化学气相沉积装置的温度控制方法

摘要

本发明提供了化学气相沉积装置的温度控制方法。该方法可以准确地了解晶座的表面温度与基板的表面温度之间的差异而无需使用复杂并且昂贵的设备。该方法包括以下步骤：检测顶表面上装载有基板的晶座的旋转状态；测量所述晶座的顶表面的温度；基于检测到的旋转状态和测量出的温度来计算所述晶座的顶表面的温度分布；以及基于计算出的温度分布来控制所述晶座的顶表面的温度。

权利要求

1.一种用于化学气相沉积装置的温度控制方法，该方法包括以下步骤：

检测顶表面上装载有基板的晶座的旋转状态；

测量所述晶座的顶表面的温度；

基于检测到的旋转状态和测量出的温度来计算所述晶座的顶表面的温度分布；以及基于计算出的温度分布来控制所述晶座的顶表面的温度。

2.根据权利要求1所述的温度控制方法，其中，所述旋转状态包括所述晶座的旋转角度或者所述晶座的旋转时间。

3.根据权利要求1所述的温度控制方法，其中，所述温度分布包括针对各个旋转角度的温度分布或者针对各个旋转时间的温度分布。

4.根据权利要求1所述的温度控制方法，其中，计算温度分布的步骤还包括向所述晶座的顶表面上的所述温度分布的各个区域分配标识符，而控制所述晶座的顶表面的温度的步骤包括：当从所分配的标识符中选择一个标识符时，将与用户所选定的标识符相对应的区域的温度与预设的基准温度进行比较，以控制所述晶座的顶表面的温度。

5.根据权利要求4所述的温度控制方法，其中，控制所述晶座的顶表面的温度的步骤包括：将被分配了用户选定的标识符的区域的平均温度或者实时温度与所述预设的基准温度进行比较，以控制所述晶座的顶表面的温度。

6.根据权利要求1所述的温度控制方法，其中，计算温度分布的步骤包括：基于预定温度将所述温度分布分为高温区域和低温区域，其中，所述高温区域是测量出的温度比所述晶座的顶表面的平均温度高了预设比率的区域，而所述低温区域是测量出的温度比所述晶座的顶表面的平均温度低了预设比率的区域。

7.根据权利要求6所述的温度控制方法，该温度控制方法还包括向所述低温区域和所述高温区域中的每一个分配标识符，并且控制所述晶座的顶表面的温度的步骤包括：当从所分配的标识符中选择一个标识符时，将与用户选定的标识符相对应的区域的温度与预设的基准温度进行比较，以控制所述晶座的顶表面的温度。

8.根据权利要求6所述的温度控制方法，其中，计算所述晶座的顶表面的温度分布的步骤包括：将所述基板的周边部分的温度变化区域从所述高温区域或所述低温区域中排除出去。

9.根据权利要求8所述的温度控制方法，其中，所述温度变化区域是温度变化大于预设值的区域。

10.根据权利要求9所述的温度控制方法，其中，所述温度变化区域是在预设时间内平均温度变化大于预设温度变化的区域。

11.根据权利要求6所述的温度控制方法，其中，计算所述晶座的顶表面的温度分布的步骤包括：基于所输入的基板偏位信息将所述基板偏位信息中的晶座区域与所述高温区域进行匹配，以及将所述基板偏位信息中的基板区域与所述低温区域进行匹配。

12.根据权利要求11所述的温度控制方法，其中，匹配所述基板区域的步骤包括：将所述基板区域与所述低温区域进行匹配，以使所述基板区域的中央部分或边界部分的角度与所述低温区域的中央部分或边界部分的角度之间的偏差最小化。

13.根据权利要求11所述的温度控制方法，其中，匹配所述晶座区域的步骤包括：将所述晶座区域与所述高温区域进行匹配，以使所述晶座区域的中央部分或边界部分的角度与所述高温区域的中央部分或边界部分的角度之间的偏差最小化。

说明书

化学气相沉积装置的温度控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及基板处理装置的温度控制方法，更具体地说，涉及一种化学气相沉积装置的温度控制方法。

背景技术

[0002] 化学气相沉积装置是这样一种装置，向反应室(chamber)内供应处理气体，以在反应室内的基板上沉积薄膜。在一种使用这样的化学气相沉积装置的薄膜沉积处理中，反应室内的均匀温度分布显著影响了薄膜的质量。具体地说，在金属有机化学气相沉积(MOCVD)中，当执行均匀温度控制时，可以得到高质量的发光器件。为了有效控制温度，应当准确地了解晶座顶表面上的温度分布。结果，可以准确地了解施加于加热器的电力。

[0003] 除了晶座顶表面上的温度分布之外，晶座顶表面上装载的基板的表面温度与晶座的表面温度之间也存在温差。在现有技术中，对反应室内的温度进行了控制，而没有将晶座的表面温度与基板的表面温度分开。然而，为了实现更均匀的温度分布，应当准确测量这两个表面温度之间的差异。此外，还有一个问题，应当另外安装非常复杂并且昂贵的装置来准确地测量温差。

发明内容

[0004] 本发明提供了一种温度控制方法，该温度控制方法准确地了解了晶座顶表面的温度分布，从而实现了均匀的温度分布。更具体地说，本发明提供了一种温度控制方法，其中，晶座的表面温度可以与基板的表面温度彼此分离，可以考虑表面温度的差异。

[0005] 根据本发明一个方面，一种用于化学气相沉积装置的温度控制方法包括以下步骤：检测顶表面上装载有基板的晶座的旋转状态；测量晶座的顶表面的温度；基于检测到的旋转状态和测量出的温度来计算晶座的顶表面的温度分布；以及基于计算出的温度分布来控制晶座的顶表面的温度。

[0006] 检测旋转状态的步骤中的所述旋转状态可以包括晶座的旋转角度或者旋转时间。

[0007] 计算温度分布的步骤中的所述温度分布可以包括针对各个旋转角度的温度分布或针对各个旋转时间的温度分布。

[0008] 计算温度分布的步骤还可以包括：向晶座的顶表面上的温度分布的区域(section)分配标识符；而控制晶座的顶表面的温度的步骤可以包括：将被分配了用户选定的标识符的区域的温度与预设的基准温度进行比较，以控制晶座的顶表面的温度。

[0009] 控制晶座的顶表面的温度的步骤可以包括：将被分配了用户选定的标识符的区域的平均温度或者实时温度与预设的基准温度进行比较，以控制晶座的顶表面的温度。

[0010] 计算温度分布的步骤可以包括：基于预定温度将所述温度分布分为高温区域和低温区域。

[0011] 高温区域可以是测量出的温度比晶座的顶表面的平均温度高了预设比率的区域，而低温区域是测量出的温度比晶座的顶表面的平均温度低了预设比率的区域。

[0012] 该温度控制方法可以包括以下步骤：向所述低温区域和所述高温区域各分配标识符；并且控制晶座的顶表面的温度的步骤可以包括：将被分配了用户选定的标识符的区域的温度与预设的基准温度进行比较，以控制晶座的顶表面的温度。

[0013] 计算晶座的顶表面的温度分布的步骤可以包括：将基板的周边部分的温度变化区域从所述高温区域或所述低温区域中排除出去。

[0014] 所述温度变化区域可以是温度变化大于预设值的区域。

[0015] 所述温度变化区域可以是在预设时间内平均温度变化大于预设温度变化的区域。

[0016] 计算晶座的顶表面的温度分布的步骤可以包括：基于所输入的基板偏位(displacement)信息将基板偏位信息中的晶座区域与所述高温区域进行匹配，以及将基板偏位信息中的基板区域与所述低温区域进行匹配。

[0017] 匹配基板区域的步骤可以包括：将基板区域与所述低温区域进行匹配，以使所述基板区域的中央部分或边界部分的角度与所述低温区域的中央部分或边界部分的角度之间的偏差最小化。

[0018] 匹配晶座区域的步骤可以包括：将晶座区域与所述高温区域进行匹配，以使所述晶座区域的中央部分或边界部分的角度与所述高温区域的中央部分或边界部分的角度之间的偏差最小化。

附图说明

[0019] 通过参照附图来详细说明本发明的示例实施方式，本发明的上述和其它特征和优点将变得更加明显，附图中：

[0020] 图1是根据本发明示例实施方式的化学气相沉积装置的示意性剖视图；

[0021] 图2是根据本发明另一种示例实施方式的化学气相沉积装置的示意性剖视图；

[0022] 图3是旋转识别标记和旋转识别传感器的放大图；

[0023] 图4是示出根据本发明另一种实施方式的旋转识别标记和旋转识别传感器的操作的示意性平面图；

[0024] 图5是示出预设基板偏位角度信息和晶座顶表面的一部分的示意图；

[0025] 图6是示出化学气相沉积装置的温度控制方法的流程图；

[0026] 图7是示出温度传感器的测量值的示例随时间的曲线图；

[0027] 图8是示出根据预设的基板偏位角度将高温区域和低温区域与晶座区域或者基板区域进行匹配的过程的图示。

具体实施方式

[0028] 现在将参照附图更全面地说明本发明，附图中示出了本发明的示例实施方式。然而，可以以不同形式实施本发明，不应该理解为将本发明限于本文所述的实施方式。相反，提供这些实施方式以使得本公开更加全面、完整，将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在附图中，为阐释清楚起见，可以放大层和区域的维度。附图中的类似附图标记表示类似的元件。

[0029] 图1是根据本发明示例实施方式的化学气相沉积装置的示意性剖视图。

[0030] 参照图1，根据本示例实施方式的化学气相沉积装置包括：反应室10、晶座40、气体供应部分30、加热器50a和50b、温度传感器20a和20b、旋转识别标记61a、旋转识别传感器62a、加热器控制部分71、旋转识别传感器控制部分72、温度传感器控制部分73和主控制部分74。

[0031] 在金属有机化学气相沉积(MOCVD)装置用作根据本示例实施方式的化学气相沉积装置的情况下，将第三组气体和第四组气体从气体供应部分30注入到放置在晶座40顶表面的基板容器(pocket)41中的基板上。

[0032] 温度传感器20a和20b可以布置在反应室10的上侧，以检测晶座40的顶表面的温度。另选地，如果晶座40上装载的基板的温度适于测量，则温度传感器20a和20b可以布置在晶座40的侧表面或底表面上。

[0033] 可以将利用从物体反射的光来以非接触式方式测量温度的高温计(pyrometer)作为温度传感器20a和20b。例如，可以将利用约700Hz频率来测量表面温度的高温计作为温度传感器20a和20b。

[0034] 由于气体供应部分30布置在温度传感器20a和20b与晶座40之间，所以可以在气体供应部分30处形成通孔31，以接收从晶座40的顶表面反射的光。

[0035] 可以在相对于晶座40的旋转轴42的半径方向上设置多个温度传感器20a和20b。因此，可以检测出温度根据与晶座40的旋转轴42的距离的分布。

[0036] 基板容器41中放置有顶表面上应当形成有薄膜的基板。基板容器41可以在晶座40的顶表面上设置多个。

[0037] 可以在晶座40内部设置多个加热器50a和50b，它们都为环状(doughnut shape)，并对晶座40进行加热。加热器控制部分71可以独自控制多个加热器50a和50b。也就是说，加热器控制部分71可以均匀地或者成比例地或者单独地控制多个加热器50a和50b的温度。

[0038] 晶座40可以围绕旋转轴42高速旋转，但是，加热器50a和50b可以保持为静止状态。

[0039] 旋转识别标记61a可位于晶座40的底表面上，而用来检测旋转识别标记61a的旋转识别传感器62a可位于反应室10的外部。

[0040] 旋转识别标记61a不限于上述位置。例如，旋转识别标记61a可位于旋转识别标记61a与晶座40一起旋转的另一个位置。旋转识别标记61a可包括凹部分和凸部分，还可包括反射部分。

[0041] 旋转识别标记61a不限于特定构造。例如，根据旋转识别传感器62a的感测方法，可以以旋转识别传感器62a能够识别的各种形状和材料来形成旋转识别标记61a。

[0042] 检测旋转识别标记的方法有多种。举个例子，有这么一种方法，通过检测如下过程来了解旋转识别标记61a是否经过了旋转识别传感器61a和62a：从旋转识别传感器62a发出的光经过透明窗63到达旋转识别标记61a，然后，从旋转识别标记61a反射的光再次经过透明窗63到达旋转识别传感器62a。也就是说，根据这种方法，检测出了晶座40的底表面的表面构造变化。

[0043] 图2是根据本发明另一种示例实施方式的化学气相沉积装置的示意性剖视图。

[0044] 图3是旋转识别标记和旋转识别传感器的放大图。为简便起见，将用同样的附图标记来指示与前述实施方式相似的部分。

[0045] 参照图2，可以邻近晶座40的旋转轴42来布置旋转识别传感器62b。旋转识别传感器62b的一侧发光，另一侧检测所发出的光。旋转识别标记61b可位于晶座40的旋转轴42上。旋转识别传感器62b可以检测旋转识别标记61b在经过旋转识别传感器62b时遮光的时刻。

[0046] 图4是示出根据本发明另一种实施方式的旋转识别标记和旋转识别传感器的操作的示意性平面图。

[0047] 参照图4(a)，提供了一种旋转识别标记61b。在这种情况下，旋转识别传感器62b可以每360度地检测旋转状态。这里，检测旋转状态的时间段越短，旋转状态的检测就越精确。因此，可以围绕着晶座的旋转轴放射状地布置多个旋转识别标记。

[0048] 参照图4(b)，提供了两个旋转识别标记61b。在这种情况下，旋转识别传感器62b可以每180度地检测旋转状态。

[0049] 参照图4(c)，提供了四个旋转识别标记61b。在这种情况下，旋转识别传感器62b可以每90度地检测旋转状态。

[0050] 参照图4(d)，提供了四个旋转识别标记61b和两个旋转识别传感器62b。在这种情况下，旋转识别传感器62b可以每45度地检测旋转状态。与图4(a)相比，由于检测旋转状态的时间段变短，所以即使晶座以相对较慢的速度旋转，也能够更精确地检测旋转状态。

[0051] 参照图4(e)，提供了两个旋转识别标记61b和四个旋转识别传感器62b。在这种情况下，旋转识别传感器62b可以每45度地检测旋转状态。

[0052] 参照图4(f)，提供了八个旋转识别标记61b和一个旋转识别传感器62b。在这种情况下，旋转识别传感器62b可以每45度地检测旋转状态。当多个旋转识别标记密集排布时，即使晶座以相对较慢的速度旋转，也能够更精确地检测旋转状态。

[0053] 图5是示出预设基板偏位角度信息和晶座顶表面的一部分的示意图。

[0054] 参照图5，示出了针对各个区域设置标识符(ID)以标识各个晶座区域和基板区域的处理。基于将基板容器41(其中，基板首先放置在它最外面的位置)的中心连接到晶座中心的直线，可以将整个区域划分为十二个基板区域和十二个晶座区域(例如，第一基板区域被设置在0°到14.5°的范围内，第一晶座区域被设置在14.5°到15.5°的范围内，第二基板区域被设置在15.5°到44.5°的范围内，第二晶座区域被设置在44.5°到45.5°的范围内等)。标识符ID不限于阿拉伯数字。例如，标识符ID可以被设置为字母或者其它字符。类似地，可以按照与上述方法类似的方式来设置从晶座的中心向内布置的基板区域和晶座区域。

[0055] 如上所述，可以通过将所划分的晶座区域和基板区域分别与要输入主体内的标识符ID进行匹配来计算基板偏位角度信息。

[0056] 图6是示出化学气相沉积装置的温度控制方法的流程图。

[0057] 参照图6，首先，可以在操作S101中执行如下处理：输入温度传感器的位置信息、旋转识别标记的位置信息，或者基准温度。

[0058] 接着，可以在操作S103中执行如下处理：利用旋转识别传感器和温度传感器来计算晶座顶表面的温度分布。

[0059] 执行操作S103的方法有多种。举个例子，可以在操作S103a中利用旋转识别传感器来计算晶座的旋转角度(或者旋转时间)，可以在操作S103b中将旋转角(或旋转时间)与温度传感器的测量值进行匹配，以得到针对每个角度的温度分布(或针对每个时间的温度分布)。例如，在提供了四个旋转识别标记的情况下，在检测旋转识别标记的时间段内，晶座可以旋转约90度。结果，可以计算所经过的时间内的旋转速度和旋转角度。

[0060] 图7是示出温度传感器的测量值随时间的曲线图的示例。

[0061] 参照图7，一般而言，基板区域W1、W2、W3和W4的温度要低于晶座区域S1、S2和S3的温度。在基板的周边部分出现了温度不稳定的温度变化区域C。在操作S103b中，可以得到图7所示的温度分布。

[0062] 再次参照图6，可以执行处理(S105)，将温度分布划分为高温区域和低温区域。

[0063] 将温度分布划分为高温区域和低温区域的方法有多种。举个例子，可以计算平均温度，然后，将温度高于计算出的平均温度的区域定义为高温区域，而将温度低于计算出的平均温度的区域定义为低温区域。

[0064] 另选地，当在预设的误差范围内重复测得一特定温度时，可以将该特定温度的高温部分定义为高温区域，而将该特定温度的低温部分定义为低温区域。

[0065] 另选地，在步骤S105a中，从温度分布中排除在预设单位时间内平均温度变化大于预设的温度变化的区域。因此，可以从温度分布中排除基板的周边部分上出现的温度变化区域。然后，在步骤S105b中，通过对各个区域的平均温度进行相互比较，可以将比例大于预设比例的区域定义为高温区域，将比例低于预设比例的区域定义为低温区域。

[0066] 参照图7，用T1来表示具有约710摄氏度或者更高的相对高温的区域，用T2来表示具有约710摄氏度或者更低的相对低温的区域。可以将除了温度变化区域C之外的区域W1、W2、W3和W4定义为基板区域，而将除了温度变化区域C之外的区域S1、S2和S3定义为晶座区域。

[0067] 再次参照图6，可以在操作S106中执行如下处理：在预设的基板偏位角度信息中，将晶座区域与高温区域进行匹配，并将基板区域与低温区域进行匹配。

[0068] 图8是示出根据预设的基板偏位角度将高温区域和低温区域与晶座区域或者基板区域进行匹配的过程的图示。匹配方法有许多种，图8中示出了一种示例。

[0069] 首先，如图8所示，根据温度传感器的测量值来准备其中定义了低温区域和高温区域的数据。接着，如图8所示，基于预设的基板偏位角度，准备如图8所示定义的晶座区域和基板区域。在计算机软件中，晶座的角度基准点可以按照顺时针方向或者逆时针方向以预定角度围绕晶座的旋转轴旋转，以使得基板区域和晶座区域的偏位角度逼近高温区域和低温区域的偏位角度。

[0070] 如图8所示，一种逼近的具体方法包括：将基板放置在高温区域和低温区域的边界值与晶座区域和基板区域的边界值之间的角度偏差值最小的方向上。

[0071] 如图6所示，另一种逼近的具体方法是：将晶座区域或者基板区域与高温区域或者低温区域进行匹配，以使晶座区域或者基板区域的中央部分的角度与高温区域或者低温区域的中央部分的角度之间的平均偏差最小化。

[0072] 除了各个区域的中央部分之外，可以根据用户的设置来匹配各个区域中的更多受限的特定区域。

[0073] 可以执行从高温区域和低温区域中排除温度变化区域的处理。温度变化区域表示基板的周边区域上的温度连续变化的区域(图7中用标记C表示的区域)。

[0074] 排除温度变化区域的方法有许多种。举个例子，在操作S106b中，从晶座区域或者基板区域中排除在预设单位时间内平均温度变化大于预设温度变化的区域。

[0075] 在操作S106之后，在操作S107中，为晶座区域和基板区域各分配标识符ID。然后，在操作S109中，可以基于分配了由用户选择的标识符ID的区域的温度来控制加热器。由于要分配标识符ID的特定区域是由用户选择的，所以可以标识需要由用户测量的区域，并且可以进行精确的温度控制。

[0076] 所选择的位置可以是基板的顶表面、晶座在基板之间的表面以及连接晶座的旋转轴和旋转识别标记的旋转轴的直线上的位置。

[0077] 如图7所示，例如，可以从W1、W2、W3、W4、S1、S2和S3中选择要调节温度的对象位置。标识符ID可以将特定数字与W1、W2、W3、W4、S1、S2和S3中的每一个相匹配，或者将特定字母与W1、W2、W3、W4、S1、S2和S3中的每一个相匹配。

[0078] 选择了所分配的标识符后，将测得的温度和与所选择的标识符ID相对应的区域中的预设基准温度进行比较。结果，当该温度较低时，增大施加于加热器的电力，而当该温度较高时，减小施加于加热器的电力。

[0079] 如上所述，由于使用了旋转识别标记和旋转识别传感器，所以可以精确地了解晶座的实际旋转状态。

[0080] 并且，可以精确地了解晶座的需要由用户测量的特定区域的温度。

[0081] 并且，利用相对简单的装置，可以以高可靠性来测量晶座的实际旋转状态。

[0082] 尽管参照本发明的示例实施方式具体示出并说明了本发明，但是，本领域技术人员将理解，无需脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围可以得到形式和细节上的各种变化。因此，本发明的实施方式的将来的修改不能脱离本发明的技术范围。

[0083] 本申请要求2009年12月16日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2009-0125296的优先权，并且通过引用将其全部内容并入本文。