TW201823508A - 控制ｃｖｄ或ａｌｄ反應器中之氣流或其中生長之層的均勻性的裝置及方法 - Google Patents

控制ｃｖｄ或ａｌｄ反應器中之氣流或其中生長之層的均勻性的裝置及方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種用於判定一反應器外殼中之一晶座之位置的量測裝置。該量測裝置包括：一中心元件，其可在一預界定部位處緊固於該晶座上；及複數個感測臂，其自該中心元件突出超過該晶座之一外部周邊。該等感測臂分別包括可與一接觸分區以觸碰方式接觸之一感測區段。該接觸分區係藉由該反應器外殼或配置於該反應器外殼中之一組件的一內部周邊形成。使用該量測裝置，一CVD反應器之一晶座相對於該反應器外殼或配置於該反應器外殼中之一組件的該位置得以判定。

Description

控制CVD或ALD反應器中之氣流或其中生長之層的均勻性的裝置及方法
本發明係關於一種量測裝置，藉助於該量測裝置，ALD/CVD反應器之反應器外殼中的晶座之位置可得以判定。
此外，本發明係關於一種用於相對於反應器外殼或配置於反應器外殼中之組件調整晶座之位置的方法。
US 8,398,777 B2及US 2016/0010239 A1描述CVD反應器，其具有配置於反應器外殼中之晶座，處理氣體可被引入至該晶座中以使得一或多個層可生長在位於晶座上之至少一個基板上。該晶座之側向位置可藉助於調整裝置來調整。
在自先前技術(例如，自US 6,767,429 B2、US 7,648,610 B2、US 2012/0024479 A1或US 6,963,043 B2)已知之CVD反應器中，具有用於一或多個基板之支撐表面的晶座位於處理腔室中，其中氣體入口元件之氣體排放表面與支撐表面對置。基本上為環形之晶座的外部周邊邊緣被環形流通區域包圍，其中該流通區域自晶座之外部周邊邊緣延伸至包圍晶座之組件的內部周邊邊緣或包圍晶座之外殼壁。連續地或以氣體脈衝形式經由常以噴淋頭形式實現的氣體入口元件之氣體排放表面而引入至處理腔室中的處理 氣體係引起層在基板上之生長，即，歸因於聚合狀態之物理改變或歸因於化學反應。不參與層生長之反應產物或運載氣體係自處理腔室經由流通區域排放至反應器外殼之下游容積中。管道系統將配置於此部位處之氣體抽吸開口連接至真空泵，藉助於該真空泵，反應器外殼可被抽成真空，或藉助於該真空泵，穩定的總壓力可在反應器外殼內，且特定而言在處理腔室內進行調整。歸因於氣體抽吸開口之不對稱配置，非對稱流動剖面形成於配置於流通開口下游之反應器外殼之容積內，以使得穿過流通區域之氣流在流通區域之圓周方向上並非均質的。歸因於處理氣體自處理腔室之非均質排放，不對稱流動剖面亦形成於處理腔室內且導致待生長之層的非均質生長。
上文所引證之先前技術已揭示藉由利用穿孔板或藉由改變流通區域之徑向寬度來影響處理腔室內之流動剖面的措施。
本發明之目的為開發一種可最佳化生長在位於晶座上之一或多個基板上的層之均勻性的裝置。本發明之另一目的為開發一種量測裝置，藉助於該量測裝置，反應器外殼內之晶座的位置可得以判定，其中該位置判定可實際上在反應器外殼閉合的同時或在反應器外殼閉合時就地進行。
本發明之第一態樣係關於一種用於判定反應器外殼中晶座位置的量測裝置，其中該量測裝置之特徵在於可在預定部位處(例如，在晶座之中心)緊固於晶座上的中心元件。若干感測臂係配置於中心元件上且突出超過晶座之外部周邊。在其自由末端上，此等感測臂之特徵在於可與反應器外殼之接觸分區接觸的感測區 段，其中此接觸分區可藉由反應器外殼之內部周邊、藉由反應器外殼內之組件或藉由反應器外殼內之組件的周邊形成。接觸分區較佳實現於反應器外殼之上部部分的區中，該上部部分可與反應器之下部部分分離以便開放反應器外殼。特定而言，提議量測裝置可在反應器外殼開放時附接至晶座，其中居中接腳可嚙合至居中開口中以使得量測裝置(特定而言，其中心元件)相對於晶座處於預界定位置。一或多個感測臂之特徵在於可與接觸分區接觸之感測區段。彈簧元件經設置且在延伸遠離中心元件之方向上對感測臂起作用。以此方式，對一或多個感測臂起作用之彈簧元件將感測區段移置至其位置中，在該位置中感測區段與中心間隔開最大距離。該等感測區段可具有傾斜側面。在反應器外殼閉合時，反應器外殼或配置於反應器中之組件的周邊邊緣可按使得感測臂在抵抗彈簧元件之回復力的中心元件之方向上移置的方式對感測臂或感測區段之傾斜側面起作用。彈簧元件因此對反應器外殼之若干接觸分區中之一者施加對感測臂之感測區段加壓的接觸壓力。位置量測元件使得有可能判定感測區段與中心元件及特定而言與晶座之中心的徑向距離。特定而言，提議中心元件之特徵在於複數個感測臂，較佳四個感測臂，該等感測臂以均勻角度分佈自中心元件突出且特徵分別在於感測區段，該感測區段可與組件或反應器外殼之內部周邊接觸，以使得組件或反應器外殼之內部周邊與晶座之中心的徑向距離可在複數個圓周位置中加以判定。該量測裝置之特徵在於資料傳輸單元，藉助於該資料傳輸單元，量測值可經由處理腔室壁以無線方式傳輸至外部接收器。一電池經設置以用於能量供應。在本發明之變化中，晶座具有圓形外部周邊，在該圓形外部周邊之中心，量測裝置 之中心元件可經配置。組件或反應器外殼之內部周邊與晶座之外部周邊徑向間隔開取決於晶座之位置的間隙寬度，其中內部周邊在徑向上在外部周邊外延伸。該內部周邊較佳沿圓弧延伸，以使得呈平行於運載基板之晶座之上部側面而延伸的區域之形式的流通區域形成於內部周邊與晶座之外部周邊之間。在本發明之幾個具體例中，流通區域為完全包圍晶座之均勻的連續區域。在本發明之幾個具體例中，該流通區域形成由內部周邊及外部周邊界定之環狀間隙。在本發明之幾個具體例中，該晶座係藉由特徵在於具有第一凸緣面之第一凸緣的晶座載體運載，該第一凸緣面配置成可沿第二凸緣之第二凸緣面移置。在此狀況下，第二凸緣係剛性地連接至反應器外殼。在本發明之幾個具體例中，調整構件之特徵在於固定螺釘。反應器外殼內之晶座的位置可藉由轉動固定螺釘來調整，其中調整方向為流通區域延伸所在之平面。在此狀況下，固定螺釘經旋擰至兩個凸緣中之一者中的帶螺紋孔中。固定螺釘較佳經旋擰至第一凸緣中之帶螺紋孔中。固定螺釘之端面對另一凸緣，特定而言，第二凸緣起作用。在幾個具體例中，彈簧經設置且受固定螺釘作用。特定而言，提議固定螺釘經配置於分別具有圓形輪廓之兩個凸緣中之一者上，以便在調整平面之垂直於彼此延伸的兩個方向上相對於第二凸緣調整第一凸緣。每一固定螺釘可與彈簧對置，該彈簧具有足夠高的彈簧力以用於當固定螺釘在鬆開方向上經轉動時相對於第二凸緣移置第一凸緣。本發明之幾個具體例的特徵可在於波紋管，藉助於該波紋管，晶座載體連接至反應器外殼。特定而言，提議波紋管之第一緊固末端連接至晶座載體之套環，且波紋管之第二緊固末端連接至第二凸緣。該兩個連接較佳為氣密的。在幾個具 體例中，量測裝置之特徵在於一或多個彈簧元件，其中彈簧元件中之一者在延伸遠離中心元件之方向上對感測臂起作用。另外，感測臂之感測區段的徑向距離可藉助於位置量測元件判定。此外，感測臂之感測元件或另一區段可具有傾斜側面。反應器外殼之特徵可在於下部部分，晶座係指派至該下部部分。反應器外殼之特徵亦可在於上部部分，氣體入口元件係指派至該上部部分。在本發明之變化中，上部部分可與下部部分分離以便開放處理腔室。沖洗氣體開口經設置及配置於包圍氣體入口元件之沖洗氣體管的壁中。晶座具有中心軸線，晶座載體較佳係在該中心軸線上配置。晶座係參考中心軸線藉由流通區域環狀地包圍。參考中心軸線之沖洗氣體管的徑向寬度大致對應於流通區域之徑向寬度，其同時表示間隙寬度。自在流通區域上游之沖洗氣體管的沖洗氣體開口排放的沖洗氣體與經由氣體入口元件之氣體排放開口引入至處理腔室中的處理氣體混合。
此外，本發明係關於一種用於判定反應器外殼中之晶座之側向位置及/或用於藉由使反應器外殼內之晶座之位置變化來使流通區域之間隙寬度變化的方法，其中上文所描述之量測裝置特定地用於該方法中，該量測裝置在反應器外殼已開放之後附接至晶座且在晶座之位置已調整之後再次自反應器外殼被移除。該位置判定及晶座位置之該調整分別在反應器外殼閉合時發生。該位置之該調整係藉由在降低的處理腔室壓力下調整調整構件來實現。反應器外殼內之晶座之側向位置的判定亦可在反應器外殼藉由將外殼之上部部分附接至外殼之下部部分而閉合時發生。外殼之上部部分的特徵在於由量測裝置掃描之接觸分區。接觸分區較佳由附接至晶座 之量測裝置的感測臂之感測區段掃描。感測區段較佳具有在反應器外殼之上部部分附接至反應器外殼之下部部分時受接觸分區作用的傾斜側面。量測裝置之中心元件係以居中方式緊固於晶座上，以使得臂在抵抗彈簧元件之回復力的中心之方向上經移置。在上部反應器部分之附接期間，形成接觸分區之反應器外殼或緊固於上部反應器部分上之組件的內部周邊可越過傾斜側面，以使得傾斜側面之周邊邊緣鄰接於接觸分區上。該周邊邊緣可在圓柱體之表面區域上延伸。由量測裝置記錄之量測值係經由處理腔室外殼之壁以無線方式傳輸至配置於反應器外殼外部之接收器。該量測裝置之特徵在於電池外殼，該電池外殼裝配有用於量測裝置之能量供應的電池。本發明方法使得有可能相對於外殼壁或配置於外殼中之組件將晶座調整至準確中心位置中。然而，亦有可能有目的地將晶座調整至偏心位置中，以便抵消對晶座中之氣流的影響，其引起偏心地配置之氣體出口開口。晶座之位置亦可在層生長於由晶座運載之基板上時進行調整。該調整可在低壓及高溫下發生。晶座之側向位置的判定或用於最佳化晶座上方之氣流的晶座之位置的調整較佳係在無光學感測器之情況下實現。
本發明之另一目的為最大化晶座上方之氣流的均勻性或生長在位於晶座上之基板上的層之物理或化學屬性的均勻性。該方法包含複數個連續步驟，其中在每一步驟中，一或多個基板塗佈有一層，其中在每一塗佈步驟之後，晶座之位置發生變化，其中晶座之側向位置係藉由上文所提及之方法判定。本發明之另一目的為藉由經由沖洗氣體開口將尤其為Ar或N2之沖洗氣體饋送至處理腔室中來最大化均勻性，其中該沖洗氣體開口較佳在流動方向 上位於流通區域上方。本發明之變化為以使均勻性最大化之方式使用於對晶座加熱之兩個加熱元件的加熱功率變化。為了最大化所生長層之均勻性，特定而言，提議最初在處理腔室開放時，例如，在處理腔室之蓋罩經移除時預先調整晶座之位置，其中特定而言，配置於流通開口下游之氣體排放開口之偏心位置對在晶座之上游之流場的影響在此狀況下亦被考慮。根據本發明，其他調整步驟可在此初始調整步驟之後進行，其中此等調整步驟較佳在處理腔室閉合時進行。
在第一調整步驟中，晶座位置係以使得在流通區域下游之偏心地配置之氣體排放開口對圍繞晶座之流場的影響經補償的方式進行調整。此係藉由使在流通區域之平面中的晶座之位置變化以使得流通區域之徑向寬度改變而實現。此可在處理腔室開放時進行。晶座位置之精確調整在第二調整步驟中發生，在該步驟中晶座閉合且處於生長條件下。處理腔室係在製程溫度下，製程壓力係在處理腔室內調整。製程溫度為高溫，其可等於數百℃。處理腔室中之總壓力為低壓，例如，幾毫巴之壓力。在此等生長條件下，一層可生長在配置於處理腔室中之一基板上或若干基板上。在本發明之較佳具體例中，反應器外殼之特徵在於用於就地量測所生長層之層厚度的構件及/或用於在不同部位處，且特定而言，在晶座之周邊上的不同圓周位置處就地判定層組合物的構件。特定而言，光學感測器用於此目的。若非均勻層組合物或層厚度被偵測到，則影響層屬性(諸如，層厚度及/或層組合物)之氣流可藉由使晶座之位置變化而改變。舉例而言，若相對大之層厚度在三點位置處被量測到，則晶座可在九點位置之方向上經移位，以便藉此影響圍繞晶座之氣 流。流通區域之橫截面的變化影響流經基板之氣流在此部位處的流動速率。用於判定層屬性及用於隨後調整晶座之位置的此方法可在若干連續步驟中重複。晶座之此位置調整可在製程條件下進行而不必降低製程溫度或升高製程壓力係有利的。晶座之位置調整基本上在不會由於總壓力或溫度之變化而中斷的情況下發生，以使得位置調整可在短時間段內進行。在本發明之增強例中，提議進行第三調整步驟，特定而言，在第二調整步驟之後進行，在該第二調整步驟中，層生長之精確調整同樣地藉由影響流而實現。在此第三調整步驟中，流動至流通區域中之前文所提及之沖洗氣流在不同圓周位置處受影響。在此狀況下，沖洗氣流之精確調整亦在生長條件下，亦即，在生長溫度及總生長壓力下進行。沖洗氣流取決於諸如層厚度及/或層組合物之層屬性的就地量測而發生變化。在本發明之增強例中，側向層均質性可藉由第四調整步驟而最大化。配置於晶座之下的加熱裝置之特徵在於可彼此單獨地受控制的兩個或大於兩個徑向巢套之加熱器。徑向外部分區中之層生長速率可藉由減小此部位處之加熱功率而減小。外部加熱分區中之加熱功率的增加使得有可能增加此等部位處之所生長層的生長速率。
1‧‧‧反應器外殼
1'‧‧‧上部外殼部分
1"‧‧‧下部外殼部分
2‧‧‧內部周邊/內壁
2'‧‧‧內部周邊
3‧‧‧晶座
4‧‧‧外部周邊
5‧‧‧基板
6‧‧‧氣體入口元件/噴淋頭
7‧‧‧氣體排放開口
8‧‧‧氣體抽吸開口
9‧‧‧處理腔室
10‧‧‧流通區域
11‧‧‧外殼區段
12‧‧‧晶座載體
13‧‧‧第一凸緣
13'‧‧‧第一凸緣面
14‧‧‧第二凸緣
14'‧‧‧第二凸緣面
15‧‧‧波紋管
16‧‧‧調整構件/固定螺釘
16'‧‧‧端面
17‧‧‧沖洗氣體管
18‧‧‧沖洗氣體開口
19‧‧‧徑向外部加熱器
20‧‧‧徑向內部加熱器
21‧‧‧組件
22‧‧‧周邊邊緣
23‧‧‧彈簧元件/彈簧
24‧‧‧套環
25‧‧‧量測裝置
26‧‧‧中心元件
27‧‧‧居中接腳
28‧‧‧居中開口
29‧‧‧感測臂
30‧‧‧感測區段
31‧‧‧傾斜側面
32‧‧‧量測單元
33‧‧‧彈簧元件
34‧‧‧位置量測元件
35‧‧‧通信裝置
36‧‧‧帶螺紋孔
P‧‧‧箭頭
S‧‧‧間隙寬度
本發明係在下文參考例示性具體例更詳細地描述。在圖式中：圖1示意性地展示穿過反應器外殼1之縱向截面，圖2展示圖1之放大細節，其中量測裝置25附接至晶座3，圖3展示沿圖2中之線III-III的截面，圖4展示穿過閉合反應器外殼1之處理腔室的第二例示性具體 例之縱向截面，該反應器外殼之上部部分可在箭頭P之方向上與下部部分分離以便開放反應器外殼，圖5展示配置於晶座上之量測裝置的透視圖，及圖6示意性地展示穿過感測臂29之縱向截面，該感測臂緊固於量測裝置之中心元件26上且特徵在於感測末端30。
反應器外殼1由氣密鋼外殼組成，以使得外殼1之容積可被抽成真空。上部外殼部分1'可與下部外殼部分1"分離，且特定而言，自下部外殼部分提離，以便開放反應器外殼1之處理腔室9。
以噴淋頭之形式設計的氣體入口元件6係緊固於上部外殼部分1'上。該氣體入口元件之特徵在於具有用於將處理氣體引入至處理腔室9中之複數個氣體排放開口7的氣體排放表面。處理氣體可由輸送反應氣體之運載氣體組成。該運載氣體可由惰性氣體組成。然而，氫氣或氮氣亦可被視為運載氣體。特定而言，該運載氣體輸送揮發性源材料，其含有金屬以便在基板5上生長TiSiN層、LaOx、ZrOx、HfOx或低度摻雜之「高K」層。運載氣體及源材料之流動速率係藉助於未展示之質量流量控制器來調整。自氣體排放開口7排放之氣流在參考圓盤形晶座3之中心的徑向方向上流經位於晶座3上之基板5。
晶座3之外部周邊4被沿圓延伸且具有間隙寬度S之間隙包圍。若晶座3之外部周邊並不同心於反應器外殼1之圓形內部周邊2而延伸，則間隙寬度S可在不同圓周位置處發生變化。內部周邊2不必必須藉由反應器外殼1形成，而亦可藉由配置於反應器外殼內之組件21(參見圖4)形成。內部周邊2與晶座3之外部周邊之間的間隙 形成流通區域10，經由該流通區域，處理氣體可自處理腔室9流動至配置於處理腔室9之下游的外殼區段11中。氣體抽吸開口8在此部位處配置於偏心位置中且連接至未展示之氣體抽吸管線，該氣體抽吸管線又連接至真空泵，藉助於該真空泵，反應器外殼1之中空空間可被抽成真空，或藉助於該真空泵，所定義總壓力可在處理腔室9內進行調整。
晶座3係藉由連接至第一凸緣13之晶座載體12運載。第二凸緣14之第二凸緣面14'鄰接於第一凸緣13之第一凸緣面13'上。第一凸緣13係剛性地連接至晶座3，而第二凸緣14係剛性地連接至反應器外殼1。兩個凸緣13、14可憑藉調整構件相對於彼此移置。平面凸緣面13'、14'在此移置期間在彼此上滑動。因此，晶座3可在流通區域10所位於之平面內移置。出於此目的，凸緣面13'、14'分別平行於流通區域10延伸之方向且平行於晶座3之上部側面而延伸，該上部側面運載至少一個基板5且又平行於氣體入口元件6之氣體排放表面而延伸。
凸緣13、14可在凸緣面13'、14'延伸之兩個方向上藉助於若干固定螺釘16而相對於彼此移置。四個固定螺釘16可經設置，其中兩個固定螺釘16在正方形配置中彼此分別對置。固定螺釘16具有精細間距螺紋且分別經旋擰至帶螺紋孔36中。在此狀況下，帶螺紋孔36可配置於套環中，該套環自第一凸緣13之外部周邊在第二凸緣14之方向上突出以使得套環形成邊界，第二凸緣14位於該邊界附近。
然而，在本發明之變化中，提議可分別在垂直於彼此延伸之方向上致動的兩個固定螺釘16經設置，且彈簧元件23係配置 成與此等固定螺釘16中之每一者對置。第二凸緣14可藉由在一個方向上轉動固定螺釘16而抵抗彈簧元件23之回復力相對於第一凸緣13移置。若固定螺釘16在相反方向上經轉動，則彈簧元件23之彈簧力引起第二凸緣14在相反方向上之移置。彈簧元件23可配置於套環之孔中且支撐於第二凸緣14之圓周區域上。在圓周區域之對置部位中，固定螺釘16之端面16'對第二凸緣14之圓周周邊起作用。
波紋管15經設置且藉由緊固元件緊固於反應器外殼1上且藉由其第二緊固末端緊固於晶座3上。出於此目的，在例示性具體例中，晶座載體12之特徵在於套環24，波紋管15之緊固元件係緊固於該套環上。波紋管之另一緊固元件係緊固於外殼側面上之凸緣14上。
沖洗氣體管17在處於處理腔室9徑向外部之區中垂直地位於流通區域10上方。沖洗氣體管17之特徵在於複數個沿圓周配置之氣體排放開口18，經由該等氣體排放開口，沖洗氣體可直接被引入至流通區域10中。沖洗氣體開口18在流動方向上位於圓弧形管線上，即，在連續圓弧形流通區域10上方且大致在其中心，以使得自氣體排放開口7排放之處理氣體與在處理腔室徑向外部之沖洗氣體混合。
圖2及圖3示意性地展示量測裝置25，藉助於該量測裝置，處理腔室1內之晶座3的相對位置可得以判定。特定而言，量測裝置25使得有可能判定在不同圓周位置處之流通區域10的間隙寬度S。間隙寬度S在徑向方向上延伸且界定晶座3之外部周邊4與反應器外殼1或組件21之內部周邊2之間的距離，該組件配置於反應器外殼1中且環狀地包圍晶座3(參見圖4)。
量測裝置25之特徵在於可憑藉緊固構件臨時緊固於晶座3上之中心元件26。在例示性具體例中，緊固構件由居中元件組成。在例示性具體例中，該等居中元件由經插入至居中開口28中之居中接腳27組成。
若干感測臂29以均勻的圓周分佈自居中元件26突出，該等感測臂之特徵在於其末端上的感測區段30。在例示性具體例中，四個感測臂29自中心元件26突出。感測臂29較佳在徑向方向上經彈簧加載以使得感測區段30在彈簧力之影響下鄰接於內部周邊2上。
圖6示意性地展示量測裝置25之對應設計。中心元件26之特徵在於具有開口之量測單元，感測臂29之一個末端係配置於該開口中。彈簧元件33在徑向方向上，亦即，遠離中心元件26而對感測臂29之末端起作用。
位置量測元件34經設置，藉助於該位置量測元件，感測臂29相對於中心元件26之徑向位置可得以判定。
通信裝置35能夠以無線方式與未展示之收發器通信。通信裝置35之特徵在於其自身的電源供應器，例如，呈電池之形式。通信裝置35可將感測臂29之徑向位置傳輸至未展示之收發器。特定而言，提議反應器外殼1之特徵在於介電材料之分區，無線資料傳輸鏈路延伸穿過該等分區。該量測裝置之特徵在於電池隔室，該電池隔室中配置有用於其能量供應之電池。該電池隔室可經指派至中心元件26。
在圖4中所說明之例示性具體例中，感測臂29，特定而言，感測區段30具有傾斜側面31。剛性地連接至反應器外殼1之 包圍晶座3的組件21具有周邊邊緣22，該周邊邊緣在外殼閉合時相反於圖4中箭頭P之方向對傾斜側面31起作用，以使得感測臂29可移動至其掃描位置中。傾斜側面31在垂直於感測臂29延伸之方向的方向上受周邊邊緣22作用，以使得感測臂29在居中接腳27所位於之中心的方向上被移置。周邊邊緣22越過傾斜側面31，以使得傾斜側面31之周邊鄰接於組件21之接觸分區上。傾斜側面31之周邊可在圓柱體之表面區域上延伸。
位置量測元件34量測感測區段30與晶座3之中心的徑向距離且因此量測局部間隙寬度S。反應器外殼1內之晶座3的徑向位置且因此局部間隙寬度S可藉助調整構件13、14、16而調整。
間隙寬度S影響自氣體入口元件6流經基板5且流動至外殼容積11中之氣流，該外殼容積配置於晶座3之下且含有氣體抽吸開口8，其中此氣流藉由圖1中之箭頭指示。歸因於氣體抽吸開口8之偏心位置，參考晶座3之軸線的不對稱氣流形成於氣體容積11內。流通區域10之流阻可藉由側向地調整晶座3之位置且藉此使間隙寬度S變化而局部受影響。晶座3之最佳位置可在反應器外殼1之閉合狀態中及在製程壓力下藉助於反覆方法而判定。由於調整構件之特徵在於具有精細間距螺紋之螺釘16，因此在微米範圍內之就地調整可得以實現。
根據本發明之另一態樣，在晶座3上方之處理腔室9中的氣流亦可藉由使經由沖洗氣體開口18引入之沖洗氣流變化而受影響。特定而言，提議100SCCM至7000SCCM之總Ar流流經此等沖洗氣體開口18。較佳地，該流可在500SCCM與4900SCCM之間的範圍內。替代地，N2而非Ar亦可用作沖洗氣體。
流動剖面同樣可歸因於在距晶座之中心不同徑向距離處利用兩個加熱元件19、20而受影響，其中加熱元件19、20分別供應有不同功率。出於此目的，晶座之特徵在於中空空間，徑向內部加熱元件20及包圍內部加熱元件之徑向外部加熱元件19係配置於該中空空間中。
歸因於結合調整構件13、14、16利用量測裝置25，沿圓周對稱之層可生長於基板5上。間隙寬度S經最佳化以便達成此方位對稱性。徑向對稱之層剖面可憑藉兩個加熱裝置19、20在基板5之中心與其外部周邊4之間進行調整。舉例而言，若周邊區中之層厚度需要增加，則徑向外部加熱裝置19供應有較大加熱功率以使得製程溫度經局部增加。層生長可藉由經由周邊沖洗氣體開口18引入沖洗氣體而補充地受影響。沖洗氣流之引入使得有可能生長層，該等層之層厚度在周邊區中較薄。此為藉由引入沖洗氣體達成之稀釋效應的結果。
一層可生長於非旋轉晶座3之個別基板5上。此層接著就其層組合物及其層厚度而經分析。此分析之結果使得有可能推導晶座3藉助調整構件13、14、16在反應器外殼1內必須調整所在之方向，以便補償在分析期間偵測到之不對稱性或不均質性。用於操作加熱裝置19、20之各別加熱功率以及流經沖洗氣體開口18之沖洗氣流同樣地基於此等分析而經最佳化。
然而，基於晶座3相對於反應器外殼1之位置的局部間隙寬度S之最佳化亦可藉由僅配置於晶座3之周邊區上的若干基板而實現。在疊代法中，一層最初生長於至少一個基板上且其層屬性在若干步驟中經分析(特定而言，在周邊區中)。晶座3必須在反應器 外殼1內移置以便以使得層屬性均質化之方式使流通區域10之間隙寬度S局部變化所在的方向接著基於模型計算或以其他方式獲得之體驗而判定。晶座3之位置可歸因於利用所描述之量測裝置25而以可再現方式進行調整。
本發明係關於一種用於最佳化生長在位於晶座3上之一或多個基板上的層之均勻性的方法。在此狀況下，均勻性與層厚度有關。然而，其亦可與層組合物有關。在第一調整步驟中，晶座3之位置係在處理腔室開放時進行調整。晶座3之位置的精確調整係在處理腔室閉合時在一或多個調整步驟中進行。在第二調整步驟中，晶座之位置特定而言在反應器外殼1或配置於反應器外殼中之組件的內部周邊2內變化。此在製程條件下發生，例如，在處理腔室內降至製程壓力之總壓力下及在晶座3經加熱至製程溫度時。在圖式中未特定說明之光學感測器可設置於反應器外殼1內以便量測生長於基板5上之層之層厚度，該基板配置於晶座3上處於晶座之周邊上。舉例而言，此可藉助於干涉計實現。該層組合物可藉助於光致發光量測判定。非均勻層生長可藉由在不同圓周位置處量測此等層屬性中之一或多者而偵測。晶座3在流通區域10內之後續移置使得有可能以使得層生長在偵測到過度層生長之部位處減少的方式影響流經流通區域10之流。舉例而言，此藉由增加在此部位處之流通區域10之間隙寬度來達成。
將第二調整步驟連續地重複若干次，直至層組合物之均勻性不可再藉由此方法最大化。在此狀況下，諸如層厚度之層屬性最初在晶座之不同圓周位置處被量測，且晶座3之位置接著以合適方式發生變化。
層屬性(例如，層厚度)之非均勻性可另外藉由進行第三調整步驟來補償，其中層屬性(例如，層厚度)最初亦在不同圓周位置處判定且沖洗氣流隨後在不同圓周位置處發生變化，以使得層屬性在層之生長期間在此等部位處改變。舉例而言，若層屬性為層厚度，則沖洗氣流以使得層生長增加或減少之方式在一或多個圓周位置處發生變化。沖洗氣流在某一圓周位置處之增加引起在此部位處之層生長速率減小。沖洗氣流之減少又引起生長速率在此部位處之增加。
在第四調整步驟中，徑向外部加熱器19之加熱功率可經修改。層生長在徑向外部區中藉由減少徑向外部加熱器19之加熱功率而減少。層生長又藉由增加徑向外部加熱器19之加熱功率而增加。
分別由量測步驟及調整步驟組成之第二至第四調整步驟分別可連續地重複若干次，其中處理腔室溫度及處理腔室壓力不改變。
前述解釋用於闡明包括於本申請案中之所有發明且分別至少藉由以下特性組合而獨立地增強先前技術，即： 一種裝置，其特性在於：調整構件13、14、16，其用於使晶座3相對於反應器外殼1或組件21之位置變化，且藉此使外部周邊4與內部周邊2之間的距離S變化；及量測裝置25，其用於判定晶座3相對於內部周邊2'之位置。
一種裝置，其特性在於：流通區域10係包圍晶座3之環狀間隙。
一種裝置，其特性在於：運載晶座3之晶座載體12的 特徵在於具有第一凸緣面13'之第一凸緣13，且具有第二凸緣面14'之第二凸緣14係配置於反應器外殼1上，其中第一凸緣13可移置地連接至第二凸緣14，且其中第一凸緣面13'在第一凸緣13相對於第二凸緣14移置期間沿第二凸緣面14'滑動。
一種裝置，其特性在於：調整構件之特徵在於一或多個固定螺釘16，該等固定螺釘分別經旋擰至第一凸緣13中之帶螺紋孔中且藉由端面16'嚙合於第二凸緣14上。
一種裝置，其特性在於：固定螺釘16中之一或多者作用於彈簧23上，該彈簧相對於第一凸緣13支撐第二凸緣14。
一種裝置，其特性在於：晶座載體12連接至波紋管15之第一末端，該波紋管之第二末端連接至反應器外殼1。
一種裝置，其特性在於用於將沖洗氣體引入至流通區域10中之沖洗氣體開口18，其中沖洗氣體開口18係以使得經由氣體入口元件6引入至配置於晶座3上方之處理腔室中的處理氣體與流通區域10中之沖洗氣體混合的方式配置於流通區域10之上游。
一種裝置，其特性在於：晶座3之特徵在於徑向內部加熱元件20及包圍內部加熱元件之徑向外部加熱元件19。
一種量測裝置，其特性在於反應器外殼1中之晶座3之位置的判定，該量測裝置之特徵在於可在預界定部位處緊固於晶座3上之中心元件26及自中心元件26突出超過晶座3之外部周邊4的複數個感測臂29，其中該等感測臂之特徵分別在於可與接觸分區以觸碰方式接觸之感測區段30。
一種量測裝置，其特性在於：該接觸分區係藉由反應器外殼1或配置於反應器外殼1中之組件21的內部周邊2形成。
一種量測裝置，其特性在於：中心元件26之特徵在於居中構件27、28，藉助於該等居中構件，中心元件26可緊固於晶座3之中心中。
一種量測裝置，其特性在於：量測裝置之特徵在於用於經由反應器外殼1之壁進行無線資料交換的通信構件。
一種量測裝置，其特性在於：量測裝置之特徵在於電池。
一種量測裝置，其特性在於：感測臂29在延伸遠離中心元件26之方向上受彈簧元件33作用。
一種量測裝置，其特性在於用於判定感測臂29相對於中心元件26之位置的位置量測元件34。
一種量測裝置，其特性在於：位置量測元件34判定感測區段30與量測裝置之中心的距離。
一種量測裝置，其特性在於：感測區段30具有傾斜側面31。
一種量測裝置，其特性在於：感測區段30之傾斜側面31係以使得該等傾斜側面在開放反應器外殼1閉合時受反應器外殼1之內部周邊2或受配置於反應器外殼1中之組件21作用的方式配置，且感測臂29歸因於反應器外殼1之內部周邊2或組件21沿傾斜側面31的滑動運動而朝向晶座3之中心移置，其中感測區段30與中心之距離可藉助於位置量測元件34判定。
一種方法，其特性在於：相對於反應器外殼1或配置於反應器外殼1中之組件21調整晶座3之位置，其中流通區域10在晶座3之外部周邊4與反應器外殼1或組件21之內部周邊2之間延伸，其 中外部周邊4與內部周邊2之間的距離S係藉助於量測裝置25判定，且晶座3相對於內部周邊2'之位置係憑藉調整構件13、14、16調整，其中量測裝置25藉由中心元件26在預定部位處單獨地緊固於晶座3上，且其中反應器外殼1或配置於反應器外殼1中之組件21的內部周邊2藉由形成於感測臂29上之感測區段30掃描，該等感測臂自中心元件26突出超過晶座3之外部周邊4。
一種方法，其特性在於：感測區段30分別具有傾斜側面31，該傾斜側面在開放反應器外殼1閉合時受反應器外殼1之內部周邊2或受配置於反應器外殼1中之組件21作用，以使得感測臂29在晶座3之中心的方向上移置，且其特性在於：感測區段30與中心之距離係藉助於位置量測元件34判定。
一種方法，其特性在於：關於由量測裝置判定之晶座3之位置的資料係憑藉通信構件經由反應器外殼1之壁以無線方式傳輸。
一種方法，其特性在於：量測裝置藉由電池供應有電力。
一種方法，其特性在於：晶座3之位置在反應器外殼1閉合時且在反應器外殼1內之減小總壓力下及/或在晶座3之高溫下發生變化。
一種方法，其特性在於：晶座(3)之位置係以晶座上方之氣流或生長在位於晶座(3)上之一或多個基板上的層之側向均勻性經最大化的方式居中。
一種方法，其特性在於：在使晶座(3)居中之後，側向均勻性進一步藉由穿過沖洗氣體開口(18)至位於外部周邊(4)與內 部周邊(2)之間的區域中的沖洗氣體之流而最大化。
一種方法，其特性在於：在使晶座(3)居中之後，該均勻性進一步藉由使用於對晶座(3)加熱之至少兩個熱元件(19、20)之熱功率變化而最大化。

Claims (21)

  1. 一種用於判定反應器外殼中之晶座位置之量測裝置，該量測裝置包含：一中心元件(26)，其在一預界定部位處緊固於該晶座(3)上；及複數個感測臂(29)，其自該中心元件(26)突出超過該晶座(3)之一外部周邊(4)，其中該等感測臂分別包括與一接觸分區以觸碰方式接觸之一感測區段(30)，且其中位置量測元件(34)經組態以判定該等感測臂(29)相對於該中心元件(26)之各別位置。
  2. 如請求項1之量測裝置，其中，該接觸分區係藉由該反應器外殼(1)或配置於該反應器外殼(1)中之一組件(21)的一內部周邊(2)形成。
  3. 如請求項1之量測裝置，其中，該中心元件(26)包括將該中心元件(26)緊固於該晶座(3)上之居中構件(27、28)，且其中該預界定部位為該晶座(3)之一中心。
  4. 如請求項1之量測裝置，其進一步包含經組態以經由該反應器外殼(1)之一壁以無線方式傳輸資料的通信構件。
  5. 如請求項4之量測裝置，其進一步包含經組態以將電力提供至該等通信構件之一電池。
  6. 如請求項1之量測裝置，其進一步包含在延伸遠離該中心元件(26)之一方向上作用於該等感測臂(29)上的彈簧元件(33)。
  7. 如請求項1之量測裝置，其中，該等位置量測元件(34)經組態以判定該等感測區段(30)與該量測裝置之一中心的各別距離。
  8. 如請求項2之量測裝置，其中，該等感測區段(30)中之每一者包括一傾斜側面(31)。
  9. 如請求項8之量測裝置，其中，該等感測區段(30)之該等傾斜側面(31)係以使得該等傾斜側面(31)在該開放反應器外殼(1)閉合時受該反應器外殼(1)之該內部周邊(2)或受配置於該反應器外殼(1)中之該組件(21)作用的方式配置，且該等感測臂(29)歸因於該反應器外殼(1)之該內部周邊(2)或該組件(21)沿該等傾斜側面(31)的滑動運動而朝向該晶座(3)之一中心移置，其中該等感測區段(30)與該晶座(3)之該中心的該等各別距離係藉助於位置量測元件(34)判定。
  10. 一種用於調整晶座相對於反應器外殼或配置於反應器外殼中之組件的位置之方法，其中，一流通區域(10)在該晶座(3)之一外部周邊(4)與該反應器外殼(1)或該組件(21)之一內部周邊(2)之間的一間隙之間延伸，該間隙由一間隙寬度(S)界定，該方法包含：在該晶座(3)上之一預定部位處將一量測裝置(25)緊固於該晶座(3)上，該量測裝置係藉由一中心元件(26)緊固；藉由形成於感測臂(29)上之感測區段(30)掃描該反應器外殼(1)或該組件(21)之該內部周邊(2)，該等感測臂自該中心元件(26)突出超過該晶座(3)之該外部周邊(4)；使用該量測裝置(25)判定該間隙寬度(S)；及使用調整構件(13、14、16)調整該晶座(3)之位置，藉此調整該間隙寬度(S)。
  11. 如請求項10之方法，其進一步包含：將該反應器外殼(1)閉合，使該反應器外殼(1)或配置於該反應器外殼(1)中之該組件(21)的該內部周邊(2)作用於該等感測區段(30)之傾斜側面(31)上，又使該等感測臂(29)朝向該晶座(3)之一中心移置；及 使用位置量測元件(34)判定該等感測區段(30)與該晶座(3)之該中心的各別距離。
  12. 如請求項11之方法，其進一步包含經由通信構件以無線方式傳輸關於由該量測裝置(25)所判定之該晶座(3)之位置的資料。
  13. 如請求項12之方法，其進一步包含自一電池將電力提供至該等通信構件。
  14. 如請求項10之方法，其中，該晶座(3)之該位置係在該反應器外殼(1)閉合時且在該反應器外殼(1)內之一減小總壓力下及/或在該晶座(3)之一升溫下進行調整。
  15. 一種用於調整晶座相對於反應器外殼或配置於該反應器外殼中之組件之位置的方法，其中，一流通區域(10)在該晶座(3)之一外部周邊(4)與該反應器外殼(1)或該組件(21)之一內部周邊(2)之間延伸，該方法包含：藉由調整構件(13、14、16)調整該晶座(3)相對於該內部周邊(2)之位置以便最大化該晶座上方之一氣流或生長在處於該晶座(3)上之一或多個基板上之一層的側向均勻性。
  16. 如請求項15之方法，其中，調整該晶座之位置包含：在一第一調整步驟中，在該反應器外殼(1)開放時調整該晶座(3)之位置；及在一或多個第二調整步驟中，在該反應器外殼(1)閉合時調整該晶座(3)之位置，該第一調整步驟及該一或多個第二調整步驟最大化生長在處於該晶座(3)上之該一或多個基板上之該層的側向均勻性。
  17. 如請求項16之方法，其進一步包含：在一第三調整步驟中，在該反應器外殼(1)閉合時使自圍繞該晶座 (3)沿圓周配置之若干沖洗氣體開口(18)流向該流通區域(10)中之一沖洗氣體的一流變化，該沖洗氣體之流的變化進一步最大化該層之側向均勻性。
  18. 如請求項17之方法，其進一步包含：在一第四調整步驟中，在該反應器外殼(1)閉合時使用於加熱該晶座(3)之至少兩個加熱元件(19、20)的加熱功率變化。
  19. 如請求項18之方法，其中，該第二調整步驟、該第三調整步驟及該第四調整步驟中之一或多者係在該反應器外殼(1)中之一升溫下及一減壓下進行。
  20. 如請求項19之方法，其進一步包含在該第二調整步驟、該第三調整步驟及該第四調整步驟中之一或多者期間在該晶座(3)之不同圓周位置處就地量測該層之厚度或該層之組成。
  21. 如請求項20之方法，其進一步包含重複進行以下步驟：(i)在該晶座(3)之不同圓周位置處量測該晶座(3)之一周邊部分上的該層之屬性；及(ii)執行該第二調整步驟、該第三調整步驟及該第四調整步驟中之一或多者。
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