TW200921804A - Substrate temperature measuring apparatus and substrate temperature measuring method - Google Patents
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200921804 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於基板溫度的測定技術，特別是關於利用 基板所放射的紅外線之基板溫度測定裝置及基板溫度測定 方法。 【先前技術】 氧化鋅（ZnO)系的半導體’由於激子結合能大，即使 在室溫也很穩定’且能放出單色性優異的光子，其應用於 發光二極體（LED，可作爲照明、背光裝置等的光源）、高 速電子元件、表面彈性波元件等方面有顯著的進展。在此 的「ZnO系」是指，以Zn◦爲基質之混合材料，包含： 將Zn(鋅）的一部分用ΠΑ族或IIB族取代而成者，將◦( 氧）的一部分用VIB族取代而成者’或是前述兩者的組合 〇 以往，將Zn0系半導體當作P型半導體來利用的情 形，要對Zn〇系半導體進行受體摻雜很困難，而有難以 獲得p型的ZnO系半導體的問題。隨著技術的進步，已 能製得P型的Ζη〇系半導體’且其發光也受到確認（例如 參照非專利文獻1、2)。 在半導體元件’一般是將所摻雜的雜質種類不同、摻 雜量不同、或是組成不同的複數層的薄膜等進行堆積’來 舊^ 5見所期望的功能。這時，薄膜的平坦性常會造成問題。 #胃s φ @，若薄膜的平坦性不佳，載子在薄膜中移動時 -5- 200921804 的阻力變大，又在薄膜的積層構造中，越後面形成的薄膜 表面的粗糙（凹凸）越嚴重。若表面的凹凸變大，薄膜的蝕 刻深度無法確保均一性，或者因表面凹凸可能會發生異向 結晶面的成長。結果，半導體元件將無法實現所期望的功 能。因此希望薄膜表面是平坦的。 以往，Zn〇膜大多是在藍寶石基板上進行成長，近年 來已出現ZnO結晶基板的市售品，而能在該ΖηΟ結晶基 板上進行ΖηΟ系半導體膜的成長（所謂同質成長）。 [非專利文獻 l]A_Tsukazaki 等著「Japanese Journal of App 1 i e d P h y s i c s ν ο 1.4 4」，2005 年，p.643 [非專利文獻 2]A.Tsukazaki 等著「Nature Material 4 」，2005年，ρ·42 【發明內容】 爲了在基板上結晶成長出表面平坦性優異的半導體膜 ，基板的溫度是重要的。一般而言，在被加熱源加熱至期 望溫度的基板上，進行ZnO系半導體膜的成長時，是用 紅外線溫度計等的放射溫度計來測定從基板放射的紅外線 ，藉此確認基板溫度爲所期望的溫度。 然而，在使用ZnO系基板、藍寶石基板或是氮化鎵 (GaN)基板等的寬帶隙材料製的基板的情形，由於這些寬 帶隙材料在寬廣的波長範圍呈透明，故會發生無法高精度 地測定基板溫度的問題。在此的「透明」是指，紅外線等 的電磁波可穿透基板。亦即，在使用寬帶隙材料的情形， -6- 200921804 加熱源（用來加熱基板）和保持具（用來保持基板）所放射出 的紅外線’會穿透基板而到達放射溫度計，而造成無法高 精度地測定基板溫度的問題。 有鑑於上述問題，本發明的目的是提供一種可高精度 地測定基板溫度之基板溫度測定裝置及基板溫度測定方法 〇 依據本發明的一態樣，係提供一種基板溫度測定裝置 ’其具備：（1)用來加熱基板之加熱源；（2)能讓無法穿透 基板的波長區之紅外線穿透的透過窗；（3)感度範圍包含 該波長區之溫度測定器，係將從被加熱源加熱的基板放射 出且穿透透過窗之紅外線予以分析，以測定基板的基板溫 度。 依據本發明的其他態樣，係提供一種基板溫度測定方 法’其具備以下步驟：（1)用加熱源將基板加熱，讓從該 基板放射出之無法穿透基板的波長區的紅外線，穿透透過 窗而射入其感度範圍包含該波長區的溫度測定器的步驟； (2)將從基板放射出的紅外線用溫度測定器予以分析，以 測定出基板的基板溫度的步驟。 依據本發明，可提供一種能高精度地測定基板溫度之 基板溫度測定裝置及基板溫度測定方法。 【實施方式】 接著，參照圖式來說明本發明的實施形態。在以下圖 式的記載中，對於相同或類似的部分賦予相同或類似的符 200921804 號。又以下所不的實施形態’僅是例示出用來將本發明的 技術思想具體化的裝置和方法，但本發明的技術思想，並 不限定於下述構件的材質、形狀、構造、配置等等。本發 明的技術思想，可在申請專利的範圍內進行各種的變更。 本發明的實施形態之基板溫度測定裝置，如第丨圖所 示係具備：用來加熱基板1 0 0之加熱源1 〇 ;能讓無法穿透 基板100的波長區之紅外線穿透的透過窗30;感度範圍包 含無法穿透基板100的波長區，將從被加熱源10加熱的基 板1 〇 0放射出且穿透透過窗3 0之紅外線予以分析以測定基 板1 00的基板溫度之溫度測定器4〇。金屬膜i丨〇，是爲了高 效率地吸收加熱源的放射紅外線，特別適用在高溫的情形 。但在沒有必要將基板1 0 0加熱至高溫的情形，可省略該 金屬膜。本發明的實施形態之基板溫度測定裝置，是和具 有處理室1的結晶成長裝置組合來使用。按照測定出的溫 度來進行正確地溫度控制，以實現所期望的結晶成長。 第1圖所示的基板溫度測定裝置，進一步具備保持具 20;其是將基板1〇〇(在背面101配置金屬膜110)裝載成讓 其背面1 〇 1面對加熱源1 〇。保持具20例如可採用不鏽鋼 (SUS鋼）、英高鎳合金（Inconel)等材料。加熱源10及保持 具2 0是配置於處理室1內，從基板1 〇〇放射出的紅外線，係 穿透透過窗30而射入配置於處理室1外部之溫度測定器40 〇 加熱源1 〇可採用紅外線燈、紅外線雷射（其放射光譜 包括波長700nm以上的光）等。例如可採用被覆碳化矽 -8- 200921804 (SiC)之碳加熱器等。鎢（W)等構成的金屬系加熱器，在基 板100上進行ZnO系半導體等的氧化物的成長時，由於會 氧化而不適用於作爲加熱源，但可適用於進行氧化物以外 的膜的成長時。 透過窗30的功能，是用來將不容易穿透基板100的波 長的紅外線朝製造裝置外取出。例如，在基板1 〇 〇爲Ζη Ο 系基板的情形，透過窗3 0可採用可穿透波長8 μ m以上的紅 外線的材料。此乃基於如後述般，波長8 μηι以上的紅外線 對ZnO系基板的穿透率很低。具體而言，透過窗30的材 料例如可採用氟化鋇（BaF2)結晶等等。 溫度測定器4 0可測定的紅外線的感度範圍設定成，是 包含：無法穿透基板1 0 0但可穿透透過窗3 0的紅外線的波 長區。在此的「感度範圍」是指，溫度測定器4 0可接收並 分析的紅外線的波長區。例如在基板1 00爲ZnO系基板的 情形’將波長8 μ m以上’例如8 μ m〜1 4 μ m的波長區定爲感 度範圍。藉由設定成可測定長波長的電磁波，如以下所示 ’溫度測定器4 0可在較低溫度的範圍測定基板1 〇 〇的基板 溫度。亦即，根據蒲朗克黑體輻射法則，輻射的峰値波長 λ P和溫度T s的關係如下： (1) Ts = 30°C 時 ’ λρ = 9.5 6 μιη (2) Ts=100°C 時，λρ = 7.77μιη (3) Τ3 = 500。。時，λρ = 3·75μιη (4) Ts= 1 000。。時，λρ = 2.27μιη 亦即，溫度越低時輻射的峰値波長越長。因此，溫度 -9- 200921804 測定器40的感度範圍，在較低的基板溫度的情形，是包含 從基板1 〇〇放射出的輻射的峰値波長。另一方面，由於感 度範圍不含高溫區，通常在基板溫度超過5 00 °c的情形， 例如裝設濾波器（用來截斷短波長側）等來校正溫度後，再 進行基板溫度的測定。 溫度測定器40，例如可採用溫度記錄器（thermography) 。如周知般，溫度記錄器可分析物體所放射的紅外線，將 熱分布情形用圖形呈現來觀察。當溫度測定器40是採用溫 度記錄器的情形，溫度測定器40是將基板1 〇〇所放射出的 紅外線予以分析’以測定被加熱源1 0加熱後的基板1 0 0的 熱分布。 此外，作爲溫度測定器4 〇是採用溫度記錄器的情形， 較佳爲具備測輻射熱儀（Bolometer)型的紅外線檢測器之溫 度記錄器，相較於使用必須冷卻的量子型紅外線檢測器的 紅外線陣列感測器的情形’使用測輻射熱儀型或焦電型等 的熱型紅外線檢測器之非冷卻型紅外線溫度記錄器’可謀 求小型、輕量化及低價格化。 在以下的說明，所例示的基板1 0 0，例如是Z n ◦、或 其和鎂（M g)的混晶之M g χ Ζ η ! · χ Ο ( 0 S X < 1 )等的Ζ η Ο系材料 所構成之ΖηΟ系基板的情形。配置於基板100的背面101 之金屬膜丨10 ’可採用由鈦（Ti)和鈾（Pt)所積層而成的構造 之金屬膜等。 爲了形成高純度的Zn0系半導體膜’—般是採用分 子束嘉晶（MBE)法。MBE法’由於疋使用兀素材料作爲原 -10- 200921804 料，比起使用化合物材料之有機金屬氣相成長（movcd)法 ，可提高原料時點的純度。 如第1圖所示’處理室100係進一步具備：用來供應待 結晶成長於基板100上的薄膜的原料之單元11及單元12。 亦即，第1圖所示的基板溫度測定裝置，可在高精度地測 定基板1 0 0的基板溫度的狀態下，進行薄膜的結晶成長。 在第1圖所示的例子，單元11是用來供應鋅（Zn)。單元12 是自由基產生器，是在ZnO膜等的含有氣體元素的化合 物的結晶成長採用MBE法的情形下使用。自由基產生器 的構造，一般是在由PBN(熱解硼氮化物）或石英所構成的 放電管1 2 1的外側周圍捲繞高頻線圈1 2 2而構成，高頻線圏 122是連接於高頻電源（未圖示）。在第1圖所示的例子，是 藉由高頻線圈122對供應至單元12內部的氧（0)施加高頻電 壓（電場）以產生電漿，藉此從單元12供應電漿粒子（〇*)。 以下說明，爲了讓ZnO系半導體構成的薄膜以良好 的表面平坦性進行結晶成長，基板溫度是重要的。以下說 明的例子，如第2圖所示，是在基板1 0 0 (在背面1 0 1配置金 屬膜110之ZnO系基板）的表面結晶成長出ZnO系半導體 構成的半導體層200的情形。在第2圖，是顯示形成於基板 100上之半導體層200爲1層的情形，要在基板1〇〇上積層複 數層的ZnO系半導體的情形，必須讓各半導體層的表面 進行平坦性良好的結晶成長。半導體層200的主面201，可 在其上方進行其他半導體層的成長。
弟3圖顯不出’在第1圖所不的基板1〇〇上，藉由MBE -11 - 200921804 法來磊晶成長出ZnO系半導體所構成的半導體層200的情 形’半導體層200的主面201的狀態。具體而言，是在 MgxZnn〇所構成的基板100上，改變基板溫度來成長出 ZnO所構成的半導體層200時的主面201的狀態。第3(a)圖 〜第3(e)圖，係將基板溫度分別爲810°C、760°C、73 5 °C、 720 °C、68 5 °C的情形的主面201的狀態用原子間力顯微鏡 (AFM)以20 μιη的分解能力進行掃描所得的影像。 如第3(c)圖、第3(d)圖、第3(e)圖所示，在基板溫度 爲7 3 5 °C以下的情形，主面20 1上凹凸的存在很明顯。另一 方面，如第3(a)圖及第3(b)圖所示，在基板溫度爲760°C以 上的情形，主面2 0 1成爲凹凸少的良好狀態，而能形成主 面20 1的平坦性良好的半導體層200。 除了第3圖所示的溫度以外，以更小的幅度來改變基 板溫度，將各基板溫度下的ZnO構成的半導體層200的主 面2 0 1的平坦性以數値表示，將其圖表化的結果顯示於第4 圖。第4圖的縱軸代表半導體層200的主面201的算術平均 粗糙度Ra。「算術平均粗糙度Ra」是用第5圖所例示之 粗糙度曲線來求出。 粗糙度曲線，例如是將半導體層200的主面201的凹凸 在既定的取樣點進行測定，而將凹凸的大小和這些凹凸的 平均値一起顯示。算術平均粗糙度Ra，是從粗糙度曲線 ，在平均線的方向截取基準長度m，將該截取部分的平均 線與測定曲線的偏差的絕對値予以合計，取其平均而得的 數値。亦即，算術平均粗糙度Ra是用以下的式（1)求出： -12- 200921804
Ra = (l/m)x| I f(x) I dx··· (1) 式（1)的積分區間爲0〜m。 藉由求取算術平均粗糙度Ra，例如1個缺陷對全體造 成的影響非常小，而能獲得可靠性極高的粗糙度平均値。 算術平均粗糙度Ra等的表面粗糙度的參數，是Π S規格 所規定的，本發明的實施形態的說明是用該規定。 第4圖，是以上述算出的算術平均粗糙度&&爲縱軸， 以基板溫度爲橫軸，而顯示主面201的平坦性之圖表。第4 圖中，黑三角形記號代表基板溫度未達7 5 的資料，黑 圓形記號代表基板溫度7 5 0 °C以上的資料。從第4圖可看出 ，以7 5 0 °C爲邊界，若基板溫度越高，半導體層200的主面 2 0 1的平坦性會急劇提昇。若根據第4圖來設定算術平均粗 糙度Ra的平坦性是否良好的邊界値時，較寬鬆時算術平 均粗糙度Ra爲1.5 nm左右，較嚴格時算術平均粗糙度Ra 爲1 . 0mm左右。 第6圖係根據與第4圖相同的測定資料，求出主面201 的均方根粗糙度RMS而將其圖表化的結果。均方根粗糙 度RMS，是將第5圖所示之測定出的粗糙度曲線的平均線 與測定曲線的偏差的平方予以合計，用其平均値的平方根 來表示。使用算出算術平均粗糙度Ra時的基準長度m， 依下式（2)來求出均方根粗糙度RMS : RMS = {(l/m)xJ(f(x))2dx}1/2 …（2) -13- 200921804 式（2)的積分區間爲〇〜m。 第6圖的縱軸代表均方根粗糙度rm S，橫軸代表基板 溫度。在第6圖中’黑三角形記號代表基板溫度未達75 0它 的資料’黑圚形記號代表基板溫度750 °C以上的資料。和 第4圖同樣的，以750 °C爲邊界，若基板溫度越高，半導體 層200的主面20 1的平坦性會急劇提昇。關於均方根粗糙度 RMS之平坦性是否良好的邊界値，較寬鬆時爲2.〇nm左右 ，較嚴格時爲1.5mm左右。 因此’在ZnO系基板上或ΖηΟ系半導體層上進行 ΖηΟ系半導體的成長時，藉由在基板溫度750 °C以上進行 結晶成長，可形成表面平坦性良好的 Ζ η Ο系半導體。又 基於表面粗糙度的觀點，只要以算術平均粗糙度Ra成爲 1.5nm以下、且均方根粗糙度RMS成爲2nm以下的方式 進行半導體層的表面（主面）之結晶成長，之後所積層的 ΖηΟ系半導體也能維持表面的平坦性。更佳爲，以算術平 均粗糙度Ra成爲lnm以下、且均方根粗糙度RMS成爲 1. 5 nm以下的方式進行ΖηΟ系半導體層的結晶成長。 第7圖顯示出，依以上的條件將複數個ΖηΟ系半導體 層予以積層時，最上層的主面（表面）的狀態的例子。和第 3圖同樣的，第7圖也是使用AMF以20 μιη的分解能力掃描 最上層的主面狀態所得的影像。具體而言，ΖηΟ系基板是 使用MgQ.2ZnG.80，在該基板上交錯積層Mgo.iZno.90和 ΖηΟ層共1 0個周期的情形的最上面的主面狀態。基板溫度 爲770 °C。即使是上述般積層混晶組成膜薄的情形也是， -14- 200921804 藉由將基板溫度設定爲750°C以上以將各半導體的主面的 平坦性保持一定，可獲得如第7圖所示之積層構造最上層 的表面平坦性良好的ZnO系半導體。 如以上所說明般，爲了讓ZnO系半導體以良好的表 面平坦性進行結晶成長，基板溫度是重要的。又必須正確 地測定並控制其基板溫度。又ZnO系半導體具有稱作纖 鋅礦的六方晶系構造。第2圖所示的基板100，是在六方晶 系的+c面上進行半導體層200的結晶成長，而-c面是作爲 背面101來使用，在-c面上配置金屬膜110。 第8圖顯示ZnO系半導體的+c面的特性。第8(a)圖顯 示在藍寶石基板上積層氮化鎵（GaN)膜及ZnO膜的情形， 縱軸代表試樣的氮（N)濃度，橫軸代表以ZnO膜表面爲基 點之深度方向的距離。在第8(a)圖，係顯示基板溫度5〇〇 °C、600 °C、7〇〇°C時的+ c面（Zn極性面）的氮濃度，以及 基板溫度600°C時的-c面（0極性面）的氮濃度。第8(b)圖中 ，縱軸代表氮濃度，橫軸代表基板溫度，其顯示面和-c 面的氮濃度和基板溫度的關係。在第8 (b)圖，白空心圓記 號代表+c面的氮濃度’加陰影線的圓記號代表-c面的氮 濃度。在第8圖所示的狀態，+c面的氮濃度對基板溫度的 依存性低，即使基板溫度的測定精度稍低，基於+c面之 氮濃度的觀點並不會發生問題。但是，基於ZnO系半導 體的+c面之平坦性的觀點，如前述般，基板溫度的測定 精度是重要的。 第9圖顯示出，分別使用高溫計（pyrometer)及溫度記 -15- 200921804 錄器來測定溫度，在基板100上結晶成長出半導體層200時 的成長溫度（基板溫度）和氮濃度的關係。在第9圖，縱軸 代表氮濃度，橫軸代表成長溫度’第9圖中的白空心三角 形記號代表使用高溫計來測定成長溫度的情形的資料，黑 圓記號代表使用溫度記錄器來測定成長溫度的情形的資料 〇 如第9圖所示，在基板溫度爲650 °C以上的情形，即使 是+c面也觀察到氮濃度的成長溫度（基板溫度）依存性。然 而，比起使用高溫計來進行測定的情形，在使用溫度記錄 器來測定基板溫度時，氮濃度和成長溫度呈直線關係，而 能更明確的呈現氮濃度的基板溫度依存性，其控制性較佳 〇 第10圖顯示出，作爲加熱源10的加熱器之輸入電源、 和分別使用高溫計及溫度記錄器來測定的基板溫度的關係 。第1 0圖中的白空心三角形記號代表使用高溫計來測定基 板溫度的情形的資料，黑圓記號代表使用溫度記錄器來測 定基板溫度的情形的資料。如第1 0圖所示，比起使用高溫 計進行測定的情形，使用溫度記錄器來測定基板溫度時， 加熱器的輸入電源和基板溫度呈直線關係，而能更明確地 呈現基板溫度的加熱器輸入電源依存性。 根據第9圖及第1 0圖可知，在測定基板溫度時，使用 溫度記錄器比使用高溫計更能高精度地測定基板溫度。 基板1 〇〇，例如波長1〜2μηι左右的紅外線穿透率爲 80%以上的情形，在波長1〜2μιη左右的紅外區，基板1〇〇 -16 - 200921804 看起來是透明的。這時，可測定1〜2 μιη附近的高溫計，會 將加熱源10和保持具20所放射的紅外線視爲穿透基板100 的紅外線，因此無法高精度地測定基板溫度。如第2圖所 示，藉由在基板100背面101上，以與加熱源10相對向的方 式配置金屬膜1 1 0，加熱源1 0和保持具20所放射的紅外線 會被金屬膜110反射，而能防止其穿透基板1〇〇。然而，基 板1 0 0和金屬膜1 1 0的接合面所形成的氧化物並非全面一致 ，可能發生無法高精度地測定基板溫度的情形。 然而，第1圖所示的基板溫度測定裝置，由於是利用 無法穿透基板100的波長區來測定基板溫度，因此即使發 生上述板100和金屬膜110的接合面所形成的氧化物並非全 面一致的問題，仍能高精度地測定基板溫度。 第11圖係顯示ΖηΟ及BaF2之紅外線的波長和穿透率 的關係。第1 1圖係顯示可作爲溫度測定器40之溫度記錄器 所能測定的波長區之感度範圍，在溫度記錄器的感度範圍 的下限之8μιη以上的波長，ΖηΟ的穿透率急劇減少。另一 方面，在BaF2，感度範圍之8〜12μπι的紅外線穿透率爲 8 0%以上。 第 12圖係顯示 ΖηΟ、ΑΙ2Ο3、LiGa03、ScAlMgCU 及
ZnO/ScAlMg04之紅外線波長和穿透率的關係。如第12圖 所示，在可作爲溫度測定器40之溫度記錄器所能測定的波 長區的感度範圍爲8 μ m〜1 4 μ m的情形’溫度記錄器的感度 範圍所包含的波長的紅外線，幾乎無法穿透Zn0系基板 或藍寶石基板。第12圖中ΖηΟ和ZnO/ScAlMg04之穿透率的 -17- 200921804 波長依存性不同’是因爲ZnO的載子濃度比ZnO/ScAlMg〇4 高一位數左右。 因此，例如基板1 0 0爲ZnO系基板的情形，從加熱源 1 〇放射出的波長8 μηι以上的紅外線，無法穿透基板1 〇 〇而 到溫度測定器40。此外，即使是在基板100背面101全體配 置保持具20的情形，從保持具20放射出之波長8μιη以上的 紅外線也不會穿透基板1 0 〇而到達溫度測定器4 0。亦即， 僅測定到ZnO所發射之8 μιη以上的紅外線。 如此’依據第1圖所示的基板溫度測定裝置，藉由採 用BaF2作爲透過窗30的材料，.並採用感度範圍在波長8μιη 以上的溫度記錄器作爲溫度測定器40，僅從基板1 〇〇(ΖηΟ 系基板）放射出的紅外線可穿透透過窗3 0，藉由分析所穿 透的紅外線’溫度測定器4〇可高精度地測定基板溫度。亦 即’在具備第1圖所示的基板溫度測定裝置之結晶成長裝 置’可在高精度地測定基板1 〇 〇的基板溫度的狀態下，在 基板1 〇0上進行ZnO系半導體層的結晶成長。藉此，可對 不同結晶成長裝置間的結晶成長條件作更正確的比較。 此外’在具備第1圖所示的基板溫度測定裝置之結晶 成長裝置，可按照待成長的層來切換結晶成長溫度。亦即 ’可實現出：根據基板溫度測定裝置所測定出的基板溫度 來進行溫度切換的結晶成長方法。 以下說明，使用第1圖所示的基板溫度測定裝置來進 行ZnO系半導體層的結晶成長的方法。以下所敘述的
ZnO系半導體層的成長方法僅是一例，當然可藉由包含其 -18- 200921804 變形例之各種的成長方法來據以實現。 (1) 首先，以+ C面爲主面，在Zn0系基板之基板100 的背面（_c面）101上，藉由電子束（EB)蒸鍍法等來形成： 例如由膜厚1 〇nm左右的Ti及膜厚1 OOnm左右的Pt所積 層而成的金屬膜Π0。 (2) 接著，將在背面101上配置有金屬膜110之基板100 ，以背面101面向加熱源10的方式裝載於保持具20。接著 ，如第1圖所示，將裝載於保持具20上的基板100從加載互 鎖室送入處理室1。 (3) 例如在lxl〇-7Pa左右的真空中’藉由加熱源10將 基板1 00加熱至既定的設定基板溫度。設定基板溫度設定 在75 0°c以上。這時，從基板1〇〇(被加熱源10加熱後）放射 出而穿透透過窗3 〇的紅外線，會射入溫度測定器40。溫度 測定器40，將從基板1 〇〇放射出的紅外線予以分析，以測 定出基板1 〇 〇的基板溫度。 (4) 在藉由溫度測定器40確認基板溫度到達既定的設 定基板溫度的狀態下，將NO氣體、02氣體等供應至單元 12以產生電漿，打開單元1 1及單元12的開閉器後，和預先 調整成期望組成的Zn —起，將反應活性提高之氧自由基 狀態的氧源供應至處理室1內，以在基板1 00上結晶成長出 表面平坦性良好的半導體層200。 如以上所說明，本發明的實施形態之基板溫度測定裝 置，藉由具備：能讓無法穿透基板1 0 0的波長區的紅外線 穿透的透過窗3 0、以及感度範圍包含該波長區的溫度測定 -19- 200921804 器4 0，可將加熱源1 〇或保持具2 0所放射的紅外線除外，而 高精度地測定出基板溫度。例如，依據第1圖所示的基板 溫度測定裝置，由於具備：波長8 μπι以上的紅外線的穿透 率爲80%以上的透過窗30、以及可測定的紅外線的感度範 圍爲8μιη以上的溫度測定器40，例如即使是波長1〜2 μπι左 右的紅外線穿透率爲8 0 %以上的基板，仍可高精度地測定 基板溫度。結果，例如在ΖηΟ系基板上，可結晶成長出 表面平坦性良好的ΖηΟ系半導體。 再者，關於可穿透透過窗30而用溫度測定器40分析之 紅外線波長，即使在基板1 0 0的穿透率不是0 %，只要在溫 度記錄器的觀測下基板1 0 0是呈黑色的穿透率，即可適用 於本發明的實施形態之基板溫度測定裝置。例如，在基板 100爲ΖηΟ系基板的情形，波長8μιη的紅外線在基板1〇0 的穿透率爲數％ ’這時在溫度記錄器的觀測下基板1 〇〇是 黑的。亦即，從溫度測定器40觀察，從基板1〇〇背後的物 體放射出的紅外線會被基板1 〇 〇截斷，因此藉由溫度測定 器4 0，能根據從基板1 〇〇放射出的紅外線來高精度地測定 基板溫度。又能實現出：根據高精度測定出的基板溫度來 進行溫度控制的結晶成長方法。 (其他實施形態） 如上述般’本發明係藉由實施形態來說明，但所揭示 的記載及圖式絕非用來限定本發明。根據該揭示內容，熟 習此技術人士可採用各種的替代實施形態、實施例及運用 -20- 200921804 技術是顯而易知的。 在前述實施形態的說明中，是在ZnO系基板上進行 半導體層的結晶成長，但基板除了 ZnO系基板以外，也 可以是例如藍寶石基板、GaN基板等的寬帶隙材料的基丰反 〇 再者’除了在基板上藉由結晶成長來形成薄膜的製手呈 以外，本發明也適用於：控制基板溫度是重要的其他製程 ，例如爲了將摻雜的雜質活性化之退火處理等的基板溫度 的測定。 亦即，本發明當然包含未記載於此之各種實施形態等 。因此，本發明的技術範圍，僅受申請專利範圍之發明界 定事項所限定。 本發明的基板溫度測定裝置及基板溫度測定方法，可 利用於用來製造在基板上形成半導體層的半導體裝置之半 導體產業及電子機器產業等的製造業。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示本發明的實施形態的基板溫度測定裝置 的構造之示意圖。 第2圖係顯示藉由本發明的實施形態之基板溫度測定 裝置來測定基板溫度之半導體裝置例的示意圖。 第3(a)〜（e)圖係顯示第2圖所示的半導體裝置的表面狀 態的例子。 第4圖係顯示第2圖所示的半導體裝置的表面的算術平 -21 - 200921804 均粗糙度和基板溫度的關係的一例之圖表。 弟5圖係用來g兌明粗糖度曲線的不意圖。 第6圖係顯示第2圖所示的半導體裝置的表面的均方根 粗糙度和基板溫度的關係的一例之圖表。 第7圖係顯示積層有半導體層之半導體裝置的最上層 表面的狀態例。 第8圖係顯示半導體裝置的特性的圖表，第8(a)圖顯 示氮濃度，第8 (b)圖顯示基板溫度和氮濃度的關係。 第9圖係顯示半導體裝置的氮濃度和成長溫度的關係 的一例的圖表。 第1 〇圖係顯示加熱源的加熱器輸入電壓和基板溫度的 關係的一例的圖表。 第1 1圖係顯示紅外線的波長和各種材料的穿透率的關 係的一例的圖表。 第1 2圖係顯示紅外線的波長和各種材料的穿透率的關 係的其他例的圖表。 【主要元件符號說明】 1 :處理室 10 :加熱源 1 1、12 :單元 20 :保持具 30 :透過窗 4〇 :溫度測定器 -22- 200921804 1 0 0 :基板 1 01 :背面 1 10 :金屬膜 1 2 1 :放電管 1 2 2 :高頻線圈 200 :半導體層 20 1 :主面 -23-
Claims (1)
- 200921804 十、申請專利範圍 1. 一種基板溫度測定裝置，其特徵在於係具備： 用來加熱基板之加熱源； 能讓無法穿透前述基板的波長區之紅外線穿透的透過 窗； 感度範圍包含前述波長區之溫度測定器，係將從被前 述加熱源加熱的前述基板放射出且穿透前述透過窗之紅外 線予以分析，以測定前述基板的基板溫度。 2 .如申請專利範圍第1項記載之基板溫度測定裝置， 其中，前述透過窗，在前述波長區的至少一部分之紅外線 穿透率爲8 0 %以上。 3 .如申請專利範圍第1項記載之基板溫度測定裝置， 其中，前述透過窗，波長8 μ m的紅外線的穿透率爲8 0 %以 上。 4 .如申請專利範圍第3項記載之基板溫度測定裝置， 其中，前述透過窗是氟化鋇所構成。 5 .如申請專利範圍第3項記載之基板溫度測定裝置， 其中，前述溫度測定器的波長的感度範圍爲8 μηι以上。 6 .如申請專利範圍第1項記載之基板溫度測定裝置， 其中，前述溫度測定器是溫度記錄器。 7.如申請專利範圍第6項記載之基板溫度測定裝置， 其中，前述溫度記錄器係具備測輻射熱儀型的紅外線檢測 器。 8 .如申請專利範圍第1項記載之基板溫度測定裝置， -24- 200921804 其中，前述加熱源是紅外線燈或紅外線雷射。 9.一種基板溫度測定方法，其特徵在於包含以下#驟 用加熱源將基板加熱，讓從該基板放射出之無 '法@透 前述基板的波長區的紅外線，穿透透過窗而射入其胃g 圍包含前述波長區的溫度測定器的步驟； 將從前述基板放射出的紅外線用前述溫度測定器f以 分析，以測定出前述基板的基板溫度的步驟。 1 0.如申請專利範圍第9項記載之基板溫度測定方法， 其中，是邊在前述基板上進行半導體層的結晶成長，邊測 定前述基板的溫度。 U ·如申請專利範圍第9項記載之基板溫度測定方法， 其中，前述透過窗'在前述波長區的至少一部分之紅外線 穿透率爲8 0 %以上。 1 2.如申請專利範圍第9項記載之基板溫度測定方法， 其中，前述透過窗，波長8μιη的紅外線的穿透率爲80 %以 上。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項記載之基板溫度測定方法 ，其中，前述透過窗是氟化鋇所構成。 1 4.如申請專利範圍第1 2項記載之基板溫度測定方法 ，其中，前述溫度測定器的波長的感度範圍爲8μπι以上。 15.如申請專利範圍第9項記載之基板溫度測定方法， 其中，前述溫度測定器是溫度記錄器。 1 6.如申請專利範圍第1 5項記載之基板溫度測定方法 -25- 200921804 ，其中，前述溫度記錄器係具備測輻射熱儀型的紅外線檢 測器。 1 7.如申請專利範圍第9項記載之基板溫度測定方法 ，其中，前述加熱源是紅外線燈或紅外線雷射。
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