CN111254487A - 外延设备的测温装置以及外延设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种外延设备的测温装置以及外延设备，用于测量外延设备反应腔室中校温托盘的温度，测温装置包括：温度传感器，其可选择性地插设于校温托盘内，用于检测校温托盘的温度；驱动机构，用于驱动温度传感器沿校温托盘的径向移动。通过驱动机构驱动温度传感器沿校温托盘径向移动，可方便快捷地获得校温托盘的内整个热场区域沿晶圆半径分布的各点温度值。

Description

外延设备的测温装置以及外延设备

技术领域

本发明属于半导体制造设备领域，更具体地，涉及一种外延设备的测温装置以及外延设备。

背景技术

外延工艺一般均需要在高温下进行。以硅外延为例，对于高端单片硅外延设备，一般是用多个红外灯对晶圆加热的，温场分布是外延设备的重要指标之一，需要对其进行精准标定。在工艺过程中，晶圆一般是旋转的，不存在圆周方向的温度不均匀现象，只需表征温场沿晶圆半径的分布即可得出整个晶圆的温场分布。

图1示出了一种典型的温场标定测温装置的结构示意图。如图1所示，热电偶2通过密封机构3固定于腔室14的校温托盘13内，热电偶2通过导线与温度显示设备(未示出)连接，采用热电偶2单点测温，只能得到校温托盘13的中心或某一点的温度，不能真实反应整个晶圆区域内热场分布情况。

图2示出了另一种典型的温场标定测温装置的结构示意图。如图2所示，其采用热偶晶圆(TC wafer)测温，热偶晶圆19上设有多个传感器17，多个传感器17通过导线1与温度显示设备连接，可以得到腔体20内托盘21的晶圆区域温度分布。热偶晶圆19采用多个热电偶对托盘多点进行测温，其设备结构复杂，由于其结构的特点，在外延的腔室环境中，容易损坏。而且热偶晶圆19及其配套的传感器17和软件昂贵，每套需要数万美金，成本较高。

因此，需要提供一种外延设备的测温装置以及外延设备，真实反应整个晶圆区域内热场分布情况，降低测温装置成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种外延设备的测温装置以及外延设备，能够真实反映整个晶圆区域的温度分布情况。

为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种外延设备的测温装置，用于测量所述外延设备反应腔室中校温托盘的温度，所述测温装置包括：温度传感器，所述温度传感器可选择性地插设于所述校温托盘内，用于检测所述校温托盘的温度；驱动机构，用于驱动所述温度传感器沿所述校温托盘的径向移动。

优选地，所述温度传感器为热电偶，所述热电偶的部分插设于所述校温托盘内，且沿所述校温托盘的径向设置，另一部分设于所述反应腔室外。

优选地，所述驱动机构位于所述反应腔室外部，包括导轨、密封连接板、波纹管、底座和密封连接机构，所述密封连接机构密封连接于所述反应腔室，所述底座密封连接于密封连接机构，所述热电偶穿过所述密封连接机构和所述底座密封连接于所述密封连接板，所述波纹管套设于所述热电偶上，所述波纹管的两端分别密封连接于所述底座和所述密封连接板，所述导轨固定连接于所述底座，所述密封连接板能够沿所述导轨滑动从而带动所述热电偶沿所述校温托盘的径向移动。

优选地，所述驱动机构还包括平行于所述导轨设置的丝杠，所述密封连接板上设有与所述丝杠配合连接的螺纹孔，所述丝杠传动连接于所述螺纹孔内。

优选地，所述丝杠的一端可转动地连接于所述底座，另一端设有摇臂。

优选地，还包括位置测量部件，所述位置测量部件用于测量所述温度传感器与所述校温托盘的相对位置。

优选地，所述位置测量部件包括标尺和指针，所述标尺沿所述导轨的长度方向设置，所述指针设置于所述密封连接板上。

优选地，还包括固定架，所述导轨的一端连接于所述底座，另一端连接于所述固定架，和/或所述标尺的一端连接于所述底座，另一端连接于所述固定架，和/或所述丝杠的一端连接于所述底座，另一端连接于所述固定架。

优选地，还包括温度显示器，所述温度显示器与所述温度传感器连接，用于显示所述温度传感器检测的温度值。

根据本发明的另一方面，提供一种外延设备，包括反应腔室、设于所述反应腔室内的校温托盘、以及所述的测温装置。

本发明的有益效果在于：利用驱动机构驱动温度传感器沿校温托盘径向移动，可以方便快捷地获得校温托盘内的整个热场区域沿晶圆半径分布的各点温度值，其结构简单，制造成本低。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了一种典型的温场标定测温装置的结构示意图。

图2示出了另一种典型的温场标定测温装置的结构示意图。

图3示出了根据本发明一个实施例的外延设备的结构示意图。

附图标记说明：

1、导线；2、热电偶；3、密封连接机构；4、底座；5、导轨；6、丝杠；7、标尺；8、密封连接板；9、指针；10、固定架；11、摇臂；12、波纹管；13、校温托盘；14、反应腔室；15、温度显示器；17、传感器；19、热偶晶圆；20、腔体；21、托盘。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提供了一种外延设备的测温装置，用于测量外延设备反应腔室中校温托盘的温度，该测温装置包括：温度传感器，其可选择性地插设于校温托盘内，用于检测校温托盘的温度；驱动机构，用于驱动温度传感器沿校温托盘的径向移动。

基于本实施例提供的测温装置，在进行温度检测时，可将温度传感器插入反应腔室的校温托盘内，向反应腔室内通入保护气体，开始对反应腔室进行升温，将加热装置的功率固定在某一值，稳定一段时间，待温度稳定后，驱动机构驱动温度传感器沿校温托盘的径向移动，并逐一记录其所在校温托盘当前位置的单点温度值，从而能够测量校温托盘内沿晶圆半径分布的各点温度值。

作为一个示例，在进行测量时，可以先使温度传感器的一端与校温托盘的中心重合，通过驱动机构驱动温度传感器从校温托盘的中心沿其径向向其外移动，由于晶圆一般是旋转的，不存在圆周方向的温度不均匀现象，所以只需测量热场区域沿晶圆半径的分布即可得出整个晶圆的温场分布。

作为优选方案，温度传感器为热电偶，热电偶的部分插设于校温托盘内，且沿校温托盘的径向设置，另一部分设于反应腔室外。

热电偶适用于外延腔室种高温环境的温度检测，热电偶的插入校温托盘内的部分上设置有测温点，优选地可以设置在热电偶的端部，另一部分用于与反应腔室外的驱动机构连接，热电偶的测温点从反应腔室插入校温托盘的孔内，使测温点沿校温托盘的径向设置，驱动机构在反应腔室外驱动热电偶移动，从而使其测温点沿校温托盘的径向移动，即可获得校温托盘半径方向上各点的温度值。

作为一个示例，该检测装置采用高温热电偶，高温热电偶校温温度能够适用于1150℃以上的高温环境，以便适用于外延腔室内的温度测量要求。

作为优选方案，驱动机构可位于反应腔室外部，其包括导轨、密封连接板、波纹管、底座和密封连接机构，密封连接机构密封连接于反应腔室，底座密封连接于密封连接机构，热电偶穿过密封连接机构和底座密封连接于密封连接板，波纹管套设于热电偶上，波纹管的两端分别密封连接于底座和密封连接板，导轨固定连接于底座，密封连接板能够沿导轨滑动从而带动热电偶沿校温托盘的径向移动。

在本实施例中，底座通过密封连接机构与反应腔室密封连接，热电偶穿过底座与密封板密封固定连接，密封板可滑动地与导轨连接，波纹管密封套设于底座与密封板之间的热电偶的外部，波纹管的两端分别与底座和密封板密封固定连接，当密封板沿导轨滑动，带动热电偶在校温托盘上的测温点沿其径向移动，波纹管可随密封板沿导轨方向伸缩，保证反应腔室的密封真空。

作为一个示例，底座通过密封连接机构与反应腔室密封连接，密封连接机构包括设置于反应腔室外部的螺纹口，以及设置于底板下部的带有螺纹的管头，螺纹口与管头螺纹连接，使底座与反应腔室之间密封连接。

作为优选方案，驱动机构还包括平行于导轨设置的丝杠，密封连接板上设有与丝杠配合连接的螺纹孔，丝杠传动连接于螺纹孔内。密封板连接于导轨和丝杠之间，丝杠与密封连接板的螺纹孔连接，利用丝杠螺母传动方式，通过转动丝杠驱动密封连接板沿其丝杠长度方向移动，导轨与丝杠相对称地平行设置，保证密封连接板能够平稳地带动热电偶移动。

作为优选方案，丝杠的一端可转动地连接于底座，另一端设有摇臂。通过正向和反向转动摇臂驱动丝杠绕其轴线旋转，从而使密封连接板沿丝杠移动。

作为优选方案，测温装置还包括位置测量部件，位置测量部件用于测量温度传感器与校温托盘的相对位置。通过位置测量部件能够测量温度传感器与校温托盘的相对位置，使所测量的每一单点温度值与校温托盘的位置相对应，从而获得整个热场区域的温度分布。

作为优选方案，位置测量部件包括标尺和指针，标尺沿导轨的长度方向设置，指针设置于密封连接板上。标尺与指针配合使用，密封连接板沿导轨移动时，通过密封连接板上的指针所指标尺上的刻度位置，可以判断出热电偶的测温点相对与校温托盘上的位置，可使每个所测量温度值与其测温点在校温托盘的上所在的位置相对应，从而能够准确的得到整个校温托盘热场区域的温度分布情况。

作为优选方案，测温装置还包括固定架，导轨的一端连接于底座，另一端连接于固定架，和/或标尺的一端连接于底座，另一端连接于固定架，和/或丝杠的一端连接于底座，另一端连接于固定架。导轨、标尺和丝杠都可以固定在底座和固定架之间，以提高密封连接板沿导轨和丝杠移动的稳定性，也能使密封连接板上的指针所值的标尺刻度位置更准确，从而保证热电偶所测量的温度值与其在校温托盘的位置准确对应，可以得到整个热场区域的温度分布的准确值。

作为优选方案，测温装置还包括温度显示器，温度显示器与温度传感器电连接，用于显示温度传感器检测的温度值。

作为一个示例，热电偶通过热电偶导线与温度显示器电连接，温度显示器用于读出当前热电偶的测温点所位置测量的温度值。

本发明实施例还提供了一种外延设备，包括反应腔室、设于反应腔室内的校温托盘、以及上述的测温装置。

外延设备的测温装置通过密封连接机构与反应腔室连接，测温装置的温度传感器插入校温托盘的孔内，温度传感器能够沿校温托盘的径向移动，测量沿校温托盘半径上的多点温度值，即可得到整个校温托盘的温度分布。

下面通过一个具体的优选实施例对本发明提供的技术方案进行说明。

图3示出了根据本发明一个实施例的外延设备的结构示意图。如图3所示，本发明实施例提供了一种外延设备，包括反应腔室14、设于反应腔室14内的校温托盘13、以及上述的测温装置。

该测温装置用于测量外延设备反应腔室14中校温托盘13的温度，该测温装置包括：温度传感器，其选择性地插设于校温托盘13内，用于检测校温托盘13的温度；驱动机构，用于驱动温度传感器沿校温托盘13的径向移动。

温度传感器为热电偶2，热电偶2的部分插设于校温托盘13内，且沿校温托盘13的径向设置，另一部分设于反应腔室14外。

驱动机构位于反应腔室14外部，包括导轨5、密封连接板8、波纹管12、底座4和密封连接机构3，密封连接机构3密封连接于反应腔室14，底座4密封连接于密封连接机构3，热电偶2穿过密封连接机构3和底座4密封连接于密封连接板8，波纹管12套设于热电偶2上，波纹管12的两端分别密封连接于底座4和密封连接板8，导轨5固定连接于底座4，密封连接板8能够沿导轨5滑动从而带动热电偶2沿校温托盘13的径向移动。

驱动机构还包括平行于导轨5设置的丝杠6，密封连接板8上设有与丝杠6配合连接的螺纹孔(未示出)，丝杠6传动连接于螺纹孔内。丝杠6的一端可转动地连接于底座4，另一端设有摇臂11，通过正向或反向转动摇臂11，可驱动丝杠6绕其轴线旋转，进而驱动密封连接板8沿丝杠移动。

测温装置还包括位置测量部件，位置测量部件用于测量温度传感器与校温托盘13的相对位置。位置测量部件包括标尺7和指针9，标尺7沿导轨5的长度方向设置，指针9设置于密封连接板8上。测温装置还包括固定架10，导轨5的一端连接于底座4，另一端连接于固定架10，标尺7的一端连接于底座4，另一端连接于固定架10，丝杠6的一端连接于底座4，另一端连接于固定架10。测温装置还包括温度显示器15，温度显示器15与热电偶2通过导线1电连接，用于显示热电偶2检测的温度值。

利用本发明实施例的提供的外延设备进行测温的方法包括如下步骤：

步骤1：将测温装置通过密封连接机构3与反应腔室14连接，热电偶2插入校温托盘13的孔内，转动摇臂11，调节热电偶2的测温点与校温托盘13的中心重合，记录下指针9与标尺7的相对位置，或设置成当指针9与标尺7的零点重合时，热电偶2的测温点与校温托盘13的中心重合。

步骤2：向反应腔室14内通入保护气体，对反应腔室14升温，加热装置固定到某一功率，并稳定15分钟；

步骤3：转动摇臂11绕其轴线旋转，驱动密封连接板8沿丝杠6移动，热电偶2在校温托盘13中的测温点位置随密封连接板8而直线移动，波纹管12随着密封连接板8的移动而拉伸或压缩；

步骤4：通过指针9与标尺7判断热电偶2的测温点与校温托盘13的相对位置，并进行标记；

步骤5：测温点稳定15分钟后通过温度显示器读取当前位置的温度值，记录下位置与温度值；

步骤6：重复步骤3-5，逐步测量校温托盘13的半径范围上每一点的温度值，从而获得整个校温托盘13热场区域内的温度分布。

通过驱动机构驱动热电偶2的测温点沿校温托盘13径向移动，可方便快捷地获得校温托盘13内的整个热场区域沿晶圆半径分布的各点温度值；通过位置测量部件能够测量热电偶2的测温点与校温托盘13的相对位置，使所测量每一点的温度值与其所在校温托盘13的位置相对应，获得整个热场区域的温度分布。

以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种外延设备的测温装置，用于测量所述外延设备反应腔室(14)中校温托盘(13)的温度，其特征在于，所述测温装置包括：

温度传感器，所述温度传感器可选择性地插设于所述校温托盘(13)内，用于检测所述校温托盘(13)的温度；

驱动机构，用于驱动所述温度传感器沿所述校温托盘(13)的径向移动。

2.根据权利要求1所述的外延设备的测温装置，其特征在于，所述温度传感器为热电偶(2)，所述热电偶(2)的部分插设于所述校温托盘(13)内，且沿所述校温托盘(13)的径向设置，另一部分设于所述反应腔室(14)外。

3.根据权利要求2所述的外延设备的测温装置，其特征在于，所述驱动机构位于所述反应腔室(14)外部，包括导轨(5)、密封连接板(8)、波纹管(12)、底座(4)和密封连接机构(3)，所述密封连接机构(3)密封连接于所述反应腔室(14)，所述底座(4)密封连接于密封连接机构(3)，所述热电偶(2)穿过所述密封连接机构(3)和所述底座(4)密封连接于所述密封连接板(8)，所述波纹管(12)套设于所述热电偶(2)上，所述波纹管(12)的两端分别密封连接于所述底座(4)和所述密封连接板(8)，所述导轨(5)固定连接于所述底座(4)，所述密封连接板(8)能够沿所述导轨(5)滑动从而带动所述热电偶(2)沿所述校温托盘(13)的径向移动。

4.根据权利要求3所述的外延设备的测温装置，其特征在于，所述驱动机构还包括平行于所述导轨(5)设置的丝杠(6)，所述密封连接板(8)上设有与所述丝杠(6)配合连接的螺纹孔，所述丝杠(6)传动连接于所述螺纹孔内。

5.根据权利要求4所述的外延设备的测温装置，其特征在于，所述丝杠(6)的一端可转动地连接于所述底座(4)，另一端设有摇臂(11)。

6.根据权利要求1-5任一项所述的外延设备的测温装置，其特征在于，还包括位置测量部件，所述位置测量部件用于测量所述温度传感器与所述校温托盘(13)的相对位置。

7.根据权利要求6所述的外延设备的测温装置，其特征在于，所述位置测量部件包括标尺(7)和指针(9)，所述标尺(7)沿所述导轨(5)的长度方向设置，所述指针(9)设置于所述密封连接板(8)上。

8.根据权利要求7所述的外延设备的测温装置，其特征在于，还包括固定架(10)，所述导轨(5)的一端连接于所述底座(4)，另一端连接于所述固定架(10)，和/或所述标尺(7)的一端连接于所述底座(4)，另一端连接于所述固定架(10)，和/或所述丝杠(6)的一端连接于所述底座(4)，另一端连接于所述固定架(10)。

9.根据权利要求1-5任一项所述的外延设备的测温装置，其特征在于，还包括温度显示器(15)，所述温度显示器(15)与所述温度传感器连接，用于显示所述温度传感器检测的温度值。

10.一种外延设备，包括反应腔室、设于所述反应腔室内的校温托盘、以及根据权利要求1-9中任意一项所述的测温装置。

Images