KR102357276B1 - 2개의 온도 센서 장치를 사용하여 cvd-반응기의 공정 챔버 내의 온도를 조절하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

2개의 온도 센서 장치를 사용하여 cvd-반응기의 공정 챔버 내의 온도를 조절하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판(9)을 열 처리하기 위한, 특히 코팅하기 위한 장치 및 방법과 관계되고, 상기 장치는 제1 온도 센서 장치(7, 12)와 상호작용하는 조절 장치(13)에 의해 조절되는 가열 장치(11)를 구비한다. 온도 드리프트(temperature drift)를 저지하기 위해, 상기 제1 온도 센서 장치(7, 12)의 온도 드리프트를 검출하기 위한, 그리고 상기 제1 온도 센서 장치(7, 12)의 재교정(recalibration)을 위한 제2 온도 센서 장치(8)가 제안된다. 상기 제1 온도 센서 장치(7, 12)는 서셉터(10)의 제1 위치(M1, M2, M3, M4, M5, M6)에서 온도를 결정한다. 상기 제2 온도 센서 장치는 서셉터(10)의 제2 위치에서 온도를 결정한다. 측정 구간(measuring interval)에서 상기 제2 온도 센서 장치(8)에 의해 특히 기판(9)의 표면 온도가 측정된다. 이와 같은 측정값은 설정값과 비교되고, 이때 상기 설정값과 측정된 실제값의 편차에서 보정 인자(correction factor)가 형성되며, 상기 보정 인자는 상기 가열 장치(11)를 조절하기 위해 사용된 상기 제1 온도 센서 장치(7, 12)의 측정값에 공급됨으로써, 상기 제2 온도 센서 장치(8)에 의해 측정된 온도-실제값은 해당하는 온도-설정값에 가까워진다.

Description

2개의 온도 센서 장치를 사용하여 CVD-반응기의 공정 챔버 내의 온도를 조절하기 위한 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR REGULATING THE TEMPERATURE IN A PROCESS CHAMBER OF A CVD REACTOR USING TWO TEMPERATURE SENSOR DEVICES}
본 발명은 적어도 하나의 기판을 열 처리하기 위한, 특히 코팅하기 위한 장치와 관계되고, 상기 장치는 제1 온도 센서 장치와 상호작용하는 조절 장치에 의해 조절되는 가열 장치를 구비하며, 이때 상기 제1 온도 센서 장치는 상기 적어도 하나의 기판이 처리시 놓이는 서셉터의 상부면 상의 제1 온도를 측정하고, 그리고 제2 온도 센서 장치를 구비하며, 상기 제2 온도 센서 장치는 상기 조절 장치를 보정 간섭(correctional intervention)하기 위해 상기 서셉터의 상부면 상의 제2 온도를 측정함으로써, 상기 기판의 표면 온도를 설정값으로 유지한다.
그 밖에 본 발명은 적어도 하나의 기판을 열 처리하기 위한, 특히 상기 적어도 하나의 기판을 코팅하기 위한 방법과 관계되며, 이때 상기 적어도 하나의 기판은 가열 장치에 의해 아래쪽에서 처리 온도로 가열되는 서셉터 상에 놓이고, 이때 상기 가열 장치는 제1 온도 센서 장치와 상호작용하는 조절 장치에 의해 조절되며, 이때 상기 제1 온도 센서 장치에 의해 상기 서셉터의 상부면 상의 제1 온도가 측정되고, 그리고 제2 온도 센서 장치에 의해 상기 서셉터의 상부면 상의 제2 온도가 측정되며, 그리고 상기 조절 장치를 보정 간섭함으로써, 상기 기판의 표면 온도를 설정값으로 유지한다.
이와 같은 장치 또는 이와 같은 방법은 미국 특허 출원서 US 7,691,204 B2호에서 기술된다. 2개의 상이한 온도 센서 장치가 사용되고, 상기 온도 센서 장치들은 2개의 서로 상이한 위치에서 서셉터 상에 놓인 기판의 표면 온도를 측정한다. 이 경우, 다수의 고온계(pyrometer) 및 하나의 복사율 측정기가 사용된다. 서로 상이한 상기 온도 센서 장치들에 의해 처리 온도로 가열된 기판의 상이한 특성들이 측정됨으로써, 기판의 표면 온도가 일정한 값으로 유지된다.
층들을 기판상에 증착하기 위한 장치 및 방법은 독일 특허 출원서 DE 10 2012 101 717 A1호에도 사전에 공지되어 있다.
본 발명에 따른 장치는 반응기 하우징 및 상기 반응기 하우징 내에 배치된 공정 챔버를 구비한다. 상기 공정 챔버는 가열 장치, 예컨대 적외선 가열 장치, 전기 저항 가열 장치 또는 RF-가열 장치에 의해 아래쪽에서 가열될 수 있는 서셉터를 구비한다. 공정 챔버를 향하는 상기 서셉터의 측면 상에는 적어도 하나의 기판, 그러나 바람직하게는 다수의 기판이 놓인다. 상기 기판들로는 예컨대 사파이어, 실리콘 또는 Ⅲ-Ⅴ족 재료로 이루어진 반도체-웨이퍼가 고려된다. 가스 유입 부재에 의해 공정 가스가 상기 공정 챔버 내로 공급되고, 상기 공정 챔버에서 상기 공정 가스는 열분해 방식(pyrolytic)으로 분해되며, 이때 기판 표면들 상에는 반도체 층들, 특히 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 층들, 예컨대 InGaN 또는 GaN-층들이 증착된다. 바람직하게 상기 유형의 장치들에서 InGaN/GaN으로 이루어진 양자-웰-구조물들(QW) 특히 다중-양자-웰 구조물들(NQW)이 증착된다. 특히 3성분 층의 증착시 매우 정확한 값을 유지해야 하는 기판 표면들의 온도를 조절하기 위해, 온도 센서 장치와 상호작용하는 조절 장치가 제공되어 있다. 상기 온도 센서 장치로는 다이오드 측정 필드가 고려되고, 상기 다이오드 측정 필드는 가스 유입 부재의 가스 배출구들을 통과하여 온도를 회전축을 중심으로 회전 가능한 서셉터의 상이한 방사 방향 위치들에서 측정할 수 있다.
선행 기술에서는 온도 센서 장치로 2색상-고온계가 사용된다. 상기 2색상-고온계는 2개의 상이한 파장에서의 강도 측정으로부터 온도값을 얻는다. 이 경우, 복사율(emissivity) 및 복사율 보정된 온도가 계산된다. 상기 고온계는 적외선 영역에서 작동한다. 상기 고온계의 장점은 굴곡 표면에 대한 낮은 감도이다.
또한, 예컨대 950㎚의 주파수로 작동하는 적외선-고온계를 사용하는 것이 공지되어 있다. 그러나 적외선(IR)으로 작동하는 고온계의 단점은 사파이어-기판들이 적외선 광을 투과시킨다는 것이다. 그에 따라 상기 유형의 고온계는 단지 흑연으로 이루어진 서셉터의 표면 온도를 측정하기 위해서만 사용될 수 있다.
405㎚의 파장으로 작동하는 자외선(UV)-고온계에 의해서는 사파이어 기판의 방사선 방출률 또는 기판상에 증착된 층, 예컨대 질화 갈륨층의 방사선 방출률이 측정된다. GaN-층들은 1 내지 2㎛의 층 두께부터 405㎚ 파장을 투과시키지 않는다. 그러나 사용된 처리 온도들에서 방사선 방출률의 절댓값은 적외선 영역 내 방사선 방출률과 비교하여 현저하게 낮음으로써, 결과적으로 UV-고온계에 의해 얻은 값은 가열 장치를 조절하기 위해 부적합하다.
이와 같은 CVD-반응기에서 단지 IR-2색상-고온계만이 사용되면, 상기 고온계에 의해 단지 서셉터의 표면 온도만이 측정되며, 가열된 서셉터와 가스 유입 부재의 냉각된 가스 배출면 사이에서 공정 챔버 내부의 온도 구배(temperature gradient)로 인해 기판 표면 온도는 서셉터 표면 온도보다 약간 낮다.
선행 기술에서 서셉터의 표면 온도 측정은 대략 1 내지 2 밀리미터의 지름을 갖는 가스 유입 부재의 가스 배출구들을 통과하여 이루어진다. 처리 공정 진행시 피할 수 없는 상기 가스 배출구 내측의 커버링은 유효 광학 단면 또는 광전송의 변동을 야기한다. 상기 가스 유입 부재의 가스 배출면의 커버링이 증가함으로써 그리고 서셉터와 가스 배출면 사이의 다중-반사가 증가함으로써, 시간에 따라 측정 결과에서 산란광의 양이 변한다. 가열 장치의 조절을 위해 목표 온도가 아닌 온도, 말하자면 서셉터의 표면에서 측정되는 온도가 사용되기 때문에, 다시 말해 서셉터에 의해 직접 방사되는 광이 평가되기 때문에, 목표 온도, 말하자면 상기 서셉터 상에 놓인 기판의 표면 온도의 변동은 선행 기술에서 사용된 수단에 의해 방지되지 못한다.
본 발명의 과제는 적어도 구간 방식으로 의도한 처리 온도로부터 기판 표면의 실제 온도의 온도 차이를 최소화할 수 있는 조치들을 제시하는 것이다.
상기 과제는 청구항들에 제시된 발명에 의해 해결된다.
종속 청구항들은 병렬 배치된 청구항들의 바람직한 개선 예들뿐만 아니라 과제의 독립적인 해결책을 나타낸다.
우선적으로 그리고 실질적으로 제1 온도 센서 장치가 실질적으로 단지 서셉터의 표면 온도만을 측정하게끔 설계되도록 제안된다. 제2 온도 센서 장치는 상기 제1 온도 센서 장치보다 짧은 파장에서 작동하고, 기판 또는 상기 기판의 표면상에 증착되는 층의 표면 온도를 측정한다. 상기 서셉터의 표면은 조절 장치에 의해 사전에 주어진 설정 온도로 가열된다. 처리 온도, 다시 말해 상기 기판의 표면 온도는 처리 공정의 진행시 위에서 언급된 원인으로 인해 변경되는 온도차만큼 이와 같은 설정 온도와 다르다. 이와 같은 온도의 변동은 상기 제2 온도 센서 장치에 의해 검출된다. 상기 온도의 변동이 사전에 주어진 임계값에 도달하면, 본 발명에 따라 조절을 보정 간섭하게 된다. 이는 예를 들어 설정 온도(상기 조절 장치는 상기 서셉터의 표면 온도를 이러한 설정 온도로 유지함)의 변조에 의해, 또는 보정 인자(correction factor)에 의해 이루어질 수 있다.
상기 제1 온도 센서 장치는 다수의 개별 센서를 포함할 수 있고, 상기 개별 센서들에 의해 서셉터 또는 상기 서셉터 상에 놓인 기판의 표면 온도가 결정될 수 있다. 상기 제2 온도 센서 장치 또한 서셉터의 표면 온도 또는 상기 서셉터 상에 놓인 기판의 표면 온도를 결정하는 역할을 한다. 상기 2개의 온도 센서 장치에 의한 온도 결정은 2개의 위치에서 이루어진다. 상기 제1 온도 센서 장치에 의한 온도 결정은 제1 위치에서 이루어진다. 상기 2개의 위치는 장소 상으로 상이할 수 있다. 그러나 상기 2개의 위치가 장소 상으로 일치할 수도 있다. 상기 2개의 온도 센서 장치는 고온계일 수 있다. 상기 온도 센서 장치들은 적외선-고온계 및/또는 UV-고온계에 의해 형성될 수 있다. 상기 온도 센서 장치들을 이용하여 광원, 예컨대 레이저 또는 LED의 광 반사에 의한 표면의 반사율을 측정할 수 있고, 이때 상기 광원의 광은 고온계의 검출기 파장과 동일한 파장을 구비한다(950㎚ 또는 405㎚의 파장). 2색상-고온계가 고려될 수 있는데, 상기 2색상-고온계의 경우 2개의 상이한 파장에서 강도 측정이 이루어지고, 상기 2개의 파장 강도의 신호비로부터 복사율과 복사율 보정된 온도가 계산된다. 405㎚의 파장, 다시 말해 GaN-층이 약 1 내지 2㎛의 두께부터 투과시키지 못하는 파장에서 검출하는 UV-고온계가 고려될 수 있다. 특히 바람직한 본 발명의 일 형성 예에서 2개의 온도 센서 장치는 2개의 서로 다른 타입의 온도 센서 장치에 의해 형성된다. 이와 같은 방식으로 예를 들어 하나의 온도 센서 장치, 예컨대 제1 온도 센서 장치는 적외선-고온계이거나, 또는 2색상-고온계일 수 있다. 제2 온도 센서 장치는 UV-고온계일 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 바람직하게 활성적으로 냉각된 샤워 헤드 형태의 가스 유입 부재를 구비한다. 상기 유형의 가스 유입 부재는 외부에서 공정 가스를 공급받는 가스 분배 챔버를 구비한다. 가스 유입 부재의 바람직한 형성 예들은 다수의 서로 분리된 가스 분배 챔버를 구비하고, 상기 가스 분배 챔버들은 각각 외부에서 공정 가스를 공급받는다. 상기 가스 유입 부재는 가스 배출면을 구비하고, 상기 가스 배출면은 다수의 가스 배출구를 포함한다. 상기 가스 배출구들은 소형 관들에 의해 형성될 수 있으며, 상기 소형 관들은 각각 하나의 가스 분배 챔버에 연결되어 있다. 상기 가스 분배 챔버의 후면 상에는 제1 및/또는 제2 온도 센서 장치가 위치할 수 있다. 상기 제1 온도 센서 장치로는 바람직하게 독일 특허 출원서 DE 10 2012 101 717 A1호에 기술된 것과 같은 광학 측정 장치가 고려된다. 상기 센서 장치는 각각 광학적 측정 경로의 단부에 놓인 다수의 센서 다이오드를 구비하고, 이때 상기 광학적 측정 경로는 하나의 가스 배출구를 통과하여 안내된다. 상기 제2 온도 센서 장치는 바람직하게 마찬가지로 상기 가스 유입 부재의 후면 상에 놓이고, 광학적 측정 경로의 단부에 놓인 센서 소자를 구비한다. 이 경우에도 상기 광학적 측정 경로는 가스 유입 부재의 개구를 통과하여 안내된다. 이와 같은 개구로는 가스 배출구가 고려될 수 있다. 그러나 확대된 개구도 고려될 수 있는데, 예를 들어 전체 가스 유입 부재를 통과하는 관통 채널의 개구도 고려될 수 있다. 이와 같은 개구는 개구의 내벽에 커버링이 증착되는 상황을 방지하기 위해 활성 가스에 의해 세척될 수 있다. 본 발명의 상기 바람직한 형성 예는 서셉터 회전축을 중심으로 회전 구동되는 서셉터를 구비한다. 상기 제2 온도 센서 장치는 회전 중심에 대해, 상기 제1 온도 센서 장치의 적어도 하나의 센서 소자가 회전 중심에 대해 갖는 방사 방향 간격과 동일한 방사 방향 간격을 가짐으로써, 결과적으로 상기 제1 온도 센서 장치 및 상기 제2 온도 센서 장치는 서셉터의 중심을 둘러싸는 동일한 원 형상 상의 일 위치에서 온도를 측정할 수 있다. 본 발명의 특히 바람직한 일 형성 예에서 제1 온도 센서 장치는 다수의 위치에서 기판 또는 서셉터 표면의 각각 하나의 온도 측정값을 측정하는 다이오드-어레이에 의해 형성된다. 이 경우, IR-2색상-고온계가 고려된다. 상기 특히 바람직한 본 발명의 형성 예에서 제2 온도 센서 장치는 405㎚의 파장에서 작동하는 UV-고온계에 의해 형성된다. 본 발명에 따른 방법에 의해 InGaN-다중-양자-웰이 증착될 수 있다. 이 경우, 여러 번 연속적으로 얇은 InGaN-층들이 얇은 GaN-층들 상에 증착된다. 기판 표면 온도 또는 서셉터 표면 온도의 조절은 바람직하게 오로지 제1 온도 센서 장치에 의해 전달되는 측정값들의 사용하에 이루어진다. 서두에 전술된 문제점, 특히 센서 소자들의 광학적 측정 경로가 통과하는 가스 유입 부재의 가스 배출면 또는 가스 배출구들의 커버링으로 인해, 시간의 흐름에 따라, 특히 다수의 코팅 단계 이후에 측정 결과의 변조가 나타난다. 이와 같은 상황은 상기 서셉터 표면 또는 상기 기판 표면이 조절되는 온도가 더 이상 설정-온도에 상응하지 않는 결과를 야기한다. 상기 제2 온도 센서 장치는 자체 배치 및/또는 상기 제1 온도 센서 장치의 작동 방식과 상이할 수 있는 자체 작동 방식으로 인해 온도 드리프트(temperature drift)를 경험하지 않는다. 이와 같은 제2 온도 센서 장치는 변동하는 표면 온도를 검출한다. 상기 제2 온도 센서 장치로 예컨대 기판의 표면 온도를 측정하는 UV-고온계가 고려되면, 온도 드리프트로 인한 결함 있는 온도는 늦어도 기판상에, 예컨대 사파이어 기판상에 충분한 두께의 GaN-층이 증착되었을 때 검출된다. 상기 제1 온도 센서 장치가 서셉터의 표면 온도, 다시 말해 흑연 표면 온도를 측정하는 동안에, 상기 제2 온도 센서 장치는 기판의 표면 온도, 다시 말해 특히 코팅의 온도를 측정한다. 공정 챔버 내부의 수직 온도 구배로 인해 기판 표면의 온도는 서셉터 표면의 온도보다 약간 더 낮다. 이와 같은 시스템적인 온도 차이는 예비 실험에서 이상적인 공정 조건하에서 검출되고 추후의 재교정(recalibration)/보정시 고려된다. 시간적인 측정 구간(measuring interval)에서 서셉터 또는 기판의 표면 온도는 제2 온도 센서 장치에 의해 결정된다. 이전에 결정된, 예를 들어 코팅 단계에서 이상적인 조건하에 얻은 설정-온도로부터 상기 온도의 편차가 결정된다. 상기 설정-온도로부터의 편차의 크기에 따라 조절 장치 또는 제1 온도 센서 장치에 보정값이 공급된다. 그런 다음 조절 장치는 상기와 같은 재교정에 의해 기판 온도 또는 서셉터 온도를 올바른 온도값으로 조절하는 역할을 한다. 또한, 연속적으로 이어지는 다수의 개별 공정 단계로 이루어진 증착 공정에서는 각각 측정 구간에서 여러 번 설정-온도로부터 실제-온도의 편차가 결정된다. 이는 각각 제2 온도 센서 장치에 의해 이루어진다. 온도 드리프트를 보상하기 위해 조절을 보정 간섭하는 것은 하나의 시간 구간, 말하자면 하나의 보정 구간에 제한될 수 있다. 예를 들어 상기 보정 간섭은 단지 기판의 표면 온도가 특히 임계적(critical)인 개별 공정 단계에서만 실시될 수 있는데, 예를 들어 3성분 화합물, 예컨대 InGaN이 증착되는 공정 단계에서만 실시될 수 있다. 양자-웰-시퀀스의 증착시에는 예를 들어 GaN-층이 보정 간섭 없이 증착될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예는 다음에서 첨부된 도면의 참조하에 설명된다.
도 1은 CVD-반응기를 통해 절단한 횡단면도이고,
도 2는 서셉터의 상부면을 주시하는 관점에서 선 Ⅱ-Ⅱ을 따라 절단한 단면도이며,
도 3은 본 발명에 따른 방법을 명확하게 보여주기 위한 제1 시간 온도 다이어그램이고, 그리고
도 4는 본 발명에 따른 방법을 명확하게 보여주기 위한 추가의 시간 온도 다이어그램이다.
본 발명에 따른 장치는 도 1 및 도 2에 도시된 구조를 가질 수 있다. 상기 장치는 가스 밀봉 방식의 하우징 형태의 CVD-반응기(1)로 이루어져 있다. 상기 CVD-반응기(1) 내부에는 가스 유입 부재(3)가 위치한다. 상기 가스 유입 부재(3)로는 평평한, 속이 빈 원판형 몸체가 고려되며, 상기 몸체 내에는 외부에서 공정 가스를 공급받는 가스 분배 챔버가 위치한다. 상기 공정 가스는 상기 가스 분배 챔버에서 가스 배출구들(4, 5, 6)로부터 공정 챔버(2) 내로 유동할 수 있다. 상기 가스 배출구들(4, 5, 6)을 포함하는 상기 가스 유입 부재의 가스 배출면은 냉각될 수 있다.
상기 가스 배출면에 마주 놓인 상기 공정 챔버(2)의 베이스는 코팅될 다수의 기판(9)을 지지한다. 상기 베이스를 형성하는 서셉터는 회전축(15)을 중심으로 회전할 수 있다. 상기 서셉터 아래에는 이러한 서셉터를 가열하기 위해 가열 장치(11)가 위치한다.
서셉터 상부면의 온도 또는 서셉터 상부면 상에 놓인 기판(9)의 온도는 제1 온도 센서 장치(7)에 의해 결정될 수 있다. 상기 목적을 위해 상기 제1 온도 센서장치(7)는 회전축(15)에 대해 상이한 방사 방향 간격을 두고 배치되어 있는 다수의 센서 다이오드(12)를 구비한다. 공정 챔버(2)쪽을 향하는 서셉터(10)의 상부면 또는 상기 서셉터의 상부면 상에 놓인 기판(9)상의 측정점들(M1, M2, M3, M4, M5 및 M6)은 가스 배출구(5) 및 그 위에 있는 가스 유입 부재(3)의 후벽에 놓인 센서 다이오드(12) 아래에서 수직으로 위치한다. 그에 따라 회전축에 대해 평행하게 진행하는 광학적 경로가 형성되며, 상기 광학적 경로를 이용하여 상기 측정점들(M1 내지 M6)의 표면 온도가 상기 제1 온도 센서 장치(7)에 의해 서로 상이한 측정 위치에서 측정될 수 있다. 이 경우, 측정은 각각 하나의 가스 배출구(5)를 통과하여 이루어진다.
상기 제1 온도 센서 장치(7)에 의해 전달된 측정값들은 조절 장치(13)에 공급되고, 상기 조절 장치는 서셉터(10) 또는 상기 서셉터 상에 놓인 기판(9)의 표면 온도가 실제-값(범위: 400℃ 내지 1200℃)으로 유지되도록 상기 가열 장치(1)를 조절한다.
상기 회전축(15)을 기준으로 상기 제1 온도 센서 장치(7)에 마주 놓인 측면 상에는 제2 온도 센서 장치(8)가 위치한다. 상기 제1 온도 센서 장치(7)는 적외선 고온계, 특히 2색상-적외선 고온계지만, 상기 제2 온도 센서 장치(8)로는 다른 타입의 온도 센서가 고려된다. 이 경우, UV-고온계가 고려된다. 이때에도 측정은 광학적으로 가스 유입 부재(3)의 하나의 개구(6)를 통과하여 이루어진다. 도 1에서 상기 개구(6)로는 더 큰 지름의 가스 배출구가 고려된다. 그러나 도시되지 않은 실시 예에서 센서 개구(6)는 가스 분배 챔버에 연결되어 있지 않음으로써, 결과적으로 상기 센서 개구(6)를 통해서 공정 가스가 공정 챔버(2) 내로 유동하지 않는다. 상기 제2 온도 센서 장치(8)에 의해 측정 위치(M0)에서 기판(9)의 표면 온도가 측정된다. 실시 예에서 상기 측정 위치(M0)는 회전축(15)에 대해 측정 위치(M5)와 동일한 방사 방향 간격을 갖는다. 그에 따라 상기 측정 위치(M0)와 상기 측정 위치(M5)는 동일한 둘레선 상에 놓인다.
상기 제2 온도 센서 장치(8)는 상기 측정 위치(M0)에서 비교 측정기(14)에 의해, 상기 제1 온도 센서 장치(7)가 가열 장치(11)를 조절할 목적으로 전달하는 온도값과 비교되는 온도값을 전달한다. 이와 같은 2개의 온도간의 차이를 참조하여 보정값이 결정되고, 상기 보정값에 의해 기판 코팅 과정 동안에 그리고/또는 2개의 기판 코팅 단계 사이에 조절기(13) 또는 제1 온도 센서 장치(7)의 보정이 실시된다.
이와 같은 보정은 다음에서 도 3의 참조하에 더 상세하게 설명된다. 이상적인 조건하에 실시된 코팅 단계(골든 런, 영문: Golden Run)에서는 이상적인 조건하에 제1 온도 센서 장치(7)에 의해 측정점들(M1, M2, M3, M4, M5 및 M6)에서 측정되는 온도 측정값들이 검출된다. 동시에, 이와 상관관계가 있는 측정 위치(M0)의 온도가 결정되는데, 상기 온도는 이상적인 조건하에 제2 온도 센서 장치(8)에 의해 측정된다. 일반적으로 상기 측정 위치(M0)에서 측정되는 온도는 상기 나머지 측정점들(M1 내지 M6)에서 측정되는 온도보다 약간 더 낮아진다.
다음의 코팅 단계들에서는 조건들이 상기 이상적인 조건으로부터 일정하게 달라짐으로써, 결과적으로 상기 제2 센서 장치(8)에 의해 위치(M0)에서 측정되는 온도값은 더 이상, 예를 들어 상기 제1 온도 센서 장치(7)에 의해 위치(M5)에서 측정되는 값과 같이 이상적인 조건에 부합하지 않는다.
도 3은 상부 파선으로 이상적인 조건하에 서셉터 상의 측정점(M4)에서 측정되는 설정-온도(T4)의 파형을 보여준다. 하부 곡선은 이상적인 조건하에 기판 표면상의 측정 위치(M0)에서 측정되는 온도(T0)를 보여준다. 그러나 다수의 코팅 단계들 이후에 측정점(M4)에서 측정되는 실제 온도(T4)는 상기 설정-온도보다 낮다. 이는 위에서 언급된 온도 드리프트로 인한 결과이다.
시간(t1) 동안 측정 구간에서는 위치(M0)에서 실제-온도의 온도 편차(하부 실선)가 결정되고 설정-온도(하부 파선)와 비교된다. 이와 같은 온도 차이로부터 보정 인자가 검출된다. 이와 같은 보정 인자는 시간(t2) 동안 조절 장치에 공급된다. 이와 같은 상황은 서셉터의 실제-온도(상부 실선)가 설정값(상부 파선)으로 증가하는 결과를 야기한다. 시간(t2)으로부터 시간(t4)까지 이르는, 보정이 실시되는 구간은 K로 표시되어 있다. 시간(t3) 동안 서셉터 온도는 설정값에 도달한다. 측정점(M0)에서 상관관계가 있는 설정-온도가 측정된다.
일 코팅 단계를 실시한 이후에 시간(t4) 동안 보정 구간이 종료한다. 이와 같은 상황은 서셉터 온도(상부 실선)가 시간(t5)까지 재차 강하하는 결과를 야기한다.
도 4는 도 3과 유사한 도시 내용을 보여주지만, 그러나 도 3과는 달리 실시 예에서 3번 연속적으로 반복되는 2개의 개별 단계(A, B)로 이루어진 코팅 공정을 보여준다. 각각 시간(t1) 동안에 측정 구간에서는 위치(M0)에서 측정되는 온도가 설정값(T0)으로부터 얼마나 차이가 나는지 검사된다. 편차의 크기를 참조하여 보정 인자가 검출되고, 상기 보정 인자는 보정 구간(K) 동안에 조절 장치에 공급된다. 각각의 단계 A에서는 예를 들어 낮은 온도에서 InGaN-층이 증착된다. 후속하는 단계에서는 단계 B에서 더 높은 온도에서 GaN-층이 증착된다. 그러나 본 경우에서 기판 또는 서셉터의 표면 온도의 재교정은 단지 단계 A의 온도 임계적인 성장 단계에서만 이루어진다.
전술된 실시 예들은 본 출원서에 의해 전체적으로 설명되는, 선행 기술을 적어도 다음의 특징 조합들에 의해 각각 독립적으로 개선하는 발명들을 설명한다:
제1 온도 센서 장치(7, 12)의 온도 드리프트를 검출하기 위한 그리고 상기 제1 온도 센서 장치(7, 12)를 재교정하기 위한 제2 온도 센서 장치(8)를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
제2 온도 센서 장치(8)를 이용하여 제1 온도 센서 장치(7, 12)의 온도 드리프트를 검출하고 그리고 상기 제1 온도 센서 장치(7, 12)를 재교정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1 온도 센서 장치(7, 12)는 서셉터(10) 또는 상기 서셉터(10) 상에 놓인 기판(9)의 제1 위치(M1, M2, M3, M4, M5, M6)에서 온도를 결정하고 그리고/또는 제2 온도 센서 장치는 서셉터(10) 또는 상기 서셉터(10) 상에 놓인 기판(9)의 제2 위치에서 온도를 결정하는 것을 특징으로 하는 장치 또는 방법.
제1 온도 센서 장치(7) 및/또는 제2 온도 센서 장치(8)는 적외선-고온계 또는 UV-고온계인 것을 특징으로 하는 장치 또는 방법.
2개의 온도 센서 장치(7, 8)는 서로 상이한 위치(M1, M2, M3, M4, M5, M6, M0)에서 서셉터(10) 또는 상기 서셉터(10) 상에 놓인 기판(9)상의 온도값들을 검출하는 것을 특징으로 하는 장치 또는 방법.
서셉터(9)는 회전축을 중심으로 회전할 수 있거나 또는 회전하고, 2개의 온도 센서 장치(7, 8)는 서로 상이한 둘레 위치에서, 그러나 회전축에 대해 동일한 방사 방향 간격에서 서셉터(10) 또는 상기 서셉터 상에 놓인 기판(9)의 표면 온도를 결정하는 것을 특징으로 하는 장치 또는 방법.
서셉터(10)에 마주 놓이고, 그리고 서셉터(10)쪽을 향하는 가스 배출구들(5, 6)을 포함하는 가스 유입 부재(3)를 구비하고, 제1 온도 센서 장치(7, 12) 및/또는 제2 온도 센서 장치(8)의 광학적 센서 측정 경로가 상기 가스 배출구들을 통과하여 진행하는 것을 특징으로 하는 장치 또는 방법.
제1 온도 센서 장치(7, 12)는 다수의 광학적 센서 소자(12)를 포함하고, 상기 센서 소자들은 적외선 영역에서 고온 측정 방식(pyrometric)으로 서셉터의 회전축(15)에 대해 상이한 방사 방향 간격들에서 서셉터 표면의 온도값들을 결정하고, 그리고 제2 온도 센서 장치(8)는 자외선 영역에서 고온 측정 방식으로 다른 일 둘레 위치에서 상기 서셉터(10) 상에 놓인 기판(9)의 표면 온도를 결정하는 것을 특징으로 하는 장치 또는 방법.
측정 구간(t1)에서 제2 온도 센서 장치(8)에 의해 특히 기판(9)의 표면 온도가 측정되고, 그리고 이와 같은 측정값은 예비 실험에서 검출된 설정값과 비교되며, 이때 측정된 표면 온도의 실제값으로부터 상기 설정값의 편차에서 보정 인자가 형성되고, 상기 보정 인자는 가열 장치(11)의 조절을 위해 사용된 제1 온도 센서 장치(7, 12)의 측정값에 공급됨으로써, 상기 제2 온도 센서 장치(8)에 의해 측정된 온도-실제값은 해당하는 온도-설정값에 가까워지는 것을 특징으로 하는 장치 또는 방법.
예비 실험에서 이상적인 조건하에 제1 온도 센서 장치(7, 12)에 의해 측정된 서셉터(10)의 표면의 설정 온도를 검출하고, 이때 제2 온도 센서 장치(8)에 의해 측정된 기판(9) 또는 상기 기판(9)의 표면상에 증착된 층의 표면 온도는 의도한 처리 온도에 상응하고, 이때 이와 같이 검출된 기판 표면 온도의 설정값은 가열 장치(11)의 조절을 위해 사용되며, 처리 동안에 또는 연속적으로 이어지는 공정 단계들 사이에 측정 구간에서 제2 온도 센서 장치(8)를 이용하여 기판(9)의 표면의 실제 온도를 측정하고 상기 의도한 처리 온도로부터의 편차가 있을 경우 조절을 보정 간섭하는 것을 특징으로 하는 방법.
의도한 처리 온도로부터 제2 온도 센서 장치(8)에 의해 측정된 실제값의 편차가 임계값을 초과하는 경우, 가열 장치(11)의 조절을 위해 사용된 제1 온도 센서 장치(7, 12)의 측정값에 보정 인자를 공급함으로써, 상기 제2 온도 센서 장치(8)에 의해 측정된 온도-실제값의 편차는 해당하는 온도-설정값에 가까워지는 것을 특징으로 하는 방법.
공개된 모든 특징들은(그 자체로, 그러나 서로 조합된 상태로도) 본 발명에 중요하다. 그에 따라, 우선권 서류들의 특징들을 본 출원서의 청구범위에 함께 수용할 목적으로도 본 출원서의 공개 내용에는 해당하는/첨부된 우선권 서류들(예비 출원서의 사본)의 공개 내용도 전체 내용적으로 함께 수용된다. 특히 종속 청구항들을 기초로 부분 출원을 실시하기 위해, 종속 청구항들은 자체 특징들로 선행 기술의 독립적이고도 진보적인 개선 예들을 특징 짓는다.
1 CVD-반응기
2 공정 챔버
3 가스 유입 부재
4 가스 배출구
5, 6 센서 개구
7 제1 온도 센서 장치
8 제2 온도 센서 장치
9 기판
10 서셉터
11 가열기
12 센서 다이오드
13 조절 장치
14 비교 측정기
15 회전축
A, B 개별 단계
K 구간
M0, M1, M2, M3, M4, M5, M6 측정 위치
Tn 온도
tn 시간

Claims (15)

  1. 적어도 하나의 기판(9)을 열 처리하기 위한 장치로서,
    제1 온도 센서 장치(7, 12)의 측정값들을 설정-온도로 조절하기 위해 상기 제1 온도 센서 장치(7, 12)와 상호작용하는 조절 장치(13)에 의해 조절되는 가열 장치(11)를 구비하고, 이때 상기 제1 온도 센서 장치(7, 12)는 상기 적어도 하나의 기판(9)이 처리시 놓이는 서셉터(10)의 상부면에서 제1 온도를 측정하고, 그리고 제2 온도 센서 장치(8)를 구비하며, 상기 제2 온도 센서 장치는 기판(9)의 상부면에서 제2 온도를 측정하고, 이때 상기 제1 온도 센서 장치(7, 12)는 서셉터(10)의 상부면의 표면 온도를 측정하도록 설계 및 배치되어 있고, 그리고 상기 제2 온도 센서 장치(8)는 상기 제1 온도 센서 장치(7, 12)보다 더 짧은 파장에서 감지하고, 기판(9)의 표면 또는 상기 기판(9)의 표면상에 증착된 층의 표면 온도를 측정하도록 설계 및 배치되어 있으며, 이때 상기 조절 장치(13)는 처리 공정의 진행시 상기 제2 온도 센서 장치(8)에 의해 각각 측정 구간(measuring interval)에서 여러 번 처리 온도로부터 기판 표면 온도의 편차가 검출되도록 설계되어 있고, 이때 상기 기판 표면 온도는 처리 공정의 진행시 변경되는 온도차만큼 상기 설정-온도와 다르며, 그리고 온도 조절을 보정 간섭(correctional intervention)함으로써, 상기 기판 표면 온도를 처리 온도로 조절하는, 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 온도 센서 장치(7)는 적외선-고온계이고, 상기 제2 온도 센서 장치(8)는 UV-고온계인 것을 특징으로 하는, 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 2개의 온도 센서 장치(7, 8)는 서로 상이한 위치들(M1, M2, M3, M4, M5, M6, M0)에서 서셉터(10) 또는 상기 서셉터(10) 상에 놓인 기판(9)상의 온도값들을 검출하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서셉터(10)는 회전축을 중심으로 회전할 수 있거나 또는 회전하고, 상기 2개의 온도 센서 장치(7, 8)는 서로 상이한 둘레 위치에서, 그러나 회전축으로부터 동일한 방사 방향 거리에서 서셉터(10) 또는 상기 서셉터 상에 놓인 기판(9)의 표면 온도를 결정하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  5. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    서셉터(10)에 마주 놓이고, 그리고 서셉터(10)쪽을 향하는 가스 배출구들(5, 6)을 포함하는 활성적으로 냉각된 가스 유입 부재(3)를 구비하고, 상기 제1 온도 센서 장치(7, 12) 및/또는 상기 제2 온도 센서 장치(8)의 광학적 센서 측정 경로가 상기 가스 배출구들을 통과하여 진행하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  6. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 온도 센서 장치(7, 12)는 다수의 광학적 센서 소자(12)를 포함하고, 상기 센서 소자들은 적외선 영역에서 고온 측정 방식(pyrometric)으로 상기 서셉터의 회전축(15)으로부터 상이한 방사 방향 거리들에서 서셉터 표면의 온도값들을 결정하고, 그리고 상기 제2 온도 센서 장치(8)는 자외선 영역에서 고온 측정 방식으로 다른 일 둘레 위치에서 상기 서셉터(10) 상에 놓인 기판(9)의 표면 온도를 결정하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  7. 적어도 하나의 기판(9)을 열 처리하기 위한 방법으로서,
    상기 적어도 하나의 기판(9)은 서셉터(10) 상에 놓이고 가열 장치(11)에 의해 가열되며, 이때 제1 온도 센서 장치(7, 12)의 측정값들을 설정-온도로 조절하기 위해 상기 가열 장치(11)는 상기 제1 온도 센서 장치(7, 12)와 상호작용하는 조절 장치에 의해 조절되고, 이때 상기 제1 온도 센서 장치(7, 12)를 이용하여 상기 서셉터(10)의 상부면에서 제1 온도를 측정하고, 그리고 제2 온도 센서 장치(8)를 이용하여 상기 기판(9)의 상부면에서 제2 온도를 측정하며, 이때 상기 제1 온도 센서 장치(7, 12)를 이용하여 상기 서셉터(10)의 상부면의 표면 온도를 측정하고, 그리고 상기 제2 온도 센서 장치(8)를 이용하여 더 짧은 파장에서 상기 기판(9) 또는 상기 기판(9)의 표면상에 증착된 층의 표면 온도를 측정하며, 이때 상기 조절 장치(13)는 처리 공정의 진행시 상기 제2 온도 센서 장치(8)에 의해 각각 측정 구간에서 여러 번 처리 온도로부터 기판 표면 온도의 편차가 검출되도록 설계되어 있고, 이때 상기 기판 표면 온도는 처리 공정의 진행시 변경되는 온도차만큼 상기 설정-온도와 다르며, 그리고 온도 조절을 보정 간섭(correctional intervention)함으로써, 상기 기판 표면 온도를 처리 온도로 조절하는, 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 온도 센서 장치(7, 12)가 감지하는 파장을 투과시키고 상기 제2 온도 센서 장치(8)가 감지하는 파장에서 반사 특성들을 갖는 기판(9)을 사용하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 온도 센서 장치(7, 12)는 적외선에서, 그리고 상기 제2 온도 센서 장치(8)는 자외선에서 감지하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  10. 제7 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2개의 온도 센서 장치(7, 8)는 서로 상이한 위치들(M1, M2, M3, M4, M5, M6, M0)에서 서셉터(10) 또는 상기 서셉터(10) 상에 놓인 기판(9)상의 온도값들을 검출하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  11. 제7 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서셉터(10)는 회전축을 중심으로 회전하고, 상기 2개의 온도 센서 장치(7, 8)는 서로 상이한 둘레 위치에서, 그러나 회전축으로부터 동일한 방사 방향 거리에서 서셉터(10) 또는 상기 서셉터 상에 놓인 기판(9)의 표면 온도를 결정하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  12. 제7 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 온도 센서 장치(7, 12)는 다수의 광학적 센서 소자(12)를 포함하고, 상기 센서 소자들은 적외선 영역에서 고온 측정 방식으로 상기 서셉터의 회전축(15)으로부터 상이한 방사 방향 거리들에서 서셉터 표면의 온도값들을 결정하고, 그리고 상기 제2 온도 센서 장치(8)는 자외선 영역에서 고온 측정 방식으로 다른 일 둘레 위치에서 상기 서셉터(10) 상에 놓인 기판(9)의 표면 온도를 결정하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  13. 제7 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    예비 실험에서 미리 정해진 조건하에 상기 제1 온도 센서 장치(7, 12)에 의해 측정된 상기 서셉터(10)의 표면의 설정-온도를 검출하고, 이때 상기 제2 온도 센서 장치(8)에 의해 측정된 기판(9) 또는 상기 기판(9)의 표면상에 증착된 층의 표면 온도는 의도한 처리 온도에 상응하고, 이때 이와 같이 검출된 서셉터 표면 온도의 설정값은 가열 장치(11)의 조절을 위해 사용되며, 이때 처리 동안에 또는 연속적으로 이어지는 공정 단계들 사이에 측정 구간에서 상기 제2 온도 센서 장치(8)를 이용하여 상기 기판(9)의 표면의 실제 온도를 측정하고, 그리고 상기 의도한 처리 온도로부터의 편차가 있을 경우 조절을 보정 간섭하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  14. 제7 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    의도한 처리 온도로부터 상기 제2 온도 센서 장치(8)에 의해 측정된 실제값의 편차가 있을 경우, 상기 가열 장치(11)의 조절을 위해 사용된 상기 제1 온도 센서 장치(7, 12)의 측정값에 보정 인자(correction factor)를 공급하거나, 또는 상기 가열 장치(11)의 조절을 위한 설정값을 변경하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  15. 삭제
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