JP2016100601A - ウエハー及び薄膜温度の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】サセプタが軸の周りを回転させ、前記サセプタはウエハーをそれぞれ載置させると共に自転を行う複数のウエハー載置器を備える。プロセスガスは前記ウエハーに近接される第一表面が加熱反応を経て薄膜が形成されて前記第一表面上で成長する。等温平板は前記ウエハーの第一表面に対向する第二表面に設置される。1つ或いは複数の温度測定器は前記等温平板の前記ウエハーに対向する反対面の温度の獲得に使用される。前記反対面の温度から前記ウエハーのウエハー端の温度を推測する。
【選択図】図1
Description
このため、プロセスの歩留りに影響するほか、システムの加熱温度が高くなり過ぎ、キャビティ内部の各部材の許容可能な温度を超えると、反応炉内の部材の耐用年数に被害を与える。
前記サセプタが軸の周りを回転させる。前記複数のウエハー載置器は前記サセプタに位置され、各前記ウエハー載置器にはウエハーが載置され、自転が行われる。前記プロセスガスは前記ウエハーに近接される第一表面が、加熱反応を経て薄膜が形成されて前記第一表面上で成長する。前記等温平板は前記ウエハーの第二表面に設置され、前記ウエハーを加熱させるために使用され、前記第二表面を前記第一表面に対向させる。前記1つ或いは複数の温度測定器は前記第二表面に近接される一側に設置され、前記等温平板の前記ウエハーに対向させる反対面の温度を獲得させ、前記反対面の温度により前記ウエハーのウエハー端の温度が推測される。
尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。なお、いつくかの実施形態において、同じないしは相似する部材の符号は同じ、相似する、ないしは類似する部材及び/或いは素子を示すが、但しいくつかの実施形態においては、異なる部材を示す。いくつかの実施形態では、方向を示す名詞の上、下、左、右、上向き、下向き、超過、上方、下方、後面、前面等は字義通り解釈するが、但し他の実施形態では字義通りに解釈しない。また、本発明の部材を分かりやすく表示するため、図中では一部の部材を省略する。明細書において、読者に本発明の理解を促すために、特定の部分を仔細に亘って図示する。然しながら、本発明ではこれらの特定の細部を一部或いは全部省略しても実施可能である。
成長システム(deposition system)、例えば金属有機化学気相成長システムは、サセプタ18及びウエハー載置器16を備え、両者はそれぞれ公転及び自転を行う。図には成長システムの半分のみを示し、残りの半分は軸15の他側に対称に分布される。サセプタ駆動システム100によりサセプタ18が連動されて軸15の周りを公転させる。ウエハー載置器16にはウエハーが載置される。ウエハー載置器16の正面或いは下方の一定の距離をおく箇所には対向板13を有し、対向板13とウエハー載置器16との間にはプロセス区域11を有する。
プロセスガス12はプロセス区域11を通過させ、加熱反応を経た後に、一部の反応生成物がウエハー10の表面上で成長して薄膜が形成され、他の部分は排気区域14を通過させて排出される。このほか、ウエハー載置器16の背面にはヒーター8を有し、例えば等温平板8であり、ウエハー10の加熱に用いられる。ウエハー載置器16と等温平板8との間には(空気)間隙9を有する。
本実施形態では、等温平板の上方には3つの遠赤外線温度測定器21/22/23を有し、3つのビューポート201/202/203によりそれぞれ等温平板の上方の測定、即ち、ウエハーの反対側の表面の内部区域温度301、中央部区域温度302、及び外側区域温度303の温度の測定を行う。ここで、内部、中央部、及び外側とはサセプタ18が公転する際の軸との距離を指す。
ウエハー10の基板が温度測定器30に対して透明である場合、例えば、ウエハー10の基板がサファイア基板である場合、温度測定器30によりサファイア基板を透過させて等温平板8の下表面の温度が測定される。ウエハー10の基板が温度測定器30に対して不透明である場合、例えば、ウエハー10の基板がシリコン基板である場合、温度測定器30によりウエハー10の(下)表面の温度が測定される。
以上の機制により、サセプタ18が1回転すると、等温平板の下方の1つ或いは複数の温度、例えば、内部区域温度311、中央部区域温度312、及び外側区域温度313が得られる。サンプルにより、各ウエハーの位置の等温平板の下方の温度が得られ、且つ演算法により一点の温度、複数点の平均温度、或いは複数点の個別の温度が得られる。
以上の機制により、サセプタ18が1回転すると、各ウエハーの下方の1つ或いは複数の温度が得、例えば、内部区域温度321、中央部区域温度322、及び外側区域温度323が得られる。サンプルにより各ウエハーの位置のウエハーの下方の表面温度が得られ、且つ演算法により一点の温度、複数点の平均温度、或いは複数点の個別の温度が得られる。
内部区域ヒーター1、中央部区域ヒーター2、及び外側区域ヒーター3は内部区域熱電対或いはヒートパイプ4、中央部区域熱電対或いはヒートパイプ5、及び外側区域熱電対或いはヒートパイプ6にそれぞれ接続され、これは温度制御システム70に接続される。温度制御システム70は内部区域熱電対PID71 (proportional−integral−derivative controller、比例積分微分制御器)、中央部区域熱電対PID72、中央部区域遠赤外線温度測定器PID73、外側区域熱電対PID74、全体熱電対PID75、及び/或いは全体遠赤外線温度測定器PID76を備える。また、1つ或いは複数の電源供應器は、例えば、内部区域電源供給装置81、中央部区域電源供給装置82、及び外側区域電源供給装置83は電流を内部区域ヒーター1、中央部区域ヒーター2、及び外側区域ヒーター3にそれぞれ提供する。
本実施形態では、透明遮蔽板50は内部区域ヒーター1、中央部区域ヒーター2、外側区域ヒーター3、及びサセプタ18の間に存在する。加熱すると、内部区域ヒーター1、中央部区域ヒーター2、及び外側区域ヒーター3の熱放射が透明遮蔽板50を通過させる。透明遮蔽板50はサファイア材質であり、一体式構造或いは複数片が装設されて形成され、内部区域ヒーター1、中央部区域ヒーター2、及び外側区域ヒーター3が製造工程でアンモニアに攻撃されないように保護する。
ただし、他の実施形態では、内部区域ヒーター1、中央部区域ヒーター2、及び外側区域ヒーター3の材質はアンモニアの攻撃を受けないように保護されるため、透明遮蔽板50が不要である。加熱すると、内部区域ヒーター1、中央部区域ヒーター2、及び外側区域ヒーター3が発する熱放射は透明遮蔽板50を透過させて等温平板8の上方まで伝えられ、続いて、熱が等温平板8の下方まで伝導され、間隙9を経由して加熱目標を加熱させ、ウエハー10を加熱させる。
(1)ウエハー端の温度測定器30の放射率を校正させて温度を校正させる。
(2)450から400nmUVの周波帯の温度測定器を利用してGaN薄膜の表面温度を測定させる。
(3)白色光光源により異なる波長の透過率の偏移を測定させて薄膜の表面温度を獲得させる。
(1)ウエハー10が移動してビューポート201を経過させると、遠赤外線温度測定器量21により等温平板8の上方の内部区域温度301が測定され、対応されるウエハー10の等温平板8の上部の内部区域温度301が即時出力される。仮に、サセプタ18が合計11枚のウエハーを有する場合、サセプタ18が1回公転すると11枚の対応されるウエハー10の等温平板8の上方の内部区域温度301が出力される。
(2)ウエハー10が移動してビューポート201を経過させると、遠赤外線温度測定器21により等温平板8の上方の内部区域温度301が測定され、対応される各ウエハー10の等温平板8の上方の内部区域温度301の「平均温度」が即時出力される。仮に、サセプタ18が合計11枚のウエハー10を有する場合、サセプタ18が公転すると、ウエハー10がビューポート201まで移動し、前記11枚のウエハー10の等温平板8の上方の内部区域温度301の平均温度が出力される。
(3)サセプタ18が公転して移動してビューポート201を経過させると、遠赤外線温度測定器21によりサセプタ18の上表面温度が測定され、対応されるサセプタ18の上表面温度が即時出力される。
(4)サセプタ18が公転して移動してビューポート201を経過させると、遠赤外線温度測定器量21によりサセプタ18の上表面温度が測定され、対応される各位置のサセプタ18の上表面温度の平均温度が即時出力される。
本実施形態によれば、(1)のモードが採用され、等温平板8の上方の内部区域温度301、中央部区域温度302、及び外側区域温度303が即時測定される。
(1)ウエハー10が移動してビューポート211を経過させると、ウエハー端の温度測定器31により等温平板8の下方(下表面)の内部区域温度311が測定され、対応されるウエハー10の等温平板8の下方の内部区域温度311が即時出力される。仮に、サセプタ18が合計11枚のウエハー10を有する場合、サセプタ18が1回公転すると11枚の対応されるウエハー10の等温平板8の下部の内部区域温度311が出力される。
(2)ウエハー10が移動してビューポート211を経過させると、ウエハー端の温度測定器測定器31により等温平板8の下方の内部区域温度311が測定され、全てのウエハー10の等温平板8の下方の内部区域温度311の平均温度が即時出力される。仮に、サセプタ18が合計11枚のウエハーを有する場合、サセプタ18が公転するとウエハー10がビューポート211まで移動し、前記11枚のウエハー10の等温平板8の下方の内部区域温度311の平均温度が出力される。
(3)サセプタ18が公転して移動してビューポート211を経過させると、ウエハー端の温度測定器31によりサセプタ18の下表面温度が測定され、対応されるサセプタ18の下表面温度が即時出力される。
(4)サセプタ18が公転して移動してビューポート211を経過させると、ウエハー端の温度測定器31によりサセプタ18の下表面温度が測定され、対応される各位置のサセプタ18の下表面温度の平均温度が即時出力される。
本実施形態では、(2)のモードが採用され、等温平板8の下方の内部区域温度311の平均温度が獲得される。
(1)ウエハー10が移動してビューポート211を経過させると、ウエハー端の温度測定器31によりウエハー10の内部表面温度321が測定され、ウエハー10の内部表面温度321が即時出力される。仮に、サセプタ18が11枚のウエハーを有する場合、サセプタ18が1回公転すると、11枚の対応されるウエハー10の(ウエハー)内部表面温度321が出力される。
(2)ウエハー10が移動してビューポート211を経過させると、ウエハー端の温度測定器測定器31によりウエハー10の内部表面温度321が測定され、対応される各ウエハー10の内部表面温度321の平均温度が即時出力される。仮に、サセプタ18が合計11枚のウエハーを有する場合、サセプタ18が公転してウエハー10がビューポート211まで移動すると、前記11枚の対応されるウエハー10のウエハーの内部表面温度321の平均温度が出力される。
(3)サセプタ18が公転して移動してビューポート211を経過させると、ウエハー端の温度測定器31によりサセプタ18の下表面温度が測定され、対応されるサセプタ18の下表面温度が即時出力される。
(4) サセプタ18が公転して移動してビューポート211を経過させると、ウエハー端の温度測定器31によりサセプタ18の下表面温度が測定され、対応される各位置のサセプタ18の下表面温度の平均温度が即時出力される。
本実施形態によると、(2)のモードが採用され、ウエハー10の下方の内部区域温度321の平均温度が獲得される。
内部区域ヒーター1、中央部区域ヒーター2、及び外側区域ヒーター3が低温にある場合熱源/全体熱電対或いはヒートパイプ7により制御を行い、プロセスの温度が制御されると、遠赤外線温度測定器20により測定された温度が切り換えられて全体遠赤外線温度測定器 PID76にフィードバックされて全体電源供給装置80の電力が制御されて対応される各内部区域ヒーター1、中央部区域ヒーター2、及び外側区域ヒーター3まで出力される。
または、好ましい実施形態では、内部区域温度測定器/遠赤外線温度測定器21、中央部区域温度測定器/遠赤外線温度測定器22、及び外側区域温度測定器/遠赤外線温度測定器23は独立して制御され、同一の時間では全て遠赤外線温度測定器20により温度のフィードバック制御が行われる。同一の時間では全て熱源/全体熱電対或いはヒートパイプ7に切り換えられて温度のフィードバック制御が行われる。
遠赤外線温度器21/22/23により等温平板8の下方の表面が測定され、或いは等温平板8の反対面の内部区域温度301、中央部区域温度302、及び外側区域温度303と称され、ウエハー端の温度測定器31/32/33によりウエハー端の温度T2が測定される。ウエハーがウエハー端の温度測定器31/32/33に対して透明である場合、T2は等温平板8の上方の表面となり、或いは等温平板8の正面の内部区域温度311、中央部区域温度312、及び外側区域温度313と称される。
ウエハーがウエハー端の温度測定器31/32/33に対して不透明である場合、T2はウエハー8の表面の内部区域温度321、中央部区域温度322、及び外側区域温度323となる。このほか、前述の方法により、T2によりウエハー上のエピタキシ薄膜の表面温度が測定される。この成長システムの詳細な温度制御方法は前述と同じであるため、再述しない。
または、図6のような好ましい実施形態では、内部区域温度測定器/遠赤外線温度測定器21、中央部区域温度測定器/遠赤外線温度測定器22、及び外側区域温度測定器/遠赤外線温度測定器23は独立して制御を行い、同一の時間では全て遠赤外線温度測定器20により温度のフィードバック制御が行われる。同一の時間では全て熱源/全体熱電対或いはヒートパイプ7に切り換えられて温度のフィードバック制御が行われる。
引用する部分は、それが対応する、相関する、及び部分的或いは全面的な修飾を含み、(1)操作及び/或いは構造に関するもの、(2)本技術分野に習熟する者による操作及び/或いは構造の修飾、(3)本発明の明細書、本発明に相関する出願案、及び本技術分野に習熟する者の常識及び判断によるあらゆる部分の実施/製造/使用或いは結合を含む。特に説明がない限り、これらの条件句或いは助詞、例えば「できる(can)」、「可能(could)」、「でもよい(might)」、或いは「場合(may)」等は、通常は本発明の実施形態を表現するが、但し不要な特徴、部材、或いは工程と解釈してもよい。他の実施形態では、これらの特徴、部材、或いは工程は不要な場合もある。
本発明の特徴及び方法に対応するか関連するものや、文中から導き出されるものと矛盾しないもの、及び本技術分野に習熟する者による部分的或いは全面的な修飾、例えば、(1)操作及び/或いは構造的なもの、(2)本技術分野に習熟する者による操作及び/或いは構造の修飾、(3)本発明の明細書の如何なる部分に対する実施/製造/使用或いは結合、例えば、(I)本発明に関連する如何なる構造及び方法の一部或いは複数の部分、及び/或いは(II)如何なる1つ或いは複数の特徴或いは実施形態の内容に対する如何なる変更及び/或いは組み合わせを含む、本発明の1つ或いは複数の発明の概念及び部分的な内容に対する如何なる変更及び/或いは組み合わせも本発明の範囲に含まれる。
2 中央部区域ヒーター
3 外側区域ヒーター
4 内部区域熱電対或いはヒートパイプ
5 中央部区域熱電対或いはヒートパイプ
6 外側区域熱電対或いはヒートパイプ
7 熱源/全体熱電対或いはヒートパイプ
8 等温平板
9 間隙
10 ウエハー
11 プロセス区域
12 プロセスガス
13 対向板
14 排気区域
15 軸
16 ウエハー載置器
17 中心歯車部材
18 サセプタ
20 全体遠赤外線温度測定器
21 内部区域温度測定器/遠赤外線温度測定器
22 中央部区域温度測定器/遠赤外線温度測定器
23 外側区域温度測定器/遠赤外線温度測定器
30 ウエハー端の温度測定器
31 内部区域温度測定器
32 中央部区域温度測定器
33 外側区域温度測定器
50 透明遮蔽板
70 温度制御システム
71 内部区域熱電対PID
72 中央部区域熱電対PID
73 中央部区域遠赤外線温度測定器PID
74 外側区域熱電対PID
75 全体熱電対PID
76 全体遠赤外線温度測定器
80 全体電源供給装置
81 外側区域電源供給装置
82 中央部区域電源供給装置
83 内部区域電源供給装置
100 サセプタ駆動システム
201 ビューポート
202 ビューポート
203 ビューポート
211 ビューポート
212 ビューポート
213 ビューポート
301 内部区域温度
302 中央部区域温度
303 外側区域温度
311 内部区域温度
312 中央部区域温度
313 外側区域温度
321 内部区域温度
322 中央部区域温度
323 外側区域温度
Claims (8)
- 軸の周りを回転するサセプタと、
前記サセプタに位置し、ウエハーを各々載置させて自転を行う複数のウエハー載置器と、
前記ウエハーに近接される第一表面には、加熱反応を経て薄膜が形成されて前記第一表面上で成長するプロセスガスと、
前記ウエハーの第二表面に設置され、前記ウエハーの加熱に使用され、且つ前記第二表面を前記第一表面に対向させる等温平板と、
前記第二表面に近接される一側に設置され、前記等温平板の前記ウエハーに対向する反対面の温度を獲得し、且つ前記反対面の温度により前記ウエハーのウエハー端の温度を推測する1つ或いは複数の温度測定器と、を備えることを特徴とする、
化学気相成長のウエハー及び薄膜温度の制御システム。 - 前記第一表面に近接される一側に設置され、前記ウエハーの前記ウエハー端の温度を測定するための1つ或いは複数のウエハー端温度測定器をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の化学気相成長のウエハー及び薄膜温度の制御システム。
- 前記ウエハー端の温度は前記ウエハーの前記第一表面の温度であることを特徴とする、請求項1に記載の化学気相成長のウエハー及び薄膜温度の制御システム。
- 前記ウエハー端の温度は前記等温平板の前記ウエハーに対向する正面の温度であることを特徴とする、請求項1に記載の化学気相成長のウエハー及び薄膜温度の制御システム。
- 前記ウエハー端の温度は前記薄膜の表面温度であることを特徴とする、請求項1に記載の化学気相成長のウエハー及び薄膜温度の制御システム。
- 前記1つ或いは複数の温度測定器は3つの遠赤外線温度測定器であり、前記等温平板の前記ウエハーに対向する内部、中央部、及び外側の反対面の温度の測定にそれぞれ使用されることを特徴とする、請求項1に記載の化学気相成長のウエハー及び薄膜温度の制御システム。
- サセプタを提供し、軸の周りを回転させ、前記サセプタはウエハーをそれぞれ載置させると共に自転を行う複数のウエハー載置器を備える工程と、
プロセスガスを前記ウエハーに近接される第一表面に提供し、加熱反応を経て薄膜が形成されて前記第一表面上で成長する工程と、
前記ウエハーの前記第一表面に対向する第二表面に等温平板を提供する工程と、
前記第二表面に近接される一側に1つ或いは複数の温度測定器を提供し、前記等温平板の前記ウエハーに対向する反対面の温度を獲得する工程と、
前記反対面の温度により前記ウエハーのウエハー端の温度を推測する工程と、を含むことを特徴とする、
化学気相成長のウエハー及び薄膜温度の制御方法。 - 前記ウエハー端の温度は前記ウエハーの温度及び薄膜の表面温度を含むことを特徴とする、請求項7に記載の化学気相成長のウエハー及び薄膜温度の制御方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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