CN103114279A - 监控装置、监控方法及气相沉积设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种监控装置、监控方法及气相沉积设备，该监控装置用于监控气相沉积设备中的加热单元，加热单元利用电阻丝进行加热，该监控装置包括：检测单元，用于获得所述加热单元的实时电阻值；比较单元，用于获得所述实时电阻值与参考电阻值的比较结果；报警单元，用于根据所述比较结果，判断是否发出报警信号。该监控装置在加热单元发生异常情况例如断路或短路时，及时发出报警信号通知技术人员此刻的加热单元处于异常状态，以便技术人员及时掌握加热单元的正常与否，进而及时排除气相沉积设备的故障，减少产品的报废，提高产品的良率。
Description
技术领域
本发明属于气相沉积领域，更具体地讲，是涉及一种用于监控气相沉积设备中加热单元的监控装置、监控方法及具有该监控装置的气相沉积设备。
背景技术
MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型化学气相外延沉积工艺。MOCVD是以III族、II族元素的有机化合物和V、VI族元素的氢化物等作为晶体生长原材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种III-V族、II-VI族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。
现有MOCVD中的加热单元通常是利用电阻丝制作的，该加热单元置于MOCVD反应腔室中被加热单元(托盘和托盘上的衬底)的下方，通过在加热单元的电阻丝中通入电流、电压，使得电阻丝发热，进而对托盘和托盘上的衬底进行加热。加热单元的性能对托盘和衬底的受热均匀性以及在衬底上进行的外延工艺的均匀性影响较大，在生长外延材料层工艺的过程中，若加热单元发生例如可是短路或断路等异常状况时，会造成托盘和衬底的受热不均匀，从而导致外延芯片产品报废。
为了提高外延芯片的良率，减少产品的报废，需要对加热单元进行监控和保护。现有技术中缺少对加热单元进行监控和保护的装置。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种监控装置、监控方法及具有该监控装置的气相沉积设备，该监控装置用于实时监控气相沉积设备中的加热单元的状况，以便保护加热单元，使托盘和托盘上的衬底受热均匀，减少产品的报废，提高了产品的良率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种监控装置，用于监控气相沉积设备中的加热单元，所述加热单元利用电阻丝进行加热，该监控装置包括：检测单元，用于获得所述加热单元的实时电阻值；比较单元，用于获得所述实时电阻值与参考电阻值的比较结果；报警单元，用于根据所述比较结果，判断是否发出报警信号。
此外，所述加热单元包括若干个子加热单元，所述若干个子加热单元对设置于所述加热单元上方的被加热单元的若干个受热区域分别对应进行加热；所述检测单元包括若干个子检测单元，每一个所述子检测单元检测其对应的子加热单元的电流值和电压值，根据所述电流值和所述电压值获得该子加热单元的实时电阻值；所述比较单元包括若干个子比较单元，每一个所述子比较单元比较其对应的子加热单元的实时电阻值与该子加热单元对应的参考电阻值并得到电阻差值，比较所述电阻差值与所述参考电阻值的比值得到实时比值，比较所述实时比值与参考比值得到所述比较结果。
此外，所述加热单元包括若干个子加热单元，所述若干个子加热单元对设置于所述加热单元上方的被加热单元的若干个受热区域分别对应进行加热；所述检测单元包括若干个子检测单元，每一个所述子检测单元检测其对应的子加热单元的电流值和电压值，根据所述电流值和所述电压值获得该子加热单元的实时电阻值；所述比较单元比较每一个子加热单元的实时电阻值与该子加热单元对应的参考电阻值并得到该子加热单元的电阻差值，比较所述电阻差值与所述参考电阻的比值得到实时比值，比较所述实时比值与参考比值得到所述比较结果。
此外，所述参考比值为0.1～0.3。
此外，当所述实时电阻值大于所述参考电阻值，并且所述实时比值大于或等于所述参考比值时，所述报警单元判断为所述子加热单元为断路并发出断路报警信号；当所述实时电阻值小于所述参考电阻值，并且所述实时比值大于或等于所述参考比值时，所述报警单元判断为所述子加热单元为短路并发出短路报警信号。
此外，所述若干个子加热单元的加热功率相互独立调节。
本发明还提供了一种气相沉积设备，包括工艺腔室、被加热单元和加热单元，所述加热单元设置于所述被加热单元下方，在进行气相沉积工艺时，所述加热单元对所述被加热单元进行加热，所述气相沉积设备还包括上述的监控装置，所述监控装置用于监控所述加热单元。
本发明还提供了一种气相沉积设备中利用电阻丝进行加热的加热单元的监控方法，包括步骤：a)检测所述加热单元的电流值和电压值并根据所述电流值和所述电压值获得所述加热单元的实时电阻值；b)比较所述实时电阻值与参考电阻值并得到电阻差值；c)比较所述电阻差值与所述参考电阻值的比值得到实时比值；d)比较所述实时比值与参考比值得到比较结果；e)根据所述比较结果，判断是否发出报警信号。
此外，所述加热单元包括若干个子加热单元，所述若干个子加热单元对设置于所述加热单元上方的被加热单元的若干个受热区域分别对应进行加热；所述检测单元包括若干个子检测单元，每一个所述子检测单元检测其对应的子加热单元的电流值和电压值，根据所述电流值和所述电压值获得该子加热单元的实时电阻值；所述比较单元包括若干个子比较单元，每一个所述子比较单元比较其对应的子加热单元的实时电阻值与该子加热单元对应的参考电阻值并得到电阻差值，比较所述电阻差值与所述参考电阻值的比值得到实时比值，比较所述实时比值与参考比值得到所述比较结果。
此外，所述加热单元包括若干个子加热单元，所述若干个子加热单元对设置于所述加热单元上方的被加热单元的若干个受热区域分别对应进行加热；所述检测单元包括若干个子检测单元，每一个所述子检测单元检测其对应的子加热单元的电流值和电压值，根据所述电流值和所述电压值获得该子加热单元的实时电阻值；所述比较单元比较每一个子加热单元的实时电阻值与该子加热单元对应的参考电阻值并得到该子加热单元的电阻差值，比较所述电阻差值与所述参考电阻的比值得到实时比值，比较所述实时比值与参考比值得到所述比较结果。
此外，所述参考比值为0.1～0.3。
此外，当所述实时电阻值大于所述参考电阻值，并且所述实时比值大于或等于所述参考比值时，所述报警单元判断为所述子加热单元为断路并发出断路报警信号；当所述实时电阻值小于所述参考电阻值，并且所述实时比值大于或等于所述参考比值时，所述报警单元判断为所述子加热单元为短路并发出短路报警信号。
此外，所述若干个子加热单元的加热功率相互独立调节。
本发明的监控装置通过监控气相沉积设备中的加热单元，当加热单元发生异常情况例如断路或短路时，能够在第一时间发出报警信号通知技术人员此刻的加热单元处于异常状态，以便技术人员及时掌握加热单元的正常与否，从而维修保护加热单元，进而能够确保气相沉积设备的正常工作，减少产品的报废，提高了产品的良率。
附图说明
图1是本发明的实施例的MOCVD设备的示意图。
图2是本发明的实施例1的监控装置的系统示意图。
图3是本发明的实施例2的监控装置的系统示意图。
具体实施方式
为了更好地阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的实施例及其附图进行详细描述，其中，相同的标号始终表示相同的部件。
通常对于一段电阻丝，其电阻值R可由下面的式1求得，其中，ρ为物质的电阻率，单位为欧姆米(Ω·m)，电阻率取决于电阻丝的材料及电阻丝的温度，温度升高时，电阻率会提高；L为电阻丝的长度，单位为米(m)；S为电阻丝的截面积，单位为平方米(m2)。
R＝ρ*L/S 式(1)
电阻丝的电阻值会随着电阻丝温度的升高而升高，且在使用一段时间后，由于电阻丝的截面积减小，其电阻值也会增高。但在刚开始使用的一段时间内，电阻丝的实际电阻值的变化处于稳定，维持在一个参考电阻值的附近范围内，该参考电阻值可由式(1)求得。
本发明的监控装置通常用于需要利用电阻丝加热的半导体设备中。该半导体设备可以是MOCVD设备，也可以是PECVD、扩散设备或其他类型的半导体设备。
以下文中将以MOCVD设备为例，对本发明的实施例1或实施例2的监控装置进行详细的说明。
图1是本发明的实施例的MOCVD设备的示意图。
参阅图1，MOCVD设备包括工艺腔室1、监控装置2、喷淋头3、被加热单元10和加热单元20。
喷淋头3设置于被加热单元10的上方，喷淋头3作为MOCVD反应的进气装置，用于向放置于被加热单元10上的衬底(图中未示出)提供反应气体。
加热单元20设置于被加热单元10的下方对被加热单元10进行加热。随着被加热单元10上放置的衬底的尺寸和/或数目的增加，被加热单元10的尺寸增大，当被加热单元10被加热时，被加热单元10的边缘和中部的温度不均匀性增大。为了使得被加热单元10在被加热时能够获得更好的温度均匀性，可将加热单元20分为多个子加热单元，每一个子加热单元的加热功率可独立于其他子加热单元进行调节。加热单元20分为多个子加热单元的具体分法将在以下说明。
相对应于加热单元20分成的每一个子加热单元，可将被加热单元10分为多个受热区域，每一个子加热单元加热其对应的受热区域。被加热单元10分为多个受热区域的具体分法将在以下说明。
此外，需要说明的是，加热单元20的子加热单元为电阻式加热单元，电阻式加热单元是利用电阻丝通电产生热量。通过调整每一个子加热单元的电流和/或电压，能够调整该子加热单元的输出功率，从而调整该子加热单元上方对应的受热区域的温度。其中，当某一个子加热单元出现断路、短路或其他故障时，该子加热单元输出到其上方对应的受热区域的功率会出现异常，从而使得该子加热单元上方对应的被加热单元10的受热区域的温度会出现异常，进而使得整个被加热单元10的受热会不均匀。为了避免被加热单元10受热不均匀，本发明的目的在于利用监控装置对每一个子加热单元进行温度监控。
本发明利用监控装置对每一个子加热单元进行监控的工作原理在于：采用监控装置检测某一个子加热单元的电压值和电流值，基于测得的电压值和电流值获得该子加热单元的实时电阻值，将该实时电阻值与参考电阻值(该参考电阻值可由式(1)计算获得)进行比较，获得电阻差值。当实时电阻值大于参考电阻值，且二者之间的电阻差值与参考电阻值的比值大于或等于某一预设的参考比值时，监控装置判断该子加热单元处于断路状态；当实时电阻值小于参考电阻值，且二者之间的电阻差值与参考电阻值的比值大于或等于预设的参考比值时，监控装置判断该子加热单元处于短路状态。
实施例1
图2是本发明的实施例1的监控装置的系统示意图。
参阅图2，在本实施例中，可将加热单元20分为三个子加热单元，即沿加热单元20的半径方向由内向外分别为：第一子加热单元21、第二子加热单元22和第三子加热单元23。但不限于此，也可将加热单元20分为更多个子加热单元，例如分为四个子加热单元、五个子加热单元等。
每一子加热单元对该子加热单元上方对应的被加热单元10的一个受热区域进行加热。在本实施例中，第一子加热单元21用于对被加热单元10的第一受热区域T1进行加热，第二子加热单元22用于对被加热单元10的第二受热区域T2进行加热，第三子加热单元23用于对被加热单元10的第三受热区域T3进行加热。需要说明的是，被加热单元10分成的受热区域的数量与加热单元20分成的子加热单元的数量对应一致。
在本实施例中，监控装置2设置于加热单元20下方，用于对加热单元20进行实时监控。当加热单元20发生异常状况，例如加热单元20发生短路或断路时，该监控装置2发出报警信号通知技术人员注意加热单元20的状况，进而起到保护加热单元20的作用。
监控装置2包括检测单元30、比较单元40及报警单元50。
对应于加热单元20的三个子加热单元21、22和23，检测单元30包括三个子检测单元，三个子检测单元分别是：第一子检测单元31，用于监控第一子加热单元21；第二子检测单元32，用于监控第二子加热单元22；第三子检测单元33，用于监控第三子检测单元23。其中，每一个子检测单元均包括电流表、电压表以及计算电路。电流表以串联的方式与对应的子加热单元的电阻丝电连接，用于测试流过该子加热单元的电阻丝中流过的电流；电压表以并联的方式与该子加热单元的电阻丝电连接，用于测试流过该子加热单元的电阻丝两端的电压；计算电路基于获得的电流值和电压值求得该加热单元的实时电阻值。需要说明的是，子检测单元还可以由万用表和计算电路构成，子加热单元的电流值和电压值也可以用万用表进行检测获得。
比较单元40包括第一子比较单元41、第二子比较单元42和第三子比较单元43。第一子比较单元41对由第一子检测单元31获得的实时电阻值进行比较判断，第二子比较单元42对由第二子检测单元32获得的实时电阻值进行比较判断，第三子比较单元43对由第三子检测单元33获得的实时电阻值进行比较判断。每一个子比较单元仅需要比较判断其对应的一个子检测单元的状态，以使能够更快速、更准确的判断每一个子加热单元的状态。
上述的子比较单元的比较判断的工作原理为：某一子比较单元基于该子比较单元对应的子检测单元获得的实时电阻值，将该实时电阻值与参考电阻值比较并相减(参考电阻值为待判断的子加热单元的电阻丝的电阻值，可根据式(1)求得)，获得该子加热单元的电阻差值，并且将该电阻差值与参考电阻值相除得到实时比值，将实时比值与参考比值相比较得到比较结果，将比较结果发送至报警单元50，报警单元50根据实时比值与参考比值的比较结果，判断是否发出报警信号。
当实时电阻值大于参考电阻值，并且实时比值大于或等于参考比值时，判断为该子加热单元处于断路状态，报警单元50发出报警信号；当实时电阻值小于参考电阻值，并且实时比值大于或等于参考比值时，判断为该子加热单元处于短路状态，报警单元50也会发出报警信号。报警信号可以仅仅是单一的报警信号，提示加热单元20发生异常，也可以是发出多样的报警信号，例如加热单元20断路报警信号、加热单元20短路报警信号，甚至报警信号还可以精确地指示出是哪一个子加热单元发生了断路或短路，这样更加便于本领域技术人员对加热单元进行检查、维护和保养。
在本实施例中，参考比值为0.3，但不限于此，例如也可为0.1、0.2或其他数值，这取决于对子加热单元的监控状态的严格与否，当参考比值选取的数值越小，意味着对该子加热单元的监控越严格。值得注意地是，当参考比值过小时，会导致监控装置2频繁报警，但当参考比值过大时，会出现在该子加热单元已经出现异常时，监控装置2也未报警。因此，在实际中，本领域技术人员可以根据对加热单元的监控的严格程度来选择合适的参考比值。
实施例2
在实施例2的描述中，与实施例1相同的内容在此不再赘述。
图3是本发明的实施例2的监控装置的系统示意图。
参阅图3，实施例2与上述的实施例1所不同的是，当检测单元30包括的三个子检测单元31、32和33分别检测各自对应的子加热单元21、22和23的电压值及电流值，并根据各个子加热单元的电压值及电流值获得各个子加热单元的实时电阻值后；比较单元40按照某种次序将各个子加热单元的实时电阻值与参考电阻值比较并相减，获得各个子加热单元所对应的电阻差值，并且按照所述次序将得到的电阻差值与参考电阻值相除得到实时比值，将得到的实时比值按照所述次序与参考比值相比较得到比较结果，并按照所述次序将比较结果发送至报警单元50，报警单元50根据按照所述次序得到的比较结果，判断是否发出报警信号。
需要说明的是，所述次序可以是由比较单元40比较判断第一子加热单元21、第二子加热单元22、第三子加热单元23的次序；也可以是由比较单元40比较判断第三子加热单元23、第二子加热单元22、第一子加热单元21的次序；还可以是由比较单元40比较判断第二子加热单元22、第一子加热单元21、第三子加热单元23的次序；亦可以是由比较单元40比较判断第三子加热单元23、第三子加热单元23、第二子加热单元22、第一子加热单元21，这里是指比较单元40在比较判断两次第三子加热单元23后才比较判断其他的两个子加热单元。所述次序也可以是其他任意排列的次序，所述次序可由本领域技术人员任意设置。
在本实施例中，参考比值为0.3，但不限于此，例如也可为0.1、0.2或其他数值，这取决于对子加热单元的监控状态的严格与否，当参考比值选取的数值越小，意味着对该子加热单元的监控越严格。值得注意地是，当参考比值过小时，会导致监控装置2频繁报警，但当参考比值过大时，会出现在该子加热单元已经出现异常时，监控装置2也未报警。因此，在实际中，本领域技术人员可以根据对加热单元的监控的严格程度来选择合适的参考比值。
综上所述，本发明实施例的监控装置通过监控MOCVD设备中的加热单元，在加热单元发生异常情况例如断路或短路时，在第一时间发出报警信号通知技术人员此刻的加热单元处于异常状态，以便技术人员及时掌握加热单元的正常与否，从而维护加热单元，进而能够确保MOCVD设备的正常工作，提高外延芯片的良率，减少产品的报废。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例，并未限制本发明的范围。凡是包含于权利要求书中的精神及范畴内的修改及均等设置均包括在本发明的范围内。
Claims (13)
1.一种监控装置，用于监控气相沉积设备中的加热单元，所述加热单元利用电阻丝进行加热，其特征在于，该监控装置包括：
检测单元，用于获得所述加热单元的实时电阻值；
比较单元，用于获得所述实时电阻值与参考电阻值的比较结果；
报警单元，用于根据所述比较结果，判断是否发出报警信号。
2.根据权利要求1所述的监控装置，其特征在于，所述加热单元包括若干个子加热单元，所述若干个子加热单元对设置于所述加热单元上方的被加热单元的若干个受热区域分别对应进行加热；所述检测单元包括若干个子检测单元，每一个所述子检测单元检测其对应的子加热单元的电流值和电压值，根据所述电流值和所述电压值获得该子加热单元的实时电阻值；所述比较单元包括若干个子比较单元，每一个所述子比较单元比较其对应的子加热单元的实时电阻值与该子加热单元对应的参考电阻值并得到电阻差值，比较所述电阻差值与所述参考电阻值的比值得到实时比值，比较所述实时比值与参考比值得到所述比较结果。
3.根据权利要求1所述的监控装置，其特征在于，所述加热单元包括若干个子加热单元，所述若干个子加热单元对设置于所述加热单元上方的被加热单元的若干个受热区域分别对应进行加热；所述检测单元包括若干个子检测单元，每一个所述子检测单元检测其对应的子加热单元的电流值和电压值，根据所述电流值和所述电压值获得该子加热单元的实时电阻值；所述比较单元比较每一个子加热单元的实时电阻值与该子加热单元对应的参考电阻值并得到该子加热单元的电阻差值，比较所述电阻差值与所述参考电阻的比值得到实时比值，比较所述实时比值与参考比值得到所述比较结果。
4.根据权利要求2或3所述的监控装置，其特征在于，所述参考比值为0.1～0.3。
5.根据权利要求4所述的监控装置，其特征在于，当所述实时电阻值大于所述参考电阻值，并且所述实时比值大于或等于所述参考比值时，所述报警单元判断为所述子加热单元为断路并发出断路报警信号；当所述实时电阻值小于所述参考电阻值，并且所述实时比值大于或等于所述参考比值时，所述报警单元判断为所述子加热单元为短路并发出短路报警信号。
6.根据权利要求2或3所述的监控装置，其特征在于，所述若干个子加热单元的加热功率相互独立调节。
7.一种气相沉积设备，包括工艺腔室、被加热单元和加热单元，所述加热单元设置于所述被加热单元下方，在进行气相沉积工艺时，所述加热单元对所述被加热单元进行加热，其特征在于，所述气相沉积设备还包括权利要求1至6任一项所述的监控装置，所述监控装置用于监控所述加热单元。
8.一种气相沉积设备中利用电阻丝进行加热的加热单元的监控方法，其特征在于，包括步骤：
a)检测所述加热单元的电流值和电压值并根据所述电流值和所述电压值获得所述加热单元的实时电阻值；
b)比较所述实时电阻值与参考电阻值并得到电阻差值；
c)比较所述电阻差值与所述参考电阻值的比值得到实时比值；
d)比较所述实时比值与参考比值得到比较结果；
e)根据所述比较结果，判断是否发出报警信号。
9.根据权利要求8所述的监控方法，其特征在于，所述加热单元包括若干个子加热单元，所述若干个子加热单元对设置于所述加热单元上方的被加热单元的若干个受热区域分别对应进行加热；所述检测单元包括若干个子检测单元，每一个所述子检测单元检测其对应的子加热单元的电流值和电压值，根据所述电流值和所述电压值获得该子加热单元的实时电阻值；所述比较单元包括若干个子比较单元，每一个所述子比较单元比较其对应的子加热单元的实时电阻值与该子加热单元对应的参考电阻值并得到电阻差值，比较所述电阻差值与所述参考电阻值的比值得到实时比值，比较所述实时比值与参考比值得到所述比较结果。
10.根据权利要求8所述的监控方法，其特征在于，所述加热单元包括若干个子加热单元，所述若干个子加热单元对设置于所述加热单元上方的被加热单元的若干个受热区域分别对应进行加热；所述检测单元包括若干个子检测单元，每一个所述子检测单元检测其对应的子加热单元的电流值和电压值，根据所述电流值和所述电压值获得该子加热单元的实时电阻值；所述比较单元比较每一个子加热单元的实时电阻值与该子加热单元对应的参考电阻值并得到该子加热单元的电阻差值，比较所述电阻差值与所述参考电阻的比值得到实时比值，比较所述实时比值与参考比值得到所述比较结果。
11.根据权利要求8至10任一项所述的监控方法，其特征在于，所述参考比值为0.1～0.3。
12.根据权利要求11所述的监控方法，其特征在于，当所述实时电阻值大于所述参考电阻值，并且所述实时比值大于或等于所述参考比值时，所述报警单元判断为所述子加热单元为断路并发出断路报警信号；当所述实时电阻值小于所述参考电阻值，并且所述实时比值大于或等于所述参考比值时，所述报警单元判断为所述子加热单元为短路并发出短路报警信号。
13.根据权利要求9或10所述的监控方法，其特征在于，所述若干个子加热单元的加热功率相互独立调节。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130522 |