(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にＩＩＩ〜Ｖ族膜をエピタキシャル成長させるシステムであって、前記システムは、
前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜を成長させる堆積チャンバと、
前記堆積チャンバに結合された移送チャンバと、
前記移送チャンバに結合されたレーザ光源であって、室温よりも高い第１の温度において、前記基板が前記移送チャンバ内に配置されている間に、前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜の一部分を照射する、レーザ光源と、
前記移送チャンバに結合され、前記照射された部分からの発光スペクトルを収集する、分光計と、
前記移送チャンバに結合され、前記収集された発光スペクトルに基づいて前記第１の温度の推定値を決定するとともに、前記収集された発光スペクトルおよび前記推定された温度に基づいて前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜の室温バンドギャップエネルギーを推定する、システムコントローラと
を含む、システム。
【請求項２】
前記レーザ光源は、前記移送チャンバ内のウインドウを通して、コリメートされたビームで前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜を照射し、前記レーザ光源は、前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜の頂面に入射する光で、前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜の部分を照射し、前記分光計は、前記移送チャンバを貫通する集光ファイバを介して前記移送チャンバに結合されて、前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜の頂面に垂直な光を収集する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記レーザ光源は、前記第１の温度にあるときに、前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜の下に配置された半導体基層によって吸収される波長で発光する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記レーザ光源は、約３７５ｎｍの波長で発光し、前記分光計は、前記半導体基層および前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜の両方からの発光バンドを含む範囲にわたって、スペクトルを記録する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記半導体基層のバンドギャップエネルギーを温度と関連づける第１の情報を含むデータベースをさらに含み、前記コントローラは、前記半導体基層発光バンドに基づいて前記第１の温度を推定する、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜の室温バンドギャップエネルギーを温度と関連づける第２の情報を含むデータベースをさらに含み、前記コントローラは、前記第２の情報にアクセスして、室温における前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜のバンドギャップエネルギーを決定する、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記コントローラが、前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜の決定された室温バンドギャップエネルギーに基づいて、前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜がその後に処理された基板上で成長する、成長温度を修正する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記移送チャンバに結合されて、前記第１の温度において前記基板が前記移送チャンバ内に配置されている間に、前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜の一部分を照射する白色光源をさらに含み、
前記分光計が、前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜の下に配置された半導体基層によって吸収される波長を含む波長範囲にわたって、前記照射された部分からの反射スペクトルを収集する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラは、前記反射スペクトルから決定された吸収エッジに基づいて、第１の温度を推定し、前記コントローラは、前記反射スペクトルから決定された半導体基層の厚さに基づいて、その後の基板上で実行される半導体基層成長の継続期間を修正する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記白色光源および前記分光計が、分岐光ファイバで前記移送チャンバに結合されており、前記分岐光ファイバは、前記移送チャンバ内に装着された第１の端部、前記白色光源に装着された第２の端部、および前記分光計に装着された第３の端部を有する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
基板上にＩＩＩ〜Ｖ族膜をエピタキシャル成長させる方法であって、
前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜を堆積チャンバ内で成長させること、
前記堆積チャンバから、前記堆積チャンバに結合された移送チャンバ内に、前記基板を転置すること、
室温よりも高い第１の温度において、前記基板が前記移送チャンバ内に配置されている間に、前記移送チャンバに結合されたレーザ光源で、前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜の一部分を照射すること、
前記照射された部分からの発光スペクトルを前記移送チャンバに結合された分光計で収集すること、
前記収集された発光スペクトルに基づいて前記第１の温度の推定値を決定すること、および
前記収集された発光スペクトルおよび前記第１の温度の前記推定値に基づいて、前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜の室温バンドギャップエネルギーを推定すること
を含む、方法。
【請求項１２】
前記レーザ光源は、前記第１の温度にあるときに、前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜の下に配置された半導体基層によって吸収される波長で発光し、前記分光計は、前記半導体基層および前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜の両方からの発光バンドを含む範囲にわたって、スペクトルを記録し、
前記半導体基層発光バンドに基づくとともに、前記半導体基層のバンドギャップエネルギーを温度と関連づける情報に基づいて、前記第１の温度の前記推定値が決定される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜の室温バンドギャップエネルギーを決定することが、ＩＩＩ〜Ｖ族発光バンドのピークを決定し、前記第１の温度の推定値に基づくとともに、前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜の室温バンドギャップエネルギーを温度と関連づける情報とに基づいて、前記ピークを室温に補正することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の温度において前記基板が前記移送チャンバ内に配置されている間に、前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜の一部分を照射すること、
前記ＩＩＩ〜Ｖ族膜の下に配置された半導体基層によって吸収される波長を含む波長範囲にわたって、前記分光計で、前記照射された部分からの反射スペクトルを収集すること、および
前記反射スペクトルから決定された吸収エッジに基づいて、前記第１の温度を推定することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
軸外検出器で、前記照射された部分によって散乱された光を収集すること、および
前記収集された散乱光に基づいて、粒子または粗さの尺度を決定することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年９月１４日出願の「TRANSFER CHAMBER METROLOGY FOR IMPROVED DEVICE YIELD」という名称の米国特許仮出願第６１／３８２８３５号（代理人整理番号０１４８７４／Ｌ／ＡＬＲＴ／ＡＥＰ／ＮＥＯＮ／ＥＳＯＮＧ）の利益を主張するものであり、その全内容を、あらゆる目的のために、その全文を参照することにより本願に組み入れる。
【０００２】
本発明の実施形態は、自動プロセス制御の分野、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）膜スタックにおけるエピタキシャル成長した材料層の計量および制御に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＩＩＩ〜Ｖ族の材料は、半導体デバイス業界および関係業界、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）の業界において益々重要な役割を演じている。基板上にエピタキシャル成長した多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を利用する、ＬＥＤなどのデバイスが有望な技術であるが、そのような構造のエピタキシャル成長は、形成される材料層が非常に薄いこと、およびデバイス特性（例えば、発光波長）が材料およびそれら層の物理的性質に依存することが理由で、困難である。
【０００４】
ＭＱＷ構造の材料および／または物理的性質は、エピタキシチャンバ内部の成長環境に依存する。ＬＥＤ材料スタックの製造後計量が提供する製造制御点は、エピタキシャル成長プロセスの１つが仕様外に逸脱したＬＥＤスタックを形成する事態が発生した場合に、重大な歩留まり損失を回避するためには、下流にありすぎる。しかしながら、ＬＥＤ材料スタックのインサイチュ計量は、エピタキシチャンバおよびその中の環境が、材料特性の観察を不明瞭にするために、利用不能である。
【発明の概要】
【０００５】
発光ダイオード（ＬＥＤ）およびその他の電子デバイスは、ＩＩＩ〜Ｖ族膜の層から製作してもよい。本発明の例示的実施形態は、ＩＩＩ〜Ｖ族膜および、それに限定はされないが、窒化ガリウム（ＧａＮ）膜などの、ＩＩＩ族窒化物膜の成長を制御することに関する。
【０００６】
本明細書においては、エピタキシャル成長パラメータを制御する装置および方法が開示される。具体的な実施形態においては、ＬＥＤ膜スタックの成長は、３つの別個の成長工程を含み、それぞれの工程の後に、基板は、多重チャンバクラスタツールの移送チャンバを通過する。計量は、基板が移送チャンバを通過するときに実行される。実施形態は、基板が上昇温度（高温）である間に、第１チャンバ内で成長したＩＩＩ〜Ｖ族膜のＰＬ測定を含む。他の実施形態においては、膜厚測定、非接触抵抗率測定、ならびに粒子および／または粗さ測定が、ＩＩＩ〜Ｖ族膜がその上に成長される半導体基層を成長させた後に実行される。半導体成長プロセスの制御は、移送チャンバ計量に基づき成長パラメータを修正する、システムコントローラによって実行される。
【０００７】
実施形態に対して、基板は、測定されるときに上昇温度にあり、移送チャンバ内で実行される測定の内の１つまたは複数は、ＩＩＩ〜Ｖ族膜の下に配置される既知の組成を有する基層からの発光に基づいて、上昇温度を推定することによって、室温に温度補正される。他の実施形態においては、温度補正は、収集された白色光反射スペクトルから決定される基層の吸収バンドエッジに基づいている。
【０００８】
本発明の実施形態を、実施例を用いて、添付の図面の図において、限定としてではなく、説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一実施形態による、図１Ａに図示された成長温度制御方法を使用して成長させた、ＧａＮ系ＬＥＤ膜スタックを示す横断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の一実施形態による、移送チャンバ計量を含む、多重チャンバクラスタツールの平面図を示す、ブロック図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の一実施形態による、エピタキシャル成長制御の方法を示す、フロー図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による、図１Ｂに図示されたクラスタツールの移送チャンバ内の半導体基層の厚さ、粒子および／または粗さ、ならびに抵抗率を測定する方法を示すフロー図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の一実施形態による、図１Ｂに図示されたクラスタツールのチャンバ内に配置された基板上のＩＩＩ〜Ｖ族膜のバンドギャップエネルギーを測定する方法を示すフロー図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の一実施形態による、基板が高温である間に、３７５ｎｍのコリメートされたレーザ光によって励起された状態の、図１ＡのＧａＮ系ＬＥＤ膜スタックに対するＰＬスペクトルの図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の一実施形態による、温度の関数としての、ＩＩＩ〜Ｖ族膜および半導体基層のバンドギャップエネルギーのグラフである。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の一実施形態による、図１Ｂに図示されたクラスタツールのチャンバ内に配置された基板上のＩＩＩ〜Ｖ族膜のバンドギャップエネルギーを測定する方法を示すフロー図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の一実施形態による、図１Ｂに図示されたクラスタツールのチャンバ内で測定された半導体基層の白色光反射スペクトルのグラフである。
【図５】本発明の一実施形態による、コンピュータシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の説明において、数多くの詳細を記載する。しかしながら、本発明は、これらの特定の詳細なしに実施してもよいことは、当業者には明白であろう。場合によっては、本発明を不明瞭にするのを避けるために、周知の方法および装置については、詳細に示すのではなく、ブロック図形態で示してある。本明細書を通して、「実施形態」への言及は、その実施形態と関係して記載された、具体的な特徴、構造、機能、または性質が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。すなわち、本明細書を通して、様々な場所において「一実施形態において」という句の出現は、必ずしも、本発明の同一の実施形態を指しているわけではない。さらに、具体的な特徴、構造、機能、または性質は、１つまたは複数の実施形態において、任意好適な方法で組み合わせてもよい。例えば、第１の実施形態は、第２の実施形態と、両方の実施形態が互いに排他的ではない場合に、組み合わせてもよい。
【００１１】
本明細書においては、エピタキシャル成長パラメータを制御する装置および方法が開示される。本明細書に記載する技法を使用して、異なる組成および厚さの広範囲のエピタキシャル膜を成長させてもよいが、発光ダイオード（ＬＥＤ）、およびＩＩＩ〜Ｖ族膜の層から製作される多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有するデバイスが、本装置および方法のいくつかに特に好適である。したがって、本発明の例示的実施形態は、ＩＩＩ〜Ｖ族膜および、それに限定はされないが、窒化ガリウム（ＧａＮ）膜およびその上に成長したＭＱＷ構造などの、ＩＩＩ族窒化物膜の文脈で記載される。例示的実施形態は、特に有利であると考えられる実施形態を説明する役割を果たすが、記載される技法およびシステムは、その他の材料システムおよびデバイスに容易に応用できる。
【００１２】
図１Ａは、本発明の一実施形態により成長された、ＧａＮ系ＬＥＤ膜スタックの横断面図を示す。図１Ａにおいて、ＬＥＤスタック１０５は、基板１５７の上に形成される。一実現形態において、基板１５７は、単結晶サファイアである。考えられるその他の実施形態としては、サファイア基板以外の基板、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化リチウムアルミニウム（γ-ＬｉＡｌＯ２）が挙げられる。
【００１３】
基板１５７の上に配置されるのは１つまたは複数の半導体基層１５８であり、この半導体基層は、それに限定はされないが、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮを含む、任意の数のＩＩＩ族窒化物系材料などの、ＩＩＩ〜Ｖ族材料を含んでもよい。この基層１５８は緩衝層を含んでもよく、この緩衝層は、極性ＧａＮ開始材料（すなわち、最大面積表面が名目的に、ｈ＝ｋ＝０およびｌは非ゼロである、（ｈｋｌ）面である）、無極性ＧａＮ開始材料（すなわち、最大面積表面が、上述の極性方位から、ｌ＝０、かつｈおよびｋの少なくとも一方が非ゼロである、（ｈｋｌ）面に向かって、約８０〜１００度の範囲の角度で配向されている）または半極性ＧａＮ開始材料（すなわち、最大面積表面が、上述の極性方位から、ｌ＝０、かつｈおよびｋの少なくとも一方が非ゼロである、（ｈｋｌ）面に向かって、約＞０〜８０度、または１１０〜１７９度の範囲の角度で配向されている）をもたらす。１つまたは複数の底部ｎ型エピタキシャル層が、底部接触を容易化するために基層１５８にさらに含まれる。底部ｎ型エピタキシャル層は、それに限定はされないが、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮなどの、ドープまたは非ドープのｎ型ＩＩＩ族窒化物系材料としてもよい。
【００１４】
図１Ａにさらに図示されているように、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造１６２が、基層１５８のｎ型エピタキシャル層の上に配置されている。ＭＱＷ構造１６２は、ＬＥＤの動作温度（例えば、室温）において、特有の発光波長をもたらす、当該技術において知られている任意のものでよい。ある実施形態においては、ＭＱＷ構造１６２は、例えば、ＧａＮ内に広範囲のインジウム（Ｉｎ）含有率を有してもよい、ＩＩＩ〜Ｖ族膜を含む。所望の波長（複数を含む）に応じて、ＭＱＷ構造１６２は、成長温度、インジウムとガリウム前駆体との比、その他の関数として、約１０％から４０％超までのモル分率のインジウムを有してもよい。本明細書において記載されるＭＱＷ構造のいずれも、単一量子井戸（ＳＱＷ）または、ＱＷよりも厚さの大きいことを特徴とする二重ヘテロ構造の形態をとってもよいことを理解すべきである。基層１５８およびＭＱＷ構造１６２は、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）チャンバまたは水素化物／ハロゲン化物気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）チャンバ、または当該技術において知られている任意の堆積チャンバにおいて成長させてもよい。当該技術において知られている任意の成長技法を、そのようなチャンバと共に使用してもよい。
【００１５】
１つまたは複数のｐ型エピタキシャル層１６３が、底部ＭＱＷ構造１６２の上に配置されている。このｐ型エピタキシャル層１６３には、ＬＥＤスタック１０５の頂部を形成する、異なる材料組成の１つまたは複数の層を含めてもよい。前記例示的実施形態においては、ｐ型エピタキシャル層１６３は、Ｍｇでドープされた、ｐ型ＧａＮ層およびｐ型ＡｌＧａＮ層の両方を含む。他の実施形態においては、これらの内の１つだけ、例えばｐ型ＧａＮ、が使用される。ＧａＮ系用のｐ型接触層に応用可能な、当該技術において知られている、その他の材料も使用してもよい。ｐ型エピタキシャル層１６３の厚さは、当該技術において知られている限界内で変動してもよい。このｐ型エピタキシャル層１６３はまた、ＭＯＣＶＤまたはＨＶＰＥエピタキシチャンバ内で成長させてもよい。ｐ型エピタキシャル層１６３の成長中のＭｇの組入れは、例えば、エピタキシチャンバへＣｐ２Ｍｇを導入することによってもよい。
【００１６】
トンネル層、ｎ型電流波及層、および（例えば、スタックダイオード実施形態用の）さらなるＭＱＷ構造などの、追加の層（図示せず）を、層１５８、１６２および１６３について述べたのと実質的に同じ方法で、または当該技術で知られている任意の方法で、ＬＥＤスタック１０５の上に配置してもよい。ＬＥＤスタック１０５の成長に続いて、従来式パターン形成およびエッチング技法により、底部ｎ型ＧａＮ層（例えば、開始材料１５８の頂面）およびｐ型エピタキシャル層１６３の領域を露出させる。次いで、当該技術で知られている接点メタライゼーションが、露出された領域に適用されて、ＬＥＤスタック１０５用のｎ型電極接点およびｐ型電極接点を形成する。例示的実施形態において、ｎ型電極は、それに限定はされないが、Ａｌ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ、またはＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕなどの、金属スタックで構成される。例示的ｐ型電極実施形態は、Ｎｉ／ＡｕまたはＰｄ／Ａｕを含む。ｎ型またはｐ型の接点のいずれに対しても、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの透明導体、またはその他当該技術で知られているものも使用してもよい。
【００１７】
図１Ｂは、本発明の一実施形態による、移送チャンバ計量を含む、多重チャンバ式クラスタツール１１０の平面図を示すブロック図である。クラスタツール１１０は、ＬＥＤスタック１０５のような電子デバイススタックを形成するのに使用される、様々な処理ステップを実行する、多重処理チャンバ１０２Ａ，Ｂ、Ｃを備えるモジュール式システムである。処理チャンバ１０２Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれ移送チャンバ１３０に結合されている。本明細書において使用されるときには、移送チャンバとは、基板が処理チャンバへの経路として通過するチャンバであって、移送チャンバ内では実際の膜成長またはその他の材料処理は行われない。この例示的な実施形態においては、移送チャンバ１３０は、処理チャンバ１０２Ａ、Ｂ、Ｃと、基板をそれを介してクラスタツール１１０に装荷し、それから除荷できる、ロードロック（図示せず）との間にある。実施形態においては、移送チャンバ１３０は、基板１３３を移送するように適合されたロボット（図示せず）を収納する、内部体積を有する。このロボットは、１つまたは複数の基板１３３を保持する、基板キャリア１１４を支持し、基板キャリア１１４は、処理チャンバ１０２Ａ、Ｂ、Ｃとバッチロードロックとの間を移送される。しかしながら、移送チャンバのすべての実施形態がロボットを収納するわけではないことに留意されたい。ロードロックは、基板１３３および／またはキャリア１１４用の冷却チャンバとして機能してもよい。移送チャンバ１３０は、蓋（図示せず）を含み、内部容積は、真空状態で維持してもよい。特定の実施形態においては、移送チャンバ１３０の内部容積は、窒素ガスを充填されて、２０トル（Ｔｏｒｒ）から約２００トルの圧力に維持される。
【００１８】
本発明の一観点において、クラスタツール１１０は、システムコントローラ１６１を含み、このシステムコントローラは、様々な基板処理方法および順序を実施して、移送チャンバ計量によって観察されるときに処理結果を分析するように適合されている。多重チャンバ式クラスタツール１１０は、同時に複数の処理モジュールを適合的に制御することのできる、当該技術において知られている任意のプラットフォームとしてもよい。例示的な実施形態としては、Ｏｐｕｓ（登録商標）ＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ（登録商標）システムまたはＣｅｎｔｕｒａ（登録商標）があり、両者は、カリフォルニア州サンタクララ市のＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｃ．により市販されている。
【００１９】
図１Ｂに示す例示的実施形態においては、３つの処理チャンバ１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃが移送チャンバ１３０に結合されているが、６つまたはそれ以上のそのような処理チャンバを移送チャンバ１３０に結合してもよい。図示された実施形態において、３つの処理チャンバ１０２Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれは、半導体膜のエピタキシャル成長を実行するように構成されている。堆積チャンバのそれぞれは、それに限定はされないが、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）チャンバやＨＶＰＥチャンバなどの、任意の種類のものでもよい。その他の実施形態において、処理チャンバ１０２Ａ、Ｂ、Ｃの１つまたは複数は、基板アニーリング用の急速熱処理（ＲＴＰ）チャンバ、エピタキシャル（ＥＰＩ）体積チャンバ、金属層または誘電体層を堆積するように適合された、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ、エッチングチャンバ、またはスパッタリング（ＰＶＤ）チャンバである。この例示的実施形態に対して、処理チャンバ１０２Ａ、Ｂ、Ｃは、キャリア１１４上に配置された、基板１１３または１バッチ分の基板の上に、本明細書の別の箇所で記載した、特定のＩＩＩ〜Ｖ族成長工程を実行する。
【００２０】
２つのエピタキシチャンバの間での基板のＬＥＤ内スタック成長移送を利用する、本明細書に記載された実施形態は、図１Ｂに図示された多重チャンバシステムを使用して実行してもよく、基板１３３および／またはキャリア１１４が、処理が完了するか停止された後に、２つの処理チャンバの間の経路として、またはロードロックへの経路として、移送チャンバ１３０を通過して転置させられるときに、計量工程が、少なくとも１回、行われる。
【００２１】
移送チャンバ１３０に装着されているのは、基板の表面上に堆積された膜の、厚さ、粒子および／または表面粗さ評価、温度、バンドギャップ、または抵抗率の内の１つまたは複数を測定するように適合された、１つまたは複数の計量ツールである。楕円偏光法、反射率測定法、またはＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）を含む技法を実行する光学ハードウエアを、移送チャンバ１３０に装着して、処理チャンバ１０２Ａ、Ｂ、Ｃの操業間にそのような測定を実行してもよい。同様に、Ｘ線回折（ＸＲＤ）、Ｘ線蛍光法（ＸＲＦ）、Ｘ線反射法（ＸＲＲ）、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）、透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭ）、原子間力顕微鏡法（ＡＦＭ）、ＵＶラーマン分光法、質量分光法（例えば、残留ガス分析器）、エネルギー分散分光法（ＥＤＳＩＴＥＭ）、フォトルミネセンス（ＰＬ）分光法、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）分光法（フラッシュＬＥＤ分光法とも呼ばれる）のいずれかを実行するハードウエアも、移送チャンバ１３０に装着してもよい。
【００２２】
本明細書において記述した計測学技法によって行った観察の多くが、温度に依存性があり、または基板１３３が、クラスタツール１１０内にあるときに、（通常は４００℃以上で動作する、堆積チャンバから取り出されて）室温より上に昇温されているので、非接触温度測定を実施する機器を、移送チャンバ１３０に装着してもよい。例えば、実施形態において、パイロメータ、および／またはバンドエッジ温度測定として知られている技法を実行する光学ハードウエアを、移送チャンバ１３０、または基板１３３が処理チャンバ間の経路として通される、クラスタツール１１０の別のチャンバに、装着してもよい。
【００２３】
図１Ｂに示された例示的実施形態においては、移送チャンバ１３０は、ＰＬ装置を含む。図示のように、レーザ光源１４０が移送チャンバ１３０に結合されて、基板１３３が移送チャンバ１３０内に配置されている間に、成長した膜の一部分を照射する。一実施形態において、励起レーザは、移送チャンバ１３０の外側に配置されて、移送チャンバ１３０の蓋またはその他の壁の中に配置された、水晶またはサファイアのウインドウを通過して励起を起こす。レーザ光源１４０は、移送チャンバ１３０の外側に設置して、成長した膜の一部分を入射光によって照射してもよい。レーザ光源１４０は、フォトルミネセンス分光法（ＰＬ）と粒子／表面粗さ評価との両方に使用してもよい。一般に、レーザ光源１４０は、ＰＬ用の技術において使用される任意の種類のものでよい。この例示的実施形態においては、レーザ光源１４０は、ｃｗレーザダイオードであり、このレーザダイオードは、半導体基層１５８がクラスタツール１１０内に配置されるときに予期される上昇温度にあるとき、この基層によって吸収される波長で発光する。基層１５８がＧａＮ層を含む、特定の実施形態に対しては、レーザ光源１４０は、４０５ｎｍ未満の波長で発光する。特定の実施形態においては、レーザ光源１４０は、少なくとも３６０ｎｍの波長で発光する。好ましい一実施形態においては、レーザ光源１４０は、約３７５ｎｍの波長で発光する。
【００２４】
基板１３３は上昇温度にあり、処理チャンバ間を移送される間に冷えているので、基板１３３は、時間経過と共に様々な程度に歪む（warped）ことが予期できる。この理由から、レーザ光は、好ましくは集束ビームではなく、少なくとも２５μｍ、好ましくは５０から２０００μｍの間のスポット寸法を有するコリメートされたビームである。コリメートされたビームが、集束ビームよりも低いエネルギー密度を有することから、コリメートされたビームがポンピングされて十分なパワーを得て、上昇した基板温度に起因するノイズを超えて収集することのできる、発光信号を生成するのに十分なエネルギー密度で、スポット寸法を照射することが重要である。この例示的実施形態に対しては、３７５ｎｍの波長と、１５ｍＷの平均電力で発光するレーザ光源１４０を有することが、良い結果をもたらすことがわかっている。しかしながら、平均電力は、基層組成、基板温度、およびスポット寸法に応じて、２ｍＷから２００ｍＷの間か、それよりも大きくてもよい。
【００２５】
図１Ｂにさらに示されているように、集光ファイバ１４１は、例えば蓋を通って、移送チャンバ１３０に貫入している。一実施形態においては、集光ファイバ１４１は、測定中のエピタキシャル成長した膜の頂面に垂直の、軸上位置におけるフォトルミネセンスを収集する大口径コアファイバである。代替的に、集光光学系は、ＰＬをイメージングするために、移送チャンバ１３０の外部に配置してもよいが、その場合には位置合わせはより困難になる。集光ファイバ１４１が移送チャンバ１３０を貫通する、一部の実施形態に対しては、キャリア１１４上の複数の基板１３３の全部または一部が、移送チャンバ１３０内部でファイバの端部を曲げることによって、測定またはマッピングされる。集光ファイバ１４１が固定されるか、または集光光学系が移送チャンバ１３０の外側に配置されている、代替的な実施形態においては、ロボットアームの動きによって、代表的な基板１３３のマッピングまたは測定が可能になる。
【００２６】
集光ファイバ１４１は、さらに、分光計１４３に結合されている。分光計１４３は、グレーティングと、電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイとを含むものなど、ＰＬ発光スペクトルを収集する目的で当該技術において使用される任意のものでよい。この例示的実施形態においては、分光計１４３は、半導体基層１５８とＭＱＷ構造１６２の両方がその範囲で吸収する、波長域にわたってスペクトルを記録する。より具体的には、分光計１４３は、半導体基層１５８とＭＱＷ構造１６２の両方からのスペクトルを、ＰＬ発光バンドを含む波長域にわたって記録する。半導体基層１５８がＧａＮを含み、かつＭＱＷ構造１６５がＩｎＧａＮを含む、例示的実施形態に対して、分光計１４３は、約３００ｎｍから８００ｎｍの間のスペクトルを記録する。ファイバ結合された分光計１４３は、移送チャンバ１３０の外部に配置され、図１Ｂに図示された特定の実施形態においては、分光計１４３は、本明細書の別の箇所で述べたＰＬ技法と反射率測定技法の両方の補助として、ＰＬスペクトルに加えて、反射スペクトルの収集に使用される。
【００２７】
実施態様において、移送チャンバ１３０は、反射装置をさらに含む。図１Ｂに示すように、分光計１４３を移送チャンバ１３０に結合する、集光ファイバ１４１は、白色光源１４５に結合された第２の端子を有する、分岐ファイバの一方の端子としてもよい。白色光源は、移送チャンバ１３０を貫通する照射ファイバ１４４を用いる、反射率測定の技術において従来式の任意のタイプとして、膜の頂面に垂直の光で、成長したＩＩＩ〜Ｖ族膜の一部分を照射してもよい。図示された例示的構成において、集光ファイバ１４１は、本明細書の別の箇所で述べた、ＰＬ技法および反射率測定技法の両方の補助として、フォトルミネセンスおよび膜の表面に対して垂直の反射光を収集する。
【００２８】
一実施形態において、移送チャンバ１３０は、レーザ光源１４０または白色光源１４５のいずれかによって照射される、ＩＩＩ〜Ｖ族膜の部分から散乱される光を収集する、軸外検出器１４８を含む。軸外検出器１４８は、成長したＩＩＩ〜Ｖ族膜の表面粗さおよび／または粒子の尺度の評価値を提供する。反射率計の構成要素を、表面粗さ／粒子を評価するのに使用してもよい。例えば、反射システムは、ウエハに垂直の方向に沿って照射し分析するのに対して、同一の照射源は、粗い表面から他の方向に散乱光を発生させることになる。したがって、粗さは、非垂直方向における散乱光を収集することによって評価される。軸外検出器１４８は、ＣＣＤアレイなどの、そのような目的で当該技術において使用される任意のタイプのものとしてもよい。代替的な実施形態においては、移送チャンバ１３０内部で、通常、ロボットハンドリングを監視するのに使用される、ビデオカメラを、軸外検出器１４８として使用して、エピタキシャル成長した膜における表面粗さおよび／または粒子データを収集するという追加の目的で動作させてもよい。
【００２９】
一実施形態において、位相チャンバ１３０は、例えば、処理チャンバ１０２Ａ、Ｂ、Ｃの一つによって、基板１３３上に成長した、ドープされた膜のシート抵抗率（sheet resistivity）を測定する、抵抗計をさらに含む。好ましい一実施形態においては、抵抗計１５０は、非接触抵抗率計であり、そのようなマイクロ波反射システムは、米国、ペンシルベニア州のＬｅｉｇｈｔｏｎ，  Ｉｎｃ．により市販されている。代替的に、基板１３３に接触するバネ荷重プローブを使用する、４点プローブシステムを、移送チャンバ１３０内に装着してもよい。
【００３０】
図１Ｂにさらに図示されるように、クラスタツール１１０は、ＭＱＷバンドギャップエネルギー（Ｅｇ）推定装置１５３を含む。ＭＱＷ  Ｅｇ推定装置１５３は、ソフトウエア、ハードウエア（例えば、ＡＳＩＣもしくはＦＰＧＡとして）、または両者の組合せとして実現してもよい。ＭＱＷ  Ｅｇ推定装置１５３は、記憶された情報にアクセスして、実行された計量観察から、処理チャンバ１０２Ａ、Ｂ、Ｃの内の１つまたは複数において成長した、ＭＱＷ構造１６２（図１Ａ）のバンドギャップを評価することになる。一般に、ＭＱＷ  Ｅｇ推定装置１５３がアクセスする、記憶された情報は、データベース、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）、または理論的もしくは経験的にモデル化された系を表わす数式の形態としてもよい。特定の実施形態においては、記憶された情報は、温度の関数として確定できる少なくとも１つのＭＱＷ構造のバンドギャップエネルギー（Ｅｇ，ＭＱＷ（Ｔ））を含む情報１５４に加えて、温度の関数として確定できる、少なくとも１つの半導体基層組成（例えば、ＧａＮ）のバンドギャップエネルギー（Ｅｇ，ｂａｓｅ  ｌａｙｅｒ（Ｔ））を含む、情報１５５を含む。さらに別の実施形態においては、ＭＱＷバンドギャップエネルギー（Ｅｇ）推定装置１５３は、例えば、本明細書の別の箇所でさらに説明されるバンドエッジ技法を使用して、反射スペクトルから温度を決定する、吸光度分析器１５６も含む。
【００３１】
図１Ｃは、本発明の一実施形態による、エピタキシャル成長制御の方法１８０を示すフロー図であり、この方法では、図１Ａに示されたＬＥＤスタック１０５などの、複合半導体構造が、図１Ｂに示された処理システムを使用して製作される。方法１８０は、工程１８１において、スプリットチャンバ成長プロセスのための新しい基板を選択することから始まる。一般に、スプリットチャンバ成長プロセスでは、デバイス材料スタックが成長する間に、堆積チャンバ１０２Ａ、Ｂ、Ｃ間の移送が必須となる。例えば、ＬＥＤスタック１０５を参照すると、スプリットチャンバ成長プロセスは、３つの異なる成長区間を含む：１）第１チャンバ内でのｎ型ＧａＮ基層１５８の成長、２）第２チャンバ内でのＩｎＧａＮ  ＭＱＷ構造１６２の成長、および３）第３チャンバ内でのｐ型ＡｌＧａＮ層１６３の成長。図１Ｃに示されるように、移送チャンバ計量は、エピタキシャル成長の中断の間に適用して、例えば、成長した層が、適正な構造／組成／ドーピング／厚さ／その他のものであるかどうかを検査してもよい。スプリットチャンバ成長プロセスの間に、計量を自動化方式で実行し、処理チャンバ１０２Ａ、Ｂ、Ｃ間の移送順序の一部として組み込み、移送チャンバ１３０の真空／不活性環境下で実行してもよい。基板１３３が第１の処理チャンバ（例えば、堆積チャンバ１０２Ａ）にある状態で、工程１８５において、半導体基層（例えば、ＧａＮ基層１５８）を成長させる。一般に、基層成長は、例えば４００℃を超える、上昇温度において、実行される。
【００３２】
半導体基層の成長に続いて、基板が、第１の堆積チャンバから外に、そして移送チャンバ１３０の中へと移送される。工程１８６において、移送チャンバ計量が実行される。それに限定はされないが、反射率測定、ＰＬ測定、抵抗率測定、表面粗さ測定などの、先述の測定技法のいずれかを、工程１８６において実行してもよい。特定の実施形態において、反射装置、抵抗計１５０、および軸外検出器１４８の少なくとも１つが、第１の堆積チャンバ内で成長した基層の、膜厚、抵抗率または表面粗さを決定するのに使用される。特定の実施形態において、図２にさらに示される、移送チャンバ計量方法２００が、工程１８６において、実行されて、少なくとも基層抵抗率測定に基づいて、基層成長プロセス制御を行う。
【００３３】
図２を参照すると、移送チャンバ計量方法２００は、少なくとも、シート抵抗測定を含み、さらに、堆積チャンバ１０２Ａ内で成長した基層１５８の表面粗さ評価、および膜厚測定を含んでもよい。工程２０５において、基板１３３は、基層成長チャンバから移送チャンバ１３０へと移動される。工程２１０において、基板１３３は、白色光で照射される。工程２１５において、基層１５８の膜厚が、分光計１４３で収集された、膜に垂直の反射率から決定される。工程２２０において、粒子および／または表面粗さ評価を、軸外検出器１４８により収集された散乱白色光を用いて、同時に行ってもよい。工程２２５において、基層１５８の抵抗率が、工程２２５における非接触抵抗測定によって決定される。次いで、測定値が閾値と比較されて、測定された膜が材料仕様外かどうかが判定される。
【００３４】
移送チャンバ計量工程１８６が、処理された基板（複数を含む）１３３が仕様内であることを示す場合に、工程２４９で処理は継続されて、基板が第２の堆積チャンバ（例えば、堆積チャンバ１０２Ｂ）中に移送され、ここで、移送チャンバ計量方法２００は、基層１５８（例えば、ＭＱＷ構造１６２）の上に別のＩＩＩ〜Ｖ族膜の成長のために、図１Ｃの工程１８８に戻る。
【００３５】
移送チャンバ計量工程１８６が、処理された基板（複数を含む）１３３が仕様外であることを示す場合には、移送チャンバ計量方法２００は工程１９５（図１Ｃ）に戻り、ここで第１の堆積チャンバの処理パラメータが更新されて、その後に処理された基板上に基層を成長させる、処理が修正される。例えば、システムコントローラ１６１は、工程２１５において収集された反射スペクトルから決定される半導体基層の厚さに基づいて、その後に処理された基板の半導体基層に対する、成長継続期間を修正してもよい。他の実施形態においては、システムコントローラ１６１は、工程２２５において決定された半導体基層のシート抵抗率に基づいて、その後に処理された基板の半導体基層に対する、前駆体分圧または成長継続期間を修正する。そのように、工程１８６において実行された移送チャンバ計量に基づいて、成長プロセス制御に努力が払われる。工程１８６において測定された基板は、工程１９５において、さらに処理される。基板が使用不能にされている場合には、処理された基板（複数を含む）のさらなる処理は終了して、キャリア１１４を、ロードロック内に戻して、廃棄または再加工のために取り出す。代替的に、基板１３３のさらなる処理を、おそらく歩留まりが低下することを予期して、続行してもよい。
【００３６】
図１Ｃに戻ると、工程１８８において、ＩＩＩ〜Ｖ族膜が成長して、処理された基板（複数を含む）が再び、移送チャンバ１３０へと移動される。一般に、成長工程１８８は、上昇温度、例えば４００℃超で実行される。工程１９０において、今回は、第２の堆積チャンバにおいて成長したＩＩＩ〜Ｖ族膜を特徴記述するために、移送チャンバ計量が再び実行される。それには限定されないが、ＰＬ反射率測定、抵抗率測定、または表面粗さ測定などの、先述の測定技法の任意のものを、工程１８８において成長したＩＩＩ〜Ｖ族膜のタイプに応じて、工程１９０において実行してもよい。工程１８８においてＭＱＷ構造１６２が成長される、例示的実施形態において、図３Ａに示された移送チャンバ計量方法３００が、工程１９０において実行されて、少なくとも室温ＭＱＷ  Ｅｇ推定値に基づいて、ＭＱＷ成長プロセス制御が行われる。工程１８８においてＭＱＷ構造１６２が成長される、代替的実施形態において、図４Ａに示された移送チャンバ計量方法４００が、工程１９０において実行されて、少なくとも室温ＭＱＷ  Ｅｇ推定値に基づいて、ＭＱＷ成長プロセス制御が行われる。さらに他の実施形態において、移送チャンバ計量方法３００および４００の両方が、工程１９０において実行されて、少なくとも室温ＭＱＷ  Ｅｇ推定値に基づいて、ＭＱＷ成長プロセス制御が行われる。
【００３７】
図３Ａを参照すると、移送チャンバ計量方法３００は、少なくともＰＬ測定を含み、工程３０５において、ＭＱＷ成長チャンバから移送チャンバ１３０へ基板（複数を含む）１３３を移動させることから始まる。移送チャンバ１３０内にある間に、基板（複数を含む）１３３は、時間τｍｅａｓにおいてレーザ光源１４０によって照射される。ＭＱＷ構造１６２は、上昇温度で成長されたので、基板１３３は、移送チャンバ１３０内にある間は、処理温度から冷えつつあり、時間τｍｅａｓにおいては未知の高温（ＨＴ）になっている。工程３１５において、分光計１４３によって、基層１５８およびＭＱＷ構造１６２の両方の発光バンドを含む範囲にわたって、ＰＬスペクトルが収集される。
【００３８】
基層１５８がＧａＮであり、ＭＱＷ構造１６２がＩｎＧａＮを含む、実施形態に対する、例示的なＰＬスペクトル３５０が、図３Ｂに示されている。ＰＬスペクトル３５０は、１５ｍＷの平均電力を有する、３７５ｎｍのコリメートされたレーザ光源による励起に応答する。図示のように、基板温度が高温まで上昇されており、ＧａＮ基層１５８およびＭＱＷ構造１６２は、基層発光バンド３５１およびＭＱＷ発光バンド３５２で、フォトルミネセンス性を示す。
【００３９】
工程３２０において、時間τｍｅａｓにおける基板温度が、基層１５８に対して観察されたバンドギャップエネルギー（Ｅｇ）から決定される。図１Ｂを参照すると、ＭＱＷ  Ｅｇ推定装置１５３は、基層組成がよく制御されたパラメータであると仮定して、基層Ｅｇ（Ｔ）情報１５５にアクセスすることになる。例えば、基層１５８がＧａＮを含む場合、基層Ｅｇ（Ｔ）情報１５５は、温度の関数として、ＧａＮのバンドギャップ値を含み、この関数はＶａｒｓｈｎｉの式によって記述できる：
【００４０】
【数１】
0005893033.tif 000002
ここで、Ｅｇ（０）、αおよびβは材料定数である。代替的に、基層Ｅｇ（Ｔ）情報１５５は、特定の基層半導体に対して導出された、近似モデルとしてもよい。図３Ｃは、温度の関数としての測定されたＧａＮ基層１５８のバンドギャップエネルギー、および本発明の一実施形態による、基板の温度の推定に使用することのできる、測定エネルギーのモデル近似のグラフ３７５を示す。すなわち、実施形態においては、工程３２０において、時間τｍｅａｓにおける基板温度が、最初に標準ピーク検出アルゴリムを実行して基層発光バンド３５１のピークを識別することによって推定され、次いで、ＧａＮ  Ｅｇ（Ｔ）グラフ３７５上のピーク発光エネルギーと関連する温度を決定する。
【００４１】
図３Ａを参照すると、工程３２５において、高温ＭＱＷ発光バンド３５２および工程３２０において推定された基板温度とに基づいて、室温ＭＱＷが決定される。この例示的実施形態において、標準ピーク検出ルーティンが、ＭＱＷ発光バンド３５２上で実行され、Ｖａｒｓｈｎｉの式を、例えば、推定温度を用いて適用することによって、室温ＭＱＷ  を決定してもよい。代替的に、ＬＵＴ内に収納された、温度（Ｅｇ（Ｔ））情報１５４に関連する、ある数のＭＱＷバンドエネルギーに、ＭＱＷ  Ｅｇ推定装置１５３がアクセスして、室温ＭＱＷを決定する。例えば、図３Ｃは、本発明の一実施形態による、温度の関数としてのＭＱＷ構造１６２の測定されたバンドギャップエネルギーと、測定されたエネルギーのモデル近似のグラフをさらに示す。ＭＱＷ  Ｅｇ（Ｔ）情報１５４が、各セットがグラフ３７６を形成する複数のデータセットを含む場合に、標準的数学技法を実行して、異なるＭＱＷ構造に対するＥｇ（Ｔ）情報のＬＵＴを含む、ＬＵＴから室温ＭＱＷ  Ｅｇに対する推定値に到達してもよい。
【００４２】
次いで、推定された室温ＭＱＷ  Ｅｇ、または推定されたＬＥＤ発光波長が、方法１８０において、ＭＱＷ成長プロセス制御パラメータとして使用される。そのようにして、上昇温度は、ＭＱＷ構造１６２に加えて、基層１５８にフォトルミネセンス性を示させるのに十分であり、時間τｍｅａｓにおける単一のＰＬ測定を可能にして基準を生成し、この基準によって、ＭＱＷ構造１６２の高温ＰＬ測定が、非常に短い（例えば、基板が室温まで冷却されて、次いで室温ＰＬ測定を実行するのを待つよりもずっと短い）フィードバック遅延を有する、有用な成長制御パラメータへと補正されることを可能にする。
【００４３】
図３Ａにさらに示されるように、工程３２２において、粒子および／または表面粗さ予想を、軸外検出器１４８により収集された散乱レーザ光を用いて同時に行ってもよい。パターン形成されたサファイア基板が使用される実施形態に対して、ＧａＮ基層１５８とサファイア基板１５７との界面は、意図的に粗くされる。しかしながら、レーザ光波長が、ＧａＮ基層１５８によって吸収されるのに十分に短い（例えば、３６０〜３７５ｎｍである）、実施形態に対しては、この粗いサファイア界面は、上昇温度でクラスタツール１１０において実行されるときの表面粗さ測定に対して問題とはならない。
【００４４】
推定された室温ＭＱＷ  Ｅｇ値および／または表面粗さ値は、閾値と比較されて、測定されたＩＩＩ〜Ｖ族膜が材料仕様外かどうかが判定される。移送チャンバ計量方法３００が、処理された基板（複数を含む）１３３が仕様内であることを示す場合には、処理は継続されて、移送チャンバ計測法３００は、別のＩＩＩ〜Ｖ族膜（例えば、ｐ型頂部層１６３）の成長のために、図１Ｃの工程１９２に戻る。移送チャンバ計量方法３００が、処理された基板（複数を含む）１３３が仕様外であることを示す場合には、移送チャンバ計量方法３００は、工程１９６（図１Ｃ）に戻り、第２の堆積チャンバの処理パラメータが更新されて、その後に処理された基板上にＭＱＷ構造１６２を成長させる、処理が修正される。例えば、一実施形態においては、システムコントローラ１６１は、第２の処理チャンバにおいて、その後に処理されたウエハ上で実行しようとするＭＱＷ成長のための成長温度を修正する。そのようにして、工程１９０において実行された移送チャンバ計量に基づいて、成長制御に努力が払われる。工程１９０において測定された基板（複数を含む）１３３は、工程１９６において、さらに処理される。基板が使用不能にされている場合には、処理された基板（複数を含む）のさらなる処理は終了して、キャリア１１４を、取り出すために、ロードロック内に戻す。代替的に、さらなる処理を、おそらく歩留まりが低下するのを予期しつつ、続行してもよい。
【００４５】
図４Ａを参照すると、移送チャンバ計量方法４００は、少なくともＰＬ測定を含み、工程４０５において、ＭＱＷ成長チャンバから移送チャンバ１３０へ基板（複数を含む）１３３を移動させることから始まる。移送チャンバ１３０内にある間に、基板（複数を含む）１３３は、時間τｍｅａｓにおいてレーザ光源１４０によって照射される。ＭＱＷ構造１６２は、上昇温度で成長されたので、基板１３３は、移送チャンバ１３０内にある間は、処理温度から冷えつつあり、時間τｍｅａｓにおいては未知の高温（ＨＴ）になっている。工程４１５において、高温ＰＬスペクトルが、分光計１４３によって、ＭＱＷ構造１６２の発光バンドを含む範囲にわたって、収集される。工程４１１において、基板は、時間τｍｅａｓ＋ΔＴにおいて白色光源で照射され、工程４１６において、高温反射スペクトルが、半導体基層吸収領域を含む範囲にわたって、分光計１４３によって収集される。一般に、工程４１０、４１５、４１１および４１６のそれぞれは、数秒未満で実行することができるので、ΔＴは非常に小さく、工程４１５および４１６において収集される２つの測定スペクトルは、同時に採取されたと仮定してもよく、必要であれば、複数のスペクトルの統計量（例えば、平均ＨＴ  ＰＬスペクトルおよび平均ＨＴ反射スペクトル）を生成するように、工程４１０、４１５、４１１および４１６をストロボ式に実施してもよい。
【００４６】
工程４２０において、基層バンドギャップエネルギーＥｇが、吸収エッジ技法から決定される。吸収エッジ技法については、半導体結晶が多色光で照射される場合、光子エネルギーが半導体結晶バンドギャップエネルギーよりも大きいときには、光子吸収に急激な増大がある。例えば、図４Ｂは、本発明の一実施形態による、サファイア基板上の４μｍ厚さのＧａＮ半導体基層１５８の白色光反射スペクトルのグラフを示す。図示のように、吸収エッジ４４５は、スペクトルの吸収領域と透明領域とを区別する。バンドギャップエネルギーに対応する、光子波長は、バンドエッジ波長と呼ばれ、この波長は温度依存性である。半導体結晶バンドギャップエネルギーは、格子定数と逆関係にあるので、温度の上昇に伴い半導体結晶が膨張するとともに、バンドギャップエネルギーは減少することになり、そのためにバンドエッジ波長は増大する。そのために、吸光度分析器１５６は、既知のスペクトル分析技法を使用して、工程４１５において収集された反射スペクトルに基づいて、工程４２０において、基層の高温バンドギャップエネルギーＥｇを推定することができる。
【００４７】
工程４２２において、時間τｍｅａｓ（またはτｍｅａｓ＋ΔＴ）における基板温度が、基層１５８に対して決定されたバンドギャップエネルギー（Ｅｇ）から決定される。図１Ｂを参照すると、ＭＱＷ  Ｅｇ推定装置１５３は、基層Ｅｇ（Ｔ）情報１５５にアクセスして、基層組成は良好に制御されている筈であるので、正確な温度推定を行うことができる。例えば、基層１５８がＧａＮである場合には、基層Ｅｇ（Ｔ）情報１５５は、ＧａＮのバンドギャップ値を温度の関数（例えば、Ｖａｒｓｈｎｉの式）として収納し、上昇（高）温度を、ＭＱＷ  Ｅｇ推定装置１５３によって推定することができる。代替的に、基層Ｅｇ（Ｔ）情報１５５は、特定の基層半導体に対して導出された近似モデルとしてもよい。温度の関数としての、ＧａＮ基層１５８のバンドギャップエネルギーグラフ、および図３Ｂに示された、測定されたエネルギーのモデル近似も使用することができる。
【００４８】
図４Ａに戻ると、工程４２５において、室温ＭＱＷが、高温ＭＱＷ発光と、工程４２２において推定された基板温度とに基づいて決定される。この例示的実施形態において、標準ピーク検出ルーティンが、ＭＱＷ発光バンド上に実行され、Ｖａｒｓｈｎｉの式を、例えば、推定基板温度を用いて適用することによって、室温ＭＱＷ  Ｅｇを決定してもよい。代替的に、ＬＵＴに収納された、特定のＭＱＷ構造に対する温度（Ｅｇ（Ｔ））に関連するバンドエネルギーをそれぞれが有する、ある数のデータセットに、ＭＱＷ  Ｅｇ推定装置１５３がアクセスして、室温ＭＱＷ  Ｅｇを求める。例えば、ＭＱＷ  Ｅｇ（Ｔ）情報１５４が、グラフ３７６（図３Ｃ）のような複数のグラフを含む場合には、標準的数学技法を実行して、室温ＭＱＷ  Ｅｇに対する推定値に到達してもよい。
【００４９】
次いで、推定室温ＭＱＷ  Ｅｇは、方法１８０における、ＭＱＷ成長プロセス制御パラメータの基礎となる。そのようにして、ＭＱＷ構造１６２の高温ＰＬ測定値は、非常に短い（例えば、基板が室温まで冷却されて、次いで室温ＰＬ測定を実行するのを待つよりもずっと短い）フィードバック遅延を有する、有用な成長制御パラメータへと補正される。推定された室温ＭＱＷ  Ｅｇ値は、閾値と比較されて、測定されたＩＩＩ〜Ｖ族膜が材料仕様外であるかどうかが判定される。移送チャンバ計量方法４００が、処理された基板（複数を含む）１３３が仕様内であることを示す場合には、処理は継続されて、移送チャンバ計測法３００は、別のＩＩＩ〜Ｖ族膜（例えば、ｐ型層１６３）の成長のために、図１Ｃの工程１９２に戻る。移送チャンバ計量方法４００が、処理された基板（複数を含む）１３３が仕様外であることを示す場合には、移送チャンバ計量方法４００は、工程１９６（図１Ｃ）に戻り、第２の堆積チャンバの処理パラメータが更新されて、その後に処理された基板上にＭＱＷ層を成長させる、処理が修正される。
【００５０】
図１Ｃに戻ると、工程１９２において、別のＩＩＩ〜Ｖ族膜が、第３の堆積チャンバ内で基板１３３上に成長される。この例示的実施形態において、ｐ型層１６３は、処理チャンバ１０２Ｃにおいて成長される。膜の成長に続いて、基板（複数を含む）１３３が、ロードロック中に移送されて、そこでそれらの基板は、その他の基板が図１Ｃに示す工程を通して処理される間に、冷却される。一実施形態において、室温またはその近傍までの冷却に続いて、基板（複数を含む）１３３は、ロードロックから戻って移送チャンバへと移動されて、工程１９４において、最終の移送チャンバ計量が実行される。そのようなインサイチュ室温計量は、全ロットがクラスタツール１１０上での処理を完了し、ロードロックの通気を完了し、スタンドアローン計量ツールへの基板のローディングを完了するのを待つよりも、迅速であるという利点がある。工程１８６および１８８に対して記載された移送チャンバ測定技法の任意のものを、工程１９４において実行してもよい。例えば、一実施形態において、室温ＭＱＷ  Ｅｇが、工程１９０において（例えば、方法３００または方法４００のいずれかによって）求められた、温度補正室温Ｅｇ推定値と一致することを検証するために、室温ＰＬ測定が実行される。
【００５１】
処理された基板（複数を含む）１３３が、工程１９４において仕様外である場合には、第２の堆積チャンバの処理パラメータが、工程１９７において更新されて、その後に処理された基板上にＭＱＷ構造１６２を成長させる、処理が修正される。例えば、一実施形態において、システムコントローラ１６１は、第２の処理チャンバにおいて、後に処理されたウエハ上で、ＭＱＷ成長を行わせるための成長温度を修正する。そのようにして、工程１９４において実行される移送チャンバ計量に基づいて、制御に努力が払われる。工程１９４において測定された基板（複数を含む）１３３は、工程１９７においてさらに処理される。基板が使用不能にされている場合には、処理された基板（複数を含む）のさらなる処理は終了して、キャリア１１４が、廃棄または再加工のために、ロードロック内に戻される。代替的に、基板は、その後のパターン形成および／またはメタライゼーションのために、ロードロック内に戻して、クラスタツール１１０から取り出してもよい。
【００５２】
図５は、コンピュータシステム５００の例示的形態をしたマシンの図式表現を示し、このコンピュータシステム５００は、本明細書に記載された工程、処理チャンバ、または多重チャンバ処理プラットフォームの１つまたは複数を制御する、システムコントローラ１６１として使用してもよい。代替的実施形態においては、このマシンは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、イントラネット、エクストラネット、またはインターネットにおいて、その他のマシンに接続（例えば、ネットワーク接続）してもよい。このマシンは、クライアントサーバネットワーク環境におけるサーバマシンまたはクライアントマシン、またはピアツーピア（または分散型）ネットワーク環境におけるピアマシンの能力内で動作することができる。このマシンは、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、またはそのマシンがとるべき行為を規定する、命令セット（逐次またはその他の方式）を実行することのできる任意のマシンであってもよい。さらに、単一のマシンだけが図示されているが、「マシン」という用語は、マシンの任意の集合（例えば、コンピュータ類）を含むものと解釈できるものとし、これらのマシンは、個別にまたは共同で、１つ（または多数の）命令セットを実行して、本明細書において考察した方法論の１つまたは複数を実施する。
【００５３】
例示的なコンピュータシステム５００は、プロセッサ５０２、主記憶装置５０４（例えば、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）またはラムバスＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）、その他などの、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ））、スタティックメモリ５０６（例えば、フラッシュメモリ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＥＡＭ）、その他）、および補助記憶装置５１８（例えば、データ記憶装置）を含み、これらは、バス５３０を介して互いに通信する。
【００５４】
プロセッサ５０２は、マイクロプロセッサ、中央処理ユニット、その他などの、１つまたは複数の汎用処理装置を表わす。より具体的には、プロセッサ５０２は、複合命令セットコンピューティング（ＣＩＳＣ）マイクロプロセッサ、縮小命令セットコンピューティング（ＲＩＳＣ）マイクロプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロプロセッサ、その他の命令セットを実装するプロセッサ、または命令セットの組合せを実装するプロセッサとしてもよい。プロセッサ５０２は、また、１つまたは複数の専用処理装置としてもよく、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサ、その他である。プロセッサ５０２は、本明細書の別の箇所で考察した、処理工程を実施する、処理ロジック５２６を実行するように構成されている。
【００５５】
コンピュータシステム５００は、ネットワークインターフェース装置５０８をさらに含んでもよい。コンピュータシステム５００はまた、ビデオディスプレイユニット５１０（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）または陰極線管（ＣＲＴ））、英数字入力装置５１２（例えば、キーボード）、カーソル制御装置５１４（例えば、マウス）、および信号発生装置５１６（例えば、スピーカ）も含んでもよい。
【００５６】
補助記憶装置５１８は、マシンアクセス可能記憶媒体（または、より具体的には、コンピュータ可読記憶媒体）５３１を含んでもよく、この記憶媒体には、本明細書に記載された方法または機能のいずれか１つまたは複数を具現化する、１つまたは複数の命令セット（例えば、ソフトウエア５２２）が記憶される。ソフトウエア５２２はまた、コンピュータシステム５００によりそれが実行される間に、主記憶装置５０４内部および／またはプロセッサ５０２内部に完全に、または少なくとも部分的に常駐してもよく、主記憶装置５０４およびプロセッサ５０２も、マシン可読記憶媒体を構成する。
【００５７】
マシンアクセス可能記憶媒体５３１は、さらに、処理システムによって実行され、該システムに、本発明の実施形態の内のいずれか１つまたは複数を実行させる、命令セットを記憶するのに使用してもよい。本発明の実施形態は、さらに、コンピュータプログラムプロダクト、またはソフトウエアとして提供されてもよく、それらの実施形態は、本発明による処理を実行するように、コンピュータシステム（または、その他の電子デバイス）をプログラミングするのに使用することのできる命令を記憶したマシン可読記憶媒体を備えてもよい。マシン可読記憶媒体としては、マシン（例えば、コンピュータ）によって読出し可能な形態で情報を記憶する任意の機構がある。例えば、マシン可読（例えば、コンピュータ可読）媒体としては、マシン（例えば、コンピュータ）可読記憶媒体（例えば、読出し専用メモリ（ＲＯＭ），ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、および当該技術において知られている、その他のそのような持続形（non-transitory）記憶媒体が挙げられる。
【００５８】
上記の説明は、例証を意図しており、制限を意図するものではないことを理解されたい。上記の説明を読み、それを理解すれば、その他多数の実施形態が、当業者には明白になるであろう。特定の例示的実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は、記載された実施形態に限定されるものではなく、修正および変更を加えて実施することができることが認識されるであろう。したがって、本明細書および図面は、制限的ではなく、例証的な意味で評価されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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