CN203007419U - 监控装置及气相沉积设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种监控装置及气相沉积设备，该监控装置监控气相沉积设备中的加热单元或被加热单元的温度，该监控装置包括：温度探测单元，用于获得监控区域的探测温度；温度比较单元，用于比较任意两个监控区域的探测温度得到温度差值，并将温度差值与预设的安全温度值比较得到比较结果；报警单元，用于根据温度差值与安全温度值得到的比较结果，判断是否发出报警信号。当该监控装置监控到加热单元或被加热单元的各个监控区域的温差大于等于预设的安全温度时，第一时间发出报警信号通知使用者加热单元处于异常状态，以便使用者及时对加热单元进行维护，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。
Description
技术领域
本实用新型属于气相沉积领域，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。
MOCVD工艺要求衬底或衬底上的沉积材料层具有较高的温度，需达到源物质进行化学反应所需要的温度，现有MOCVD中的加热单元置于MOCVD反应腔室中衬底托盘的下方，通过使该加热单元发热对被加热单元(托盘和托盘上的衬底)进行加热。衬底或衬底上的沉积材料层的温度要满足一定的均匀度，保证最终形成的沉积材料层的厚度均匀，且防止衬底或由于不均匀的热应力而翘曲变形，加热单元的加热均匀性直接影响托盘或托盘上衬底的受热均匀性，进而较大地影响了在衬底上的沉积材料层的厚度均匀性。在生长外延材料层工艺的过程中，若加热单元的各个加热区域(例如加热单元的中心和边缘)温差过大时，将造成托盘和托盘上衬底的受热不均匀，使得衬底上的沉积材料层的厚度均匀性变差，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，需要对加热单元的加热均匀性、托盘的受热均匀性或托盘上衬底的受热均匀性进行监控。现有技术中缺少对加热单元的加热均匀性、托盘的受热均匀性或托盘上衬底的受热均匀性进行监控。
实用新型内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种监控装置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加热单元的加热均匀性或被加热单元(托盘或托盘上衬底)的受热均匀性，避免加热单元各个加热区域温差过大或被加热单元各个受热区域温差过大而使外延芯片产品报废。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种监控装置，用于在气相沉积工艺过程中对加热单元或被加热单元进行温度监控，所述加热单元或被加热单元被划分为若干个监控区域，所述监控装置包括：温度探测单元，用于获得所述监控区域的探测温度；温度比较单元，用于比较任意两个所述监控区域的探测温度得到温度差值，并将所述温度差值与预设的安全温度值比较得到比较结果；报警单元，用于根据所述比较结果，判断是否发出报警信号。
进一步地，所述报警单元检测到所述温度差值大于等于所述安全温度值时发出报警信号。
进一步地，所述安全温度值为30～70摄氏度之间的任一值。
进一步地，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分别对应加热所述若干个监控区域。
进一步地，所述若干个子加热单元的加热功率相互独立调节。
进一步地，在每个所述监控区域中，所述温度探测单元探测每个所述监控区域中的一个点的温度得到所述探测温度，或探测每个所述监控区域中的多个点的温度，取所述多个点的温度的平均温度得到所述探测温度。
进一步地，所述温度探测单元包括置于所述加热单元或被加热单元的下方的若干个热电偶，用于对应直接接触所述若干个监控区域并分别得到所述若干个监控区域的所述探测温度。
进一步地，所述温度探测单元包括若干个光谱分析装置，用于对应探测分析所述若干个监控区域的热辐射信号并分别得到所述若干个监控区域的所述探测温度。
本实用新型还提供了一种气相沉积设备，包括工艺腔室，所述工艺腔室具有被加热单元和加热单元，所述加热单元分别对应置于所述被加热单元下方，在进行气相沉积工艺时，所述加热单元对应加热所述被加热单元，所述工艺腔室还包括上述的监控装置，所述监控装置对所述加热单元或所述被加热单元进行温度监控。
进一步地，所述加热单元为所述气相沉积设备中的加热单元，所述被加热单元为托盘，所述监控装置对所述加热单元或所述托盘进行温度监控。
本实用新型的监控装置通过监控气相沉积设备中的加热单元或被加热单元，在加热单元各个加热区域温差或被加热单元各个受热区域温差大于等于预设的安全温度时，在第一时间发出报警信号通知使用者此刻的加热单元处于异常状态，以便使用者及时掌握加热单元的正常与否，从而对加热单元进行维护，进而能够确保气相沉积设备的正常工作，减少外延芯片产品的报废，提高了外延芯片产品的良率。
附图说明
图1是本实用新型实施例的监控装置的系统示意图。
图2是本实用新型实施例的加热单元的一种监控区域示意图。
图3是本实用新型实施例的加热单元的另一种监控区域示意图
图4是图1所示的监控装置监控加热单元的方法流程示意图。
具体实施方式
为了更好地阐述本实用新型所采取的技术手段及其效果，以下结合本实用新型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。
本实用新型实施例的监控装置通常用于对气相沉积设备中的加热单元或被加热单元进行温度监控。该气相沉积设备可是MOCVD设备等。通常MOCVD设备具有工艺腔室，该工艺腔室中包括有加热单元及被加热单元，加热单元可放置于被加热单元的下方，在MOCVD设备进行气相沉积反应时，加热单元对被加热单元进行加热。加热单元可是电阻加热器、RF加热器等。被加热单元为托盘或托盘上的衬底，在MOCVD设备中，托盘的材质可为石墨等，衬底的材质可为蓝宝石、碳化硅、氧化锌、砷化镓、硅中的一种或者其中的组合。
为了保证MOCVD工艺的均匀性，通常加热单元包括若干个子加热单元或者加热单元被划分为若干个子加热单元，对各个子加热单元的输出功率进行调整以保证整个加热单元表面的各处温度均匀，即加热单元的表面的中心沿半径方向向外保持温度一致。当加热单元发生异常时，比如某一个或几个子加热单元发生短路或断路时，该一个或几个子加热单元会与其他的子加热单元之间产生较大的温度差异，同时与该一个或几个子加热单元的位置相对应的被加热单元(即托盘或托盘上的衬底)的温度也会与其他的子加热单元的位置对应的被加热单元的温度出现较大的温度差异，而在MOCVD工艺过程中对衬底的温度要求较高，即不仅要求同一衬底内的温度差异在+/-1摄氏度内，而且要求放置于同一托盘上的不同衬底的温度差异也尽可能小，衬底受热不均匀不仅会影响形成的外延材料层的质量，衬底之间温度差异过大会导致外延片良率降低，严重的可能导致外延片的报废。如果能够对加热单元或被加热单元设置的多个监控区域的温度进行监控，即某一监控区域的温度与其他监控区域之间出现较大的温度差时，及时通知使用者对加热单元以及整个MOCVD设备进行检查、维护和保养，将会提高衬底上形成的外延材料层的质量，提高外延片的良率。
以下，将参照附图对实施例进行描述以更好地解释本实用新型。
参照图1、图2和图3，图1所示为本实用新型实施例的监控装置的系统示意图，图2是本实用新型实施例的加热单元的一种监控区域示意图，图3是本实用新型实施例的加热单元的另一种监控区域示意图。
如图1所示，监控装置1用于对MOCVD设备中的加热单元10进行实时温度监控，当加热单元10的任意两个监控区域的温度差值大于等于某一预设的安全温度值时，该监控装置1发出报警信号通知使用者注意加热单元10的状况，进而使得加热单元10的各个监控区域加热均匀性良好。该监控装置1包括温度探测单元20，用于探测加热单元10包括的若干个监控区域的温度得到各个监控区域的探测温度；温度比较单元30，用于比较任意两个监控区域的探测温度得到温度差值，并将温度差值与预设的安全温度值比较得到比较结果；报警单元40，用于根据温度差值与预设的安全温度值比较得到的比较结果，判断是否发出报警信号。
任意的两个监控区域之间的温度差值不宜过大，当温度差值过大时，两个监控区域出现异常(例如短路或断路等)。通常两个监控区域之间的温度差值不能大于等于100摄氏度。安全温度值是用于限定温度差值的，如果温度差值大于等于该安全温度值，则报警单元40发出报警信号；如果温度差值低于安全温度值，则报警单元40不发出报警信号。在本实施例中，安全温度值可选为30摄氏度～70摄氏度之间的任一温度值，如果对MOCVD设备的安全性要求较高，可以设置较低的安全温度值，如可设为30摄氏度，如果温度差值大于等于30摄氏度，则报警单元40发出报警信号；如果温度差值低于30摄氏度，则报警单元40不发出报警信号；如果对MOCVD设备的安全性要求没那么高，可以设置较高的安全温度值，如可设为70摄氏度，如果温度差值大于等于70摄氏度，则报警单元40发出报警信号；如果温度差值低于70摄氏度，则报警单元40不发出报警信号。
加热单元10包括若干个监控区域，例如，加热单元10可包括在其表面沿圆周划分为如图2所示的三个监控区域，分别为监控区域T1、监控区域T2和监控区域T3；所述三个监控区域也可以是加热单元10表面中的部分区域，例如可是如图3所示的在加热单元10表面上由内向外选择的部分区域作为监控区域T1、监控区域T2及监控区域T3。值得注意的是，加热单元10包括的若干个监控区域的划分方法可有多种，例如可是将整个加热单元10沿圆周等分，也可是其他能将加热单元10划分为若干个监控区域的方法。在本实施例中，加热单元10包括若干个子加热单元(未示出)，若干个子加热单元分别对应加热若干个监控区域，且若干个子加热单元的加热功率是相互独立调节的。
温度探测单元20可为若干个热电偶，其数量与加热单元10包括的监控区域数量相同，若干个热电偶可分别对应探测若干个监控区域的温度得到各个监控区域的探测温度；温度探测单元20也可为若干个光谱分析装置例如红外温度计来分别对应探测分析若干个监控区域发出的热辐射信号得到各个监控区域的探测温度。在温度探测单元20对若干个监控区域进行温度探测时，可探测每个监控区域中一个点的温度从而得到各个监控区域的探测温度，值得注意的是，该处所述一个点可以为该监控区域中的任意单个点，也可以为在该监控区域中依照次序每次选择的一个点。此外，在温度探测单元20对若干个监控区域进行温度探测时，也可探测每个监控区域中多个点的温度，取该多个点温度的平均值而得到各个监控区域的探测温度。
相应地，本实用新型还提供了一种利用上述监控装置实时监控MOCVD设备中加热单元的方法，如图4所示为图1中的监控装置监控加热单元的方法流程示意图，该监控方法包括：
步骤S1：将所述加热单元或所述被加热单元划分为若干个监控区域；
步骤S2：探测所述若干个监控区域的温度并获得各个监控区域的探测温度；
步骤S3：比较任意两个所述监控区域的探测温度并得到温度差值；
步骤S4：比较所述温度差值与预设的安全温度值并得到比较结果；
步骤S5：根据所述温度差值与预设安全温度值得到的比较结果，判断是否发出报警信号。
以下，将参照图1、图2和图3详细描述本实用新型实施例的监控装置实时监控MOCVD设备中加热单元的方法。首先，温度探测单元20探测到加热单元10包括的如图2或如图3所示的监控区域T1、监控区域T2和监控区域T3各自的探测温度T1、T2和T3，而后温度探测单元20比较任意两个探测温度(例如可以是探测温度T1和T2、探测温度T2和T3或探测温度T1和T3)得到二者的温度差值，接着比较温度差值与一预设的安全温度值(该值为上述的安全温度值在30摄氏度～70摄氏度之间的任一温度值)，如果温度差值大于或等于预设的安全温度值，则报警单元40发出报警信号，如果温度差值低于预设的安全温度值，则报警单元40不发出报警信号。
需要说明的是，本实用新型实施例的监控装置也可对MOCVD设备中的被加热单元(例如：托盘或托盘上的衬底)进行温度实时监控，与上述相同的内容在此不再赘述。但在温度检测单元20检测衬底温度时，除了上述的可用热电偶或红外温度计探测衬底的温度，还可以通过专利申请号为201120249937.4的实用新型专利中的原位温度测试装置来探测衬底的温度。
综上所述，本实用新型的监控装置通过监控气相沉积设备中的加热单元或被加热单元，在加热单元各个加热区域即加热单元包括的各个监控区域的温差或被加热单元各个受热区域即被加热单元包括的各个监控区域的温差大于等于预设的安全温度值时，在第一时间发出报警信号通知使用者此刻的加热单元处于异常状态，以便使用者及时掌握加热单元的正常与否，从而对加热单元进行维护，进而能够确保气相沉积设备的正常工作，减少外延芯片产品的报废，提高了外延芯片产品的良率。
本实用新型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实用新型的范例，并未限制本实用新型的范围。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实用新型的范围内。
Claims (10)
1.一种监控装置，用于在气相沉积工艺过程中对加热单元或被加热单元进行温度监控，其特征在于，所述加热单元或被加热单元被划分为若干个监控区域，所述监控装置包括：温度探测单元，用于获得所述监控区域的探测温度；温度比较单元，用于比较任意两个所述监控区域的探测温度得到温度差值，并将所述温度差值与预设的安全温度值比较得到比较结果；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，所述报警单元检测到所述温度差值大于等于所述安全温度值时发出报警信号。
3.根据权利要求1或2所述的监控装置，其特征在于，所述安全温度值为30～70摄氏度之间的任一值。
4.根据权利要求1或2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分别对应加热所述若干个监控区域。
5.根据权利要求4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。
6.根据权利要求1所述的监控装置，其特征在于，在每个所述监控区域中，所述温度探测单元探测每个所述监控区域中的一个点的温度得到所述探测温度，或探测每个所述监控区域中的多个点的温度，取所述多个点的温度的平均温度得到所述探测温度。
7.根据权利要求1或6所述的监控装置，其特征在于，所述温度探测单元包括置于所述加热单元或被加热单元的下方的若干个热电偶，用于对应直接接触所述若干个监控区域并分别得到所述若干个监控区域的所述探测温度。
8.根据权利要求1或6所述的监控装置，其特征在于，所述温度探测单元包括若干个光谱分析装置，用于对应探测分析所述若干个监控区域的热辐射信号并分别得到所述若干个监控区域的所述探测温度。
9.一种气相沉积设备，包括工艺腔室，所述工艺腔室具有被加热单元和加热单元，所述加热单元分别对应置于所述被加热单元下方，在进行气相沉积工艺时，所述加热单元对应加热所述被加热单元，其特征在于，所述工艺腔室还包括权利要求1至8任一项所述的监控装置，所述监控装置对所述加热单元或所述被加热单元进行温度监控。
10.根据权利要求9所述的气相沉积设备，其特征在于，所述加热单元为所述气相沉积设备中的加热单元，所述被加热单元为托盘，所述监控装置对所述加热单元或所述托盘进行温度监控。
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Granted publication date: 20130619 Termination date: 20150105 |
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