專利名稱：化學氣相沉積設備以及化學氣相沉積設備的溫度控制方法
技術領域：
本發明涉及一種化學氣相沉積設備以及化學氣相沉積設備的溫度控制方法，該設備和方法能夠通過精確地測量襯托器上表面的溫度分布來精確地控制腔室內溫度。
背景技術：
化學氣相沉積設備用于在半導體晶片的表面上沉積薄膜。所需薄膜通過經由氣體供應器向腔室吹入處理氣體而沉積在位于襯托器中的晶片上。
在沉積薄膜時，足夠的內部溫度是非常重要的，因為這對薄膜的品質有很大影響。具體地，在金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)中，僅當有效地進行溫度控制時，才能獲得高效的發光設備。為了進行有效的溫度控制，首先，必須可以精確地核查襯托器上面的溫度分布。這是因為僅當精確的溫度分布核查無誤時才可以核查將要供應到加熱器的電功率總額。被裝載到襯托器上表面中的多個晶片的表面溫度和襯托器的表面溫度之間可能存在特定的溫度差。根據現有技術，通過不互相區分襯托器表面的溫度和晶片表面的溫度的方式來進行溫度控制。為了生產更高效且更高品質的薄膜，需要通過準確地核查表面溫度差來精確地進行溫度控制。然而，存在的問題是，為了核查溫度差，必須額外安裝很復雜且昂貴的裝置。
發明內容
技術問題為了生產高效和高品質的薄膜，需要一種準確核查襯托器上面的溫度分布的方法。更具體地，需要一種溫度控制方法，該方法能夠互相區分襯托器表面的溫度和晶片表面的溫度，并且能夠考慮溫度差的影響。此外，需要一種在沒有額外的復雜且昂貴的裝置時能夠核查襯托器表面和晶片表面之間的溫度差的方法。本發明將實現的技術目標不限于上述目標，并且從下面的描述中，對于本領域技術人員，以上未提及的其它技術目標將變得顯然。技術方案為了解決所述問題，根據本發明的化學氣相沉積設備包括腔室；襯托器，可轉動地布置在所述腔室中并且被配置為在該襯托器上表面上裝載晶片；氣體供應器，設置在所述腔室中并且被配置為向所述晶片噴射氣體；加熱器，設置在所述襯托器中并且被配置為加熱所述晶片；溫度傳感器，設置在所述腔室的上部并且被配置為測量所述襯托器的上表面的溫度；轉動識別標志，設置為與所述襯托器一起一體地轉動；轉動識別傳感器，設置在所述腔室中以便判斷所述襯托器的轉動狀態并且被配置為探測所述轉動識別標志；以及控制器，被配置為利用所述轉動識別傳感器和所述溫度傳感器計算所述襯托器的上表面的溫度分布，并且基于所述溫度分布控制所述加熱器。
此外，所述加熱器可以包括被布置為圍繞所述襯托器的轉軸形成同心圓的多個單獨的加熱器，并且所述控制器可以分別控制所述單獨的加熱器。此外，所述溫度傳感器被配置為多個，以便核查所述襯托器中不同位置的溫度分布。此外，所述轉動識別標志可以包括凹部、凸部和反射單元中的至少一個。此外，多個所述轉動識別標志或所述轉動識別傳感器可以被徑向地設置在所述襯托器的轉軸周圍，從而縮短所述轉動識別標志的探測周期。此外，通過利用轉動識別傳感器計算所述襯托器的轉動角度或轉動時間可以獲得所述溫度分布，并且所述溫度分布可以是通過將所計算出的轉動角度或轉動時間與所述溫度傳感器的測量值進行匹配而計算出的基于角度的溫度分布或基于時間的溫度分布。為了解決所述問題，本發明提供一種化學氣相沉積設備的溫度控制方法，該設備包括腔室；襯托器，可轉動地布置在所述腔室中并且被配置為在該襯托器上表面上裝載晶片；氣體噴射器，設置在所述腔室中并且被配置為向所述晶片噴射氣體；加熱器，設置在所述襯托器中并且被配置為加熱所述晶片；溫度傳感器，設置在所述腔室的上部并且被配置為測量所述襯托器的上部的溫度；轉動識別標志，設置在所述襯托器處或所述襯托器的轉軸處，以與所述襯托器一起一體地轉動；以及轉動識別傳感器，設置在所述腔室中以便判斷所述襯托器的轉動狀態，并且被配置為探測所述轉動識別標志，其中，所述溫度控制方法包括步驟Ca)利用所述轉動識別傳感器和所述溫度傳感器計算所述襯托器的溫度分布；以及(b)基于所述溫度分布控制所述加熱器。此外，所述溫度控制方法在所述步驟(b)之前還可以包括步驟輸入測量對象、所述溫度傳感器的位置信息、所述轉動識別標志的位置信息以及用于溫度控制的參考溫度中的至少一個。此外，所述步驟(a)可以包括步驟(al)利用所述轉動識別傳感器計算所述襯托器的轉動角度或轉動時間；以及(a2)通過將所計算出的轉動角度或轉動時間與所述溫度傳感器的測量值進行匹配，計算基于角度的溫度分布或基于時間的溫度分布。此外，所述步驟(b)可以包括利用預設的濾波函數將所述溫度分布分類為相對高溫段和相對低溫段，并且基于所述高溫段或所述低溫段控制所述加熱器。此外，所述步驟(b)可以包括通過將從所述高溫段或所述低溫段選擇的一個位置處的平均溫度或實時溫度與預設參考溫度進行比較來控制所述加熱器。此外，所述步驟(b)可以包括通過從所述溫度分布中獲得在預設單位時間內的平均溫度變化小于預設單位時間內的預設溫度變化的段，對所述溫度分布進行濾波，以及比較經濾波的段中的平均溫度，并且將具有比預設比例高的比例的段分類為高溫段，將具有比預設比例低的比例的段分類為低溫段。此外，所述高溫段和所述低溫段可以是已經濾掉溫度變化段的段，所述溫度變化段是當所述晶片的邊沿部分處的溫度變化時出現的段。此外，在預設單位時間內平均溫度變化大于預設溫度變化的段可以被判斷為所述溫度變化段，并且從所述高溫段和所述低溫段濾掉所述溫度變化段。
此外，所述高溫段可以與襯托器段相匹配，所述低溫段可以與晶片段相匹配，并且可以基于用戶選擇的所述襯托器段或所述晶片段來控制所述加熱器。有益效果本發明的優點在于，由于使用轉動識別標志和轉動識別傳感器，因此可以精確地核查襯托器的實際轉動狀態。此外，本發明的優點在于，即使使用相對簡單的設備也能夠計算關于襯托器實際轉動狀態的高可靠性的測量值。本發明的技術效果不限于以上描述的效果，并且從下面的描述中本領域技術人員將清楚地理解尚未描述的其它技術效果。
圖I是根據本發明第一實施例的化學氣相沉積設備的示意性剖視圖；圖2是根據本發明第二實施例的化學氣相沉積設備的示意性剖視圖；圖3是轉動識別標志和轉動識別傳感器的一些部分的放大圖；圖4是示意性示出根據本發明第二實施例的轉動識別標志和轉動識別傳感器的操作的平面圖；圖5是根據本發明的化學氣相沉積設備的溫度控制方法的流程圖；圖6是示出一段時間內溫度傳感器的測量值的例子的曲線圖。
具體實施例方式在下文中，將參照附圖詳細描述本發明的實施例。然而，本發明不限于所公開的實施例，而是可以實現為各種形式。提供本發明的實施例用于使本發明的公開內容完整并且使得本領域普通技術人員可以理解本發明的范圍。可以夸大附圖中元件的形狀等，以便突出其更清楚的描繪。在所有附圖中，用相同的附圖標記表示相同的部件。圖I是根據本發明第一實施例的化學氣相沉積設備的示意性剖視圖。如圖I所示，根據本實施例的化學氣相沉積設備包括腔室10、襯托器40、氣體供應器30、加熱器50a和50b、溫度傳感器20a和20b、轉動識別標志61a、轉動識別傳感器62a、加熱器控制器71、轉動識別傳感器控制器72、溫度傳感器控制器73以及主控制器74。如果將本實施例應用于金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)設備，則可以從氣體供應器30向被載入襯托器40上表面的各個晶片槽41中的晶片噴射III族氣體和V族氣體。溫度傳感器20a和20b可以設置在腔室10的上部，以便探測襯托器40上面的溫度。或者，如果可以適當地測量被載入襯托器中的晶片的溫度，則可以將溫度傳感器放置在襯托器的側面或襯托器的底部。利用物體的反射光的高溫計可以用作溫度傳感器20a和20b，以便以不接觸方式測量溫度。例如，可以使用以700Hz頻率測量表面溫度的高溫計。由于氣體供應器30設置在溫度傳感器20a和20b與襯托器40之間，因此可以在氣體供應器中設置通孔31，從而可以確保襯托器40上面的反射光。可以沿襯托器40的轉軸42的徑向方向布置多個溫度傳感器20a和20b。因此，可以基于與襯托器40的轉軸42的距離核查溫度分布。、
將晶片載入各個晶片槽41中，從而可以在晶片上表面上形成薄膜。可以在襯托器40的上表面上設置多個晶片槽41。具有面包圈形狀的多個加熱器50a和50b可以設置在襯托器40中，以便加熱襯托器40。加熱器控制器71可以分別控制多個加熱器50a和50b。就是說，加熱器71可以同樣地控制多個加熱器50a和50b的溫度、成比例地控制加熱器50a和50b的溫度、以及單個地控制加熱器50a和50b的溫度上升和下降。襯托器40繞轉軸42高速轉動，但是加熱器50a和50b可以保持停止。轉動識別標志61a可以放置在襯托器40下面，并且用于探測轉動識別標志61a的轉動識別傳感器62a可以設置在腔室10處。轉動識別標志61a不限于以上位置，而是可以放置在與襯托器40 —起一體轉動的其它部件中。轉動識別標志61a可以包括凹部或凸部，并且轉動識別標志61a可以由反射單元形成。此外，轉動識別標志61a不限于特定形式，并且轉動識別標志61a可以具有能夠由轉動識別傳感器62a根據轉動識別傳感器62a的感測方法進行探測的各種形式或材料。探測轉動識別標志的方法可以多種多樣。例如，可以使用這樣一種方法，通過核查光穿過透明窗63到達轉動識別標志61a以及從轉動識別標志61a反射的光穿過透明窗63到達轉動識別傳感器62a來核查從轉動識別傳感器62a發出的光是否已經到達轉動識別標志61a。就是說，以上方法是探測襯托器40底部的表面形狀變化的方法。圖2是根據本發明第二實施例的化學氣相沉積設備的示意性剖視圖。圖3是轉動識別標志和轉動識別傳感器的一些部分的放大圖。為了便于描述，將使用與第一實施例相同的附圖標記來表示第二實施例的類似元件。如圖2所示，轉動識別傳感器62b可以放置在襯托器40的轉軸42附近。一束光L射在轉動識別傳感器62b的一側上，并且在轉動識別傳感器62b的另一側上探測到該束光L0轉動識別標志61b可以放置在襯托器40的轉軸42上。轉動識別傳感器62b可以探測到轉動識別標志61b擋住穿過轉動識別傳感器62b的該束光L的時刻。圖4是示意性示出根據本發明第二實施例的轉動識別標志和轉動識別傳感器的操作的平面圖。圖4 (a)對應轉動識別標志61b的數量為一的情形。轉動識別傳感器62b可以探測每隔360°的轉動狀態。然而，優選的是，圍繞襯托器的轉軸徑向地設置多個轉動識別標志，因為根據轉動識別標志的探測周期的減小可以精確地核查轉動狀態。圖4 (b)對應轉動識別標志61b的數量為二的情形。轉動識別傳感器62b可以探測每隔180°的轉動狀態。圖4 (C)對應轉動識別標志61b的數量為四的情形。轉動識別傳感器62b可以探測每隔90°的轉動狀態。
圖4 (d)對應轉動識別標志61b的數量為四且轉動識別傳感器62b的數量為二的情形。轉動識別傳感器62b可以探測每隔45°的轉動狀態。盡管襯托器的轉速相對低，但是可以精確地探測轉動狀態，因為與圖4 Ca)的情形相比探測周期短。圖4 (e)對應轉動識別標志61b的數量為二且轉動識別傳感器62b的數量為四的情形。轉動識別傳感器62b可以探測每隔45°的轉動狀態。
圖4 (f)對應轉動識別標志61b的數量為八且轉動識別傳感器62b的數量為一的情形。轉動識別傳感器62b可以探測每隔45°的轉動狀態。當密集地布置轉動識別標志時，盡管襯托器的轉速相對低，但是可以更精確地探測轉動狀態。圖5是根據本發明的化學氣相沉積設備的溫度控制方法的流程圖。如圖5所示，首先，可以執行輸入預設信息的步驟(S101)。該預設信息可以包括測量對象、溫度傳感器位置、轉動識別標志數量、濾波函數、參考溫度等。接著，可以利用轉動識別傳感器計算襯托器的轉動角度或轉動時間(S103)。例如，當轉動識別標志的數量為4時，軸在探測轉動識別標志的周期內轉動90°，因此可以核查轉速。因此，可以計算一段時間內的轉動角度接著，通過使轉動角度(或轉動時間)與溫度傳感器的測量值匹配可以計算基于角度的溫度分布(或基于時間的溫度分布)(S105)。接著，可以利用濾波函數將溫度分布分類為高溫段和低溫段(S107)，并且可以執行從高溫段和低溫段排除溫度變化段的步驟(S109)。溫度變化段是指晶片邊沿部分處溫度連續改變的段。將溫度分布分類為高溫段和低溫段的方法可以有多種。例如，可以計算平均溫度，并且將溫度高于所計算出的平均溫度的段分類為高溫段，將溫度低于所計算出的平均溫度的段分類為低溫段。或者，如果在預設的誤差范圍內重復測量特定溫度，則可以將特定溫度的高溫部分分類為高溫段，將特定溫度的低溫部分分類為低溫段。又例如，首先，可以獲得在預設單位時間內的平均溫度變化小于預設溫度變化的段(107a)。通過對經濾波的段的平均溫度進行互相比較，可以將具有比預設比例(ratio)高的比例的段分類為高溫段，將具有比預設比例低的比例的段分類為低溫段(S107)。在此情形中，可以獲得從高溫段和低溫段中已經排除溫度變化段后的結果。執行步驟S109的方法可以有多種。例如，可以執行從高溫段和低溫段排除在預設單位時間內平均溫度變化量大于預設溫度變化量的段的方法(S109a)。圖6是示出一段時間內溫度傳感器的測量值的例子的曲線圖。如圖6所示，總體上，晶片段W1、W2、W3和W4的溫度低于襯托器段S1、S2和S3的溫度。溫度不恒定的溫度變化段C出現在晶片的邊沿處。例如，Tl表示具有710°C或更高的相對高溫的區段，T2表示具有710°C或更低的相對低溫的區段。已從中排除了溫度變化段C的段W1、W2、W3和W4可以被分類為晶片段，已從中排除了溫度變化段C的段SI、S2和S3可以被分類為襯托器段。再參照圖5，在步驟S109之后，可以將選定位置處的平均溫度或實時溫度與參考溫度進行比較(S111)，然后可以執行通過考慮比較結果來控制加熱器的步驟(S113)。該選定位置可以是晶片的上表面、可以是晶片和晶片之間的襯托器表面、或者可以是連接襯托器的轉軸和轉動識別標志位置的直線上的一個位置。如圖6所示，例如，將要進行溫度控制的目標位置可以選自段Wl、W2、W3、W4、SI、S2和S3，并且可以將目標位置處的溫度與預設參考溫度進行比較。作為比較結果，如果目標位置處的溫度低，則可以增加供應到加熱器的電功率總額。作為比較結果，如果目標位置處的溫度高，則可以減少供應到加熱器的電功率總額。 如上所述和附圖所示的本發明的實施例不應該被理解為限制本發明的技術要旨。本發明的范圍僅由書面的權利要求限定，并且本發明所屬領域的普通技術人員可以對本發明的技術要旨進行各種形式的改進和變型。因此，所述改進和變型落在本發明的范圍內，只 要它們對本領域技術人員來說是顯然的。
權利要求
1.一種化學氣相沉積設備，包括 腔室； 襯托器，可轉動地布置在所述腔室中并且被配置為在該襯托器上表面上裝載晶片； 氣體供應器，設置在所述腔室中并且被配置為向所述晶片噴射氣體； 加熱器，設置在所述襯托器中并且被配置為加熱所述晶片； 溫度傳感器，設置在所述腔室的上部并且被配置為測量所述襯托器的上表面的溫度； 轉動識別標志，設置為與所述襯托器一起一體地轉動； 轉動識別傳感器，設置在所述腔室中并且被配置為探測所述轉動識別標志，以便判斷 所述襯托器的轉動狀態；以及 控制器，被配置為利用所述轉動識別傳感器和所述溫度傳感器計算所述襯托器的上部的溫度分布，并且基于所述溫度分布控制所述加熱器。
2.根據權利要求I所述的化學氣相沉積設備，其中 所述加熱器包括被布置為圍繞所述襯托器的轉軸形成同心圓的多個單獨的加熱器，并且 所述控制器分別控制所述單獨的加熱器。
3.根據權利要求I所述的化學氣相沉積設備，其中，所述溫度傳感器被配置為多個，以便核查所述襯托器中不同位置的溫度分布。
4.根據權利要求I所述的化學氣相沉積設備，其中，所述轉動識別標志包括凹部、凸部和反射單元中的至少一個。
5.根據權利要求I所述的化學氣相沉積設備，其中，多個所述轉動識別標志或所述轉動識別傳感器被徑向地設置在所述襯托器的轉軸周圍，從而縮短所述轉動識別標志的探測周期。
6.根據權利要求I所述的化學氣相沉積設備，其中，通過利用轉動識別傳感器計算所述襯托器的轉動角度或轉動時間來獲得所述溫度分布，并且 所述溫度分布是通過將所計算出的轉動角度或轉動時間與所述溫度傳感器的測量值進行匹配而計算出的基于角度的溫度分布或基于時間的溫度分布。
7.一種化學氣相沉積設備的溫度控制方法，該設備包括腔室；襯托器，可轉動地布置在所述腔室中并且被配置為在該襯托器上表面上裝載晶片；氣體噴射器，設置在所述腔室中并且被配置為向所述晶片噴射氣體；加熱器，設置在所述襯托器中并且被配置為加熱所述晶片；溫度傳感器，設置在所述腔室的上部并且被配置為測量所述襯托器的上部的溫度；轉動識別標志，設置在所述襯托器處或所述襯托器的轉軸處，以與所述襯托器一起一體地轉動；以及轉動識別傳感器，設置在所述腔室中以便判斷所述襯托器的轉動狀態，并且被配置為探測所述轉動識別標志，其中，所述溫度控制方法包括步驟 Ca)利用所述轉動識別傳感器和所述溫度傳感器計算所述襯托器的溫度分布；以及 (b)基于所述溫度分布控制所述加熱器。
8.根據權利要求7所述的溫度控制方法，在所述步驟(b)之前還包括步驟輸入測量對象、所述溫度傳感器的位置信息、所述轉動識別標志的位置信息以及用于溫度控制的參考溫度中的至少一個。
9.根據權利要求7所述的溫度控制方法，其中，所述步驟(a)包括步驟(al)利用所述轉動識別傳感器計算所述襯托器的轉動角度或轉動時間；以及 (a2)通過將所計算出的轉動角度或轉動時間與所述溫度傳感器的測量值進行匹配，計算基于角度的溫度分布或基于時間的溫度分布。
10.根據權利要求7所述的溫度控制方法，其中，所述步驟(b)包括利用預設的濾波函數將所述溫度分布分類為相對高溫段和相對低溫段，并且基于所述高溫段或所述低溫段控制所述加熱器。
11.根據權利要求10所述的溫度控制方法，其中，所述步驟(b)包括通過將從所述高溫段或所述低溫段選擇的一個位置處的平均溫度或實時溫度與預設參考溫度進行比較來控制所述加熱器。
12.根據權利要求10所述的溫度控制方法，其中，所述步驟(b)包括通過從所述溫度分布中獲得在預設單位時間內的平均溫度變化小于預設單位時間內的預設溫度變化的段，對所述溫度分布進行濾波，以及 比較經濾波的段中的平均溫度，并且將具有比預設比例高的比例的段分類為高溫段，將具有比預設比例低的比例的段分類為低溫段。
13.根據權利要求10所述的溫度控制方法，其中，所述高溫段和所述低溫段是已經濾掉溫度變化段的段，所述溫度變化段是當所述晶片的邊沿部分處的溫度變化時出現的段。
14.根據權利要求13所述的溫度控制方法，其中，在預設單位時間內平均溫度變化大于預設溫度變化的段被判斷為所述溫度變化段，并且從所述高溫段和所述低溫段濾掉所述溫度變化段。
15.根據權利要求10所述的溫度控制方法，其中，所述高溫段與襯托器段相匹配，所述低溫段與晶片段相匹配，并且基于用戶選擇的所述襯托器段或所述晶片段來控制所述加熱器。
全文摘要
一種不需要特定的復雜或昂貴裝置也能夠感測襯托器表面和晶片表面的溫度差異的方法。為了實現此目標，本發明提供一種化學氣相沉積設備，該設備包括腔室；襯托器，可轉動地布置在所述腔室中并且在該襯托器上側上堆疊晶片；氣體供應器，設置在所述腔室中并且向所述晶片噴射氣體；加熱器，設置在所述襯托器中并且加熱所述晶片；溫度傳感器，設置在所述腔室中并且測量所述襯托器的溫度；轉動識別標志，裝配在與所述襯托器一起一體轉動的位置；轉動識別傳感器，設置在所述腔室中以便判斷所述襯托器的轉動狀態，并且探測所述轉動識別標志；以及控制器，利用轉動識別傳感器和溫度傳感器計算所述襯托器的上側的溫度分布，并且基于所述溫度分布控制所述加熱器。
文檔編號H01L21/205GK102640260SQ200980162740
公開日2012年8月15日 申請日期2009年11月2日 優先權日2009年11月2日
發明者洪性在 申請人:麗佳達普株式會社