CN104253060B - 半导体工艺的温度测量和调节方法 - Google Patents
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Abstract
半导体工艺的温度测量和调节方法，在整个有效温度区域内的中心区域开辟一个与工艺相对无关的小区域的测温区，当整个盘面温度平衡时，中心温度的测量值代表整个盘面的准确温度测量值。步骤如下：1、先设定目标温度值，加热器升温；2、用两个以上的径向测温仪进行温度检测；3、加热器温度调节至径向测温仪的读数相同；4、将中心测温仪读数与设定目标温度值比较；5如读数大于设定目标温度值，加热器降温，重复步骤2至4直到两者相等；如读数小于设定目标温度值，加热器升温，重复步骤2至4直到两者相等。本发明的优点是巧妙的避免或减少了反应腔内环境变化对测温准确性的影响，并降低了径向测温仪温度准确性要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于半导体工艺中的温度在线测量与调节的温度测量和调节方法，尤其是化学气相沉积设备（CVD）工艺总的温度在线测量和调节方法。
背景技术
化学气相沉积设备（Chemical Vapor Deposition,简称CVD）是一种半导体外延生长设备，随着半导体技术的发展，对影响半导体器件的工艺参数的检测与控制的要求越来越高。半导体生长工艺，如CVD外延生长工艺中的温度实时精确测量与调节对外延薄膜的质量影响很大，特别是对外延薄膜的均匀性的影响尤其突出，解决不好，影响设备的工业化应用。
传统的温度的测量主要依靠铂、铑等贵重金属制造的热电偶，对于CVD系统，热电偶由于设备空间布置受限以及工艺本身限制的关系，无法直接测量外延片上的薄膜表面或载片盘表面的生长温度，所以必须依赖非接触式高温测量方法。目前的光学测温方法是通过直接测量一定波段的辐射光来计算外延片表面的温度，但由于测试的光路受到反应腔内气流变化、测试表面沉积物变化以及载片盘旋转等的影响很难测得测试表面的真实温度，即便是采用比色或者多波长的红外测温方法，也不能达到可靠的效果，原因是薄膜的干涉效应会使测温表面的发射率发生非线性的变化。然而载片盘表面或者外延薄膜表面的真实温度的在线测量掌握对工艺人员来说极其重要，对外延薄膜质量有重要影响，另外载片盘温度均匀性也直接影响外延薄膜的厚度、组分均匀性、一致性。因此如何准确、简便在线测量载片盘或外延薄膜表面的真实温度，并使载片盘温度调节均匀是人们一直探索解决的难题。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前半导体设备生长工艺尤其是CVD工艺中在线真实温度测量技术存在的问题，提出一种利用中心测温结合径向测温的温度测量与调节方法。由于载片盘中央气流稳定、化学反应较少，并处于旋转中心，其温度测试环境较为稳定，特别是本发明通过气流的特别设计，可以使中心区域的衬底表面或者载片台表面基本稳定，通过中心测温仪的温度标定，可以准确获得载片盘中心的真实温度；在载片盘径向方向上，一般在不同半径分别选取两个以上测试点进行温度测量，当测得温度相等时，可以认为载片盘表面的温度达到均匀一致，即中心温度实际上也与径向温度相等，虽然两者读数可能会不同，但是中心温度也就代表了整个载片台的真实温度。本发明正是结合这两点，通过径向测温仪测量和加热器的温度调节使载片盘温度均匀一致，此时利用中心测温仪的准确测温读取温度值，即为我们关心的真实温度值。温度测量中，中心测温仪和径向测温仪该方法测温方式可以为单波长或双波长或者多波长温度测量。
为了达到上述目的，对被测温度目标的中心测温区域具备相对准确的测温条件的，本发明的方法依次包含以下步骤：
步骤1，在被测温度的目标上方预设中心测试孔和多个径向测试孔然后设定目标温度值，加热器升温；
步骤2，用两个以上的径向测温仪经多个径向测试孔进行温度检测；
步骤3，对加热器进行温度调节，直到各个径向测温仪的读数相同；
步骤4，用中心测温仪对中心测试孔测温，将中心测温仪测得的读数与设定目标温度值进行比较；
步骤5如果中心测温仪读数大于设定目标温度值，对加热器降温，并重复步骤2至步骤4，直到中心测温仪的读数与设定目标温度值两者相等；如果读数小于设定目标温度值，对加热器升温，并重复步骤2至步骤4，直到中心测温仪的读数与设定目标温度值两者相等；
步骤6，读取中心测温仪读数。
上述步骤2径向测温仪的测温方式为单波长或双波长或者多波长温度测量。优选地：用两个以上的径向测温仪经多个径向测试孔进行温度检测的过程中，径向测温仪测温方式保持一致，可以较好地保证测得温度的相对值的准确性，能准确地使温度调节均匀。
上述步骤4中的中心测温仪测温方式为单波长或双波长或者多波长温度测量。
被测温度目标的中心区域具备使用红外测温相对准确的测温条件为：测温表面状态稳定。所述被测温度目标为半导体工艺中使用的载片盘或者衬底表面。
完成以上步骤后，载片盘表面温度达到均匀，且准确达到设定温度值，达到在线温度测量和调节目的。
本发明的优点是：在整个有效温度区域内的中心区域开辟一个与工艺相对无关的小区域的测温区，当整个盘面温度平衡时，中心温度的测量值代表整个盘面的准确温度测量值。巧妙的避免或减少了反应腔内环境变化对测温准确性的影响，并降低了径向测温仪温度准确性要求，可以准确、简单获得测试表面的真实温度，并调节均匀。
附图说明
图1为本发明温度测量与调节方法一个实施例示意图；
图2是本发明实施例一气体输入板俯视图；
图3是本发明温度测量与调节方法流程图。
图中，1气体输入板、2反应腔、3载片盘、4加热器、5支撑旋转轴、6为衬底，7为中心测试孔，8、9、10分别为径向测试孔，11为中心测温仪，12、13、14分别为径向测温仪。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的实施例：
实施例一
参见图1、图2。本实施例为实时测量载片盘3表面的真实温度，并调节均匀。温度测量中，中心测温仪和径向测温仪该方法测温方式可以为单波长或双波长或者多波长温度测量。本实施例中，中心测温仪测温方式为双波长温度测量，径向测温仪为单波长温度测量。根据图3所示的流程图，对被测温度目标的中心测温区域具备相对准确的测温条件的，即温度表面状态稳定的载片盘3进行温度测量和调节，步骤依次如下：
步骤1：在载片盘3上方的气体输入板1上预设中心测试孔7和三个径向测试孔8、9、10，然后设定目标温度值，加热,4升温；
步骤2：径向测温仪12、13、14经中心测试孔7和三个径向测试孔8、9、10对载片盘3表面进行温度测量；径向测温仪12、13、14的测温方式为单波长或双波长或者多波长温度测量。三个径向测温仪经三个径向测试孔进行温度检测的过程中，径向测温仪测温方式保持一致，这样可以较好地保证测得温度的相对值的准确性，能准确地使温度调节均匀。
步骤3：对加热器4进行温度调节，直到径向测温仪12、13、14的读数相同；
步骤4：用中心测温仪11中心测试孔7测温，测得的读数与设定目标温度值进行比较；
步骤5：如果中心测温仪11读数大于设定目标温度值，加热器4降温，并重复步骤2至步骤4，直到中心测温仪11的读数与设定目标温度值两者相等；如果读数小于设定目标温度值，加热器4升温，并重复步骤2至步骤4，直到中心测温仪11的读数与设定目标温度值两者相等。
步骤6：读取中心测温仪11读数，即为测温结果。
完成以上步骤后，载片盘3表面温度达到均匀，且准确达到设定温度值，达到在线温度测量和调节目的。
实施例二：
实施例二与实施例一相同，所不同的是：温度测量的目标是衬底6表 面。在本实施例中，中心测温仪测温方式为多波长温度测量，径向测温仪为双波长波长温度测量。三个径向测温仪经三个径向测试孔进行温度检测的过程中，径向测温仪测温方式保持一致。
Claims (6)
1.一种半导体工艺的温度测量和调节方法，被测温度目标的中心测温区域具备相对准确的测温条件，其特征在于该方法依次包含以下步骤：
步骤1，在被测温度的目标上方预设中心测试孔和多个径向测试孔然后设定目标温度值，加热器升温；
步骤2，用两个以上的径向测温仪经多个径向测试孔进行温度检测；
步骤3，对加热器进行温度调节，直到各个径向测温仪的读数相同；
步骤4，用中心测温仪对中心测试孔测温，将中心测温仪测得的读数与设定目标温度值进行比较；
步骤5如果中心测温仪读数大于设定目标温度值，对加热器降温，并重复步骤2至步骤4，直到中心测温仪的读数与设定目标温度值两者相等；如果读数小于设定目标温度值，对加热器升温，并重复步骤2至步骤4，直到中心测温仪的读数与设定目标温度值两者相等；
步骤6，读取中心测温仪读数。
2.根据权利要求1所述的半导体工艺的温度测量和调节方法，其特征在于所述步骤2径向测温仪的测温方式为单波长或双波长或者多波长温度测量。
3.根据权利要求1所述的半导体工艺的温度测量和调节方法，其特征在于步骤2所述的用两个以上的径向测温仪的径向测温方式一致。
4.根据权利要求1所述的半导体工艺的温度测量和调节方法，其特征在于步骤4中的中心测温仪测温方式为单波长或双波长或者多波长温度测量。
5.根据权利要求1所述的半导体工艺的温度测量和调节方法，其特征在于所述被测温度目标的中心区域具备使用红外测温相对准确的测温条件为：测温表面状态稳定。
6.权利要求1的半导体工艺的温度测量和调节方法，其特征在于所述被测温度目标为半导体工艺中使用的载片盘或者衬底表面。
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