TWI458945B - 用於現場高溫計校正之方法及系統 - Google Patents

Description

用於現場高溫計校正之方法及系統

本發明係關於晶圓加工裝置、用於此加工裝置中之現場高溫計校正系統及現場高溫計校正方法。

本申請案係2011年12月20日申請之美國專利申請案13/331,112之接續案，且本申請案主張2010年12月30日申請之美國臨時專利申請案61/428,494之申請日期之優先權，該案之揭示內容係以引用之方式併入本文。

許多半導體裝置係藉由在一基板上進行加工形成。該基板一般係一晶形材料坯，常稱為「晶圓」。一般而言，一晶圓係藉由生長一巨大晶體及將該晶體切割成盤形而形成。在此晶圓上進行之一常見加工係磊晶生長。

例如，自諸如III-V半導體之化合物半導體形成之裝置一般係利用金屬有機化學氣相沈積或「MOCVD」實施化合物半導體接續層生長形成。於此製程中，使晶圓曝露於氣體組合，該氣體組合一般包括金屬有機化合物作為III族金屬源，及亦包括V族元素源，該V族元素源會在晶圓表面上流動，同時使晶圓維持在升高之溫度下。一般而言，將金屬有機化合物及V族源與不顯著參與反應之運載氣體(如，例如，氮氣)組合。III-V半導體之一實例係氮化鎵，其可藉由有機鎵化合物與氨在具有適宜晶格間距之基板(如，例如，藍寶石晶圓)上反應形成。一般而言，在氮化鎵及相關化合物沈積期間，使該晶圓維持在約500至1100℃之溫度下。

可藉由在稍不相同的反應條件下(如，例如，添加其他III族或V族元素以改變半導體之晶體結構及帶隙)於晶圓表面上連續沈積許多層來製造複合裝置。例如，於基於氮化鎵之半導體中，可以不同比例使用銦、鋁或兩者以改變半導體之帶隙。且，可添加p-型或n-型摻雜劑以控制各層之導電率。於形成所有半導體層之後，及一般而言，於應用適當電接觸之後，將晶圓切割成單個裝置。可以此方式製造諸如發光二極體(LED)、雷射器及其他電子及光電子裝置之裝置。

於一代表性化學氣相沈積方法中，將許多個晶圓固持於常稱為晶圓載體之一部件上，以使各晶圓之頂表面在該晶圓載體之頂表面處曝露。隨後將該晶圓載體放置於一反應室中及維持在所需溫度，同時氣體混合物流過晶圓載體之表面。重要的是在製程期間使載體上之各晶圓之頂表面上之所有點維持均一條件。反應氣體組成及晶圓表面溫度之極小差異會導致所得之半導體裝置存在非所需之性質差異。

例如，若沈積氮化鎵銦層，則晶圓表面溫度或反應氣體濃度之差異將導致所沈積之層之組成及帶隙存在差異。由於銦具有相對高之蒸氣壓，故在彼等表面溫度較高之晶圓區域中所沈積之層會具有較低銦比例及較大帶隙。若所沈積之層係LED結構之活性發光層，則由該晶圓形成之LED之發光波長亦會變化。因此，迄今本技藝已進行大量嘗試以維持均一條件。

亦為工業廣泛接受之一類CVD裝置使用呈大形盤形式且具有許多晶圓固持區域之晶圓載體，各晶圓固持區域用於固持一晶圓。該晶圓載體支撐於反應室內之一軸桿上以使具有晶圓曝露表面之晶圓載體頂表面向上面向一氣體配送元件。當軸桿旋轉時，將氣體向下引導至晶圓載體之頂表面上及流過該頂表面，流向晶圓載體周圍。已使用之氣體係經由佈置於晶圓載體下方及圍繞該軸桿之軸分佈，一般在室周圍附近之排氣口自反應室排空。

藉由加熱元件，一般而言，藉由佈置於晶圓載體底表面下方之電阻加熱元件使晶圓載體維持在升高之溫度下。使此等加熱元件維持在高於晶圓表面之所需溫度之溫度下，而一般使氣體配送元件維持在遠低於該所需反應溫度之溫度下，以防止氣體過早反應。因此，熱會自加熱元件傳遞至晶圓載體之底表面及向上流過晶圓載體流向各個晶圓。

於一習知晶圓處理方法中，如化學氣相沈積方法或針對諸如蝕刻之目的使用旋轉盤反應器之另一操作，可藉由用於測量加工期間之晶圓載體及/或晶圓溫度之一或多個非接觸式高溫計測量反應室中之製程溫度。此等溫度測量可用作輸入以幫助確定對晶圓加工期間之加熱元件之控制。

重要的是使高溫計溫度測量在製造設施中之不同CVD反應室之間具有再現性。在不同CVD反應器之間之高溫計高再現性可容許在多個反應器中使用單個CVD製程配方，進而極大縮短當各個反應器需大範圍調節以於反應器之間產生一致晶圓特性時發生之生產當機時間。因在CVD反應器中所製得之裝置之特性對用於該CVD製程中之溫度具有高敏感性之故，CVD反應器高溫計再現性之一關鍵因素係在多個反應器之間進行溫度匹配。例如，當反應器中所製得之裝置係包括多個量子阱(MQW)之雷射器或LED時，由該等MQW所發射之波長對用於該CVD製程中之溫度呈高敏感性。因此，在多個反應器中之高溫計需控制及使此等反應器達到相同製程溫度。

然而，常觀察到多個高溫計之間所測得之溫度存在巨大差異。一般而言，將此等高溫計定期地自加工裝置移出及針對NIST-可跟蹤黑體爐進行校正，此做法可中斷生產環境。甚至在校正之後，高溫計仍可因此等黑體爐校正之差異及爐體之經時不穩定性及偏移而具有+/-3℃之偏差，如此，晶圓載體及製程中之晶圓之實際溫度可變得不確定。導致高溫計測得之溫度差異之其他緣由可包括高溫計在反應器上之可變安裝，其可影響高溫計溫度讀取，及不同時間之高溫計溫度讀取輸出偏移。此等測量溫度差異可令在多個MOCVD反應器中使用通用溫度溫度方案變得困難，及所導致之不確定性可能要求調節各個反應器系統以使多個反應器達成相同溫度控制行為。

雖然迄今已在本技藝中進行大量嘗試以使此等系統最優化，但仍需進一步改良。特定言之，需提供較少中斷之溫度測量系統。

提供一種用於晶圓處理反應器之現場高溫計校正方法，及一種用於晶圓處理反應器之現場高溫計校正系統。本發明之一態樣提供一種用於諸如化學氣相沈積反應器之晶圓處理反應器之現場高溫計校正方法。該方法宜包括步驟：將一校正高溫計定位於第一校正位置及加熱該反應器直至該反應器到達高溫計校正溫度。該方法宜進一步包括使該支撐元件圍繞旋轉軸旋轉，及當該支撐元件圍繞旋轉軸旋轉時，自安裝於第一操作位置之第一操作高溫計獲得第一操作溫度測量，及自校正高溫計獲得第一校正溫度測量。校正高溫計及第一操作高溫計二者宜用於接收來自離晶圓支撐元件之旋轉軸之第一徑向距離處之該晶圓支撐元件之第一部分之輻射。

於一具體實施例中，獲得第一操作溫度測量及獲得第一校正溫度測量之步驟可同時實施。於一實例中，該方法之所有步驟可在不將第一操作高溫計自反應器移出之情況下實施。於一示例性實施例中，獲得第一操作溫度測量及獲得第一校正溫度測量之步驟可於反應器處理晶圓之操作期間實施。於一具體實施例中，該晶圓載體元件可係其上不具有晶圓固持凹穴或晶圓之一空白晶圓載體。於一實例中，反應器處理晶圓之操作可包括化學氣相沈積。於一具體實例中，該方法亦可包括基於自第一操作高溫計及校正高溫計所獲得之溫度測量來調節第一操作高溫計之校正參數之步驟。

於一示例性實施例中，該方法亦可包括將一查詢表儲存 於晶圓處理反應器之記憶體中之步驟。該查詢表可包括第一操作溫度測量中至少一部分與第一校正溫度測量之對應者的映射。於一實例中，高溫計校正溫度可係第一高溫計校正溫度，及該方法亦可包括步驟：加熱反應器直至該反應器達到第二高溫計校正溫度，當支撐元件圍繞旋轉軸旋轉時，自該第一操作高溫計獲得第二操作溫度測量，及當支撐元件圍繞旋轉軸旋轉時，自該校正高溫計獲得第二校正溫度測量。

於一實例中，該方法亦可包括使校正高溫計移至第二校正位置之步驟，以使該校正高溫計可用於接收來自在離晶圓支撐元件之旋轉軸之第二徑向距離處之晶圓支撐元件之第二部分之輻射。該方法亦可包括當支撐元件圍繞旋轉軸旋轉時，自安裝於第二操作位置處之第二操作高溫計獲得第二操作溫度測量之步驟，如此，該第二操作高溫計可用於接收來自在離晶圓支撐元件之旋轉軸之第二徑向距離處之晶圓支撐元件之第二部分之輻射。該方法亦可包括當支撐元件圍繞旋轉軸旋轉時，自校正高溫計獲得第二校正溫度測量之步驟。

於一具體實施例中，該方法亦可包括在獲得第二操作溫度測量之步驟之前基於第一操作溫度測量及第一校正溫度測量來調節第一操作高溫計之校正參數之步驟。該方法亦可包括在獲得第二校正溫度測量之步驟之後基於第二操作溫度測量及第二校正溫度測量來調節第二操作高溫計之校正參數之步驟。於一實例中，該方法亦可包括在獲得第二 校正溫度測量之步驟之後基於自操作高溫計及校正高溫計獲得之溫度測量來調節第一及第二操作高溫計之校正參數之步驟。

於一示例性實施例中，可將第一及第二操作高溫計接合於反應器之各第一及第二操作光學視埠中。於一具體實例中，可實施定位步驟以使可將校正高溫計接合於反應器之第一校正光學視埠中。於一具體實施例中，可實施移動步驟以使可將校正高溫計接合於反應器之第二校正光學視埠中。於一示例性實施例中，可實施定位步驟以使可將該校正高溫計接合於徑向延伸校正光學視埠中，及可實施移動步驟以使該校正高溫計可沿該徑向延伸校正光學視埠自第一校正位置移動至第二校正位置。於一示例性實施例中，可針對晶圓支撐元件藉由一多區加熱系統實施加熱步驟。

本發明之另一態樣提供一種用於諸如化學氣相沈積反應器之晶圓處理反應器之現場高溫計校正系統。該系統較佳包括具有一旋轉軸之一晶圓支撐元件、用於該晶圓支撐元件之一加熱元件、安裝於第一操作位置之一第一操作高溫計及定位於第一校正位置之一校正高溫計。該第一操作高溫計可用於接收來自在離晶圓支撐元件之旋轉軸之第一徑向距離處之晶圓支撐元件之第一部分之輻射。該校正高溫計可用於接收來自在離晶圓支撐元件之旋轉軸之第一徑向距離處之晶圓支撐元件之第一部分之輻射。

於一具體實施例中，該第一操作高溫計及該校正高溫計可用於同時對在離晶圓支撐元件之旋轉軸之第一徑向距離處之晶圓支撐元件之第一部分進行溫度測量。於一實施例中，該系統亦可包括安裝於第二操作位置之一第二操作高溫計，以使該第二操作高溫計可用於接收來自在離晶圓支撐元件之旋轉軸之第二徑向距離處之晶圓支撐元件之第二部分之輻射。該校正高溫計可用於定位於第二校正位置，以使於第二校正位置之校正高溫計可用於接收來自在離晶圓支撐元件之旋轉軸之第二徑向距離處之晶圓支撐元件之第二部分之輻射。

於一示例性實施例中，該系統亦可包括第一及第二操作光學視埠，其中該第一及第二操作高溫計可接合於各第一及第二操作光學視埠。於一具體實例中，該系統亦可包括第一及第二校正光學視埠，其中該校正高溫計可當位於第一校正位置時用於接合於該第一校正光學視埠，及該校正高溫計可當位於第二校正位置時用於接合於該第二校正光學視埠。於一示例性實施例中，該系統亦可包括一徑向延伸校正光學視埠，其中該校正高溫計可用於在第一與第二校正位置之間於徑向延伸校正光學視埠內滑移。於一具體實施例中，加熱元件可係一多區加熱系統。

參照圖1，根據本發明一實施例之化學氣相沈積裝置10包括一反應室12，該室12具有佈置於其一末端之一氣體入口歧管14。室12之具有氣體入口歧管14之末端在本文中稱為室12之「頂」端。該室之此末端一般但不一定佈置於該反應室之參考正常重力架構頂部。因此，如本文中所使用之下行方向係指遠離氣體入口歧管14之方向；而上行方向係指在該反應室內朝向氣體入口歧管14之方向，但不考慮此等方向是否與重力上行及下行方向對準。類似地，於本文中，元件之「頂」及「底」表面係參照室12及歧管14之參考架構進行描述。

室12具有一圓柱形壁20，該壁係於該室頂端處之一頂凸緣22與該室底端處之一基平板24之間延伸。該壁20、凸緣22及基平板24彼此界定一位於其間的氣密封內部區域26，該區域可容納自氣體入口歧管14射出之氣體。雖然將該室12顯示為圓柱形，然而，其他實施例可包括具有另一形狀之室，包括，例如，圍繞中心軸32旋轉之一錐形或其他表面、正方形、六邊形、八邊形或任何其他適當形狀。

該氣體入口歧管14連接至供應用於晶圓處理製程中之製程氣體之源，如運載氣體及諸如金屬有機化合物之反應物氣體及V族金屬源。於一常見化學氣相沈積方法中，運載氣體可係氮氣、氫氣或氮氣與氫氣之混合物，及因此，在晶圓載體頂表面處之製程氣體主要包含氮氣及/或氫氣，及一定量之反應性氣體組分。該氣體入口歧管14係經排佈以接收各種氣體及基本上沿下行方向引導製程氣體流動。

該氣體入口歧管14亦可連接至經排佈以使液體偱環通過氣體配送元件，進而使該元件於操作期間維持在所需溫度下之一冷卻劑系統(未顯示)。可提供類似冷卻劑佈局(未顯示)以冷卻室12之壁。

該室12亦可具有引伸至一預燃室(未顯示)之一進入開口(未顯示)，及用於關閉及打開該進入開口之一可移動閘門(未顯示)。該閘門可如，例如，美國專利案7,276,124中所揭示般配置，該案係以引用之方式併入本文。

將一軸桿30佈置於該室內以使軸桿30之中心軸32沿上行及下行方向延伸。該軸桿係藉由具有軸承及密封墊(未顯示)之一習知旋轉貫穿裝置34安裝至該室，以使該軸桿可圍繞中心軸32旋轉，同時使軸桿30與室12之基平板24之間維持密封。該軸桿30具有位於其頂端，即位於該軸桿中最靠近氣體入口歧管14之末端之一配合件36。

該軸桿30連接至諸如電馬達驅動之一旋轉驅動機構38，該機構係經佈置以使該軸桿圍繞中心軸32旋轉。該軸桿30亦可具有於氣體通道內基本上沿軸桿之軸向延伸之內部冷卻劑通路。該等內部冷卻劑通路可連接至一冷卻劑源，以使流體冷卻劑可由該源偱環通過該等冷卻劑通路並返回至冷卻劑源。

晶圓載體或晶圓支撐元件40實質上係呈圓盤之形式，其具有一頂表面41及一中心軸42。於圖1中所示之操作位置中，支撐元件40之中心軸42係與軸桿之軸32重合。支撐元件40可呈單工件或呈複數個工件之複合物之形式。例如，如以引用方式併入本文之美國公開專利申請案20090155028中所述，支撐元件40可包括一轂，其界定支撐元件中圍繞中心軸42之一小區域及界定盤形主體之餘下部分之一較大部分。於其他實施例中(未顯示)，支撐元件40可具有其他形狀，包括，例如，正方形、六邊形或八邊形。

該支撐元件40可係由不會污染CVD製程且可抵受該製程中所面臨之溫度之材料形成。例如，支撐元件40之該較大部分可大部份或完全由諸如石墨、碳化矽、氮化硼、氮化鋁或其他耐火材料之材料形成。該支撐元件40具有基本上平坦之上及下表面，該等表面基本上彼此平行且基本上垂直於支撐元件之垂直旋轉軸42延伸。於一實例中，該支撐元件40可具有約300 mm至約700 mm之直徑。

該支撐元件40可包括圍繞該支撐元件呈周圍佈置之凹口或平台，各凹口或平台係經配置以可拆除地接納一盤形晶圓(未顯示)及在如下文所述之MOCVD製程期間固持該晶圓。各晶圓可由藍寶石、碳化矽、矽或其他晶形基材形成。一般而言，各晶圓具有較其主表面尺寸而言小之厚度。例如，直徑為約2英寸(50 mm)之圓形晶圓可為約430 μm厚或更薄。可將各晶圓佈置於支撐元件40上或鄰接支撐元件40佈置，令晶圓之頂表面朝上，以使晶圓之頂表面在支撐元件之頂表面處曝露。

一加熱元件50係經安裝於該室12內及在配合件36下方包圍軸桿30。加熱元件50可主要藉由輻射熱傳遞而將熱傳遞至支撐元件40之底表面。施加至支撐元件40之底表面之熱可向上流過支撐元件主體流向其頂表面41。熱可向上流向由支撐元件40所固持之各晶圓之底表面，及向上流過晶圓及流向其等頂表面。熱可自晶圓之頂表面輻射至製程室12之較冷元件，如，例如，輻射至製程室之壁20及氣體入口歧管14。熱亦可自晶圓之頂表面傳遞至通過此等表面之製程氣體。於一具體實施例中，該加熱元件50可係一多區加熱元件，其中該支撐元件40之不同部分(例如，位於離軸桿30之中心軸32之第一徑向距離處之第一環形部分，及位於離該中心軸之第二徑向距離處之第二環形部分)可經不同地加熱。

於一實例實施例中，可於加熱元件50下方提供，例如，與支撐元件40平行佈置之一隔熱板(未顯示)，以幫助將熱自加熱元件向上引導至支撐元件而非向下引導至室12底端之基平板24。

室12亦配備有經排佈以將廢氣自室之內部區域26移除之一廢料系統52。該廢料系統52可包括位於室12底部或底部附近之一廢料歧管(未顯示)。該廢料歧管可連接至可經組態以將廢氣運出反應室12之一泵55或其他真空源。

複數個光學視埠60L及60R(統稱為光學視埠60)可位於室12之頂凸緣22處。各視埠60可用於接納一用於測量溫度之高溫計(例如，高溫計70或80)，或另一非接觸式測量裝置，如用於測量曲率之撓度計、用於測量生長速率之反射計、橢圓偏振計或可測量支撐元件40之整個半徑之溫度之掃描裝置。各視埠60可位於離軸桿30之中心軸32的任意半徑距離處，及各視埠可位於圍繞室12之頂凸緣22之周圍之任意環形位置。

於圖1中所示之實例實施例中，在圖1左側存在七個視埠60L，包括視埠1L至7L，各視埠60L係位於離中心軸32之不同徑向距離處，及在圖1右側存在七個視埠60R，包括1R至7R，各視埠60R係位於離中心軸32之不同徑向距離處。各左側視埠1L至7L與對應之右側視埠1R至7R位於離中心軸32之相同徑向距離處。雖然圖1中顯示七個視埠60L及60R，然而於其他實施例中，可存在任意數量之視埠60L及60R。例如，於一具體實施例中，可存在單個視埠60L及單個視埠60R。於另一實例中，於圖2中所示之實施例中，存在一或多個徑向延伸視埠60L'，如下文所描述。

可將複數個操作高溫計70安裝至複數個視埠60之對應一者中。各操作高溫計70可用於測量支撐元件40及/或其上所支撐之晶圓之溫度。此等溫度測量可用作控制系統(例如，控制系統90)之輸入以幫助確定在晶圓加工期間對加熱元件60之控制。

於所示之實例實施例中，將三個操作高溫計70安裝至視埠60R其中三個對應視埠中。例如，操作高溫計70包括安裝至各視埠1R、3R及5R之操作高溫計71、73及75。於其他實施例中，存在任意數量之操作高溫計70，及可將各操作高溫計安裝至視埠60之任一者中。

如圖所示，操作高溫計70中之各者係經定位以使其可測量在離支撐元件之垂直旋轉軸42之對應徑向距離處之支撐元件40及/或其上所支撐之晶圓之溫度。於加熱元件50係一多區加熱元件之具體實施例中，操作高溫計70中之各者可控制位於支撐元件40之一對應區或部分下方之加熱元件50一部分的加熱。例如，可將各操作高溫計70用於控制在離中心軸42之特定徑向距離處之支撐元件40之環形部分之溫度。

例如，高溫計71、73及75中之各者可測量支撐元件40在離垂直旋轉軸42之對應徑向距離D1、D3及D5處之溫度。於一具體實例中，當軸桿30旋轉時，高溫計70中之各者可測量在一對應徑向距離處之支撐元件40之環形部分之溫度，且所測得之溫度可係在支撐元件之至少一個完全旋轉期間整個環形部分之測量溫度之平均值。

於圖1中所示之實施例中，可將一校正高溫計80可拆除地安裝至視埠60之一者中。該校正高溫計可用於測量支撐元件40及/或其上所支撐之晶圓之溫度。此等溫度測量可用作輸入以幫助確定操作高溫計70中之一或多者之準確度。該校正高溫計80可係可用於以可拆除方式安裝至視埠60之一者中之任何類型之高溫計。於一具體實例中，該校正高溫計80可係一高準確度高溫計。例如，此校正高溫計80可具有在約±1.5℃內之準確度且各校正高溫計之間之再現性係於±0.25℃內。此校正高溫計80可具有至多0.05℃/年之偏移。此校正高溫計80可自室12移出且定期針對已知標準(如，例如，本身可回溯至諸如NIST-可回溯黑體標準之國家或國際標準之一標準裝置)進行校正。

可將校正高溫計80以可拆除方式依序安裝至視埠60L之三個視埠中，包括視埠1L、3L及5L。如圖1中所示，校正高溫計80可依序位於位置A、B及C中，安裝至對應視埠1L、3L及5L中。

當校正高溫計80位於位置A安裝至視埠1L中時，該校正高溫計可測量支撐元件40在離該支撐元件之垂直旋轉軸42之徑向距離D1處之溫度。此徑向距離D1係與安裝至視埠1R中用於測量支撐元件40之溫度的操作高溫計71相同之徑向距離。因此，當旋轉軸30旋轉時，安裝於視埠1L中之校正高溫計80及安裝於視埠1R中之操作高溫計71可測量支撐元件40在徑向距離D1處之特定環形部分之溫度，及此等所測得之溫度可係在該支撐元件之至少一次完全旋轉期間整個環形部分之測量溫度之平均值。

類似地，當校正高溫計80位於位置B或C安裝至各視埠3L或5L中時，該校正高溫計可測量支撐元件40在離該支撐元件之垂直旋轉軸42之各徑向距離D3或D5處之溫度。安裝至視埠3R及5R中之各操作高溫計73及75在與徑向距離D3及D5相同之徑向距離下用於測量支撐元件40之溫度。

可提供一控制系統90，其可用於在裝置10之操作期間接收來自操作高溫計70之溫度測量讀數，且該控制系統可將此等溫度測量讀數儲存於一記憶體92中。於一實施例中，該控制系統90可對應操作高溫計70所記錄之溫度測量來調節加熱元件50中之一或多個區之加熱。於一具體實例中，控制系統90可用於在操作高溫計之校正期間接收來自操作高溫計70及校正高溫計80之溫度測量讀數，且該控制系統可將此等溫度測量讀數儲存於記憶體92中。

於操作時，於根據本發明一實施例之溫度測量過程中，可將校正高溫計80可拆除地安裝在第一校正位置A處接合於光學視埠1L中。當將校正高溫計80安裝在第一校正位置A時，該校正高溫計適於接收來自在離該支撐元件之旋轉軸42第一徑向距離D1處之支撐元件40之第一部分之輻射。如上所述，可將第一操作高溫計71安裝在第一操作位置接合於光學視埠1R中，以使該操作高溫計71適於接收來自在離旋轉軸42第一徑向距離D1處之支撐元件40之第一部分之輻射。於一示例性實施例中，該等操作高溫計71、73及75可在整個溫度測量過程期間維持安裝於對應視埠60R(即，不自反應器12移出)。

隨後，可藉由加熱元件50加熱反應器12直至該反應器達到高溫計校正溫度，例如，介於500與1100℃之間。該校正溫度宜接近在反應器12中待實施之晶圓處理製程期間之操作溫度。然後，可使支撐元件40圍繞旋轉軸42旋轉。於一實施例中，可使支撐元件40於50至1500轉/分鐘之速度下旋轉，而於其他實施例中，可使該支撐元件於其他速度下旋轉。當支撐元件40圍繞其旋轉軸42旋轉時，一操作者或該視需要之控制系統90可自安裝在視埠1R之操作高溫計71獲得第一操作溫度測量，及該操作者或該控制系統可自安裝在視埠1L之校正高溫計80獲得第一校正溫度測量。於一具體實施例中，可同時獲得來自操作高溫計71及安裝在第一校正位置A之校正高溫計80之溫度測量。

當支撐元件40旋轉時，支撐元件上佈置於離中心軸42之相同徑向距離處但在環繞該軸之不同圓環位置之點會通過受校正高溫計80及第一操作高溫計監視之位置。於所示之具體佈局中，視埠1L自視埠1R偏離達180°或半圈，及受高溫計71及80監視之位置將類似地彼此偏離達半圈。較佳，當進行溫度測量時，反應室12係處於穩定條件中，以使溫度不會經時變化或使其在所需溫度之可接受容限內振盪。在支撐元件40上在周圍分離之位置間之溫度差異不會明顯影響來自高溫計71及80之溫度讀數，係因該等溫度讀數係支撐元件進行數次完全旋轉之平均值。

於一較佳實施例中，可利用一支撐元件(其係一其上不具有任何晶圓固持凹穴或晶圓之空白晶圓載體)，或空載支撐元件40(即，其上未負載晶圓)實施高溫計校正。於另一實施例中，可將其上具有晶圓之一支撐元件40用於該校正製程。於此實施例之一實例中，該校正高溫計80可具有利用晶圓與支撐元件之間之反射率或溫度差異將晶圓溫度數據自支撐元件溫度數據分離之能力。可將晶圓或支撐元件40之平均溫度用於校正操作高溫計70。於一具體實施例中，將晶圓溫度數據自支撐元件溫度數據分離之能力可已存在操作高溫計70中之一或多者中。

然後，可將校正高溫計80以可拆除方式安裝於第二校正位置B處接合於視埠3L中。當將校正高溫計80安裝於第二校正位置B時，該校正高溫計用於接收來自在離支撐元件之旋轉軸42之第二徑向距離D3處之支撐元件40之第二部分之輻射。如上所述，可將第二操作高溫計73安裝於第二操作位置接合於視埠3R中，以使該操作高溫計73用於接收來自在離旋轉軸42之第二徑向距離D3處之支撐元件40之第二部分之輻射。

當支撐元件40圍繞其旋轉軸42旋轉時，操作者或控制系統90可自安裝在視埠3R之操作高溫計73獲得第二操作溫度測量，及操作者或控制系統可自安裝在視埠3L之校正高溫計80獲得第二校正溫度測量。於一具體實施例中，可藉由該控制系統同時自操作高溫計73及位於第二校正位置B之校正高溫計80獲得溫度測量。

然後，可將校正高溫計80以可拆卸方式安裝於第三校正位置C接合於視埠5L中。當將校正高溫計80安裝於第三校正位置C時，該校正高溫計用於接收來自在離支撐元件之旋轉軸42之第三徑向距離D5處之支撐元件40之第三部分之輻射。如上所述，可將第三操作高溫計75安裝於第三操作位置接合於視埠5R中，以使該操作高溫計75用於接收來自在離旋轉軸42之第三徑向距離D5處之支撐元件40之第三部分之輻射。

當支撐元件40圍繞其旋轉軸42旋轉時，操作者或控制系統90可自安裝在視埠5R之操作高溫計75獲得第三操作溫度測量，及操作者或控制系統可自安裝在視埠5L之校正高溫計80獲得第三校正溫度測量。於一具體實施例中，可藉由該控制系統同時自操作高溫計75及位於第三校正位置C之校正高溫計80獲得溫度測量。於獲得第一、第二及第三校正及操作溫度測量之後，可將校正高溫計80自視埠5L及自室12移出。

於一示例性實施例中，可在反應器之化學氣相沈積操作期間(例如，如下文所述)實施上述溫度測量過程。

於一較佳實施例中，可當在溫度控制操作模式下操作裝置10時對操作高溫計71、73及75各者進行校正，其中該裝置基於來自操作高溫計70之溫度讀數調節加熱元件50之電流。於一實例中，可記錄操作高溫計70各者之校正溫度測量，然後對該等高溫計中任一者進行校正調節。或者，可接續地，即，在記錄下一操作高溫計之校正溫度測量之前，記錄校正溫度測量並對各高溫計進行校正調節。於任一程序中，較佳在對各高溫計70進行校正調節之後，操作者可等待反應器之溫度至穩定，然後根據所使用之程序繼續記錄校正溫度測量或對下一高溫計進行校正調節。

於另一實施例中，可當在電流控制操作模式下操作裝置10時對操作高溫計71、73及75各者進行校正，其中將進入操作高溫計70之絲線之電流控制在特定值，且操作高溫計不處於控制環路中。類似於以上針對溫度控制所描述之程序，可記錄操作高溫計70各者之校正溫度測量，然後對高溫計中之任一者進行校正調節，或者，可接續地記錄各高溫計之校正溫度測量及對各高溫計進行校正調節。

於另一實施例中，不調節操作高溫計70之校正參數。相對地，該控制系統90可將獲自各別操作高溫計71、73及75之較不準確之第一、第二及第三操作溫度測量中之一或多者對應獲自校正高溫計80之較準確第一、第二及第三校正溫度測量之映射或查詢表儲存於記憶體92中。如此一來，該溫度映射可容許控制系統90修正在如下文所述之晶圓處理製程期間由操作高溫計70中之一或多者所獲得之溫度測量。

於一實施例中，第一、第二及第三操作溫度測量中之各者及第一、第二及第三校正溫度測量中之各者可係在對晶圓處理製程甚為重要之單一溫度下之單一溫度讀數。於另一實施例中，第一、第二及第三操作溫度測量中之各者及第一、第二及第三校正溫度測量中之各者可係在單一溫度下之複數個溫度讀數之平均值。於一具體實例中，校正過程可於約800℃下實施。

於另一實施例中，第一、第二及第三操作溫度測量中之各者及第一、第二及第三校正溫度測量中之各者可係在某一溫度範圍內之複數個溫度讀數，如此可在室12之典型晶圓處理製程操作溫度範圍內建立各操作高溫計70相對校正高溫計80之準確度之映射。

上述步驟可在反應器用於加工晶圓的同時實施。因此，可藉由降低閘門(未顯示)來打開進入開口(未顯示)。隨後，可將負載有晶圓之支撐元件自預燃室(未顯示)裝入室12中且可放置於軸桿30之一操作位置。於此條件中，晶圓之頂表面可向上朝向氣體入口歧管14。隨後，可關閉進入開口。可啟動加熱元件50，及旋轉驅動器38可運作以轉動軸桿30及進而使支撐元件40圍繞中心軸32轉動。一般而言，軸桿30係於約50至1500轉/分鐘之轉速下旋轉。

可啟動製程氣體供應單元(未顯示)以供應氣體通過氣體入口歧管14。該等氣體可向下通向支撐元件40，流過晶圓之頂表面，及向下圍繞支撐元件之周邊流向廢料系統52。因此，可使晶圓之頂表面曝露於包括由各製程氣體供應單元所供應之各種氣體之混合物之製程氣體。最一般而言，頂表面處之製程氣體主要包含由一運載氣體供應單元(未顯示)供應之運載氣體。

於晶圓處理製程期間，操作高溫計70可記錄可用作輸入以控制加熱元件50之溫度測量。於具有一多區加熱元件50之實施例中，複數個高溫計70中之各者可記錄在離垂直旋轉軸42之特定徑向距離處之溫度測量，該等溫度測量可控制該多區加熱元件之一對應區。

該製程可繼續進行直至已完成所需之晶圓處理。一旦該製程完成，即可打開進入開口，及可將晶圓自支撐元件40移出。最後，可以新晶圓替代經處理之晶圓以進行下一操作偱環。

於所示之實施例中，各高溫計70及80用於測量在離支撐元件之垂直旋轉軸42之某一徑向距離處之支撐元件40及/或其上所支撐之晶圓之溫度，該徑向距離係與軸桿30之中心軸32與相應視埠60之間之徑向距離相同，以使高溫計70或80用於接收以約等於直角(約90°)之角度α行進之輻射。於其他實施例中，各高溫計70及80可用於測量在離支撐元件之旋轉軸42之某一徑向距離處之支撐元件40及/或其上所支撐之晶圓之溫度，該徑向距離不同於軸桿30之中心軸32與對應視埠60之間之徑向距離，以使高溫計70或80用於接收以不等於約直角之角度α(如30°、45°、60°、75°或任何其他角度)行進之輻射。於具體實施例中，校正高溫計80及對應高溫計70中之任一者、兩者或無一者可接收以約等於直角之角度α行進之輻射。

於此等角度α並非約等於直角之實施例中，校正高溫計80及對應之操作高溫計70可位於離支撐元件40之垂直旋轉線42之不同徑向距離處，條件係該校正高溫計及對應之操作高溫計可接收來自在離垂直旋轉軸之相同徑向距離(例如，D1)處之支撐元件之輻射。

如圖所示，將操作高溫計70安裝至右側視埠60R，及可將校正高溫計80以可拆除方式安裝至對應之左側視埠60L中。於其他實施例中，可將各操作高溫計70安裝至視埠60之任一者中，及可將校正高溫計80以可拆除方式安裝至任一對應視埠60中，該校正高溫計80可接收來自在離垂直旋轉軸42之相同徑向距離處如各操作高溫計70所接收之輻射。

於一實例中，可將操作高溫計70安裝至左側視埠60L中之一些視埠中，及可將校正高溫計80以可拆除方式安裝至對應之右側視埠60R中。於另一實例中，可將操作高溫計70中之一些高溫計(例如，操作高溫計71及73)安裝至右側視埠60R中之一些視埠中，及可將其他操作高溫計(例如，操作高溫計75)安裝至左側視埠60L中，及可將校正高溫計80以可拆除方式安裝至對應之視埠60中，校正高溫計80可接收來自在離垂直旋轉軸42之相同徑向距離處如各操作高溫計70所接收之輻射。

將安裝校正高溫計80之視埠60中之各者(例如，左側視埠1L、3L及5L)宜在其上不含明顯寄生物沈積。在將校正高溫計80安裝至一特定視埠60中之前，該特定視埠宜經清潔以移除此等寄生物沈積。

於一具體實施例中，操作高溫計70及校正高溫計80可用於接收來自支撐元件之相同單個位置之輻射，而非來自在離垂直旋轉軸42之相同徑向距離處之不同位置之輻射。於此實施例中，操作高溫計70及校正高溫計80不再安裝在不同視埠60中，而將操作高溫計70及校正高溫計80安裝於同一視埠中。此實施例可能需要修改室12以包括一充分大之視埠來容納操作高溫計70與校正高溫計80二者之安裝。且，此實施例可能需要操作高溫計70及校正高溫計80相對垂直旋轉軸42傾斜且具有增加之溫度測量不確定性。

現參照圖2，其顯示圖1中所顯示之化學氣相沈積裝置10之另一視埠實施例。於此實施例中，可將校正高溫計80以可拆除方式安裝至一或多個徑向延伸光學視埠60L'中，而非依序安裝至個別視埠1L、3L及5L中。如本文中所使用，徑向延伸視埠係具有改變所安裝高溫計之徑向位置而無需將該高溫計自視埠移除之能力之視埠。此徑向延伸視埠可包括容許一高溫計在其上自一徑向位置滑移至另一徑向位置而無需自視埠移除之徑向延伸滑軌。

於圖2中所示之實施例中，可將校正高溫計80安裝至實質上平行於支撐元件40之頂表面41沿該支撐元件之一半徑中之至少一部分延伸之滑軌(未顯示)上之一徑向延伸視埠60L'中，如此可利用微米基座控制該校正高溫計。於一實例中，該校正高溫計80可於滑軌上沿該支撐元件40之半徑中之至少一部分快速移動以形成對支撐元件之一徑向延伸部分進行溫度測量記錄之映射圖。於另一實施例中，該徑向延伸視埠60L'可沿支撐元件之整個半徑延伸，以使該校正高溫計80可在滑軌上沿支撐元件40之整個半徑移動以對支撐元件頂表面41上之任意徑向位置進行溫度測量記錄。

於一具體實施例中，可在支撐元件40沿相同半徑或在支撐元件之不同環形位置上沿不同半徑存在兩或更多個徑向延伸視埠60L'，且可將校正高溫計80依序安裝至各徑向延伸視埠中以記錄沿支撐元件之兩或更多個徑向延伸部分之溫度測量。

於另一實例中，可使校正高溫計80於徑向延伸視埠60L'內沿滑軌移動至離散位置A、B及C，以使該校正高溫計可測量支撐元件40在徑向距離D1、D3及D5處之特定部分之溫度，而在此等位置之各操作高溫計71、73及75用於記錄溫度測量。

可僅在使用者希望再校正操作高溫計70時將校正高溫計80以可拆除方式安裝於視埠60L'中，或校正高溫計可在晶圓處理偱環期間維持安裝於視埠60L，中及可定期移出以針對已知標準進行再校正。

本發明如上所述之現場高溫計校正系統及方法相較於習知高溫計校正方法可具有數個潛在優點。例如，相較於習知高溫計再校正方法而言，操作高溫計70無需自室12移出來進行再校正。且，如上所述，本發明之溫度測量方法可 補償與將高溫計安裝於室12中及室中之條件(如，如上所述之視埠60上之寄生物沈積)相關之誤差。

本發明可應用於使用旋轉盤反應器之各種晶圓處理方法中，如，例如，化學氣相沈積、晶圓化學蝕刻及類似者。雖然在本文中已參考具體實施例描述本發明，但應理解此等實施例僅說明本發明之原理及應用。因此，應理解，可在不脫離由附錄專利申請範圍所定義之本發明精神及範圍下對說明性實施例進行許多修改及可設計其他佈局。將瞭解，本文中所描述之各附屬技術方案及特徵可以原技術方案中存在者不同之方式進行組合。亦將瞭解，關於各實施例描述之特徵可與所描述之其他實施例共有。

工業應用性

本發明享有廣泛工業應用性，包括，但不限制於，晶圓處理反應器及用於晶圓處理反應器之現場高溫計校正方法。

1L‧‧‧視埠

1R‧‧‧視埠

2L‧‧‧視埠

2R．．．視埠

3L．．．視埠

3R．．．視埠

4L．．．視埠

4R．．．視埠

5L．．．視埠

5R．．．視埠

6L．．．視埠

6R．．．視埠

7L．．．視埠

7R．．．視埠

10．．．晶圓處理裝置

12．．．反應室

14．．．氣體入口歧管

20．．．室壁

22．．．頂凸緣

24．．．基平板

26．．．內部區域

30．．．軸桿

32．．．中心軸

34．．．貫穿裝置

36．．．配合件

38．．．旋轉驅動機構

40．．．支撐元件

41．．．頂平面

42．．．中心軸/旋轉軸

50．．．加熱元件

52．．．廢料系統

55．．．泵

60L．．．左側視埠

60L．．．光學視埠

60L'．．．徑向延伸視埠

60R．．．右側視埠

60R．．．光學視埠

70．．．操作高溫計

71．．．操作高溫計

73．．．操作高溫計

75．．．操作高溫計

80．．．校正高溫計

90．．．控制系統

92．．．記憶體

A．．．校正位置

B．．．校正位置

C．．．校正位置

D1．．．徑向距離

D3．．．徑向距離

D5．．．徑向距離

圖1係顯示根據本發明一實施例之化學氣相沈積裝置之截面圖。

圖2係顯示圖1中所示之化學氣相沈積裝置之另一視埠實施例之部份截面圖。

1L．．．視埠

1R．．．視埠

2L．．．視埠

2R．．．視埠

3L．．．視埠

3R．．．視埠

4L．．．視埠

4R．．．視埠

5L．．．視埠

5R．．．視埠

6L．．．視埠

6R．．．視埠

7L．．．視埠

7R．．．視埠

10．．．晶圓處理裝置

12．．．反應室

14．．．氣體入口歧管

20．．．室壁

22．．．頂凸緣

24．．．基平板

26．．．內部區域

30．．．軸桿

32．．．中心軸

34．．．貫穿裝置

36．．．配合件

38．．．旋轉驅動機構

40．．．支撐元件

41．．．頂平面

42．．．旋轉軸

50．．．加熱元件

52．．．廢料系統

55．．．泵

60L．．．左側視埠

60R．．．右側視埠

70．．．操作高溫計

71．．．操作高溫計

73．．．操作高溫計

75．．．操作高溫計

80．．．校正高溫計

90．．．控制系統

92．．．記憶體

A．．．校正位置

B．．．校正位置

C．．．校正位置

D1．．．徑向距離

D3‧‧‧徑向距離

D5‧‧‧徑向距離

Claims (24)

1. 一種用於晶圓處理反應器之現場高溫計校正之方法，其包含：(a)將一校正高溫計定位於一第一校正位置，以使該校正高溫計適於接收來自在離晶圓支撐元件之旋轉軸第一徑向距離處之該晶圓支撐元件之第一部分之輻射；(b)加熱該反應器直至該反應器達到高溫計校正溫度；(c)使該支撐元件圍繞該旋轉軸旋轉；及(d)當該支撐元件圍繞該旋轉軸旋轉時，自安裝於第一操作位置之第一操作高溫計獲得第一操作溫度測量，以使該第一操作高溫計適於接收來自在離該晶圓支撐元件之旋轉軸第一徑向距離處之晶圓支撐元件之第一部分之輻射；及(e)當該支撐元件圍繞該旋轉軸旋轉時，自該校正高溫計獲得第一校正溫度測量。
2. 如請求項1之方法，其中步驟(d)及(e)係同時進行。
3. 如請求項1之方法，其中步驟(a)至(e)係未將該第一操作高溫計自該反應器移出而實施。
4. 如請求項1之方法，其中步驟(d)及(e)係於該反應器處理晶圓之操作期間實施。
5. 如請求項1之方法，其中該晶圓支撐元件係其上不具有晶圓固持凹穴或晶圓之空白晶圓載體。
6. 如請求項1之方法，其中該反應器處理晶圓之操作包括化學氣相沈積。
7. 如請求項1之方法，其進一步包含基於自該第一操作高溫計及該校正高溫計獲得之溫度測量調節該第一操作高溫計之校正參數。
8. 如請求項1之方法，其進一步包含將一查詢表儲存於該晶圓處理反應器之一記憶體中，該查詢表包括該等第一操作溫度測量中之至少一些測量與第一校正溫度測量之對應者的映射。
9. 如請求項1之方法，其中該高溫計校正溫度係第一高溫計校正溫度，該方法進一步包含：(f)加熱該反應器直至該反應器達到第二高溫計校正溫度；(g)當該支撐元件圍繞該旋轉軸旋轉時，自該第一操作高溫計獲得第二操作溫度測量；及(h)當該支撐元件圍繞該旋轉軸旋轉時，自該校正高溫計獲得第二校正溫度測量。
10. 如請求項1之方法，其進一步包含：(f)使該校正高溫計移動至第二校正位置，以使該校正高溫計適於接收來自在離該晶圓支撐元件之旋轉軸第二徑向距離處之晶圓支撐元件之第二部分之輻射；及(g)當該支撐元件圍繞該旋轉軸旋轉時，自安裝於第二操作位置之第二操作高溫計獲得第二操作溫度測量，以使該第二操作高溫計適於接收來自在離該晶圓支撐元件之旋轉軸第二徑向距離處之晶圓支撐元件之第二部分之輻射；及 (h)當該支撐元件圍繞該旋轉軸旋轉時，自該校正高溫計獲得第二校正溫度測量。
11. 如請求項10之方法，其進一步包含：於步驟(g)之前，基於該等第一操作溫度測量及該等第一校正溫度測量調節該第一操作高溫計之校正參數；及於步驟(h)之後，基於該等第二操作溫度測量及該等第二校正溫度測量調節該第二操作高溫計之校正參數。
12. 如請求項10之方法，其進一步包含，於步驟(h)之後，基於自該等操作高溫計及該校正高溫計獲得之溫度測量調節該等第一及第二操作高溫計之校正參數。
13. 如請求項10之方法，其中將該等第一及第二操作高溫計接合於該反應器之各別的第一及第二操作光學視埠中。
14. 如請求項13之方法，其中實施該定位步驟，以將該校正高溫計接合於該反應器之第一校正光學視埠中。
15. 如請求項14之方法，其中實施該移動步驟，以將該校正高溫計接合於該反應器之第二校正光學視埠中。
16. 如請求項13之方法，其中實施該定位步驟，以將該校正高溫計接合於一徑向延伸校正光學視埠中，及實施該移動步驟，以使該校正高溫計沿該徑向延伸校正光學視埠自該第一校正位置移動至該第二校正位置。
17. 如請求項1之方法，其中該加熱步驟係藉由用於該晶圓支撐元件之一多區加熱系統實施。
18. 一種用於晶圓處理反應器之現場高溫計校正系統，該系統包含： (a)具有一旋轉軸之一晶圓支撐元件；(b)用於該晶圓支撐元件之一加熱元件；(c)安裝於一第一操作位置處之一第一操作高溫計，以使該第一操作高溫計適於接收來自在離該晶圓支撐元件之旋轉軸第一徑向距離處之該晶圓支撐元件之第一部分之輻射；及(d)定位於一第一校正位置處之一校正高溫計，以使該校正高溫計適於接收來自在離該晶圓支撐元件之旋轉軸第一徑向距離處之該晶圓支撐元件之第一部分之輻射。
19. 如請求項18之系統，其中該第一操作高溫計及該校正高溫計適於同時自離該晶圓支撐元件之旋轉軸第一徑向距離處之晶圓支撐元件之第一部分進行溫度測量。
20. 如請求項18之系統，其進一步包含安裝於第二操作位置處之一第二操作高溫計，以使該第二操作高溫計適於接收來自在離該晶圓支撐元件之旋轉軸第二徑向距離處之該晶圓支撐元件之第二部分之輻射，其中該校正高溫計適於定位於第二校正位置，以使於該第二校正位置之該校正高溫計適於接收來自在離該晶圓支撐元件之旋轉軸第二徑向距離處之該晶圓支撐元件之第二部分之輻射。
21. 如請求項20之系統，其進一步包含第一及第二操作光學視埠，其中該第一及第二操作高溫計係接合於該等各別的第一及第二操作光學視埠中。
22. 如請求項21之系統，其進一步包含第一及第二校正光學 視埠，其中當該校正高溫計定位於該第一校正位置時，該校正高溫計適於接合於該第一校正光學視埠中，及當該校正高溫計定位於該第二校正位置時，該校正高溫計適於接合於該反應器之該第二校正光學視埠中。
23. 如請求項21之系統，其進一步包含一徑向延伸校正光學視埠，其中該校正高溫計適於在該徑向延伸校正光學視埠內於該第一與第二校正位置之間滑移。
24. 如請求項18之系統，其中該加熱元件係一多區加熱系統。