專利名稱：閉環(huán)mocvd沉積控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施方式一般涉及用于工藝監(jiān)視和控制基板上化學(xué)氣相沉積(CVD)的 方法和裝置，且特別涉及用在金屬有機化學(xué)氣相沉積和/或氫化物氣相外延(hydride vapor phase epitaxy)處理系統(tǒng)中白勺 Pil環(huán)過禾呈控系統(tǒng)(closed-loop process control system)?，F(xiàn)有技術(shù)描述發(fā)現(xiàn)III - V族膜在各種半導(dǎo)體器件例如短波長發(fā)光二極管(LED)、激光二極管 (LD)和包括高功率、高頻率、高溫晶體管和集成電路的電子器件的開發(fā)和制造中較為重要。 例如，使用III族氮化物半導(dǎo)體材料氮化鎵(GaN)來制造短波長(例如藍/綠到紫外線)LED。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用GaN制造的短波長LED較使用諸如II _ VI族材料的非氮化物半導(dǎo)體材料制 造的短波長LED能提供明顯更高的效率和更長的工作壽命。已被用于沉積諸如GaN的III - V族膜的一種方法是金屬有機化學(xué)氣相沉積 (MOCVD)。該化學(xué)氣相沉積方法通常在具有溫控環(huán)境的反應(yīng)器內(nèi)進行以確保含有選自III族 的至少一種元素諸如鎵(Ga)的第一前驅(qū)物氣體的穩(wěn)定性。諸如氨氣(NH3)的第二前驅(qū)物 氣體提供形成III族氮化物所需的氮。兩種前驅(qū)物氣體被注入到反應(yīng)器中的處理區(qū)域內(nèi)，這 里它們混合且向處理區(qū)域中的加熱基板移動。載氣可用于幫助向基板傳輸前驅(qū)物氣體。前 驅(qū)物在加熱基板表面反應(yīng)以在基板表面上形成諸如GaN的III族氮化物層。多個基板可被布置在用于批處理的沉積反應(yīng)器內(nèi)的基板載體(substrate carrier)上，為增加產(chǎn)率和產(chǎn)量，批處理是較為理想的。這些因素很重要，因為它們直接影 響制造電子器件的成本，并由此影響市場中器件制造商的競爭力。沉積在每個基板上的III - V族膜的質(zhì)量取決于很多膜生長參數(shù)，它們包括例如反 應(yīng)器壓力、前驅(qū)物流速、基板溫度、膜應(yīng)力和膜生長速率。生長參數(shù)可根據(jù)膜生長速率或其 他生長參數(shù)來確定，它們在先前的基板處理操作(process run)期間和/或之后得到測量。 舉例來說，各種計量工具(metrology tool)可用于測量諸如膜應(yīng)力和膜生長速率之類的不 同的膜生長參數(shù)。希望在基板處理期間測量和監(jiān)視膜生長參數(shù)以使處理結(jié)果與膜生長參數(shù) 相關(guān)聯(lián)，從而膜質(zhì)量和生長速率可被優(yōu)化并在隨后的處理操作時可以再現(xiàn)(reproduced)。 然后，膜生長參數(shù)例如可由操作員監(jiān)視并隨需要調(diào)整為預(yù)定值或設(shè)定點，以實現(xiàn)所需的膜 質(zhì)量和生長速率。一個或多個膜生長參數(shù)在基板處理期間可能會偏離所需的預(yù)定值。偏差速率可 能很快或者平緩(gradual)以致該偏差可能不能被操作員檢測到，并且對于整批基板來 說，所沉積膜的質(zhì)量可能受到不利影響。而且，具有多個處理反應(yīng)器的組合工具(cluster tool)可能需要監(jiān)視大量膜生長參數(shù)數(shù)據(jù)并控制可能會增加操作員誤差和較差膜質(zhì)量的可 能性的很多生長參數(shù)。隨著對LED、LD、晶體管和集成電路需求的增加，沉積高質(zhì)量III - V族膜的效率變得越來越重要了。因此，需要一種用于在基板處理期間監(jiān)視和控制膜生長參數(shù)的改進的裝 置和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一般提供用于監(jiān)視和控制MOCVD和/或氫化物氣相外延處理系統(tǒng)中III “ V 族結(jié)構(gòu)處理的改進的方法和裝置。一個實施方式提供一種用于監(jiān)視和控制III- V族結(jié)構(gòu)的處理的基板處理系統(tǒng)。該 基板處理系統(tǒng)一般包括一室、一個或多個計量工具、和一系統(tǒng)控制器，在該室中在基板上沉 積III-V族膜，該室具有基板載體，所述一個或多個計量工具適于測量設(shè)置在基板載體上 的基板的表面特性，所述系統(tǒng)控制器用于根據(jù)由計量工具所獲得的測量結(jié)果來控制所述室 的工藝參數(shù)。另一實施方式提供用于監(jiān)視和控制III - V族結(jié)構(gòu)的處理的一種組合工具。該 組合工具包括一傳送室(transfer chamber)、一個或多個處理室、一維護室(service chamber)、一個或多個計量工具、和一系統(tǒng)控制器，這里所述一個或多個處理室中的至少一 個處理室適于沉積III - V族膜于基板上，所述一個或多個計量工具適于測量基板的表面特 性，所述系統(tǒng)控制器用于根據(jù)由計量工具獲取的測量結(jié)果來控制所述一個或多個處理室的 工藝參數(shù)。在再一實施方式中，提供一種用于控制兩個或更多個組合工具的系統(tǒng)，每一個組 合工具都具有至少一個室，在該室中在基板上沉積III- V族膜。該系統(tǒng)一般包括第一系統(tǒng) 控制器、第二系統(tǒng)控制器、和一系統(tǒng)間(inter-system)控制器，該第一系統(tǒng)控制器用于控 制第一組合工具的工藝參數(shù)，該第二系統(tǒng)控制器用于控制第二組合工具的工藝參數(shù)，這里 這些組合工具中的至少一個組合工具具有適于測量基板的表面特性的一個或多個計量工 具，該系統(tǒng)間控制器用于根據(jù)由所述一個或多個計量工具所獲取的測量結(jié)果來控制所述兩 個或更多個組合工具的工藝參數(shù)。


為了能夠具體地理解本發(fā)明的上述特征的方式，可通過參考實施方式對上文所簡 要概括的本發(fā)明進行更具體的描述，這些實施方式中的一些實施方式于附圖中示出。但是， 應(yīng)當(dāng)注意到，附圖僅示出了本發(fā)明的典型實施方式，由于本發(fā)明還可允許其他等效實施方 式，因此附圖并不被認為限制了本發(fā)明的范圍。圖1是氮化鎵基結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2A是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的化學(xué)氣相沉積裝置的示意圖；圖2B是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的化學(xué)氣相沉積裝置的示意圖；圖3A是包括根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的計量工具的圖2A中所示化學(xué)氣相沉積室 的示意圖；圖3B是包括根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的計量工具的圖2A中所示化學(xué)氣相沉積室 的示意圖；圖4A是一具有適于基板處理的計量室和處理室的處理系統(tǒng)一個實施方式的示意 性平面圖4B是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的多系統(tǒng)處理系統(tǒng)的平面圖；圖4C是圖4A中所示處理系統(tǒng)另一實施方式的平面圖；和圖5示出了用于使用根據(jù)一個實施方式圖4A中所示的處理系統(tǒng)來制造氮化物化 合物(compound nitride)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的工藝順序。為了利于理解，盡可能地，使用相同參考數(shù)字來指示附圖中共有的相同元件?？深A(yù) 期，一個實施方式的元件和特征可有利地結(jié)合到其他實施方式中而不需列舉。詳細描述本發(fā)明的實施方式一般提供一種可以用于使用MOCVD和/或氫化物氣相外延 (HVPE)沉積來制造III - V族結(jié)構(gòu)的方法和裝置。在2008年1月31號提交的名稱為“CVD Apparatus"的美國專利申請序列號為No. 12/023，520和2008年1月31號提交的名稱 為"Processing System for FabricatingCompound Nitride Semiconductor Devices，， 的美國專利申請序列號為No. 12/023，572中描述了可適于實踐本發(fā)明的示范性系統(tǒng)和 室，兩者都通過以上參考并入本文。在2006年4月14號提交的美國專利申請序列號為 No. 11/404，516和2006年5月5號提交的美國專利申請序列號為No. 11/429，022中描述了 其他可適于實踐本發(fā)明的示范性系統(tǒng)和室，在此通過參考將兩者并入本文。圖1是氮化鎵基結(jié)構(gòu)的示意圖，其示出了膜層的類型和可用于制造這種結(jié)構(gòu)的處 理步驟。在本實例中，于圖1中示出，氮化鎵基結(jié)構(gòu)是LED(發(fā)光二極管)結(jié)構(gòu)10。制造始 于清潔的藍寶石基板11，藍寶石基板11之上沉積了具有約300埃厚度的GaN(氮化鎵)緩 沖層13。GaN緩沖層13可使用MOCVD工藝沉積，其在約550攝氏度(°C )的處理溫度下沉 積GaN材料約5分鐘。接下來，n-GaN層14沉積在GaN緩沖層13之上。n-GaN層14通常在較高溫度， 例如1050°C下沉積，且其相對較厚，厚度接近4微米(ym)，這可能需要約140分鐘的總 沉積時間。下一層是InGaN(氮化銦鎵，indium-gal ium-nitride)層15，其用作多量子 阱(multi-quantum-well)層且可以在750°C溫度下沉積約40分鐘至約750埃的厚度。在 InGaN 層 15 之后，p_AlGaN(氮化招鎵，aluminum-gallium-nitride)層 16 可沉積在 InGaN 層15之上至約200埃的厚度，在接近950°C溫度下約5分鐘內(nèi)完成沉積。最終的層是p_GaN 層17，其用作接觸層且在1050°C溫度下沉積約25分鐘達到約0. 4微米的最終厚度。圖2A是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的化學(xué)氣相沉積裝置的示意圖。可使用圖 2A中描述的裝置來制造圖1中描述的LED結(jié)構(gòu)。圖2A中示出的裝置100包括室102A、 氣體傳送系統(tǒng)125、真空系統(tǒng)112、遠程等離子體源126、系統(tǒng)控制器161、和操作員接口 (interface) 167。室102A包括室主體103，其包圍處理空間(volume) 108。噴頭組件104 設(shè)置在處理空間108的一端，而基板載體114設(shè)置在處理空間108的另一端。下部圓頂 (dome) 119設(shè)置在下部空間110的一端，而基板載體114被設(shè)置在下部空間110的另一端。 示出基板載體114在處理位置，但是可移向下部位置，這里例如可裝載或卸載基板“S”。排 氣環(huán)(exhaust ring) 120可圍繞基板載體114的周界(periphery)設(shè)置，以有助于防止在 下部空間110發(fā)生沉積，且也有助于直接從室102A排除氣體至排氣端109。下部圓頂119 可由諸如高純石英之類的透明材料制成，以允許光通過以輻射加熱基板“S”?？捎稍O(shè)置在下 部圓頂119下方的多個內(nèi)部燈121A、中央燈121B和外部燈121C來提供輻射加熱，而反射 器116可用于幫助控制室102A暴露給由內(nèi)部燈、中央燈和外部燈121A、121B、121C所提供的輻射能。其他的燈結(jié)構(gòu)也可用于基板“S”的更精細溫度控制?；遢d體114可包括一個或多個凹槽116，處理期間可在其中設(shè)置一個或多個基 板“S”。基板載體114可承載六個或更多個基板“S”。在一個實施方式中，基板載體114承 載八個基板“S”。應(yīng)當(dāng)理解，在基板載體114上可承載更多或更少的基板“S”。典型的基板 “S”可包括藍寶石、碳化硅(silicon carbide，SiC)、硅、或氮化鎵(GaN)。應(yīng)當(dāng)理解，可處理 諸如玻璃基板之類的其他類型基板?；宄叽绶秶梢允侵睆綇?0mm-100mm或更大?；?板載體114尺寸范圍可從200mm-750mm?；遢d體114可由多種材料形成，包括SiC或涂敷 SiC的石墨(graphite)。應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)在此描述的工藝，在室102A內(nèi)可處理其他尺寸基 板。較之常規(guī)MOCVD室中基板的數(shù)量和尺寸，如在此描述的那樣的噴頭組件104可便于實 現(xiàn)跨更大數(shù)量基板和/或更大基板的更加均勻的沉積，由此增加了產(chǎn)量且降低了每個基板 的處理成本?；遢d體114可在處理期間繞軸旋轉(zhuǎn)。在一個實施方式中，基板載體114可在約 2RPM至約100RPM下旋轉(zhuǎn)。另一實施方式中，基板載體114可在約30RPM下旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)基板 載體114有助于提供基板“S”的均勻加熱和處理氣體均勻暴露給每個基板“S”?；遢d體 114也可向上或向下移動以允許基板處理以及向和從室102A傳送基板，且可通過由系統(tǒng)控 制器161控制的電機或致動器(未示出)來使得基板載體114能夠垂直移動和旋轉(zhuǎn)。多個內(nèi)部燈、中央燈和外部燈121A、121B、121C可被布置在同心圓或區(qū)域(未示 出)中，且每個燈或燈區(qū)域可被分別供電。在一個實施方式中，一個或多個諸如高溫計的溫 度傳感器(見圖3A)可被設(shè)置在噴頭組件104內(nèi)，以測量基板和基板載體114的溫度，且該 溫度數(shù)據(jù)可被發(fā)送到系統(tǒng)控制器161中，該系統(tǒng)控制器能夠調(diào)整供給分立的燈區(qū)域的功率 以保持跨基板載體114的預(yù)定溫度分布曲線(temperature profile)。在另一實施方式中， 供給分立的燈區(qū)域的功率可被調(diào)整成補償前驅(qū)物流或前驅(qū)物濃度非均勻性。例如，如果在 外部燈區(qū)域附近基板載體114區(qū)的前驅(qū)物濃度較低，則可調(diào)整供給外部燈區(qū)域的功率以幫 助補償該區(qū)中的前驅(qū)物損耗(precursord印letion)。內(nèi)部燈、中央燈和外部燈121A、121B、121C可加熱基板“S”至約400攝氏度至約 1200攝氏度的溫度。可以理解，本發(fā)明不限于使用燈陣列?？刹捎萌魏魏线m的加熱源來保 證足以將適當(dāng)溫度提供給室102A和其中的基板“S”。例如，另一實施方式中，加熱源可包括 電阻加熱元件(未示出)，它們與基板載體114熱接觸。氣體傳送系統(tǒng)125可包括多個氣體源，或者根據(jù)正進行的工藝，一些源可以是液 體源而不是氣體，這種情況下，氣體傳送系統(tǒng)可包括液體注入系統(tǒng)或其他裝置(例如鼓泡 器(bubbler))，以汽化液體。然后，在傳送到室102A之前，蒸汽可以與載氣混合。可將不同 氣體例如前驅(qū)物氣體、載氣、凈化氣體(purge gas)、清潔/蝕刻氣體或其他氣體從氣體傳 送系統(tǒng)125提供到分立的供應(yīng)線路(supply line) 131、132和133至噴頭組件104。供應(yīng)線 路131、132和133可包括截止閥(shut-off valve)和質(zhì)量流量控制器或者其他類型的流 量控制器以監(jiān)視和調(diào)節(jié)或關(guān)閉每一線路中的氣體流，并且所述閥、流量控制器和其他氣體 傳送系統(tǒng)125部件可又受系統(tǒng)控制器161控制。管道(conduit) 129可接收來自遠程等離子體源126的清潔/蝕刻氣體。遠程等 離子體源126可經(jīng)由供應(yīng)線路124接收來自氣體傳送系統(tǒng)125的氣體，閥130可設(shè)置在噴 頭組件104和遠程等離子體源126之間。閥130可被打開以允許清潔和/或蝕刻氣體或等離子體經(jīng)由可適于用作等離子體管道的供應(yīng)線路133流入到噴頭組件104中。另一實施方 式中，裝置100可以不包括遠程等離子體源126，并且可使用替換的供應(yīng)線路配置將清潔/ 蝕刻氣體從氣體傳送系統(tǒng)125傳送到噴頭組件104，用于非等離子體清潔和/或蝕刻。遠程等離子體源126可以是射頻或者微波等離子體源，適于室102A清潔和/或基 板蝕刻。清潔和/或蝕刻氣體可經(jīng)由供應(yīng)線路124提供到遠程等離子體源126以產(chǎn)生等離 子體物種(Plasma species)，等離子體物種可經(jīng)由管道129和供應(yīng)線路133輸送以便通過 噴頭組件104擴散到室102A中。用于清潔應(yīng)用的氣體可包括氟、氯、或其他反應(yīng)元素。在另一實施方式中，氣體傳送系統(tǒng)125和遠程等離子體源126可以適當(dāng)適配以使 前驅(qū)物氣體可被提供到遠程等離子體源126以產(chǎn)生等離子體物種，等離子體物種可經(jīng)由供 應(yīng)線路131、132通過噴頭組件104輸送，以例如在基板“S”上沉積諸如III - V族膜這樣的 CVD層?？筛鶕?jù)預(yù)定操作參數(shù)由系統(tǒng)控制器161在清潔和/或沉積工藝過程中來控制遠程 等離子體源126和氣體傳送系統(tǒng)125?？蓮脑O(shè)置在基板載體114下方和室主體103底部附近的進氣端口(inletports) 或管(未示出)和/或從噴頭組件104傳送凈化氣體(例如氮氣)至室102A中。凈化氣體 進入到室102A的下部空間110并向上流過基板載體114和排氣環(huán)120并進入到多個排氣 端口 (exhaust port) 109，排氣端口圍繞環(huán)形排氣通路(exhaust channel) 105設(shè)置。排氣 管道(exhaust conduit) 106將環(huán)形排氣通路105連接至包括真空泵(未示出)的真空系 統(tǒng)112?？墒褂瞄y門系統(tǒng)107來控制室102A的壓力，該閥門系統(tǒng)控制排放的氣體從環(huán)形排 氣通路105排出的速率。氣體監(jiān)視工具(例如殘留氣體分析儀(residual gasanalyzer), IR) 160可耦合到排氣管道106并與其流體連通。氣體監(jiān)視工具160可用于檢測室102Α內(nèi) 的泄漏或者檢測室清潔工藝的終點，或者用于其他氣體分析或監(jiān)視目的，并且可由系統(tǒng)控 制器161來監(jiān)視來自氣體監(jiān)視工具160的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)控制器161包括中央處理單元(CPU) 162、存儲器163、和用于CPU162的支持 電路(support circuit) 164，并能夠控制裝置100和其中的室102A的操作參數(shù)和活動，以 及同樣地，控制沉積工藝。從系統(tǒng)控制器161延伸出的信號線165允許控制信號從系統(tǒng)控 制器161發(fā)送到裝置100和室102A的各部件(例如，內(nèi)部燈、中央燈和外部燈121A-121C， 真空系統(tǒng)112)的控制輸入。操作員接口 167可包括鍵盤、監(jiān)視器和其他部件，其為裝置100 提供用于手工輸入操作和處理參數(shù)的手段。系統(tǒng)控制器161可以是能夠用在控制各種室和子處理器的工業(yè)設(shè)置中的任何形 式通用計算機處理器中的一種。CPU162的存儲器163或計算機可讀介質(zhì)可以是易獲得的本 地或遠程存儲器中的一種或多種，諸如隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、軟盤、硬 盤或任何其他形式的數(shù)字存儲裝置。支持電路164耦合到CPU162，用于以常規(guī)方式支持處 理器。這些電路包括緩存器、電源、時鐘電路、輸入/輸出電路和子系統(tǒng)和類似物。本發(fā)明的 方法通常被存儲在存儲器163中作為軟件例程(software routine)，但是也可以是ASIC。 可選地，這種軟件例程也可由第二 CPU(未示出)存儲和/或執(zhí)行，該第二 CPU位于距受到 CPU 162控制的硬件遠距離的地方。圖2A中示出的用于室102A的噴頭組件104可適于金屬有機化學(xué)氣相沉積 (MOCVD)應(yīng)用。在基板處理期間，工藝氣體152從噴頭組件104流向基板“S”的表面。工 藝氣體152可包括一種或多種MOCVD前驅(qū)物氣體以及可與前驅(qū)物氣體混合的載氣和摻雜氣體。在2007年10月16日提交的美國專利申請序列號為No. 11/873，132、11/873，141，和 11/873，170中描述了適于實踐本發(fā)明的示例性噴頭，每一份申請內(nèi)容通過參考將其整體并 入本文。在另一實施方式中，噴頭組件104可適于用在公知為氫化物氣相外延(HVPE)的另 一沉積技術(shù)中。HVPE工藝在一些III - V族膜特別是GaN的生長方面提供了幾點優(yōu)勢，諸如 高生長速率、相對簡單和在成本效益(costeffectiveness)方面有優(yōu)勢。該技術(shù)中，由于高 溫、在氯化鎵(GaCl)和氨氣(NH3)之間的氣相反應(yīng)(vapor phase reaction)，導(dǎo)致GaN進 行生長。氨氣可以從標準氣體源提供，而通過使諸如HCl的含氫化物氣體通過加熱的液體 鎵源上方來產(chǎn)生6aCl。氨氣和GaCl這兩種氣體被導(dǎo)向至加熱的基板，這里兩者反應(yīng)以在基 板的表面上形成外延的GaN膜?？傊ㄟ^將含氫化物氣體(諸如HCl，HBr，或者HI)流過 III族液體源上方以形成III族鹵化物氣體，然后將III族鹵化物氣體與諸如氨氣之類的含氮氣 體進行混合以形成III族氮化物膜，HVPE工藝可用于生長其他III族氮化物膜。氣體傳送系統(tǒng)125可包括室102A外部的熱源舟(heated source boat)(未示出)。 熱源舟可含有金屬源(例如Ga)，其被加熱成液相，并且含氫化物氣體(例如HCl)可流過 該金屬源上方以形成諸如GaCl之類的III族鹵化物氣體。然后，III族鹵化物氣體和含氮前驅(qū) 物氣體例如NH3可經(jīng)由供應(yīng)線路131、132被傳送到噴頭組件104，以便注入到處理空間108 中以在基板“S”上沉積諸如GaN之類的III族氮化物膜。在另一實施方式中，一個或多個供 應(yīng)線路131、132可被加熱以從外部舟傳送前驅(qū)物至室102A。系統(tǒng)控制器161可用于監(jiān)視和 控制氣體傳送系統(tǒng)125的各種部件的加熱。圖2B是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式化學(xué)氣相沉積裝置的示意圖。該裝置100可以適 當(dāng)?shù)剡m配以包括適于HVPE沉積的室102B。室102B包括包圍處理空間108的室主體103。 噴頭組件104設(shè)置在處理空間108的一端，而基板載體114設(shè)置在處理空間108的另一端。 多個燈130A、130B可設(shè)置在基板載體114下方。對于很多應(yīng)用，典型的燈布置可包括在基 板“S”上方(未示出)和下方(未示出)成排的燈。一個或多個燈130A、130B可被供電以 加熱基板“S”以及設(shè)置在噴頭組件104中的源舟280。源舟280可環(huán)繞室主體103，而且例如，諸如鎵、鋁或銦的金屬源221可填充源舟 280的阱(well) 220。源舟280可被加熱，使得金屬源221被加熱到液相，并且含氫化物氣 體(例如HCl)可流過通路210和并流過金屬源221上方從而形成諸如GaCl之類的III族鹵 化物氣體，通過設(shè)置在噴頭組件104內(nèi)的氣體管(未示出)該III族鹵化物氣體被引入到處 理空間108中。例如，諸如氨氣之類的含氮氣體可通過分立組的氣體管(未示出)被引入 到處理空間108中。在基板處理期間，可包括III族鹵化物氣體和含氮前驅(qū)物氣體的工藝氣 體152從噴頭組件104流向基板“S”，這里前驅(qū)物氣體可在基板“S”的表面附近或者在基 板“S”的表面反應(yīng)從而例如在基板表面上沉積諸如GaN之類的金屬氮化物。在2007年6 月24日提交的美國專利申請序列號為No. 11/767，520中描述了可用于實踐本發(fā)明的用于 HVPE沉積的示范性室和噴頭，通過參考將其整體并入本文。為了改善基板處理結(jié)果，經(jīng)常希望在處理期間或者之后來監(jiān)視工藝從而能夠在一 個或多個基板完成處理之前校正偏離處理參數(shù)設(shè)定點的任何偏差。圖3A是圖2A中所示化 學(xué)氣相沉積室的示意圖，其包括根據(jù)本發(fā)明一個實施例的計量工具300。一個或多個傳感 器301和/或計量工具300可耦合到噴頭組件104以測量例如諸如溫度和壓力之類的基板處理參數(shù)，以及沉積在基板上的膜的各種特性，諸如厚度、反射率、實時膜生長速率、組分、 應(yīng)力、粗糙度或其他膜特性。可以沿著室主體103的側(cè)壁設(shè)置另外的傳感器302，但是傳感 器301、302可位于室102A的任何位置處。來自計量工具300和/或傳感器301的數(shù)據(jù)可 沿著信號線165被傳送到系統(tǒng)控制器161，從而系統(tǒng)控制器161能夠監(jiān)視數(shù)據(jù)。在一個實施 方式中，系統(tǒng)控制器161適于響應(yīng)于計量/傳感器數(shù)據(jù)自動提供控制信號(見圖2A)給裝 置100和室102A，從而提供閉環(huán)控制器系統(tǒng)。傳感器301、302和/或計量工具300中的每一個都耦合到管道303，該管道303包 括與噴頭104或室主體103形成真空密封的管或延伸殼體(extendedhousing)或通路，且 允許每個傳感器301、302和/或計量工具300檢查(access)室102A的內(nèi)部空間(例如處 理室108和/或下部空間110)，同時仍保持室真空。每個管道303的一端都設(shè)置在被設(shè)置 于噴頭組件104和/或室主體103內(nèi)的端口 305附近。端口 305與室102A的內(nèi)部空間流 體連通。在另一實施方式中，一個或多個端口 305包括允許光通過但形成真空密封以防止 與室102A內(nèi)部流體連通的窗。每個管道303都容納傳感器/變換器(transducer)探針或其他器件，和/或為 諸如激光束之類的定向輻射束提供路徑。每個端口 305適于流入凈化氣體(可為惰性氣 體)以防止端口 305和管道303中器件上出現(xiàn)凝結(jié)(condensation)并能實現(xiàn)精確的原位 (如-situ)測量。凈化氣體可具有圍繞設(shè)置于管道303內(nèi)部和端口 305附近的傳感器探針 或其他器件的環(huán)形流。在一個實施方式中，傳感器301包括諸如高溫計或者熱電偶之類的溫度傳感器， 例如用于測量基板“S”溫度和/或其他溫度，諸如噴頭面306的溫度。在其他實施方式中， 傳感器302包括溫度傳感器，用于測量室主體103側(cè)壁的溫度。噴頭面306和室主體103 與一個或多個熱交換器(未示出)流體連通。傳感器301，302提供溫度數(shù)據(jù)，其由系統(tǒng)控制器161控制，該系統(tǒng)控制器可控制 熱交換器以調(diào)節(jié)噴頭面306和室主體103的溫度。在另一實施方式中，一個或多個傳感器 301,302包括壓力傳感器，其測量室102A內(nèi)的壓力。系統(tǒng)控制器161可用于在基板處理和 室操作的各階段期間監(jiān)視和調(diào)節(jié)室壓力。在本發(fā)明的一方面，傳感器301為高溫計，其被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置以使每個高溫計能夠 監(jiān)視一燈區(qū)域的溫度，每個燈區(qū)域都包括內(nèi)部燈、中央燈或外部燈121A、121B和121C。計量 工具300包括反射計(reflectometer)，其用于測量膜厚度且可被設(shè)置在噴頭組件104上以 使可為輻射束或顆粒(例如激光束，離子束)的射束308可從基板“S”的表面反射。如圖 3A中所示，射束308可被導(dǎo)向成幾乎垂直于基板表面。圖3B是包括根據(jù)本發(fā)明另一實施方式計量工具300的于圖2A中示出的化學(xué)氣相 沉積室的示意圖。在一個實施方式中，計量工具300包括發(fā)射器304A和接收器304B。發(fā)射 器304A發(fā)射射束308，其以一角度擊打在基板“S”上且一部分射束308從基板表面被反射 回接收器304B。然后，將所接收到的信號與入射信號或發(fā)射的信號進行比較以測量基板的 特性。然后，測量結(jié)果可被通訊傳輸?shù)较到y(tǒng)控制器161，以使系統(tǒng)控制器161能夠調(diào)整工藝 順序中的一個或多個工藝參數(shù)從而改善基板處理結(jié)果。在一個實施方式中，適配計量工具 300和管道303以使射束308擊打在基板“S”上的角度可變化。在另一實施方式中，一個或多個計量工具300可耦合到室主體103。在一個實施方式中，計量工具300可被調(diào)整方向，以使得射束308被導(dǎo)向成近似與切基板“S”表面相切以 便測量例如基板弓弧(bow)和相關(guān)的膜應(yīng)力。在另一實施方式中，計量工具300包括在相對 的壁上或者沿著室主體103的直徑設(shè)置的發(fā)射器304A和接收器304B。在再一實施方式中， 一個或多個計量工具300可被設(shè)置在基板“S”或者下部圓頂119下方。于圖3A和3B中示 出且在此描述的實施方式可組合且可與在此描述的其他實施方式一起使用用于室102A和 102B。圖4A是具有適于基板處理的計量室和處理室的處理系統(tǒng)的一個實施方式的示意 性平面圖。室102A和102B以及相關(guān)的裝置100可用在一處理系統(tǒng)中，該處理系統(tǒng)包括適 配用于處理基板和分析在基板上進行的工藝的結(jié)果的組合工具400。組合工具400是一種 模塊化系統(tǒng)，包括執(zhí)行用于形成電子器件的各種處理步驟的多個室。在本發(fā)明的一方面，組 合工具400包括系統(tǒng)控制器161，其適配用于實施各種基板處理方法和順序并分析處理結(jié)果。一個實施方式中，組合工具400包括基板處理模塊(module) 401、402、403和404， 其分別被安裝在傳送室430的位置410A、410B、410C和410D中。位置410E和410F可含有 預(yù)處理室或后處理室，諸如維護室411A和411B，其適于除氣(degassing)、定向、降溫(Cool down)、預(yù)處理/預(yù)清潔、后退火和類似工藝。一些實施方式中，不是所有位置410A-410F都 被處理室或預(yù)處理或后處理室占用，以降低系統(tǒng)成本或復(fù)雜性。在本發(fā)明的一個方面，傳送 室430為六面且為六邊形形狀，具有六個位置410A-410F用于處理室安裝。在另一方面，傳 送室430可具有其他形狀并可具有五面、七面、八面或更多面，具有相應(yīng)數(shù)量的處理室安裝 位置。每個基板處理模塊410-404都包括諸如室102A或室102B的基板處理室，還可包 括一個或多個支持模塊(supporting module)，其例如支持諸如基板加熱和室冷卻的各種 室功能。在本發(fā)明的一個方面，一個或多個基板處理模塊401-404可包括另一種類型的基 板處理室，諸如用于基板退火的快速熱處理(rapid thermal processing, RTP)室，外延 (EPI)沉積室，適配用于沉積金屬、半導(dǎo)體或介電層的化學(xué)氣相沉積(CVD)室，蝕刻室，濺射 (PVD)室或其他類型的基板處理室。傳送室430具有內(nèi)部空間431，其容納機械手(robot) 420，其適配用于在基板處理 模塊401-404的處理室和維護室411A和411B之間傳送基板“S”。機械手420 —般包括葉 片組件(blade assembly) 421A、臂組件421B和驅(qū)動組件421C。在一個實施方式中，葉片組 件421A支撐基板載體114，其承載一個或多個基板“S”，且基板載體114被在基板處理模塊 401-404的處理室和維護室41IA和41IB之間傳送。傳送室430包括蓋(Iid) 414 (部分示出)，而內(nèi)部空間431被保持在真空條件下。 在另一實施方式中，傳送室430的內(nèi)部空間431可通過持續(xù)傳送惰性氣體到內(nèi)部空間431 而保持在大氣壓下或接近大氣壓。在一個實施方式中，內(nèi)部空間431被填充有氮氣且保持 在約80乇(Torr)至約200乇的壓力下。參考圖4A，在一個實施方式中，維護室411B是除氣室，而維護室411A是批量負載 鎖定(load-lock，LL)室。批量負載鎖定(LL)室也可用做基板的降溫室。在另一實施方式 中，維護室411A、411B中的一個可為一專用降溫室。任選的前端(front-end)環(huán)境(也被 稱作工廠接口(FactoryInterface)，未示出)可被設(shè)置成與一個或多個維護室411A，411B選擇性連通。在一個實施方式中，組合工具400包括系統(tǒng)控制器161、多個基板處理模塊 401-404、和一個或多個計量室405。計量室405包括一個或多個計量工具300，其適配用 于測量基板的各種特性。計量室405也可包括基板載體支撐表面406和升降組件(lift assembly)(未示出)以使機械手420可向或從計量室405傳送基板載體114。在一個實施方式中，計量室405包括設(shè)置在另一室中的區(qū)域或區(qū)，另一室諸如是 傳送室430，維護室411A和411B，和/或基板處理模塊401-404的處理室。在另一實施方式 中，計量室405包括一專用室，其主要被設(shè)計成用于測量各種基板特性而非用于基板處理。 計量室405可位于組合工具400的任意便利位置處，它可由一個或多個組合工具機器人裝 置(robotic device)諸如機械手 420 夠到(accessible)。如圖4A中所示，計量室405可位于一個或多個維護室411A、411B和/或傳送室 430中。此外，一個或多個計量室405可位于傳送室430內(nèi)且位于傳送室430內(nèi)部任何合適 的位置處。在一個實施方式中，計量室405可位于定位在位置410E或410F處的降溫室內(nèi)。 在本發(fā)明的另一方面，一專用計量室405可位于位置410A-410F中的任何一處位置。圖4B是根據(jù)本發(fā)明實施方式的多系統(tǒng)處理系統(tǒng)的平面圖。多系統(tǒng)處理系統(tǒng)475包 括第一組合工具471A、第二組合工具471B、系統(tǒng)間控制器470和操作員接口 472。第一和第 二組合工具471A、471B每一個都包括如此處所述的組合工具400。在另一實施方式中，多系 統(tǒng)處理系統(tǒng)475可包括三個或更多個組合工具400。操作員接口 472可包括鍵盤、監(jiān)視器、 和提供用于手工輸入多系統(tǒng)處理系統(tǒng)475操作和處理參數(shù)的手段的其他部件。對于基板處理模塊401-404，維護室411A、411B，和計量室405，多系統(tǒng)處理系統(tǒng) 475中的每個組合工具400都可具有不同配置。例如，第一組合工具471A可包括僅適于 HVPE沉積的一個或多個基板處理模塊401-404，和位于位置410D處的專用計量室405。第 二組合工具471B可包括適于HVPE和MOCVD沉積的兩個或更多個基板處理模塊401-404，和 位于諸如室102A和/或102B之類的一個或多個基板處理室內(nèi)部的計量工具300。系統(tǒng)控 制器161被鏈接到(link to)系統(tǒng)間控制器470，以使數(shù)據(jù)可在每個系統(tǒng)控制器161和系統(tǒng) 間控制器470之間前饋和/或反饋。圖4C是圖4A中示出的處理系統(tǒng)另一實施方式的平面圖。組合工具400包括兩個 MOCVD模塊460和一個HVPE模塊461，其中每一個都被安裝到傳送室430。MOCVD模塊460 包括基板處理模塊401、可包括支持電氣模塊的輔助模塊451、和適配用于支持MOCVD沉積 的化學(xué)制品傳送(chemical delivery)模塊452?；逄幚砟K401包括室102A。HVPE模 塊461包括基板處理模塊403、輔助模塊451、和適配用于支持HVPE沉積的化學(xué)制品傳送模 塊453。基板處理模塊403可包括適配用于HVPE處理的室102A或可包括室102B。圖4C的組合工具400也包括維護室411A和維護室411B，該維護室411A包括 批量負載鎖定室，而該維護室411B為除氣室。具有基板載體114的裝載站(loading station)450被耦合到除氣室。組合工具400可具有各種模塊配置。在一個實施方式中， HVPE模塊461位于位置410D處，而MOCVD模塊460位于位置410A處?？蛇x地，組合工具 400可包括例如位于位置410A處的單個MOCVD模塊。如在此所述，計量室405可位于一個或多個組合工具400內(nèi)的各種位置處，以允 許測量各種基板特性。對于原位測量，例如，一個或多個計量工具300可位于諸如處理室102AU02B的一個或多個基板處理室內(nèi)部。能夠被測量的基板特性包括但不限于沉積在 基板表面上的一層或多層中的應(yīng)力或應(yīng)變、一個或多個所沉積層的膜組分、基板表面上的 顆粒數(shù)量以及基板上一層或多層的厚度。然后，可以通過系統(tǒng)控制器161和/或系統(tǒng)間控 制器470利用從計量工具300所收集的數(shù)據(jù)來自動調(diào)整一個或多個處理步驟中的一個或多 個處理參數(shù)，從而為一個或多個組合工具400關(guān)于隨后處理的基板產(chǎn)生所需結(jié)果。在一個實施方式中，一個或多個計量工具300和/或計量室405適配用于采 用常規(guī)光測量技術(shù)來測量基板表面上所沉積膜的厚度和/或組分，這些技術(shù)包括橢圓 光度法(ellipsometry)、反射測量法(reflectometry)、或X射線光電子光譜法(X_ray photoelectron spectroscopy，XPS)。在另一實施方式中，一個或多個計量工具300和/或 計量室405適配用于測量基板表面上所沉積膜的其他特性，它們可包括但不限于膜應(yīng)力或 應(yīng)變、界面或表面粗糙度、在膜材料中元素的化學(xué)和電子狀態(tài)、以及膜缺陷和/或污染物。在一個實施方式中，一個或多個計量工具300和/或計量室405適配用于采用一 個或多個測量技術(shù)，其包括但不限于X射線衍射法(XRD)、X射線熒光法(XRF)、X射線反射 法(X-ray reflectivity, XRR)、俄歇電子能譜法(Auger electron spectrometry, AES)、 透身寸電子顯微法(transmissionelectron microscopy,TEM)、原子力顯微法(atomic force microscopy, AFM)、UV拉曼光譜法、質(zhì)量光譜測定法(例如殘留氣體分析儀)、能量色散光 譜法(energy dispersive spectroscopy，EDS/TEM)、光致發(fā)光(PL)光譜法、電致發(fā)光(EL) 光譜法(也被稱作快閃LED光譜法，flash LEDspectroscopy)、以及聲波檢測技術(shù)，例如用 于測量氣體濃度或基板溫度。在一個實施方式中，光致發(fā)光計量工具300位于維護室411A、 411B內(nèi)部，其為降溫室，以使光致發(fā)光測量可在基板冷卻期間進行。在另一實施方式中，一個或多個計量工具300和/或計量室405適配用于使用公 知為頻帶邊緣溫度測定法(band edge thermometry)的技術(shù)來測量基板溫度。當(dāng)光入射到 半導(dǎo)體晶體上時，如果光子能量大于半導(dǎo)體晶體帶隙能量，則光子吸收劇烈增加。與帶隙能 量對應(yīng)的光子波長公知為頻帶邊緣波長且該波長與溫度相關(guān)。由于半導(dǎo)體晶體帶隙能量與 晶格常數(shù)反向相關(guān)，因此當(dāng)半導(dǎo)體晶體隨著溫度升高而膨脹時，帶隙能量將降低，所以頻帶 邊緣波長會增加。已經(jīng)意識到一些時候，對于0°C -1000°C范圍內(nèi)的溫度，帶隙能量通常是 平滑的、近似線性的溫度函數(shù)，因此該半導(dǎo)體特性構(gòu)成非接觸式(contactless)溫度測量 技術(shù)的基礎(chǔ)。上述各種類型的計量工具300可被結(jié)合到組合工具400中且用于改善化合物 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造工藝，化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)例如是于圖1中示出的氮化鎵基LED結(jié)構(gòu)。圖5示出了根據(jù)一個實施方式使用圖4A中示出的處理系統(tǒng)制造氮化物化合物半 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的工藝順序。工藝順序500始于步驟501，一個或多個基板“S”由機械手420傳 送到第一基板處理模塊401中。然后，在步驟502，基板在基板處理模塊401的基板處理室 中被清潔。接下來，在步驟509，對用于初始外延沉積層的處理室建立諸如溫度、壓力和類 似參數(shù)這樣的所需膜生長參數(shù)。在步驟513提供前驅(qū)物流以沉積IIIJ^氮化物結(jié)構(gòu)。這些 前驅(qū)物包括氮源和第一 III族(III工族)元素的源，例如鎵(Ga)源。例如，氨氣(NH3)可用 于氮源且三甲基鎵(trimethyl gallium，“TMG”)可用作Ga源。III i族元素有時可包括諸 如鋁(Al)和Ga這樣的多個不同的III族元素，且合適的Al源可以是三甲基鋁(trimethyl aluminium，“TMA”)。另一實例中，多個不同的III族元素包括銦(In)和Ga，且合適的In前 驅(qū)物為三甲基銦(trimethyl indium, "TMI") 0也可包括諸如氮和/或氫之類的載氣流。
在于步驟517中沉積III ！族氮化物結(jié)構(gòu)之后，前驅(qū)物流在步驟521終止。根據(jù)正 在形成的特定結(jié)構(gòu)，在步驟525，可對氮化物化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)實施諸如進一步沉積和/或 蝕刻步驟之類的其他處理步驟。然后，在步驟529，基板從第一基板處理模塊401被傳送到第二基板處理模塊402。 在另一實施方式中，可使用任何基板處理模塊順序，只要第一和第二處理模塊是不同的處 理模塊即可?？稍诟呒儦怏w環(huán)境下在升高的溫度下進行傳送，可用于高純氣體環(huán)境的一些 氣體是氮氣、氫氣或氨氣。在步驟533中，薄的III1族氮化物過渡層(transition layer)被 沉積在III ！族氮化物結(jié)構(gòu)之上。用于基板處理模塊401中的III ！族氮化物結(jié)構(gòu)的相同前驅(qū) 物可用于過渡層，但是也可使用不同的前驅(qū)物。接下來，在步驟537中，為沉積III 2族氮化物層建立諸如溫度、壓力和類似參數(shù)這 樣的所需的膜生長參數(shù)。在步驟541，提供前驅(qū)物氣流用于步驟545中的III2族氮化物沉 積，并且III2族元素不同于III ！族元素，盡管III ！族氮化物層和III2族氮化物層可共用相同的 III族元素。例如，如果III ！族氮化物層是GaN，則III 2族氮化物層可以是AlGaN層或是InGaN 層。在另一實例中，III2族氮化物層可具有四元(quaternary)組分而非三元(tertiary)組 分，例如AlInGaN。如果III工族氮化物層是AlGaN，則III 2族氮化物層可以是于AlInGaN層上 的InGaN層。用于沉積III 2族氮化物層的合適前驅(qū)物可以與用于III工族氮化物層和以上所 述的前驅(qū)物類似。同樣地，可使用類似載氣。在沉積III2族氮化物層之后，前驅(qū)物流結(jié)束于 步驟549。如以上對于III ！族氮化物結(jié)構(gòu)所描述的，在步驟553進行的可包括進一步的沉積 和/或蝕刻的其他處理，可對所沉積的III 2族氮化物結(jié)構(gòu)實施。如步驟557中所示，當(dāng)完成 了基板處理模塊402中的處理時，基板被傳送出基板處理模塊402。在另一實施方式中，基板可在步驟557被傳送出第二模塊，然后其被傳送到諸如 第一模塊基板處理模塊401之類的另一模塊中，或者傳送到第三且不同的模塊中用于進一 步的處理。對于特定器件的制造，可適當(dāng)實施在不同處理模塊當(dāng)中的傳送順序，且本發(fā)明不 限于可在特定制造工藝中使用的相關(guān)處理室和任何數(shù)量的處理模塊，也不限于在組合工具 400的任何獨立處理模塊中實施任何特定次數(shù)的處理。一個或多個計量工具300和/或計量室405可與組合工具400集成到一起，以有 助于確保一工藝順序的各步驟中基板處理的質(zhì)量，該工藝順序例如是圖5中描述的工藝順 序，盡管本發(fā)明可用于任何III- V族結(jié)構(gòu)的制造，但不限于III族氮化物結(jié)構(gòu)。計量工具300、 傳感器301和計量室405都可用于提供測量數(shù)據(jù)，例如，在諸如III族氮化物膜生長的基板處 理的各階段期間，或者在組合工具400上實施的其它類型沉積和/或蝕刻工藝期間，能夠由 系統(tǒng)控制器161來監(jiān)視該測量數(shù)據(jù)。然后，可在操作員接口 167處觀測被發(fā)送到系統(tǒng)控制器161的測量數(shù)據(jù)，以使諸如 膜生長參數(shù)這樣的處理參數(shù)可被手工調(diào)整，以便優(yōu)化基板處理或?qū)ζx最佳處理參數(shù)的任 何偏差進行校正。在另一實施方式中，系統(tǒng)控制器161可適于閉環(huán)控制，從而系統(tǒng)控制器 161能夠根據(jù)需要基于在基板處理期間或在基板處理之前或之后所獲取的計量測量數(shù)據(jù)來 自動調(diào)整處理參數(shù)?；逄幚淼母麟A段的閉環(huán)控制提供幾個優(yōu)勢。系統(tǒng)控制器161可能夠比人工操作 員更有效地檢測偏離預(yù)定處理參數(shù)值的偏差并對其作出反應(yīng)，這是由于偏差速率可能很快或平緩以致可能不被人工操作員注意到。而且，系統(tǒng)控制器161和/或系統(tǒng)間控制器470 能夠更容易監(jiān)視一個或多個組合工具400或多系統(tǒng)處理系統(tǒng)475的大量計量和處理數(shù)據(jù)。
在一個實施方式中，系統(tǒng)控制器161和/或系統(tǒng)間控制器470，一個或多個組合工 具400，計量工具300，傳感器301、302和計量室405構(gòu)成一閉環(huán)控制系統(tǒng)。在一個實施方 式中，閉環(huán)控制系統(tǒng)適配用于使用統(tǒng)計過程控制(statistical process control, SPC)方 法來監(jiān)視各種基板處理操作，這些統(tǒng)計過程控制方法被應(yīng)用于處理從一個或多個計量工具 300、傳感器301和計量室405所收集的測量數(shù)據(jù)，以檢測偏離預(yù)設(shè)或目標工藝參數(shù)值的工 藝偏差(process drift)。然后使用諸如比例-積分-微分(PID)控制器之類的反饋控制 機制來自動校正任何檢測到的工藝偏差，這種機制能夠控制諸如溫度、壓力、氣流和類似參 數(shù)之類的各種處理室操作參數(shù)，從而處理參數(shù)自動返回所希望的設(shè)定點。
在一個實施方式中，閉環(huán)控制系統(tǒng)可用于監(jiān)視和自動校正偏離工藝參數(shù)設(shè)定點的 任何偏移，這發(fā)生在一個處理操作過程中或者從一個處理操作轉(zhuǎn)向另一個時。在此，處理操 作可以指的是諸如沉積、蝕刻或其他處理順序的完整處理順序，其在單個處理室內(nèi)進行而 不傳送到另一個處理室。例如，步驟533的III1族氮化物沉積可被定義為一個處理操作。步 驟545的III 2族氮化物沉積可被定義為第二處理操作，兩個操作都發(fā)生在基板處理模塊402 的同一處理室內(nèi)。閉環(huán)控制系統(tǒng)可適配用于監(jiān)視和控制從一個處理室到另一個處理室和/ 或在同一處理室內(nèi)從一個處理操作轉(zhuǎn)向另一個處理操作和單個處理操作、以及在多系統(tǒng)處 理系統(tǒng)475內(nèi)從一個組合工具400向另一個組合工具的基板處理。例如，在基板處理模塊402的處理室中，在步驟533的III ！族氮化物沉積處理操作 期間，可進行使用計量工具300的原位測量來監(jiān)視諸如膜生長速率、溫度、壓力、前驅(qū)物流 速和類似參數(shù)這樣的膜生長參數(shù)。然后，該原位測量數(shù)據(jù)可被用于檢測任何工藝偏差，并且 閉環(huán)控制系統(tǒng)能夠根據(jù)需要對膜生長參數(shù)進行實時調(diào)整以校正該偏差。而且，閉環(huán)控制系 統(tǒng)也可適配用于存儲和利用該測量數(shù)據(jù)來調(diào)整膜生長參數(shù)設(shè)定點，以優(yōu)化用于在同一處理 室內(nèi)的隨后III ！族氮化物沉積處理操作的基板處理。在另一實例中，閉環(huán)控制系統(tǒng)可適配用于監(jiān)視和控制從一個處理室向另一個處理 室的基板處理，諸如在基板處理模塊401的處理室中步驟517的III ！族氮化物沉積、和在基 板處理模塊402的處理室中步驟533的III ！族氮化物沉積，并且基板處理模塊401和基板 處理模塊402可位于多系統(tǒng)處理系統(tǒng)475的不同的組合工具400上。在一個實施方式中，閉環(huán)控制系統(tǒng)可適配用于使用原位測量數(shù)據(jù)來分配(assign) 諸如厚度、摻雜等級、組分和其他這樣的高級(high-level)膜層特性作為處理參數(shù)。換句 話說，閉環(huán)控制系統(tǒng)可被適當(dāng)?shù)剡m配且配置有適當(dāng)?shù)能浖陀嬃抗ぞ?00，使得處理參數(shù)設(shè) 定點是層特性而不是諸如溫度、壓力、前驅(qū)物流速和類似參數(shù)這樣的處理參數(shù)。除了以上原位工藝監(jiān)視和控制的實例之外，閉環(huán)控制系統(tǒng)也可適配用于存儲和利 用測量數(shù)據(jù)，該測量數(shù)據(jù)在各基板處理步驟或操作之后或之前通過使用一個或多個計量室 405來獲得，并且閉環(huán)控制系統(tǒng)可適配用于在一個或多個處理室內(nèi)的隨后處理步驟或操作 中使用該數(shù)據(jù)來檢測和校正工藝偏差，和/或使用該數(shù)據(jù)來校準工藝參數(shù)設(shè)定點用于工藝 優(yōu)化。例如，GaN膜生長參數(shù)例如溫度、壓力、前驅(qū)物流速和類似參數(shù)可通過GaN膜生長速 率來確定，這些GaN膜生長速率根據(jù)在先前處理操作中使用的膜生長參數(shù)來校準。關(guān)于來 自先前處理操作的GaN膜生長速率的信息可用于優(yōu)化隨后操作中將要使用的膜生長參數(shù)。膜生長速率可通過在一個生長時間周期期間進行膜厚度測量來確定。如上所述，將一個或多個計量工具300集成到組合工具400中，這提供了基板處理 數(shù)據(jù)，其允許閉環(huán)控制系統(tǒng)或人工操作員調(diào)整工藝配方(process recipe)的基板處理參數(shù) 從而校正工藝偏差和/或優(yōu)化工藝配方。根據(jù)一個或多個計量工具300的位置，可在處理 期間或在基板處理之前或之后采取原位的處理測量。原位測量的一個優(yōu)勢是在一個或多個 基板被處理之前，可由閉環(huán)控制系統(tǒng)或人工操作員更快捕獲和校正工藝偏差。在一個實施 方式中，原位進行一個或多個計量測量，且測量數(shù)據(jù)用于在實施一個或多個工藝配方時控 制這些配方。雖然前述內(nèi)容涉及到本發(fā)明的實施方式，但是可設(shè)計出本發(fā)明的其他和進一步的 實施方式而不脫離本發(fā)明的基本范圍，且其范圍通過以下的權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
一種基板處理系統(tǒng)，包括室，在該室中Ⅲ Ⅴ族膜被沉積在基板上，包括一個或多個壁，形成處理空間；噴頭組件，限定所述處理空間的頂部部分；可旋轉(zhuǎn)基板載體，位于所述噴頭組件下方并限定所述處理空間的底部部分，其中所述基板載體具有用于保持基板的多個凹槽；一個或多個計量工具，適于測量設(shè)置于所述基板載體上的基板的表面特性；和系統(tǒng)控制器，用于根據(jù)由所述計量工具獲取的測量結(jié)果來控制所述室的工藝參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述一個或多個計量工具中的至少一個計量工具設(shè)置在 所述噴頭組件中。
3.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述一個或多個計量工具中的至少一個計量工具設(shè)置在 所述室的所述一個或多個壁中。
4.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述III- V族膜是氮化鎵。
5.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述室是金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)室或氫化物氣 相外延(HVPE)室。
6.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述一個或多個計量工具適于使用高溫測定法、反射測 量法、橢圓光度法、光致發(fā)光光譜法、電致發(fā)光光譜法、X射線衍射法(XRD)或頻帶邊緣溫度 測定法來測量基板的表面特性。
7.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中由所述一個或多個計量工具測量的基板的表面特性為選 自由厚度、反射率、物質(zhì)組分、應(yīng)力、應(yīng)變、光致發(fā)光特性、電致發(fā)光特性或溫度組成的組的 特性。
8.一種組合工具，包括 傳送室；機械手，設(shè)置在所述傳送室中；一個或多個處理室，其與所述傳送室連通，其中所述一個或多個處理室中的至少一個 處理室適于沉積III- V族膜于基板上； 維護室，與所述傳送室連通； 一個或多個計量工具，適于測量基板的表面特性；和系統(tǒng)控制器，用于根據(jù)由計量工具獲取的測量結(jié)果來控制所述一個或多個處理室的工 藝參數(shù)。
9.如權(quán)利要求8的組合工具，其中所述一個或多個計量工具中的至少一個計量工具設(shè) 置在所述維護室內(nèi)。
10.如權(quán)利要求8的組合工具，其中所述一個或多個計量工具中的至少一個計量工具 耦合到所述傳送室并與所述傳送室流體連通。
11.如權(quán)利要求8的組合工具，其中所述一個或多個計量工具中的至少一個計量工具 設(shè)置在所述傳送室內(nèi)。
12.如權(quán)利要求8的組合工具，其中所述一個或多個計量工具中的至少一個計量工具 設(shè)置在至少一個處理室內(nèi)。
13.如權(quán)利要求8的組合工具，其中至少一個處理室適于MOCVD或HVPE沉積。
14.如權(quán)利要求8的組合工具，其中所述一個或多個計量工具適于使用高溫測定法、反 射測量法、橢圓光度法、光致發(fā)光光譜法、電致發(fā)光光譜法、XRD或頻帶邊緣溫度測定法來測 量基板的表面特性。
15.如權(quán)利要求8的組合工具，其中所述III- V族膜是氮化鎵。
全文摘要
提供一種用來監(jiān)視和控制用于組合工具的基板處理參數(shù)的方法和裝置，該組合工具利用化學(xué)氣相沉積和/或氫化物氣相外延(HVPE)沉積。在一個實施方式中，金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)工藝用于在處理室內(nèi)在多個基板上沉積Ⅲ族氮化物膜。閉環(huán)控制系統(tǒng)執(zhí)行原位監(jiān)視Ⅲ族氮化物膜生長速率并根據(jù)需要來調(diào)整膜生長參數(shù)以保持目標生長速率。在另一實施方式中，閉環(huán)控制系統(tǒng)對于一個或多個膜沉積系統(tǒng)的多個處理室執(zhí)行原位監(jiān)視膜生長參數(shù)。
文檔編號H01L21/205GK101911253SQ200980101679
公開日2010年12月8日 申請日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者戴維·布爾, 桑迪普·尼杰霍安, 洛里·D·華盛頓, 羅納德·史蒂文斯, 蘇杰, 雅各布·格雷森 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司