控制衬底温度均匀性的装置和方法制造方法及图纸

提供一种装置和方法，该装置和方法用于在化学气相沉积反应室内提供充分均匀的衬底温度。该方法和装置利用一个基架（１１０）固定反应室内的衬底（１６０），以及将多个加温元件（１２０，１３０，１４０）安置成能加热该基架和衬底。衬底高温计（１３８，１３９）测量衬底的温度以提供一个表示加工温度的信号。该信号用在反馈回路（１５１，１３４，１３２）中，控制一个或多个加温元件。提供至少两个对准在基架不同区域的基架高温计（１２６，１３６，１４６）。比较来自基架高温计的信号以提供一个不均匀温度的指示。该指示用于一个单独的反馈回路（１４９，１２４，１２２）内，调整其他的加温元件，以保持基架上温度的均匀性。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及衬底温度的测量和控制，本专利技术特别涉及到在衬底上沉积一层涂层时，控制衬底温度均匀性的一种装置和方法。
技术介绍
各种行业使用不同的方法在固体衬底上形成一层薄层或薄膜。例如，半导体装置的生产使用化学汽相沉积技术或其他的沉积技术在衬底上沉积各种材料。在半导体装置生产过程中，加热的衬底(例如平面硅或砷化镓晶片或者其他的合适的材料)，暴露于能与之起反应的气体中，在晶片表面沉积所需要的材料。通常，沉积的材料形成取向附生膜，该附生膜复制了底层晶片的晶体点阵结构。因此，众所周知，这些涂层的晶片再进行处理，制成半导体装置，比如激光器，晶体管，发光二极管，和各种其他的装置。例如，在发光二极管制作过程中，沉积晶片上的薄膜层形成二极管的有源元件。沉积的薄膜层的厚度、成分和质量决定了所生产的半导体装置的特性。因而，沉积处理必须能够在每片晶片的前表面上沉积成分和厚度均匀的薄膜。随着大直径晶片的使用，以及能同时在几片晶片沉积涂层的装置的使用，这种一致性的要求变得日益迫切。在一个典型的现有技术的沉积装置中，如附图说明图1所示，晶片10安装在晶片基架12内，将晶片基架12依次安装在基座14上。基座14可以安装在旋转支撑轴16上，该旋转支撑轴使晶片基架旋转。通常，基座14，晶片基架12和晶片10放置在一个封闭处理的反应堆18内。加热装置20对称地放置在基座14下面，给基座加热，这使得晶片基架12和安装在上面的晶片10也受热。晶片基架12的旋转是用来提高沉积区温度的均匀性，以及在沉积区上的原材料气体或蒸汽的均匀性。正如技术中知道的，把反应物放进反应室内，然后在晶片表面上沉积一层薄膜。传统的晶片基架(如图2所示的晶片基架12)包括在其表面上的多个圆柱形晶片盒22用以固定这些晶片，因为在镀膜处理时，该晶片基架会旋转。一般地，这些晶片基架还包括一个环形的法兰24，用以举起晶片基架并将其运进或运出反应室。在晶片基架的下表面，还包括一个环形壁26，用于将晶片基架定位并固定在基座的中心位置，因为镀膜处理时，当该装置要旋转，并用于在基座的上表面和晶片基架的下表面之间形成一层间隙28，该隙消除由晶片基架和基座之间的接触点产生晶片基架的局部加热，并因此提高了从基座到晶片基架的热量传送的均匀性。以一种可重复的、准确的和不依赖处理条件的方法准确地测量和控制晶片的温度，是很重要的。同时，保持正在镀膜的晶片表面和每片晶片表面上某一均匀的温度，也是很重要的。目标加工温度的偏差和晶片温度仅几摄氏度的不均匀性，也会导致由这些晶片制成的装置有缺陷，而导致最终品的不合格。处理过程中，通常用高温计测量晶片表面的温度。高温计是一种非接触式的测量装置，检测晶片表面的热辐射。用高温计进行温度测量的精确度很大程度上取决于被测量体表面的光学特性，特别是发射率。发射率是一个在相同温度下比较来自实际表面的热辐射和来自“黑体”或理想的辐射体的热辐射的参数。用一个黑体辐射源对高温计进行校准。半导体晶片的发射率值取决于沉积在半导体晶片上的材料、衬底掺杂、表面粗糙度和晶片温度。发射率也取决于晶片表面上薄膜的厚度，并且该发射率值在镀膜处理中还会改变。因此，半导体晶片温度的测量希望包括使用发射率补偿高温计，设计成能用于克服由晶片发射率改变引起的测量误差。需要一种系统，能在晶片表面上提供更加均匀的温度分布，以致在每片晶片的整个表面上能沉积一屋更均匀的涂层。专利技术摘要本专利技术提供用于控制衬底加热的方法和装置。本专利技术的一个方面包括用于给化学汽相沉积反应室内的衬底加热的装置。该装置包括一个基架，用于在反应室内固定至少一个衬底，而该基架包括第一区域和第二区域。基架通常有一个中心轴，而第一和第二区域只是在基架上离中心轴的不同径向距离沉积的区域。可以提供一个旋转驱动器，使基架绕中心轴转动。这些装置也希望包括第一个和第二个加温元件，安置成能给基架和至少一个的衬底加热。较佳地安置第一个加温元件优先给第一区域加热，也就是，主要给基架的第一区域提供热量。这些装置最好还包括至少一个衬底高温计，能直接在衬底表面测量加工温度。衬底高温计希望是发射率补偿高温计，如此，加工温度测量表示不依赖于衬底发射率的衬底温度。这些装置希望更进一步包括至少两个基架高温计，每个这种基架高温计与基架表面的一个区域相联系。至少两个基架高温计较佳地是非发射率补偿高温计。每个基架高温计用来提供一个区域信号，表示来自基架相联区域的热辐射。该装置最佳地包括一个与第一个和第二个基架高温计连接的第一比较器。安置该第一比较器，以提供第一个差分信号，表示第一和第二区域信号之间的差别。最佳地，一个或多个控制器构造并安置成能至少部分依据加工温度，控制第二个加温元件的工作。控制器也可以至少部分依据第一差分信号，控制第一个加温元件的工作。最佳地，一个或多个控制器能提供单独的反馈回路，如此，依据加工温度而不管差分信号，来控制第二个加温元件，但是第一个加温元件是依据差分信号而不管加工温度来控制的。通常在处理期间，不知道基架表面的发射率，并且该发射率会改变。因为基架表面通常具有漫反射系数，一个发射率补偿高温计不能用于校正该基架的发射率。因此，来自基架高温计的区域信号不能正常地提供基架温度的准确测量。但是，因为在基架的两个区域内，基架表面的发射率通常是相同的，由比较器提供的差分信号表示两个区域之间的温度差。通过最小化该差分信号，该系统能保证跨过基架两个区域的温度均匀性，进而提高衬底的温度均匀性。可以使用不止两个区域。例如，第一区域可以径向地放置在第二区域的内侧，而且基架可以有第三区域，径向地放置在第二区域的外侧。这些装置可以包括第三个基架高温计，用来提供第三区域的信号，表示来自基架第三区域的热辐射。可安置第二比较器，以提供第二差分信号，表示第二个和第三区域信号之间的差别。一个或多个控制器用于至少部分依据第二差分信号，控制第三个加温元件。本专利技术的另一个方面包括一种控制化学气相沉积装置内的衬底温度的方法。依据本专利技术这个方面的方法希望包括提供一个基架，用于支撑在化学气相沉积装置内的衬底。至少一个加温元件用于把衬底和基架加热到一个加工设置温度。根据本专利技术的一个方面，较佳地使用一个发射率补偿高温计测量衬底的温度。从基架上的至少两个区域获得一个与基架温度有关的参数的指示。例如，某参数的指示可以表示来自两个区域的热辐射强度，由非发射率补偿高温计测得。在至少两个区域内的这种参数的指示进行相互比较，以获得与两个区域间的温度差别有关的一个差分信号。对传送到基架的区域中至少一个区域的热量进行调整，例如，通过对输入到一个或多个加温元件的功率进行调整，直到差分信号到达一个预选电平。通常，这个预选电平实际上等于零，因此这两个区域会保持在相同的温度。本专利技术另外的特征和优点将会在以下的描述中阐明。应当认为前面所述的大体描述和下列的详细描述是示范性的，并且打算提供如权利要求所述的更深入的说明。附图简述图1是现有技术的镀膜装置的示意性前视横截面图；图2是现有技术晶片基架的示意性前视横截面图，显示了安装在晶片基架上面的晶片，一个基座，一个用于支撑基座的支撑轴和一种用于加热其座的传统加热装置；图3是本专利技术装置的一个实施例的原理和前视横截面图；图4是图1实施例中所用的晶片基架的顶视平面图；及图5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制化学气相沉积反应室内的衬底加热的装置，其特征在于，包括：一个基架，用于在反应室内固定至少一个衬底，所述基架包括第一区域和第二区域；第一个或第二个加温元件，设置它能加热所述基架和所述至少一个衬底，所述第一个加温元件 被安置能优先加热所述的第一区域；至少一个衬底高温计，用于通过测量来自所述一个或多个衬底中的至少一个衬底的热辐射，测量一个加工温度；以及第一个基架高温计，提供第一区域信号，表示来自所述基架第一区域的热辐射；和第二个基架高温计， 提供第二区域信号，表示来自所述基架第二区域的热辐射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y博古斯拉夫斯基，A古拉瑞，AN帕特尔，JC拉蒙，
申请(专利权)人：埃姆科尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]