化学气相沉积反应器中辐射测量偏离误差的缩减制造技术

公开了化学气相沉积反应器中辐射测量偏离误差的缩减，涉及高温计系统以推断空间温度分布，其包含：复数个辐射测温计，观察对应复数相邻焦外目标物，各辐射测温计包含远心光学装置，其包含由一或多个光学元件构成的限定相对于物组件内参考点的焦距的物组件以传输辐射；孔径光闸，接收由物组件传输的辐射，物组件及孔径光闸限定通过参考点的光学轴，孔径光闸位于与参考点相隔一段基本等于物组件焦距的距离，以将来自对应复数相邻焦外目标物中的各自目标物的辐射中的被探测部分聚焦于孔径光闸；及电磁辐射探测器，探测由物组件通过孔径光闸传输辐射之被探测部分，产生由其推断对应复数相邻焦外目标物中的各自目标物温度的信号。

Deviation reduction of radiation measurement in chemical vapor deposition reactor

Reduce the measurement deviation of the radiation and discloses a chemical vapor deposition reactor, involving the pyrometer system to infer temperature distribution, which comprises: a plurality of space radiation thermometer, observe the corresponding complex adjacent extrafocal object, the radiation thermometer includes a telecentric optical device, which comprises consisting of one or more optical elements the material component defined relative to the reference component of the focal length for the transmission of radiation; aperture shutter, receiving radiation by transmission components, material components and gate aperture defined by the optical axis of the reference point, the aperture gate is located at a reference point and the focal length of the package is substantially equal to the distance, the respective target radiation to be from a corresponding plurality of adjacent extrafocal object in the detection part is focused on the aperture gate; and the electromagnetic radiation detector, detecting the aperture by components through the gate The detected portion of the transmitted radiation produces a signal to infer the temperature of the respective target in the complex complex outside the target.

【技术实现步骤摘要】
化学气相沉积反应器中辐射测量偏离误差的缩减本申请为2013年6月21日提交的国际申请号为PCT/US2013/047024、专利技术名称为“化学气相沉积反应器中辐射测量偏离误差的缩减”的PCT申请的分案申请，该PCT申请进入中国国家阶段日期为2014年12月22日，国家申请号为201380033049.0。
本专利技术一般地涉及半导体领域。
技术介绍
有机金属化学气相沉积(MOCVD)为例如半导体制造之工艺中用于生长晶体层之化学气相沉积技术。MOCVD工艺在具有特别设计之流动凸缘(flowflange)之反应室中进行，该流动凸缘用以将均匀之反应器气流运送至反应室。在MOCVD工艺期间，晶体层之温度一般是利用非接触式装置加以测量，例如辐射测温计或高温计。此种晶体生长材料包含碳化硅(SiC)、硒化锌(ZnSe)、及氮化镓(GaN)基底材料如GaN及AlGaN。某些基板长晶材料有限制辐射测温之操作波长之发射特性。例如，生长于蓝宝石基板上之GaN，于处理温度下，针对大于450nm之波长而言，可具有大于50％之透射率。如此，对大于450nm之波长，离开GaN层表面之实质部分之辐射，源自于在辐射测温计之视线之基板下方的结构(例如晶圆载具)；通过GaN层之辐射并不代表GaN层之温度。因此，市场上已开发出可在小于450nm之波长(约对应于蓝、紫、紫外光波长)探测辐射之辐射测温计，请参见例如Zettler等人之美国专利申请案公开号US2011/0064114(以下称为Zettler)，其揭露一种适用于探测在250nm至450nm范围之辐射之高温计。使用辐射测温计有探测到不要的辐射之问题，而不要的辐射之一来源为由期望之探测带通范围以外所探测到之未滤波辐射。Zettler揭露了说明了滤波辐射之贡献之设备及技术。其指出窄带通滤波器无法完全阻挡红外光辐射，而未被阻挡之红外光辐射在(约800℃)之操作温度下可能会造成问题，因为目标物之光谱黑体发射功率，在电磁光谱之红外光部分比在窄带通滤波器之主要带通(亦即用以推断目标物温度之期望光谱带通)高约9个数量级(orderofmagnitude)。Zettler之方法包含使用一种探测器，该探测器在一宽波长范围(由紫外至红外光波长)内极为灵敏，且可以中心为约410nm之窄带通滤波器而过滤进入之辐射。接着使用长带通滤波器，以有效地阻挡窄带通滤波器之主要带通，但仍容许在电磁波光谱之红外光及近红外光部分未被窄带通滤波器过滤之辐射通过。Zettler将通过窄带通滤波器之主要带通之辐射推断为两测量法之间的差异，亦即仅以窄带通滤波器所获得之信号与以窄带通滤波器及长带通滤波器两者所获得之信号之间的差异。不要的辐射之另一来源为“杂散辐射”(strayradiation)之贡献；杂散辐射为藉由外壳或其他结构并透过内部反射，而被重新导引至目标物上、且经反射至辐射测温计之视线内之反射辐射。考虑设有GaN晶圆之晶圆载具，该GaN晶圆藉由例如微波加热程序而被加热至800℃之升高温度，在此升高温度下操作之组件，例如晶圆载具及晶圆，将沿各方向发出辐射，使得辐射在反应室内进行内部反射。某些经内部反射之辐射将入射至辐射测温计所瞄准的表面上，并且成为辐射测温计所探测到之辐射。就800℃℃下之GaN晶体而言，410nm时之反射率约为0.2，杂散辐射将明显地使由辐射测温计所指示之温度值产生偏差。当目标物正处于或接近反应室内之最高温度时，杂散辐射便足以成为问题，微波加热系统即为一例。然而，当测量在可见光谱(亦即蓝光、紫光或紫外光波长)之短波长或近短波长下之辐射时，若反应室内有在比目标物基本更高温下操作之其他来源，该问题变得恶化。此一加热装置是根据热力学第一定律转换热能，其要求电阻加热组件在远高于晶体生长层之温度下运作。热辐射加热的一个优点为可将辐射强度之轮廓加以客制化，以使晶圆载具各处具温度均匀性。例如，考虑晶体生长层在800℃下之黑体辐射的状况。根据普朗克定律(Planck’slaw)，在410nm及800℃下之黑体光谱发射功率约为2.0×10-4W/m2·μm。今考虑例如电阻式加热组件之热源，其是透过在1800℃下运作之辐射及传导而将热量传送至晶体生长层，在410nm及1800℃下之黑体光谱发射功率约为1.4×103W/m2·μm；此情况相较于800℃(晶体生长层于CVD期间之典型操作温度)、于所关注波长，黑体光谱发射功率强度上增加约7个数量级(图1)。因此，即使在410nm下仅有些微百分率之辐射到达辐射测温计之探测器上，所指示之温度的偏差仍很明显。如此，利用电阻式加热组件之反应室中之杂散辐射贡献，可与由Zettler所识别之未过滤辐射贡献具有相同之数量级(orderofmagnitude)。然而，Zettler并未提及关于杂散辐射之贡献或者反应室中具有可有效地战胜由目标物所发出辐射之辐射源的效应；再者，Zettler是以目标物可自由辐射(亦即不具有反射的贡献)之方式处理目标物，但实际上，操作于晶体生长所要求之温度下之CVD反应室内之目标物并非为自由辐射。因此，需要一种辐射测温计，其适用于缩减因未过滤辐射及杂散辐射两者所导致之不要的辐射之效应。
技术实现思路
本专利技术之各种实施例皆使用所谓的“远心”(telecentric)光学装置，但却是以焦外(off-focus)方式，以限制至少三个不同方面中反射杂散辐射之贡献。首先，在远心光学装置中，由目标物所捕获之主要射线基本平行于光学轴，如此基本即限制了杂散辐射贡献，尤其是当目标物具有坚固之镜面反射率组件时。其次，也可调整远心光学装置，使得由目标物上之各点所对之立体角(solidangle)极小，如此亦可减少杂散辐射之贡献。第三，远心光学装置可用以捕获由目标物所发出之辐射之准直光束，如此更进一步减少了由辐射测温计所捕获之辐射之立体角，但却增加了目标物尺寸(以及后续之信噪比(signal-to-noiseratio))对前向(forward)光学元件之有效直径之比例。在捕获辐射之准直光束时，是以“焦外”方式使用远心光学装置，亦即远心光学装置并非用于目标物表面之高质量成像。因此，远心光学装置中所使用之组件，不需要具有如一般市售远心透镜系统之优异质量。本专利技术之各种实施例或可互相替代地或者额外地减少杂散辐射之贡献，使得有较少杂散辐射入射于辐射测温计之目标物上，该杂散辐射是藉由辐射测温计透过在其中安装反应室及配件而探测到。在分析本案之杂散辐射时，判定：加热器阵列中之周围加热组件，对于由辐射测温计所探测到之杂散辐射具有最大贡献。亦已藉由波迹模拟(raytracemodeling)及验证实验(verificationexperiment)两者确认：在最接近辐射测温计目标物区域之周围加热组件部分中提供不连续性，将明显地减少由杂散辐射所引起之偏离误差。“焦外”(”Off-Focus”)远心光学器件在例如机器视觉系统中使用市售的远心透镜系统，以提供高放大率之清晰、鲜明影像。此等远心透镜系统可提供一影像内之所有点之均匀放大率，不论点在影像中之位置如何。换言之，用于机器视觉系统中之远心透镜系统可提供实质的等距(isometric)之影像，恰与标准成像系统所提供之透视影像相反。市售远心透镜系统之一优点为：等距本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温计系统，用以推断空间温度分布，该高温计系统包含：复数个辐射测温计，用以观察对应的复数个相邻的焦外目标物，该复数个辐射测温计中各包含第一远心光学装置，该第一远心光学装置包含由一个或多个光学元件构成的物组件用以传输辐射，该物组件限定出相对于该物组件内参考点的焦距；第一孔径光闸，用以接收由该物组件传输的辐射，该物组件及该第一孔径光闸限定出通过该参考点的第一光学轴，该第一孔径光闸位于与该参考点相隔一段距离，该距离基本等于该物组件的该焦距，以将来自于该对应的复数个相邻焦外目标物中的各自目标物的该辐射中的第一被探测部分聚焦于该第一孔径光闸上；及第一电磁辐射探测器，用以探测由该物组件通过该第一孔径光闸所传输该辐射之该第一被探测部分，该第一电磁辐射探测器产生第一信号，由该第一信号推断出该对应的复数个相邻焦外目标物中的各自目标物的温度。

【技术特征摘要】
2012.06.22 US 13/531,162;2012.06.22 US 13/531,2201.一种高温计系统，用以推断空间温度分布，该高温计系统包含：复数个辐射测温计，用以观察对应的复数个相邻的焦外目标物，该复数个辐射测温计中各包含第一远心光学装置，该第一远心光学装置包含由一个或多个光学元件构成的物组件用以传输辐射，该物组件限定出相对于该物组件内参考点的焦距；第一孔径光闸，用以接收由该物组件传输的辐射，该物组件及该第一孔径光闸限定出通过该参考点的第一光学轴，该第一孔径光闸位于与该参考点相隔一段距离，该距离基本等于该物组件的该焦距，以将来自于该对应的复数个相邻焦外目标物中的各自目标物的该辐射中的第一被探测部分聚焦于该第一孔径光闸上；及第一电磁辐射探测器，用以探测由该物组件通过该第一孔径光闸所传输该辐射之该第一被探测部分，该第一电磁辐射探测器产生第一信号，由该第一信号推断出该对应的复数个相邻焦外目标物中的各自目标物的温度。2.如权利要求1所述的高温计系统，其中该复数个相邻焦外目标物的相邻目标物限定出其间的各自空间。3.如权利要求1所述的高温计系统，其中该复数个辐射测温计用以观察晶圆载具上之晶圆，该晶圆载具被设置于化学气相沉积室内，且其中该复数个相邻焦外目标物经由该晶圆而完全对向。4.如权利要求3所述的高温计系统，其中该焦外目标物经由晶圆而对向的情形周期性出现。5.如权利要求1-4中任一项所述的高温计系统，其中该复数个辐射测温计中至少一个包含第一反射计子组件，该第一反射计子组件包含第一分束器及第一辐射源，该第一辐射源用以产生电磁辐射的第一光束，该第一分束器用以沿着该第一光学轴而传递该第一光束的一部分，以照射该对应的复数个相邻焦外目标物中的各自目标物。6.如权利要求5所述的高温计系统，其中该第一反射计子组件调制该第一光束。7.如权利要求6所述的高温计系统，其中该第一反射计子组件利用截波器调制该第一光束。8.如权利要求1-7中任一项所述的高温计系统，其中该复数个辐射测温计中至少一个包含缩减的孔径组件，其用以选择性地减少由该第一电磁辐射探测器所探测到的该辐射的该第一被探测部分。9.如权利要求1-8中任一项所述的高温计系统，其中该复数个辐射测温计中至少一个包含第二远心光学装置，该第二远心光学装置包含：第二孔径光闸，用以接收来自该物组件之辐射，该物组件及该第二孔径光闸限定出通过该参考点的第二光学轴，该第二孔径光闸位于与该参考点相隔一段距离，该距离基本等于该物组件的该焦距，以将来自于该对应的复数个相邻焦外目标物中的各自目标物的该辐射的第二被探测部分聚焦于该第二孔径光闸上；及第二电磁辐射探测器，用以探测由该物组件通过该第二孔径光闸所传输的该辐射的该第二被探测部分，该第二电磁辐射探测器产生第二信号，由该第二信号推断出该对应的复数个相邻焦外目标物中的各自目标物的该温度。10.如权利要求9所述的高温计系统，其中辐射的该第一被探测部分在电磁辐射之红外光谱范围，辐射的该第二被探测部分在电磁辐射之可见光谱范围。11.如权利要求9所述的高温计系统，还包含冷光镜，该冷光镜沿着该第一光学轴及该第二光学轴加以设置，且传送辐射的该第一被探测部分并反射辐射的该第二被探测部分。12.如权利要求10或11所述的高温计系统，其中辐射的该第二被探测部分限定出波长带通，该波长带通的中心是大于或等于400nm、且小于或等于410nm之波长。13.如权利要求10、11或12所述的高温计系统，其中辐射的该第一被探测部分限定出包含930nm波长的波长带通。14.如权利要求5-13中任一项所述的高温计系统，其中该复数个辐射测温计中至少一个包含第二反射计子组件，该第二反射计子组件包含第二分束器及第二辐射源，该第二辐射源用以产生电磁辐射的第二光束，该第二分束器用以沿着该第一光学轴而传递该第二光束的一部分，以照射该对应的复数个相邻焦外目标物中的各自目标物。15.如权利要求14所述的高温计系统，其中该第二反射计子组件调制该第二光束。16.如权利要求15所述的高温计系统，其中该第一反射计子组件利用截波器调制该第一光束。17.一种远心双波长高温计，包含：由一个或多个光学元件构成的物组件，其用以传输来自于焦外目标物之辐射，该物组件定义相对于该物组件内的参考点之焦距；第一孔径光闸，其用以接收由该物组件传输而来之辐射，该物组件及该第一孔径光闸定义通过该参考点之第一光学轴，该第一孔径光闸位于与该参考点相隔一距离，该距离基本等于该物组件之该焦距，以将该辐射的第一被探测部分聚焦于该第一孔径光闸上；第二孔径光闸，其用以接收由该物组件传输而来之辐射，该物组件及该第二孔径光闸定义通过该参考点之第二光学轴，该第二孔径光闸位于与该参考点相隔一距离，该距离基本等于该物组件之该焦距，以将该辐射的第二被探测部分聚焦于该第二孔径光闸上；第一电磁辐射探测器，其用以探测由该物组件通过该第一孔径光闸所传输该辐射之该第一被探测部分；及第二电磁辐射探测器，其用以探测由该物组件通过该第二孔径光闸、该第一电磁辐射探测器、及该第二电磁辐射探测器所传输该辐射之该第二被探测部分，以分别产生第一信号及第二信号，而推断该焦外目标物之温度。18.如权利要求17所述的远心双波长高温计，更包含第一反射计子组件，该第一反射计子组件包含第一分束器及第一辐射源，该第一辐射源用以产生电磁辐射之第一光束，该第一分束器用以沿着该第一光学轴而传递该第一光束的一部分，以照射该焦外目标物。19.如权利要求18所述的远心双波长高温计，更包含第二反射计子组件，该第二反射计子组件包含第二分束器及第二辐射源，该第二辐射源用以产生电磁辐射之第二光束，该第二分束器用以沿着该第二光学轴而传递该第二光束的部分，以照射该焦外目标物。20.如权利要求17-19中任一项所述的远心双波长高温计，其中辐射之该第一被探测部分在电磁辐射之红外光谱范围，辐射之该第二被探测部分在电磁辐射之可见光谱范围。21.如权利要求17-20中任一项所述的远心双波长高温计，其中辐射之该第二被探测部分定义波长带通，该波长带通的中心是大于或等于400nm、且小于或等于410n...

【专利技术属性】
技术研发人员：古瑞·塔斯，周进，权大元，
申请(专利权)人：维易科仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US