[發明專利]半導體工藝的溫度測量和調節方法

有效

• 申請號: 201310264417.4
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN104253060B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 甘志銀;胡少林
• 申請（專利權）人: 甘志銀
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66
• 代理公司: 上海市華誠律師事務所31210
• 代理人: 李平

技術領域

本發明涉及一種用于半導體工藝中的溫度在線測量與調節的溫度測量和調節方法，尤其是化學氣相沉積設備（CVD）工藝總的溫度在線測量和調節方法。?

背景技術

化學氣相沉積設備（Chemical?Vapor?Deposition,簡稱CVD）是一種半導體外延生長設備，隨著半導體技術的發展，對影響半導體器件的工藝參數的檢測與控制的要求越來越高。半導體生長工藝，如CVD外延生長工藝中的溫度實時精確測量與調節對外延薄膜的質量影響很大，特別是對外延薄膜的均勻性的影響尤其突出，解決不好，影響設備的工業化應用。?

傳統的溫度的測量主要依靠鉑、銠等貴重金屬制造的熱電偶，對于CVD系統，熱電偶由于設備空間布置受限以及工藝本身限制的關系，無法直接測量外延片上的薄膜表面或載片盤表面的生長溫度，所以必須依賴非接觸式高溫測量方法。目前的光學測溫方法是通過直接測量一定波段的輻射光來計算外延片表面的溫度，但由于測試的光路受到反應腔內氣流變化、測試表面沉積物變化以及載片盤旋轉等的影響很難測得測試表面的真實溫度，即便是采用比色或者多波長的紅外測溫方法，也不能達到可靠的效果，原因是薄膜的干涉效應會使測溫表面的發射率發生非線性的變化。然而載片盤表面或者外延薄膜表面的真實溫度的在線測量掌握對工藝人員來說極其重要，對外延薄膜質量有重要影響，另外載片盤溫度均勻性也直接影響外延薄膜的厚度、組分均勻性、一致性。因此如何準確、簡便在線測量載片盤或外延薄膜表面的真實溫度，并使載片盤溫度調節均勻是人們一直探索解決的難題。?

發明內容

本發明的目的是為了解決目前半導體設備生長工藝尤其是CVD工藝中在線真實溫度測量技術存在的問題，提出一種利用中心測溫結合徑向測溫的溫度測量與調節方法。由于載片盤中央氣流穩定、化學反應較少，并處于旋轉中心，其溫度測試環境較為穩定，特別是本發明通過氣流的特別設計，可以使中心區域的襯底表面或者載片臺表面基本穩定，通過中心測溫儀的溫度標定，可以準確獲得載片盤中心的真實溫度；在載片盤徑向方向上，一般在不同半徑分別選取兩個以上測試點進行溫度測量，當測得溫度相等時，可以認為載片盤表面的溫度達到均勻一致，即中心溫度實際上也與徑向溫度相等，雖然兩者讀數可能會不同，但是中心溫度也就代表了整個載片臺的真實溫度。本發明正是結合這兩點，通過徑向測溫儀測量和加熱器的溫度調節使載片盤溫度均勻一致，此時利用中心測溫儀的準確測溫讀取溫度值，即為我們關心的真實溫度值。溫度測量中，中心測溫儀和徑向測溫儀該方法測溫方式可以為單波長或雙波長或者多波長溫度測量。?

為了達到上述目的，對被測溫度目標的中心測溫區域具備相對準確的測溫條件的，本發明的方法依次包含以下步驟：?

步驟1，在被測溫度的目標上方預設中心測試孔和多個徑向測試孔然后設定目標溫度值，加熱器升溫；?

步驟2，用兩個以上的徑向測溫儀經多個徑向測試孔進行溫度檢測；?

步驟3，對加熱器進行溫度調節，直到各個徑向測溫儀的讀數相同；?

步驟4，用中心測溫儀對中心測試孔測溫，將中心測溫儀測得的讀數與設定目標溫度值進行比較；?

步驟5如果中心測溫儀讀數大于設定目標溫度值，對加熱器降溫，并重復步驟2至步驟4，直到中心測溫儀的讀數與設定目標溫度值兩者相等；如果讀數小于設定目標溫度值，對加熱器升溫，并重復步驟2至步驟4，直到中心測溫儀的讀數與設定目標溫度值兩者相等；?

步驟6，讀取中心測溫儀讀數。?

上述步驟2徑向測溫儀的測溫方式為單波長或雙波長或者多波長溫度測量。優選地：用兩個以上的徑向測溫儀經多個徑向測試孔進行溫度檢測的過程中，徑向測溫儀測溫方式保持一致，可以較好地保證測得溫度的相對值的準確性，能準確地使溫度調節均勻。?

上述步驟4中的中心測溫儀測溫方式為單波長或雙波長或者多波長溫度測量。?

被測溫度目標的中心區域具備使用紅外測溫相對準確的測溫條件為：測溫表面狀態穩定。所述被測溫度目標為半導體工藝中使用的載片盤或者襯底表面。?

完成以上步驟后，載片盤表面溫度達到均勻，且準確達到設定溫度值，達到在線溫度測量和調節目的。?

本發明的優點是：在整個有效溫度區域內的中心區域開辟一個與工藝相對無關的小區域的測溫區，當整個盤面溫度平衡時，中心溫度的測量值代表整個盤面的準確溫度測量值。巧妙的避免或減少了反應腔內環境變化對測溫準確性的影響，并降低了徑向測溫儀溫度準確性要求，可以準確、簡單獲得測試表面的真實溫度，并調節均勻。?

附圖說明