[发明专利]用于原位高温计校准的方法和系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2011年12月20日提交的申请号为13/331,112的美国专利申请的连续案，并且本申请要求2010年12月30日提交的申请号为61/428,494的美国临时专利申请的申请日的利益，上述申请的内容通过引用被加入本文中。

背景技术

本发明涉及晶圆加工装置、用在这种加工装置中的高温计校准系统以及原位(in-situ)高温计校准的方法。

通过在衬底上进行的加工工序形成多个半导体装置是。衬底典型地是结晶材料板，通常被称为“晶圆”。典型地，晶圆是通过生长大的晶体并且将晶体切出片状而形成的。在这种晶圆上进行的一种普通的加工工序是外延生长。

例如，由化合物半导体(例如III-V族半导体)形成的装置典型地通过使用金属有机化学气相沉积或“MOCVD”生长化合物半导体连续层来形成。在该过程中，晶圆被暴露至气体混合物，气体混合物典型地包括金属有机化合物(例如III族金属源)并且也包括V族金属源，气体混合物流经晶圆的表面，同时晶圆被保持在高温下。典型地，金属有机化合物和V族源与基本不参与反应的载气(例如氮气)混合。III-V族半导体的一个例子是氮化镓，通过有机金属镓化合物和氨在具有合适的晶格间距的衬底(例如蓝宝石晶圆)上的反应，能够形成氮化镓。典型地，在氮化镓和相关的化合物沉积过程中，将晶圆保持在约500-1100°C的温度下。

在稍微不同的反应条件下，例如加入能够改变半导体的晶格结构和带隙的其他III族或V族元件，通过在晶圆的表面上连续地沉积多个层来制成合成装置。例如，在基于氮化镓的半导体中，铟、铝或者两者能够以不同的比例用于改变半导体的带隙。同样，P型或N型掺杂物能够被添加从而控制每个层的传导率。在所有的半导体层已被形成之后，并且典型地，在已经施加了合适的电接触之后，晶圆被切成单独的装置。以这种方式能够制造例如发光二极管(“LED”)、激光器以及其他的电子和光电装置。

在典型的化学气相沉积过程中，多个晶圆被保持在通常称为晶圆承载器的部件上从而每个晶圆的上表面暴露在晶圆承载器的上表面上。晶圆承载器然后被放置在反应腔内并且被保持在期望的温度下，同时，气体混合物流经晶圆承载器的表面。在加工过程中在承载器上各种晶圆的上表面上的所有位置处，保持一致的状况是重要的。反应气体的组分和晶圆表面的温度的微小变化会导致最终的半导体装置特性的不期望的变化。

例如，如果氮化铟镓层被沉积，晶圆表面温度或反应气体浓度的变化会导致沉积层成分和带隙的变化。因为铟具有相对高的蒸汽压，沉积层会具有较低比例的铟并且在晶圆的表面温度较高的区域内具有较大的带隙。如果沉积层是活性的，LED结构的发光层、由晶圆形成的LED的发射波长也会变化。因此，迄今为止，在本领域内相当大的努力致力于保持状况一致。

在工业中广泛采用的一种CVD装置使用大圆盘形式的晶圆承载器，这种盘体上具有多个晶圆保持区域，每个晶圆保持区域用于保持一个晶圆。晶圆承载器被支撑在反应腔内的心轴上从而使得具有晶圆的被暴露表面的晶圆承载器的上表面向上地朝向气体分配元件。当心轴被旋转时，气体被向下地引导到晶圆承载器的上表面上并且朝晶圆承载器的边缘流经上表面。所使用的气体从反应腔经排气口被排出，排气口被设置在晶圆承载器下方并且绕心轴的轴分布，典型地靠近腔体的边缘。

晶圆承载器通过加热元件被保持在期望的高温下，加热元件典型地是设置在晶圆承载器的下表面下方的电阻加热元件。这些加热元件被保持在高于晶圆表面的期望温度的温度下，而气体分配元件典型地被保持在低于期望的反应温度的温度下从而防止气体过早反应。因此，热量从加热元件传递至晶圆承载器的下表面并且向上地经晶圆承载器流到单独的晶圆。

在传统的晶圆处理过程中，例如化学气相沉积过程或其他的为了实现其他目的(例如蚀刻)而使用旋转盘式反应器的操作，反应腔内的处理温度能够通过一个或多个非接触式高温计来测量，所述非接触式高温计用于在加工过程中测量晶圆承载器和/或晶圆的温度。这些温度测量结果能够用作输入从而有助于在晶圆加工过程中确定加热元件的控制。