TWI431149B - 化學氣相沈積設備及其控制方法 - Google Patents

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TWI431149B
TWI431149B TW099135115A TW99135115A TWI431149B TW I431149 B TWI431149 B TW I431149B TW 099135115 A TW099135115 A TW 099135115A TW 99135115 A TW99135115 A TW 99135115A TW I431149 B TWI431149 B TW I431149B
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
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    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
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Description

化學氣相沈積設備及其控制方法
本申請案主張2010年2月5日申請之韓國專利申請案第10-2010-0011141號以及2009年12月24日申請之韓國專利申請案第10-2009-0131039號為優先權，其全文在此以引用的方式併入本發明中。
本發明提供一種化學氣相沈積(CVD)設備及其控制方法，且更特定而言之，是提供一種具有感測管的化學氣相沈積設備及其控制方法，溫度計可在不接觸基座或基板的情況下，透過該感測管來感測溫度。
化學氣相沈積(CVD)設備是用來在晶圓上沈積薄膜的設備。特別是，有機金屬化學氣相沈積(MOCVD)設備是用來藉由供給III及V族化合物至一腔室中，在基板上沈積氮化鎵(gallium nitride)薄膜的設備。
為了沈積氮化鎵薄膜，有機金屬化學氣相沈積設備需在600℃至1300℃的高溫下執行製程。因為如此的高溫，造成很難對基板或基座使用接觸式溫度計。
因此，有機金屬化學氣相沈積(MOCVD)設備使用非接觸式溫度計，例如紅外線溫度計或光度高溫計。
另外，提供具有感測管的化學氣相沈積(CVD)設備，該感測管穿越通過界於非接觸型溫度計與處理室之間，因此位於處理室外側的非接觸型溫度計可以感測被放置在處理室內側的基板溫度。
然而，因為感測管與處理室相連接，所以某些製程氣體在製程期間會回流至感測管中。假如該製程氣體沈積在感測管的內壁上，會造成感測管內壁阻塞或影響溫度的感測。
本發明提供一種化學氣相沈積(CVD)設備及其控制方法，在此設備中通過感測管將淨化氣體朝基板或基座的方向注入，以避免製程氣體被導引至感測管中。
在一態樣中，一種化學氣相沈積(CVD)設備包含：一腔室；一基座，其被提供在該腔室中並且在基座上放置基板；一製程氣體供給單元，其被放置在基座的上方並且供給製程氣體；一感測管，其被放置在基座的上方且開口朝向基座或基板；一溫度感測構件，其被設置在感測管的一端且通過感測管來感測基座或基板的溫度；以及一淨化氣體供給單元，其將淨化氣體注入感測管中。
在其他態樣中，一種化學氣相沈積(CVD)設備包含：一腔室；一基座，其被提供在該腔室中並且在基座上放置基板；一製程氣體供給單元，其被放置在基座的上方並且供給製程氣體；一感測管，其被放置在基座的上方並開口朝向基座或基板；一溫度感測構件，其被設置在感測管的一端且通過感測管來感測基座或基板的溫度；一第一淨化氣體供給單元，其將第一淨化氣體注入感測管中；以及一第二淨化氣體供給單元，其將第二淨化氣體注入感測管中。
在其他態樣中，一種控制化學氣相沈積(CVD)設備的方法，其包含：將基板放置在被提供在一腔室內側的基座上、加熱基板與基座、將製程氣體注入該腔室中、將淨化氣體注入感測管中、且通過感測管感測基板或基座的溫度。
以下詳細說明本發明的較佳實施例以供參考，利用以下的附圖來說明本發明的實例，其中相同的元件符號代表相同的元件。以下所描述的實施例可藉由參考附圖的方式來解釋本發明。
以下，將根據本發明的第一示例性實施例來描述一種化學沈積(CVD)設備。
第1圖是根據本發明的第一示例性實施例來圖示一種化學氣相沈積(CVD)設備的截面圖。如第1圖所示，在此實施例中，一種有機金屬化學氣相沈積(MOCVD)設備包含：形成外部外觀的腔室100。並且，在腔室100的內側上方提供製程氣體供給單元110並且將III及V族氣體注入腔室100中。
藉由噴氣頭(shower head)來執行製程氣體供給單元，該噴氣頭包含第一製程氣體供給通道114、第二製程氣體供給通道115以及冷卻通道116。第二製程氣體供給通道115與第一製程氣體供給通道114是分開裝備，因此第一製程氣體與第二製程氣體不會彼此混合。每一個第一製程氣體供給通道114與第二製程氣體供給通道115是與冷卻通道116交叉形成。冷卻水流動通過冷卻通道116並且降低位於噴氣頭底部的溫度。此可避免製程氣體在噴氣頭底部反應。
或者，製程氣體供給單元110可以噴嘴(nozzle)的形式來實現。
在製程氣體供給單元110下方提供一基座。在基座120上放置複數個基板S。在基座120下方提供一旋轉軸160，以及在延伸至該腔室100外側的旋轉軸160的低端上裝設馬達170。在此實例中，當執行製程時，藉由旋轉軸160及設置在腔室100外側的馬達170來轉動基座120。
在腔室100中，將用來加熱基座120的加熱器130裝設在基座120下方。可提供複數個加熱器130。加熱器130可加熱放置在基座120上的基板S達到600℃至1300℃的溫度。在此使用鎢加熱器(tungsten heater)、射頻加熱器(radio frequency heater)或類似的加熱器，作為加熱器130。
在基座120與加熱器130的側邊提供一分隔壁150並且延伸至腔室100的底部。並且，將具有”J”形狀的襯墊140設置在界於分隔壁150與腔室100的內壁之間。襯墊140可避免粒子沈積在腔室100的內側與分隔壁150上。在此，襯墊140可由石英所製造。在此示例性實施例中，使用者可選擇是否要使用襯墊140。
可在腔室100的較低部分形成排放管190，透過排放管可排放製程完成後所殘留的氣體及粒子。排放管190與形成在襯墊140中的孔洞180連接。因此，可藉由襯墊140導引殘留的氣體與粒子，並且透過排放管190來排放。而且，可在排放管190中設置用來淨化排放氣體等等的幫浦(未圖示)、氣體洗滌器(未圖示)。
同時，如第1圖所示，非接觸式溫度計200可設置在製程氣體供給單元110的外側上方，作為用來感測位於腔室100內側的基板S或基座120溫度的溫度感測構件。即使其未圖示，非接觸式溫度計可設置在腔室100的上蓋處。並且，在製程氣體供給單元110中提供感測管111，因此非接觸式溫度計200可在處理腔室的外側感測基板S或基座120的溫度。
以下，將詳細描述根據本發明第一示例性實施例的非接觸式溫度計200及感測管111。第2圖是根據本發明的第一示例性實施例來圖示在化學氣相沈積(CVD)設備中的感測管的截面圖。
在製程期間，將放置基板S或基座120的腔室100(意即，處理室)的內側溫度提高至1300℃。因此，需使用非接觸式溫度計200作為感測基板S或基座120溫度的溫度感測構件，如第2圖所示，非接觸式溫度計200被設置在處理室外側。
可使用光度高溫計作為非接觸式溫度計200，該光度高溫計是藉由比較目標亮度與參考亮度來測量溫度，或使用根據目標所放射出的紅外線能量來感測溫度之紅外線溫度計，作為非接觸式溫度計200。
在穿過非接觸式溫度計200與處理室之間提供感測管111，因此設置在處理室外側的非接觸式溫度計200可感測放置在處理室內側的基板S或基座120的溫度。
如第2圖所示，感測管111可穿過噴氣頭，該噴氣頭是作為製程氣體供給單元110。
非接觸式溫度計200可被放置在感測管111的上端。並且，形成感測管111低端的出口112係開口朝向基座120。感測管111的開口112的直徑可小於感測管111主體的內徑。
然而，因為感測管111的開口112與處理室連接，所以製程氣體可通過感測管111的開口112回流至感測管111中。假如製程氣體被導引至感測管111中，其可能會沈積在感測管111的內壁上以及非接觸式溫度計200的透鏡部分上。更進一步地，其會阻塞感測管111。
尤其是，假如被導引至感測管111中的製程氣體沈積在非接觸式溫度計200的透鏡部分上，會造成在感測溫度上大的誤差。
因此，根據本發明第一示例性實施例提供一種化學氣相沈積(CVD)設備，其在感測管111的上部的一側上具有淨化氣體供給單元210，以便將淨化氣體注入感測管111中。在製程期間，淨化氣體供給單元210連續的供給淨化氣體至感測管111的內側。通過感測管111的開口112連續地釋放被注入感測管111中的淨化氣體，並且避免導引製程氣體通過感測管111的開口112。在此時，使用惰性氣體作為淨化氣體，如：氮氣或氫氣。
假如使用惰性氣體作為淨化氣體，其不會影響腔室100內側的製程條件。然而，過度大量的淨化氣體可改變製程條件。換句話說，過度小量的淨化氣體無法充分防止雜質被導入通過感測管111的開口112。
因此，根據本發明示例性實施例的淨化氣體供給單元210可配置具有控制器220，例如質流控制器(mass flow controller)或自動壓力控制器(auto pressure controller)，用來控制被注入感測管111的淨化氣體的流動或壓力。在此實例中，可依據製程適當地改變淨化氣體的流動或壓力。可根據使用者的選擇來提供控制器220。
同時，作為製程氣體的氨氣可作為淨化氣體，其藉由淨化氣體供給單元210來供給。因為氨氣本身為製程氣體，即使將大量的氨氣注入通過感測管111，對於磊晶製程(epitaxial process)也不會有任何影響。
在提供氨氣作為淨化氣體的例子中，淨化氣體供給單元210可具有控制器220，例如質流控制器(MFC)或自動壓力控制器(APC)，用來控制被注入感測管111的氨氣量，因此，可根據製程供給適當壓力的氨氣。
在本示例性實施例中，為何氨氣會透過感測管111而注入的原因，其係因為在此示例性實施例的化學氣相沈積(CVD)設備是藉由使用III及V族反應氣體來沈積氮化鎵層的有機金屬化學氣相沈積(MOCVD)設備來實施。因此，假如製程氣體不同，則會注入不同的製程氣體通過感測管111。
同時，在尚未供給淨化氣體或製程周遭環境改變時，雜質可被導引以及附接至放置在非接觸式溫度計200前端的透鏡部分上。
因此，可在感測管111與非接觸式溫度計200之間提供一視窗113，因此可避免雜質直接附接至物鏡上。
視窗113可包含石英或對於化學物質具有良好強度與抵抗力的類似物。同樣地，非接觸式溫度計200可分開地裝設在感測管111的上側，並且視窗113可分開地設置在界於感測管111頂端與非接觸式溫度計200之間。在此實例中，將非接觸式溫度計200從感測管111拆卸後，可藉由分開視窗113來定期的清潔附接在視窗113上的雜質。
以下，將根據本發明的第二示例性實施例來描述一種化學氣相沈積(CVD)設備。
第3圖是根據本發明的第二示例性實施例來圖示一種化學氣相沈積(CVD)設備的截面圖。第4圖是根據本發明的第二示例性實施例來圖示在化學氣相沈積(CVD)設備中的感測管的截面圖。當與第一示例性實施例比較時，相同的符號代表相同的元件，並且為了描述上的方便，而省略重複性的描述。
在第一示例性實施例中提供的化學氣相沈積(CVD)設備，在感測管111上部的一側上具有淨化氣體供給單元210，以便將淨化氣體注入感測管111中(參考第1圖及第2圖)。並且，藉由淨化氣體供給單元210所供給的淨化氣體可選擇性的使用以下其中一種氣體：氮氣、氫氣及氨氣。
相反地，在第二示例性實施例中，分開地提供第一淨化氣體供給單元211及第二淨化氣體供給單元212，使其個別地注入不同種類的淨化氣體至感測管111中(參考第3圖及第4圖)。
在感測管111上部的一側上提供第一淨化氣體供給單元211，並且將第一淨化氣體注入至感測管111中。可使用惰性氣體作為第一淨化氣體，例如氮氣或氫氣。視需要，第一淨化氣體供給單元211可具有控制器221，例如質流控制器(MFC)或自動壓力控制器(APC)，用來控制被注入感測管111的第一淨化氣體的流動或壓力，因此可根據製程來控制第一淨化氣體的流動或壓力。
在感測管111較低部分的一側上提供第二淨化氣體供給單元212，並且將第二淨化氣體注入至感測管111中。可使用製程氣體作為第二淨化氣體，例如氨氣。然而，假如已經使用製程氣體作為第一淨化氣體，那麼則使用惰性氣體作為第二淨化氣體。視需要，第二淨化氣體供給單元212亦可具有控制器222，例如質流控制器(MFC)或自動壓力控制器(APC)，其用來控制被注入感測管111的第二淨化氣體的流動或壓力，因此可根據製程來控制第二淨化氣體的流動或壓力。
根據本發明的第二示例性實施例的化學氣相沈積(CVD)設備，因為通過感測管111一起釋放淨化氣體與大量的氨氣，所以可更有效率的避免製程氣體回流至感測管111中。
根據本發明的第一及第二示例性實施例，化學氣相沈積(CVD)設備由感測管111的內側連續地釋放淨化氣體或氨氣至位於感測管111底端的出口112，因此避免製程氣體被導引至感測管111中。
因此，非接觸式溫度計200可準確地透過感測管111來感測基板S或基座120的溫度，因此可以高品質來沈積薄膜。
而且，能夠放大感測管111的出口112，該出口112為了要避免製程氣體被導引至感測管111中，因此形成越窄的出口越好。當放大感測管111的出口112時，非接觸式溫度計200可使用具有較低開口數相對便宜的物鏡。因此，即使非接觸式溫度計200為相對便宜並且具有較低性能，但其性能足夠準確的感測溫度。
本發明的第二示例性實施例的實驗結果顯示，具有直徑為2.6mm的傳統感測管出口在光度高溫計的解析度以及溫度感測性能上是與以下實施例相似，該實施例放大出口112到其具有3.5mm的直徑，並且該光度高溫計具有與傳統光度高溫計比較起來低10%或更多的開口數。
同時，根據本發明的第一及第二示例性實施例，可以複數型態來設置與形成非接觸式溫度計200與感測管111，用以感測位於複數個位置上的基板S與基座120。
以下，將根據本發明的示例性實施例來描述一種控制化學氣相沈積(CVD)設備的方法。第5圖是根據本發明的一示例性實施例的一種控制化學氣相沈積(CVD)設備的方法的流程圖。
在此示例性實施例中，控制化學氣相沈積(CVD)設備的方法，其包含：在操作S100中，將基板S放置在裝設在腔室100內側的基座120上方；在操作S200中，加熱基板S或基座120；在操作S300中，將製程氣體注入該腔室100中；在操作S400中，透過感測管111注入淨化氣體；在操作S500中，控制淨化氣體的壓力；在操作S600中，透過感測管111來感測基板S或基座120的溫度；以及在操作S700中，控制基板S或基座120的溫度。
在根據此示例性實施例的化學氣相沈積(CVD)設備中，在操作S100中，至少一個基板S被放置在腔室100內側的基座120上，用以執行與基板S相關的沈積製程。
在操作S200中，用來控制溫度的加熱器130將基座120及/或基板S加熱。為了將基座120及/或基板S加熱，根據製程中所需的溫度，加熱器130可改變其溫度由600℃至1300℃。在藉由加熱器130來加熱基板S的狀態下，在操作S300中，當使用示例方法將III及V族製程氣體供給至基板S時，在基板S上生長氮化鎵層。
同時，一般是在製造發光二極體(LED)時執行用來生長氮化鎵層的磊晶製程。在此例子中，改變基板的溫度以及製程氣體的種類來生長量子井(quantum-well)層。在此時，改變溫度必需準確地執行以高品質來製造LED。
儘管溫度是藉由加熱器130來調整，為了有效率地達到加熱器130的溫度調整，溫度感測構件200必須準確的感測基板S或基座120的溫度。
然而，在製程期間，某些製程氣體會被導引通過感測管111的出口112且沈積在感測管111的內壁或溫度感測構件200的透鏡部分上。尤其是，假如雜質被沈積在透鏡部分上，在感測溫度上會產生許多誤差。
因此，在操作S400中，淨化氣體例如氮氣、氫氣或氨氣(亦即，一部分的製程氣體)被注入感測管111中，並且透過感測管111的出口112被釋放，其可避免製程氣體透過感測管111的出口112回流至感測管111中。
假如為了避免製程氣體回流，而將氮氣或氫氣大量的注入感測管111中，導致注入大量的淨化氣體至處理室中且會擾亂磊晶製程本身。因此，在操作S500中，根據製程提供控制器220，例如質流控制器(MFC)或自動壓力控制器(APC)，用來控制被注入感測管111的淨化氣體的流動或壓力，藉此控制淨化氣體的流動或壓力。
以前述的配置，在操作S600中，溫度感測構件200可準確地感測基板S或基座120的溫度。而且，在操作S700中，加熱器130可根據準確感測的溫度來精確地控制溫度。結果，可以高品質來製造發光二極體(LED)元件。
當參考示例性實施例來詳盡地說明及描述本發明時，在熟悉此技術領域者應瞭解到，可在不偏離藉由附加申請專利範圍所界定的本發明精神及範疇下，可實施各種形式與細節的變化。示例性實施例僅視為描述意思且無意圖作為限制。因此，本發明的範疇並非以[實施方式]來界定而是以附加的申請專利範圍來界定，並且所有在範疇內的變化將被理解為包含在本發明之中。
100．．．腔室
110．．．製程氣體供給單元
111．．．感測管
112．．．出口
113．．．視窗
114．．．第一製程氣體供給通道
115．．．第二製程氣體供給通道
116．．．冷卻通道
120．．．基座
130．．．加熱器
140．．．襯墊
150．．．分隔壁面
160．．．旋轉軸
170．．．馬達
180．．．孔洞
190．．．排放管
200．．．非接觸式溫度計
210．．．淨化氣體供給單元
211．．．第一淨化氣體供給單元
212．．．第二淨化氣體供給單元
220．．．控制器
221．．．第一控制器
222．．．第二控制器
S．．．基板
第1圖是根據本發明的第一示例性實施例來圖示一種化學氣相沈積(CVD)設備的截面圖。
第2圖是根據本發明的第一示例性實施例來圖示在化學氣相沈積(CVD)設備中的感測管的截面圖。
第3圖是根據本發明的第二示例性實施例來圖示一種化學氣相沈積(CVD)設備的截面圖。
第4圖是根據本發明的第二示例性實施例來圖示在化學氣相沈積(CVD)設備中的感測管的截面圖。
第5圖是根據本發明的一示例性實施例的一種控制化學氣相沈積(CVD)設備的方法的流程圖。
100．．．腔室
110．．．製程氣體供給單元
111．．．感測管
113．．．視窗
120．．．基座
130．．．加熱器
140．．．襯墊
150．．．分隔壁面
160．．．旋轉軸
170．．．馬達
180．．．孔洞
190．．．排放管
200．．．非接觸式溫度計
210．．．淨化氣體供給單元
220．．．控制器
S．．．基板

Claims (18)

  1. 一種化學氣相沈積(CVD)設備，包含：一腔室；一基座，該基座被提供在該腔室的內側且在該基座上放置一基板；一製程氣體供給單元，該製程氣體供給單元被放置在該基座上方且提供製程氣體；一感測管，該感測管被放置在該基座上方且開口朝向該基座或該基板；一溫度感測構件，該溫度感測構件被裝設在該感測管的一端且透過該感測管來感測該基座或該基板的溫度；以及一淨化氣體供給單元，該淨化氣體供給單元將淨化氣體注入該感測管中；其中該感測管包含一出口，該出口的直徑小於該感測管主體的一內徑，且該淨化氣體透過該出口被釋放，以避免該製程氣體透過該感測管的該出口回流至該感測管。
  2. 如申請專利範圍第1項之化學氣相沈積(CVD)設備，其中注入該感測管中的該淨化氣體包含由以下選擇的一種氣體：氮氣、氫氣以及氨氣。
  3. 如申請專利範圍第1項之化學氣相沈積(CVD)設備， 其中該淨化氣體供給單元更進一步包含一控制器，用來控制被注入該感測管中的該淨化氣體供給量。
  4. 如申請專利範圍第1項之化學氣相沈積(CVD)設備，其中該感測管包含一中空結構穿透該淨化氣體供給單元。
  5. 如申請專利範圍第1項之化學氣相沈積(CVD)設備，更進一步包含一視窗，介於該感測管與該溫度感測構件之間。
  6. 如申請專利範圍第5項之化學氣相沈積(CVD)設備，該視窗包含石英。
  7. 如申請專利範圍第1項之化學氣相沈積(CVD)設備，其中該溫度感測構件包含一非接觸式溫度計。
  8. 一種化學氣相沈積(CVD)設備，包含：一腔室；一基座，該基座被提供在該腔室內側且在該基座上放置一基板；一製程氣體供給單元，該製程氣體供給單元被放置在該基座上方且提供製程氣體；一感測管，該感測管被放置在該基座上方且開口朝向該基座或該基板； 一溫度感測構件，該溫度感測構件被裝設在該感測管的一端且透過該感測管來感測該基座或該基板的溫度；一第一淨化氣體供給單元，將第一淨化氣體注入該感測管中；以及一第二淨化氣體供給單元，將第二淨化氣體注入該感測管中；其中該感測管包含一出口，該出口的直徑小於該感測管主體的一內徑，且該淨化氣體透過該出口被釋放，以避免該製程氣體透過該感測管的該出口回流至該感測管。
  9. 如申請專利範圍第8項之化學氣相沈積(CVD)設備，其中該第一淨化氣體包含氮氣及氫氣之一者，以及該第二淨化氣體包含氨氣。
  10. 如申請專利範圍第8項之化學氣相沈積(CVD)設備，其中該第一淨化氣體供給單元更進一步包含一第一控制器，用以控制注入該感測管中的該第一淨化氣體供給量，以及該第二淨化氣體供給單元更進一步包含一第二控制器，用以控制注入該感測管中的該第二淨化氣體供給量。
  11. 如申請專利範圍第8項之化學氣相沈積(CVD)設備，其中該感測管包含一中空結構穿透該淨化氣體供給單元。
  12. 如申請專利範圍第8項之化學氣相沈積(CVD)設備，更進一步包含一視窗，其位於該感測管之一上端處。
  13. 如申請專利範圍第12項之化學氣相沈積(CVD)設備，該視窗包含石英。
  14. 如申請專利範圍第8項之化學氣相沈積(CVD)設備，其中該溫度感測構件包含一非接觸式溫度計。
  15. 一種控制化學氣相沈積(CVD)設備的方法，該方法包含：將一基板放置在提供在一腔室內側的一基座上；加熱該基板及/或該基座；將製程氣體注入該腔室中；將淨化氣體注入一感測管中以避免該製程氣體回流至該感測管；以及透過該感測管來感測該基板或該基座的溫度；其中該感測管的該出口直徑小於該感測管主體的一內徑，且該淨化氣體透過該出口被釋放，以避免該製程氣體透過該感測管的該出口回流至該感測管。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中注入該感測管中的該淨化氣體包含由以下選擇之一種氣體：氮氣、氫氣以及氨氣。
  17. 如申請專利範圍第15項之方法，更進一步包含控制注入該感測管的該淨化氣體之一供給量。
  18. 如申請專利範圍第15項之方法，更進一步包含控制該基板或該基座的溫度。
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