während des Prozesslaufs stärker wird. Solche Änderungen des Reflexionsvermögens und des Emissionsvermögens der oberen Oberfläche des Waferträgerelements können bewirken, dass die fixe Offsetschätzung für das tatsächliche Offset zwischen der Temperatur des Trägerelements, die von dem Betriebspyrometer 70 aufgezeichnet wird, und der tatsächlichen Temperatur der oberen Oberfläche des transparenten Wafers 46 nicht repräsentativ ist.
Bei dem Gerät 10 kann jedoch eine Wafertemperaturmessvorrichtung 80, die auf Lichtwellenlängen zwischen etwa 395 und 445 nm reagiert, direkt die Temperatur der oberen Oberfläche eines transparenten Wafers 46 (zum Beispiel eines Saphirwafers) aufzeichnen, da Licht, das von der oberen Oberfläche des Wafers reflektiert wird, das zum Beispiel kleiner ist als 450 nm, von der Wafertemperaturmessvorrichtung erkannt werden kann. Mit einem solchen Gerät 10 kann das Offset zwischen der Temperatur des Trägerelements 40, die von den Betriebspyrometern 70 aufgezeichnet wird, und der Temperatur der oberen Oberfläche des Wafers 46 in Zeitpunkten im Prozesslauf präziser bekannt sein, in welchen die Temperatur lang genug beständig ist (zum Beispiel 1 Minute), so dass die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 die Temperatur der oberen Oberfläche des Wafers präzise erfassen kann.
Bei einem anderen Beispiel, das in 3 veranschaulicht ist, bei dem Silikonwafer oder andere opake Wafer verarbeitet werden, kann ein Betriebspyrometer 70 verwendet werden, das auf Lichtwellenlängen zwischen etwa 912 und 925 nm reagiert. Ein solcher Silikonwafer kann für Licht opak sein, das eine Wellenlänge zum Beispiel kleiner als 1100 nm hat, so dass das Betriebspyrometer die Temperatur der oberen Oberfläche 47 des Wafers 46 direkt aufzeichnen kann. Während des Prozesslaufs kann jedoch Material, wie zum Beispiel GaN, das für die Betriebspyrometer 70 transparent ist, auf der oberen Oberfläche 47 des Wafers 46 abgeschieden werden, wodurch eine transparente obere Oberfläche 48 einer GaN-Schicht 49 geschaffen wird.
Statt die transparente obere Oberfläche 48 der abgeschiedenen GaN-Schicht 49 direkt aufzuzeichnen, kann das Betriebspyrometer 70 die Temperatur der oberen Oberfläche 47 des Wafers 46, die für die Betriebspyrometer opak ist, aufzeichnen, und solche Temperaturaufzeichnungen der oberen Oberfläche 47 können als ein Proxy für die tatsächliche Temperatur der oberen Oberfläche 48 der GaN-Schicht 49, die auf den Wafern abgeschieden wird, verwendet werden, obschon mit einer fixen Offseteinstellung, da die Temperatur der oberen Oberfläche 47 der Wafer 46 nicht genau dieselbe ist wie die Temperatur der oberen Oberfläche 48 der GaN-Schicht 49, die auf den Wafern abgeschieden wird.
Während der Abscheidungsprozess fortgesetzt wird und die GaN-Schicht 49 stärker wird, kann diese Abscheidung das Reflexionsvermögen und das Emissionsvermögen der oberen Oberfläche 47 des Wafers 46, die von dem Betriebspyrometer 70 während des Prozesslaufs aufgezeichnet werden, zunehmend verändern. Solche Änderungen des Reflexionsvermögens und des Emissionsvermögens der oberen Oberfläche 47 des Wafers 46 können bewirken, dass die fixe Offsetschätzung nicht für das tatsächliche Offset zwischen der Temperatur der oberen Oberfläche 47 des Wafers 46, die von dem Betriebspyrometer 70 aufgezeichnet wird, und der tatsächlichen Temperatur der oberen Oberfläche 48 der GaN-Schicht 49, die auf den Wafern abgeschieden wird, repräsentativ ist.
Bei dem Gerät 10 kann eine Wafertemperaturmessvorrichtung 80, die auf Lichtwellenlängen zwischen etwa 395 und 425 nm reagiert, die Temperatur der oberen Oberfläche 48 der GaN-Schicht 49, die auf den Wafern abgeschieden wird, direkt aufzeichnen, da Licht, das von der oberen Oberfläche 48 der GaN-Schicht 49, die geringer ist als 410 nm, reflektiert wird, von der Wafertemperaturmessvorrichtung erkannt werden kann. Mit einem solchen Gerät 10 kann das Offset zwischen der Temperatur der oberen Oberfläche 47 des Wafers 46, das von den Betriebspyrometern 70 aufgezeichnet wird, und der Temperatur der oberen Oberfläche 48 der GaN-Schicht 49 in Zeitpunkten in dem Prozesslauf präziser sein, an welchen die Temperatur lange genug beständig ist (zum Beispiel 1 Minute), so dass die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 die Temperatur der oberen Oberfläche der GaN-Schicht präzis erfassen kann.
Andere Faktoren können sich ebenfalls auf die Präzision der Offsetschätzung zwischen der Temperatur, die von den Betriebspyrometern 70 aufgezeichnet wird, und der Temperatur der gewünschten Oberfläche, wie zum Beispiel die obere Oberfläche eines Saphirwafers oder die obere Oberfläche einer GaN-Schicht, die über einen Silikonwafer liegt, auswirken. Ein oder mehrere der Betriebspyrometer 70 können an einem Ende oder dem anderen Ende einer Toleranz der Präzision, mit der die Betriebspyrometer die Temperatur eines Abschnitts des Trägerelements 40 oder der oberen Oberfläche eines opaken Wafers 46 messen, betrieben werden, so dass die aufgezeichnete Temperatur nicht gleich der tatsächlichen Temperatur der Oberfläche, die die Betriebspyrometer 70 aufzuzeichnen versuchen, sein kann. Die Toleranzansammlung der Stelle der Bestandteile in einem besonderen Gerät 10 in Bezug zueinander kann außerdem in Variation der Stelle der Spindel 30, des Trägerelements 40, der zylindrischen Wand 20 und des Gaseinlassrohrs 14 resultieren, so dass sich diese Variationen auf die Temperaturbeziehung zwischen den Wafern 46 und dem Trägerelement 40 auswirken können. Zusätzlich, sogar in einem einzigen CVD-Reaktor, kann die Verwerfung der Wafer 46 von Wafer zu Wafer und von einem Prozess zum anderen variieren, so dass während eines besonderen Prozesslaufs die Temperatur des Trägerelements 40, die von den Betriebspyrometern 70 aufgezeichnet wird, nicht eine präzis bekannte Beziehung zu der Temperatur der oberen Oberfläche der Wafer haben kann.
Die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 kann in Sequenz abnehmbar in drei der Fenster 60L, darunter die Fenster 1L, 3L und 5L installiert werden. Wie in 1 gezeigt, kann sich die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 sequenziell in den Positionen A, B und C befinden, die in den entsprechenden Fenstern 1L, 3L und 5L installiert sind. Bei einer besonderen Ausführungsform kann eine separate Wafertemperaturmessvorrichtung 80 dauerhaft in jedem der Fenster 60L installiert werden, darunter die Fenster 1L, 3L und 5L, wo die Temperatur, die von einer Temperaturmessvorrichtung an dem Fenster 3L aufgezeichnet wird, aus den Daten geschätzt werden kann, die von den Vorrichtungen an den Fenstern 1L und 5L empfangen werden.
Wenn sich eine Wafertemperaturmessvorrichtung 80 in der Position A, die in dem Fenster 1L installiert ist, befindet, kann die Wafertemperaturmessvorrichtung die Temperatur mindestens eines Wafers 46 an der radialen Entfernung D1 von der vertikalen Rotationsachse 42 des Trägerelements 40 messen. Der mindestens eine Wafer 46 kann ein einzelner Wafer sein, oder es kann sich um eine Mehrzahl von Wafern handeln, die Abschnitte haben, die an der radialen Entfernung D1 von der vertikalen Rotationsachse 42 liegen.
Diese radiale Entfernung D1 ist dieselbe radiale Entfernung, an der das Betriebspyrometer 71, das in dem Fenster 1R installiert ist, angepasst ist, um die Temperatur des Trägerelements 40 zu messen oder die Temperatur der oberen Oberfläche eines opaken Wafers 46 zu messen. Während die Spindel 30 dreht, kann das Betriebspyrometer 71, das in dem Fenster 1R installiert ist, folglich die Temperatur eines besonderen ringförmigen Abschnitts des Trägerelements 40 (oder der oberen Oberflächen von Wafern 46) an der radialen Entfernung D1 messen, und die Wafertemperaturmessvorrichtung 80, die in dem Fenster 1L installiert ist, kann die Temperatur mindestens eines Wafers 46 an derselben radialen Entfernung D1 messen. Dann kann die Beziehung der Temperatur des Trägerelements 40 oder der oberen Oberfläche der opaken Wafer 46 an der radialen Entfernung D1 mit der Temperatur der Wafer 46, die von der Wafertemperaturmessvorrichtung 80 an derselben radialen Entfernung D1 aufgezeichnet wird, für den besonderen Prozesslauf oder Abschnitt eines Prozesslaufs bestimmt werden.
Ähnlich, wenn sich eine Wafertemperaturmessvorrichtung 80 in den Positionen B oder C befindet, die in den jeweiligen Fenstern 3L oder 5L installiert sind, kann die Wafertemperaturmessvorrichtung die Temperatur mindestens eines Wafers 46 oder der oberen Oberfläche opaker Wafer 46 an der jeweiligen radialen Entfernung D3 oder D5 von der vertikalen Rotationsachse 42 des Trägerelements 40 messen. Die radialen Entfernungen D3 und D5 sind dieselben radialen Entfernungen, an welchen die jeweiligen Betriebspyrometer 73 und 75 in den Fenstern 3R und 5R installiert sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform können drei Wafertemperaturmessvorrichtungen 80 in jeweiligen Fenstern 1L, 3L und 5L (Stellen A, B und C der 1) installiert sein, wobei sich jede Temperaturmessvorrichtung an demselben Radius wie ein entsprechendes der Betriebspyrometer 70, die in jeweiligen Fenstern 1R, 3R und 5R installiert sind, befindet.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform können zwei Wafertemperaturmessvorrichtungen 80 nur in jeweiligen Fenstern 1L und 5L (Stellen A und C der 1) installiert sein. Bei dieser Ausführungsform kann jede der Wafertemperaturmessvorrichtungen 80 an demselben Radius wie ein entsprechendes der Betriebspyrometer 70 installiert sein, die in jeweiligen Fenstern 1R, 3R und 5R installiert sein können. Da das Betriebspyrometer 73 an dem Fenster 3R jedoch keine entsprechende Wafertemperaturmessvorrichtung 80 an demselben Radius von der zentralen Achse 32 hat, kann ein gewichteter Durchschnitt der Informationen, die von den Wafertemperaturmessvorrichtungen an den Fenstern 1L und 5L empfangen werden, derart berechnet werden, dass die Informationen simuliert werden, die von einer Wafertemperaturmessvorrichtung, die sich an dem Fenster 3L befindet, empfangen werden. Eine derartige Simulation einer Wafertemperaturmessvorrichtung, die sich an dem Fenster 3L befindet, ist möglich, weil eine signifikante Menge an „Übersprechen” in der Strahlung, die von jeder der drei Temperaturzonen auf dem Trägerelement reflektiert und gesendet wird, besteht.
Bei einem Beispiel können die Temperaturen, die von der Temperaturmessvorrichtung 80 gemessen werden, ein Durchschnitt der gemessenen Temperaturen besonderer Stellen auf den oberen Oberflächen aller Wafer an einer besonderen radialen Entfernung (zum Beispiel D1, D3 oder D5) von der Rotationsachse 42 während mindestens einer vollständigen Umdrehung des Trägerelements sein. Bei einer besonderen Ausführungsform, während oder nach dem Aufzeichnen der Temperatur der Wafer 46 durch die Temperaturmessvorrichtung 80 an einer besonderen radialen Entfernung von der Rotationsachse 42, können die Daten derart verarbeitet werden, dass die mittlere Temperatur eines besonderen Wafers an einer besonderen umfänglichen Stelle bekannt sein kann. Bei einer solchen Ausführungsform, falls die aufgezeichnete Temperatur eines oder mehrerer besonderer Wafer 46 im Wesentlichen von der Temperatur des Rests der Wafer unterschiedlich ist, so dass sie anzeigt, dass der besondere Wafer unsachgemäß gebildet wurde, können die Temperaturdaten der unsachgemäß ausgebildeten Wafer aus der berechneten Beziehung zwischen der Temperatur der Wafer und der Temperatur des Waferträgerelements 40, die von dem Betriebspyrometer 70 an der besonderen radialen Entfernung von der Rotationsachse 42 aufgezeichnet wird, ausgeschlossen werden.
Ein Steuersystem 90 kann bereitgestellt werden, das angepasst sein kann, um Temperaturmessablesungen von den Betriebspyrometern 70 und der Wafertemperaturmessvorrichtung 80 während des Betriebs des Geräts 10 zu empfangen, und das Steuersystem kann solche Temperaturmessablesungen in einem Speicher 92 speichern. Bei einer Ausführungsform kann das Steuersystem 90 das Erwärmen einer oder mehrerer Zonen oder Abschnitte 51, 53, 55 des Heizelements 50 als Reaktion auf Temperaturmessungen, die von den entsprechenden der Betriebspyrometer 71, 73, 75 und der Wafertemperaturmessvorrichtung 80 aufgezeichnet werden, anpassen.
Beim Betrieb, bei einem Temperaturmessprozess gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, kann die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 abnehmbar an der ersten Stelle A, in das optische Fenster 1L eingefügt installiert werden (oder die Wafertemperaturmessvorrichtung kann dauerhaft in einem radial extensiven Fenster installiert und an der Position A angeordnet werden). Während die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 an der ersten Position A angeordnet ist, ist die Wafertemperaturmessvorrichtung angepasst, um Strahlung von einem oder mehreren Wafern 46 zu empfangen, die Abschnitte an einer ersten radialen Entfernung D1 von der Rotationsachse 42 des Trägerelements haben. Wie oben beschrieben, kann ein erstes Betriebspyrometer 71 an einer ersten Betriebsposition in das optische Fenster 1R eingefügt derart installiert werden, dass das Betriebspyrometer 71 angepasst ist, um Strahlung von einem ersten Abschnitt des Trägerelements 40 oder der oberen Oberfläche opaker Wafer 46 an der ersten radialen Entfernung D1 von der Rotationsachse 42 zu empfangen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform können die Betriebspyrometer 71, 73 und 75 in entsprechenden Fenstern 60R während des gesamten Temperaturmessvorgangs (das heißt, ohne von dem Reaktor 12 entfernt zu werden) installiert bleiben.
Der Reaktor 12 kann dann durch das Heizelement 50 erwärmt werden, bis der Reaktor eine erste typische Waferbehandlungstemperatur erreicht, zum Beispiel zwischen 500 und 1100°C. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der Temperaturmessvorgang, der die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 verwendet, während der Behandlung der Wafer 46 in dem Gerät 10 (zum Beispiel eine chemische Dampfphasenabscheidungsbehandlung) ausgeführt werden, das ist aber nicht unbedingt der Fall.
Danach kann das Trägerelement 40 um die Rotationsachse 42 gedreht werden. Bei einer Ausführungsform kann das Trägerelement 40 mit einer Geschwindigkeit zwischen 50 und 1500 Umdrehungen pro Minute gedreht werden, obwohl das Trägerelement bei anderen Ausführungsformen mit anderen Geschwindigkeiten gedreht werden kann. Während das Trägerelement 40 um seine Rotationsachse 42 dreht, kann ein Bediener oder das optionale Steuersystem 90 erste Betriebstemperaturmessungen unter Verwendung des Betriebspyrometers 71 erzielen, das an dem Fenster 1R installiert ist, das Strahlung von einem ersten Abschnitt des Trägerelements (oder von einer oberen Oberfläche eines Wafers, die für das Betriebspyrometer transparent ist) empfängt, und der Bediener oder das Steuersystem kann erste Wafertemperaturmessungen erzielen, indem er/es die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 verwendet, die an dem Fenster 1L (an einer ersten Position A) installiert ist, die Strahlung von dem mindestens einen Wafer 46 empfängt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform können die Temperaturmessungen von dem Betriebspyrometer 71 und der Wafertemperaturmessvorrichtung 80, die sich an der ersten Position A befindet, gleichzeitig erzielt werden.
Während das Trägerelement 40 dreht, gehen Punkte auf dem Trägerelement (oder von einer oberen Oberfläche eines Wafers, die für das Betriebspyrometer opak ist), die an derselben radialen Entfernung D1 von der zentralen Achse 42 aber an unterschiedlichen Winkellagen um die Achse angeordnet sind, an den Stellen vorbei, die von dem ersten Betriebspyrometer überwacht werden, und Punkte auf dem mindestens einen Wafer 46, der an derselben radialen Entfernung D1 von der zentralen Achse 42 aber an unterschiedlichen Winkellagen um die Achse angeordnet sind, gehen an den Stellen vorbei, die von der Wafertemperaturmessvorrichtung 80 überwacht werden.
Bei der besonderen gezeigten Anordnung ist das Fenster 1L um 180° oder eine halbe Umdrehung von dem Fenster 1R versetzt, und die Stellen, die von dem ersten Betriebspyrometer 71 und der Wafertemperaturmessvorrichtung 80 überwacht werden, sind gleich voneinander um eine halbe Umdrehung versetzt. Vorzugsweise werden die Temperaturmessungen genommen, während die Reaktionskammer 12 in einem beständigen Zustand ist, so dass sich die Temperatur nicht mit der Zeit verändert oder innerhalb einer akzeptablen Toleranz einer gewünschten Temperatur oszilliert. Temperaturunterschiede zwischen umfänglich getrennten Stellen auf dem Trägerelement 40 wirken sich nicht signifikant auf die Temperaturablesungen von dem Pyrometer 71 und der Wafertemperaturmessvorrichtung 80 aus, weil die Temperaturablesungen über mehrere vollständige Drehungen des Trägerelements gemittelt werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 Temperatur langsamer aufzeichnen als das Betriebspyrometer 70. Ein Grund dafür ist, dass die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 auf Strahlung reagieren kann, die Wellenlängen hat, die kürzer oder gleich 400 nm sind, im Vergleich zu den Betriebspyrometern 70, die auf Strahlung, die Wellenlängen hat, die kürzer oder gleich 950 nm sind, reagieren können. Typischerweise wird eine viel höhere Energiemenge von dem Waferträgerelement 40 (oder Wafern 46, die für die Betriebspyrometer 70 opak sind) mit Wellenlängen abgestrahlt, die kürzer sind als 950 nm, als die Energie, die von den Wafern 46 mit Wellenlängen, die kürzer sind als 400 nm, abgestrahlt werden. Die Betriebspyrometer 70 können daher typischerweise genug Strahlung empfangen, um eine Temperatur innerhalb einer kürzeren Zeitspanne aufzuzeichnen als die Wafertemperaturmessvorrichtung 80. Um das Offset zwischen der Temperatur der Wafer 46, das von der Temperaturmessvorrichtung 80 aufgezeichnet wird, und der Temperatur des Waferträgerelements 40 oder der Wafer 46, die von den Betriebspyrometern 70 an derselben Entfernung von der vertikalen Rotationsachse 42 während eines besonderen Waferprozessablaufs aufgezeichnet wird, zu bestimmen, wird vorgezogen, dass die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 die Temperatur der Wafer während einer Zeitspanne misst, während der die Temperatur des Reaktors 12 beständig ist (das heißt an einer einzigen Temperatur innerhalb der Leistungstoleranz des Heizelements 50 gehalten wird).
Bei einem besonderen Beispiel, nachdem die ersten Wafertemperaturmessungen des mindestens einen Wafers 46 von der Wafertemperaturmessvorrichtung 80 aufgezeichnet wurden, und die ersten Betriebstemperaturmessungen eines Abschnitts des Waferträgerelements oder eines oder mehrerer Wafer von dem ersten Betriebspyrometer 71 aufgezeichnet wurden, kann die Temperatur der ersten Zone oder des ersten Abschnitts 51 des Heizelements 50 optional mindestens teilweise basierend auf den Temperaturinformationen, die von der Wafertemperaturmessvorrichtung und dem ersten Betriebspyrometer aufgezeichnet wurden, geändert werden.
Dann kann bei Ausführungsformen, die eine einzige bewegliche Wafertemperaturmessvorrichtung 80 verwenden, die Wafertemperaturmessvorrichtung zu der zweiten Position B, die in das Fenster 3L eingefügt ist, bewegt oder dort abnehmbar installiert werden. Bei Ausführungsformen, die eine Mehrzahl von Wafermessvorrichtungen 80 haben, ist es eventuell nicht erforderlich, irgendeine der Wafermessvorrichtungen zu entfernen oder eine dieser Vorrichtungen zu einem anderen Fenster zu bewegen. Während die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 an der ersten Position B angeordnet ist, ist die Wafertemperaturmessvorrichtung angepasst, um Strahlung von einem oder mehreren Wafern 46 zu empfangen, die Abschnitte an einer zweiten radialen Entfernung D3 von der Rotationsachse 42 des Trägerelements haben. Wie oben beschrieben, kann ein zweites Betriebspyrometer 73 an einer zweiten Betriebsposition in das optische Fenster 3R eingefügt derart installiert werden, dass das Betriebspyrometer 73 angepasst ist, um Strahlung von einem zweiten Abschnitt des Trägerelements 40 oder einem zweiten Satz von Wafern oder Abschnitten von Wafern 46 an der zweiten radialen Entfernung D3 von der Rotationsachse 42 zu empfangen.
Während das Trägerelement 40 um seine Rotationsachse 42 dreht, kann ein Bediener oder das optionale Steuersystem 90 zweite Betriebstemperaturmessungen unter Verwendung des Betriebspyrometers 73 erzielen, das an dem Fenster 5R installiert ist, das Strahlung von dem dritten Abschnitt des Trägerelements oder dem dritten Satz von Wafern oder Abschnitten von Wafern 46 empfängt, und der Bediener oder das Steuersystem kann erste Wafertemperaturmessungen erzielen, indem er/es die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 verwendet, die an dem Fenster 5L (an einer dritten Position C) installiert ist, die Strahlung von dem mindestens einen Wafer 46 empfängt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform können die Temperaturmessungen von dem Betriebspyrometer 73 und der Wafertemperaturmessvorrichtung 80, die sich an der zweiten Position B befindet, gleichzeitig erzielt werden.
Bei einem besonderen Beispiel, nachdem die ersten Wafertemperaturmessungen des mindestens einen Wafers 46 von der Wafertemperaturmessvorrichtung 80 aufgezeichnet wurden, und die zweiten Betriebstemperaturmessungen eines Abschnitts des Waferträgerelements oder von Wafern von dem zweiten Betriebspyrometer 73 aufgezeichnet wurden, kann die Temperatur der zweiten Zone oder des zweiten Abschnitts 53 des Heizelements 50 optional mindestens teilweise basierend auf den Temperaturinformationen, die von der Wafertemperaturmessvorrichtung und dem zweiten Betriebspyrometer aufgezeichnet wurden, geändert werden.
Dann kann bei Ausführungsformen, die eine einzige bewegliche Wafertemperaturmessvorrichtung 80 verwenden, die Wafertemperaturmessvorrichtung zu der dritten Position C, die in das Fenster 5L eingefügt ist, bewegt oder dort abnehmbar installiert werden. Während die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 an der dritten Position C angeordnet ist, ist die Wafertemperaturmessvorrichtung angepasst, um Strahlung von einem oder mehreren Wafern 46 zu empfangen, die Abschnitte an einer dritten radialen Entfernung D3 von der Rotationsachse 42 des Trägerelements haben. Wie oben beschrieben, kann ein drittes Betriebspyrometer 75 an einer dritten Betriebsposition, die in das Fenster 5R eingefügt ist, derart installiert werden, dass das Betriebspyrometer 75 angepasst ist, um Strahlung von einem dritten Abschnitt des Trägerelements 40 oder einem dritten Satz von Wafern oder Abschnitten von Wafern 46 an der dritten radialen Entfernung D5 der Rotationsachse 42 zu empfangen.
Während das Trägerelement 40 um seine Rotationsachse 42 dreht, kann ein Bediener oder das optionale Steuersystem 90 zweite Betriebstemperaturmessungen unter Verwendung des Betriebspyrometers 75 erzielen, das an dem Fenster 3R installiert ist, das Strahlung von dem zweiten Abschnitt des Trägerelements oder dem zweiten Satz von Wafern oder Abschnitten von Wafern 46 empfängt, und der Bediener oder das Steuersystem kann erste Wafertemperaturmessungen erzielen, indem er die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 verwendet, die an dem Fenster 3L (an einer ersten Position B) installiert ist, die Strahlung von den mindestens einen Wafer 46 empfängt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform können die Temperaturmessungen von dem Betriebspyrometer 75 und der Wafertemperaturmessvorrichtung 80, die sich an der dritten Position C befindet, gleichzeitig erzielt werden.
Bei einem besonderen Beispiel, nachdem die dritten Wafertemperaturmessungen des mindestens einen Wafers 46 von der Wafertemperaturmessvorrichtung 80 aufgezeichnet wurden, und die dritten Betriebstemperaturmessungen eines Abschnitts des Waferträgerelements oder dem dritten Satz von Wafern oder Abschnitten von Wafern 46 von dem dritten Betriebspyrometer 75 aufgezeichnet wurden, kann die Temperatur der dritten Zone oder des dritten Abschnitts 55 des Heizelements 50 optional mindestens teilweise basierend auf den Temperaturinformationen, die von der Wafertemperaturmessvorrichtung und dem dritten Betriebspyrometer aufgezeichnet wurden, geändert werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform können die ersten, zweiten und dritten Betriebs- und Wafertemperaturmessungen von den Betriebspyrometern 71, 73, 75 und der Temperaturmessvorrichtung 80 gesammelt werden, während sich der Reaktor 12 an einer beständigen ersten typischen Waferbehandlungstemperatur befindet. Bei einem Beispiel kann jeder der ersten, zweiten und dritten Sätze von Betriebs- und Wafertemperaturmessungen während einer Zeitspanne von einer Minute gesammelt werden, so dass drei Minuten beständiger Reaktortemperatur zum Sammeln der drei Sätze von Betriebs- und Wafertemperaturmessungen erforderlich wären.
Bei einem besonderen Beispiel kann die Temperatur des Reaktors 12 nach dem Sammeln der ersten, zweiten und dritten Betriebs- und Wafertemperaturmessungen auf eine zweite typische Waferbehandlungstemperatur, zum Beispiel zwischen 500 und 1100°C geändert werden, die von der ersten typischen Waferbehandlungstemperatur unterschiedlich ist. Sobald die Temperatur des Reaktors 12 beständig ist, kann ein anderer Satz erster, zweiter und dritter Betriebs- und Wafertemperaturmessungen von den Betriebspyrometern 71, 73, 75 und der Temperaturmessvorrichtung 80, die sequenziell zu den Positionen A, B und C bewegt wird, gesammelt werden. Bei einem besonderen Beispiel kann ein erster Satz erster, zweiter und dritter Betriebs- und Wafertemperaturmessungen bei einer ersten Waferbehandlungstemperatur von etwa 1050°C gesammelt werden, und ein zweiter Satz erster, zweiter und dritter Betriebs- und Wafertemperaturmessungen kann bei einer zweiten Waferbehandlungstemperatur von etwa 750°C gesammelt werden. Nachdem alle gewünschten Temperaturmessungen erzielt wurden, kann die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 von der Kammer 12 entfernt werden.
Obwohl bei dem oben beschriebenen Beispiel jeder Satz erster, zweiter und dritter Betriebs- und Wafertemperaturmessungen als gesammelt beschrieben werden, während sich der Reaktor 12 an einer einzigen typischen Waferbehandlungstemperatur befindet, können bei einigen Ausführungsformen die ersten, zweiten und dritten Betriebs- und Wafertemperaturmessungen gesammelt werden, während sich der Reaktor an drei unterschiedlichen jeweiligen Temperaturen befindet.
Bei einem Beispiel können die Betriebspyrometer 70 und/oder die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 die Fähigkeit haben, die Temperaturdaten jedes einer Mehrzahl von Wafern 46 an derselben Entfernung von der vertikalen Rotationsachse 42 zu trennen, indem Unterschiede in Strahlung, die zwischen Zeiten empfangen wird, wenn die Wafer unterhalb der Betriebspyrometer oder der Wafertemperaturmessvorrichtung durchgehen, und Zeiten, zu welchen Abschnitte der ersten Oberfläche 41 des Waferträgerelements 40 unterhalb der Wafertemperaturmessvorrichtung durchgehen, verwendet werden. Wie oben beschrieben, können Durchschnittstemperaturen der einzelnen Wafer 46 verwendet werden, um Temperaturdaten der unsachgemäß gebildeten Wafer von der berechneten Beziehung zwischen der Temperatur der Wafer und der Temperatur des Waferträgerelements 40, die von dem Betriebspyrometer 70 an der besonderen radialen Entfernung von der Rotationsachse 42 aufgezeichnet wird, zu identifizieren und auszuschließen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Kalibrierparameter der Betriebspyrometer 70 nicht basierend auf den Temperaturmessungen, die von der Wafertemperaturmessvorrichtung 80 erzielt werden, angepasst. Stattdessen kann das Steuersystem 90 in dem Speicher 92 eine Karte oder Nachschlagetabelle des Offsets der Temperaturmessungen, die von den jeweiligen Betriebspyrometern 71, 73 und 75 in Bezug auf die ersten, zweiten und dritten Wafertemperaturmessungen, die von der Wafertemperaturmessvorrichtung 80 erzielt werden, speichern. Auf diese Art können die Temperaturkarten es dem Steuersystem 90 erlauben, die Temperatur der Wafer unter Verwendung der Abschnitte 51, 53 und 55 des Heizelements 50 als Reaktion auf die Prozesstemperaturmessungen, die die Betriebspyrometer 71, 73 und 75 während eines Waferbehandlungsprozesses wie der unten beschriebene erzielen, präziser zu steuern.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der oben beschriebene Temperaturmessvorgang während des chemischen Dampfphasenabscheidungsvorgangs des Reaktors 12, wie unten beschrieben, ausgeführt werden, während der Reaktor beim Verarbeiten von Wafern 46 verwendet wird. Die Eingangsöffnung (nicht gezeigt) kann daher durch Senken einer Blende (nicht gezeigt) geöffnet werden. Dann kann ein Trägerelement, das die Wafer 46 trägt, von der Vorkammer (nicht gezeigt) in die Kammer 12 geladen und in eine Betriebsposition auf der Spindel 30 platziert werden. In diesem Zustand können die oberen Oberflächen der Wafer nach oben zu dem Gaseinlassrohr 14 zeigen. Dann kann die Eingangsöffnung geschlossen werden. Das Heizelement 50 kann betätigt werden, und der Drehantrieb 38 kann funktionieren, um die Spindel 30 und daher das Trägerelement 40 um die zentrale Achse 32 zu drehen. Typischerweise wird die Spindel 30 mit einer Drehzahl von etwa 50 bis 1500 Umdrehungen pro Minute gedreht.
Prozessgas-Zuführeinheiten (nicht gezeigt) können betätigt werden, um Gase durch das Gaseinlassrohr 14 zuzuführen. Die Gase können abwärts zu dem Trägerelement 40 über die oberen Oberflächen der Wafer 46 und abwärts um einen Umfang des Trägerelements zu dem Ableitungssystem 52 durchgehen. Die oberen Oberflächen der Wafer 46 können daher mit einem Prozessgas, das ein Gemisch der verschiedenen Gase enthält, die von den verschiedenen Prozessgas-Zuführeinheiten zugeführt werden, exponiert werden. Besonders typischerweise besteht das Prozessgas an der oberen Oberfläche vorherrschend aus dem Trägergas, das von einer Trägergas-Zuführeinheit (nicht gezeigt) zugeführt wird.
Während des Waferbehandlungsprozesses können die Betriebspyrometer 70 Temperaturmessungen aufzeichnen, die als eine Eingabe zum Steuern des Heizelements 50 dienen können. Bei Ausführungsformen, die ein Multizonen-Heizelement 50 haben, kann jedes einer Mehrzahl von Pyrometern 71, 73 und 75 Temperaturmessungen an einer besonderen radialen Entfernung von der vertikalen Rotationsachse 42 aufzeichnen, die eine entsprechende Zone oder einen Abschnitt 51, 53, 55 des Multizonen-Heizelements steuern. Wie oben beschrieben, kann ein erster Satz erster, zweiter und dritter Betriebs- und Wafertemperaturmessungen bei einer ersten beständigen Waferbehandlungstemperatur gesammelt werden, und, falls erwünscht, kann ein zweiter Satz erster, zweiter und dritter Betriebs- und Wafertemperaturmessungen bei einer zweiten beständigen Waferbehandlungstemperatur gesammelt werden.
Der Prozess kann fortgesetzt werden, bis die gewünschte Behandlung der Wafer abgeschlossen ist. Sobald der Prozess abgeschlossen wurde, kann die Eingangsöffnung geöffnet werden, und die Wafer 46 können von dem Trägerelement 40 entfernt werden. Schließlich können die behandelten Wafer mit neuen Wafern für den nächsten Betriebszyklus ersetzt werden.
Bei den gezeigten Ausführungsformen sind die Betriebspyrometer 70 und die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 getrennte Geräte, die in getrennten Fenstern installiert werden. Bei einer besonderen Ausführungsform, wie in 4 gezeigt, können ein oder mehrere der Betriebspyrometer 70 und eine entsprechende Wafertemperaturmessvorrichtung 80, die an demselben Radius von der zentralen Achse 32 angeordnet sind, in einer einzigen Vorrichtung 77 kombiniert werden, die die Funktion sowohl der Betriebspyrometer 70 als auch der Wafertemperaturmessvorrichtung 80 ausführen kann.
Eine solche einzelne Dual-Band-Vorrichtung 77 kann gemeinsame Strahlungssammeloptiken 93 aber zwei getrennte Strahlungserfassungsmechanismen 95 und 96 haben. Die Sammeloptiken können ein Filter 94 haben, das an einem schrägen Winkel zu der zentralen Achse 32 angeordnet ist, das Strahlung in einem ersten Wellenlängenband von etwa 400 nm (zum Beispiel 390 bis 410 nm) erlaubt durchzugehen, das aber Strahlung in einem zweiten Wellenlängenband von etwa 900 nm (zum Beispiel 890 bis 910 nm) reflektiert. Das erste Strahlungsband kann zu einem ersten Strahlungserfassungsmechanismus 95 gerichtet sein, der auf Strahlung in dem ersten Band reagiert, und das zweite Strahlungsband kann zu einem zweiten Strahlungserfassungsmechanismus 96 gerichtet sein, der auf Strahlung in dem zweiten Band reagiert.
Bei den gezeigten Ausführungsformen sind die Betriebspyrometer 70 und die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 angepasst, um die Temperatur des Trägerelements 40 und der Wafer 46, die darauf getragen werden, an einer radialen Entfernung von der vertikalen Rotationsachse 42 des Trägerelements zu messen, die dieselbe ist wie die radiale Entfernung zwischen der zentralen Achse 32 der Spindel 30 und dem entsprechenden Fenster 60, so dass die Betriebspyrometer und die Wafertemperaturmessvorrichtung angepasst sind, um Strahlung zu empfangen, die sich mit einem Winkel α ausbreitet, der ungefähr ein rechter Winkel ist (ungefähr 90°).
Bei anderen Ausführungsformen können die Betriebspyrometer 70 und die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 angepasst werden, um die Temperatur des Trägerelements 40 und der Wafer 46, die darauf getragen werden, an einer radialen Entfernung von der vertikalen Rotationsachse 42 des Trägerelements, die von der radialen Entfernung zwischen der zentralen Achse 32 der Spindel 30 und dem entsprechenden Fenster 60 unterschiedlich ist, zu messen, so dass die Betriebspyrometer und die Wafertemperaturmessvorrichtung angepasst sind, um Strahlung zu empfangen, die sich mit einem Winkel α, der nicht ungefähr ein rechter Winkel, wie zum Beispiel 30°, 45°, 60°, 75° oder irgendein anderer Winkel ist, ausbreitet. Bei besonderen Ausführungsformen können entweder sowohl die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 als auch ein entsprechendes Pyrometer 70, beide oder keines davon Strahlung empfangen, die sich mit einem Winkel α ausbreitet, der in etwa ein rechter Winkel ist.
Bei solchen Ausführungsformen, bei welchen der Winkel α nicht ungefähr ein rechter Winkel ist, kann sich die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 an einer unterschiedlichen radialen Entfernung von der vertikalen Rotationsachse 42 des Trägerelements 40 als das entsprechende Betriebspyrometer 70 befinden, sofern sowohl die Wafertemperaturmessvorrichtung als auch das entsprechende Betriebspyrometer Strahlung empfangen können, die sich von dem Trägerelement an derselben radialen Entfernung (zum Beispiel D1) von der vertikalen Rotationsachse ausbreitet.
Wie gezeigt, sind die Betriebspyrometer 70 in Fenstern 60R an der rechten Seite installiert, und die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 kann abnehmbar in entsprechenden der Fenster 60L der linken Seite installiert sein. Bei anderen Ausführungsformen kann jedes Betriebspyrometer 70 in irgendeinem der Fenster 60 installiert werden, und die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 kann abnehmbar in irgendeinem entsprechenden der Fenster 60 installiert werden, das Strahlung empfangen kann, die sich von dem Trägerelement an derselben radialen Entfernung von der vertikalen Rotationsachse 42 wie diejenige ausbreitet, die von dem jeweiligen Betriebspyrometer 70 empfangen wird.
Bei einem Beispiel können die Betriebspyrometer 70 in einigen der Fenster 60L auf der linken Seite installiert werden, und die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 kann abnehmbar in entsprechenden der Fenster 60R der rechten Seite installiert werden. Bei einem anderen Beispiel, können einige der Betriebspyrometer 70 (zum Beispiel die Betriebspyrometer 71 und 73) in einigen der Fenster 60R der rechten Seite installiert werden, und andere der Betriebspyrometer (zum Beispiel das Betriebspyrometer 75) können in Fenstern 60L auf der linken Seite installiert werden, und die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 kann abnehmbar in entsprechenden der Fenster 60 installiert werden, die Strahlung empfangen können, die sich von dem Trägerelement an derselben radialen Entfernung von der vertikalen Rotationsachse 42 wie diejenige ausbreitet, die von dem jeweiligen Betriebspyrometer 70 empfangen wird.
Es ist wünschenswert, dass jedes der Fenster 60, in dem die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 installiert wird (zum Beispiel die Fenster auf der linken Seite 1L, 3L und 5L) frei von signifikanten störenden Ablagerungen ist. Bevor die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 in einem besonderen Fenster 60 installiert wird, ist es wünschenswert, dass das besondere Fenster gereinigt wird, um solche störenden Ablagerungen zu entfernen.
Unter Bezugnahme auf 2, ist eine bevorzugte Fensterausführungsform für die chemische Dampfphasenabscheidungsvorrichtung 10, die in 1 gezeigt ist, gezeigt Bei dieser Ausführungsform kann die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 abnehmbar oder dauerhaft in einem oder mehreren radial extensiven optischen Fenstern 60L' installiert werden, statt sequenziell abnehmbar in getrennten Fenstern 1L, 3L und 5L installiert zu werden. Wie hier verwendet, ist ein radial extensives Fenster ein Fenster, das die Fähigkeit hat, die radiale Position eines installierten Pyrometers in Bezug auf die zentrale Achse 32 der Spindel 30 zu ändern, ohne das Pyrometer von dem Fenster zu entfernen. Ein solches radial extensives Fenster kann eine lineare Gleitbahn aufweisen, die sich radial erstreckenden Schienen hat, die es einem Pyrometer erlauben, darauf von einer radialen Position zu einer anderen zu gleiten, ohne von dem Fenster entfernt zu werden.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform kann die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 in einem radial extensiven Fenster 60L' auf Schienen (nicht gezeigt) installiert werden, die sich im Wesentlichen parallel zu der oberen Oberfläche 41 des Trägerelements 40 entlang mindestens eines Abschnitts eines Radius des Trägerelements derart erstrecken, dass die Wafertemperaturmessvorrichtung unter Verwendung einer Mikrometerhalterung gesteuert werden kann. Bei einem Beispiel kann die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 schnell auf den Schienen entlang mindestens eines Abschnitts des Radius des Trägerelements 40 bewegt werden, um eine Karte von Temperaturmessaufzeichnungen eines radial extensiven Abschnitts des Trägerelements zu bilden. Bei einem anderen Beispiel kann sich das radial extensive Fenster 60L' entlang eines gesamten Radius des Trägerelements erstrecken, so dass die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 auf den Schienen entlang eines gesamten Radius des Trägerelements 40 bewegt werden kann, um Temperaturmessaufzeichnungen irgendeiner radialen Stelle an der oberen Oberfläche 41 des Trägerelements auszuführen.
Bei einer besonderen Ausführungsform, können zwei oder mehr radial extensive Fenster 60L' entlang desselben Radius des Trägerelements 40 oder entlang unterschiedlicher Radien an unterschiedlichen Winkellagen des Trägerelements bestehen, und die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 kann sequenziell in jedem radial extensiven Fenster zum Aufzeichnen von Temperaturmessungen entlang von zwei oder mehr radial extensiven Abschnitten des Trägerelements installiert werden.
Bei einem bevorzugten Beispiel kann die Temperaturmessvorrichtung 80 innerhalb des radial extensiven Fensters 60L' entlang der Schienen zu diskreten Stellen A, B und C bewegt werden, so dass die Wafertemperaturmessvorrichtung die Temperatur von Wafern 46 messen kann, die Abschnitte haben, die sich an den radialen Entfernungen D1, D3 und D5 befinden, an welchen die jeweiligen Betriebspyrometer 71, 73 und 75 angepasst sind, um Temperaturmessungen aufzuzeichnen.
Die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 kann abnehmbar in dem Fenster 60L' nur an Zeitpunkten installiert werden, während welchen ein Benutzer wünscht, die Beziehung zwischen der Temperatur der Wafer 46 in dem Reaktor 12 und der Temperatur des Waferträgerelements 40, die von den Betriebspyrometern 70 aufgezeichnet werden, zu bestimmen, oder die Wafertemperaturmessvorrichtung kann in dem Fenster 60L' während Waferbehandlungszyklen installiert bleiben und periodisch zur Neukalibrierung gemäß einem bekannten Standard entfernt werden.
Bei einer Variation der Ausführungsform der 2, kann die Wafertemperaturmessvorrichtung 80, die in einem radial extensiven Fenster 60L' auf Schienen installiert ist, die sich im Wesentlichen parallel zu der oberen Oberfläche 41 des Trägerelements 40 erstrecken, einen optionalen Mechanismus 81 zum Messen von Reflexionsvermögen und Waferkrümmungsinformationen (in 2 in gestrichelten Linien gezeigt) aufweisen. Bei einem Beispiel kann der Mechanismus 81 mit der Wafertemperaturmessvorrichtung 80 vereint werden und mit ihr entlang des radial extensiven Fensters gleiten. Bei einer Ausführungsform kann der Mechanismus 81 auf Licht in demselben Wellenlängenband reagieren wie die Wafertemperaturmessvorrichtung 80, wie zum Beispiel 395 bis 425 nm.
Wenn der Mechanismus 81 in der Wafertemperaturmessvorrichtung 80 enthalten ist, können zusätzliche Informationen von dem Mechanismus 81 gesammelt werden, während die Temperaturmessvorrichtung die Temperatur der oberen Oberfläche der Wafer 46 aufzeichnet. Der Mechanismus 81 kann zum Beispiel 2D- und 3D-Wafergleichförmigkeitskarten der Krümmung, Temperatur, des Reflexionsvermögens, der Konzentration von Materialien, die auf die Wafer aufgebracht werden und der Wachstumsrate der auf die Wafer aufgebrachten Materialien aufzeichnen. Solche zusätzlichen Informationen, die von dem Mechanismus 81 während eines CVD-Prozesslaufs aufgezeichnet werden, können überwacht und als Feedback zu dem Steuersystem 90 verwendet werden, um die Temperatur (Steuerung der Heizelemente 50) und/oder Gaszufuhrsystemkonzentration und/oder das Strömen (Steuern des Gaseinlassrohrs 14) zu steuern.
Bei einer anderen Variation der Ausführungsform der 1 oder 2, kann ein Thermistor auf den Körpern der Betriebspyrometer 70 und/oder der Wafertemperaturmessvorrichtungen 80 installiert werden, um die Umgebungstemperatur der Pyrometer während CVD-Prozessläufen zu überwachen, und die Temperaturausgabeablesungen der Betriebspyrometer und/oder der Wafertemperaturmessvorrichtungen können basierend auf dem Profil der Umgebungstemperaturmessungen angepasst werden.
Diese Variation kann präzisere Temperatursteuerung des CVD-Prozesses erlauben, weil die Präzision des Temperaturausgangs der Betriebspyrometer 70 und/oder der Wafertemperaturmessvorrichtungen 80 in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur der Betriebspyrometer und/der Wafertemperaturmessvorrichtungen variieren kann. Falls die Auswirkung der Umgebungstemperatur auf die Präzision des Temperaturausgangs der Betriebspyrometer 70 und/oder der Wafertemperaturmessvorrichtungen 80 bekannt ist, kann das Verwenden der Temperaturinformationen, die von solchen Thermistoren während eines CVD-Prozesslaufs innerhalb einer Prozess-Steuerfeedbackschleife aufgezeichnet werden, es dem Steuersystem 90, erlauben, das Temperaturoffset der Betriebspyrometer 70 und/oder der Wafertemperaturmessvorrichtungen 80 von der tatsächlichen Temperatur der Wafer 46 während unterschiedlicher Stufen des CVD-Prozesslaufs zu kennen, und das Steuersystem kann diese Offsetinformationen verwenden, um die Temperatur der Wafer während des Prozesslaufs präziser zu steuern.
Die Betriebspyrometer 70 und die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 können von der Kammer 12 entfernt und periodisch im Vergleich zu einem bekannten Standard, wie zum Beispiel eine Standardvorrichtung, die selbst zu einem nationalen oder internationalen Standard, wie zum Beispiel der NIST-Schwarzkörperstandard, zurückverfolgt werden kann, kalibriert werden. Bei einem besonderen Beispiel können die Betriebspyrometer 70 unter Verwendung eines In-Situ-Systems, wie in der gleichzeitig anhängigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 13/331 112, auf denselben Inhaber, die hier durch Verweis aufgenommen wird, kalibriert werden.
Bei einer Ausführungsform, die eine Variation des In-Situ-Systems der Anmeldung '112 ist, können die Betriebspyrometer 70 und die Temperaturmessvorrichtung 80 unter Verwendung eines In-Situ-Kalibrierprozesses in zwei Teilen, wie unten beschrieben, kalibriert werden.
In einem ersten Teil des Kalibrierprozesses, können ein oder mehrere der Betriebspyrometer 70 durch Entfernen der Temperaturmessvorrichtung 80 von dem Reaktor 10 und abnehmbares Installieren eines Kalibrierpyrometers in einem der Fenster 60 an demselben Radius von der vertikalen Rotationsachse 42 des Trägerelements wie ein oder mehrere der Betriebspyrometer kalibriert werden. Um zum Beispiel das Betriebspyrometer 71 zu kalibrieren, das in dem Fenster 1R installiert ist, kann das Kalibrierpyrometer in dem Fenster 1L installiert werden. Bei einem besonderen Beispiel kann das Kalibrierpyrometer ein Spitzenpräzisionspyrometer sein. Ein solches Kalibrierpyrometer kann zum Beispiel eine Präzision innerhalb von etwa ±1,5°C und eine Wiederholbarkeit von einem Kalibrierpyrometer zu einem anderen innerhalb von etwa ±0,25°C haben.
Wenn sich das Kalibrierpyrometer in der Position A in dem Fenster 1L installiert befindet, kann das Kalibrierpyrometer die Temperatur des Trägerelements 40 oder die Temperatur eines der Wafer, die sowohl für das Kalibrier- als auch das Betriebspyrometer opak sind (zum Beispiel Silikonwafer) an der radialen Entfernung D1 von der vertikalen Rotationsachse 42 des Trägerelements messen. Diese radiale Entfernung D1 ist dieselbe radiale Entfernung, an der das Betriebspyrometer 71, das in dem Fenster 1R installiert ist, angepasst ist, um die Temperatur des Trägerelements 40 oder opaker Wafer 46 zu messen. Während die Spindel 30 dreht, können folglich das Kalibrierpyrometer, das in dem Fenster 1L installiert ist, und das Betriebspyrometer 71, das in dem Fenster 1R installiert ist, die Temperatur eines besonderen ringförmigen Abschnitts des Trägerelements 40 an der radialen Entfernung D1 messen, und solche gemessenen Temperaturen können Durchschnitte der gemessenen Temperatur des gesamten ringförmigen Abschnitts während mindestens einer vollständigen Umdrehung des Trägerelements sein. Basierend auf den Temperaturinformationen, die von dem Kalibrierpyrometer und dem Betriebspyrometer 71 gesammelt werden, kann das Betriebspyrometer kalibriert werden, oder das Temperaturoffset zwischen dem Kalibrierpyrometer und dem Betriebspyrometer kann von dem Steuersystem 90 aufgezeichnet werden.
Ähnlich, wenn sich das Kalibrierpyrometer an den Stellen B oder C befindet, die in den jeweiligen Fenstern 3L oder 5L installiert sind, kann das Kalibrierpyrometer die Temperatur des Trägerelements 40 an den jeweiligen radialen Entfernungen D3 oder D5 von der vertikalen Rotationsachse 42 des Trägerelements messen. Die radialen Entfernungen D3 und D5 sind dieselben radialen Entfernungen, an welchen die jeweiligen Betriebspyrometer 73 und 75, die in den Fenstern 3R und 5R installiert sind, angepasst sind, um die Temperatur des Trägerelements 40 zu messen. Basierend auf den Temperaturinformationen, die von dem Kalibrierpyrometer und den Betriebspyrometern 73 und 75 gesammelt werden, kann das Betriebspyrometer kalibriert werden, oder das Temperaturoffset zwischen dem Kalibrierpyrometer und den Betriebspyrometern kann von dem Steuersystem 90 aufgezeichnet werden.
Falls gewünscht, kann der erste Teil des Kalibrierprozesses mit dem Reaktor 10 wiederholt werden, der auf eine Reihe von anderen Temperaturen erwärmt wird (zum Beispiel 800°C, 900°C, 1000°C und 1100°C), so dass das Temperaturoffset zwischen dem Kalibrierpyrometer und den Betriebspyrometern 70 über den Temperaturbereich aufgezeichnet werden kann, der bei einem typischen CVD-Prozess verwendet wird.
Bei einem zweiten Teil des Kalibrierprozesses kann die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 wieder in dem Reaktor 10 in einem der Fenster 60L an demselben Radius von der vertikalen Rotationsachse 42 des Trägerelements von einem der bereits kalibrierten Betriebspyrometer 70 installiert werden. Da die Betriebspyrometer 70 bereits von dem Kalibrierpyrometer kalibriert wurden, kann das Verwenden eines der Betriebspyrometer zum Kalibrieren der Temperaturmessvorrichtung 80 dieselbe Kalibrierpräzision haben wie das Verwenden des Kalibrierpyrometers selbst, aber mit dem Vorteil, dass man die Betriebspyrometer nicht von den Reaktor 10 zu entfernen braucht, und mit dem Vorteil, dass man die Temperaturmessvorrichtung 80 nicht an einen anderen Ort zu versenden braucht, um in einem getrennten Gerät kalibriert zu werden.
Um zum Beispiel die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 unter Verwendung des Betriebspyrometers 71, das in dem Fenster 1R installiert ist, als Kalibrierpyrometer zu kalibrieren, kann die Wafertemperaturmessvorrichtung in dem Fenster 1L an der Stelle A installiert werden. Dann können ein unbestücktes Waferträgerelement, das keine Taschen 44 hat, ein leeres Waferträgerelement 40 oder ein Waferträgerelement 40, das Silikonwafer 46 trägt (oder irgendwelche Wafer, die sowohl für die Wafertemperaturmessvorrichtung 80 als auch das von ihr verwendete Betriebspyrometer 71, opak sind) in dem Reaktor 10 installiert werden.
Der Reaktor 10 kann auf eine erste Temperatur (zum Beispiel 700°C) erwärmt werden, und während die Spindel 30 dreht, können die Temperaturmessvorrichtung 80, die in dem Fenster 1L installiert ist, und das Betriebspyrometer 71, das in dem Fenster 1R installiert ist, die Temperatur eines besonderen ringförmigen Abschnitts des Trägerelements 40 und/oder der opaken Wafer 46 an der radialen Entfernung D1 messen, und solche gemessenen Temperaturen können Durchschnitte der gemessenen Temperatur des gesamten Ringabschnitts während mindestens einer vollständigen Umdrehung des Trägerelements sein. Basierend auf den Temperaturmessungsinformationen, die von dem Betriebspyrometer 71 und der Temperaturmessvorrichtung 80 gesammelt werden, kann die Temperaturmessvorrichtung kalibriert werden, oder das Temperaturoffset zwischen der Temperaturmessvorrichtung und dem Betriebspyrometer kann von dem Steuersystem 90 aufgezeichnet werden.
Falls gewünscht, kann der zweite Teil des Kalibrierprozesses mit dem Reaktor 10 wiederholt werden, der auf eine Reihe von anderen Temperaturen erwärmt wird (zum Beispiel 800°C, 900°C, 1000°C und 1100°C), so dass das Temperaturoffset zwischen dem Kalibrierpyrometer und den Betriebspyrometern 71 über den Temperaturbereich aufgezeichnet werden kann, der bei einem typischen CVD-Prozess verwendet wird.
Die In-Situ-Temperaturmesssysteme und Verfahren gemäß der Erfindung, wie sie oben beschrieben sind, können mehrere potentielle Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Temperaturmessverfahren haben. Im Vergleich zu herkömmlichen Temperaturmessverfahren, kann zum Beispiel das erfindungsgemäße Temperaturmessverfahren Fehler in Zusammenhang mit der Betriebspyrometerinstallation in der Kammer 12 und den Bedingungen in der Kammer, wie zum Beispiel störende Ablagerungen auf den Fenstern 60, wie oben beschrieben, kompensieren.
Die Erfindung kann bei verschiedenen Waferbehandlungsprozessen, die einen Drehscheibenreaktor verwenden, wie zum Beispiel chemische Dampfphasenabscheidung, chemisches Ätzen der Wafer und dergleichen angewandt werden. Obwohl die Erfindung hier unter Bezugnahme auf besondere Ausführungsformen beschrieben wurde, muss man verstehen, dass diese Ausführungsformen allein für die Grundsätze und Anwendungen der vorliegenden Erfindung veranschaulichend sind. Man muss daher verstehen, dass zahlreiche Änderungen an den veranschaulichenden Ausführungsformen vorgenommen werden können, und dass andere Anordnungen ohne Abweichen vom Sinn und Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung, wie sie durch die anliegenden Ansprüche definiert ist, erdacht werden können. Es ist klar, dass die verschiedenen abhängigen Ansprüche und Merkmale, die hier dargelegt sind, auf andere Arten als die in den ursprünglichen Ansprüchen präsentierten kombiniert werden können. Es ist auch klar, dass die in Zusammenhang mit einzelnen Ausführungsformen beschriebenen Merkmale anderen der beschriebenen Ausführungsformen gemeinsam sein können.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung genießt umfassende industrielle Anwendbarkeit, darunter aber nicht darauf beschränkt, Verfahren zur Temperaturmessung von Waferbehandlungsreaktoren und Temperaturmesssysteme für Waferbehandlungsreaktoren.

Claims

Verfahren einer In-Situ-Temperaturmessung für einen Waferbehandlungsreaktor, das Folgendes aufweist: (a) Erwärmen des Reaktors, bis der Reaktor eine Waferbehandlungstemperatur erreicht, (b) Drehen eines Waferträgerelements innerhalb des Reaktors um eine Rotationsachse, (c) während des Drehens des Waferträgerelements um die Rotationsachse, Erzielen erster Betriebstemperaturmessungen unter Verwendung eines ersten Betriebspyrometers, das Strahlung von einem ersten Abschnitt des Waferträgerelements empfängt, und (d) während des Drehens des Waferträgerelements um die Rotationsachse, Erzielen erster Wafertemperaturmessungen unter Verwendung einer Wafertemperaturmessvorrichtung, die Strahlung von mindestens einem Wafer empfängt, wobei sich die Wafertemperaturmessvorrichtung an einer ersten Position befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich der erste Abschnitt des Waferträgerelements in einer ersten radialen Entfernung von der Rotationsachse befindet, und wobei während des Schritts (d) die Strahlung, die von dem mindestens einen Wafer empfangen wird, von Stellen in der ersten radialen Entfernung von der Rotationsachse empfangen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Wafertemperaturmessvorrichtung ein Pyrometer mit kurzer Wellenlänge ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Wafertemperaturmessvorrichtung eine der folgenden ist: eine Vorrichtung, die auf Absorptionsverschiebung beruht, oder ein Weißlicht-Spektralreflektometer.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Betriebspyrometer auf Strahlung in einem ersten Wellenlängenband reagiert, die Wafertemperaturmessvorrichtung auf Strahlung in einem zweiten Wellenlängenband reagiert, und der mindestens eine Wafer für Strahlung in dem ersten Band durchscheinend oder transparent und für Strahlung in dem zweiten Band opak ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das erste Wellenlängenband in dem Infrarotlichtspektrum liegt und das zweite Wellenlängenband in dem Ultraviolettlichtspektrum liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Wafer im Wesentlichen aus Saphir besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Wafer eine Mehrzahl von Wafern ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte (c) und (d) gleichzeitig ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte (c) und (d) während des Betriebs des Reaktors zur Behandlung von Wafern ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Betrieb des Reaktors zur Behandlung von Wafern chemische Dampfphasenabscheidung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Heizschritt durch ein Multizonen-Heizsystem für das Waferträgerelement ausgeführt wird, wobei die erste Zone des Heizsystems einen Abschnitt hat, der sich in der ersten radialen Entfernung von der Rotationsachse befindet, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: (e) Ändern der Temperatur der ersten Zone.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner Folgendes umfasst: (f) Bewegen der Wafertemperaturmessvorrichtung zu einer zweiten Position, (g) während des Drehens des Waferträgerelements um die Rotationsachse, Erzielen zweiter Betriebstemperaturmessungen unter Verwendung eines zweiten Betriebspyrometers, das Strahlung von einem zweiten Abschnitt des Waferträgerelements empfängt, und (h) während des Drehens des Waferträgerelements um die Rotationsachse, Erzielen zweiter Wafertemperaturmessungen unter Verwendung der Wafertemperaturmessvorrichtung, wobei die zweiten Wafertemperaturmessungen mindestens teilweise auf Strahlung beruhen, die von dem mindestens einen Wafer empfangen wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei sich der zweite Abschnitt des Waferträgerelements in einer zweiten radialen Entfernung von der Rotationsachse befindet, und wobei während des Schritts (h) die Strahlung, die von dem mindestens einen Wafer empfangen wird, von Stellen in der zweiten radialen Entfernung von der Rotationsachse empfangen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei eine zweite Zone des Heizsystems einen Abschnitt hat, der sich in der zweiten radialen Entfernung von der Rotationsachse befindet, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: (i) Ändern der Temperatur der zweiten Zone.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Wafertemperaturmessvorrichtung in ein radial extensives optisches Fenster eingefügt ist und der Bewegungsschritt derart ausgeführt wird, dass die Wafertemperaturmessvorrichtung entlang des radial extensiven kalibrierenden optischen Fensters von der ersten Position zu der zweiten Position bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Bewegungsschritt derart ausgeführt wird, dass die Wafertemperaturmessvorrichtung entlang einer linearen Gleitbahn bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die ersten Wafertemperaturmessungen wenigstens teilweise auf Strahlung basieren, die von einem ersten Wafer des mindestens einen Wafers empfangen wird, und die zweiten Wafertemperaturmessungen mindestens teilweise auf Strahlung basieren, die von einem zweiten Wafer des mindestens einen Wafers empfangen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Waferbehandlungstemperatur eine erste Waferbehandlungstemperatur ist, das ferner Folgendes umfasst: (e) Erwärmen des Reaktors, bis der Reaktor eine zweite Waferbehandlungstemperatur erreicht, (f) während des Drehens des Waferträgerelements um die Rotationsachse, Erzielen erster Betriebstemperaturmessungen von dem ersten Abschnitt des Waferträgerelements unter Verwendung des ersten Betriebspyrometers, und (g) während des Drehens des Waferträgerelements um die Rotationsachse, Erzielen zweiter Wafertemperaturmessungen von dem mindestens einen Wafer unter Verwendung der Wafertemperaturmessvorrichtung.
Verfahren einer In-Situ-Temperaturmessung für einen Waferbehandlungsreaktor, das Folgendes umfasst: (a) Erwärmen des Reaktors, bis der Reaktor eine Waferbehandlungstemperatur erreicht, (b) Drehen eines Waferträgerelements, das mindestens einen Wafer trägt, innerhalb des Reaktors um eine Rotationsachse, und (c) Abscheiden eines Materials, das über der oberen Oberfläche des mindestens einen Wafers liegt, wobei das Material eine Schicht bildet, die eine obere Oberfläche hat, (d) während des Drehens des Waferträgerelements um die Rotationsachse, Erzielen erster Betriebstemperaturmessungen unter Verwendung eines ersten Betriebspyrometers, das auf Strahlung in einem ersten Wellenlängenband reagiert, wobei das erste Betriebspyrometer Strahlung von der oberen Oberfläche mindestens eines Wafers empfängt, wobei der mindestens eine Wafer für die Strahlung in dem ersten Band opak ist, wobei die Schicht, die über der oberen Oberfläche des mindestens einen Wafers liegt, für die Strahlung in dem ersten Band durchscheinend oder transparent ist, und (e) während des Drehens des Waferträgerelements um die Rotationsachse, Erzielen erster Wafertemperaturmessungen unter Verwendung einer Wafertemperaturmessvorrichtung, die auf Strahlung in einem zweiten Wellenlängenband reagiert, wobei die Wafertemperaturmessvorrichtung Strahlung von der oberen Oberfläche der Schicht, die über der oberen Oberfläche des mindestens eines Wafers liegt, empfängt, wobei der mindestens eine Wafer für Strahlung in dem zweiten Band opak ist, wobei die Schicht, die über der oberen Oberfläche des mindestens einen Wafers liegt, für Strahlung in dem zweiten Band opak ist, wobei sich die Wafertemperaturmessvorrichtung an einer ersten Position befindet.
Verfahren einer In-Situ-Temperaturmessvorrichtungskalibrierung für einen Waferbehandlungsreaktor, das Folgendes umfasst: (a) Positionieren eines Kalibrierpyrometers an einer Kalibrierposition, so dass das Kalibrierpyrometer angepasst ist, um Strahlung von einem Abschnitt eines ersten Waferträgerelements in einer ersten radialen Entfernung von einer Rotationsachse des ersten Waferträgerelements zu empfangen, (b) Erwärmen des Reaktors, bis der Reaktor eine Pyrometerbehandlungstemperatur erreicht, (c) Drehen des ersten Waferträgerelements um die Rotationsachse, (d) während des Drehens des ersten Waferträgerelements um die Rotationsachse, Erzielen erster Betriebstemperaturmessungen von einem Betriebspyrometer, das an einer Betriebsposition installiert ist, so dass das Betriebspyrometer angepasst ist, um Strahlung von dem Abschnitt des ersten Waferträgerelements in der ersten radialen Entfernung von der Rotationsachse des ersten Waferträgerelements zu empfangen, (e) während des Drehens des Trägerelements um die Rotationsachse, Erzielen erster Kalibriertemperaturmessungen von dem Kalibrierpyrometer, (f) Entfernen des Kalibrierpyrometers von der Kalibrierposition, (g) Ersetzen des ersten Waferträgerelements mit einem zweiten Waferträgerelement, das mindestens einen Wafer trägt, wobei der mindestens eine Wafer für das Betriebspyrometer und die Wafertemperaturmessvorrichtung opak ist, (h) Positionieren der Wafertemperaturmessvorrichtung an der Kalibrierposition, so dass die Wafertemperaturmessvorrichtung angepasst ist, um Strahlung von dem mindestens einen Wafer in der ersten radialen Entfernung von der Rotationsachse des zweiten Waferträgerelements zu empfangen, (i) Drehen des zweiten Waferträgerelements um die Rotationsachse, (k) während des Drehens des zweiten Trägerelements um die Rotationsachse, Erzielen zweiter Betriebstemperaturmessungen von der Wafertemperaturmessvorrichtung, wobei die zweiten Betriebstemperaturmessungen eine Temperatur einer oberen Oberfläche des mindestens einen Wafers aufweisen, (j) während des Drehens des zweiten Waferträgerelements um die Rotationsachse, Erzielen zweiter Kalibriertemperaturmessungen von dem ersten Betriebspyrometer, wobei die zweiten Betriebstemperaturmessungen eine Temperatur einer oberen Oberfläche des mindestens einen Wafers aufweisen.
In-Situ-Temperaturmesssystem für einen Waferbehandlungsreaktor, wobei das System Folgendes umfasst: (a) ein Waferträgerelement, das eine Rotationsachse hat, (b) ein Heizelement für das Waferträgerelement, (c) ein erstes Betriebspyrometer, das angepasst ist, um Strahlung von einem ersten Abschnitt des Waferträgerelements an einer ersten radialen Entfernung von der Rotationsachse zu empfangen, und (d) eine Wafertemperaturmessvorrichtung, die sich an einer ersten Position befindet, wobei die Wafertemperaturmessvorrichtung in der ersten Position angepasst ist, um Strahlung von mindestens einem Wafer zu empfangen, der auf dem Waferträgerelement in der ersten radialen Entfernung von der Rotationsachse angeordnet ist.
System nach Anspruch 22, wobei die Wafertemperaturmessvorrichtung ein Pyrometer mit kurzer Wellenlänge ist.
System nach Anspruch 22, wobei das erste Betriebspyrometer auf Strahlung in einem ersten Wellenlängenband reagiert, die Wafertemperaturmessvorrichtung auf Strahlung in einem zweiten Wellenlängenband reagiert, und der mindestens eine Wafer für Strahlung in dem ersten Band durchscheinend oder transparent und für Strahlung in dem zweiten Band opak ist.
System nach Anspruch 24, wobei das erste Wellenlängenband in dem Infrarotlichtspektrum liegt und das zweite Wellenlängenband in dem Ultraviolettlichtspektrum liegt.
System nach Anspruch 22, wobei das erste Betriebspyrometer und die Wafertemperaturmessvorrichtung angepasst sind, um gleichzeitig Temperaturmessungen in der ersten radialen Entfernung von der Rotationsachse des Waferträgerelements zu nehmen.
System nach Anspruch 22, wobei das Heizelement ein Multizonen-Heizsystem für das Waferträgerelement ist, wobei eine erste Zone des Heizsystems einen Abschnitt hat, der sich in einer ersten radialen Entfernung von der Rotationsachse befindet.
System nach Anspruch 22, das ferner ein zweites Betriebspyrometer umfasst, das angepasst ist, um Strahlung von einem zweiten Abschnitt des Waferträgerelements an einer zweiten radialen Entfernung von der Rotationsachse zu empfangen, wobei die Temperaturmessvorrichtung angepasst ist, um sich an einer zweiten Position zu befinden, wobei die Wafertemperaturmessvorrichtung in der zweiten Position angepasst ist, um Strahlung von dem mindestens einen Wafer in der zweiten radialen Entfernung von der Rotationsachse zu empfangen.
System nach Anspruch 28, wobei die Wafertemperaturmessvorrichtung in ein radial extensives optisches Fenster eingefügt ist, und wobei die Wafertemperaturmessvorrichtung angepasst ist, um innerhalb des radial extensiven optischen Fensters zwischen der ersten und der zweiten Position zu gleiten.
System nach Anspruch 29, das ferner eine lineare Gleitbahn umfasst, wobei die Wafertemperaturmessvorrichtung angepasst ist, um entlang der linearen Gleitbahn zwischen der ersten und der zweiten Position zu gleiten.