CN105603383A - 托盘晶圆定位系统、方法及mocvd设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种托盘晶圆定位系统、方法及MOCVD系统，在托盘旋转时，测量托盘上至少两圈晶圆对应的光学信号，得到至少两组光学信号序列；将所测得的至少两组光学信号序列作为一个整体，和包括有托盘位置信息及晶圆放置信息的位置信息模板进行匹配；找出匹配程度最高时各圈晶圆对应的光学信号在各自序列中的位置，进而确定托盘上各圈晶圆中每个晶圆的编号。本发明在硬件设置本身无法提供有效的定位信号的情况下，依靠托盘上凹槽位置的特性，对于采集光学信号进行处理分析，实现对托盘上对每片晶圆的绝对定位，进而可以将采集的数据分割而得到各个晶圆所对应的数据。

Description

托盘晶圆定位系统、方法及MOCVD设备

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种托盘晶圆定位系统、方法及MOCVD设备。

背景技术

化学气相沉积设备，例如金属有机化学气相沉积（MOCVD）设备是生产半导体光电器件的核心设备之一，用来在晶圆（或外延片或衬底片）上沉积或外延生长出晶体结构薄膜。所述MOCVD设备的反应腔体内设置有托盘，托盘一般是石墨的，上面排列有多圈凹槽用来对应放置所述晶圆。

目前，对于托盘上晶圆的定位方法有以下几种：

第一种，通过电机编码器位置对晶圆进行定位；缺点是：托盘和支撑并带动其旋转的转轴之间必须是刚性连接，对于非刚性连接的托盘无法使用该方法进行定位。

第二种，在托盘上需要测量的位置进行标记，例如设置小凹槽，或者喷涂特殊的材料，通过测量信号在该标记位置发生的突变来进行定位。缺点是，石墨托盘很难进行标记：凿小凹槽可能会影响托盘寿命；喷涂的特殊材料在高温下可能会挥发而影响到腔内的工艺反应；并且，要通过反射率测量设备检出托盘上的标记也非常困难。

第三种，更改放置晶圆的凹槽在托盘上的排列位置，例如有意增大某两个凹槽之间的角度；在所有凹槽内都放置有晶圆的满盘情况下，利用这个特定角度的差异特征，通过对晶圆进行反射率或温度测量来进行定位。

以反射率为例，晶圆上测得的反射率大于托盘表面上测得的反射率，因此周期性测得的反射率波形图中，与这两个特定凹槽对应的两个峰值之间间距较大，从而可以定位出放在这两个特定凹槽内的晶圆；如果事先给每个晶圆设置了对应的一个编号（通常采用序列号），则在托盘旋转过程中就可以识别出每个晶圆对应的编号。

缺点是：由于该方法中托盘上某一区的晶圆是非对称排放的，这可能会导致托盘上晶圆的重量分布不均，在托盘高速旋转情况下导致托盘旋转不稳定，更有可能导致整个炉次不同晶圆之间薄膜生长均匀性降低。

发明内容

本发明提供一种托盘晶圆定位系统、方法及MOCVD系统。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种托盘上晶圆的定位方法，其中包括如下步骤：

在托盘旋转时，测量托盘上至少两圈晶圆对应的光学信号，得到至少两组光学信号序列；

将所测得的至少两组光学信号序列作为一个整体，和预设的位置信息模板进行匹配，所述位置信息模板中包括所述至少两圈晶圆各自对应的位置信息模板，每圈晶圆对应的位置信息模板中包括对应一圈凹槽中各个凹槽的编号、各个凹槽的坐标信息以及各个凹槽中的晶圆放置信息；

找出匹配程度最高时各圈晶圆对应的光学信号在各自序列中的位置，结合对应一圈凹槽中预设的编号，确定托盘上各圈晶圆中每个晶圆的编号。

优选地，所述测量托盘上至少两圈晶圆对应的光学信号，得到至少两组光学信号序列的步骤，进一步包括：

为所述至少两圈晶圆中的每圈晶圆分配有一个或多个测量装置来测量该圈晶圆的光学信号；

计算一个周期内每个测量装置对应的光学信号的实际采样点个数；

根据实际采样点个数选取每个测量装置对应的光学信号中属于一个周期的采样数据的序列，作为对应的一圈晶圆的一组光学信号序列；

为每圈晶圆各自选择一组或多组光学信号序列；

其中，所述至少两组光学信号序列包括为每圈晶圆各自选择的一组或多组光学信号序列。

优选地，在进行匹配的过程中，进一步包括：

将所述至少两圈晶圆中每圈晶圆对应的位置信息模板，和该圈晶圆对应的一组光学信号序列进行卷积运算；

每移动该位置信息模板一位数据的长度后，重新进行卷积运算，直至该位置信息模板移动一个周期的长度；

确定每圈晶圆进行卷积运算后各自出现最大值时所对应的位置信息模板移动的位数；

选择每圈晶圆同时出现最大值时各个位置信息模板移动的位数，匹配所述至少两圈晶圆中每圈晶圆的光学信号及该圈晶圆对应的信息模板，并结合该圈晶圆对应凹槽预设的编号，确定该圈晶圆中各个晶圆的编号。

优选地，在所述定位方法中还包括：

在所述至少两圈晶圆进行卷积运算后每圈晶圆同时出现最大值时，将该圈晶圆的位置信息模板中的对应的凹槽编号作为该圈晶圆的编号；再根据位置信息模板确定其他圈晶圆中各晶圆的编号。

优选地，在确定托盘上各圈晶圆中每个晶圆的编号后，还包括：确定所述至少两圈晶圆中每个晶圆对应的光学信号。

优选地，所述光学信号是反射率信号，或温度信号，或翘曲率信号，或基于反射率信号、温度信号和翘曲率信号中至少一种信号的合成信号。

优选地，每圈晶圆对应的光学信号序列包括从该圈凹槽内的晶圆和该圈凹槽之间的托盘区域测得的数据。

优选地，一个周期与所述托盘旋转一圈的过程相对应；一个周期期间，托盘的位置信息与其旋转角度一一对应，所述位置信息包括托盘上各个凹槽的编号及坐标信息。

优选地，在将位置信息模板与光学信号序列进行卷积运算之前，还包括：对该组光学信号序列进行滤波，对滤波后的该组光学信号进行数字化处理。

优选地，所述计算的步骤进一步包括：

根据采样速率、旋转轴的转速，计算得到一个周期内各测量装置的大致采样点个数；

在根据大致采样点个数来划定的范围内选择采样数据的序列的长度，使下一个序列长度在前一个序列长度的基础上增加设定的间隔数值；

分别根据其中每一个序列的长度从采样数据中选择相邻的两个数据序列，并进行卷积运算，取卷积值最大的序列对应的长度作为该测量装置的实际采样点个数。

优选地，所述位置信息模板中，还包括托盘上所述至少两圈晶圆对应的测量点坐标信息。

优选地，所述各个凹槽大致呈圆形，所述各个凹槽的坐标信息包括该凹槽的中心点所对应极坐标信息中的角度信息。

本发明的另一个技术方案是提供一种托盘晶圆定位系统，其中包括：

测量系统，其中进一步包括为托盘上至少两圈晶圆中每圈晶圆各自分配的一个或多个测量装置，用来测量至少两圈晶圆的光学信号而得到至少两组光学信号序列；

计算系统，将所述测量系统输出的至少两组光学信号序列作为一个整体，和预先存储的位置信息模板进行匹配，以找出匹配程度最高时对应光学信号在各自序列中的位置，进而根据所述位置确定托盘上各圈晶圆中每个晶圆的编号。

优选地，所述托盘晶圆定位系统中还包括模板生成单元，其生成的所述位置信息模板中包括：对应放置所述至少两圈晶圆的凹槽中各个凹槽的编号、各个凹槽的坐标信息、各个凹槽中的晶圆放置信息。

优选地，所述计算系统中进一步包括：

第一卷积单元，将所述至少两圈晶圆中每圈晶圆对应的位置信息模板和该圈晶圆对应的一组光学信号序列进行卷积运算；

模板移位单元，根据实际采样点个数移动位置信息模板，每移动所述位置信息模板一位数据后，重新由第一卷积单元进行卷积运算，直至该位置信息模板移动一个周期；

比较单元，确定由第一卷积单元进行卷积运算后每圈晶圆的卷积运算最大值，输出所述至少两圈晶圆同时出现卷积运算最大值时对应的各个位置信息模板移动的位数；

确定单元，根据所述比较单元的输出，匹配所述至少两圈晶圆中每圈晶圆对应的信息模板，将该圈晶圆的位置信息模板中对应凹槽的编号作为该圈晶圆的编号，以及再根据位置信息模板确定其他圈晶圆中各晶圆的编号。

优选地，所述计算系统中进一步包括：

采样点计算单元，在以托盘旋转一圈来设定的一个周期中，根据采样速率、旋转轴的转速来求取一个周期中每个测量装置的大致采样点个数；

序列长度选择单元，根据大致采样点个数来划定范围，并在该范围内选择序列长度，使下一个序列长度在前一个序列长度的基础上增加设定的间隔数值；

第二卷积单元，分别根据每一个序列长度，从采样数据中选择相邻的两个数据序列进行卷积运算，取卷积值最大的序列对应的长度作为该测量装置的实际采样点个数。

本发明的又一个技术方案是提供一种MOCVD设备，其中包含如上述任意一个示例中所述的托盘晶圆定位系统；

所述MOCVD设备中设置有反应腔体，在其中引入反应气体对托盘上放置的至少两圈晶圆进行工艺处理；

所述托盘通过其下方的旋转轴支撑，并在工艺处理的过程中由该旋转轴带动托盘旋转，其中托盘旋转一圈为一个周期，一个周期内，托盘的位置信息与其旋转角度一一对应，所述位置信息包括托盘上各个凹槽的编号及坐标信息。

与现有技术相比，本发明实施例提供的托盘上晶圆的定位方法、托盘晶圆定位系统及MOCVD系统，其优点在于：

本发明在硬件设置本身无法提供有效的定位信号的情况下，依靠托盘上凹槽位置排列的特性，对于采集光学信号例如温度或反射率数据或两者的结合使用（比如其简单叠加），又例如是翘曲系数等进行处理分析，实现对托盘上对每片晶圆的绝对定位，进而还可以将采集的数据分割而得到各个晶圆所对应的数据。

本发明中通过分析采集的信号能够利用卷积的方法计算精确托盘的真实转速。本发明无需石墨托盘转动所在位置的信号，通过采集的光学信号就能够进行晶圆定位，除适用于托盘和转轴之间刚性连接的方式外，进一步适用于转轴通过摩擦力驱动托盘的方式。

本发明依据托盘上凹槽的排布图案，通过分析采集的信号进行定位，晶圆无需规律性放片，当石墨托盘上非对称放置晶圆时，也可以完成晶圆绝对定位。

附图说明

图1是本发明一个示例中托盘上晶圆的定位方法示意图；

图2是本发明托盘位置及晶圆放置信息的一个示例结构的示意图；

图3是本发明一个示例中一个周期内从各区采集的反射率数据示意图；

图4是本发明一个示例中某区反射率数据中值滤波后结果的示意图；

图5是本发明一个示例中某区反射率数据运行k-means算法后结果的示意图；

图6是本发明一个示例中托盘位置及晶圆放置信息（上方）与二值化后反射率数据（下方）卷积的示意图；

图7是本发明一个示例中一圈晶圆对应的位置信息模板与反射率数据卷积结果的示意图；

图8是本发明一个示例中托盘上晶圆的定位方法中反射率数据和位置信息模板匹配后的结果示意图；

图9是本发明一个示例中托盘晶圆定位系统的结构示意图；

图10是本发明一个示例中MOCVD系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明一个实施例中提供的一种托盘上晶圆的定位方法，其中包括如下步骤：

在托盘旋转时，测量托盘上至少两圈晶圆对应的光学信号，得到至少两组光学信号序列；

将所测得的至少两组光学信号序列作为一个整体，和预设的位置信息模板进行匹配；所述位置信息模板中包括所述至少两圈晶圆各自对应的位置信息模板，每圈晶圆对应的位置信息模板中包括对应一圈凹槽中各个凹槽的编号、各个凹槽的坐标信息以及各个凹槽中的晶圆放置信息；

找出匹配程度最高时各圈晶圆对应的光学信号在各自序列中的位置，结合对应一圈凹槽中预设的编号，确定托盘上各圈晶圆中每个晶圆的编号。

图1中示出了一个具体示例中定位的算法流程，以下详细说明其实现方案。在MOCVD设备的托盘20上排列有多圈凹槽30（pocket），可以在其中对应放置晶圆40（wafer），或称外延片或衬底片。如图2所示，本实施例中在托盘20上排列有至少两圈晶圆40：即，在托盘20上至少设置有内外两圈同圆心布置的凹槽30。在其他实施例的托盘上，可以设置更多圈的凹槽，而选择其中至少两圈来分别放置晶圆。如图2所示，可以是仅在内圈的其中一些凹槽或在内圈的所有凹槽中放置有晶圆；或可以是仅在外圈的其中一些凹槽或在外圈的所有凹槽内放置有晶圆。

在托盘旋转时，通过MOCVD设备中的相应的测量系统来测量与所述至少两圈晶圆对应的光学信号，所述光学信号例如是反射率、或温度数据、或翘曲率（只需要测量其中任意一种参数即可）。所述测量系统将测量获得的反射率信号，或温度信号，或翘曲率信号，或基于反射率信号、温度信号和翘曲率信号中至少一种信号的合成信号，实时输入MOCVD设备中的计算系统。下面的描述都将以测量反射率数据为例进行说明。

上述测量系统可以包括多个测量装置，分别在各个测量点测量光学信号。托盘上的每圈晶圆，分配有一个或多个测量装置用于测量该圈晶圆对应的光学信号；测量时托盘处于旋转状态，因而各圈晶圆对应的光学信号包括从该圈晶圆以及从托盘上该圈凹槽之间区域测得的数据。

托盘每旋转一圈称为一个周期。托盘由旋转轴（spindle）支撑并由旋转轴带动而旋转，在工艺过程中旋转轴转速可能会发生变化，而托盘和旋转轴之间由于结构设置的关系，例如旋转轴通过摩擦力来带动托盘转动，会导致托盘的转速和旋转轴转速可能不一致，因而需要通过计算例如使用卷积计算来获取实际的托盘转速。

即，通过卷积计算得到一个周期中反射率数据的采样个数，例如857个，结合采样速率例如10kHz，可以得到反射率数据的周期（即周期性出现的时间间隔），例如857/10kHz=0.0857s，也就是说托盘每转一圈用时0.0857s，即0.0857s/r（秒/转），从而计算出托盘实际转速60/0.0857=700rpm（转/分钟）。

上述卷积计算的过程如下，结合旋转轴的转速计算出一个周期中各个测量装置大致的采样点个数，例如假定旋转轴转速为720rpm，托盘转一圈得到的大致采样点个数为833（计算公式可以表达为Sa/(ro/60)=10kHz/（720/60）=833，Sa表示采样速率，ro表示旋转轴转速）。

根据大致的采样点个数选择用于卷积的数据序列长度，将该长度的数据和相邻的同长度的数据进行卷积运算，取卷积运算值最大的序列对应的长度作为实际采样点个数：例如可以根据大致采样点个数（833）按照设定标准在一定的范围例如660-1000（对应于80%—120%）来选择序列长度，例如序列长度可以每次增加10，即序列长度分别选为660，670，680……990，1000；再按照选择的多个序列长度分别进行卷积计算，得到多个数值，从中选择最大数值对应的长度作为一个周期中的实际采样个数。或者也可以按照其他标准来选择序列长度的范围和用于卷积运算的序列的长度。

为方便说明，下面以托盘转动一圈所获得/对应的数据进行说明。依据当前转速（托盘实际转速）计算一个周期内所述至少两圈晶圆各自对应的实际采样点个数，并根据该实际采样点个数选择属于一个周期内的采样序列。测量反射率数据过程中，例如：假定转盘转速为700rpm（转/分钟），采样速率10kHz，托盘每转一圈，一个测量装置采样点个数为10k/(700/60)=857个，即一个周期的长度为857个数据点；假定图2所示的实施例中测量装置为4个，每个测量装置的采样频率相等，各个测量装置的采样数据如图3所示：因晶圆和托盘材料不一样，反射率数据会有差异，其中纵轴上较大数值对应的是晶圆，较小数值对应的是托盘表面。

为方便表达，将每个测量装置对应测量的区域称为一个区（zoom），一个区上设有一个测量点，本实施例中沿着托盘径向从内到外分别是A区、B区、C区和D区，需要指出的是根据托盘上凹槽排列的不同，测量装置的数量也会有所调整，区的数量也会发生相应变化如3个区。在实际应用时，可能是一圈晶圆对应一个区，也有可能是一圈晶圆对应两个区，本实施例对此不作限制。因此一圈晶圆可能对应着一组或者二组反射率数据。在下面的计算过程中，为减小运算量，在一圈晶圆对应着两组反射率数据时，通常选择一组反射率数据。

可以对原始采样数据进行滤波，去除数据毛刺与异常（本步骤为优选步骤，非必选项），以A区为例，结果如图4所示。

可以对托盘转一圈得到的各区反射率数据进行数字化处理，将其简化为数字信号（本步骤可选）。如图5所示，以A区为例，鉴于晶圆和托盘反射率不一样，将A区对应的反射率数据分为2类，简化为0、1的数字信号。例如对晶圆及托盘反射率数据分别采用k-means算法求解其各自重心，取每类数据重心各自在纵轴上对应数值的加权值作为阈值，对该区转动一圈的n个（857个）数据进行分割，简化为0、1的数字信号，分割线（阈值）上的数据被简化为1，分割线下的数据被简化为0（数字化处理后如图6下半部分所示）。

需要指出的是，托盘旋转一圈的过程中，托盘的每个旋转角度对应着一个位置信息，包括托盘上各个凹槽的编号及凹槽的坐标信息；随着托盘旋转角度的变化，所述位置信息也相应变化，对任意一个位置信息来说，在托盘旋转一圈过程中该位置信息重复出现的次数为零，也就是说任一旋转角度对应的位置信息和其他旋转角度对应的位置信息均不同。

托盘位置信息以及晶圆放置信息作为已知参数（初始位置信息）预先输入MOCVD设备中的计算系统，并用来生成位置信息模板，因此位置信息模板中包括至少两圈晶圆各自对应的位置信息模板，每圈晶圆对应的位置信息模板中包括对应一圈凹槽中各个凹槽的编号、各个凹槽的坐标信息以及各个凹槽中的晶圆放置信息。此外，该位置信息模板中还可以包括各个测量点物理位置坐标，一个测量装置对应一个测量点，测量装置从其对应的测量点周期性地获取数据（光学信号）。在实际应用时，一圈凹槽中各个凹槽按逆时针或顺时针依次给予编号。

所述托盘位置信息包括各个凹槽的坐标信息，例如可以用凹槽中心点物理位置坐标来表示凹槽的坐标信息，优选地，可以采用极坐标来表示。由于各个凹槽大致呈圆形，所述各个凹槽的坐标信息包括该凹槽的中心点所对应极坐标信息中的角度信息。

所述晶圆放置信息，用于表示凹槽中是否放置晶圆，例如可以用数字信号1来表示放有晶圆，用0来表示没有放置晶圆；在实际应用时，托盘上各个凹槽对应的晶圆放置信息可以用矩阵来表示。在实际外延生长时，晶圆往往满盘放置，这个时候晶圆放置信息可以缺省设置，默认为每个凹槽中都放有晶圆，在这种情况下，位置信息模板仍被视为包括晶圆放置信息。

将位置信息模板与所述至少两圈晶圆对应的反射率数据分别做卷积，即：一圈晶圆对应的位置信息模板（图6上半部分），和对应于该圈晶圆的反射率数据做卷积，得到最优解。如图6所示，为一圈晶圆的反射率数据进行卷积，横坐标表示数据位数，纵坐标表示反射率数据。具体来说，可以每次向右移动位置信息模板一位数据的位置后，将该圈晶圆的位置信息模板与反射率数据做一次卷积，从而得到多个数值，整个卷积过程最多移动一个周期（托盘旋转一圈）对应的位数，本实施例中为857个。另一圈晶圆反射率数据也按照上述方式进行处理。

卷积以后，对一圈晶圆来说，可能会存在多个最优解（最大值），如图8所示，对每圈晶圆例如内圈晶圆的解，位置信息模板与反射率数据两者基本对准，若该圈凹槽均匀排布（晶圆也相应均匀排布）的话，会存在多个解，同样对另一圈也会存在多个解，但同时考虑两圈晶圆的话，会存在一个最优解，即存在一个位置（对应于位置信息模板移动的位数或数据点个数），在该位置，对两圈晶圆而言，能同时各自找到一个解。例如结合图2和图7，在一个示例中，内圈晶圆只放置了两片，且非均匀分布，内圈晶圆的解对应于卷积最大值，本实施例中最优解在横坐标上对应的数值为763，即内圈晶圆对应的位置信息模板向右移动763个数据点获得最优解。

根据两圈晶圆例如内圈晶圆和外圈晶圆同时确定的最优解可以唯一确定各个晶圆的位置，由于模板中各个晶圆的编号已经清楚设定，在最优解对应位置处的晶圆的编号也因此得以确定。除了如图2所示在托盘中放置部分晶圆的情形外，本实施例方案也适用于在该托盘上放满晶圆的情况（内圈放满5片，外圈放满12片），如图8所示，内圈各个晶圆对应的光学信号在序列中依次出现，在出现最优解时，位置信息模板向右移动相应的位数后，内圈对应的位置信息模板和内圈晶圆对应的光学信号匹配程度为最高。假定内圈五片晶圆依次为X1，X2，X3，X4，X5（托盘转动时测得数据依次对应的晶圆，无法区分）分别对应凹槽I1，I2，I3，I4，I5（模板数据），因为模板中各个凹槽的编号已经预先设定，且可以根据托盘上凹槽的排列特点确定I1的编号或者根据托盘上设置的一个标志来确定I1的编号，因此可以得到I1，I2，I3，I4，I5的编号（凹槽按逆时针或顺时针依次编号），从而确定出X1，X2，X3，X4，X5的编号，同样外圈12片晶圆的编号也可以得到确定。如果一圈凹槽中晶圆没有全部放满，按照上述方式也可以确定编号，例如X1，0，0，X4，0，同样可以确定出X1和X4的编号。

在实现对每个晶圆的定位后，进一步地，根据定位信息可以从测得的数据（光学信号）中获知每一片晶圆所对应的光学信号例如反射率信息。

本实施例提供的方法适用于MOCVD各种尺寸的衬底，例如2吋，4吋，6吋，8吋或其他尺寸，以及不同材料类型的晶圆衬底，例如蓝宝石衬底，硅衬底等。

结合图1，本发明所述托盘上晶圆定位方法的一个示例，包括以下步骤：

S1、测量托盘上至少两圈晶圆对应的光学信号，例如是测量反射率信号、温度信号、翘曲率信号中的任意一种；可以为每圈晶圆分配一个或多个测量装置，从该圈凹槽中放置的晶圆以及从该圈凹槽之间的托盘区域测得相应的数据。

S2、以托盘旋转一圈为一个周期，计算一个周期内各测量装置对于光学信号的实际采样点个数；可以分为以下两种情况：

1）计算采样速率/(托盘实际转速/60)，得到一个周期内各测量装置的实际采样点个数；或者，

2）计算采样速率/(旋转轴的转速/60)，得到一个周期内各测量装置的大致采样点个数；

在根据大致采样点个数来划定的范围内选择采样数据的序列的长度，使下一个序列长度在前一个序列长度的基础上增加设定的间隔数值；

将其中每一个序列长度的数据与其相邻的同样序列长度的数据进行卷积运算，取卷积值最大的序列对应的长度作为该测量装置的实际采样点个数。

S3、根据实际采样点个数选取该测量装置测得的光学信号中属于一个周期的采样数据的序列，作为对应的一圈晶圆的一组光学信号序列；即，测量所述至少两圈晶圆后获取至少两组光学信号序列，而其中需要为每圈晶圆选择一组或多组光学信号序列。

S4、将所测得的至少两组光学信号序列作为一个整体，和预先存储的位置信息模板进行匹配，以找出匹配程度最高时对应光学信号在各自序列中的位置；

所述位置信息模板中，包括至少两圈晶圆各自对应的位置信息模板，每圈晶圆对应的位置信息模板中包括对应一圈凹槽中各个凹槽的编号、各个凹槽的坐标信息以及各个凹槽中的晶圆放置信息，各个凹槽的坐标信息可以通过凹槽中心点的极坐标信息来表示。所述位置信息模板还可以包括所述至少两圈凹槽对应的测量点坐标信息。

S4所述的匹配过程，进一步包括：

S4-1、将所述至少两圈晶圆中的每圈晶圆对应的位置信息模板和该圈晶圆对应的一组光学信号序列进行卷积运算；

S4-2、每移动该位置信息模板一位数据后，重新进行卷积运算，直至该位置信息模板移动一个周期；即，位置信息模板移动的位数为前述步骤S2中的实际采样点个数；

S4-3、确定每圈晶圆进行卷积运算后各自出现最大值时所对应的位置信息模板移动的位数；

S4-4、选择每圈晶圆同时出现最大值时各个位置信息模板移动的位数，匹配每圈晶圆的光学信号及该圈晶圆对应的信息模板，根据位置信息模板进而确定该圈晶圆中各个晶圆的位置。

在S4中进行卷积步骤之前还可以包括：对该组光学信号序列进行滤波，去除毛刺和异常；对滤波后的该组光学信号进行数字化处理，将其简化为数字信号。

此外，还可以再根据位置信息模板中其他圈晶圆对应的位置信息模板，确定其他圈晶圆中各晶圆的编号。

S5、确定托盘上各圈凹槽中每个晶圆的编号后，还可以进一步确定所述至少两圈晶圆中的每个晶圆对应的光学信号。

如图9所示，本发明中还提供一种托盘晶圆定位系统，其中包括：

测量系统1，包括为托盘上至少两圈晶圆中的每圈晶圆分配的一个或多个测量装置，用来测量该圈晶圆的光学信号而得到至少两组光学信号序列；其中，所述光学信号可以是反射率信号、温度信号、翘曲率信号中的任意一种；测得的数据包括来自该圈放置的晶圆和来自该圈凹槽之间托盘区域的数据；

计算系统2，将所述至少两组光学信号序列作为一个整体，和预先存储的位置信息模板进行匹配，以便找出匹配程度最高时对应光学信号在各自序列中的位置，进而根据所述位置确定托盘上各圈晶圆中每个晶圆的编号。根据托盘上各圈凹槽中每个晶圆的编号后，可以进一步确定所述至少两圈晶圆中每个晶圆对应的光学信号。

在所述托盘晶圆定位系统中包括一个模板生成单元10，根据相关的托盘位置信息以及晶圆放置信息生成所述位置信息模板，相关信息包括：所述至少两圈晶圆所在内圈和外圈中各个凹槽的编号、各个凹槽的坐标信息，以及该至少两圈晶圆中各个凹槽中的晶圆放置信息；或者，还可以是所述至少两圈晶圆（即内外两圈凹槽）对应的测量点坐标信息。

为了进行匹配，在所述计算系统2中进一步包括：

第一卷积单元3，将所述至少两圈晶圆中的每圈晶圆对应的位置信息模板和该圈晶圆对应的一组光学信号序列进行卷积运算；

模板移位单元4，根据实际采样点个数移动位置信息模板，每移动所述位置信息模板一位数据后，重新由第一卷积单元进行卷积运算，直至该位置信息模板移动一个周期；

比较单元5，确定由第一卷积单元3进行卷积运算后每圈晶圆的卷积运算最大值，输出所述至少两圈晶圆同时出现卷积运算最大值时对应的各个位置信息模板移动的位数；

确定单元11，根据所述比较单元的输出，查找所述至少两圈晶圆中每圈晶圆对应的信息模板，将该圈晶圆的位置信息模板中的编号作为该圈对应晶圆的编号，以及再根据位置信息模板中其他圈凹槽预设的编号确定其他圈晶圆中各晶圆的编号。

可以在第一卷积单元3之前设置预处理单元9，对获取的光学信号序列进行滤波，去除毛刺和异常；并对滤波后的光学信号序列进行数字化处理，将其简化为数字信号。

测量获得的所述至少两组光学信号序列，是指根据实际采样点个数选取对应测量装置测得的光学信号中属于一个周期的采样序列，作为对应的一圈晶圆的一组光学信号序列。为了求取实际采样点个数，计算系统2中进一步包括：

采样点计算单元6，在以托盘旋转一圈来设定的一个周期中，根据采样速率、托盘实际转速来求取一个周期中任意一个测量装置的实际采样点个数，或者根据采样速率、旋转轴的转速来求取一个周期中任意一个测量装置的大致采样点个数；

序列长度选择单元7，根据大致采样点个数来划定范围，在该范围内选择序列长度，使任意一个序列长度在前一个序列长度的基础上增加设定的间隔数值；

第二卷积单元8，将每一个序列长度的数据与其下一个序列长度的数据进行卷积运算，取卷积值最大的序列对应的长度作为该测量装置的实际采样点个数。

本发明所述的托盘上晶圆的定位方法，适用于MOCVD设备。除了设置有上文所述的托盘晶圆定位系统之外，如图10所示，该MOCVD设备还设置有反应腔体90，反应腔体90内的托盘20上排列有多圈凹槽30用来对应放置晶圆40，优选地是有内外两圈凹槽30分别放置晶圆40（晶圆40在托盘20上可以满盘或非满盘放置，均匀或非均匀放置）。所述托盘20通过下方的旋转轴60支撑，并在工艺处理的过程中由该旋转轴60带动托盘20旋转。托盘旋转一圈为一个周期，一个周期内，托盘的位置信息与其旋转角度一一对应。反应腔体90的顶部设置有进气装置50，能够将反应气体（例如A、B两种气体）输送至其下方的所述托盘20及晶圆40上，以便在晶圆40上进行外延反应或其他工艺处理。所述MOCVD设备中的其他辅助装置，例如作用于托盘20以调整晶圆40温度的加热器70，用以排放反应后的气体的排气管路80等等，都可以参照现有MOCVD设备的设计要求来配置，本文中不再赘述。

本发明所述托盘上晶圆的定位方法、托盘晶圆定位系统及MOCVD设备，在MOCVD工艺生长期间，对采集的光学信号例如温度或反射率数据或翘曲系数或其结合使用（例如简单叠加），进行数据分析来计算出当前石墨托盘上面各个晶圆的位置，无需借助额外的附加硬件，实现对石墨托盘上晶圆的定位，进而可以将采集的数据分割而得到各个晶圆所对应的数据。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (17)

1.一种MOCVD设备中托盘上晶圆的定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

在托盘旋转时，测量托盘上至少两圈晶圆对应的光学信号，得到至少两组光学信号序列；

将所测得的至少两组光学信号序列作为一个整体，和预设的位置信息模板进行匹配，所述位置信息模板中包括所述至少两圈晶圆各自对应的位置信息模板，每圈晶圆对应的位置信息模板中包括对应一圈凹槽中各个凹槽的编号、各个凹槽的坐标信息以及各个凹槽中的晶圆放置信息；

找出匹配程度最高时各圈晶圆对应的光学信号在各自序列中的位置，结合对应一圈凹槽中预设的编号，确定托盘上各圈晶圆中每个晶圆的编号。

2.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述测量托盘上至少两圈晶圆对应的光学信号，得到至少两组光学信号序列的步骤，进一步包括：

为所述至少两圈晶圆中的每圈晶圆分配有一个或多个测量装置来测量该圈晶圆的光学信号；

计算一个周期内每个测量装置对应的光学信号的实际采样点个数；

根据实际采样点个数选取每个测量装置对应的光学信号中属于一个周期的采样数据的序列，作为对应的一圈晶圆的一组光学信号序列；

为每圈晶圆各自选择一组或多组光学信号序列；

其中，所述至少两组光学信号序列包括为每圈晶圆各自选择的一组或多组光学信号序列。

3.如权利要求2所述的定位方法，其特征在于，进行匹配的过程中，进一步包括：

将所述至少两圈晶圆中每圈晶圆对应的位置信息模板，和该圈晶圆对应的一组光学信号序列进行卷积运算；

每移动该位置信息模板一位数据的长度后，重新进行卷积运算，直至该位置信息模板移动一个周期的长度；

确定每圈晶圆进行卷积运算后各自出现最大值时所对应的位置信息模板移动的位数；

选择每圈晶圆同时出现最大值时各个位置信息模板移动的位数，匹配所述至少两圈晶圆中每圈晶圆的光学信号及该圈晶圆对应的信息模板，并结合该圈晶圆对应凹槽预设的编号，确定该圈晶圆中各个晶圆的编号。

4.如权利要求3所述的定位方法，其特征在于，还包括：

在所述至少两圈晶圆进行卷积运算后每圈晶圆同时出现最大值时，将该圈晶圆的位置信息模板中的对应的凹槽编号作为该圈晶圆的编号；再根据位置信息模板确定其他圈晶圆中各晶圆的编号。

5.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，确定托盘上各圈晶圆中每个晶圆的编号后，还包括：确定所述至少两圈晶圆中每个晶圆对应的光学信号。

6.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，

所述光学信号是反射率信号，或温度信号，或翘曲率信号，或基于反射率信号、温度信号和翘曲率信号中至少一种信号的合成信号。

7.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，

每圈晶圆对应的光学信号序列包括从该圈凹槽内的晶圆和该圈凹槽之间的托盘区域测得的数据。

8.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，

一个周期与所述托盘旋转一圈的过程相对应；一个周期期间，托盘的位置信息与其旋转角度一一对应，所述位置信息包括托盘上各个凹槽的编号及坐标信息。

9.如权利要求3所述的定位方法，其特征在于，在将位置信息模板与光学信号序列进行卷积运算之前，还包括：对该组光学信号序列进行滤波，对滤波后的该组光学信号进行数字化处理。

10.如权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述计算的步骤进一步包括：

根据采样速率、旋转轴的转速，计算得到一个周期内各测量装置的大致采样点个数；

在根据大致采样点个数来划定的范围内选择采样数据的序列的长度，使下一个序列长度在前一个序列长度的基础上增加设定的间隔数值；

分别根据其中每一个序列的长度从采样数据中选择相邻的两个数据序列，并进行卷积运算，取卷积值最大的序列对应的长度作为该测量装置的实际采样点个数。

11.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，

所述位置信息模板中，还包括托盘上所述至少两圈晶圆对应的测量点坐标信息。

12.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，

所述各个凹槽大致呈圆形，所述各个凹槽的坐标信息包括该凹槽的中心点所对应极坐标信息中的角度信息。

13.一种托盘晶圆定位系统，其特征在于，包括：

测量系统，其中进一步包括为托盘上至少两圈晶圆中每圈晶圆各自分配的一个或多个测量装置，用来测量至少两圈晶圆的光学信号而得到至少两组光学信号序列；

计算系统，将所述测量系统输出的至少两组光学信号序列作为一个整体，和预先存储的位置信息模板进行匹配，以找出匹配程度最高时对应光学信号在各自序列中的位置，进而根据所述位置确定托盘上各圈晶圆中每个晶圆的编号。

14.如权利要求13所述的托盘晶圆定位系统，其特征在于，

所述托盘晶圆定位系统中还包括模板生成单元，其生成的所述位置信息模板中包括：对应放置所述至少两圈晶圆的凹槽中各个凹槽的编号、各个凹槽的坐标信息、各个凹槽中的晶圆放置信息。

15.如权利要求13所述的托盘晶圆定位系统，其特征在于，所述计算系统中进一步包括：

第一卷积单元，将所述至少两圈晶圆中每圈晶圆对应的位置信息模板和该圈晶圆对应的一组光学信号序列进行卷积运算；

模板移位单元，根据实际采样点个数移动位置信息模板，每移动所述位置信息模板一位数据后，重新由第一卷积单元进行卷积运算，直至该位置信息模板移动一个周期；

比较单元，确定由第一卷积单元进行卷积运算后每圈晶圆的卷积运算最大值，输出所述至少两圈晶圆同时出现卷积运算最大值时对应的各个位置信息模板移动的位数；

确定单元，根据所述比较单元的输出，匹配所述至少两圈晶圆中每圈晶圆对应的信息模板，将该圈晶圆的位置信息模板中对应凹槽的编号作为该圈晶圆的编号，以及再根据位置信息模板确定其他圈晶圆中各晶圆的编号。

16.如权利要求15所述的托盘晶圆定位系统，其特征在于，所述计算系统中进一步包括：

采样点计算单元，在以托盘旋转一圈来设定的一个周期中，根据采样速率、旋转轴的转速来求取一个周期中每个测量装置的大致采样点个数；

序列长度选择单元，根据大致采样点个数来划定范围，并在该范围内选择序列长度，使下一个序列长度在前一个序列长度的基础上增加设定的间隔数值；

第二卷积单元，分别根据每一个序列长度，从采样数据中选择相邻的两个数据序列进行卷积运算，取卷积值最大的序列对应的长度作为该测量装置的实际采样点个数。

17.一种MOCVD设备，其特征在于，包含如权利要求13~16中任意一项所述的托盘晶圆定位系统；

所述MOCVD设备中设置有反应腔体，在其中引入反应气体对托盘上放置的至少两圈晶圆进行工艺处理；

所述托盘通过其下方的旋转轴支撑，并在工艺处理的过程中由该旋转轴带动托盘旋转，其中托盘旋转一圈为一个周期，一个周期内，托盘的位置信息与其旋转角度一一对应，所述位置信息包括托盘上各个凹槽的编号及坐标信息。