TW202225646A - 利用能帶間隙吸收法之溫度校正 - Google Patents

Abstract

本文描述了一種用於校正處理腔室內之非接觸式溫度感測器的方法及裝置。此非接觸式溫度感測器的校正包括利用能帶邊緣偵測器來決定基板的能帶邊緣吸收波長。能帶邊緣偵測器經配置為量測波長範圍的強度且基於此基板的此能帶邊緣吸收波長及材料決定基板的實際溫度。此校正方法為自動化的，且每次校正時無需人為干預或拆卸處理腔室。

Description

利用能帶間隙吸收法之溫度校正

本揭示案的實施例大體上係關於用於半導體處理的裝置及方法。更特定言之，所揭示的裝置及方法係關於熱處理腔室內之溫度感測器的校正。

半導體基板經處理用於多種應用，包括積體元件及微小元件的製造。在處理期間，基板定位在處理腔室內的基座上。基座由可繞中心軸旋轉的支撐軸支撐。對加熱源（如安置在基板下方及上方的複數個加熱燈）的精確控制允許基板在非常嚴格的容限內得以加熱。基板的溫度可能會影響沉積在基板上之材料的均勻性。

在整個沉積製程中使用非接觸式溫度感測器量測基板的溫度。非接觸式溫度感測器安置在熱處理腔室的蓋上/穿過熱處理腔室的蓋安置。隨著時間的推移，非接觸式溫度感測器的溫度讀數會因處理腔室內之硬體條件的變化而發生漂移。加熱燈、視窗塗層及基座的老化會隨著時間的推移影響溫度量測。先前的校正方法已使用了校正套件，此些套件利用了處理腔室的開啟及大量停機時間。

因此，需要用於校正熱處理腔室內之非接觸式溫度感測器的改進方法及裝置。

本揭示案大體上係關於用於校正磊晶沉積腔室內之高溫計的裝置及方法。更特定言之，本揭示案係關於使用能帶間隙邊緣偵測器來決定基板的溫度。根據本揭示案之一個實施例的用於校正處理腔室內之高溫計的量測組件包括能帶邊緣校正組件。能帶邊緣校正組件包括定位為發射光的光源及鄰近光源安置且定位為接收由光源發射之光的能帶邊緣偵測器。用於校正處理腔室內之高溫計的量測組件進一步包括鄰近能帶邊緣校正組件安置且定位為接收輻射量測的第一高溫計，及連接至光源、能帶邊緣偵測器及第一高溫計中之每一者的控制器。控制器經配置為根據由能帶邊緣偵測器接收的光決定能帶邊緣吸收波長。

在另一實施例中，用於基板處理的裝置包括腔室主體、安置在腔室主體內的基板支撐件、安置在基板支撐件上方及腔室主體內的第一透射構件、安置在基板支撐件下方及腔室主體內的第二透射構件、安置在第一透射構件上方的蓋、安置在第一透射構件與蓋之間的複數個燈、安置在基板支撐件上的校正基板、定位為將輻射引導至校正基板上或穿過校正基板的輻射源；及安置在蓋上的能帶邊緣校正組件。能帶邊緣校正組件包括能帶邊緣偵測器，該能帶邊緣偵測器定位為接收來自輻射源的經反射離開校正基板或通過校正基板之後的輻射。用於基板處理的裝置進一步包括鄰近能帶邊緣校正組件安置的第一高溫計及控制器。控制器經配置為使用輻射源照射校正基板的部分，量測能帶邊緣吸收波長，使用第一高溫計量測校正基板的第一溫度，使用能帶邊緣吸收波長決定校正基板的實際溫度，及藉由比較校正基板的第一溫度與校正基板的實際溫度來校正第一高溫計。

在又一實施例中，揭示了一種校正處理腔室內之高溫計的方法。校正高溫計的方法包括將校正基板移送至腔室主體內的基板支撐件上，使用光源照射校正基板的部分，使用能帶邊緣偵測器量測能帶邊緣吸收波長，使用第一高溫計量測校正基板的第一溫度，及使用能帶邊緣吸收波長決定校正基板的實際溫度。藉由比較校正基板的第一溫度與校正基板的實際溫度來校正第一高溫計。隨後將校正基板移送出腔室主體。

本揭示案的實施例大體上係關於用於半導體處理的裝置及方法，更特定言之，係關於一種熱處理腔室。熱處理腔室包括基板支撐件、安置在基板支撐件上方的第一複數個加熱元件，及安置在熱處理腔室內以校正非接觸式溫度感測器的量測組件。校正裝置及方法利用能帶邊緣偵測器來決定校正基板的實際溫度。校正基板在一溫度範圍內具有已知的能帶間隙。吸收邊緣頻率僅取決於校正基板的材料能帶間隙，且因此不受處理腔室之硬體內之變化的影響，如加熱燈、視窗塗層或基座的老化。校正基板的能帶間隙量測與溫度量測相關且用於校正處理腔室內的非接觸式溫度感測器，如高溫計。

使用本文所述的方法，使用自動製程校正非接觸式溫度感測器，此製程不使用人為干預或不移除腔室部件。校正製程的自動化減少了停機時間，減少了人為錯誤，且提高了校正的一致性。

如本文所述，「基板」或「基板表面」大體上係指在其上進行處理的任何基板表面。處理包括在半導體處理期間利用的沉積、蝕刻及其他方法。例如，可處理的基板表面包括矽、氧化矽、摻雜矽、矽鍺、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石，及諸如金屬、金屬氮化物、金屬合金及其他導電或半導電材料的任何其他材料，此取決於應用而定。可處理的基板或基板表面亦包括介電材料，如二氧化矽、氮化矽、有機矽酸鹽及碳摻雜氧化矽或氮化物材料。基板本身不限於任何特定尺寸或形狀。儘管本文所述的實施例由通常參考200 mm或300 mm圓形基板製成，但根據本文所述的實施例可利用其他形狀，如多邊形、正方形、矩形、曲形或其他非圓形工件。

第1圖為根據一個實施例之包括本文所述處理腔室130a-d之基板處理系統100的示意性平面圖。基板處理系統100用於藉由在基板上實施各種製程來處理半導體基板。本文所述的基板處理系統100包括移送腔室110，複數個處理腔室130a-130d，裝載閘腔室120a、120b，工廠介面(factory interface, FI) 140及前開口通用艙(front opening universal pod, FOUP) 150a、b。處理腔室130a-d及裝載閘腔室120a、120b耦合至移送腔室110。裝載閘腔室120a、120b另外耦合至FI 140。FI 140接受與裝載閘腔室120a、120b相對且耦合至FI的FOUPS 150a、b。裝載閘腔室120a、120b包括安置在其中的盒135，該等盒用於在處理操作之間儲存基板。移送腔室110包括安置在其中的移送機器人115。移送機器人115用於在處理腔室130a-d與裝載閘腔室120a、120b之間移送基板。

處理腔室130a-d中的每一者皆包括鄰近移送腔室110安置的裝載埠125，基板經由此裝載埠進入或離開處理腔室130a-d。在第2圖中更詳細地描述了處理腔室130a-d。在一些實施例中，有四個處理腔室130a-d，從而有第一處理腔室130a、第二處理腔室130b、第三處理腔室130c及第四處理腔室130d。移送腔室110為中央腔室，其經配置為在受控環境內移送基板。移送腔室110保持在恆定的溫度及壓力下。當基板在處理腔室130a-d內經處理時，移送腔室110可與每個處理腔室130a-d真空隔離。

裝載閘腔室120a、120b包括第一裝載閘腔室120a及第二裝載閘腔室120b。裝載閘腔室120a、120b安置在移送腔室110與FI 140兩者之間且耦合至移送腔室110及FI 140兩者。裝載閘腔室120a、120b中的每一者包括盒135。盒135在第3圖中更詳細地示出且在本文中進行描述。盒135容納複數個基板。基板在處理操作之間儲存在盒135中且可由移送機器人115移動。

FI 140包括安置在其中的一或更多個機器人（未示出）。基板在FI 140內在FOUP 150a、b與裝載閘腔室120a、120b之間傳送。FI 140為乾淨的環境且可保持在與移送腔室110不同的恆定溫度及壓力下。

FOUP 150a、b包括第一FOUP 150a及第二FOUP 150b。可能存在額外未示出的FOUP。FOUP 150a、b用於在處理腔室130a-d內的處理之前或之後儲存基板。

第2圖為根據一個實施例之包括本文所述量測組件270之處理腔室130a的示意性剖面圖。處理腔室130a為第一處理腔室，但第二處理腔室130b、第三處理腔室130c及第四處理腔室130d可與第一處理腔室130a相似或相同。處理腔室130a可用作磊晶沉積腔室、快速熱處理腔室或其他熱處理腔室。處理腔室130a可用於處理一或更多個基板，包括在基板202的上表面上沉積材料、加熱基板202、蝕刻基板202或其組合。基板202為元件基板且包括形成在其上之複數個部分形成的半導體元件。基板202可與用於代替基板202的校正基板350相似。

處理腔室130a大體上包括腔室主體248、用於加熱的輻射加熱燈204陣列及安置在處理腔室130a內的基座206。如第2圖所示，輻射加熱燈204之陣列可安置在基座206下方、基座206上方，或基座206上方及下方兩者。輻射加熱燈204可提供約2 Kw與約150 KW之間的總燈功率。輻射加熱燈204可將基板202加熱至約350℃與約1150℃之間的溫度。基座206可為如圖所示的盤狀基板支撐件，或者可包括環狀基板支撐件（未示出），其自基板的邊緣支撐基板，從而使基板202的背側曝露於來自輻射加熱燈204的熱量。基座206可由碳化矽或塗有碳化矽的石墨形成，以吸收來自燈204的輻射能且將輻射能傳導至基板202，從而加熱基板202。在一些實施例中，基座206在加熱至高溫之後用作輻射源。在此種實例中，基座206用作寬頻輻射源且發射大範圍的波長。基座206可處於大於350℃的溫度，如約350℃與約1200℃之間的溫度。

基座206位於處理腔室130a內的第一透射構件208（其可為圓頂）與第二透射構件210（其可為圓頂）之間。第一透射構件208及第二透射構件210，連同安置在第一透射構件208與第二透射構件210之間的底環212，大體上限定處理腔室130a的內部區域211。第一透射構件208及/或第二透射構件210中的每一者可為凸狀及/或凹狀及/或平面。在一些實施例中，第一透射構件208及/或第二透射構件210中的每一者均為透明的。第一透射構件208安置在腔室蓋254與基座206之間。在一些實施例中，輻射加熱燈204陣列可安置在處理腔室130a之內部區域211的外部及/或第一透射構件208的上方，例如，限定在第一透射構件208與腔室蓋254之間的區域201）。基板202可經移送至處理腔室130a中且穿過形成在底環212中的裝載埠125而定位至基座206上。處理氣體入口214及氣體出口216設置在底環212中。

基座206包括耦合至運動組件220的軸或桿218。運動組件220包括提供桿218及/或基座206在內部區域211內之運動及/或調整的一或更多個致動器及/或調整裝置。例如，運動組件220可包括使基座206圍繞處理腔室130a之縱軸A旋轉的旋轉致動器222。縱軸A可包括處理腔室130a的X-Y平面的中心。運動組件220可包括垂直致動器224以在Z方向上升舉及降低基座206。運動組件220可包括用於調整基座206在內部區域211中之平面定向的傾斜調整裝置226。運動組件220亦可包括用於左右調整桿218及/或基座206在內部區域211內之定位的橫向調整裝置228。在包括橫向調整裝置228及傾斜調整裝置226的實施例中，橫向調整裝置228用於調整桿218及/或基座206在X及/或Y方向上的定位，同時傾斜調整裝置226調整桿218及/或基座206的角定向(a)。在一個實施例中，運動組件220包括樞軸機構230。當第二透射構件210由底環212附接至處理腔室130a時，樞軸機構230用於允許運動組件220至少在角定向(a)上移動桿218及/或基座206以減少第二透射構件210上的應力。

基座206圖示為處於升高的處理位置，但可由如上所述的運動組件220垂直地升舉或降低。基座206可降低至移送位置（在處理位置下方）以允許升舉銷232接觸第二透射構件210。隨著基座206下降，升舉銷232延伸穿過基座206中的孔207，且升舉銷232自基座206升高基板202。機器人（如機器人115）可隨後進入處理腔室130a以穿過裝載埠125接合基板且自腔室移除基板。新的基板202可由機器人裝載至升舉銷232上，且基座206可隨後經致動到達處理位置以放置基板202，且此基板的元件側258朝上。升舉銷232包括擴大的頭部，從而允許升舉銷232在處理位置由基座206懸掛在開口中。在一個實施例中，耦合至第二透射構件210的支座234用於為升舉銷232提供平坦表面用於接觸。支座提供平行於處理腔室130a的X-Y平面的一或更多個表面且可用於防止升舉銷232在其端部能夠接觸到第二透射構件210的彎曲表面時可能發生的黏著。支座234可由諸如石英的光學透明材料製成，以允許來自燈204的能量從中通過。

基座206在位於處理位置時將處理腔室130a的內部容積分成基座206上方的處理氣體區域236及基座206下方的淨化氣體區域238。基座206在處理期間由旋轉致動器222旋轉以最小化處理腔室130a內之熱及處理氣流空間異常的影響，且因此促進基板202的均勻處理。基座206可在約5 RPM與約100 RPM之間（例如約10 RPM與約50 RPM之間）旋轉。基座206由桿218支撐，此桿大體上以基座206為中心，且促進基座206基板202在基板移送期間，及在一些情況下在基板202處理期間在垂直方向（Z方向）上的移動。

通常，第一透射構件208的中心部分及第二透射構件210的中心部分由諸如石英的光學透明材料形成。可選擇第一透射構件208的厚度及曲率度數以為處理腔室中的均勻流動提供更平坦的幾何形狀。

一或更多個燈（如輻射加熱燈204之陣列）可圍繞桿218以特定方式安置在第二透射構件210鄰近處及下方。輻射加熱燈204可在區域中受到獨立控制，以便在處理氣體通過基板202之各個區域時控制基板202之各個區域上的溫度，從而促進材料在基板202之上表面上的沉積。儘管此處未詳細討論，但沉積材料可包括矽、摻雜矽、鍺、摻雜鍺、矽鍺、摻雜矽鍺、砷化鎵、氮化鎵或氮化鋁鎵。

輻射加熱燈204可包括此處被描述為燈泡241的輻射熱源，且可經配置為將基板202加熱至約200℃至約1,600℃範圍內的溫度。每個燈泡241可耦合至控制器250。控制器250包括配電板，如印刷電路板(printed circuit board, PCB) 252、記憶體255及支援電路257。控制器250可向每個燈泡241供電、控制處理氣源251、控制淨化氣源262、控制真空泵257及控制量測組件270。若需要，可使用支座將燈泡241耦合至配電板，以改變燈的佈置。在一個實施例中，輻射加熱燈204定位於燈頭245內，此燈頭可在處理期間或之後藉由例如將冷卻流體引入位於輻射加熱燈204之間的通道249中來冷卻。

在一些實施例中，襯墊263安置在底環212內且圍繞基座206。襯墊263耦合至底環212且在基板處理期間保護底環212的內表面。處理氣體入口214、氣體出口216及淨化氣體入口264均穿過襯墊263安置。在一些實施例中，襯墊263為反射襯墊。

由處理氣體供應源251供應的處理氣體經由形成在底環212之側壁中的處理氣體入口214引入處理氣體區域236中。處理氣體入口214經配置為沿大體上徑向向內的方向引導處理氣體。因此，在一些實施例中，處理氣體入口214可為交叉流氣體噴射器。交叉流氣體噴射器定位為引導處理氣體穿過基座206及/或基板202的表面。在成膜製程中，基座206位於處理位置，此位置鄰近處理氣體入口214且處於與處理氣體入口214約相同的高度，從而允許處理氣體大體上流過基座206及/或基板202的上表面。處理氣體經由位於處理腔室130a之與處理氣體入口214相對之側面上的氣體出口216離開處理氣體區域236。與氣體出口216耦合的真空泵257可促進經由氣體出口216移除處理氣體。在一些實施例中，有多個處理氣體入口214及多個氣體出口216。在一些實施例中，有五個或更多個處理氣體入口214沿底環212的內圓周安置，且有三個或更多個氣體出口216沿底環212的內圓周安置。處理氣體入口214及氣體出口216中的每一者彼此平行且經配置以引導或接收沿基板202的不同部分流動的處理氣體。

由淨化氣源262供應的淨化氣體經由形成在底環212之側壁中的淨化氣體入口264引入淨化氣體區域238。淨化氣體入口264安置在處理氣體入口214下方的高度處。淨化氣體入口264經配置為沿大體上徑向向內的方向引導淨化氣體。淨化氣體入口264可經配置為沿向上方向引導淨化氣體。在成膜製程中，基座206位於一位置，此位置使得淨化氣體大體上流過基座206的背側。淨化氣體離開淨化氣體區域238且經由位於處理腔室130a之與淨化氣體入口264相對之側面的氣體出口216排出處理腔室130a。

量測組件270能夠精確量測基板202的溫度。基板溫度由經配置為量測基板202之元件側258及基板202之底側253處之溫度的非接觸式溫度感測器272、278量測。量測組件270進一步包括光源274及能帶邊緣偵測器276。第一非接觸式溫度感測器272、光源274及能帶邊緣偵測器276中的每一者安置在基板202上方。第二非接觸式溫度感測器278安置在基板202下方及燈頭245內。非接觸式溫度感測器272、278可為安置在形成在腔室蓋254或燈頭245中之埠中的高溫計。

光源274為具有受控強度及波長範圍的雷射光源。在一些實施例中，利用寬頻光源。光源274可為二極體雷射器或光纜。當光源274為光纜時，光纜連接到獨立光源，此獨立光源可安置在處理腔室附近。光源274可替代地為一束雷射或光纜，使得複數個光束經聚焦成第一校正光束286。在一些實施例中，光源274可發射變化的波長範圍的輻射。變化的波長範圍允許光源274發射在校正基板之預期吸收邊緣波長之約200 nm內的波長。使用變化的波長範圍消除了可由使用更寬的波長頻譜而引起的雜訊，且允許增加來自光源274之更窄範圍的發射強度以增加由能帶邊緣偵測器276接收的信號強度。在一些實施例中，一或更多個輻射加熱燈204用作光源274，且光源274安置在腔室蓋254與第一透射構件208之間。在一些實施例中，光源274可被歸類為輻射源，如熱輻射源或寬頻輻射源。輻射源可為雷射二極體或光學組件。光學組件可包括雷射器、燈或燈泡及複數個透鏡、反射鏡或透鏡及反射鏡的組合。

能帶邊緣偵測器276量測第二校正光束284內之不同波長之光的強度，此光束經校正基板350反射。能帶邊緣偵測器276經配置為找到一波長，在此波長處，校正基板350自吸收一波長輻射轉變為反射幾乎所有波長輻射。能帶邊緣偵測器276可包括安置在其中的若干光學部件，以便分離及量測第二校正光束284。在一些實施例中，能帶邊緣偵測器276為掃描能帶邊緣偵測器且掃描整個波長範圍以決定校正基板350自吸收輻射轉變為反射輻射的轉變波長。在一些實施例中，能帶邊緣偵測器276量測自基座206透射穿過校正基板350（如下所述）之光的波長強度。如上所述，在一些情況下，基座206用作輻射源。由基座206發射且透射穿過校正基板350或基板202之輻射的波長強度可由能帶邊緣偵測器276量測。能帶邊緣偵測器276隨後決定校正基板350自吸收波長轉變為透射波長的波長。可選的濾波器可置放在能帶邊緣偵測器276與基座之間且經配置為過濾掉由燈泡241發射的輻射。

在一些實施例中，第二能帶邊緣偵測器安置在基座206下方。第二能帶邊緣偵測器可處於與第二非接觸式溫度感測器278相似的位置及/或可代替第二非接觸式溫度感測器278或與第二非接觸式溫度感測器278組合。第二能帶邊緣偵測器在結構上與第一能帶邊緣偵測器276相似，但藉由量測經由安置在基座206內之下部視窗透射穿過校正基板350之波長的強度來校正第二非接觸式溫度感測器278。第二非接觸式溫度感測器278及第二能帶邊緣偵測器在本文中均由第二非接觸式溫度感測器278表示，但通常理解的為，第二能帶邊緣偵測器及第二非接觸式溫度感測器28可能具有能帶邊緣偵測器276與第一非接觸式溫度感測器278之間所示的相似空間關係。

在本文揭示的校正方法期間，用校正基板350代替基板202。校正基板350在尺寸及形狀上與基板202相似。校正基板350包括頂側358及底側353。頂側358與基板202的元件側258相似且底側353與基板202的底側253相似。校正基板350可由多種晶體結構材料製成。可形成校正基板350的例示性材料及化合物包括Si、Ge、SiC、GaN、GaAs、AlN、InN、3C-SiC或InP材料。已知具有不同晶體結構的不同材料在不同溫度範圍內具有不同的能帶間隙。在本文所述的實施例中，由結晶SiC材料形成的校正基板350為有益的，此係因為結晶SiC材料具有對於約300℃與約1200℃之間的溫度使用當前能帶邊緣偵測技術易於量測的吸收邊緣波長。可藉由決定輻射自經材料吸收轉變為經材料反射的波長來量測能帶間隙。

校正基板350由單一材料或化合物形成，此係因為引入額外的材料/化合物可能導致能帶邊緣偵測器276將量測的多個能帶間隙。在一些實施例中，校正基板350具有大於約95%（如大於98%，如大於99%，如大於99.9%，如大於99.99%，如大於99.999%）之單一化合物或材料的濃度。校正基板350為結晶材料且非結晶材料經最小化以改進能帶間隙邊緣偵測。將校正波長用於高百分比的單一材料亦增加了校正基板350內的熱均勻性。當量測的溫度中的每一者來自沿校正基板350之表面之略微不同的位置時，熱均勻性提高了第一及第二非接觸式溫度感測器272、278與能帶邊緣偵測器276的溫度量測之間的比較準確性。

在校正第一及第二非接觸式溫度感測器272、278期間，第一非接觸式溫度感測器272的第一量測輻射路徑282安置在第一非接觸式溫度感測器272與校正基板350的元件側358之間。第二非接觸式溫度感測器278的第二量測輻射路徑288安置在第二非接觸式溫度感測器278與校正基板350的底側353之間。第一校正光束286由光源274發射，且撞擊校正基板350的頂側358，隨後作為第二校正光束284經反射且經能帶邊緣偵測器276接收。能帶邊緣偵測器276分析第二校正光束284的波長且決定校正基板350的實際溫度。本文中描述了決定校正基板350之實際溫度的方法（第5及6圖）。校正基板350的實際溫度與由第一及第二非接觸式溫度感測器272、278量測的溫度進行比較以促進第一及第二非接觸式溫度感測器272、278的校正。

腔室蓋254可為反射器且視情況置放在第一透射構件208的外部以反射輻射離開基板202的紅外(infrared, IR)光且將能量重新引導回基板202上。腔室蓋254可使用夾環256固定在第一透射構件208上方。腔室蓋254可由金屬製成，如鋁或不銹鋼。量測組件270穿過腔室蓋254安置以接收來自基板202之元件側250的輻射。

第3圖為根據一個實施例之在第1圖之基板處理系統100的裝載閘腔室120a、120b內使用之盒135的示意性側視圖。當基板不在處理腔室130a-d內處理時，盒135用於儲存基板，例如基板202。盒135包括上部構件304、下部構件302及複數個支撐構件306。

上部構件304及下部構件302為盤形，且具有相同的直徑。當300 mm的基板儲存在盒135內時，上部構件304及下部構件302的直徑為約305 mm至約325 mm。上部構件304及下部構件302的直徑比基板202的外徑大約10 mm至約25 mm，如約10 mm至約15 mm。

複數個支撐構件306垂直安置且經配置為固持基板，如基板202，及校正基板350。支撐構件306安置在上部構件304與下部構件302之間。支撐構件306耦合至上部構件304及下部構件302中的每一者。支撐構件306包括第一支撐構件308、第二支撐構件310及第三支撐構件312。第一、第二及第三支撐構件308、310、312中的每一者包括安置在其中的複數個壁架320。第一、第二及第三支撐構件308、310、312中之每一者內的壁架320徑向向內面向盒135的中心軸325。

第一、第二及第三支撐構件308、310、312中的每一者具有20至50個壁架，如約25至40個壁架，用於支撐基板，如基板202及校正基板350。在一些實施例中，盒135具有安置在第一、第二及第三支撐構件308、310、312中之每一者中的28個壁架，使得至少一個校正基板350可連同25個元件基板202一起儲存在盒135內。基板202及校正基板350在儲存在盒135中的同時固持在水平位置，且在外邊緣處藉由第一、第二及第三支撐構件308、310、312中之每一者的壁架320而接觸。

第4圖為根據一個實施例之在第2圖之處理腔室130a內使用之量測組件270的示意性剖面圖。除了關於第2圖描述的部件之外，第4圖的量測組件270進一步包括第一視窗403、第二視窗408、第三視窗404、第四視窗407及罩蓋420。

第一視窗403安置在第一開口402內。第一視窗403安置在第一非接觸式溫度感測器272與第一透射構件208之間。因此，第一視窗403安置在第一非接觸式溫度感測器272與校正基板350之間。第一視窗403為石英視窗且允許來自處理腔室130a內的輻射從該視窗穿過。第一視窗403可過濾由校正基板350發射的輻射以僅允許第一非接觸式溫度感測器272量測的波長穿過。沿第一量測輻射路徑282行進的輻射在校正基板350的頂側358與第一非接觸式溫度感測器272之間行進。第一量測輻射路徑282與第一透射構件208及第一視窗403兩者相交。在可與其他實施例組合的一些實施例中，第一量測輻射路徑282可在沿校正基板350的任何徑向位置處與校正基板350的頂側358相交。在一些實施例中，第一量測輻射路徑282在特定位置處與校正基板350的頂側358相交，如距基板中心小於15 mm，如距基板中心小於10 mm，如距基板中心小於5 mm，或第一量測輻射路徑282以約110 mm至約130 mm的半徑與校正基板350的頂側258相交，如約115 mm至約125 mm的半徑，如約120 mm的半徑。

第二視窗408安置在第二開口409內。第二視窗408安置在第二非接觸式溫度感測器278與第二透射構件210之間。因此，第二視窗408安置在第二非接觸式溫度感測器278與校正基板350之間。第二視窗408為石英視窗且允許來自處理腔室130a內的輻射從該視窗穿過。第二視窗408可過濾由校正基板350發射的輻射以僅允許第二非接觸式溫度感測器278量測的波長穿過。沿第二量測輻射路徑288行進的輻射在基座206的底側與第二非接觸式溫度感測器278之間行進。第二量測輻射路徑288與第二透射構件210及第二視窗408兩者相交。在一些實例中，第二量測輻射路徑288可在沿校正基板350的任何徑向位置處與基座206的底側相交。在其他實例中，第二量測輻射路徑288在特定徑向位置處與基座206的底側相交，諸如在校正基板350正下方且距基板中心小於15 mm的徑向位置，如距基板中心小於10 mm，如距基板中心小於5 mm，或第二量測輻射路徑288在校正基板350正下方的徑向位置處以約110 mm至約130 mm的半徑與基座206的底側相交，如約115 mm至約125 mm的半徑，如約120 mm的半徑。

第三視窗404安置在第三開口405內。第三視窗404安置在光源274與第一透射構件208之間。因此，第三視窗404安置在光源274與校正基板350之間。第三視窗404允許由光源274發射的光從該視窗穿過。由光源274發射且沿第一校正光束286行進的光安置在光源274與校正基板350的頂側358之間。第一校正光束286通過第一透射構件208及第三視窗404兩者。第一校正光束286可在沿校正基板350的任何徑向位置處與校正基板350的頂側358相交。在一些實例中，第一校正光束286在距基板中心小於15 mm處與校正基板350的頂側358相交，如距基板中心小於10 mm，如距基板中心小於5 mm，或第一校正光束286以約110 mm至約130 mm的半徑與校正基板350的頂側258相交，如約115 mm至約125 mm的半徑，如約 120 mm的半徑。

第一校正光束286在距第一量測輻射路徑282與輻射路徑相交的位置小於5 mm，如小於2 mm，如小於1 mm內與校正基板350的頂側258相交。在一些實施例中，第一校正光束286在與第一量測輻射路徑282相同的徑向位置處與校正基板350的頂側258相交。在相同位置量測校正基板350允許在溫度量測值之間進行直接比較，且與在距校正基板350中心的不同徑向距離處進行的量測相比時減少了誤差。

第四視窗407安置在穿過腔室蓋254形成的第四開口406內。第四視窗407安置在能帶邊緣偵測器276與第一透射構件208之間。因此，第四視窗407亦安置在能帶邊緣偵測器276與校正基板350之間。

由能帶邊緣偵測器276接收且沿第二校正光束284行進的光安置在能帶邊緣偵測器276與校正基板350的頂側358之間。第二校正光束284通過第一透射構件208及第四視窗407兩者。第二校正光束284在與第一校正光束286相同的位置處與校正基板350的頂側358相交。第二校正光束284為離開校正基板350之頂側258之第一校正光束286的反射。第二校正光束286藉由與校正基板350相交而改變且具有由能帶邊緣偵測器276量測之減小的波長範圍。

罩蓋420安置在腔室蓋254上方且圍繞第一非接觸式溫度感測器272、光源274及能帶邊緣偵測器276。或者，罩蓋420可個別安置在第一非接觸式溫度感測器272、光源274及能帶邊緣偵測器276中之每一者的周圍，使得有複數個罩蓋420。罩蓋420可用作將第一非接觸式溫度感測器272、光源274及能帶邊緣偵測器276中的每一者保持在適當位置的支撐件。罩蓋420防止輻射能逸出處理腔室130a且干擾其他設備。

使用第二非接觸式溫度感測器278量測基座206之部分的溫度。使用第二非接觸式溫度感測器278量測之基座206之部分的溫度為底表面溫度且與第一非接觸式溫度感測器量測校正基板350的位置相對安置。

第5圖為根據一個實施例之在第2圖之處理腔室130a內利用量測組件270的方法500。方法500包括第一操作502、第二操作504、第三操作506、第四操作508、第五操作510、第六操作512及第七操作514。操作502、504、506、508、510、512及514中的每一者係順序進行，如第5圖所示及本文所述。

方法500包括自盒（如盒135）轉移校正基板（如校正基板350）（第3圖）的第一操作502。在第一及第二非接觸式溫度感測器272、278（第4圖）的每次校正之間，將校正基板350儲存在盒內。校正基板350由移送腔室110內的移送機器人115（第1圖）自盒中移除。

在第二操作504期間，移送機器人將校正基板移送至處理腔室中，如處理腔室130a或任何其他處理腔室130b、130c、130d（第1及2圖）。校正基板在經由裝載埠（如裝載埠125（第2圖））插入至處理腔室之前通過移送腔室110。校正基板置放在基座上，且移送機器人自處理腔室回縮。

在第三操作506期間，進行校正製程。校正製程包括利用校正基板及量測組件270。參考校正非接觸式溫度感測器的方法600更詳細地描述第三操作506的校正製程。

在第三操作506之後，在第四操作508中停止溫度校正製程。停止溫度校正製程包括停止引入處理腔室之任何處理氣體的流動，停止對校正基板的任何加熱及停止對校正基板溫度的量測。

在溫度校正製程停止之後，在第五操作510期間將校正基板自處理腔室移除。校正基板由移送機器人經由裝載埠移除。校正基板在自處理腔室移除之後被插回盒中。

在自處理腔室移除校正基板之後，可在第六操作512期間將半導體基板移送至處理腔室中。半導體基板可與基板202（第1圖）相似。半導體基板可具有安置在其上之部分形成的半導體元件。半導體基板由移送機器人移送至處理腔室中且可在溫度校正製程期間儲存在盒內或可儲存在單獨的處理腔室中。

在將半導體基板移送至處理腔室中的第六操作512之後，在第七操作514期間進行基板處理操作。基板處理操作可包括基板之頂表面上的沉積製程。基板處理操作可進一步包括加熱基板，引入至少一種處理氣體，引入淨化氣體，及排空處理氣體及淨化氣體。在基板處理操作期間處理複數個基板。

重複第六及第七操作512、514，使得在每個校正製程之間處理多個基板。可重複第六及第七操作512、514，使得在每個校正製程之間在處理腔室內處理超過50個基板。在一些實施例中，校正製程僅每幾天進行一次且在每個校正製程之間在處理腔室內處理數百個基板。

在預設量的基板在處理腔室中經處理之後或者在處理腔室達到預設的運行時間之後自動重複方法500。方法500為自動化的且經程式化至控制器中，諸如控制器250。方法500不使用人工干預且在不拆卸處理腔室的情況下完成。使用方法500之非接觸式溫度感測器的校正需要系統的最小停機時間，只需暫停處理操作持續進行操作504、506、508及510所需的時間長度。

第6圖為根據一個實施例之校正第2圖之處理腔室內的非接觸式溫度感測器（如非接觸式溫度感測器272、278）的方法600。方法600為本文所述之方法500之第三操作506的部分。校正非接觸式溫度感測器包括第一操作602、第二操作604、第三操作606、第四操作608及第五操作610。隨後進行關於方法600描述的操作602、604、606、608、610，如第6圖所示及本文所述。

第一操作602包括進行校正處理操作。校正處理操作可與在常規基板上進行的基板處理操作514相似。校正處理操作包括加熱基板，引入處理氣體，引入淨化氣體，及排空處理氣體及淨化氣體。處理氣體可不同於用於方法500之第七操作514之基板處理操作的處理氣體。處理氣體可為載氣，如H ₂氣體。載氣有助於將製程條件與基板處理操作514中發現的條件相匹配。載氣有助於匹配基板處理操作514期間發現的壓力及氣流。然而，處理氣體不包括可能改變校正晶圓表面的反應氣體或沉積/蝕刻氣體。可使用輻射加熱燈204（第2圖）及/或基座加熱器（未示出）來加熱處理腔室及校正基板。處理腔室及校正基板的加熱為逐漸進行的，且溫度會隨著時間的推移而升高。

第二操作604包括使用能帶邊緣偵測器276（第4圖）量測校正基板的吸收波長。在第二操作604期間，第一校正光束286由光源274或輻射加熱燈204中的一者發射。當第一校正光束286在第一位置撞擊校正基板350的頂側358時，第一校正光束286的第一波長範圍經校正基板350吸收，而第一校正光束286的第二波長範圍經反射成為第二校正光束284。第二校正光束284進入能帶邊緣偵測器276。能帶邊緣偵測器276量測第二校正光束284之波長譜內之各種波長的強度。能帶邊緣偵測器276在由能帶邊緣偵測器276量測的波長範圍內映射波長的強度量測。寬頻光源（如光源274）用於形成第一校正光束286，或一或更多個輻射加熱燈204用於形成第一校正光束286。可有利地利用光源274以提高量測的準確度。光源274可以設定的強度及方向發射精確範圍的波長。此使得光源274高度可調且可提供改進的量測精確度。輻射加熱燈204可用於減少安置在處理腔室之蓋上之部件的數量。輻射加熱燈204發射可與光源274發射的範圍相似之範圍的光。輻射加熱燈204具有受控的強度。輻射加熱燈204可用於發射經校正基板350吸收及反射的光。

在可與其他實施例組合的一些實施例中，輻射經透射穿過校正基板且由校正基板350之與輻射光源相對之側面上的能帶邊緣偵測器276量測。此可能發生在其上安置有校正基板350的基座對於由能帶邊緣偵測器276偵測到之波長的光源發射的光為透明時，或當基座本身在加熱之後發射輻射時。

能帶邊緣偵測器276可量測約250奈米(nm)至約1350 nm之間的波長的強度，如約300 nm至約1300 nm。光源（光源274或輻射加熱燈204）可發射波長為約250 nm至約1350 nm的光，如約300 nm至約1300 nm。

若在第7圖中發現，則為波長的強度量測的例示圖。第7圖示出在波長706範圍內之波長強度708的量測。由能帶邊緣偵測器276量測的波長706範圍可為由光源274發射之與第一校正光束286相同之波長的範圍。波長706範圍內的波長強度708經映射以形成強度曲線702。強度曲線702示出經校正基板350吸收的波長範圍、具有低或接近零量測強度的波長範圍、經校正基板350反射的波長範圍與具有高或接近1量測強度的波長範圍之間的急劇變化。強度經量測為光源274發射之波長之強度的部分。吸收邊緣波長安置在波長範圍之低量測強度與高量測強度之間的過渡的中點704。吸收邊緣波長為波長自經材料吸收轉變為經材料反射的波長。吸收邊緣波長與材料的能帶間隙直接相關，且材料的能帶間隙取決於材料的溫度。隨著諸如校正基板350之物件內的溫度變化，能帶間隙及因此吸收邊緣波長亦發生變化。因此，可藉由量測吸收邊緣波長來量測材料的溫度。

返回第6圖，在第三操作606中，能帶邊緣偵測器276基於在第二操作604中發現的吸收邊緣波長來決定校正基板的溫度。諸如相關溫度圖800的圖用於將吸收邊緣波長與溫度等同起來。相關溫度圖800的相關曲線802可以實驗方式找到且使溫度806與量測的吸收邊緣波長804相關。由能帶邊緣偵測器276使用吸收邊緣波長決定的溫度為有益的，此係因為所決定的溫度不受處理腔室（例如第2圖的處理腔室130a）內之任何部件之老化的影響。吸收邊緣波長取決於溫度及校正基板350的材料，但最小程度地受到處理腔室內之部件狀態的影響。因此，由於在每個校正製程之間利用及儲存相同的校正基板350，所以能夠使用量測組件270及能帶邊緣偵測器276來進行準確及可重複的實際溫度。實際溫度為能帶邊緣偵測器276量測的溫度。

在第四操作608中，使用本文所述的第一及第二非接觸式溫度感測器來決定校正基板350的溫度。第一及第二非接觸式溫度感測器的溫度藉由量測校正基板350發射的輻射來決定。在一些實施例中，非接觸式溫度感測器為高溫計。第一非接觸式溫度感測器量測的溫度為第一溫度，或第一量測溫度。第二非接觸式溫度感測器量測的溫度為第二溫度，或第二量測溫度。由第一及第二非接觸式溫度感測器量測之校正基板350的區域處於由能帶邊緣偵測器量測之區域之徑向位置的約5 mm內。在一些實施例中，第一及第二非接觸式溫度感測器中的每一者量測具有與能帶邊緣偵測器量測之區域相同之半徑的區域。在一些實施例中，此區域亦稱為量測點。

在一些實施例中，同時進行第二及第四操作604、608以確保量測的溫度相等。在一些實施例中，同時進行第二、第三及第四操作604、606及608中的所有。

隨著時間的推移，第一及第二非接觸式溫度感測器的溫度量測值由於處理腔室內之部件的老化及磨損而漂移。因此，應定期校正非接觸式溫度感測器的溫度量測值。在第五操作610中，使用由能帶邊緣偵測器決定的實際溫度來校正非接觸式溫度感測器。可將非接觸式溫度感測器調整至與能帶邊緣偵測器量測的溫度匹配或接近（在預定準確度內）的溫度。

在一些實施例中，在各種溫度下多次進行本文所述之校正非接觸式溫度感測器的方法600，從而可將第一及第二非接觸式溫度感測器校正至大範圍的溫度。在一些實施例中，在方法600在校正基板溫度範圍內重複之後，調整算法可決定非接觸式溫度感測器的最佳校正量。非接觸式溫度感測器可藉由將每個量測值調整相同的量來校正，或非接觸式溫度感測器可在由控制器決定的曲線上進行調整。

本文揭示的實施例係關於使用能帶邊緣偵測器及吸收邊緣波長校正熱處理腔室（如磊晶處理腔室）內的非接觸式溫度感測器。校正基板用於更好地實現一致的校正結果且為形成校正基板的材料提供預期的吸收邊緣波長。

儘管上文係關於本揭示案的實施例，但在不脫離其基本範疇的情況下可設計本揭示案的其他及進一步實施例，且其範疇由以下發明申請專利範圍確定。

100:基板處理系統 110:移送腔室 115:移送機器人 120a:第一裝載閘腔室 120b:第二裝載閘腔室 125:裝載埠 130a:第一處理腔室 130b:第二處理腔室 130c:第三處理腔室 130d:第四處理腔室 135:盒 140:工廠介面 150a:第一前開口通用艙 150b:第二前開口通用艙 201:區域 202/359:基板 204:輻射加熱燈 206:基座 207:孔 208:第一透射構件 210:第二透射構件 211:內部區域 212:底環 214:處理氣體入口 216:氣體出口 218:軸/桿 220:運動組件 222:旋轉致動器 224:垂直致動器 226:傾斜調整裝置 228:橫向調整裝置 230:樞軸機構 232:升舉銷 234:支座 236:處理氣體區域 238:淨化氣體區域 241:燈泡 245:燈頭 248:腔室主體 249:通道 250:控制器 251:製程氣源 252:印刷電路板 253/353:底側 254:腔室蓋 255:記憶體 256:夾環 257:支援電路/真空泵 258/358:元件側/頂側 262:淨化氣源 263:襯墊 264:淨化氣體入口 270:量測組件 272:第一非接觸式溫度感測器 274:光源 276:能帶邊緣偵測器 278:第二非接觸式溫度感測器 282:第一量測輻射路徑 284:第二校正光束 286:第一校正光束 288:第二量測輻射路徑 302:下部構件 304:上部構件 306:支撐構件 308:第一支撐構件 310:第二支撐構件 312:第三支撐構件 320:壁架 325:中心軸 350:校正基板 353:底側 358:頂側 402:第一開口 403:第一視窗 404:第三視窗 405:第三開口 406:第四開口 407:第四視窗 408:第二視窗 409:第二開口 420:罩蓋 500:方法 502:第一操作 504:第二操作 506:第三操作 508:第四操作 510:第五操作 512:第六操作 514:第七操作 600:方法 602:第一操作 604:第二操作 606:第三操作 608:第四操作 610:第五操作 702:強度曲線 704:中點 706:波長 708:強度 800:相關溫度圖 802:相關曲線 804:吸收邊緣波長 806:溫度 A:縱軸 X:方向 Y:方向 Z:方向

為了能夠詳細理解本揭示案的上述特徵，可藉由參考實施例對以上簡要概述的本揭示案進行更具體的描述，此些實施例中的一些在隨附圖式中示出。然而，應當注意，隨附圖式僅示出例示性實施例，且因此不應被認為係對範疇的限制，此係因為本揭示案可允許其他同樣有效的實施例。

第1圖為根據一個實施例之基板處理系統的示意性平面圖。

第2圖為根據一個實施例之處理腔室的示意性剖面圖。

第3圖為根據一個實施例之在第1圖基板處理系統之裝載閘腔室內使用的盒的示意性側視圖。

第4圖為根據一個實施例之在第2圖處理腔室內使用的量測組件的示意性剖面圖。

第5圖為根據一個實施例之利用第2圖處理腔室內之量測組件的方法。

第6圖為根據一個實施例之校正第2圖處理腔室內之非接觸式溫度感測器的方法。

第7圖為示出根據一個實施例之吸收波長偵測的圖。

第8圖為示出根據一個實施例之吸收波長與溫度之間的相關性的圖。

為了促進理解，在可能的情況下使用相同的元件符號來指示附圖共有的相同元件。應設想一個實施例的元件及特徵可有益地併入至其他實施例中，而無需進一步敘述。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

206:基座

208:第一透射構件

210:第二透射構件

241:燈泡

252:印刷電路板

254:腔室蓋

270:量測組件

272:第一非接觸式溫度感測器

274:光源

276:能帶邊緣偵測器

278:第二非接觸式溫度感測器

282:第一量測輻射路徑

284:第二校正光束

286:第一校正光束

288:第二量測輻射路徑

350:校正基板

353:底側

358:頂側

402:第一開口

403:第一視窗

404:第三視窗

405:第三開口

406:第四開口

407:第四視窗

408:第二視窗

409:第二開口

420:罩蓋

Claims (20)

1. 一種用於校正一處理腔室內之至少一個高溫計的量測組件，其包含： 一能帶邊緣校正組件，其包含： 一光源，其定位為發射一光；及 一能帶邊緣偵測器，其鄰近該光源安置且定位為接收由該光源發射的該光； 一第一高溫計，其鄰近該能帶邊緣校正組件安置且定位為接收輻射；及 一控制器，其經配置為： 根據由該能帶邊緣偵測器接收的該光決定一能帶邊緣吸收波長； 使用該量測的能帶邊緣吸收波長決定一實際溫度； 基於該第一高溫計之該接收的輻射決定一第一量測溫度；及 藉由比較該第一個量測溫度及該實際溫度來校正該第一高溫計。
2. 如請求項1所述之量測組件，其中一罩蓋在該光源及該能帶邊緣偵測器周圍安置。
3. 如請求項1所述之量測組件，其中一第一石英窗鄰近該光源安置，而一第二石英窗鄰近該第一高溫計安置。
4. 如請求項1所述之量測組件，其中該能帶邊緣偵測器為一掃描能帶邊緣偵測器。
5. 如請求項4所述之量測組件，其中該能帶邊緣偵測器經配置為量測一波長範圍內的一光強度。
6. 如請求項1所述之量測組件，其中該光源為一寬頻光源。
7. 如請求項1所述之量測組件，其進一步包含安置在該光之一光路中的一校正基板，其中該光在由該能帶邊緣偵測器接收之前經反射離開該校正基板。
8. 如請求項7所述之量測組件，其進一步包含一第二高溫計，該第二高溫計安置在與該能帶邊緣校正組件及該第一高溫計相對之該校正基板的一側上。
9. 一種用於基板處理的裝置，其包含： 一腔室主體； 一基板支撐件，其安置在該腔室主體內； 一第一透射構件，其安置在該基板支撐件上方及該腔室主體內； 一第二透射構件，其安置在該基板支撐件下方及該腔室主體內； 一蓋，其安置在該第一透射構件上方； 複數個燈，其安置在該第一透射構件與該蓋之間； 一校正基板，其安置在該基板支撐件上； 一輻射源，其定位為將輻射引導至該校正基板上或穿過該校正基板；及 一能帶邊緣校正組件，其安置在該蓋上，包含：一能帶邊緣偵測器，其定位為接收經反射離開或通過該校正基板之後的來自該輻射源的該輻射； 一第一高溫計，其鄰近該能帶邊緣校正組件安置；及 一控制器，其經配置為： 使用該輻射源照射該校正基板的一部分； 量測一能帶邊緣吸收波長； 使用該第一高溫計量測該校正基板的一第一溫度； 使用該能帶邊緣吸收波長決定該校正基板的一實際溫度；及 藉由比較該校正基板的該第一溫度及該校正基板的該實際溫度來校正該第一高溫計。
10. 如請求項9所述之裝置，其中該校正基板為一Si、Ge、SiC、GaN、GaAs、AlN、InN、3C-SiC或InP材料。
11. 如請求項10所述之裝置，其中該校正基板為一結晶SiC材料。
12. 如請求項9所述之裝置，其進一步包含安置在該基板支撐件下方的一第二高溫計。
13. 如請求項9所述之裝置，其中該輻射源為鄰近該能帶邊緣偵測器安置的一光源，且一第一視窗處於該光源與該校正基板之間，而一第二視窗安置在該第一高溫計與該校正基板之間。
14. 如請求項9所述之裝置，其中該些燈為紅外線輻射燈。
15. 如請求項9所述之裝置，其進一步包含： 一移送腔室，其耦合至該腔室主體；及 一裝載閘腔室，其耦合至該移送腔室，其中該裝載閘腔室進一步包含用於基板儲存的一盒。
16. 一種在一處理腔室內校正一高溫計的方法，其包含以下步驟： 將一校正基板移送至一腔室主體內的一基板支撐件上； 使用一光源照射該校正基板的一部分； 使用一能帶邊緣偵測器量測一能帶邊緣吸收波長； 使用一第一高溫計量測該校正基板的一第一溫度； 使用該能帶邊緣吸收波長決定該校正基板的一實際溫度； 藉由比較該校正基板的該第一溫度及該校正基板的該實際溫度來校正該第一高溫計；及 將該校正基板移送出該腔室主體。
17. 如請求項16所述之方法，其進一步包含在該照射之前進行一基板處理操作，該基板處理操作包含以下步驟： 用複數個燈加熱該校正基板；及 將一處理氣體引入該腔室主體內。
18. 如請求項16所述之方法，其中量測該能帶邊緣吸收波長之步驟包含量測一校正光束之一波長譜內之各種波長的一強度。
19. 如請求項16所述之方法，其中在將該校正基板移送至該腔室主體之前及在將該校正基板移送出該腔室主體之後，將該校正基板儲存在一盒中。
20. 如請求項19所述之方法，其中在將該校正基板移送出該腔室主體之後，在該腔室主體內處理複數個基板。

Images