CN111536911A - 多片外延炉装偏监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多片外延炉装偏监测方法，属于外延片生产领域，包括步骤：在预设周期下通过测温装置获取基座表面和外延片的瞬时温度值；判断外延片的瞬时温度值是否位于正常温度范围内；当瞬时温度值低于正常温度范围时，判断正常温度范围最低值与瞬时温度值之差是否大于等于第一预设温度差值；当正常温度范围最低值与某个外延片的至少一个所述瞬时温度值之差大于等于第一预设温度差值时，则判定该外延片装偏。本发明提供的多片外延炉装偏监测方法能明确是哪一炉次的外延片存在质量问题，避免了生产完成后耗费大量人力物力对某一批次大量的外延片进行检测追溯的情况发生，避免了生产上的浪费，避免了不合格产品流失到客户端。

Description

多片外延炉装偏监测方法
技术领域
本发明属于外延片生产技术领域，更具体地说，是涉及一种多片外延炉装偏监测方法。
背景技术
硅具有储量丰富、价格低廉、热性能与机械性能优良、易于生长大尺寸高纯度晶体等优点。目前，硅半导体材料仍是电子信息产业最主要的基础材料。半导体制造商生产IC芯片用硅片分别有硅抛光片、硅外延片和非抛光片三种类型，硅外延片具有标准抛光片不具备的某些电学特性，并消除了许多晶体生长和其后的镜片加工中所引入的表面/近表面缺陷。
在实际生产过程中，硅外延所用到的设备有一种是多片外延炉，可以一次生产8-9片外延片，每次都由传输机构将衬底片放到基座的片槽内，然后开始外延生长，这个传输防止的过程是自动化完成的。但是，某些时候由于传输机构中的旋转组件或外部的其他原因导致一炉内有一片或者几片衬底片没有完全装到槽内，而是片子的边缘搭在槽的边缘上，这样就会导致衬底片装偏，生产出的外延片厚度均匀性和电阻率均匀性都不合格。由于在大生产过程中不可能实现每炉都要检测，只能定期抽测，这样就会有不合格的外延片漏检从而流失到客户端，造成客户的损失。而生产企业抽测发现问题后还要追测以上的炉次直到测试到没有装偏的炉次为止，这样就要消耗检测部门大量的时间、人力物力，而且也会有大量的不合格片产生，给生产造成很大的浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多片外延炉装偏监测方法，旨在解决现有技术中存在的对装偏衬底片所产生的不合格外延片的检测费时费力，给生产造成很大浪费的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种多片外延炉装偏监测方法，包括如下步骤：
在预设周期下通过测温装置获取基座表面和外延片的瞬时温度值；
所述预设周期为所述基座相对于所述测温装置至少旋转一周所对应的时间，所述瞬时温度值的输出频次为预设频次；
判断外延片的所述瞬时温度值是否位于正常温度范围内；
当所述瞬时温度值低于正常温度范围时，判断所述正常温度范围最低值与所述瞬时温度值之差是否大于等于第一预设温度差值；
当所述正常温度范围最低值与某个外延片的至少一个所述瞬时温度值之差大于等于第一预设温度差值时，则判定该外延片装偏。
作为本申请另一实施例，所述预设频次为毫秒级。
作为本申请另一实施例，所述预设周期为15s-90s。
作为本申请另一实施例，所述基座表面瞬时温度值与外延片的所述正常温度范围最低值之差为第二预设温度差值。
作为本申请另一实施例，所述第二预设温度差值为35℃-55℃。
作为本申请另一实施例，所述第二预设温度差值为40℃-50℃。
作为本申请另一实施例，所述第一预设温度差值为8℃-20℃。
作为本申请另一实施例，所述第一预设温度差值为12℃-16℃。
作为本申请另一实施例，当某个外延片的所述瞬时温度值低于所述预设温度值时，则判定该外延片装偏，之后还包括：
触发报警装置。
作为本申请另一实施例，所述判断单外延片的所述瞬时温度值是否低于预设温度值，具体包括：
获取测量时间和所述瞬时温度值的关系曲线；
根据所述关系曲线判断单外延片的所述瞬时温度值是否低于预设温度值。
本发明提供的多片外延炉装偏监测方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明多片外延炉装偏监测方法，通过高频率的获取基座表面和外延片的瞬时温度值，由于装偏的衬底片和基座接触面积较小，一般只接触两条边，衬底片和基座之间的热量传输少，装偏的衬底片就会比其他的衬底片温度(正常温度范围)低，在外延过程中，测温装置测量的装偏的外延片所对应的瞬时温度值与正常温度范围最低值之差会大于第一预设温度差值，进而可以判断出该炉次中至少有一个外延片装偏，操作人员在该炉次的外延片生长结束后再对该炉次的外延片进行检测，以明确到底是哪个外延片装偏。本发明提供的监测方法能明确是哪一炉次的外延片存在质量问题，无需在后续抽测过程中再检测因装偏造成的质量不合格情况，问题炉次外延完成后立刻就能进行检测，避免了生产完成后耗费大量人力物力对某一批次大量的外延片进行检测追溯的情况发生，避免了生产上的浪费，避免了不合格产品流失到客户端。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为用于实施本发明实施例多片外延炉装偏监测方法的基座与测温装置的主视结构示意图；
图2为用于实施本发明实施例多片外延炉装偏监测方法的基座的俯视结构示意图；
图3为衬底片正常放置于片槽中的主视结构示意图；
图4为衬底片装偏的主视结构示意图；
图5为采用本发明实施例提供的多片外延炉装偏监测方法进行监测的测量数据示意图；
图6为图5的局部放大图。
图中：1、基座；2、外延片；3、片槽；4、测温装置。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请一并参阅图1至图6，现对本发明提供的多片外延炉装偏监测方法进行说明。
在生产过程中，将衬底片翻到基座1的片槽3内，基座1为石墨烯材质，由感应线圈给基座1加热，基座1再给片槽3内的衬底片加热，衬底片控制在1000多℃进行外延生长。发明人发现，由于热量是由基座传到衬底片上的，所以基座1的温度要比衬底片温度高，当衬底片与片槽3的承载表面接触良好时，基座1传递给衬底片的热量就多，当衬底片装偏时，由于衬底片没有完全装到槽内，衬底片的某个边缘就要搭在基座片槽的边缘，衬底片的下表面就没有和基座1的上表面完全接触，只接触了两条边，热量就传输的少，装偏的衬底片就会比其他的衬底片温度低一定的温度。在外延生长过程中，如果测量到某一个外延片2的至少一个瞬时温度值与正常温度范围最低值之差大于第一预设温度差值，那么很有可能改外延片处于装偏的状态。
依据上述理论，所述多片外延炉装偏监测方法，包括如下步骤：
在预设周期下通过测温装置4获取基座1表面和外延片2的瞬时温度值；
预设周期为基座1相对于测温装置4至少旋转一周所对应的时间，瞬时温度值的输出频次为预设频次；
判断外延片的瞬时温度值是否位于正常温度范围内；
当瞬时温度值处于正常温度范围内时，则不作进一步处理，继续进行测量；
当瞬时温度值低于正常温度范围时，判断正常温度范围最低值与瞬时温度值之差是否大于等于第一预设温度差值；
当正常温度范围最低值与某个外延片的至少一个瞬时温度值之差小于第一预设温度差值时，则判定外延片没有装偏，不作进一步处理，继续测量；
当正常温度范围最低值与某个外延片的至少一个瞬时温度值之差大于等于第一预设温度差值时，则判定该外延片装偏。
与现有技术相比，本发明提供的多片外延炉装偏监测方法，通过高频率的获取基座1表面和外延片2的瞬时温度值，在外延过程中，测温装置4测量的装偏的外延片2所对应的瞬时温度值会低于预设温度值，进而可以判断出该炉次中至少有一个外延片2装偏，操作人员在该炉次的外延片2生长结束后再对该炉次的外延片2进行检测，以明确到底是哪个外延片2装偏。本发明提供的监测方法能明确是哪一炉次的外延片2存在质量问题，无需在后续抽测过程中再检测因装偏造成的质量不合格情况，问题炉次外延完成后立刻就能进行检测，避免了生产完成后耗费大量人力物力对某一批次大量的外延片进行检测追溯的情况发生，避免了生产上的浪费，避免了不合格产品流失到客户端。
需要说明的是，基座1加热的温度与衬底片热传导的速率是一定的，因此，正常放置状态下的衬底片的温度差基本是稳定的，在一个范围内波动，可以通过测量方式获取，这个温度范围即为正常温度范围；同时，装偏状态下的衬底片的温度基本是稳定的，即正常温度范围最低值与装偏状态下的衬底片之间的温度差基本是稳定的，可以通过测量方式获取，这个温度差即为第一预设温度差值。
需要说明的是，如果正常温度范围最低值与装偏状态下的衬底片之间的温度差小于第一预设温度差值，则对应的外延片可能存在除装偏之外的其他问题。
需要说明的是，测温装置4设于基座1上方，如图1所示。测量的时候，可以是测温装置4固定，基座1转动，也可以是测温装置4转动，但基座1固定。测温装置4相对于基座1的移动路线为图2中虚线所显示的环形路径。
可选地，测温装置4固定同时基座1转动的设置方式符合大多数外延炉的工作方式，选用这种设置方式能够避免对外延炉进行过多改造，在原有硬件的基础上，一般只需调整外延炉的程序设置即可，提高本发明方法的适用性。本发明监测方法所对应的程序可以固化在生产的配方中，在配方到达生长步骤时启动，提高监测的便捷性。
需要说明的是，由于测量的时候可能无法断定是从哪片外延片开始测量的，因此只能判断出该炉次有问题，但是不能明确判断出具体是哪一片有问题。
作为本发明提供的多片外延炉装偏监测方法的一种具体实施方式，预设频次为毫秒级。通过高频次的输出瞬时温度值，在最大程度上达到多点测量，提高对每一片外延片测量的准确性。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，预设周期为15s-90s。可选地，预设周期为20s-60s。这一周期配合基座1的转速设置，至少保证该周期能使基座1至少旋转一周，一般情况下，基座1的转速为3-6转/分钟。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，参阅图5及图6，基座1表面瞬时温度值与外延片的正常温度范围最低值之差为第二预设温度差值。
基座1加热的温度与衬底片热传导的速率是一定的，因此，正常放置状态下的衬底片的温度差基本是稳定的，在一个范围内波动，可以通过测量方式获取，这个温度范围即为正常温度范围；同时，基座1的表面温度基本是稳定的，可以通过测量方式获取，基座1与正常温度范围最低值之差基本是稳定的，这个温度差即为第二预设温度差值。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图5及图6，第二预设温度差值为35℃-55℃。根据实际的
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图5及图6，第二预设温度差值为40℃-50℃。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图5及图6，第二预设温度差值为8℃-20℃。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图5及图6，第二预设温度差值为12℃-16℃。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，当某个外延片的瞬时温度值低于预设温度值时，则判定该外延片2装偏，之后还包括：
触发报警装置。
报警装置可以是声光报警装置，设定瞬时值报警限，对于不同的产品需要反复调整，设定合理的报警限，设计设定窗口并规定上下限。如果没有超报警限，外延炉不作进一步处理，继续生产，但是监测数据要记录备查。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图5及图6，判断单外延片2的瞬时温度值是否低于预设温度值，具体包括：
获取测量时间和瞬时温度值的关系曲线；
根据关系曲线判断单外延片2的瞬时温度值是否低于预设温度值。
该关系曲线由一显示屏生成图像并进行显示，使得每一个测量得到的瞬时温度值都能输出、记录并显示。
装偏的外延片和正常放置的外延片所对应的关系曲线是不同的，通过形成关系曲线，操作人员能够直观的看到该炉次中有几片外延片装偏，为后续的检测提供依据。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图2、图5及图6，在预设周期下通过测温装置4获取基座1表面和外延片的瞬时温度值，之前还包括：
获取基座1中片槽3的编号信息，将编号信息对应显示于时间-瞬时温度值的关系曲线图上；
其中，编号信息可以由设于片槽3一侧的编号标记提供，由设于测温装置4一侧的摄像装置采集。
如图5和图6所示的实施例，图中的“pocket”指的就是外延片，基座1中装满九片衬底片，将前八片(A-H所对应的位置)放正，第九片(I所对应的位置)装偏搭边。
在测量的时候，如图2所示，可以依据外延片A--外延片B--外延片C--外延片D--外延片E--外延片F--外延片G--外延片H--外延片I的顺序进行循环测量，时间-瞬时温度值关系曲线生成的同时也对应显示出每一段曲线对应的片槽编号，能够方便的确定每一段曲线对应的是哪一编号的外延片，精确锁定装偏的外延片，在外延技术后直接提取该外延片进行检测，进一步提高检测效率。
衬底加热目标温度1060℃，由于相邻的衬底片之间会被基座的上表面间隔开，因此图中短暂且快速上升又快速下降的部分为基座表面的瞬时温度值。基座1温度为1150℃左右，热传导过程稳定后，随着基座的转动，测量装置4获得时间与瞬时温度值的关系曲线，外延片A-H的瞬时温度值均稳定在1060℃左右，比基座表面瞬时温度值低45℃左右，处于第二预设温度差值范围内；同时，装偏的外延片I所对应的温度曲线则明显不同，曲线从1150℃左右快速下降至1045℃左右，比正常放置的外延片A-H的瞬时温度值的最低值还要低15℃左右，随后该外延片的瞬时温度值逐渐上升至接近外延片A-H的瞬时温度值的范围，这是由于装偏的外延片I传热不均匀，导致外延片表面一侧到另一侧的瞬时温度值差距大。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.多片外延炉装偏监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
在预设周期下通过测温装置获取基座表面和外延片的瞬时温度值；
所述预设周期为所述基座相对于所述测温装置至少旋转一周所对应的时间，所述瞬时温度值的输出频次为预设频次；
判断外延片的所述瞬时温度值是否位于正常温度范围内；
当所述瞬时温度值低于正常温度范围时，判断所述正常温度范围最低值与所述瞬时温度值之差是否大于等于第一预设温度差值；
当所述正常温度范围最低值与某个外延片的至少一个所述瞬时温度值之差大于等于第一预设温度差值时，则判定该外延片装偏。
2.如权利要求1所述的多片外延炉装偏监测方法，其特征在于，所述预设频次为毫秒级。
3.如权利要求1所述的多片外延炉装偏监测方法，其特征在于，所述预设周期为15s-90s。
4.如权利要求1所述的多片外延炉装偏监测方法，其特征在于，所述基座表面瞬时温度值与外延片的所述正常温度范围最低值之差为第二预设温度差值。
5.如权利要求4所述的多片外延炉装偏监测方法，其特征在于，所述第二预设温度差值为35℃-55℃。
6.如权利要求5所述的多片外延炉装偏监测方法，其特征在于，所述第二预设温度差值为40℃-50℃。
7.如权利要求1所述的多片外延炉装偏监测方法，其特征在于，所述第一预设温度差值为8℃-20℃。
8.如权利要求7所述的多片外延炉装偏监测方法，其特征在于，所述第一预设温度差值为12℃-16℃。
9.如权利要求1所述的多片外延炉装偏监测方法，其特征在于，当某个外延片的所述瞬时温度值低于所述预设温度值时，则判定该外延片装偏，之后还包括：
触发报警装置。
10.如权利要求1所述的多片外延炉装偏监测方法，其特征在于，所述判断单外延片的所述瞬时温度值是否低于预设温度值，具体包括：
获取测量时间和所述瞬时温度值的关系曲线；
根据所述关系曲线判断单外延片的所述瞬时温度值是否低于预设温度值。
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