[发明专利]具有灯排对准的晶片远边缘温度测量系统

说明书

一种反应器系统，设计用于在沉积步骤中提供对晶片温度的精确监测。反应器系统包括高温计安装组件，其相对于反应室支撑和定位三个或更多个高温计(例如红外(IR)高温计)，以测量中心晶片温度和边缘晶片温度以及反应室温度。高温计安装组件为边缘高温计提供小光斑尺寸或温度感测区域，以精确测量边缘晶片温度。提供了用于每个工具设置的夹具组件和安装方法，用于当高温计安装组件安装在反应器系统或工具设置中的灯排上时实现IR高温计感测光斑(和边缘高温计)相对于晶片的精确对准。具有以适当对准组装的反应器系统的晶片边缘温度感测确保晶片温度的精确且可重复的测量。

技术领域

本公开总体涉及用于监测半导体处理或反应器系统中的晶片温度的方法和系统，更具体地，涉及用于监测半导体处理或反应器系统中的晶片远边缘温度的方法和设备，其设计确保反应器系统的精确组装，包括用于边缘温度监测的灯排的精确、可重复放置。

背景技术

包括化学气相沉积(CVD)的半导体处理是在衬底比如硅晶片上形成材料薄膜的众所周知的过程。例如在CVD过程中，将待沉积材料的气态分子提供给衬底，以通过化学反应在衬底上形成该材料的薄膜。这种形成的薄膜可以是多晶的、非晶的或外延的。通常，CVD过程在高温下进行，以加速化学反应并产生高质量膜，其中这些过程中的一些比如外延硅沉积在极高的温度下进行(例如高于900℃)。

为了达到期望的温度，使用电阻加热、感应加热或辐射加热来加热晶片(或衬底)。因为辐射加热是最有效的技术，所以它目前是包括CVD过程的多种沉积过程的首选方法。辐射加热通常包括将红外灯定位在包含要在其上沉积材料的衬底的反应室或反应器周围。然而，使用辐射热的一个问题是，在一些反应器中，由于灯的局部性质、聚焦效应和干涉效应，灯会在衬底表面上产生不均匀的温度分布，比如局部热光斑(spot)。

在典型的CVD过程中，一个或多个衬底放置在反应器内的室内部的衬底支撑件(例如基座)上。衬底和衬底支撑件都被加热到期望的温度。在典型的衬底处理步骤中，反应物气体通过加热的衬底，导致所需材料的薄层沉积在衬底表面上。如果沉积层具有与下面的硅表面相同的晶体结构，则沉积层被称为外延层(或单晶层，因为它只有一种晶体结构)。通过后续过程，这些层可以用于形成半导体器件，比如集成电路。

为了在CVD和其他沉积过程中确保高质量层，必须仔细控制各种过程参数，其中在每个处理步骤中衬底的温度是更关键之一。例如，在CVD过程中，衬底温度决定了晶片上的材料沉积速率，因为沉积气体在特定温度下反应并沉积在衬底上。如果温度在衬底的表面上变化，则可能发生膜的不均匀沉积，并且膜中的物理性质可能在衬底表面上不均匀。此外，在外延沉积中，即使轻微的温度不均匀也会导致不希望的结晶滑移。在半导体工业中，由于晶片通常被分成其上具有集成电路的单个管芯。如果CVD过程或其他沉积步骤产生具有不均匀性的沉积层，则在不同管芯上形成的半导体器件可能具有不一致的操作特性或者可能完全失效。

图1示出了在反应室100内用于CVD和其他沉积过程的常规布置。如图所示，晶片110位于基座120上，其边缘由基座凸缘122支撑并与其邻接接触。例如，在外延生长期间，晶片110和基座120被热辐射加热。由于晶片边缘和基座凸缘122之间的接触区域在晶片110的远边缘，温度分布通常是不均匀的，其中中心晶片温度T-晶片中心不同于晶片边缘温度T-晶片边缘。如果这种温度梯度足够大，它将极大地影响生长的外延膜的质量，例如通过产生滑移缺陷和获得差的厚度或电阻率均匀性。因此，需要一种方法来精确地测量和控制晶片温度，包括外延生长和其他沉积过程中晶片远边缘的温度。

发明内容

提供本发明内容是为了以简化的形式介绍一些概念。这些概念在以下公开内容的示例实施例的详细描述中被进一步详细描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。